一种基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的装置，装置包括工业相机、LED光源、气缸、盛蛋器，水平横档上钻有LED光源安装梁固定孔，接近开关安装架、短站架、水平横档和长站架通过焊接紧固在一起。气缸安装梁用螺栓紧固在短站架上，LED光源安装梁用螺栓安装在水平横档上，可以根据要求调节照射角度，LED光源安装在LED光源安装梁上，相机安装梁用螺栓紧固在长站架上，相机安装云台用螺栓紧固在相机安装梁中间，相机安装云台可以根据需要调节工业相机的拍摄角度。本实用用于安装在链式打蛋机上自动识别并且剔除散黄蛋，能够代替人工实现散黄蛋的检测和分离。
【专利说明】一种基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于食品加工装备【技术领域】，具体涉及一种基于机器视觉的散黄蛋在线识别和分离的方法及装置。用于安装在链式打蛋机上自动识别并且剔除散黄蛋，能够代替人工实现散黄蛋的检测和分离。
【背景技术】
[0002]链式打蛋机是一种能够自动把鸡蛋打开并且将蛋清与蛋黄分离的机器，蛋清与蛋黄分离是该机器的主要功能，但如果有接近散黄或已经散黄的不新鲜鸡蛋，打开的鸡蛋蛋黄膜破裂会漏入蛋清中，影响蛋清液的品质。为此，国内蛋粉加工企业在使用进口链式打蛋机时，都要安排工人站在打蛋机蛋清蛋黄分离工段，发现有散黄蛋时，人工用手分离盛蛋器上扣合在一起的蛋黄杯和蛋清斗，使其分开，将散黄蛋倾倒在机器下方的散黄蛋盘中。目前国内进口链式打蛋机都没有自动识别和剔除散黄蛋的功能，散黄蛋的剔除依靠工人手工完成，劳动强度大，生产效率低，由于机器运动速度较快，人工识别散黄蛋会造成大量误判和漏判。因此，针对链式打蛋机，寻找一种有效的检测散黄蛋并将其分离的方法与装置有较大的实用价值。
[0003]检索现有文献，尚未发现有采用机器视觉方法在链式打蛋机上实现散黄蛋检测和分离的技术。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提出了一种基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的方法及装置。用于在链式打蛋机生产线上自动识别并且分离散黄蛋，能够代替人工实现散黄蛋的检测和分离。
[0005]为实现上述目的，采用如下技术方案:
[0006]一种链式打蛋机上基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的方法，其步骤为:
[0007]A、图像采集:安装在盛蛋器安装梁上的盛蛋器在传动链条带动下随着生产线向前运动，当分离销通过接近开关下方时，接近开关感应到有一排盛蛋器正在经过接近开关，会发出信号触发工业相机拍摄生产线上盛蛋器及蛋清斗内盛装的蛋清和蛋黄杯内盛装的蛋黄的图像，并将拍摄到的图像数据传送到计算机；
[0008]B、图像处理:由于工业相机被触发拍摄时总有一个盛蛋器安装梁处在相机视域的固定位置，而在盛蛋器安装梁上安装的盛蛋器的数量N和位置也是一定的，选择每个蛋清斗内一个固定的矩形区域将图像分割成N个矩形蛋清图像，选择每个蛋黄杯内一个固定的圆形区域将图像分割成N个圆形蛋黄图像，对应第i号盛蛋器的蛋清图像和蛋黄图像用于判断该盛蛋器内的鸡蛋是否散黄。
[0009]获取图像之后，先对图像进行区域设置，用户输入坐标分别选择五个蛋清斗中的矩形区域，然后分别对每个区域进行数据处理:
[0010]a、颜色空间转换，获取到的图像是彩色图像，即RGB图像，利用公式2XR+2XB+3XG进行灰度化，R, G，B分别表示图像中红色分量、绿色分量、蓝色分量的值；
