连续喂入鱼并监控喂入量的装置与方法与流程

本发明涉及水产工程技术领域，特别涉及一种连续喂入鱼并监控喂入量的装置与方法。

背景技术：

我国是世界最大的水产品生产国，占全球总产量30％左右，在2017年水产品总产量已达6445.33万吨，约占全球总产量三分之一，水产品加工企业数量9674个，水产品加工能力2926.23万吨/年，水产品加工业发展迅速。水产品加工行业用工成本上升较快，2016年用工成本占比约为60％。我国水产品加工业生产方式为劳动密集型，仅有10％的加工装备达到世界先进水平，总体上机械化、自动化程度低，成套加工生产线更为少见，而我国水产品加工率仅为34％，远低于日本、加拿大、美国等水产发达国家60％-90％的水产品加工率。

目前我国水产品加工总体上仍以劳动密集型为主，机械化、自动化程度不高，特别是初加工工序，80％左右依赖人工，加工效率较低，仅有少数大型加工企业引进成套加工生产线，大部分中小型企业基本上以手工作业为主，部分工段采用单机设备作为辅助，品质和工效难以保证。

现阶段国内的鱼去鳞机、去内脏机等初加工单机，部分达到了较高处理水平，但是加工的各个环节还未形成自动化的生产线，例如：条冻鱼的生产过程中，去鳞机、去内脏机的原料供给分别采用人工整筐运送倒入和逐条手工定向喂入，无法实现连续生产以及实时监测去鳞机工作时鱼的喂入量，不利于生产线的在线控制。

技术实现要素：

为了克服现有技术中鱼初加工需要人工辅助打捞、喂入的问题，本发明采用一种连续喂入鱼并监控喂入量的装置与方法，实现鱼的自动打捞、连续输送和喂入量的实时监控。

本发明特殊地在鱼打捞部分设有两个相同的打捞装置通过工作台底座对称安装在鱼储存冰冻池的边缘台上，设计了鱼储存冰冻池的收拢口，将输送喂入部分中的倾斜传送平台与鱼储存冰冻池收拢口结构上的吻合，使得能够通过鱼打捞部分中的伺服电机控制通过绳索固定连接于负载工作台上的收拢鱼装置上部分做定轴运动，实现鱼打捞至收拢口并通过倾斜传送平台输送，克服了传统需要人工打捞鱼，并通过塑料筐喂入去鳞机带来的劳动强度大、生产效率低、容易造成产品二次污染。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种连续喂入鱼并监控喂入量的装置

本发明包括鱼打捞机构、输送喂入机构和图像采集机构；

所述输送喂入机构用于将鱼传送至去鳞机，包括倾斜传送平台、水平传送平台、出料口、链板输送带、挡板、传送平台支架、转轮、驱动电动机和皮带，水平传送平台支架上端固定有水平传送平台和倾斜传送平台，倾斜传送平台与水平传送平台两侧均安装有挡板防止鱼在输送过程中掉落，位于水平传送平台一端的挡板处设有出料口用于鱼的输出，水平传送平台的另一端与倾斜传送平台上端相对接，倾斜传送平台下端向下倾斜直至与地面相接触，水平传送平台与倾斜传送平台的对接处、水平传送平台一端和倾斜传送平台的下端均安装有转轮，三个转轮上套装有链板输送带，倾斜传送平台的其中一个外侧面安装有驱动电动机，驱动电动机的输出端通过皮带与对接处的转轮相连。

