卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定方法及装置，输送装置相对于底座可作前后往复移动，在输送辊的前侧设有第一数码相机，在输送辊的正上方设有第二数码相机，在输送辊的后侧设置与输送辊平行的标尺；用2台数码相机摄录不同工作参数条件下的卵形体农产品的轴向运动和翻转运动的全程影像，通过截屏获取卵形体农产品运动的图像，运用图像处理软件解析卵形体农产品的轴向运动和翻转运动参数和姿态参数，测定参数精度高，装置工作参数可调控，测定参数精度高，操作简单方便，对物料的适应性强，可以适应不同种类的卵形体农产品大小头定向的运动参数的测定和优化。
【专利说明】卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于农产品运动特性检测领域，特别涉及一种卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定方法及综合测定装置，尤其涉及卵形体农产品大小头自动定向的轴向运动和翻转运动参数以及运动姿态的综合测定方法及装置。
【背景技术】
[0002]在农产品分级包装中，将卵形体农产品大小头自动定向后包装，可以提高农产品耐储存性，避免因摆放不整齐造成相互碰撞引起损伤，提升包装农产品的美观度，也增加了农产品加工的可操作性。卵形体农产品大小头自动定向装置采用辊式输送装置，在辊式输送型卵形体农产品大小头自动定向中，卵形体农产品在输送辊上的轴向运动和翻转运动是装置实现定向的两个关键运动。如图1所示的卵形体农产品大小头自动定向装置，利用卵形体农产品10在输送辊20、31上的轴向运动使其进入进料段后实现分列，分列后其中一列卵形体农产品经过翻转段时实现定向翻转，而另一列无需翻转定向直接通过翻转段，最后两列合并。在分列段，卵形体农产品在有一定中心距、水平、等径、同向、等速的两平行圆柱输送辊20的驱动下，在输送辊20上产生绕自身长轴的转动和沿输送辊20、31轴线方向向卵形体农产品小头一侧移动(即卵形体农产品沿输送辊20、31的轴向作螺旋运动)，简称为卵形体农产品10的轴向运动；小头指向相反的卵形体农产品10分别向两侧的限位翻转导向杆16运动，实现分列形成两列，而合并段与分列段运动相同，仅仅是小头指向一致的卵形体农产品作轴向运动，实现合并。在翻转段，限位翻转导向杆16是弯曲段，卵形体农产品10在相邻两输送辊20、31、限位翻转导向杆16的作用下，小头端被限位翻转导向杆16逐渐抬起，大头端在输送辊20、31上滚动，使卵形体农产品10在两输送辊20、31上产生翻转滚动，简称卵形体农产品10的翻转运动。卵形体农产品10在输送辊20、31上的轴向运动参数和翻转运动参数统称定向运动参数。
[0003]根据辊式输送型卵形体农产品大小头自动定向装置的工作原理，其影响因素包括定向过程中分列和合并阶段轴向运动和翻转阶段翻转运动的结构参数，包括输送辊的直径、材质及表面状况，输送辊中心距，翻转导向杆的直径、材质及表面状况，翻转导向杆的偏转角度，翻转导向杆与输送辊之间的间距，这些结构参数和输送系统的输送运动参数(输送辊的输送速度或线速度)统称为装置的工作参数。
[0004]卵形体农产品大小头自动定向需适应某种卵形农产品个体形状的差异，无漏定向和无不定向，并应提高定向处理能力。目前，卵形体农产品定向技术比较成熟的是禽蛋定向技术，如日本国特许厅的公开实用新案“卵O方向整列装置(实开平7-21504)”、日本国特许厅的公开特许公报“鶏卵O方向&揃λ 3装置(实开平9-1150938)”、日本国特许厅的公开特许公报“卵O方向整列装(实开平11-147508)”，美国专利“Egg OrientationMeans(US4382501) ”、“Apparatus for Orienting Eggs in a Egg Handling Systems(US4645058)”、“Egg Orienting Apparatus (US5176243)”,这些禽蛋大小头自动定向排列装置的缺点是其结构参数和输送运动参数不具备较大范围的可调性，而且仅适用禽蛋的定向。