[0011]b、在每个区域进行判断:设定像素阈值，数量阈值，如果每个区域里面有像素值大于设定的像素阈值，而且像素值大于像素阈值的像素数量大于数量阈值，则认为散黄，否则进行下一步判断；
[0012]C、精确判断:预先设定一个阈值，计算图像的平均灰度值，计算每个像素点的灰度值和平均灰度值的差值，如果所有差值的和小于预先 设定的阈值，则说明图像灰度值均匀，鸡蛋没有散黄，如果所有差值的和大于预先设定的阈值，则认为是散黄蛋；
[0013]计算机图像处理的结果，如果第i号盛蛋器内不是散黄蛋，则将计算机中一个N列一维数组的第i列赋值0，同时将好蛋总数增加I个；如果第i号盛蛋器4内是散黄蛋，则将计算机中一个N列一维数组的第i列赋值1，同时将散黄蛋总数增加I个。如此循环，直至i=N时，请求与单片机 控制器通信I次，参数取值范围:0〈N〈20，0<M<20, i≤N ;
[0014]C、控制气缸执行动作:单片机控制器中定义有一个N行M列的数组，N等于每个盛蛋器安装梁上的盛蛋器的个数，M等于工业相机摄取图像的那一排盛蛋器到气缸正下方的那一排盛蛋器之间的盛蛋器安装梁的排数，在初始化时将N行M列数组清零，然后进入等待通信状态，如果单片机控制器接收到计算机的通信请求，将计算机中N列一维数组的每一列赋值到单片机控制器中N行M列数组的每一行的第I列，然后等待计数脉冲，每接收I个计数脉冲，N行M列数组将第j列赋值给第j+Ι列，最后一列分别赋值给Xi (l^i^ N),第一列清零。
[0015]如果Xi中有某个数等于I，则对应i的第i号电磁换向阀得电，第i号气缸动作，气缸活塞杆缩回，带动连接板和分离斜面向上运动，分离斜面顶起盛蛋器上的分离销，蛋黄杯绕蛋黄杯转动轴转动一角度，扣合销从扣合板上的斜槽中滑出，在重力作用下，蛋清斗绕蛋清斗转动轴旋转一角度，最后使盛蛋器的蛋清斗和蛋黄杯成为分开状态，将散黄蛋的蛋清蛋黄从盛蛋器中一同倾倒在机器下方的混合蛋液盘中。
[0016]一种链式打蛋机上基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的装置，包括工业相机、LED光源、气缸、盛蛋器，其特征在于:
[0017]支架包括短站架、LED光源安装梁固定孔、水平横档、长站架、相机安装云台、接近开关安装架、气缸安装梁、LED光源安装梁、相机安装梁。
[0018]水平横档上钻有LED光源安装梁固定孔，接近开关安装架、短站架、水平横档和长站架通过焊接紧固在一起。气缸安装梁用螺栓紧固在短站架上，LED光源安装梁用螺栓安装在水平横档上，可以根据要求调节照射角度，LED光源安装在LED光源安装梁上，相机安装梁用螺栓紧固在长站架上，相机安装云台用螺栓紧固在相机安装梁中间，相机安装云台可以根据需要调节工业相机的拍摄角度。
[0019]接近开关用螺纹连接紧固在接近开关安装架上，接近开关位于分离销所在平面上方4mm处正对分离销，接近开关通过线缆与单片机控制器和工业相机连接。
[0020]气缸水平一字重复排列有N个，每个气缸对应一排盛蛋器，气缸用螺栓紧固在气缸安装梁上，连接板用螺母紧固在气缸活塞杆上，分离斜面和连接板焊接在一起，分离斜面位于分离销正下方，当气缸活塞杆缩回，带动连接板和分离斜面向上运动时，盛蛋器上的分离销正好可以搁置在分离斜面上。防活塞杆转动板用螺栓紧固在气缸安装梁下表面上，防活塞杆转动板与连接板贴在一起，防止活塞杆带动离斜面转动。[0021]气缸与电磁换向阀通过气管相连接，电磁换向阀闭合时，气缸活塞杆保持伸出状态，当电磁换向阀打开、气压回路导通时，气缸活塞杆缩回。压缩空气源通过安全阀与电磁换向阀连接，安全阀可以调节进入气缸气体的流量，用来控制气缸活塞杆动作的速度。
