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一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣装置及方法与流程

花匠小妙招
2024-12-25 16:54

本申请涉及机械自动化领域，具体涉及一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣装置及方法，可用于对所有品种荔枝、龙眼或其他水果的果核进行分拣。

背景技术：

我国是一个荔枝大国，据2018年12月份统计，我国荔枝种植总面积为813万亩，年产量为229.6万吨。但荔枝是典型的季节性水果，成熟期集中，保鲜期短，在荔枝盛产时期容易出现供过于求的现象而导致部分荔枝滞销。因此随着荔枝产量的增加，销售产品必然越来越多样，销售途径必然越来越广阔，荔枝将有赖于深加工，跟荔枝有关的加工设备是未来必不可少的。因此当前必须依靠先进的科学和技术，其中荔枝分拣机是坚定研究开发荔枝加工流水线中一项重要的课题。

根据调查和研究，当前国内外市场和研究中都没有在对荔枝进行深加工前进行分拣的设备。相关龙眼、苹果或小型水果等类型分拣机，基本上是针对市面上需要的区分水果大小以及通过红外线查看内部质量的分拣机。荔枝深加工领域中的分拣果核大小步骤十分有利于后续的去皮去核等，因此，对荔枝果核大小进行精准分拣在很大程度上关系到加工流水线的流畅程度及加工成本等方面。

技术实现要素：

本申请的目的是提供一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣装置及方法，用以精准分拣大核和小核的荔枝，有助于荔枝后续的深加工。

为了实现上述任务，本申请采用以下技术方案：

一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣装置，包括机架，机架上由后至前布设有输送机构，在输送机构后端上方安装有进样机构，输送机构上设置有机器视觉装置；所述机架前端安装有分拣机构，分拣机构中设置有分拣上通道和分拣下通道，在分拣机构的下部安装有调节分拣下通道位置的调节机构；

待分拣的荔枝依次自所述进样机构中进入输送机构，通过输送机构将每个荔枝依次输送给分拣机构，在此过程中，通过所述机器视觉装置探测荔枝果核的大小，将探测结果发送给调节机构，待对应的荔枝到达分拣机构后，调节机构根据所述探测结果调节分拣下通道的位置，以将荔枝通过分拣上通道或分拣下通道导入到对应的收集箱中。

进一步地，所述进样机构包括震动盘，震动盘的一个侧面上设置有导出口，导出口上对称安装有一对间距逐渐减小的导出板；

所述导出口与输送机构后端之间设置有倾斜的滑槽，滑槽上设置有固定架，固定架上设置有毛刷，毛刷伸入所述滑槽中；所述滑槽下端前方设置有减速板。

进一步地，所述输送机构包括安装在机架上的承载台，承载台底部自前端至后端开设有通腔，承载台上安装有由电机驱动的传送带；其中，传送带的上部分在所述承载台的台面上，下部分经过所述的通腔中；

所述传送带上间隔布设有分隔板，在传送带两侧的承载台上对称设置有侧板；当荔枝从滑槽的下端掉落至传送带上时进入到相邻的两个分隔板之间，这两个相邻的分隔板以及所述的侧板共同构成一个容纳单个荔枝的移动隔间。

进一步地，所述机器视觉装置包括安装在所述承载台上一侧的工业相机，在设置工业相机处的侧板上开设有开口，当传送带上位于相邻的分隔板之间的荔枝到达所述开口处时，通过工业相机获取荔枝的图像数据，并将图像数据传递给控制箱内的控制器，控制器根据所述图像数据判定荔枝果核的大小。

进一步地，所述控制器根据所述图像数据判定荔枝果核的大小，包括：

所述控制器中存储有不同已知果核大小的荔枝的直径数据，并由此设定荔枝果核大小的不同直径数据范围，包括当荔枝果核为大果核时对应的直径数据范围，以及当荔枝果核为小果核时的直径数据范围；

当控制器获取到工业相机采集的图像数据后，通过对图像数据进行分析，得到图像数据中荔枝的最大直径，将所述最大直径与所述不同直径数据范围进行判断，将所述最大直径所落入的直径数据范围对应的荔枝果核大小作为判定结果，并将该结果作为所述探测结果发送给调节机构。

