一种中草药尺寸分级筛选装置和方法与流程

本发明涉及中药材尺寸测量及质量分级领域，具体涉及通过点云拟合及算法实现中药材尺寸测量及质量分级领域。

背景技术：

不同年限的中药材价格价值差距较大，而且外观尺寸也有明显变化，所以对中药材进行尺寸测量和质量分级具有重要意义。现有的尺寸测量方法是通过人工利用尺子等工具进行测量，测量效率较低，多次重复测量结果的准确度和稳定性容易受到影响，而且对应名贵中药材，人工测量过程中容易影响中药材品质，造成中药材的损失。近些年，随着3维点云技术的发展，人们在工业测量时，开始利用激光轮廓仪所采集的点云图像来进行参数测量，这是项新技术。这项新技术可以通过点云图像来解决工业检测环节中的许多问题，以取代落后的人工检测方法，提高检测效率和工业自动化水平。而且，利用3维点云进行检测不用接触待检产品，不会造成损坏，检测精度高，且更加智能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是实现一种中草药尺寸自动在线测量以及分级筛选装置及数据处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种中草药尺寸分级筛选装置，装置设有用于运输中药材的传输带，所述传输带包括输送段和分拣段，所述输送段和分拣段之间的传输带上方设有预定向装置，所述预定向装置由两块沿传输方向逐渐变窄的挡板构成，所述预定向装置出口处的上方设有上安装支架，所述上安装支架上固定有向下采集预定向装置出口处图像信息的图像采集器，沿分拣段的侧面设有向传输带上伸展的分料气缸，所述分料气缸设有至少两个，每个所述分料气缸的气缸杆端部固定有分料推杆，每个所述分料气缸旁固定有一个采集传输带上是否有中药材经过的光电检测传感器。

所述预定向装置出口处的下方设有位于传输带下表面的下安装支架，所述下安装支架上固定有向上采集预定向装置出口处图像信息的图像采集器，所述传输带为透明材料。

所述传输带设有上层带和下层带，位于预定向装置处的下层带由预紧滚轮支撑向下弯折，使上层带和下层带之间构成容纳下安装支架和图像采集器的空间。

装置设有控制器，所述图像采集器输出感应信号至控制器，每个所述光电检测传感器均输出感应信号至控制器，所述控制器输出驱动信号至每一个分料气缸。

所述图像采集器为激光轮廓仪、面阵结构管三维传感器或工业相机。

每个所述分料推杆配有一个位于传输带另一侧的滑道，所述滑动的底端设有接料筐。

基于所述中草药尺寸分级筛选装置的分级筛选方法：

1)传输带工作后，图像采集器实时获取每个经过预定向装置出口处的中药材图像；

2)分析中药材图像后按照设定规格分类；

3)当光电检测传感器感应到中药材时，判断当前通过的中药材是否为该分料推杆分类的规格，若是则驱动分料气缸完成一次伸缩动作，若否则分料气缸不动作。

所述1)中，上下两个图像采集器采集中药材上下表面的点云数据，将每个中药材上下表面的点云数据融合换算到同一坐标系下。

所述2)中，根据融合的点云数据获取中药材参数，将中药材参数与设定的参数表比对获取该中药材的规格分类。

所述3)中，每个中药材的规格分类具有一个对应的分料气缸，以传输带传输方向为基准，每分类好一个中药材后，将对应该规格的分料气缸的“经过中药材数量”+1获得累计数值(如原累计数值为29，则现在更新为30)，并对该累计数值赋值“动作”(30赋值动作)，并将位于该分料气缸之前的所以分料气缸的“经过中药材数量”+1获得累计数值，并对该累计数值赋值“不动作”；

当光电检测传感器感应到有中药材经过时进行计数，并根据计数获取该光电检测传感器负责的分料气缸相应累计数值的赋值，若赋值为“动作”则该分料气缸完成一次伸缩动作，若赋值为“不动作”则该分料气缸不动作。

本发明采用非接触式三维点云采集技术和三维点云分析与处理技术能快速、精确地实现针对诸如党参等中药材的尺寸参数测量；同时采用分料气缸自动对中药材进行分拣放置，相对于传统的手动测量和分拣方式降低了测量时间，提高了生产效率和测量精度、降低测量成本，并保证了中药材尺寸测量和质量分级过程中的稳定度。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为中草药尺寸分级筛选装置外部结构示意图；

图2为中草药尺寸分级筛选装置内部接示意图；

上述图中的标记均为：1、自动输送线支架；2、分料推杆；3、分料气缸；4、光电检测传感器；5、上安装支架；6、预定向装置；7、中药材；8、滑道；9、接料筐；10、驱动电机；11、传输带；12、支撑滚轮；13、底部激光轮廓仪；14、下安装支架；15、预紧滚轮；16、顶部激光轮廓仪。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1、2所示，中草药尺寸分级筛选装置包括自动输送线支架1、分料推杆2、分料气缸3、光电检测传感器4、上安装支架5、预定向装置6、中药材7、滑道8、接料筐9、驱动电机10、传输带11、支撑滚轮12、下安装支架14、预紧滚轮15、图像采集器。