所述鱼打捞机构用于控制伺服电机使得收拢鱼装置打捞鱼至输送喂入机构，包括鱼储存冰冻池、直线导轨、打捞装置和收拢鱼装置，鱼储存冰冻池靠近输送喂入机构的进口段设有与鱼储存冰冻池侧壁面相平行的通道，输送喂入机构的倾斜传送平台伸入通道内且倾斜传送平台挡板与通道两侧内壁相贴合，通道远离输送喂入机构的开口端分别朝两侧延伸至鱼储存冰冻池两侧壁面形成喇叭状收拢口；鱼储存冰冻池两侧壁面上端均固定有工作台底座且工作台底座上表面装有两条相互平行的直线导轨，两条直线导轨之间安装有与直线导轨相平行的齿条；两块工作台底座上端面对称设有两个打捞装置，打捞装置包括齿轮安装座、齿轮、伺服电机、导轨滑块和负载工作台，两个齿轮安装座通过导轨滑块分别滑动安装于工作台底座的两条直线导轨，两个齿轮安装座之间安装有沿齿条滚动的齿轮，其中一个齿轮安装座外侧装有伺服电机，伺服电机的输出轴穿过齿轮安装座与齿轮相连，两个齿轮安装座上方固定有负载工作台，负载工作台远离输送喂入机构的一侧装有弯钩作为连接部件；收拢鱼装置位于鱼储存冰冻池内且主要由梯形板和带有滤孔的方形板通过铰接形成，梯形板与鱼储存冰冻池收拢口形状相吻合且底部与收拢口贴合固定，梯形板一端与倾斜传送平台底部相对接，另一端与方形板底部相铰接，方形板两侧面分别与鱼储存冰冻池两侧壁面相贴合，防止收拢鱼装置收拢时鱼从收拢鱼装置外部逃脱，方形板顶部两侧均设有套装有绳索的凸耳，两根绳索的另一端分别连接至与绳索位于同一侧的连接部件。

所述的图像采集机构安装于水平传送平台上用于控制相机实时采集链板输送带上鱼的图像，图像采集机构包括光源、相机、相机水平调节机构、相机竖直调节机构和光照箱，光源、相机、相机水平调节机构、相机竖直调节机构均位于光照箱内部，光照箱内周面底部设有用于为相机采集图像提供照明的光源，光源根据视场照度要求和图像采集效果确定功率大小和布置方式；光照箱上顶面安装有相机水平调节机构，相机水平调节机构包括横向导轨、纵向导轨、第一导轨滑块副和第二导轨滑块副，横向导轨固定于光照箱上顶面且垂直于纵向导轨布置，纵向导轨通过第一导轨滑块副滑动安装于横向导轨下端，相机竖直调节机构通过第二导轨滑块副与滑动安装于纵向导轨下端，相机安装于相机竖直调节机构底端并通过相机竖直调节机构实现上下升降。所述相机采用高帧率的防水工业黑白相机，相机和光源位置可调。

还包括图像处理机构，图像处理机构用于处理和分析相机采集的图像，并输出鱼喂入量，图像处理机构与生产线控制软件平台集成。

所述鱼打捞机构中，齿轮在伺服电机控制下沿齿条滚动，从而带动齿轮安装座沿直线导轨水平移动；当打捞装置朝输送喂入机构水平移动的同时，带动与绳索相连的收拢鱼装置的方形板绕底部的铰接端定轴旋转，聚集于收拢鱼装置表面的鱼在方形板旋转过程中逐渐靠近输送喂入机构，直至收拢鱼装置表面的鱼全部运送至输送喂入机构。

所述通道设于鱼储存冰冻池两侧壁面之间且与侧壁面相平行，通道两侧壁面上端及收拢口壁面上端分别延伸至鱼储存冰冻池两侧壁面上端部。

每条所述的直线导轨两端均设有挡块，防止超过工作范围。

所述链板输送带表面设有容纳单条鱼的等间隔卡槽，避免鱼的堆积和粘连，实现鱼的单条化，便于后续图像采集部分的图像实时采集，卡槽沿倾斜传送平台和水平传送平台的宽度方向布置，卡槽深度不超过鱼的平均厚度，卡槽宽度与鱼体宽度相适应；链板输送带选择与鱼体灰度对比明显的颜色。同时链板输送带的链板长度、高度和间距根据鱼品种的体型和常规大小确定，使鱼单条化输送进入图像采集机构视场。