进一步地，所述分拣机构中的分拣上通道倾斜设置在机架前端，分拣上通道的上端设置有激光计数器；分拣下通道活动式倾斜设置在分拣上通道的前端，位于分拣上通道下端的下方、分拣下通道下端的下方分别设置一个所述收集箱；

所述调节机构用于根据所述探测结果驱动所述分拣下通道旋转，以使分拣下通道的上端与分拣上通道的下端对齐或错开，由此使得在错开情况下荔枝能通过分拣上通道的下端掉落到对应的收集箱中，或在对齐情况下由分拣上通道滚入到分拣下通道后自分拣下通道的下端掉落至对应的收集箱中。

进一步地，所述调节机构包括设置在分拣下通道下方的安装架，安装架上设置有伸缩电磁铁，伸缩电磁铁的伸缩端与所述分拣下通道的底部连接，通过伸缩电磁铁的伸缩，使得分拣下通道的上端与分拣上通道的下端对齐或错开。

进一步地，所述机架前端依次布设有一对间隔设置的上固定板和一对间隔设置的下固定板，其中上固定板在下固定板上方且长度小于下固定板，在上固定板、下固定板上分别沿长度方向开设有上卡槽和下卡槽；

所述分拣上通道通过上转轴安装在上固定板上，分拣上通道的侧面设置有弧形的调节槽，调节槽中装配有螺栓，所述上卡槽上设置有用于紧固所述螺栓的螺帽；所述分拣下通道通过下转轴安装在下固定板上，所述调节机构中的安装架上设置有滑块，滑块装配在所述下卡槽中。

进一步地，所述控制箱上设置有人机交互界面，人机交互界面用于开启关闭所述传送带以及设置传送带的传送速度、控制所述震动盘的开启关闭和震动频率、设置所述直径数据范围；同时，所述荔枝的图像数据以及计数结果在人机交互界面上显示。

一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣方法，包括以下步骤：

s1，操作人员在控制箱的人机交互界面上设置好传送带的传送速度、震动盘的震动频率，设置大果核和小果核对应的直径数据范围，之后开启传送带以及震动盘，然后向震动盘中倾倒待分拣的荔枝；

s2，振动盘中的荔枝在震动的作用下依次从导出板之间进入到滑槽中，经过滑槽上的毛刷控制滑落速度，到达滑槽下端后碰触减速板并从滑槽下端掉落到传送带上，进入到相邻的分隔板之间，并随着传送带的移动，将荔枝运送向分拣机构的过程中，经过工业相机，工业相机获取荔枝的图像数据并传递给控制器；

s3，控制器根据荔枝的图像数据分析得到荔枝的最大直径，与设置好的大果核和小果核对应的直径数据范围进行比对，得到荔枝是大果核还是小果核的探测结果，并发送给调节机构；

s4，待荔枝到达机架前端时，如该荔枝的探测结果为大果核，调节机构中的伸缩电磁铁的伸缩端收缩，带动分拣下通道旋转，使得使分拣下通道的上端与分拣上通道的下端对齐，荔枝从分拣上通道滚落到分拣下通道中，并最终自分拣下通道下端落入到对应的收集箱中；如该荔枝的探测结果为小果核，则调节机构中的伸缩电磁铁的伸缩端伸长，使分拣下通道的上端与分拣上通道的下端错开，则荔枝进入分拣上通道后，最终自分拣上通道的下端落入到对应的收集箱中；

在分拣的同时，荔枝的图像数据、以及计数结果在人机交互界面上进行实时显示。

本申请具有以下技术特点：

1.本申请通过简单的毛刷控制荔枝的掉落速度，使荔枝精准掉入传送带的每个移动隔间中；通过工业相机识别和电磁铁的配合，保证被筛选出来的荔枝快速精确的收集，提高了后续步骤的成功率以及荔枝的利用率。

