一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，包括單?；土涎b置、取樣通道、圖像采集與處理裝置和分級(jí)裝置；單?；土涎b置包括振動(dòng)盤，振動(dòng)盤內(nèi)裝有螺旋上升的輸出通道，輸出通道包括主軌道和與主軌道銜接的多個(gè)子軌道；取樣通道為與各子軌道銜接的下滑通道；圖像采集與處理裝置包括位于下滑通道的上下兩側(cè)且錯(cuò)位布置的第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，并對(duì)圖像進(jìn)行處理將小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)；分級(jí)裝置包括銜接下滑通道的分級(jí)通道，分級(jí)通道的側(cè)邊安裝有多級(jí)噴氣嘴，噴氣嘴用于吹動(dòng)小顆粒農(nóng)業(yè)物料落入相應(yīng)的接料槽內(nèi)，且噴氣嘴受控于小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)結(jié)果。本發(fā)明還公開了一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)方法。
【專利說(shuō)明】一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器視覺【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]小顆粒農(nóng)業(yè)物料(谷物、種子等)需要對(duì)其質(zhì)量檢測(cè)與分級(jí)，來(lái)提高小顆粒農(nóng)業(yè)物料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與食用價(jià)值。傳統(tǒng)小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)方法包括利用小顆粒農(nóng)業(yè)物料的外部形狀和尺寸大小進(jìn)行篩選，利用小顆粒農(nóng)業(yè)物料與氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行氣流清選，利用小顆粒農(nóng)業(yè)物料的種類、飽滿程度、含水量和受病蟲害程度差異進(jìn)行比重清選，利用小顆粒農(nóng)業(yè)物料表面顏色不同進(jìn)行色選。但這些方法不能綜合利用小顆粒農(nóng)業(yè)物料表面形態(tài)學(xué)、顏色和紋理特征對(duì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行全面分析，進(jìn)而不能對(duì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行精選。相對(duì)于人工肉眼檢測(cè)，由于操作者的經(jīng)驗(yàn)差異和主觀因素的影響，造成檢測(cè)結(jié)果具有很大的差異性，而機(jī)器視覺具有檢測(cè)的客觀性、快速性、無(wú)損性、高效率性，更加適用于小顆粒農(nóng)業(yè)物料在線檢測(cè)與自動(dòng)分級(jí)。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上沒出現(xiàn)大規(guī)?；男☆w粒農(nóng)業(yè)物料視覺分級(jí)裝備，相比國(guó)外已有商品化的小顆粒農(nóng)業(yè)物料視覺分級(jí)裝備，例如BoMill公司IQ種子分級(jí)機(jī)1002、SeQso公司iXeed Visual種子分級(jí)機(jī)、美國(guó)Thomas C.Pearson研制小麥分級(jí)機(jī)。
[0003]經(jīng)大量文獻(xiàn)檢索，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710067204.7和CN201110122572.3的專利文獻(xiàn)、BoMill 公司 IQ 種子分級(jí)機(jī) 1002 和文獻(xiàn)《Design and development of a grain kernelsingulat1n device))均采用帶有可旋轉(zhuǎn)圓盤的種子單?；b置,該圓盤端面圓周上均勻分布凹槽來(lái)盛放種子，每個(gè)凹槽存放一顆，實(shí)現(xiàn)小顆粒農(nóng)業(yè)物料之間的分開。該單粒化裝置檢測(cè)速度慢、效率低，不適用于大批量小顆粒農(nóng)業(yè)物料精選處理，更無(wú)法獲取小顆粒農(nóng)業(yè)物料的正反兩面圖像，造成小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量檢測(cè)精度下降。