[0005]由于卵形体农产品尺寸分布比较广及品种比较多，对大小头定向装置的结构参数和输送运动参数有较高的要求，而能适应不同种类卵形体农产品大小头定向的运动参数测定、结构参数和输送运动参数优化的装置，国内外未见有相关文献报道。因此，卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测试方法及其综合测定装置是目前本领域需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种辊式输送型卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定方法和测定装置，装置工作参数可调控，操作简单方便，对物料的适应性强，可以适应不同种类的卵形体农产品大小头定向的运动参数的测定和优化。
[0007]为了实现上述目的，本发明卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定装置采用的技术方案是:底部是底座，底座上方有输送装置，底座固定联接翻转导向杆支架下端，翻转导向杆支架上端固定支撑翻转导向杆；输送装置包括输送装置机架及以一定间隔水平平行设置的等径的两根输送辊，还包括调速电机、传动带及其传动轴、齿轮及其传动轴、2个数码相机及其支架；两根输送辊各同轴固定套在其对应的传动轴上，翻转导向杆位于两根输送辊上方；输送装置机架通过滑动滚珠导轨与底座滑动联接，输送装置机架底部固定连接与齿轮相啮合的齿条，齿轮固定套在齿轮传动轴上，齿轮传动轴可通过第二传动带连接调速电机，调速电机可通过第一传动带连接一个输送棍的传动轴，相邻两个输送棍传动轴之间通过同步传动带连接；在两根输送辊的前侧设有第一数码相机，第一数码相机与卵形体农产品间的水平距离可调，在两根输送辊的正上方设有第二数码相机，第二数码相机沿输送辊轴线方向可移动且与卵形体农产品间的垂直距离可调；在输送辊的后侧设置与输送辊平行的标尺。
[0008]本发明卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定方法采用的技术方案是采用如下步骤:
A、卸下第二传动带,安装上第一传动带,调速电机通过第一传动带和同步带传动驱动输送辊转动，在相邻两根输送辊之间放置卵形体农产品，启动第二数码相机摄录卵形体农产品在输送辊上从一端到另一端作轴向运动的全过程；
B、每隔一时间截图，对截图中的卵形体农产品的大小头端点作连线测量其与输送辊轴线之间的水平偏转角，再从小头端点作直线引至标尺测得其位置值，计算出相对于起始点位置值的位移，获得轴向运动参数；
C、卸下第一传动带，安装上第二传动带，调速电机依次带动第二传动带、齿轮传动轴、齿轮、齿条动作，使输送装置在底座上作移动；启动第一数码相机摄录卵形体农产品小头端逐渐被翻转导向杆抬起、大头端在输送辊之间作滚动的翻转运动的全过程；
D、每隔一时间截图，对截图中的卵形体农产品的大小头端点作连线，测量其与输送辊轴线之间的翻转角，并测量从开始翻转到达其长轴径与输送辊轴线垂直时的临界状态时的时间，获得翻转运动参数。
[0009]本发明采用上述技术方案后具有以下优点:
1.本发明所述的测定装置实现了卵形体农产品大小头自动定向轴向运动参数和翻转运动参数的集成测定，工作参数可调控性好，可根据需要对输送辊的直径和材质及表面状况、输送辊中心距、翻转导向杆直径和材质及表面状况、翻转导向杆的偏转角、翻转导向杆与输送辊之间的间距和输送辊的输送速度或线速度等工作参数进行调整和控制。
[0010]2.本发明所述的测定装置的输送部件均连接于输送装置机架上，使本发明结构整体性好，结构简单、操作方便，工作部件易更换，传动关系易切换调整。
[0011]3.本发明所述的测定装置对物料的适应性强，可适用于鸡蛋、鸭蛋等各类禽蛋，也适用于牛油果、枇杷等卵形体水果，以及其它卵形体农产品；
