专利名称：一种穗状水果分级装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及农业工程领域，特别是涉及一种穗状水果分级装置。
技术背景我国是水果生产大国，水果按品质分级分类后进入市场流通，便 于按质论价，提高其巿场竟争力和商品价值，增加农民收入。目前， 水果釆后分级技术正在从机械式大小、重量分级和人工目测鉴别品质 向基于机器视觉的品质分级的方向发展，如美国的高速水果分级生产 线，浙江大学研制的水果品质智能化实时检测与分级生产线，中国农 业大学研制的计算机视觉水果分级自动化系统等。目前基于机器视觉进行水果检测分级的应用对象主要包括苹果、 柑桔、桃子、梨、芒果等，它们的果实以单个为单粒，在检测分级过 程中，可以釆用机械装置使水果在检测台上分开摆放，以摄取单粒水 果的一幅或多幅图像，通过图像分析获取每粒水果的形状、大小、颜 色、缺陷等信息，进而实现水果分级。而对于诸如葡萄、荔枝等穗状 水果，每穗水果中包括互相堆积在一起的很多枚果粒，根据葡萄分级 标准的要求，葡萄等级划分不仅与整穗的大小及穗形有关，更要看一 穗葡萄中果粒的数量、果粒大小、果粒颜色及缺陷等特征。此外，由 于葡萄果实柔软易损，不允许在检测台面上滑动或滚动。因此，基于 机器视觉的葡萄检测分级具有自身的特殊性和复杂性。现有的分级装置要么是釆用国外的生产线，要么人工完成。国外 的整条生产线结构庞大、复杂，价格昂贵，并且只针对葡萄的果粒大 小和颜色两个外观指标进行分级。而采用人工分级，效率低下且难以 做到客观准确
发明内容
本发明的目的是提供 一种结构简单、价格低廉的实时检测和自动 分级装置，特别是提供一种穗状水果分级装置。为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种穗状水果分级装 置，包括驱动装置、悬挂式输送机构，水果夹持机构、图像釆集与处理系统和分级控制系统；所述驱动装置安装于所述悬挂式输送机构 上，用于驱动所述悬挂式输送机构进行传送；所述水果夹持机构安装 于所述悬挂式输送机构上，用于夹持穗状水果；所述图像釆集与处理 系统安装于所述悬挂式输送机构上，用于釆集和处理所述穗状水果的 图像；所述分级控制系统与所述图像釆集与处理系统相连，进行数据 通讯，用于控制釆集所述穗状水果的图像，以及显示所述穗状水果的 等级。其中，所述驱动装置具体包括电机部件和传动机构，通过所述电 机部件驱动所述传动机构运动。其中，所述电机部件包括减速调速电机、电机支座，所述传动机 构为链传动机构，包括联轴器、传动轴、轴承、轴承座、链轮、托板; 所述电机固定在所述电机支座上，所述电机支座固定在所述悬挂式输 送机构的机架顶端的机架板上，所述托板固定在所述机架上，所述链 轮通过所述轴承、轴承座、传动轴、联轴器与所述电机相连。其中，所述悬挂式输送机构包括机架、机架板、封闭轨道、输 送链条、滚动轴承组件，所述机架为型钢焊接结构，所述机架板固定 在所述机架上方，所述封闭轨道固定在所述机架板下方，所述输送链 条上下带有吊耳，上方吊耳通过所述滚动轴承组件与所述封闭轨道相 连，下方吊耳与所述水果夹持机构相连。其中，所述水果夹持机构包括夹持体、弹簧、弹簧板、螺栓、 螺母、橡胶夹持垫；所述夹持体固定在下方吊耳上，所述夹持体内侧 装有两片橡胶垫，所述弹簧、弹簧板通过所述螺栓、螺母固定在所述 夹持体上。 其中，所述图像釆集与处理系统包括两个CCD摄像机、光照箱、光源、图像釆集卡、计算机；所述光照箱安装在一侧的所述机架上； 所述光照箱内侧安装所述光源；所述两个CCD摄像机安装在所述光 照箱两侧；所述CCD摄像机与所述图像釆集卡连接，进行图像釆集; 所述计算机与所述分级控制系统连接，进行图像处理与数据传输。 