本發(fā)明涉及一種農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測分級設(shè)備，尤其是涉及一種基于機(jī)器視覺和光闌原理的柑橘品質(zhì)在線輸送和大小分級設(shè)備。

背景技術(shù)：

柑橘是世界第一大水果，中國是柑橘的重要原產(chǎn)地之一；柑橘資源豐富，優(yōu)良品種繁多。但商品化水平較低，柑橘的大小、品質(zhì)等級差價(jià)較大，每級的差價(jià)為2到3元/每公斤，市場上銷售的柑橘大部分沒有經(jīng)過篩分，以整體形式出售，效益低，處于競爭劣勢，而且出口能力相對薄弱。雖然中國水果產(chǎn)量很大，但出口貿(mào)易的比例一直很低，導(dǎo)致中國水果出口量小，出口價(jià)格低的原因有很多，其中最主要原因是水果的采后處理技術(shù)裝備水平較低，商品化處理率較低，果品品質(zhì)良莠不齊，產(chǎn)品包裝水平也較低，使得中國水果較難進(jìn)入高端消費(fèi)市場。

隨著國內(nèi)外水果消費(fèi)需求和品位不斷提高，市場對水果的品質(zhì)提出了更多更高的要求；人們對柑橘的質(zhì)量要求越來越高，機(jī)械化分級裝備是柑橘加工必不可少的初級裝備，該設(shè)備研制的成功對柑橘分級銷售和實(shí)現(xiàn)增值具有十分重要的意義。據(jù)相關(guān)市場調(diào)查和掌握到的信息，很多柑橘種植基地的農(nóng)民急需柑橘檢測分級設(shè)備。因此，柑橘檢測分級設(shè)備的研制非常必要，而且市場潛力巨大。但是中國水果產(chǎn)業(yè)化水平落后，尤其在收獲和分類加工方面相較發(fā)達(dá)國家有較大差距，水果品質(zhì)的分揀是目前亟待解決的問題。

近年來，國內(nèi)很多學(xué)者對于農(nóng)產(chǎn)品的檢測和分級研究做出了努力。華東交通大學(xué)劉燕德教授研究了近紅外光譜技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品檢測和分級的應(yīng)用，浙江大學(xué)饒秀勤教授基于機(jī)器視覺的水果品質(zhì)實(shí)時(shí)檢測與分級生產(chǎn)線的進(jìn)行技術(shù)研究。國外發(fā)達(dá)國家，如日本許多高新技術(shù)在水果品質(zhì)檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如無損傷檢測技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)；美國康奈爾大學(xué)的Throop等通過平移和旋轉(zhuǎn)蘋果來獲取不同角度的圖像，據(jù)此估算蘋果的大小。而在中國對水果品質(zhì)的檢測分級設(shè)備研究還處于起步階段，為提高國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化和自動(dòng)化水平，嘗試對柑橘品質(zhì)檢測分級的研究非常必要。

另外，目前農(nóng)產(chǎn)品在進(jìn)行無損檢測的過程中，往往只能獲取部分表面信息，可能導(dǎo)致次品剔除的不完全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于針對上述情況的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于機(jī)器視覺和光闌原理的柑橘品質(zhì)在線輸送和大小分級設(shè)備。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

采用機(jī)器視覺系統(tǒng)及光闌原理托盤，可以獲取到柑橘全表面的信息，便于初步篩選；同時(shí)光闌原理托盤底部的孔洞大小能自如并且連續(xù)地改變，可以適用于所有大小的程度，保證分級的精準(zhǔn)度；并且配合環(huán)形導(dǎo)軌，使得裝置能夠循環(huán)利用，提高了分級的效率。

具體地說，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本設(shè)備包括工作對象——柑橘；

設(shè)置有上料及輸送裝置、全表面信息獲取裝置、大小分級裝置、下料裝置和信息處理與反饋裝置；

其位置和連接關(guān)系是：

在上料及輸送裝置的入口放置柑橘，在上料及輸送裝置的出口的上面設(shè)置有全表面信息獲取裝置，在全表面信息獲取裝置的末端設(shè)置有大小分級裝置，在大小分級裝置的底部設(shè)置有下料裝置；

信息處理與反饋裝置分別與上料及輸送裝置和全表面信息獲取裝置連接。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

①通過工業(yè)相機(jī)獲取全表面信息，利用機(jī)器視覺處理軟件控制氣泵吸盤初步剔除有瑕疵的柑橘；

②通過改變下料裝置對應(yīng)導(dǎo)軌的位置，以及下料裝置斜置通道的寬度，實(shí)現(xiàn)對不同大小柑橘的分級；

③通過連續(xù)改變光闌原理托盤底部孔洞的大小能夠?qū)λ写笮〉母涕賹?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的分級；