4.本发明所述的测定方法利用2台高清晰数码相机摄录不同工作参数条件下的卵形体农产品的轴向运动和翻转运动的全程影像，摄录的图像清晰，通过截屏获取卵形体农产品运动的图像，运用图像处理软件解析卵形体农产品的轴向运动和翻转运动参数和姿态参数，测定参数精度高。
[0012]5.本发明所述的测定方法可以进行卵形体农产品定向运动的单因素和多因素优化，可为卵形体农产品大小头自动定向装置的开发提供优化的结构参数和输送运动参数。
[0013]6、本发明综合运用机械传动技术、电机传动技术、图像获取与处理分析技术，实现了卵形体农产品大小头自动定向工作参数可调控的轴向运动和翻转运动参数的综合测定，可广泛用于农产品大小头自动定向结构参数和输送运动参数的测定和优化。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是【背景技术】中卵形体农产品大小头自动定向装置的结构和工作原理示意图； 图2是本发明所述卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定装置的主视图，图2
中省略了控制箱24 ；
图3是图2的俯视图，图3中省略了数码相机17及其支架等；
图4是图2的左视放大图，图4中省略了数码相机17及其支架、数码相机12及其支架
等;
图5是对卵形体农产品10的轴向运动参数测定的局部示意图；
图6是对卵形体农产品10的翻转运动参数测定的局部示意图；
图7是图6的俯视图。
[0015]图中:1.底座；2.滑动滚珠导轨；3.输送装置；4.输送装置机架；5.调速电机；
6.齿轮；7.齿条；8.翻转导向杆支架；9.齿轮传动轴；10.卵形体农产品；11.数码相机支架；12.数码相机；13.翻转导向杆角度调节器；14.翻转导向杆高度调节螺钉；15.翻转导向杆锁定螺钉；16.翻转导向杆；17.数码相机；18.数码相机高度调节板；19.数码相机支架；20.输送辊；21.输送辊传动轴；22.同步传动带；23.传动带；24.调速电机的输出轴；25.传动带；26.行程开关的转臂；27.行程开关；28.螺杆滑块式中心距调节器；29.行程开关的转臂；30.行程开关；31.输送辊；32.标尺；33.输送辊传动轴；34.控制箱；35、36.行程开关的控制连接线；37.调速电机控制连接线；38.调速器；39.启动按钮；40.停止按钮；41.螺杆滑块式中心距调节器。
[0016]L为卵形体农产品长轴径W为卵形体农产品最大短轴径'β为卵形体农产品轴向运动的水平偏转角；〃为卵形体农产品翻转运动的翻转角；〃为翻转导向杆的偏转角。
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。【具体实施方式】
[0018]如图2、图3和图4所示，本发明卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定装置的底部是底座1，底座I上方有输送装置3，输送装置3包括输送装置机架4以及以一定间隔水平平行设置的等径的两根输送辊20、31，还包括调速电机5、传动带及其传动轴、齿轮及其传动轴、2个数码相机及其支架等。输送装置机架4通过滑动滚珠导轨2与底座I滑动联接，滑动滚珠导轨2在输送装置机架4的左右位置各设一个，滑动滚珠导轨2是前后走向，可使输送装置3相对于底座I作前后往复移动。
[0019]两根输送棍20、31分别同轴固定套在两个相对应的输送棍传动轴21、33上,输送辊传动轴21、33支撑在输送装置机架4上，在两根输送辊20、31下方安装调速电机5，调速电机5的安装端与输送装置机架4左端内侧框固定联接。调速电机5的输出轴24通过传动带23连接一个输送辊传动轴，相邻的两个输送辊传动轴21、33之间通过同步传动带22连接。传动带23和同步传动带22均设置在输送装置机架4的左外侧。在两根输送辊20、31之间放置卵形体农产品10。调速电机5可通过传动带23、同步传动带22驱动两根输送辊20、31同向同速转动，实现卵形体农产品10沿输送辊的轴向运动。
[0020]两根输送辊20、31与输送装置机架4的联接是可拆卸的，可实现不同输送辊的调换，两根输送辊20、31的长度为600mm、直径变化范围为20_70mm、材质可为碳钢、尼龙、铝合金、不锈钢、硬橡胶并且在表面喷塑。