其中，所述分级控制系统包括传感器、PLC控制器和分级指示灯;所述传感器安装在穗状水果分级机的图像釆集区域；分级指示灯安装 在分级区域；所述PLC控制器与所述计算机和釆集卡连接，进行图 像数据传输。其中，所述传感器为电感式接近传感器。上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点在穗状水果的悬 挂式连续输送中，釆用计算机视觉技术，同时从不同角度拍摄一串葡 萄的多幅图像，提取葡萄的果穗形状、大小，果粒大小与数量，颜色、 缺陷等信息，进而实现外观综合品质分级，.分级准确、客观，同时避 免对葡萄的损伤。
图l是本发明实施例的 一种穗状水果分级装置的结构示意图； 图2是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的驱动装置主动端 剖视图；图3是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的悬挂式输送机构 及穗状水果夹持机构局部外观示意图；图4是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的悬挂式输送机构 剖视图；图5是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的图像采集与处理 系统和分级控制系统示意图；图6是本发明实施例的一种穗状水果分级装置的分级控制流程图。
其巾1- 驱动装置 11-电机 12-电机支座 13-联轴器 14-传动轴 15-轴承 16-轴承座17-链轮 18-托板链轮机构l-l、l-2、l-3和l-4;2- 悬挂式输送机构21-机架22-机架板23-环形轨道24-输 送链条25-滚动轴承26-滚动轴承支架 27-连接环 28-压板29-螺钉；3- 葡萄夹持机构 31-夹持体32-弹簧33-弹簧板34-螺栓 35-螺母36-橡胶夹持垫37-葡萄；4- 图像釆集与处理系统41-CCD摄像机42-光照箱 43-光源 44-图像釆集卡45-计算机；5- 分级控制系统51-传感器52-PLC控制器53-分级指示灯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。结合图l、图2、图3、图4、图5和图6对本发明实施例进行详细说 明。穗状水果分级装置为葡萄分级机，具体由驱动装置l、悬挂式输 送机构2，夹持机构3、图像釆集与处理系统4、分级控制系统5组成。如图l所示，驱动装置l包含四个链轮机构l-l、 1-2、 l-3和l-4， 其中l-l为主动端，其余为从动端，图2为驱动装置主动端的剖视图。 结合图l、图2可知，该驱动装置由减速调速电机ll、电机支座12、联 轴器13、传动轴14、轴承15、轴承座16、链轮17、托板18组成，电机 11固定在电机支座12上，电机支座12固定在机架21顶端的机架板22 上，托板18固定在机架21上，用于支撑整个链轮机构。如图3所示为悬挂式输送机构及葡萄夹持机构局部外观示意图， 图4为悬挂式输送机构剖视图。由图l、图3、图4可知，悬挂式输送机 构由机架21、机架板22、环形轨道23、输送链条24、滚动轴承25、滚 动轴承支架26、连接环27组成。机架21釆用型材焊接结构，用于支撑 本发明的整个系统，机架板22固定在机架21上方。为了实现葡萄的连续输送，釆用截面为类工字形的铝型材弯制一个环形轨道23,通过压 板28和螺钉29将环形轨道23连接在机架板22下方。在环形轨道23内左 右两侧装有多组滚动轴承25， 一对滚动轴承25由一个滚动轴承支架26 相连，滚动轴承支架26下端装有连接环27,通过连接环27将输送链条 24吊装在环形轨道23下方。输送链条24采用上、下分别带有吊耳的精 密滚子链，上方吊耳用于和环形轨道23相连，下方吊耳用于悬挂葡萄。