一种萝卜表面缺陷检测分拣平台及分拣方法

1.本发明涉及农用机械设备技术领域，尤其涉及到萝卜的分拣领域，具体是指一种萝卜表面缺陷检测分拣平台及分拣方法。


背景技术：

2.外表的缺陷检测是萝卜上市销售前的重要环节。目前，在进行萝卜表面缺陷检测时，主要由人工进行分拣，工作强度大，效率低，可靠性和一致性比较差，严重阻碍萝卜加工自动化产业的发展。
3.计算机技术的不断发展使得更多的目标识别技术被应用于农业生产环节，这为分拣机械的智能化发展提供了良好的条件。但目前国内对萝卜表面缺陷检测分拣平台的研究较少。
4.申请号为2013100867017的专利文件，公开了一种胡萝卜缺陷的检测方法与分拣装置，其采用滚轴输送和打果器的组合，实现胡萝卜的输送和分拣，但是在其输送和分拣过程中，滚轴与萝卜始终存在相对运动，萝卜的稳定性较差，而且容易出现萝卜卡在两滚轴之间的现象，萝卜在被打掉的过程中沿轴向移动，无法相对于滚轴转动，如遇到卡阻就会对萝卜造成损伤，忽略了对分拣出的萝卜的保护。


技术实现要素：

5.本发明针对国内现有萝卜分拣智能化程度不高、效率低等问题，提供了一种萝卜表面缺陷检测分拣平台及使用方法，为水果的智能化分拣提供了一套有效的解决方案。本发明可用于萝卜的表面缺陷检测的智能化分拣，识别准确率和分拣效率较高。
6.本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种萝卜表面缺陷检测分拣平台，包括安装在机架上的带式输送机，以及与机架固接且位于带式输送机的传送带上方的扩展支架，所述扩展支架上安装有朝向传送带的工业相机和位于工业相机后方的分拣装置，工业相机电性连接控制器；所述分拣装置包括沿左右方向延伸且与扩展支架固接的导轨、滑设在所述导轨上的滑台，以及驱动所述滑台沿导轨左右移动的驱动机构，所述驱动机构与控制器电性连接，滑台上固接有向下延伸至传送带上方的推板，且推板与传送带之间形成检测间隙，检测间隙的高度小于萝卜直径，机架上安装有与所述检测间隙沿左右方向相对的光电红外传感器，所述光电红外传感器与控制器电性连接。
7.本方案利用传送带承载萝卜，实现对萝卜的输送，由于在输送过程中萝卜与传送带之间相对静止，大大提高了输送时萝卜的稳定性；通过推板将工业相机识别为缺陷的萝卜推出传送带，由于传送带表面为平面，避免了萝卜被推出时出现卡阻现象；通过设置检测间隙，便于光电红外传感器检测到萝卜，只有当驱动机构接收到识别缺陷萝卜信号，且接收到光电红外传感器检测的萝卜存在信号，驱动机构才驱动推板将萝卜推出，从而大大提高了分拣的准确性。
8.作为优化，机架上安装有分别位于传送带左右两侧的换向装置，且换向装置沿左右方向交错设置，换向装置在水平方向上均位于工业相机的前方；所述换向装置包括安装在机架上的旋转阻尼器，以及与旋转阻尼器的旋转部固接的拨杆，拨杆延伸至传送带上方，且拨杆与传送带之间的距离小于萝卜直径，左、右两侧的拨杆沿左右方向的间距小于萝卜的长度。通过本优化方案的设置，使横向的萝卜受拨杆的阻挡而朝向纵向旋转换向，从而减小了萝卜与推板之间的夹角，使萝卜更接近于与推板平行，从而更加方便分拣装置的分拣操作；拨杆可前后转动45
°
，避免对萝卜造成阻碍和损伤。
9.作为优化，传送带的出料侧和分拣装置的出料侧分别设有缓冲装置，所述缓冲装置包括倾斜设置的柔性弧形板和两根扭力弹簧，两扭力弹簧的一端分别与柔性弧形板的两侧边连接，扭力弹簧的另一端与机架连接，柔性弧形板的弧底在高度方向上位于扭力弹簧的下方。本优化方案通过设置的柔性弧形板对萝卜进行承接，利用柔性弧形板自身的可变形和扭力弹簧的变形，减小萝卜掉落时的冲击；通过在两处设置缓冲装置，对无缺陷萝卜和有缺陷萝卜均进行了保护，防止萝卜从传送带上掉落的过程中发生损伤。
10.作为优化，所述工业相机为两件，分别设置在扩展支架的左右两侧，两工业相机均采用广角镜头。本优化方案的设置，有效的解决了视野盲区的问题，能采集到更多的外表缺陷。
11.作为优化，导轨的左右两端分别安装有与滑台适配的限位开关，限位开关与控制器电性连接。本优化方案通过在左右两端设置限位开关，便于控制滑台的左右位置，提高了自动化水平。
12.作为优化，推板的前后两端分别设有朝向萝卜所在侧延伸的挡板。本优化方案通过在推板两端设置挡板，提高了推出缺陷萝卜时的可靠性，避免被推动的萝卜错位脱离推板。