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?CN200410078033.4、CN200910148225.0、CN201010237646.3 的專利均采用傳送帶的種子單粒化裝置，傳送帶的上表面設(shè)有多個(gè)長(zhǎng)方形孔穴來(lái)盛放種子，在傳送帶的下表面粘有透氣絲網(wǎng)，待系統(tǒng)采集和處理圖像后，種子進(jìn)入卸料區(qū)域，孔穴下的氣嘴打開將種子吹入指定的槽中。這種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)大批量小顆粒農(nóng)業(yè)物料精選處理、處理效率和速度都較高，一張圖片可以獲取多個(gè)互不接觸且排列整齊小顆粒農(nóng)業(yè)物料，且能夠獲取小顆粒農(nóng)業(yè)物料正反兩面的清晰圖像，但是卸料過(guò)程，是由氣嘴向斜面或者豎直向上吹，可能由于小顆粒農(nóng)業(yè)物料自身的重力而無(wú)法將陷在孔穴中小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹走，造成卸料困難。而專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010237646.3的專利采用機(jī)械手進(jìn)行吸取卸料，顯然這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。
[0005]Next Instruments公司的便攜式種子分析儀SeedCount SC5000R圖像分析儀、SeedCount SC5000TR圖像分析儀和SeedCount SC5000TR玉米分析儀，SeQso公司的便攜式種子分析儀 iXeed CF Analyzer (Mobile)、種子分級(jí)機(jī) iXeed? Visual Sorter 和 iXeed?CF Sorter，這些裝置均采用托盤式種子單粒化裝置，托盤上表面設(shè)有多個(gè)排列整齊橢圓形凹槽用來(lái)盛放種子。在使用便攜式種子視覺檢測(cè)儀，操作者將種子平鋪到托盤中，然后將托盤放入分析儀，通過(guò)相關(guān)軟件提取種子的形態(tài)學(xué)、顏色、紋理特征，再進(jìn)行分類，并以圖形和表格的形式顯示在PC屏幕上。這種便攜式種子視覺檢測(cè)儀僅適用于少量種子的抽樣檢測(cè)。而種子分級(jí)機(jī)iXeed? Visual Sorter將多個(gè)托盤依次固定在運(yùn)動(dòng)的鏈條上,通過(guò)上料機(jī)構(gòu)將種子填充到托盤的凹槽內(nèi)，通過(guò)鏈條的左右移動(dòng)回收多余種子，以黃瓜種子為例，該分級(jí)機(jī)檢測(cè)速度達(dá)到40粒/秒，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作時(shí)間達(dá)68小時(shí)。但是該分級(jí)機(jī)只能分成三級(jí)(接受、剔除、回收)，且卸料不易。iXeed? CF Sorter能基于葉綠素含量來(lái)判別種子的成熟度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分級(jí)，以胡椒種子、卷心菜種子、茴香種子為例，該分級(jí)機(jī)檢測(cè)速度可達(dá)100~200粒/秒。這些裝置，一張圖像可以得到整個(gè)托盤種子，但是只能獲取種子一面的圖像，通過(guò)從托盤中吸料來(lái)達(dá)到分級(jí)，這能造成有些凹槽種子沒有吸取干凈。
[0006]Pearson致力于種子在線檢測(cè)與分級(jí)裝備的研究,在《Color image based sorterfor separating red and white wheat》中，作者利用V型截面下滑槽實(shí)現(xiàn)小麥在加速下滑過(guò)程中，使得麥粒與麥粒之間分離，在下滑槽的末端設(shè)有兩面成45度的鏡子，用來(lái)反射麥粒背部圖像，故可用一個(gè)相機(jī)來(lái)獲取麥粒整個(gè)表面圖像，再由PC處理圖像并將處理結(jié)果的信號(hào)發(fā)送到電磁閥氣嘴，實(shí)現(xiàn)麥粒的剔除與接收。該裝置在檢測(cè)速度為30粒/秒能達(dá)到較好的分級(jí)精度。利用PC進(jìn)行圖像處理時(shí)，首先圖像保存在PC中的存儲(chǔ)器中，然后再向存儲(chǔ)器中調(diào)用圖像進(jìn)行處理，這會(huì)造成圖像處理的時(shí)間延遲，從而影響高速在線檢測(cè)，在((Hardware-based image processing for high-speed inspect1n of grains〉〉中，作者將FPGA代替PC和CMOS組裝一起形成一個(gè)整體，3個(gè)這樣的整體互成120°安裝在圓形環(huán)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)爆米花玉米種子的三面圖像的實(shí)現(xiàn)并行處理，這極大促進(jìn)檢測(cè)效率與精度，檢測(cè)速度達(dá)至丨J 75 粒 / 秒。