二、一种连续喂入鱼并监控喂入量的方法

包括以下步骤：

1)初始状态下，打捞装置位于直线导轨上远离输送喂入机构的一端，收拢鱼装置的方形板上端旋转至远离输送喂入机构的一侧，使得收拢鱼装置与鱼储存冰冻池所围空间达到最大；然后朝收拢鱼装置上方投入待处理的鱼，投放完毕后开启伺服电机，收拢鱼装置在打捞装置的带动下朝靠近输送喂入机构的一侧做定轴旋转运动，聚集于收拢鱼装置表面的鱼全部逼近至输送喂入机构，且收拢鱼装置的方形板在旋转过程中两侧面始终与鱼储存冰冻池两侧壁相贴合；

2)收拢鱼装置的方形板旋转过程中，聚集于收拢鱼装置表面的鱼被输送至倾斜传送平台后覆盖于链板输送带上，鱼在链板输送带的带动下线沿倾斜向上方向输送至水平传送平台，后沿水平方向输送至去鳞机；

3)控制图像采集机构的相机实时采集链板输送带上鱼的图像；

4)对步骤3)采集的图像进行处理后分析获取喂入量实时数据，可以用于后续去鳞机转速的相应调整及生产线运行状态的优化调控。

所述步骤4)中，将采集的图像进行处理后分析获取喂入量实时数据的方法具体为：

4.1)图像背景去除：利用链板输送带与鱼体灰度差异大的特征确定背景分割阈值，对采集的图像进行背景去除只保留鱼体灰度；

4.2)鱼眼识别：利用hough圆变换检测鱼眼并计数；

4.3)感兴趣区域提取：将已有的单条鱼图像作为模板图像，利用鱼眼定位将采集图像和模板图像进行模板匹配，之后通过边缘平滑滤波消除鱼鳍毛刺影响，获得感兴趣区域；

4.4)二值化处理：将感兴趣区域设置为前景进行二值化处理后得到二值化图像；

4.5)连通区域计算：采用findcontours函数对连通区域进行计数，用contourarea函数对连通区域面积进行计算；所述连通区域为二值化图像中的鱼轮廓；

4.6)当链板输送带上鱼规格相同时，输出单位时间内喂入鱼的条数作为喂入量参数；当链板输送带上鱼规格不同时，输出单位时间内喂入鱼的重量作为喂入量参数；

所述喂入鱼的条数计算如下：通过比较连通区域的数目和鱼眼数，判断与边缘连通的连通区域个数，确定喂入鱼的条数；

所述喂入鱼的重量计算如下：将步骤4.5)得到的连通区域面积输入已建立的特定鱼品种侧面投影面积与重量的关系模型，换算得到喂入鱼的重量。

本发明的有益效果：

本发明克服了传统设备中待加工的鱼到鱼去鳞机的过程需要人工打捞鱼并用筐喂入，也无法计算去鳞机工作时鱼的重量的问题，实现了鱼的连续打捞和输送，加快加工生产线的工作效率，并实现了喂入量的监控。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置的侧视图。

图3为鱼打捞机构的结构示意图。

图4为收拢鱼装置的结构示意图。

图5为输送喂入机构的结构示意图。

图6为图像采集机构的结构示意图。

图中：鱼打捞机构1-1，输送喂入机构1-2，图像采集机构1-3、直线导轨1、工作台底座2、齿条3、齿轮安装座4、齿轮5、伺服电机6、负载工作台7、收拢鱼装置8、连接装置9、导轨滑块10、挡块11、转轮12、皮带13、传送平台支架14、驱动电动机15、链板输送带16、倾斜传送平台17、水平传送平台18、挡板19、出料口20、光源21、相机22、相机水平调节机构23、相机竖直调节机构24、光照箱25。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图1和图2所示，本发明包括鱼打捞机构1-1、输送喂入机构1-2和图像采集机构1-3。