13.作为优化，推板朝向萝卜所在侧的侧面固设有海绵。本优化方案通过在推板上设置海绵，防止推板运动对萝卜表面产生损伤。
14.本方案还提供一种使用上述分拣平台进行的分拣方法，包括如下方面：1、通过带式输送机由前向后输送萝卜，当萝卜经过换向装置时，利用拨杆的作用使萝卜换向，从而减小萝卜与推板的夹角；2、萝卜被输送至工业相机对应位置时，工业相机获取画面，识别模块通过yolo v4网络对萝卜实时画面进行检测，并将符合训练模型中表面缺陷的萝卜且置信度达标的检测结果用矩形框框住，并通过工控机的传输模块向单片机发送串口信号；3、当单片机接收到工控机传输的串口信号，并且当光电红外传感器检测到萝卜时，单片机向步进电机发送脉冲信号，步进电机正转，带动固定在滑台上的推板向左运动，将萝卜推出传送带；当位于导轨右端的限位开关检测到滑台时，向单片机发送信号，步进电机反转；当位于导轨左端的限位开关检测到滑台时，步进电机停止运动，完成一次分拣操作，等待下一次串口信号的分拣指令。
15.本发明的有益效果为：通过传送带对萝卜进行输送，提高了萝卜在输送过程中的稳定性，便于分拣装置的推板与缺陷萝卜对正；通过设置换向装置，提高了换向的成功率，使萝卜更接近于与推板平行，方便之后分拣装置的分拣操作；通过设置缓冲装置，对有缺陷萝卜和无缺陷萝卜均起到缓冲作用，实现了对缺陷萝卜碰撞伤害的减小；采用信息异步传
递的方式，只有在识别缺陷萝卜信号和光电传感器检测的萝卜存在信号均产生时，分拣装置才运行，大大提高了分拣效率与准确性。
附图说明
16.图1为本发明的分拣流程图；图2为本发明的整体结构示意图；图3为本发明的分拣装置结构示意图；图4为本发明的缓冲装置示意图；图5为本发明的换向装置示意图；图6为图1上部放大图；图7为图下部放大图，图6和图7形成图1；图中所示：1、带式输送机，2、步进电机，3、换向装置，4、分拣装置，5、工业相机，6、推板，7、光电红外传感器，8、动力机构， 10、扩展支架， 12、可调节支架，21、导轨，22、滑台，23、限位开关，31、扭力弹簧，32、柔性弧形板，33、连接板，41、拨杆，42、旋转阻尼器。
具体实施方式
17.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
18.如图2所示一种萝卜表面缺陷检测分拣平台，包括安装在机架上的带式输送机1和工控机，以及与机架固接且位于带式输送机的传送带上方的扩展支架10，带式输送机的传送带由动力机构8传递动力而进行转动，实现对萝卜由前向后的输送，工控机11通过螺栓与机架固定。
19.扩展支架横跨在带式输送机上方，与其保持空间上的垂直，本实施例的扩展支架包括固接为一体的顶架和支腿，支腿的下端与机架固接，扩展支架的顶架上安装有朝向传送带的工业相机5和位于工业相机后方的分拣装置4，工业相机电性连接控制器，本实施例的控制器采用单片机单片机的具体型号可根据实际情况进行选择。工业相机5为两件，分别设置在扩展支架的左右两侧，且对称设置，实时获取萝卜的图像信息。两工业相机均采用广角镜头，有效的解决了视野盲区的问题，能采集到更多的外表缺陷。工业相机与工控机通过usb连接线连接，进一步简化了连接结构，接口通用性高。为了方便调整工业相机的方向，本实施例在扩展支架上设置可调节支架12，工业相机安装在可调节支架上，使得工业相机可以上下左右的自由转动。可调节支架采用现有技术，在此不再赘述。
20.分拣装置4包括沿左右方向延伸且与扩展支架固接的导轨21、滑设在所述导轨上的滑台22，以及驱动所述滑台沿导轨左右移动的驱动机构，所述驱动机构与控制器电性连接，本实施例的驱动机构为步进电机2，步进电机2的输送端连接丝杠螺母机构中的丝杠，丝杠螺母机构中的螺母与滑台固接，滑台上通过螺栓固接有向下竖直延伸至传送带上方的推板6，且推板与传送带之间形成检测间隙，检测间隙的高度小于萝卜直径，以方便推动萝卜，同时给光电红外传感器的检测提供通道，机架上安装有与所述检测间隙沿左右方向相对的光电红外传感器7，所述光电红外传感器7与控制器电性连接，光电红外传感器和待分拣的萝卜分别位于检测间隙的左、右两侧。为了方便制作，本实施例的推板为 t型金属推片。推