在〈〈High-speed sorting of grains by color and surface texture))中，作者利用一個(gè)FPGA+CM0S整體檢測(cè)三通道下滑槽的麥粒，檢測(cè)速度達(dá)到255粒/秒，紅白麥粒、大麥和硬質(zhì)小麥、紅黃亞麻種子的分級(jí)精度分別為96%，93%，92%。但是這些裝置也存在較大氣吹誤判率 ，即有些好種子也被吹入次品槽內(nèi)，其次裝置相機(jī)獲取圖像與噴嘴開始噴氣之間的時(shí)間間隔非常短，這也造成較大氣吹誤判率，而且分級(jí)數(shù)目較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有的帶凹槽圓盤式小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)裝置的處理效率低、不能同時(shí)獲取小顆粒農(nóng)業(yè)物料正反兩面圖像，帶孔穴傳送帶式小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)裝置的卸料困難，帶凹槽托盤式小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)裝置的分級(jí)等級(jí)數(shù)目較少和卸料不易，下滑式小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)裝置的較大氣吹誤判率和分級(jí)數(shù)目較少。本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多輸出通道并行處理、檢測(cè)速度快、分級(jí)數(shù)目多、自動(dòng)化程度高的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)
>J-U ρ?α裝直。
[0008]一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，包括單粒化送料裝置，承接單粒化送料裝置的取樣通道，安裝在取樣通道上下的圖像采集與處理裝置，以及與所述取樣通道銜接的分級(jí)裝置；
[0009]所述的單粒化送料裝置包括振動(dòng)盤，振動(dòng)盤內(nèi)裝有螺旋上升的輸出通道，所述的輸出通道包括主軌道和與主軌道銜接的多個(gè)子軌道；
[0010]所述的取樣通道為與各子軌道銜接的下滑通道；
[0011]所述的圖像采集與處理裝置包括位于下滑通道的上下兩側(cè)且錯(cuò)位布置的第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，并對(duì)圖像進(jìn)行處理將小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)；
[0012]所述的分級(jí)裝置包括銜接下滑通道的分級(jí)通道，分級(jí)通道的側(cè)邊安裝有多級(jí)噴氣嘴，噴氣嘴用于吹動(dòng)小顆粒農(nóng)業(yè)物料落入相應(yīng)的接料槽內(nèi)，且噴氣嘴受控于小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)結(jié)果。
[0013]在本發(fā)明中，單粒化送料裝置具有多路輸出的子軌道，并可同時(shí)采集各子軌道輸出小顆粒農(nóng)業(yè)物料的正反兩面圖像，然后對(duì)正反兩面圖像進(jìn)行分析，得出小顆粒農(nóng)業(yè)物料的分級(jí)結(jié)果，分級(jí)裝置上的噴氣嘴將屬于同一級(jí)的小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹入相同的接料槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分級(jí)。
[0014]振動(dòng)盤通過(guò)電線與控制器相連，控制器通過(guò)電線與電源相連，控制器具有自動(dòng)穩(wěn)壓的功能，消除因電源電壓不穩(wěn)定而影響振動(dòng)盤的輸出速度，也可通過(guò)調(diào)節(jié)控制器上的電壓輸入旋鈕，來(lái)改變振動(dòng)盤輸送小顆粒農(nóng)業(yè)物料的速度。
[0015]單?；土涎b置還包括與各子軌道連接的出料通道，用于承接各子軌道輸出的小顆粒農(nóng)業(yè)物料，出料通道和下滑通道均相對(duì)水平面向下具有一定的傾角，出料通道相對(duì)平緩，下滑通道的傾角較大，由于在下滑過(guò)程中需要采集小顆粒農(nóng)業(yè)物料的圖像，應(yīng)合理控制小顆粒農(nóng)業(yè)物料的滑行速度，設(shè)置一段較為平緩的出料通道，防止小顆粒農(nóng)業(yè)物料直接落入下滑通道內(nèi)，減緩小顆粒農(nóng)業(yè)物料的滑行速度，提高成像質(zhì)量。在本發(fā)明中，出料通道相對(duì)水平面具有8度的傾角，下滑通道也相對(duì)水平面向下傾斜，可根據(jù)不同小顆粒農(nóng)業(yè)物料調(diào)節(jié)合適角度；從振動(dòng)盤出來(lái)的小顆粒農(nóng)業(yè)物料緊密排列，小顆粒農(nóng)業(yè)物料在下滑通道滑行時(shí)，由于自身的加速，實(shí)現(xiàn)顆粒間距分開，這樣可保證一幅圖像只拍攝一顆小顆粒農(nóng)業(yè)物料。