其中图像采集器优选底部激光轮廓仪13和顶部激光轮廓仪16，亦可使用面阵结构管三维传感器代替，可以提高扫描效率并降低对传送带速度控制精度要求；通过将本发明装置中的激光轮廓仪换成其他类型传感器如力传感器、工业相机等亦可将本发明装置改变成利用重量或平面尺寸等分级的质量分级装置；

自动输送线支架1：自动输送线支架1用于安装皮带输送线以及分料气缸3、传感器等；

分料推杆2：分料推杆2安装在分料气缸3末端，用于将完成测量的中药材7推送到对应的滑道8以送入正确的接料筐9中；

分料气缸3：分料气缸3根据控制系统的动作指令在相应等级的中药材7经过分料推杆2时将中药材7推入正确的滑道8完成分级筛选，每台装置中可以根据分级数量使用不同数量的分料气缸3，每个分料气缸3对应一个光电检测传感器4、一个滑道8以及一个接料筐9；

光电检测传感器4：光电检测传感器4用于检测中药材7是否到达分料气缸3位置推料位置；

上安装支架5：上安装支架5采用门式横梁结构，其高度可根据激光轮廓仪测量范围灵活调整，其上可以安装顶部激光轮廓仪16；

预定向装置6：预定向装置6通过逐渐变窄的挡板结构将成堆放上输送带的中药进行初步排序和定向，确保每次只有单个中药材7进入顶部激光轮廓仪16扫描范围；

中药材7：中药材7是本发明需要测量尺寸和分级的操作对象，为提高分料效率一次可以将批量中药材7放入本发明装置中进行尺寸测量和分级；

滑道8：滑道8安装在分料气缸3对侧，其作用是将由分料推杆2推下的中药材7正确导向对应的接料筐9中；

接料筐9：接料筐9放置在滑道8出料口处，用于接纳分级后的中药材7，接料筐9装满后可由人工将其取出进行下一步处理、并更换空接料筐9继续工作。

驱动电机10：传送带驱动电机10用于驱动传送带进行回转运动，从而带动中药材7通过顶部激光轮廓仪16和底部激光轮廓仪13完成点云扫描；

传送带：传送带可将中药材7带过预定向装置6完成中药材7预定向，并经过顶部激光轮廓仪16和底部激光轮廓仪13完成点云扫描；传送带优选采用透明的耐磨材质制作，透明性保证底部激光轮廓发射的激光能够穿透传送带扫描的中药材7表面，耐磨性保证长时间使用后传送带的透光性能不会减弱从而保证系统测量数据的准确性；

支撑滚轮12：支撑滚轮12用于支撑传送带，防止传送带因预紧力不够而松弛下垂；

底部激光轮廓仪13：底部激光轮廓仪13安装在传送带下方的下安装支架14上，用于从底部扫描中药材7下半部分三维点云，底部点云与由顶部激光轮廓仪16采集的顶部点云共同构成完整的中药材7三维点云数据；

下安装支架14：下安装支架14安装在自动输送线支架1下方，采用门式结构设计，其高度可根据激光轮廓仪测量范围灵活调整，其上安装底部激光轮廓仪13；

预紧滚轮15：预紧滚轮15安装在下安装支架14下方，其作用是改变局部输送线走向，为安装下安装支架14和底部激光轮廓仪13提供足够的安装空间；同时通过微调其安装的上下位置，可以灵活调整传送带的预紧力；

顶部激光轮廓仪16：顶部激光轮廓仪16安装在上安装支架5上，用于从上方扫描中药材7上半部分的三维点云，顶部三维点云与由底部激光轮廓仪13采集的底部点云共同构成完整的中药材7点三维云数据

本发明的数据处理方法如下：首先将上、下两台激光轮廓仪采集到的点云数据根据传感器的位置关系融合换算到同一坐标系下，然后将2组点云数据合并为一组点云数据，通过主成分分析计算得出合并点云的主方向和中轴线，同时计算得到合并点云的最小包围框，根据合并点云的最小包围框在合并点云中轴线上的投影点坐标计算分割得到合并点云垂直于中轴线的前后2个端面点云数据，计算2个端面点云数据的外包曲线周长，根据用户指定选择周长较大的端面点云数据，再根据用户指定位置计算分割得到指定位置的垂直于中轴线的指定端面点云数据，计算得到指定端面点云数据的外包曲线周长即为所测中药材7的尺寸。

本发明的中药材7尺寸测量及分级装置工作流程如下：启动装置驱动电机10后，首先由人工或利用其他自动传送装置将未分级的中药材7放置到预定向装置6中，透明传送带将预定向装置6中的中药材7依次带出并经过点云扫描区域的上、下两台激光轮廓仪从顶部和底部分别扫描中药材7的部分点云，扫描完成后数据经过点云处理方法完成尺寸测量并在中药材7继续运动到分料气缸3之前完成药材定级，并将定级信号发送给相应级别的分料气缸3，当相应级别的光电检测传感器4检测到中药材7到达粉料区域后，控制分料气缸3推动中药材7到对应的接料筐9中完成分级。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。