水果機器視覺質(zhì)量綜合分選機的設(shè)計研究

1、水果機器視覺質(zhì)量綜合分選機的設(shè)計研究摘要：人們在選擇水果的時候，往往會根據(jù)水果的外觀如顏色、大小等來對水果的質(zhì)量進行評判，但是這種評定方法沒有理論依據(jù)。為了滿足人們對水果外觀品質(zhì)與質(zhì)量綜合分選的實際需求，相關(guān)技術(shù)人員設(shè)計了一種水果機器視覺質(zhì)量綜合分選機，以實現(xiàn)對水果的全面綜合檢測，自動對水果進行分級選擇?；诖耍疚膶λ麢C器視覺質(zhì)量綜合分選機的設(shè)計進行介紹，加深人們對分選機的認識。關(guān)鍵詞：水果機器;視覺質(zhì)量;綜合分選機;設(shè)計現(xiàn)階段，大局部水果分選機都是側(cè)重質(zhì)量或者視覺單方面的選擇器，過于片面，水果分選效果不良，具有一定的誤差。因此，該文介紹一種新型的水果自動分選器，并對該水果分選器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)

2、和工作原理進行分析，讓人們了解水果同步檢測器的設(shè)計原理和使用方法，實現(xiàn)對水果的全面檢測。一、分選機的結(jié)構(gòu)設(shè)計近年來，隨著人們的生活水平不斷提高，人們對食品質(zhì)量的要求越來越高。為了提高水果的商業(yè)價值，保證水果的質(zhì)量，需要對水果進行嚴格檢測，并分為不同的等級。采用人工分選方式不僅效率不高，而且會浪費大量的人力、物力，因此需要采用機械化、自動化的方法來對水果進行分選【1】。通常，檢查完水果的外表之后需要對水果的質(zhì)量進行檢測，然后進行分級。但是，現(xiàn)有的水果分選機大多側(cè)重于外表視覺檢測或單一的質(zhì)量檢測，檢測工程過于單一，無法全面保證水果質(zhì)量。因此，需要對水果分選器進行改進和優(yōu)化，選用集視覺檢測與質(zhì)量檢測

3、于一體的水果分選機。水果機器視覺質(zhì)量綜合分選機是在水果機器視覺分選機的根底上加工而成的，在視覺分選機上增加了稱重模塊，通過將水果外表檢測結(jié)果與水果質(zhì)量檢測結(jié)果進行融合，得出最終的水果分選等級，實現(xiàn)對水果的自動分級。這類分選機主要包括4個構(gòu)成局部，分別為機械系統(tǒng)、稱重模塊、同步控制系統(tǒng)和圖形處理系統(tǒng)，整體構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中的數(shù)字標號15分別代表的是分級執(zhí)行機構(gòu)、攝像機、光照箱、水果支撐滾子及水果分選杠桿，610分別代表循環(huán)輸送鏈、摩擦帶、稱重傳感器、稱臺及水果收集箱，1113分別代表紅外光電開關(guān)傳感器、同步編碼器及鏈輪【2】。由圖1可知，該水果分選機的機械系統(tǒng)主要是由水果輸送翻轉(zhuǎn)機與分級

4、卸料裝置兩局部構(gòu)成的，其中包括水果支撐滾子、水果循環(huán)輸送鏈、分選杠桿和水果儲存箱等構(gòu)件。水果輸送線上方安裝了分級執(zhí)行機構(gòu)，由分選凸輪和步進電機兩局部構(gòu)成，主要對水果進行自動分級;稱重模塊的下方設(shè)置有稱臺，負責(zé)對水果質(zhì)量進行檢測【3】;圖像采集區(qū)域安裝有光照箱，光照箱中有攝像頭，可以對水果進行攝像，以便進行外觀質(zhì)量檢測。二、機械系統(tǒng)的設(shè)計方法一滾子式水果輸送翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計滾子式水果輸送翻轉(zhuǎn)機中，滾子安裝在滾子軸上面，滾子軸安裝在輸送鏈上面，整個機構(gòu)由輸送鏈帶動。在這個機械中，滾子呈現(xiàn)雙錐凹形，由2個相鄰的滾子共同支撐水果。當(dāng)滾子受摩擦運動時，滾子上的水果也開始運動，由輸送鏈的一端移動到另外一端，

5、并且在滾子的帶動下不斷翻動，這樣水果的所有外表都可以呈現(xiàn)到攝像機下面，通過攝像機采集完整的水果圖像【4】。這種設(shè)計方法可以在提高水果輸送效率的同時對水果的外表圖像進行全面采集。二機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理水果輸送裝置上設(shè)有水果分級卸料裝置，水果的正下方設(shè)有分選杠桿分選臂，輸送鏈的上面固定有縱向水平軸，分選杠桿那么安裝在縱向水平軸上面，并且能繞著縱向水平軸自由轉(zhuǎn)動，在輸送線上方的機體框架上固定有分級執(zhí)行機構(gòu)。如果水果已經(jīng)被輸送到卸料口，分級執(zhí)行機構(gòu)就會接收到主控機下達的指令，運用凸輪完成水果的分選和卸料工作，水果卸料工作完成后凸輪就會恢復(fù)原狀，使其他等級的水果順利通過。三、稱重模塊的設(shè)計及使用原理