[0016]出料通道為環(huán)振動(dòng)盤間隔90度布置的四個(gè)，所述的取樣通道、圖像采集與處理裝置和分級(jí)裝置為分別與四個(gè)出料通道對(duì)應(yīng)的四組。根據(jù)設(shè)備的占地，操作與維修的便捷，本發(fā)明可同時(shí)對(duì)四路輸出的小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行成像分級(jí)，四組裝置相互間隔較大，便于操作、取料和裝料。還可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)出料通道進(jìn)行增加，提高小顆粒農(nóng)業(yè)物料的分級(jí)速度。
[0017]振動(dòng)盤的側(cè)邊固定有支撐架，取樣通道和分級(jí)裝置安裝該支撐架上，所述的支撐架上設(shè)有相對(duì)水平面向下傾斜的導(dǎo)向板，導(dǎo)向板上裝有兩塊可調(diào)寬度的限位板，所述的下滑通道位于兩限位板之間。小顆粒農(nóng)業(yè)物料在下滑通道內(nèi)單排通過(guò)，根據(jù)小顆粒農(nóng)業(yè)物料的大小，調(diào)節(jié)兩限位板之間的寬度，保持小顆粒農(nóng)業(yè)物料的下滑順暢，也能減少對(duì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料的摩擦損傷。所述導(dǎo)向板和限位板的材質(zhì)為無(wú)色透明聚甲基丙烯酸甲酯，便于相機(jī)透明導(dǎo)向板拍取小顆粒農(nóng)業(yè)物料的背面圖像。針對(duì)不同的小顆粒農(nóng)業(yè)物料對(duì)象，通過(guò)改變下滑通道的傾角，使小顆粒農(nóng)業(yè)物料滑動(dòng)而不產(chǎn)生滾動(dòng)，這樣獲取的兩幅圖像為小顆粒農(nóng)業(yè)物料的全表面圖像。
[0018]下滑通道上下兩側(cè)設(shè)有錯(cuò)開布置的兩個(gè)環(huán)形光照箱，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器的鏡頭分別伸入兩個(gè)環(huán)形光照箱內(nèi)，光照箱內(nèi)壁安裝有照明燈，且與每個(gè)光照箱對(duì)應(yīng)下滑通道的上方或者下方設(shè)有白色背景板；所述下滑通道兩邊的限位板內(nèi)設(shè)有凹槽，用來(lái)安放條形的LED燈帶。第一圖像傳感器和第二圖像傳感器上下錯(cuò)位布置，能夠防止兩個(gè)圖像傳感器相互干擾，設(shè)置的白色背景板用于阻擋外界環(huán)境對(duì)成像的影響，使得到的圖像具有單一干凈的背景，便于后續(xù)的處理分析，同時(shí)，由于是在小顆粒農(nóng)業(yè)物料下滑過(guò)程中高速在線檢測(cè)，因電子快門速度過(guò)快會(huì)引起光亮不足，可在下滑通道兩邊的限位板中開設(shè)凹槽，凹槽內(nèi)插入條形LED燈帶，用于增加光照強(qiáng)度，提高圖像的成像質(zhì)量。
[0019]所述下滑通道的輸入端設(shè)有第一傳感器和第二傳感器，分別發(fā)出控制第一圖像傳感器和第二圖像傳感器進(jìn)行圖像采集的信號(hào)；所述下滑通道的輸出端設(shè)有用于小顆粒農(nóng)業(yè)物料計(jì)數(shù)的第三傳感器。輸入端設(shè)置的傳感器，用于控制圖像傳感器進(jìn)行圖像采集，使得拍攝的小顆粒農(nóng)業(yè)物料恰好位于圖像的中間區(qū)域。第三傳感器用于統(tǒng)計(jì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料的數(shù)目，并通過(guò)電路與紅色警報(bào)系統(tǒng)相連，當(dāng)其數(shù)目不再發(fā)生改變時(shí)，提示要向振動(dòng)盤中添加小顆粒農(nóng)業(yè)物料。
[0020]同時(shí)，所述的分級(jí)裝置包括安裝在支撐架上的傳送帶，傳送帶上部固定有兩塊平行布置的定位板，兩定位板之間為所述的分級(jí)通道；所述的噴氣嘴嵌設(shè)在分級(jí)通道一側(cè)的定位板內(nèi)，另一側(cè)的定位板內(nèi)設(shè)有引導(dǎo)小顆粒農(nóng)業(yè)物料落入接料槽的管道；在所述的多級(jí)噴氣嘴中，相鄰兩級(jí)噴氣嘴等間距設(shè)置，且每個(gè)噴氣嘴的前方均設(shè)有小顆粒農(nóng)業(yè)物料傳感器，該小顆粒農(nóng)業(yè)物料傳感器用于發(fā)出控制噴氣嘴的信號(hào)。