[0022]盛蛋器包括蛋清斗、蛋黄杯、环形槽、分离销、蛋杯固定板、扣合板、扣合销、蛋清斗转动轴、蛋黄杯转动轴。蛋黄杯上有环形槽，蛋清通过环形槽流入蛋黄杯。蛋清斗、扣合销和蛋清斗转动轴焊接在一起。蛋黄杯、分离销、扣合板和蛋黄杯转动轴焊接在一起。蛋清斗转动轴和蛋黄杯转动轴都紧固在蛋杯固定板对应的孔上。蛋清斗和蛋黄杯可以绕着各自的轴转动。蛋杯固定板扣合在蛋杯安装梁上的短柱上，从而将整个盛蛋器固定在蛋杯安装梁上。扣合销扣合在扣合板的凹槽上，从而将蛋清斗和蛋黄杯连接在一起。
[0023]工业相机安装在相机安装云台，可以调节拍摄角度。工业相机通过线缆与接近开关和计算机连接。LED光源紧固在LED光源安装梁，通过调节LED光源安装梁的角度来调节LED光源的照射角度。
[0024]所述的LED光源为奥普特公司产品，型号为0PT-LI71678 ；
[0025]所述的工业相机为德国Allied Vision Technologies公司产品，型号为GuppyPRO F-503C ；
[0026]所述的接近开关为圆柱形金属外壳电感式接近开关，型号为LJ12A3-4-Z/BX，感应距离为4毫米；
[0027]所述电磁阀为二位五通电磁阀，工作电压是24V ；
[0028]所述气缸为圆柱形单杆双作用气缸，气缸内径为20毫米，行程为25毫米。
[0029]本实用新型提供的方法和装置具有以下优点和积极效果:
[0030]1.采用机器视觉技术，能够完成自动识别和分离
[0031]2.标准统一，分级准确
[0032]3.利用计算机处理图像，效率高
[0033]4.用机器代替人眼，能够适应现代化自动检测行业，具有较好的应用推广前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1链式打蛋机散黄蛋检测系统主视图
[0035]图2链式打蛋机散黄蛋检测系统俯视图
[0036]图3链式打蛋机盛蛋器扣合状态立体图
[0037]图4链式打蛋机盛蛋器分开状态立体图
[0038]图5链式打蛋机盛蛋器扣合状态王视图
[0039]图6链式打蛋机盛蛋器分开状态主视图
[0040]图7气动执行装置气路图
[0041]图8链式打蛋机散黄蛋检测系统配置框图
[0042]图9链式打蛋机散黄蛋检测系统主控程序框图
[0043]图10链式打蛋机散黄蛋检测系统单片机执行程序框图
[0044]其中:
[0045]1-传动链条、2-蛋杯安装梁、3-链条附件、4-盛蛋器、4a_蛋清斗、4b_蛋黄杯、4c-环形槽、4d-分离销、4e-蛋杯固定板、4f-扣合板、4g-扣合销、4h_蛋清斗转动轴、4i_蛋黄杯转动轴、5-接近开关、6-接近开关安装架、7-气缸、8-短站架、9-LED光源、10- LED光源安装梁固定孔、11-水平横档、12-长站架、13-相机安装云台、14-工业相机、15-气缸固定板、16-气缸安装梁、17-LED光源安装梁、18-相机安装梁、19-连接板、20-分离斜面、21-气缸活塞杆、22-防活塞杆转动板、23-电磁换向阀、24-安全阀、25-压缩空气源
[0046]【具体实施方式】:
[0047]一种链式打蛋机上基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的方法，其步骤为:
[0048]A、图像采集:安装在盛蛋器安装梁2上的盛蛋器4在传动链条I带动下随着生产线向前运动，当分离销4d通过接近开关5下方时，接近开关感应到有一排盛蛋器4正在经过接近开关，会发出信号触发工业相机14拍摄生产线上盛蛋器4及蛋清斗4a内盛装的蛋清和蛋黄杯4b内盛装的蛋黄的图像，并将拍摄到的图像数据传送到计算机；