[0021]在输送装置机架4底部有齿轮传动轴9，齿轮6固定套在齿轮传动轴9上，底座I上固定连接齿条7，齿轮6与齿条7相啮合。齿轮传动轴9 一端通过传动带25连接调速电机5的输出轴24，齿轮传动轴9另一端与输送装置机架4连接，传动带25和传动带23 —样设置在输送装置机架4的左外侧，传动带25是输送装置机架4移动的传动带，调速电机5通过传动带25驱动齿轮传动轴9使齿轮6转动，再经齿轮6和齿条7的啮合传动，使输送装置机架4在底座I上作前后往复移动，可实现卵形体农产品10的输送运动。
[0022]在其中的一根输送辊31的两端侧各设置一个螺杆滑块式中心距调节器，分别是螺杆滑块式中心距调节器28、41，螺杆滑块式中心距调节器28、41固定在输送装置机架4上，并且两个螺杆滑块式中心距调节器28、41分别与输送辊传动轴33两端连接，通过旋转螺杆推动滑块来调整两根输送辊20、31之间的中心距，是常规的调节距离的结构方式，中心距的调整范围为40-120mm。
[0023]底座I上固定联接翻转导向杆支架8下端,翻转导向杆支架8上端通过翻转导向杆锁定螺钉15固定支撑翻转导向杆16。翻转导向杆16位于两根输送棍20、31上方,卵形体农产品经过时实现翻转。在翻转导向杆支架8上端，位于翻转导向杆16处还固定安装翻转导向杆高度调节螺钉14和翻转导向杆角度调节器13，翻转导向杆高度调节螺钉14用以调整翻转导向杆16与输送辊的间距，间距的调节范围为0-20mm ;翻转导向杆角度调节器13用以调整翻转导向杆16的偏转角σ，偏转角a调节范围为50?-40°。翻转导向杆16的材质可为碳钢、铝合金、不锈钢，其直径为6-15mm。
[0024]在输送装置机架4移动到最前和最后的两个极限位置处各设置一个行程开关，分别是行程开关27和行程开关30，行程开关27、30的固定端与底座I固定联接，行程开关27、30的转臂26、29可接触输送装置机架4，转臂26、29的运动是由输送装置机架4推动。
[0025]在底座I上还固定连接有控制箱34，控制箱34上安装使调速电机5转动和停止的启动按钮39和停止按钮40，控制箱34内有控制器、调速器38及开关集成件，调速器38通过调速电机控制连接线37连接调速电机5，两根输送辊20、31的线速度或输送速度通过调速器38实现调整。两根输送辊20、31的转速调节范围为0-65r/min，输送速度调节范围为0-120mm/s。控制器还分别通过两根行程开关控制连接线35、36分别连接两个行程开关27、30。控制器控制输送装置3的往复移动，并控制输送装置3完成输送运动后能自动返回。
[0026]在两根输送辊20、31的正上方安装了数码相机17，数码相机17安装在高度调节板18上，高度调节板18连接数码相机支架19，数码相机支架19与输送装置机架4固定联接，数码相机17可以在高度调节板18上沿输送辊轴线方向移动，改变摄录的位置，实现对卵形体农产品10在两根输送辊20、31上的轴向运动的摄录。高度调节板18可沿数码相机支架19上下垂直移动，可实现数码相机17与卵形体农产品10之间垂直距离的调整，调整范围为250?500mm。
[0027]数码相机12通过数码相机支架11安装在两根输送辊20、31的前侧，数码相机支架11与输送装置机架4固定联接，实现对卵形体农产品10在两根输送辊20、31上的翻转运动的摄录。数码相12可在数码相机支架11上水平移动，与卵形体农产品10之间实现水平距离的调整，调整范围为250?400mm。在两根输送辊20、31的后侧设置参考标尺32，参考标尺32与两根输送辊20、31平行并且与输送装置机架4固定联接。
[0028]本发明卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定装置在测定时，根据测定要求对两根输送辊20、31的直径和材质及表面状况、中心距、线速度、输送速度、翻转导向杆16的直径和材质及表面状况、翻转导向杆16的偏转角a、翻转导向杆16与两根输送棍20、31的间距、数码相机17和数码相机12的位置进行调整和设定。具体测定步骤如下:
一、卵形体农产品轴向运动参数的测定
1、先卸下带动输送装置机架4移动的传动带25，安装上带动输送辊转动的传动带23。通过开启启动按钮39，使调速电机5转动；再通过调速器38调整两根输送辊20、31的线速度至设定值；调速电机5通过传动带23和同步带传动22驱动两根输送辊20、31同向同速转动，在两根输送辊20、31的驱动下可实现卵形体农产品10作轴向运动；将卵形体农产品10放入两根输送辊20、31之间的一端，使其小头指向另一端，同时启动数码相机17，摄录卵形体农产品10在两根输送辊20、31之间从一端到另一端作轴向运动的全过程。
[0029]2、用视频播放软件逐帧播放数码相机17所摄的影像，如图5所示，每隔t, Cs)时间截一幅图，用Photoshop软件中的度量工具对截图中卵形体农产品10的大小头端点作连线测量其与输送辊轴线之间的角度，即为水平偏转角卢，再从截图中卵形体农产品10的小头端点作直线引至标尺32测得其位置值，并通过计算得出相对于初始起始点位置值的位移，获得轴向运动参数。
[0030]二、卵形体农产品翻转运动参数的测定
1、卸下带动输送辊转动的传动带23，装上带动输送装置机架4移动的传动带25，开启启动按钮39使调速电机5转动；再通过调速器38调整两根输送辊20、31的输送速度至设定值；调速电机5的转动，依次带动传动带25、齿轮传动轴9、齿轮6动作，使输送装置3在底座I上作移动，即输送辊的输送运动，可实现卵形体农产品10的输送运动，再在翻转导向杆16和两根输送辊20、31共同作用下可实现卵形体农产品10作翻转运动；将卵形体农产品10放入两根输送辊20、31之间，使其小头靠近翻转导向杆16，并同时启动数码相机12，摄录下卵形体农产品10在两根输送辊20、31、翻转导向杆16和输送辊输送运动(即输送装置3的移动)的共同作用下其小头端逐渐被翻转导向杆16抬起、大头端在两根输送辊20、31之间作滚动的翻转运动的全过程。
[0031]2、用视频播放软件逐帧播放所摄的影像，如图6和图7所示，每隔i2(s)时间截一幅图，用Photoshop软件中的度量工具对截图中卵形体农产品10的大小头端点作连线(或从小头端点作卵形体农产品10短径的对称线)测量其与输送辊轴线之间的角度，即为翻转角〃，并测量卵形体农产品10从开始翻转到达其长轴径与输送辊轴线垂直时的临界状态时的时间，获得翻转运动参数。
[0032]本发明中传动带23和传动带25的切换是通过人工装拆传动带实现的。
[0033]下面通过3个实施例对本发明的测定方法再作详细说明:
实施例1
卵形体农产品10是鸡蛋，对鸡蛋大小头自动定向运动参数进行测定，调整和设定两根输送棍20、31的直径为40mm,材质为尼龙,两根输送棍20、31之间的中心距为55mm,线速度为67.7mm/s,输送速度为67.7mm/s。翻转导向杆16的直径为8mm,材质为碳钢,翻转导向杆16的偏转角a为30°，翻转导向杆16与两根输送辊20、31的间距为1mm，数码相机17与鸡蛋之间垂直距离为400mm，数码相12与鸡蛋之间水平距离为300mm。具体测定步骤如下:
一、鸡蛋轴向运动参数的测定
1、卸下传动带25，装上传动带23。通过启动按钮39使系统按设定参数运行；将鸡蛋放入两根输送辊20、31之间的一端，使其小头指向另一端，并同时启动高清晰的数码相机17，摄录鸡蛋在两根输送辊20、31间从一端到另一端作轴向运动的全过程。
[0034]2、用视频播放软件逐帧播放所摄的影像,每隔0.5s截一幅图,用Photoshop软件中的度量工具对截图中鸡蛋的大小头端点作连线测量其角度，即为水平偏转角卢，再从截图中鸡蛋的小头端点作直线引至标尺32测得其位置值，并通过计算得出相对于初始起始点位置值的位移。30枚鸡蛋的测定结果的平均值如表1所示。
[0035]表1鸡蛋轴向运动参数的测定值
【权利要求】