④通過環(huán)形導(dǎo)軌和環(huán)形轉(zhuǎn)盤裝置能實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用和高效率工作。

總之，本發(fā)明能夠?qū)λ写笮〉母涕賹?shí)現(xiàn)準(zhǔn)確而高效率的分級。

附圖說明

圖1為本設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為上料及輸送裝置1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為黑箱17和A工業(yè)相機(jī)28的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為全表面信息獲取裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為氣泵吸盤26等的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為大小分級裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為下料裝置4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為基于光闌原理的托盤31等的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為基于光闌原理的托盤31等的結(jié)構(gòu)示意圖（放大）。

圖中：

0—柑橘；

1—上料及輸送裝置，

11—上料箱，12—毛刷，13—支架，14—滾筒毛刷，15—傳送帶，

16—擋板，17—黑箱，18—工作臺，19—隔板，10—電機(jī)；

2—全表面信息獲取裝置，

21—B工業(yè)相機(jī)，22—A步進(jìn)電機(jī)，23—轉(zhuǎn)盤，24—通氣管，25—電磁閥，

26—?dú)獗梦P，27—次品收集器，28—A工業(yè)相機(jī)；

3—大小分級裝置

31—托盤，32—操作桿，33—彈簧，34—滑槽導(dǎo)軌，35—滾輪，

36—鏈條軌道，37—主動(dòng)輪，38—B步進(jìn)電機(jī)，39—機(jī)架，30—鍵；

4—下料裝置，

41—斜置通道，42—收集器；

5—信息處理與反饋裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本設(shè)備詳細(xì)說明：

一、總體

如圖1，本設(shè)備包括工作對象——柑橘0；

設(shè)置有上料及輸送裝置1、全表面信息獲取裝置2、大小分級裝置3、下料裝置4和信息處理與反饋裝置5；

其位置和連接關(guān)系是：

在上料及輸送裝置1的入口放置柑橘0，在上料及輸送裝置1的出口的上面設(shè)置有全表面信息獲取裝置2，在全表面信息獲取裝置2的末端設(shè)置有大小分級裝置3，在大小分級裝置3的底部設(shè)置有下料裝置4；

信息處理與反饋裝置5分別與上料及輸送裝置1和全表面信息獲取裝置2連接。

工作機(jī)理：

柑橘0經(jīng)上料及輸送裝置1實(shí)現(xiàn)由雜亂無序變?yōu)閱螌佣嗯欧胖茫欧耪R的柑橘0經(jīng)全表面信息獲取裝置2采集全表面信息；

經(jīng)信息處理與反饋裝置5處理后，控制全表面信息獲取裝置2剔除殘次柑橘；

未被剔除的柑橘進(jìn)入大小分級裝置3，實(shí)現(xiàn)不同大小柑橘的分級；

分級后的柑橘經(jīng)下料裝置4實(shí)現(xiàn)柑橘0的分類收集。

二、功能塊

0、柑橘0

柑橘0是本設(shè)備的工作對象。

1、上料及輸送裝置1

如圖2、3，上料及輸送裝置1包括上料箱11、毛刷12、支架13、滾筒毛刷14、傳送帶15、擋板16、黑箱17、工作臺18、隔板19和電機(jī)10；

其位置和連接關(guān)系是：

在工作臺18上設(shè)置有傳送帶15，由電機(jī)10帶動(dòng)做順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

在工作臺18上，從左至右，依次設(shè)置有上料箱11、毛刷12、支架13、滾筒毛刷14和黑箱17；

前后擋板16和三個(gè)隔板19設(shè)置在傳送帶15上的右半部，組成四條傳送通道。

其工作機(jī)理是：

雜亂無序的柑橘0經(jīng)上料箱11進(jìn)入傳送帶15，經(jīng)毛刷12實(shí)現(xiàn)單層運(yùn)輸，后通過支架13上的滾筒毛刷14保證柑橘間存在一定的間距；

柑橘0隨傳送帶15運(yùn)動(dòng)，由懸于傳送帶15上方的擋板16和隔板19實(shí)現(xiàn)柑橘的四排運(yùn)輸；

四排柑橘0繼續(xù)隨傳送帶15運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入黑箱17采集上表面信息，并最終滯留于隔板19末端。

2、全表面信息獲取裝置2

如圖3、4、5，全表面信息獲取裝置2包括B工業(yè)相機(jī)21、A步進(jìn)電機(jī)22、轉(zhuǎn)盤23、通氣管24、電磁閥25、氣泵吸盤26、次品收集器27和A工業(yè)相機(jī)28；