[0049]B、图像处理:由于工业相机14被触发拍摄时总有一个盛蛋器安装梁2处在相机视域的固定位置，而在盛蛋器安装梁2上安装的盛蛋器4的数量N和位置也是一定的，选择每个蛋清斗4a内一个 定的矩形区域将图像分割成N个矩形蛋清图像，选择每个蛋黄杯4b内一个固定的圆形区域将图像分割成N个圆形蛋黄图像，对应第i号盛蛋器4的蛋清图像和蛋黄图像用于判断该盛蛋器内的鸡蛋是否散黄。
[0050]获取图像之后，先对图像进行区域设置，用户输入坐标分别选择五个蛋清斗中的矩形区域，然后分别对每个区域进行数据处理:
[0051]a、颜色空间转换，获取到的图像是彩色图像，即RGB图像，利用公式2父1?+2\8+3\6进行灰度化，1?，G，B分别表示图像中红色分量、绿色分量、蓝色分量的值；
[0052]b、在每个区域进行判断:设定像素阈值，数量阈值，如果每个区域里面有像素值大于设定的像素阈值，而且像素值大于像素阈值的像素数量大于数量阈值，则认为散黄，否则进行下一步判断；
[0053]C、精确判断:预先设定一个阈值，计算图像的平均灰度值，计算每个像素点的灰度值和平均灰度值的差值，如果所有差值的和小于预先设定的阈值，则说明图像灰度值均匀，鸡蛋没有散黄，如果所有差值的和大于预先设定的阈值，则认为是散黄蛋；
[0054]计算机图像处理的结果，如果第i号盛蛋器4内不是散黄蛋，则将计算机中一个N列一维数组的第i列赋值0，同时将好蛋总数增加I个；如果第i号盛蛋器4内是散黄蛋，则将计算机中一个N列一维数组的第i列赋值1，同时将散黄蛋总数增加I个。如此循环，直至i=N时，请求与单片机控制器通信I次，参数取值范围:0〈N〈20，0<M<20, i ^ N；
[0055]C、控制气缸执行动作:单片机控制器中定义有一个N行M列的数组，N等于每个盛蛋器安装梁2上的盛蛋器4的个数，M等于工业相机摄取图像的那一排盛蛋器到气缸正下方的那一排盛蛋器之间的盛蛋器安装梁2的排数，在初始化时将N行M列数组清零，然后进入等待通信状态，如果单片机控制器接收到计算机的通信请求，将计算机中N列一维数组的每一列赋值到单片机控制器中N行M列数组的每一行的第I列，然后等待计数脉冲，每接收I个计数脉冲，N行M列数组将第j列赋值给第j+Ι列，最后一列分别赋值给Xi(I ^ i ^ N),第一列清零。
[0056]如果Xi中有某个数等于1，则对应i的第i号电磁换向阀23得电，第i号气缸7动作，气缸活塞杆21缩回，带动连接板19和分离斜面20向上运动，分离斜面20顶起盛蛋器4上的分离销4d，蛋黄杯4b绕蛋黄杯转动轴4i转动一角度，扣合销4g从扣合板4f上的斜槽中滑出，在重力作用下，蛋清斗4a绕蛋清斗转动轴4h旋转一角度，最后使盛蛋器4的蛋清斗4a和蛋黄杯4b成为分开状态，将散黄蛋的蛋清蛋黄从盛蛋器4中一同倾倒在机器下方的混合蛋液盘中。
[0057]—种链式打蛋机上基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的装置，包括工业相机14、LED光源9、气缸7、盛蛋器4，其特征在于:
[0058]支架包括短站架8、LED光源安装梁固定孔10、水平横档11、长站架12、相机安装云台13、接近开关安装架6、气缸安装梁16、LED光源安装梁17、相机安装梁18。