2.该装置对果肉无损伤，分拣简易快速，体积小、高精准度、低成本、易清洗和维护，适用于荔枝加工行业的规模应用，有利于解决荔枝滞销问题。

附图说明

图1为本装置的整体结构示意图；

图2为分拣机构部分的结构放大示意图。

图中标号说明：1机架，2进样机构，21震动盘，22导出口，23导出板，24固定架，25毛刷，26滑槽，27减速板，3输送机构，31承载台，32通腔，33传送带，34分隔板，35侧板，36移动隔间，37开口，4机器视觉装置，5分拣机构，51分拣上通道，52分拣下通道，53激光计数器，54调节槽，6调节机构，61伸缩电磁铁，62下固定板，63上固定板，64下卡槽，65上卡槽，66安装架，67下转轴，68上转轴，69螺帽，7收集箱，8控制箱，81人机交互界面。

具体实施方式

下面将结合本发明实例的附图，对本发明实例中的技术方案进行清除描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

如图1所示，本申请提供了一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣装置，包括机架1，机架1上由后至前布设有输送机构3，在输送机构3后端上方安装有进样机构2，输送机构3上设置有机器视觉装置4；所述机架1前端安装有分拣机构5，分拣机构5中设置有分拣上通道51和分拣下通道52，在分拣机构5的下部安装有调节分拣下通道52位置的调节机构6；

待分拣的荔枝依次自所述进样机构2中进入输送机构3，通过输送机构3将每个荔枝依次输送给分拣机构5，在此过程中，通过所述机器视觉装置4探测荔枝果核的大小，将探测结果发送给调节机构6，待对应的荔枝到达分拣机构5后，调节机构6根据所述探测结果调节分拣下通道52的位置，以将荔枝通过分拣上通道51或分拣下通道52导入到对应的收集箱7中。

在申请的一个实施例中，如图1所示，所述进样机构2包括震动盘21，震动盘21的一个侧面上设置有导出口22，导出口22上对称安装有一对间距逐渐减小的导出板23；震动盘21下方安装有震动器，通过震动器使震动盘21震动，从而不断地将其中添加的待分拣的荔枝从导出口22上的导出板23之间导入到滑槽26中，防止荔枝堵塞在导出口22处。所述一对导出板23之间同时只允许一个荔枝经过，即导出板23的端部间距大于荔枝的最大外径，但小于两倍的荔枝的最小外径。这里的最大外径、最小外径可根据经验或测量设置。

所述导出口22与输送机构3后端之间设置有倾斜的滑槽26，滑槽26上设置有固定架24，固定架24上设置有毛刷25，毛刷25伸入所述滑槽26中；所述滑槽26下端前方设置有减速板27。其中，毛刷25的作用是对滚落到滑槽26中的荔枝进行减速，同时也使得相邻的荔枝之间能拉开一定距离。滑槽26最下端处，为了避免荔枝冲出滑槽26太远而不好控制，在其下端前方设置减速板27，荔枝滚落到滑槽26下端后，碰触到前方的减速板27后速度锐减，然后从减速板27与滑槽26下端之间的间隙掉落到输送机构3的传送带33上。

如图1所示，所述输送机构3包括安装在机架1上的承载台31，承载台31底部自前端至后端开设有通腔32，承载台31前端安装有电机驱动的主动辊，后端安装有从动辊，在主动辊和从动辊之间布设有传送带33；其中，传送带33的上部分在所述承载台31的台面上，下部分经过所述的通腔32中。所述传送带33上间隔布设有分隔板34，分隔板34垂直于传送带33的运动方向；在传送带33两侧的承载台31上对称设置有侧板35；当荔枝从滑槽26下端掉落至传送带33上时进入到相邻的两个分隔板34之间，这两个相邻的分隔板34以及所述的侧板35共同构成一个容纳单个荔枝的移动隔间36。

本实施例中，所述机架1设置一对，承载台31为矩形平台，架设在所述一对机架1上。由于本申请中在传送带33上设置有分隔板34，使得传送带33下部需要有一定空间，因此在承载台31底部开设了通腔32，使得传送带33的下部分经过通腔32时不会受到影响。传送带33的上部分经过承载台31的表面，这部分传送带33上的每相邻的两个分隔板34之间用来容纳荔枝。由于震动盘21上导出口22部分的导出板23结构设计每次只允许一个荔枝掉落，因此在所述相邻分隔板34之间只有一个荔枝。荔枝掉落到分隔板34之间后，随着传送带33的移动，带动荔枝从机架1后端运送至机架1前端并提供给分拣机构5。在移动的过程中，由于两侧的侧板35限制，使得荔枝只能被限制在移动隔间36内，不会从传送带33两侧掉落。传送带33由电机通过主动辊带动，电机采用变频电机，电机连接至控制器，由控制器通过控制电机转速从而调节传送带33的移动速度，可通过人机交互界面81进行速度的调节。