板的前后两端分别设有朝向萝卜所在侧延伸的挡板，以增大对萝卜的包围面积，可以减少由于分拣过程中传送带的运动导致将萝卜推歪的情况。推板朝向萝卜所在侧的侧面固设有海绵，在与萝卜接触时，可以减少对萝卜的碰撞损伤。
21.导轨的左右两端分别安装有与滑台适配的限位开关23，限位开关与控制器电性连接。左端的限位开关检测到滑台时，步进电机反转，右端的限位开关检测到滑台时，步进电机停止转动。具体的，分拣装置整体由单片机控制，当单片机接收到工控机传输的串口信号时，单片机控制电机正转，当位于导轨左端的限位开关检测到滑台时，向单片机发送信号，控制电机反转，当位于导轨右端的限位开关检测到滑台时，向单片机发送信号，电机停止转动，完成一次分拣操作，等待下一次分拣信号。
22.机架上安装有分别位于传送带左、右两侧的换向装置3，且换向装置沿左右方向交错设置，即两侧的换向装置在左右方向上不相对，换向装置在水平方向上均位于工业相机的前方。具体的，换向装置包括安装在机架上的旋转阻尼器42，以及与旋转阻尼器的旋转部固接的拨杆41，旋转阻尼器的固定部通过螺栓与机架固接，拨杆水平延伸至传送带上方，且拨杆与传送带之间的竖直距离小于萝卜直径，左、右两侧的拨杆沿左右方向的间距小于萝卜的长度，拨杆可以前后45
°
波动，当不平行于t型金属推片的方向的萝卜一端与拨杆接触时，拨杆在阻尼器的作用下缓慢偏向萝卜前进方向，在拨杆的反作用力与传送带的摩擦力作用下，萝卜完成换向，错落放置的换向装置，可将位于传送带上不同位置的萝卜，从不平行于t型金属推片的方向变换为接近平行于t型金属推片，提高了换向的成功率，方便之后分拣装置的分拣操作。
23.传送带的出料侧和分拣装置的出料侧分别设有缓冲装置，所述缓冲装置包括倾斜设置的柔性弧形板32和两根扭力弹簧31，两扭力弹簧的一端分别与柔性弧形板的两侧边连接，扭力弹簧的另一端与机架连接，柔性弧形板的弧底在高度方向上位于扭力弹簧的下方。为了方便扭力弹簧的安装，本实施例在机架上固设有连接板33，扭力弹簧远离柔性弧形板的一端与所述连接板33固接。柔性弧形板的末端与收集筐的中心对齐，萝卜从传送带滚下后经过缓冲装置，扭力弹簧在受到萝卜的压力压缩后使柔性弧形板倾斜，萝卜滑入收集筐内，实现萝卜的收集，当萝卜滑进收集筐后，柔性弧形板又恢复到原来的位置，可以减少萝卜分拣后从传送带掉落进分拣筐中时的碰撞伤害。
24.工控机中含有平台的控制算法，包含识别模块和输送模块，识别模块通过yolo v4对萝卜画面进行检测，萝卜缺陷分为根部多头、弯曲、虫眼以及损伤，将置信度符合表面缺陷范围的萝卜图像保留其检测结果，并通过输送模块向单片机发送串口信号，控制步进电机的运动，使其带动滑台与t型金属推片运动。
25.一种使用本实施例分拣平台进行的分拣方法，包括如下方面：1、当平台开始负载萝卜运行，并且工控机启动，通过带式输送机由前向后输送萝卜，当萝卜经过换向装置时，利用拨杆的作用使萝卜换向，从而减小萝卜与推板的夹角，将萝卜的方向都变换为更为接近平行于推板的方向；2、萝卜被输送至工业相机对应位置时，工业相机获取画面，识别模块通过yolo v4网络对萝卜实时画面进行检测，并将符合训练模型中表面缺陷的萝卜且置信度达标的检测结果用矩形框框住，并通过工控机的传输模块向单片机发送串口信号；萝卜缺陷包括根部多头、弯曲、虫眼以及损伤；
3、当单片机接收到工控机传输的串口信号，并且当光电红外传感器检测到萝卜时，单片机向步进电机发送脉冲信号，步进电机正转，带动固定在滑台上的推板向左运动，将萝卜推出传送带；当位于导轨右端的限位开关检测到滑台时，向单片机发送信号，步进电机反转；当位于导轨左端的限位开关检测到滑台时，步进电机停止运动，完成一次分拣操作，等待下一次串口信号的分拣指令。
26.本发明采用信息异步传递的方式，在工业相机采集到图像信息并且通过识别模块检测到缺陷萝卜时，工控机率先向单片机发送串口信号，再当光电红外传感器检测到目标萝卜到来时，发送信号给单片机驱动分拣装置运行，提高了分拣效率与准确性。通过视觉识别,可检测根部多头、弯曲、损伤以及虫眼的萝卜，实现了萝卜表面缺陷检测分拣，有效克服了现有检测手段单一，检测指标不全面的缺点。
27.当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。