[0059]水平横档11上钻有LED光源安10装梁固定孔，接近开关安装架6、短站架8、水平横档11和长站架12通过焊接紧固在一起。气缸安装梁16用螺栓紧固在短站架8上，LED光源安装梁17用螺栓安装在水平横档11上，可以根据要求调节照射角度，LED光源9安装在LED光源安装梁17上，相机安装梁18用螺栓紧固在长站架12上，相机安装云台13用螺栓紧固在相机安装梁18中间，相机安装云台13可以根据需要调节工业相机14的拍摄角度。
[0060]接近开关5用螺纹连接紧固在接近开关安装架6上，接近开关5位于分离销4d所在平面上方4mm处正对分离销4d，接近开关5通过线缆与单片机控制器和工业相机14连接。
[0061]气缸7水平一字重复排列有N个，每个气缸对应一排盛蛋器4，气缸7用螺栓紧固在气缸安装梁16上，连接板19用螺母紧固在气缸活塞杆21上，分离斜面20和连接板19焊接在一起，分离斜面20位于分离销4d正下方，当气缸活塞杆21缩回，带动连接板19和分离斜面20向上运动时，盛蛋器4上的分离销4d正好可以搁置在分离斜面20上。防活塞杆转动板22用螺栓紧固在气缸安装梁16下表面上，防活塞杆转动板22与连接板19贴在一起，防止活塞杆21带动离斜面20转动。
[0062]气缸7与电磁换向阀23通过气管相连接，电磁换向阀23闭合时,气缸9活塞杆保持伸出状态，当电磁换向阀23打开、气压回路导通时，气缸活塞杆21缩回。压缩空气源25通过安全阀24与电磁换向阀23连接，安全阀24可以调节进入气缸7气体的流量，用来控制气缸活塞杆21动作的速度。
[0063]盛蛋器4包括蛋清斗4a、蛋黄杯4b、环形槽4c、分离销4d、蛋杯固定板4e、扣合板4f、扣合销4g、蛋清斗转动轴4h、蛋黄杯转动轴4i。蛋黄杯4b上有环形槽4c,蛋清通过环形槽4c流入蛋黄杯4b。蛋清斗4a、扣合销4g和蛋清斗转动轴4h焊接在一起。蛋黄杯4b、分离销4d、扣合板4f和蛋黄杯转动轴4i焊接在一起。蛋清斗转动轴4h和蛋黄杯转动轴4i都紧固在蛋杯固定板4e对应的孔上。蛋清斗4a和蛋黄杯4b可以绕着各自的轴转动。蛋杯固定板4e扣合在蛋杯安装梁2上的短柱上，从而将整个盛蛋器4固定在蛋杯安装梁2上。扣合销4g扣合在扣合板4f的凹槽上,从而将蛋清斗4a和蛋黄杯4b连接在一起。
[0064]工业相机14安装在相机安装云台13，可以调节拍摄角度。工业相机14通过线缆与接近开关5和计算机连接。LED光源9紧固在LED光源安装梁17，通过调节LED光源安装梁17的角度来调节LED光源9的照射角度。
[0065]所述的LED光源9为奥普特公司产品，型号为0PT-LI71678 ；
[0066]所述的工业相机14为德国Allied Vision Technologies公司产品，型号为GuppyPRO F-503C ；[0067]所述的接近开关5为圆柱形金属外壳电感式接近开关，型号为LJ12A3-4-Z/BX，感应距离为4毫米；
[0068]所述电磁阀7为二位五通电磁阀，工作电压是24V ；
[0069]所述气缸9为圆柱形单杆双作用气缸，气缸内径为20毫米，行程为25毫米。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的散黄蛋识别和分离的装置，包括工业相机(14)、LED光源(9)、气缸(7)、盛蛋器(4)，其特征在于: 支架包括短站架(8)、LED光源安装梁固定孔(10)、水平横档(11)、长站架(12)、相机安装云台(13)、接近开关安装架(6)、气缸安装梁(16) (16)、LED光源安装梁(17)、相机安装梁(18)， 水平横档(11)上钻有LED光源安(10 )装梁固定孔，接近开关安装架(6 )、短站架(8 )、水平横档(11)和长站架(12)通过焊接紧固在一起，气缸安装梁(16)用螺栓紧固在短站架(8)上，LED光源安装梁(17)用螺栓安装在水平横档(11)上，可以根据要求调节照射角度，LED光源(9)安装在LED光源安装梁(17)上，相机安装梁(18)用螺栓紧固在长站架(12)上，相机安装云台(13)用螺栓紧固在相机安装梁(18)中间，相机安装云台(13)可以根据需要调节工业相机(14)的拍摄角度， 接近开关(5)用螺纹连接紧固在接近开关安装架(6)上，接近开关(5)位于分离销(4d)所在平面上方4mm处正对分离销(4d)，接近开关(5)通过线缆与单片机控制器和工业相机(14)连接， 气缸(7)水平一字重复排列有N个，每个气缸对应一排盛蛋器(4)，气缸(7)用螺栓紧固在气缸安装梁(16)上，连接板(19)用螺母紧固在气缸活塞杆(21)上，分离斜面(20)和连接板(19)焊接在一起，分离斜面(20)位于分离销(4d)正下方，当气缸活塞杆(21)缩回，带动连接板(19)和分离斜面(20)向上运动时，盛蛋器(4)上的分离销(4 d)正好可以搁置在分离斜面(20)上，防活塞杆转动板(22)用螺栓紧固在气缸安装梁(16)下表面上，防活塞杆转动板(22)与连接板(19)贴在一起，防止活塞杆(21)带动离斜面(20)转动， 气缸(7 )与电磁换向阀(23 )通过气管相连接，电磁换向阀(23 )闭合时，气缸(9 )活塞杆保持伸出状态，当电磁换向阀(23)打开、气压回路导通时，气缸活塞杆(21)缩回，压缩空气源(25)通过安全阀(24)与电磁换向阀(23)连接，安全阀(24)可以调节进入气缸(7)气体的流量，用来控制气缸活塞杆(21)动作的速度， 盛蛋器(4)包括蛋清斗(4a)、蛋黄杯(4b)、环形槽(4c)、分离销(4d)、蛋杯固定板(4e)、扣合板(4f)、扣合销(4g)、蛋清斗转动轴(4h)、蛋黄杯转动轴(4i),蛋黄杯(4b)上有环形槽(4c),蛋清通过环形槽(4c)流入蛋黄杯(4b),蛋清斗(4a)、扣合销(4g)和蛋清斗转动轴(4h)焊接在一起,蛋黄杯(4b)、分离销(4d)、扣合板(4f)和蛋黄杯转动轴(4i)焊接在一起，蛋清斗转动轴(4h)和蛋黄杯转动轴(4i)都紧固在蛋杯固定板(4e)对应的孔上,蛋清斗(4a)和蛋黄杯(4b)可以绕着各自的轴转动，蛋杯固定板(4e)扣合在蛋杯安装梁(2)上的短柱上，从而将整个盛蛋器(4)固定在蛋杯安装梁(2)上，扣合销(4g)扣合在扣合板(4f)的凹槽上，从而将蛋清斗(4a)和蛋黄杯(4b)连接在一起， 工业相机(14)安装在相机安装云台(13)，可以调节拍摄角度，工业相机(14)通过线缆与接近开关(5)和计算机连接，LED光源(9)紧固在LED光源安装梁(17)，通过调节LED光源安装梁(17)的角度来调节LED光源(9)的照射角度， 所述的LED光源(9)为奥普特公司产品，型号为OPT-LI71678， 所述的工业相机(14)为德国Allied Vision Technologies公司产品，型号为GuppyPRO F-503C。 所述的接近开关(5)为圆柱形金属外壳电感式接近开关，型号为LJ12A3-4-Z/BX，感应距离为4毫米， 所述电磁阀(7)为二位五通电磁阀，工作电压是24V， 所述气缸(9)为圆柱形单杆双作用气缸，气缸内径为20毫米，行程为25毫米。
【文档编号】B07C5/38GK203750874SQ201320668193
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】王树才, 谢雄峰, 王巧华, 吴兰兰, 张融 申请人:华中农业大学