如图1、图3和图5所示，鱼打捞机构1-1用于控制伺服电机6使得收拢鱼装置打捞鱼至输送喂入机构1-2，包括鱼储存冰冻池、直线导轨1、打捞装置和收拢鱼装置8，鱼储存冰冻池靠近输送喂入机构1-2的进口段设有与鱼储存冰冻池侧壁面相平行的通道，输送喂入机构1-2的倾斜传送平台17伸入通道内且倾斜传送平台17挡板与通道两侧内壁相贴合，通道远离输送喂入机构1-2的开口端分别朝两侧延伸至鱼储存冰冻池两侧壁面形成喇叭状收拢口；鱼储存冰冻池两侧壁面上端均固定有工作台底座2且工作台底座2上表面装有两条相互平行的直线导轨1，每条所述的直线导轨1两端均设有挡块，防止超过工作范围。两条直线导轨1之间安装有与直线导轨1相平行的齿条3；两块工作台底座2上端面对称设有两个打捞装置，打捞装置包括齿轮安装座4、齿轮5、伺服电机6、导轨滑块10和负载工作台7，两个齿轮安装座4通过导轨滑块10分别滑动安装于工作台底座2的两条直线导轨1，两个齿轮安装座4之间安装有沿齿条3滚动的齿轮5，其中一个齿轮安装座4外侧装有伺服电机6，伺服电机6的输出轴穿过齿轮安装座4与齿轮5相连，两个齿轮安装座4上方固定有负载工作台7，负载工作台7远离输送喂入机构1-2的一侧装有弯钩作为连接部件9。

如图4所示，收拢鱼装置8位于鱼储存冰冻池内且主要由梯形板和带有滤孔的方形板通过铰接形成，梯形板与鱼储存冰冻池收拢口形状相吻合且底部与收拢口贴合固定，梯形板一端与倾斜传送平台17底部相对接，另一端与方形板底部相铰接，方形板两侧面分别与鱼储存冰冻池两侧壁面相贴合，防止收拢鱼装置收拢时鱼从收拢鱼装置外部逃脱，方形板顶部两侧均设有套装有绳索的凸耳，两根绳索的另一端分别连接至与绳索位于同一侧的连接部件9。

如图5所示，输送喂入机构1-2用于将鱼传送至去鳞机，包括倾斜传送平台17、水平传送平台18、出料口20、链板输送带16、挡板19、传送平台支架14、转轮12、驱动电动机15和皮带13，水平传送平台支架14上端固定有水平传送平台18和倾斜传送平台17，倾斜传送平台17与水平传送平台18两侧均安装有挡板19防止鱼在输送过程中掉落，位于水平传送平台18一端的挡板19处设有出料口20用于鱼的输出，水平传送平台18的另一端与倾斜传送平台17上端相对接，倾斜传送平台17下端向下倾斜直至与地面相接触，水平传送平台18与倾斜传送平台17的对接处、水平传送平台18一端和倾斜传送平台17的下端均安装有转轮12，三个转轮上套装有链板输送带16，倾斜传送平台17的其中一个外侧面安装有驱动电动机15，驱动电动机15的输出端通过皮带13与对接处的转轮12相连。

如图6所示，图像采集机构1-3安装于水平传送平台18上用于控制相机22实时采集链板输送带16上鱼的图像，图像采集机构1-3包括光源21、相机22、相机水平调节机构23、相机竖直调节机构24和光照箱25，光源21、相机22、相机水平调节机构23、相机竖直调节机构24均位于光照箱25内部，光照箱25内周面底部设有用于为相机22采集图像提供照明的光源，光源21根据视场照度要求和图像采集效果确定功率大小和布置方式；光照箱25上顶面安装有相机水平调节机构23，相机水平调节机构23包括横向导轨、纵向导轨、第一导轨滑块副和第二导轨滑块副，横向导轨固定于光照箱25上顶面且垂直于纵向导轨布置，纵向导轨通过第一导轨滑块副滑动安装于横向导轨下端，相机竖直调节机构24通过第二导轨滑块副与滑动安装于纵向导轨下端，相机22安装于相机竖直调节机构24底端并通过相机竖直调节机构24实现上下升降。所述相机22采用高帧率的防水工业黑白相机，相机和光源位置可调。