1.一种卵形体农产品大小头自动定向运动参数的测定装置，底部是底座(1)，底座(1)上方有输送装置(3)，其特征是:底座(1)固定联接翻转导向杆支架(8)下端，翻转导向杆支架(8)上端固定支撑翻转导向杆(16);输送装置(3)包括输送装置机架(4)及以一定间隔水平平行设置的等径的两根输送辊(20、31)，还包括调速电机(5)、传动带及其传动轴、齿轮及其传动轴、2个数码相机及其支架；两根输送辊(20、31)各同轴固定套在其对应的传动轴上，翻转导向杆(16)位于两根输送棍(20、31)上方；输送装置机架(4)通过滑动滚珠导轨(2 )与底座(1)滑动联接，输送装置机架(4 )底部固定连接与齿轮(6 )相啮合的齿条(7 )，齿轮(6 )固定套在齿轮传动轴(9 )上，齿轮传动轴(9 )可通过第二传动带(25 )连接调速电机(5),调速电机(5)可通过第一传动带(23)连接一个输送棍的传动轴,相邻两个输送棍传动轴之间通过同步传动带(22)连接；在两根输送辊(20、31)的前侧设有第一数码相机(12)，第一数码相机(12)与卵形体农产品间的水平距离可调，在两根输送辊(20、31)的正上方设有第二数码相机(17)，第二数码相机(17)沿输送辊轴线方向可移动且与卵形体农产品间的垂直距离可调；在输送辊的后侧设置与输送辊平行的标尺(32)。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是:两根输送辊(20、31)的长度为600mm，直径为20-70mm，材质为碳钢、尼龙、铝合金、不锈钢、硬橡胶且表面喷塑。
3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是:在其中一根输送辊的两端侧各设置一个调整两根输送辊之间中心距的螺杆滑块式中心距调节器(28)，中心距的调整范围为40_120mm。
4.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是:翻转导向杆(16)处设有调整其与输送辊之间间距的调节螺钉和调整其偏转角的角度调节器，间距的调节范围为0-20mm，偏转角的调节范围为50~-40°。`
5.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是:在输送装置机架(4)移动的两个极限位置处各设置一个行程开关。
6.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是:调速电机(5)连接调速器(38)，调速器(38)位于控制箱(34)中；输送辊的转速调节范围为0-65r/min，输送速度调节范围为0_120mm/s。
7.—种如权利要求1所述测定装置的测定方法，其特征是采用如下步骤: A、卸下第二传动带(25),安装上第一传动带(23),调速电机(5)通过第一传动带(23)和同步带传动(22)驱动输送辊转动，在相邻两根输送辊(20、31)之间放置卵形体农产品，启动第二数码相机(17)摄录卵形体农产品在输送辊上从一端到另一端作轴向运动的全过程; B、每隔一时间截图，对截图中的卵形体农产品的大小头端点作连线测量其与输送辊轴线之间的水平偏转角，再从小头端点作直线引至标尺(32)测得其位置值，计算出相对于起始点位置值的位移，获得轴向运动参数； C、卸下第一传动带(23),安装上第二传动带(25),调速电机(5)依次带动第二传动带(25),齿轮传动轴(9)、齿轮(6)、齿条(7)动作，使输送装置(3 )在底座(1)上作移动；启动第一数码相机(12)摄录卵形体农产品小头端逐渐被翻转导向杆抬起、大头端在输送辊之间作滚动的翻转运动的全过程； D、每隔一时间截图，对截图中的卵形体农产品的大小头端点作连线，测量其与输送辊轴线之间的翻转角，并测量从开始翻转到达其长轴径与输送辊轴线垂直时的临界状态时的时间，获得 翻转运动参数。
【文档编号】B65B35/56GK103482118SQ201310406778
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】姜松, 孙柯, 姜奕奕, 徐斌, 朱红力, 陈章耀, 陈庶来 申请人:江苏大学