由图3可知，水果夹持机构在本实施例具体为葡萄夹持机构，由 夹持体31、弹簧32、弹簧板33、螺栓34、螺母35、橡胶夹持垫36组成， 夹持体31固定在输送链条24下方的吊耳上，夹持体31内侧装有两片橡 胶垫36。将食指和拇指分别放在弹簧板33和夹持体31左侧面处稍用力 捏，两片橡胶夹持垫36在弹簧的作用下松开，将葡萄37的果柄插入， 手松开后果柄即被夹紧。旋柠螺母35，可以调节弹簧32的预紧程度， 保证可靠夹持果柄而不脱落，而橡胶夹持垫36自身的弹性，能保证夹 持过程中不对葡萄造成损伤。启动调速电机ll，电机11带动传动轴14、链轮l-l、 1-2、 1-3、 1-4 旋转，链轮l-l、 1-2、 1-3、 l-4驱动输送链条24运动，由于输送链条 24通过滚动轴承25、滚动轴承支架26、连接环27、链条吊耳悬挂在环 形轨道23下方，从而保证输送链条24始终沿环形轨道23运转。由于葡 萄37通过夹持机构与链条下方吊耳相连，从而能够实现葡萄沿预定轨 道的悬挂式连续输送。由于链条悬挂在环形轨道23下方，与轨道通过滚动轴承组件中的 连接环27非刚性连接，因而无需张紧即可连续稳定运行。由于釆用了滚动轴承25，使得整个输送系统在运动中与环形轨道 23间为滚动摩擦，摩擦力很小，从而使得电机ll负载很小，整套机构 运行平稳。夹持机构本身具有很好的刚性，能尽量减小所夹持的葡萄 在输送过程中的晃动，便于随后的图像釆集与处理。本发明实施例中
釆用减速调速电机，可以方便地进行无级调速，以调节葡萄输送的速 度，从而满足不同的分级算法和分级效率要求。图5为本发明的图像采集与处理系统和分级控制系统示意图，由图5可知，图像釆集与处理系统包括两个CCD摄像机41、光照箱42、 光源43、图像采集卡44、计算机45和图象处理软件，光照箱42横跨一 侧机架21,内侧安装光源43，使得进入到图像釆集区域的葡萄表面形 成均匀的光照效果。两个CCD摄像机41安装在光照箱42两侧，当葡萄 运行到采集区域(光照箱内)时，两个CCD摄像机41同时拍摄葡萄前 后两面的两幅图像，通过釆集卡44输入到计算机45。图像处理软件将 一串葡萄的两幅图像进行融合，经预处理、图像分割和特征提取，检 测葡萄的果穗形状与大小、果粒数量及大小、颜色、缺陷等信息，然 后综合这四种信息来判定葡萄等级。由图5可知分级控制系统由电感式接近传感器51、 PLC控制器52 和分级指示灯53组成。传感器51安装在葡萄分级机的图像釆集区域， 分级指示灯53安装在分级区域。PLC控制器52与釆集卡44和计算机45 连接，进行图像数据的传输。图6为分级控制原理图，由图6可知，图像釆集与处理系统及控制 系统釆用计算机PC-PLC的主从式构架，计算机作为上位机主要完成 图像信息的釆集、处理和分析。PLC作为下位机主要完成逻辑控制， 一方面处理由传感器传送的葡萄位置信息，控制图像采集，另一方面 通过和上位机的通讯，实现分级信息的显示控制。每当葡萄进入釆集 区域时，传感器检测到与葡萄相连的夹持机构，产生一个脉冲触发信 号并传送给PLC，该脉冲触发信号被PLC用于跟踪葡萄的位置，同时 触发CCD摄像机釆集该葡萄的两幅单帧图像。釆集到的图像经过计算 机图像分析软件处理后判定该葡萄的等级，并通过RS232串口将等级 值发送给PLC。 PLC接收、保存葡萄等级信息，待该串葡萄运动至分 级区域时，控制指示灯显示该葡萄的等级，然后将葡萄取下放入相应