还包括图像处理机构，图像处理机构用于处理和分析相机采集的图像，并输出鱼喂入量，图像处理机构与生产线控制软件平台集成。

鱼打捞机构1-1中，齿轮5在伺服电机6的控制下沿齿条滚动，从而带动齿轮安装座4沿直线导轨1水平移动，从而带动与绳索相连的收拢鱼装置8的方形板绕底部的铰接端做定轴旋转，使鱼逼近到输送喂入机构1-2；所述输送喂入机构1-2中，位于对接处的转轮12在驱动电动机15的控制下转动，从而带动其余两个转轮12转动，链板输送带16在三个转轮12的带动下实现鱼的传输运送。

本发明的具体实施过程如下：

1)鱼打捞机构1-1通过伺服电机6运动到远离输送喂入机构1-2一端的初始位置，展开捕鱼机构8，此时往鱼储存冰冻池加入待加工的鱼，鱼全都位于收拢鱼装置8的上方，伺服电机6控制与固定在工作台底座2的齿条3相吻合的齿轮5转动，使得负载工作台7通过导轨滑块10在直线导轨1上水平移动，带动与绳索相连的收拢鱼装置8的方形板绕底部的铰接端做定轴旋转运动，使收拢鱼装置8朝靠近输送喂入机构1-2的一端移动；

2)收拢鱼装置8的方形板旋转过程中，聚集于收拢鱼装置8表面的鱼被输送至倾斜传送平台17后覆盖于链板输送带16上，覆盖在传送平台和转轮12表面的链板输送带16和倾斜传送平台17的特殊结构，能够带动鱼向上运输；链板输送带16的表面设有容纳鱼的卡槽，该卡槽沿倾斜传送平台和水平传送平台的宽度方向布置，卡槽的深度不超过鱼的平均厚度，鱼体与卡槽的宽度相适应，即每个卡槽内的鱼只能有一条，避免鱼的堆积和粘连，实现鱼的单条化，便于后续图像采集部分的图像实时采集；

3)控制触发图像采集机构1-3的相机22实时采集链板输送带16上鱼的图像；

4)对采集到的图像进行处理获取喂入量实时数据。可以用于后续去鳞机转速的相应调整及生产线运行状态的优化调控。

4.1)图像背景去除：利用链板输送带16与鱼体灰度差异大的特征确定背景分割阈值，对采集的图像进行背景去除只保留鱼体灰度；

4.2)鱼眼识别：利用hough圆变换检测鱼眼并计数；

4.3)感兴趣区域提取：将已有的单条鱼图像作为模板图像，利用鱼眼定位将采集图像和模板图像进行模板匹配，之后通过边缘平滑滤波消除鱼鳍毛刺影响，获得感兴趣区域；

4.4)二值化处理：将感兴趣区域设置为前景进行二值化处理后得到二值化图像；

4.5)连通区域计算：采用findcontours函数对连通区域进行计数为cnt，用contourarea函数对连通区域面积进行计算为area；所述连通区域为二值化图像中的鱼轮廓；

4.6)当链板输送带16上鱼规格一定时，输出单位时间内喂入鱼的条数作为监控的喂入量参数；当链板输送带16上鱼规格不一定时，输出单位时间内喂入鱼的重量作为监控的喂入量参数；

喂入鱼的条数计算如下：通过比较累加的cnt和鱼眼数，判断与边缘连通的连通区域个数，确定喂入鱼的条数；

喂入鱼的重量计算如下：将步骤4.5)得到的连通区域面积area输入已建立的特定鱼品种侧面投影面积与重量的关系模型，换算得到喂入鱼的重量。

由此可见，本发明新搭建的装置结构简单，装置和方法能实现鱼的连续打捞和输送，加快加工生产线的工作效率，并实现了喂入量的监控，从而为后续加工参数优化调整提供依据。