[0021]傳送帶用于輸送小顆粒農(nóng)業(yè)物料在分級(jí)通道內(nèi)移動(dòng)，兩定位板之間的距離可調(diào)，可滿足不同大小的小顆粒農(nóng)業(yè)物料單排通行；管道與噴氣嘴的位置一一對(duì)應(yīng)，在小顆粒農(nóng)業(yè)物料等級(jí)確定后，當(dāng)小顆粒農(nóng)業(yè)物料滑動(dòng)至該等級(jí)對(duì)應(yīng)的噴氣嘴時(shí)，觸發(fā)位于噴氣嘴前方的小顆粒農(nóng)業(yè)物料傳感器，噴氣嘴接收信號(hào)啟動(dòng)，將小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹入對(duì)應(yīng)的管道，并滑落至對(duì)應(yīng)的接料槽內(nèi)，完成自動(dòng)分級(jí)。
[0022]針對(duì)上述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量檢測(cè)與分級(jí)裝置，本發(fā)明還提供了一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量檢測(cè)與分級(jí)的方法，具體步驟如下:
[0023]I)單?；b置將小顆粒農(nóng)業(yè)物料從四個(gè)互成90度的出料通道單粒輸出至對(duì)應(yīng)的下滑通道，在每個(gè)下滑通道中，小顆粒農(nóng)業(yè)物料利用自身重力加速滑行并隔開，同時(shí)圖像采集裝置獲取小顆粒農(nóng)業(yè)物料的正反兩面圖像；
[0024]2)根據(jù)小顆粒農(nóng)業(yè)物料的正反兩面圖像中形態(tài)學(xué)特征、顏色特征和紋理特征，對(duì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行分級(jí)；
[0025]3)分級(jí)裝置根據(jù)步驟2)的分級(jí)結(jié)果，控制噴氣嘴將傳送帶上的小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹入到指定的管道，再滑落至相應(yīng)的接料槽中，完成小顆粒農(nóng)業(yè)物料的自動(dòng)分級(jí)。
[0026]與現(xiàn)有小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)裝置相比具有以下有益效果:
[0027]引入多輸出通道的振動(dòng)盤作為小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)設(shè)備的單?；b置，可同時(shí)進(jìn)行多通道分級(jí)處理；用控制器調(diào)節(jié)振動(dòng)盤的出料速度；振動(dòng)盤與機(jī)架之間設(shè)有減震緩沖裝置，以提高振動(dòng)盤擺放的穩(wěn)定性；采用無(wú)色透明聚甲基丙烯酸甲酯板構(gòu)成的下滑通道，可以同時(shí)獲取小顆粒農(nóng)業(yè)物料正反兩面圖像，避免只拍小顆粒農(nóng)業(yè)物料正面而忽略其背面造成的盲區(qū)，提高分級(jí)的準(zhǔn)確度；多個(gè)下滑通道的小顆粒農(nóng)業(yè)物料圖像實(shí)現(xiàn)并行處理，互不干擾，可實(shí)現(xiàn)大批量小顆粒農(nóng)業(yè)物料的在線質(zhì)量檢測(cè)與分級(jí)，效率高；可根據(jù)不同分類指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)較多質(zhì)量等級(jí)數(shù)目的分級(jí)；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、可適應(yīng)于不同類型的小顆粒農(nóng)業(yè)物料，具有較好的商業(yè)前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明中小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量檢測(cè)與分級(jí)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為單粒化送料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為取樣通道的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為分級(jí)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1所示，一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，包括單?；土涎b置1，承接單?；土涎b置I的取樣通道3，安裝在取樣通道3上下的圖像采集與處理裝置4，以及與取樣通道3銜接的分級(jí)裝置6。