等级的包装箱内。通过以上实施例可以看出，本发明实施例通过釆用计算机视觉技 术，将葡萄按果穗形状、大小，果粒大小，颜色、缺陷等综合品质分 级，分级准确、客观。将葡萄以悬挂状态连续输送，便于同时从不同 角度拍摄一串葡萄的多幅图像，方便提取全面的葡萄信息。并且整套 系统运行平稳，葡萄以悬挂状态连续输送，其间晃动很小，不与系统 任何部位产生接触或碰撞，且果柄部分为弹性夹持，因此整个检测分 级过程不对葡萄造成损伤。本装置具有结构简单、成本低等优点。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1、 一种穗状水果分级装置，其特征在于，包括驱动装置、悬挂式输送机构，水果夹持机构、图像采集与处理系统和分级控制系统;所述驱动装置安装于所述悬挂式输送机构上，用于驱动所述悬挂 式输送机构进行传送；所述水果夹持机构安装于所述悬挂式输送机构上，用于夹持穗状 水果；所述图像釆集与处理系统安装于所述悬挂式输送机构上，用于釆 集和处理所述穗状水果的图像；所述分级控制系统与所述图像釆集与处理系统相连，进行数据通 讯，用于控制釆集所述穗状水果的图像，以及显示所述穗状水果的等 级。
2、 如权利要求1所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述 驱动装置具体包括电机部件和传动机构，通过所述电机部件驱动所述 传动机构运动。
3、 如权利要求2所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述 电机部件包括减速调速电机、电机支座，所述传动机构为链传动机构， 包括联轴器、传动轴、轴承、轴承座、链轮、托板；所述电机固定在所述电机支座上，所述电机支座固定在所述悬挂 式输送机构的机架顶端的机架板上，所述托板固定在所述机架上，所 述链轮通过所述轴承、轴承座、传动轴、联轴器与所述电机相连。
4、 如权利要求1所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述 悬挂式输送机构包括机架、机架板、封闭轨道、输送链条、滚动轴 承组件；所述机架为型钢焊接结构，所述机架板固定在所述机架上方，所 述封闭轨道固定在所述机架板下方，所述输送链条上下带有吊耳，上 方吊耳通过所述滚动轴承组件与所述封闭轨道相连，下方吊耳与所述水果夹持机构相连。
5、 如权利要求1或4所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述水果夹持机构包括夹持体、弹簧、弹簧板、螺栓、螺母、橡胶 夹持垫；所述夹持体固定在下方吊耳上，所述夹持体内侧装有两片橡胶 垫，所述弹簧、弹簧板通过所述螺栓、螺母固定在所述夹持体上。
6、 如权利要求1或4所述的穗状水果分级装置，其特征在于， 所述图像釆集与处理系统包括两个CCD摄像机、光照箱、光源、图 像釆集卡、计算机；所述光照箱安装在一侧的所述机架上；所述光照箱内侧安装所述光源；所述两个CCD摄像机安装在所述光照箱两侧；所述CCD摄像机与所述图像釆集卡连接，进行图像釆集；所述计算机与所述分级控制系统连接，进行图像处理与数据传输。
7、 如权利要求1或6所述的穗状水果分级装置，其特征在于， 所述分级控制系统包括传感器、PLC控制器和分级指示灯；所述传感器安装在穗状水果分级机的图像采集区域；分级指示灯 安装在分级区域；所述PLC控制器与所述计算机和釆集卡连接，进 行图像数据传输。
8、 如权利要求7所述的穗状水果分级装置，其特征在于，所述传感器为电感式接近传感器。
全文摘要
本发明涉及农业工程领域，公开了一种穗状水果分级装置，包括驱动装置、悬挂式输送机构，水果夹持机构、图像采集与处理系统和分级控制系统；本发明采用计算机视觉技术，实现了对穗状水果的分级处理功能，而且在分级的过程中，保证了穗状水果不被损坏，而且该装置具有结构简单、成本低等优点。
文档编号B07C5/34GK101121167SQ20071012025
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月14日 优先权日2007年8月14日
发明者虎 万, 伟 李, 林初靠, 英 陈 申请人:中国农业大学