参见图1，本实施例中，所述机器视觉装置4包括安装在所述承载台31上一侧的工业相机，在设置工业相机处的侧板35上开设有开口37，当传送带33上位于相邻的分隔板34之间的荔枝到达所述开口37处时，通过工业相机获取荔枝的图像数据，并将图像数据传递给控制箱8内的控制器，控制器根据所述图像数据判定荔枝果核的大小。在实际应用过程中，所述工业相机采集图像数据的频率应与所述移动隔间36经过侧板35上开口37处的频率保持一致，这样每当有相邻分隔板34之间的荔枝经过布设工业相机的开口37处时，通过工业相机可准确采集到包含荔枝在内的图像数据。

本实施例中，所述控制器根据所述图像数据判定荔枝果核的大小，包括：

所述控制器中存储有不同已知果核大小的荔枝的直径数据，并由此设定荔枝果核大小的不同直径数据范围，包括当荔枝果核为大果核时对应的直径数据范围，以及当荔枝果核为小果核时的直径数据范围；当控制器获取到工业相机采集的图像数据后，通过对图像数据进行分析，得到图像数据中荔枝的最大直径，将所述最大直径与所述不同直径数据范围进行判断，将所述最大直径所落入的直径数据范围对应的荔枝果核大小作为判定结果，并将该结果作为所述探测结果发送给调节机构6。

即采集到一个荔枝的图像数据后，首先通过图像分析，例如可在matlab软件中，提取荔枝图像的轮廓，并找出轮廓上间隔最大的两点之间的距离作为荔枝的最大直径，如该最大直径落在大果核时对应的直径数据范围，则该荔枝为大果核荔枝；反之则为小果核荔枝。控制器的判定结果最终发送给调节机构6，作为分拣机构5的作动依据。本申请中，所述处理器可以采用例如单片机，或者工业plc控制器等。

本申请中，所述分拣机构5中的分拣上通道51倾斜设置在机架1前端，分拣上通道51的上端设置有激光计数器53，用于对经过的荔枝进行计数；分拣下通道52活动式倾斜设置在分拣上通道51的前端，位于分拣上通道51下端的下方、分拣下通道52下端的下方分别设置一个所述收集箱7；所述调节机构6用于根据所述探测结果驱动所述分拣下通道52旋转，以使分拣下通道52的上端与分拣上通道51的下端对齐或错开，由此使得在错开情况下荔枝能通过分拣上通道51的下端掉落到对应的收集箱7中，或在对齐情况下由分拣上通道51滚入到分拣下通道52后自分拣下通道52的下端掉落至对应的收集箱7中。

即，如果探测结果是大果核，则利用调节机构6使分拣上通道51的下端和分拣下通道52的下端对齐，荔枝依次顺着分拣上通道51、分拣下通道52滚落到分拣下通道52下方对应的大果核荔枝收集箱7中。如果探测结果是小果核，则利用调节机构6使分拣下通道52旋转以错开两个分拣通道。错开后，当荔枝滚落到分拣上通道51下端时，不能继续滚落到分拣下通道52中，则就在分拣上通道51下端滚落出分拣上通道51，掉落到下方的小果核荔枝收集箱7中。

具体地，由于传送带33的移动速度是固定的，那么荔枝从工业相机所在位置被传送到机架1前端的时间t是固定的。因此，当某个荔枝经过工业相机处采集到图像数据后，再经过时间t，则认为该荔枝到达了机架1前端，那么根据判定结果，在工业相机采集某个荔枝图像数据之后的t时间发送探测结果，以使得如果判定结果是大果核时，使得分拣下通道52能提前进行错位，从而可以精确地将该荔枝进行对应的分拣。那么，如果探测结果为大果核荔枝，则在t时间时激光计数器53的计数结果对大果核荔枝的数量加1，反之对小果核荔枝的数量加1，计数结果以及荔枝的图像数据可实时在人机交互界面81进行显示。