[0033]如圖2所示，單?；土涎b置I包括振動(dòng)盤和控制器，振動(dòng)盤由脈沖電磁鐵、料斗、彈簧片和底盤組成，料斗內(nèi)具有螺旋上升的輸出通道，輸出通道包括主軌道11和與主軌道11銜接的四個(gè)子軌道12 ;脈沖電磁鐵嵌入底盤中心軸線上，底盤與機(jī)架2之間設(shè)有減震裝置，用于緩沖振動(dòng)盤對(duì)機(jī)架2的振動(dòng)，料斗通過(guò)四個(gè)彈簧片上螺絲與底盤相連，在脈沖電磁鐵的振動(dòng)下，料斗本應(yīng)做上下垂直振動(dòng)，但是由于傾斜的彈簧片，使料斗繞其中心軸作扭擺運(yùn)動(dòng)。料斗中無(wú)序的小顆粒農(nóng)業(yè)物料受到這種振動(dòng)，會(huì)沿著料斗內(nèi)壁的主軌道11逐漸上升至一定的高度，再分別進(jìn)入四個(gè)子軌道12，每個(gè)子軌道12連接一個(gè)相對(duì)水平面向下傾斜8度的出料通道13 (四個(gè)出料通道互成90度)，最終實(shí)現(xiàn)有序定向排列整齊的輸送，控制器通過(guò)電線與振動(dòng)盤相連，調(diào)節(jié)控制器的旋鈕可改變振動(dòng)盤的出料速度。
[0034]如圖3所示，取樣通道3為與各子軌道12銜接的下滑通道，振動(dòng)盤的外側(cè)固定有支撐架7，取樣通道3和分級(jí)裝置6安裝支撐架7上，支撐架7上設(shè)有相對(duì)水平面向下傾斜的導(dǎo)向板，導(dǎo)向板上裝有兩塊可調(diào)寬度的位板8，兩限位板8之間為上述的下滑通道。導(dǎo)向板和限位板8均為無(wú)色透明的聚甲基丙烯酸甲酯板，限位板8通過(guò)螺栓固定在導(dǎo)向板上，兩限位板之間的寬度可調(diào)，防止小顆粒農(nóng)業(yè)物料并排通過(guò)，保持固定的滑行姿態(tài)。
[0035]圖像采集與處理裝置4包括位于下滑通道上下且錯(cuò)開布置的兩個(gè)光照箱15，光照箱15安裝在限位板8上，兩個(gè)光照箱15均為圓柱形，箱內(nèi)壁上并排貼有多個(gè)白色12VLED5050貼片燈帶(深圳市晶能照明有限公司生產(chǎn))，兩個(gè)相機(jī)的鏡頭部分分別伸入光照箱內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)高速在線檢測(cè)，由于電子快門速度過(guò)快會(huì)引起光亮不足的現(xiàn)象，在限位板8上開設(shè)與下滑通道平行的凹槽，并在凹槽內(nèi)安裝白色12V LED5050貼片燈帶，兩條燈帶的光均打向物料表面，以增加光照強(qiáng)度。
[0036]在下滑通道的上方和下方，設(shè)有與兩個(gè)光照相15對(duì)應(yīng)的白色背景板，用于阻擋外界環(huán)境對(duì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料成像的影響，使得到的圖像具有單一干凈的背景，便于后續(xù)的處理分析。
[0037]下滑通道的輸入端設(shè)有兩個(gè)傳感器9，分別發(fā)出控制上下兩個(gè)相機(jī)進(jìn)行圖像采集的信號(hào)，使拍攝的小顆粒農(nóng)業(yè)物料恰好位于圖像的中間區(qū)域，下滑通道的輸出端設(shè)有用于小顆粒農(nóng)業(yè)物料計(jì)數(shù)的第三傳感器10，用于統(tǒng)計(jì)數(shù)量。
[0038]如圖4所示，分級(jí)裝置6包括安裝在支撐架7上的傳送帶19，傳送帶19上部固定有兩平行布置的定位板18，兩定位板18之間為供小顆粒農(nóng)業(yè)物料滑行的分級(jí)通道16，分級(jí)通道16 —側(cè)的定位板內(nèi)嵌設(shè)有噴氣嘴17，另一側(cè)的定位板內(nèi)設(shè)有引導(dǎo)小顆粒農(nóng)業(yè)物料落入接料槽5的管道20，且相鄰兩個(gè)噴氣嘴17等間距設(shè)置，每個(gè)噴氣嘴的前方均設(shè)有受小顆粒農(nóng)業(yè)物料觸動(dòng)的傳感器，用于發(fā)出控制各噴氣嘴的信號(hào)。傳送帶19用于輸送小顆粒農(nóng)業(yè)物料在分級(jí)通道16內(nèi)移動(dòng)，兩定位板18之間的距離可調(diào)，可滿足不同大小的小顆粒農(nóng)業(yè)物料通行；管道20與噴氣嘴17的位置一一對(duì)應(yīng)，在小顆粒農(nóng)業(yè)物料等級(jí)確定后，當(dāng)小顆粒農(nóng)業(yè)物料滑動(dòng)至該等級(jí)對(duì)應(yīng)的噴氣嘴時(shí)，首先觸發(fā)位于該噴氣嘴前方的傳感器，噴氣嘴根據(jù)傳感器的信號(hào)啟動(dòng)，將小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹入對(duì)應(yīng)的管道，使其沿管道滑入相應(yīng)的接料槽5內(nèi)，完成自動(dòng)分級(jí)。
[0039]在本實(shí)施例中，小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量檢測(cè)與分級(jí)裝置的工作過(guò)程如下:
[0040]打開電源，調(diào)節(jié)控制器的旋鈕確定小顆粒農(nóng)業(yè)物料的出料速度，料倉(cāng)內(nèi)小顆粒農(nóng)業(yè)物料受到脈沖電磁鐵的振動(dòng)，沿著料倉(cāng)內(nèi)壁上的螺旋軌道逐漸上升，待其上升到一定高度，小顆粒農(nóng)業(yè)物料分別進(jìn)入4個(gè)獨(dú)立的子軌道，每個(gè)子軌道內(nèi)小顆粒農(nóng)業(yè)物料再進(jìn)入傾斜8度的出料通道，然后滑入下滑通道中。