6、通過對水果分選機的構(gòu)造進行分析發(fā)現(xiàn)，在水果支撐滾子下方安裝有稱臺，稱臺的兩邊有稱重感應(yīng)器，水果在運輸過程中會在滾子上運動，滾子下方的稱重器就會對水果進行稱重。稱重水果器得到的質(zhì)量是稱臺、水果、滾子和鏈條等附件的總質(zhì)量，水果的實際質(zhì)量需要通過計算獲得。首先需要提前知道稱臺、滾子附件及鏈條的質(zhì)量，將稱臺質(zhì)量設(shè)置為m1，滾子和鏈條的質(zhì)量設(shè)置為m2，將水果通過傳感器的總質(zhì)量設(shè)置為m3，那么水果的凈質(zhì)量m=m3-m1+2m2【1】。稱重模塊中需要選擇適宜的A/D轉(zhuǎn)換器，模擬電壓信號在進入主機電路之前需要通過A/D轉(zhuǎn)換器來進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。在此系統(tǒng)中應(yīng)用的A/D轉(zhuǎn)換器為TLC2543，有12位開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器，

7、能提供的最大采樣頻率是66ksps，所需供電電流大概1mA，而且系統(tǒng)內(nèi)部根本都帶有采樣保持器【3】。稱重信號處理電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。四、同步控制系統(tǒng)的設(shè)計原理和使用方法水果分選機在運行過程中，主要通過電機驅(qū)動輸送鏈將水果運送到輸送通道，這時同步定時信號發(fā)生器會對水果的實際運行動態(tài)位置進行檢測，并將檢測結(jié)果生成同步定時信號。水果圖像采集主要由攝像機完成，攝像機的工作狀態(tài)由相機控制器控制，通過采集水果不同外表的圖像，提取相關(guān)的品質(zhì)參數(shù)，對水果的質(zhì)量和等級進行判斷。水果的質(zhì)量主要由輸送道下安裝的稱重器檢測，隨后將質(zhì)量檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，再根據(jù)水果外觀品質(zhì)的加測和評定對水果的最終等級進行判斷

8、【5】。同步控制系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)同步定時信號發(fā)生器、相機控制器、分級執(zhí)行控制器和水果分選機主要控制器4局部。這4個控制器之間由CAN總線和RS485總線互相連接，RS485總線主要負責(zé)對同步定時信號進行傳輸，保證同步定時信號能實時有效傳輸。其他信息如水果等級信息、參數(shù)設(shè)置指令等都是通過CAN總線進行傳遞。同步系統(tǒng)的主控制器和圖像處理器之間的信息傳遞是通過工控機的RS232接口來實現(xiàn)的。通過對水果分選器的組成結(jié)構(gòu)進行觀察可以了解到，構(gòu)成結(jié)構(gòu)中有一個鏈輪軸，鏈輪軸的上方有編碼盤，編碼器具有同步功能，四周圍繞著與鏈輪齒數(shù)數(shù)量相同的小通孔。另外，編碼盤的盤沿上方還有一個具有紅外光電開關(guān)的槽型傳感器，紅

9、外光能從小通孔中傳遞。輸送鏈根據(jù)編碼盤和鏈輪的運動而運動，每當(dāng)輸送鏈前進一個鏈節(jié)距，鏈輪就會同時轉(zhuǎn)過一個輪齒，此時紅外光就能產(chǎn)出一個脈沖信號。水果在輸送鏈上運行的過程中，可以通過研究脈沖信號時序和數(shù)量信息來確定水果的運行狀態(tài)和位置。在同步定時信號的發(fā)生器模塊中，由NPN三線常開紅外光電開關(guān)傳感器發(fā)出的信號會在光電隔離的作用下形成同步定時信號，并發(fā)送到RS485總線。這一過程與其他模塊不同，在其他模塊中，要先通過RS485接收器，才能收到同步定時信號，同步定時信號經(jīng)過光電隔離的作用，最后成為模塊中其他電路同步定時信號的根本準那么。五、圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計原理水果綜合分選機需要對水果的圖像進行360

10、°全面采集。新型水果分選器中每次通過攝像機對水果圖像進行采集都會得到6幅水果圖像，每相鄰兩個水果圖像的旋轉(zhuǎn)角度大約都是60°，6幅圖像相當(dāng)于將水果的整個外表圖像都進行呈現(xiàn)。圖像處理系統(tǒng)在接受到水果的全面圖像之后，就可以提取水果的品質(zhì)參數(shù)信息，進而對水果的等級進行判斷，然后將判斷結(jié)果發(fā)送到水果分選機的主要控制器中，完成對水果的選擇工作【1】。六、結(jié)語隨著社會經(jīng)濟的不斷開展，人們的生活水平和生活質(zhì)量在不斷提高，人們對食物質(zhì)量的要求越來越高。水果是人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|最多的食物之一，要想對水果的質(zhì)量進行正確判斷，可以使用水果分選機。以往的水果分選機缺乏對水果的全面綜合性檢測，不能有效保證水果的質(zhì)量，因此需要對水果分選機進行優(yōu)化設(shè)計，不斷提高水果分選機的工作效率。本文分析的水果分選機是集視覺效果檢測和質(zhì)量檢測于一體的水果分選機，主要由機械系統(tǒng)、稱重模塊、同步控制和圖形處理系統(tǒng)構(gòu)成，可以對水果的外表和質(zhì)量進行全面檢測，得出綜合檢測結(jié)果，從而對水果進行選擇分級。基金工程：廣東理工學(xué)院創(chuàng)新強校工程“山地果園運輸機液壓系統(tǒng)研究，工程編號：GKJ2021003參考文獻：【1】王明俊，張樹才.稱重式水果分選機傳感信息采集方法研究J.農(nóng)機化研究，20215：97-99.【2】李光梅，魏新華，李法德，等.水果綜合分選機稱重模塊的設(shè)計與