可选地，如图2所示，在一个实施例中，所述调节机构6包括设置在分拣下通道52下方的安装架66，安装架66上设置有伸缩电磁铁61，伸缩电磁铁61的伸缩端与所述分拣下通道52的底部连接，通过伸缩电磁铁61的伸缩，使得分拣下通道52的上端与分拣上通道51的下端对齐或错开。

具体地，所述机架1前端依次布设有一对间隔设置的上固定板63和一对间隔设置的下固定板62，其中上固定板63在下固定板62上方且长度小于下固定板62，在上固定板63、下固定板62上分别沿长度方向开设有上卡槽65和下卡槽64。

所述分拣上通道51通过上转轴68安装在上固定板63上，分拣上通道51的侧面设置有弧形的调节槽54，调节槽54中装配有螺栓，所述上卡槽65上设置有用于紧固所述螺栓的螺帽69。设置上转轴68的目的是便于在安装时进行调试，将分拣上通道51旋转调节至合适角度后，利用螺帽69锁死螺栓，以对分拣上通道51进行固定，这样可以根据不同批次荔枝、收集箱7的位置等对其进行对应调节。

所述分拣下通道52通过下转轴67安装在下固定板62上，所述调节机构6中的安装架66上设置有滑块，滑块装配在所述下卡槽64中；在分拣上通道51安装固定好之后，调试伸缩电磁铁61的位置，可推动安装架66利用滑块在下卡槽64中滑动至合适位置，使得伸缩电磁铁61伸长后，分拣下通道52通过下转轴67旋转时能与分拣上通道51下端之间错开足够大的间距，使得小果核荔枝能通过该间距掉落到对应的收集箱7内。

参见图1，本申请中，控制箱8设置在机架1的侧面，主要包括相关控制电路、开关电路、控制器、人机交互界面81等。人机交互界面81用于开启关闭所述传送带33以及设置传送带33的传送速度、控制所述震动盘21的开启关闭和震动频率、设置所述直径数据范围；同时，所述荔枝的图像数据以及计数结果在人机交互界面81上显示。

在上述技术方案的基础上，本申请还提供了一种基于机器视觉识别荔枝果核大小的分拣方法，包括以下步骤：

s1，操作人员在控制箱8的人机交互界面81上设置好传送带33的传送速度、震动盘21的震动频率，以控制器中预存储的已知果核大小的荔枝的直径数据作为参考，结合当前批次需要分拣的荔枝的一般大小，设置大果核和小果核对应的直径数据范围，之后开启传送带33以及震动盘21，然后向震动盘21中倾倒待分拣的荔枝。

s2，振动盘中的荔枝在震动的作用下依次从导出板23之间进入到滑槽26中，经过滑槽26上的毛刷25控制滑落速度，到达滑槽26下端后碰触减速板27并从滑槽26下端掉落到传送带33上，进入到相邻的分隔板34之间，并随着传送带33的移动，将荔枝运送向分拣机构5的过程中，经过工业相机，工业相机获取荔枝的图像数据并传递给控制器。

s3，控制器根据荔枝的图像数据分析得到荔枝的最大直径，与设置好的大果核和小果核对应的直径数据范围进行比对，得到荔枝是大果核还是小果核的探测结果，并发送给调节机构6。

s4，待荔枝到达机架1前端时，如该荔枝的探测结果为大果核，调节机构6中的伸缩电磁铁61的伸缩端收缩，带动分拣下通道52旋转，使得使分拣下通道52的上端与分拣上通道51的下端对齐，荔枝从分拣上通道51滚落到分拣下通道52中，并最终自分拣下通道52下端落入到对应的收集箱7中；如该荔枝的探测结果为小果核，则调节机构6中的伸缩电磁铁61的伸缩端伸长，使分拣下通道52的上端与分拣上通道51的下端错开，则荔枝进入分拣上通道51后，最终自分拣上通道51的下端落入到对应的收集箱7中；在分拣的同时，荔枝的图像数据、以及计数结果在人机交互界面81上进行实时显示。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。