[0041]下面以一個(gè)下滑通道進(jìn)行過(guò)程描述，從出料通道出來(lái)后的小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)入下滑通道中，第一傳感器觸發(fā)下滑通道上方的相機(jī)拍取小顆粒農(nóng)業(yè)物料正面圖像，第二傳感器觸發(fā)下滑通道下方的相機(jī)拍取小顆粒農(nóng)業(yè)物料背面圖像，兩幅圖像再經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)處理、提取相應(yīng)的特征、運(yùn)用相應(yīng)的算法對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，并將分級(jí)的結(jié)果發(fā)送到下位機(jī)。假設(shè)下滑過(guò)程中的是第N顆小顆粒農(nóng)業(yè)物料，根據(jù)分級(jí)結(jié)果假設(shè)其質(zhì)量為第二等級(jí)，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，該小顆粒農(nóng)業(yè)物料到達(dá)第二等級(jí)口，則第二等級(jí)口的傳感器觸發(fā)噴嘴進(jìn)行噴氣，則將小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹入管道中再落入對(duì)應(yīng)的接料槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同質(zhì)量等級(jí)的小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行分級(jí)。下滑通道底端的第三傳感器用于統(tǒng)計(jì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料的數(shù)目，并通過(guò)電路與紅色警報(bào)系統(tǒng)相連，當(dāng)其數(shù)目不再發(fā)生改變時(shí)，提示要向振動(dòng)盤中添加小顆粒農(nóng)業(yè)物料。
[0042]在本實(shí)施例中，圖像采集與處理裝置中的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)線接口與相機(jī)連接，計(jì)算機(jī)接口 RS-233通過(guò)USB轉(zhuǎn)換器與控制噴嘴吹氣的多個(gè)電磁閥相連接。其中以實(shí)驗(yàn)稻種為例，相機(jī)采用德國(guó)imaging公司生產(chǎn)的23系列DMK-23G618面陣相機(jī)；鏡頭為中國(guó)微圖視覺科技有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為VT-LEM0618-MP3 ;加有2個(gè)5mm的近攝接圈；下滑通道相對(duì)水平面向下傾斜27度；物距為67mm ;光圈系數(shù)為Π6 ;曝光時(shí)間為1/20000秒；增益為
5.84dB ;幀率為120fps ;單粒化裝置為多輸出通道振動(dòng)盤；下滑通道的材質(zhì)為無(wú)色透明聚甲基丙烯酸甲酯，下滑通道的寬度為5mm;電磁閥控制系統(tǒng)為AVR;分級(jí)通道為多等級(jí)口的傳送帶；考慮到傳感器的感應(yīng)頭離稻種的表面十分近(Imm)，故選用光纖傳感器，具體采用深圳市瑞科自動(dòng)化設(shè)備有限公司的對(duì)射式FT-320光纖和日本Omron公司的E3X-NA11光纖放大器；在圖像處理過(guò)程中，采用成芳博士論文《稻種質(zhì)量的機(jī)器視覺無(wú)損檢測(cè)研究》所提到的圖像處理方法，提取圖像中稻種的輪廓、顏色特征，運(yùn)用哈夫變換、Parzen窗函數(shù)法、馬氏距離線性判別方法分別對(duì)裂穎、霉變、芽谷的稻種進(jìn)行識(shí)別與分類，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有較好的分類效果。
【權(quán)利要求】
1.一種小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，包括單?；土涎b置，承接單?；土涎b置的取樣通道，安裝在取樣通道上下的圖像采集與處理裝置，以及與所述取樣通道銜接的分級(jí)裝置； 所述的單?