其位置和連接關(guān)系是：

轉(zhuǎn)盤23和步進(jìn)電機(jī)22連接，在轉(zhuǎn)盤23的下方設(shè)置有若干氣泵吸盤26（前后左右各設(shè)置有四個(gè)氣泵吸盤26），氣泵吸盤26、通氣管24和電磁閥25依次連接；

B工業(yè)相機(jī)21設(shè)置于氣泵吸盤26的正下方，A工業(yè)相機(jī)28設(shè)置于黑箱17內(nèi)；

次品收集器27設(shè)置于轉(zhuǎn)盤23的下方。

其工作機(jī)理是：

氣泵吸盤26將滯留在隔板19末端的柑橘0吸引，隨轉(zhuǎn)盤23做逆時(shí)針（俯視）運(yùn)轉(zhuǎn)；

轉(zhuǎn)盤23運(yùn)轉(zhuǎn)至45度時(shí)，由正下方的B工業(yè)相機(jī)21采集柑橘0下表面信息，并傳遞至信息處理與反饋裝置5；

轉(zhuǎn)盤23運(yùn)轉(zhuǎn)至90度時(shí)，反饋信息控制吸取次品柑橘0的氣泵吸盤26對應(yīng)的電磁閥25關(guān)閉，對應(yīng)的通氣管24阻塞，使次品柑橘0落入次品收集器27；

轉(zhuǎn)盤23運(yùn)轉(zhuǎn)至180度時(shí)，所有電磁閥25關(guān)閉，通氣管24阻塞，剩余柑橘0落進(jìn)入大小分級裝置3；

轉(zhuǎn)盤23循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對各批次柑橘全表面信息的采集和次品剔除。

3、大小分級裝置3

如圖6、7、8、9，大小分級裝置3包括托盤31、操作桿32、彈簧33、滑槽導(dǎo)軌34、滾輪35、鏈條軌道36、主動(dòng)輪37、B步進(jìn)電機(jī)38、機(jī)架39和鍵30；

其位置和連接關(guān)系是：

所述的托盤31是一種基于光闌原理設(shè)計(jì)的、其底部孔洞大小可隨操作桿32移動(dòng)而變化的圓盤；

在機(jī)架39上，B步進(jìn)電機(jī)38、鍵30、主動(dòng)輪37、鏈條軌道36依次連接，帶動(dòng)鏈條軌道36順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

托盤31等間距安裝在鏈條軌道36上，在托盤31的一邊設(shè)置有滾輪35，減少摩擦；

操作桿32通過彈簧33和托盤31的固定端連接，操作桿32的下端沿滑槽導(dǎo)軌34移動(dòng)，配合滑槽導(dǎo)軌34的移動(dòng)控制托盤31的開閉。

其工作機(jī)理是：

B步進(jìn)電機(jī)38通過鍵30連接主動(dòng)輪37，帶動(dòng)鏈條軌道36隨電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；

托盤31隨鏈條軌道36和滾輪35運(yùn)動(dòng)，由操作桿32在滑槽導(dǎo)軌34中的移動(dòng)，控制托盤31底部的孔洞變大，當(dāng)孔洞大于比柑橘0的大小時(shí)，托盤31上柑橘下落，進(jìn)入下料裝置4；

托盤31打開至最大后，滑槽導(dǎo)軌34中斷，彈簧33將操作桿32拉至初始位置，托盤31底部的孔洞閉合；

鏈條軌道36和滾輪35運(yùn)動(dòng)成環(huán)形循環(huán)，托盤31沿著此環(huán)形軌道36循環(huán)運(yùn)作，不斷開閉。

4、下料裝置4

如圖7，下料裝置4包括斜置通道41和收集器42；

其位置和連接關(guān)系是：

在斜置通道41的末端，設(shè)置有收集器42。

其工作機(jī)理是：

柑橘0經(jīng)過托盤31底部孔洞大小自動(dòng)落入三條斜置通道41，后利用自身重力滾入相應(yīng)的收集器42，將柑橘大小分成三個(gè)等級。

5、信息處理與反饋裝置5

信息處理與反饋裝置5包括計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡。

其工作機(jī)理是：

在全表面信息采集裝置2中采集柑橘0上、下表面特征后，傳遞至數(shù)據(jù)采集卡，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理；

經(jīng)處理的信息傳遞至單片機(jī)，利用單片機(jī)控制電磁閥25的開閉，從而完成對次品柑橘0的剔除。