；土涎b置包括振動(dòng)盤，振動(dòng)盤內(nèi)裝有螺旋上升的輸出通道，所述的輸出通道包括主軌道和與主軌道銜接的多個(gè)子軌道； 所述的取樣通道為與各子軌道銜接的下滑通道； 所述的圖像采集與處理裝置包括位于下滑通道的上下兩側(cè)且錯(cuò)位布置的第一圖像傳感器和第二圖像傳感器，并對(duì)圖像進(jìn)行處理將小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)； 所述的分級(jí)裝置包括銜接下滑通道的分級(jí)通道，分級(jí)通道的側(cè)邊安裝有多級(jí)噴氣嘴，噴氣嘴用于吹動(dòng)小顆粒農(nóng)業(yè)物料落入相應(yīng)的接料槽內(nèi)，且噴氣嘴受控于小顆粒農(nóng)業(yè)物料分級(jí)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述的振動(dòng)盤安裝在機(jī)架上，機(jī)架與振動(dòng)盤之間設(shè)有減震裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述的單?；土涎b置還包括與各子軌道連接的出料通道，所述的出料通道相對(duì)水平面向下傾斜8度。
4.如權(quán)利要求3所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述的出料通道為環(huán)振動(dòng)盤間隔90度布置的四個(gè)，所述的取樣通道、圖像采集與處理裝置和分級(jí)裝置為分別與四個(gè) 出料通道對(duì)應(yīng)的四組。
5.如權(quán)利要求1所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述的取樣通道和分級(jí)裝置安裝在振動(dòng)盤側(cè)邊的支撐架上； 所述的支撐架上設(shè)有相對(duì)水平面向下傾斜的導(dǎo)向板，導(dǎo)向板上裝有兩塊可調(diào)寬度的限位板，所述的下滑通道位于兩限位板之間。
6.如權(quán)利要求5所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向板和限位板的材質(zhì)為無(wú)色透明聚甲基丙烯酸甲酯。
7.如權(quán)利要求6所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述下滑通道上下兩側(cè)設(shè)有錯(cuò)開布置的兩個(gè)環(huán)形光照箱，所述第一圖像傳感器和第二圖像傳感器的鏡頭分別伸入兩個(gè)環(huán)形光照箱內(nèi)，光照箱內(nèi)壁安裝有照明燈，且與每個(gè)光照箱對(duì)應(yīng)下滑通道的上方或者下方設(shè)有白色背景板； 所述下滑通道兩邊的限位板內(nèi)設(shè)有凹槽，用來(lái)安放條形的LED燈帶。
8.如權(quán)利要求1所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述下滑通道的輸入端設(shè)有第一傳感器和第二傳感器，分別發(fā)出控制第一圖像傳感器和第二圖像傳感器進(jìn)行圖像采集的信號(hào)； 所述下滑通道的輸出端設(shè)有用于小顆粒農(nóng)業(yè)物料計(jì)數(shù)的第三傳感器。
9.如權(quán)利要求8所述的小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置，其特征在于，所述的分級(jí)裝置包括安裝在支撐架上的傳送帶，傳送帶上部固定有兩塊平行布置的定位板，兩定位板之間為所述的分級(jí)通道； 所述的噴氣嘴嵌設(shè)在分級(jí)通道一側(cè)的定位板內(nèi)，另一側(cè)的定位板內(nèi)設(shè)有引導(dǎo)小顆粒農(nóng)業(yè)物料落入接料槽的管道；在多級(jí)噴氣嘴中，相鄰兩級(jí)噴氣嘴等間距設(shè)置，且每個(gè)噴氣嘴的前方均設(shè)有物料傳感器，該物料傳感器用于發(fā)出控制噴氣嘴的信號(hào)。
10.一種基于所述權(quán)利要求1~9任一項(xiàng)所述小顆粒農(nóng)業(yè)物料質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)單?；b置將小顆粒農(nóng)業(yè)物料從四個(gè)互成90度的出料通道單粒輸出至對(duì)應(yīng)的下滑通道，在每個(gè)下滑通道中，小顆粒農(nóng)業(yè)物料利用自身重力加速滑行并隔開，同時(shí)圖像采集裝置獲取小顆粒農(nóng)業(yè)物料的正反兩面圖像； 2)根據(jù)小顆粒農(nóng)業(yè)物料的正反兩面圖像中形態(tài)學(xué)特征、顏色特征和紋理特征，對(duì)小顆粒農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行分級(jí)； 3)分級(jí)裝置根據(jù)步驟2)中分級(jí)結(jié)果，控制噴氣嘴將傳送帶上的小顆粒農(nóng)業(yè)物料吹入到指定的管道，并滑落至相 應(yīng)的接料槽中，完成小顆粒農(nóng)業(yè)物料的自動(dòng)分級(jí)。
【文檔編號(hào)】B07C5/342GK104070016SQ201410247666
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】成芳, 龔朝勇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)