CN103406286A - 一种基于LabVIEW的水果外部品质在线分级方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LabVIEW的水果外部品质在线分级方法，其特征在于包括安装LabVIEW的计算机、PLC、图像采集装置、传送装置及分级装置；首先通过LabVIEW控制图像采集装置实时拍摄待测水果图像，接着调用IMAQ对水果图像进行大小、形状、缺陷点和颜色分析，得到分级结果；传送装置将水果输送到对应等级的料槽口，由LabVIEW向PLC发送控制字符来控制分级装置，使得气动执行元件动作，将水果推入对应等级的料槽中，从而完成分级。该方法实现了水果外部品质的分级，与传统分级方法相比，具有成本低、速度快、精度高、界面友好、使用和维护方便等优点。

Description

一种基于LabVIEW的水果外部品质在线分级方法

技术领域

本发明涉及一种水果外部品质分级方法，特别基于LabVIEW的水果外部品质分级方法。

背景技术

中国果品产业经过改革开放三十年迅速发展，已经成为世界果品第一生产大国，果品总产量直达亿吨。从全国果品的整个产业链条逐一分析，当前影响质量和价格效益的问题，主要发生在产品转变为商品的工序中。对待果品质量控制的理念上相对滞后，是当前影响中国果品产业系统效益提升的最短的“短板”。由此可见，利用先进的设备和技术检测水果品质对果品分级，控制果品质量成为农业自动化发展的当务之急。

目前水果品质检测多采用人工检测和机械式分级。人工检测不仅费时、效率低下，而目与检验员自身的技术水平、经验有很大的关系，成为制约加工效率的一个瓶颈因素。传统的机械式分级技术只是根据水果的大小、重量进行分级，利用输送带或输送滚子上的空洞或间隙将水果分成有限的几个档次。这类分级方法通常结构简单，但分级时可能由于碰撞而损伤水果，一般只用于那些对机械负荷不敏感以及随之要作进一步加工的水果。

因此结合计算机技术和电气控制技术，开发成本低廉、速度快、效率高的水果品质分级方法意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LabVIEW的水果外部品质分级方法，该方法能够实现对水果外部品质的在线分级。

该方法包括装有LabVIEW的计算机、PLC、图像采集装置、传送装置及分级装置。本发明利用LabVIEW强大的仪器连接和数据通信能力，在计算机中建立水果外部品质分级平台，完成水果图像实时获取、品质分析和分级。首先通过LabVIEW控制图像采集装置实时拍摄待测水果图像；接着调用IMAQ对水果图像进行大小、形状、缺陷点和颜色分析，得到分级结果；传送装置将水果输送到对应等级的料槽口，由LabVIEW向PLC发送控制字符来控制分级装置，使得气动执行元件动作，将水果推入对应等级的料槽中，从而完成分级。

所述的图像采集装置由光电传感器，光箱，摄像头组成，由光电传感器实时监测水果的位置，一旦水果到达拍摄的最佳位置，就调用程序拍摄水果照片，完成水果图像的获取。

所述传送装置由1500mm×67mm×2mm传送带，三相交流减速电机，AC380V、输出转速130r/min，滚动轴承，滚轮组成，完成水果的传送。

所述分级装置由光电传感器、电磁阀、推料气缸，料槽组成。水果到达对应等级的料槽口时，光电传感器输出高电平，LabVIEW通过VISA接口向PLC发送命令字符来控制对应的电磁阀，从而使推料气缸执行分级动作，将物料推入料槽，完成水果的分级。

本发明的水果外部品质分级人机界面，所述的还包括人机界面，其具有查看所拍摄水果原始图像的功能；其具有查看大小分析、形状分析、缺陷点分析及颜色分析状态的功能；其具有修改分级阈值参数及分级结果的功能。

水果外部品质主要指大小、形状、缺陷点和颜色。本发明还可方便地扩展到其他外部品质的检测和分级。本发明提供的系统结合了计算机技术和电气控制技术，成本低廉、速度快、效率高，具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

1.光箱2.CCD摄像头3.进料光电传感器4.皮带输送线5.装有LabVIEW的计算机6.通讯模块7.PLC8.三相交流减速电机9.分级机构

图2为本发明的系统运行原理图；

图3为本发明的软件流程图；

图4为大小处理的前面板；

图5为大小处理的程序框图；

图6为形状分析的前面板；

图7为形状分析的程序框图；

图8为缺陷点分析的前面板；

图9为缺陷点分析的程序框图；

图10为颜色分析的前面板；

图11为颜色分析的程序框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1所述的本发明的系统结构示意图，该系统包括装有LabVIEW的计算机、PLC、图像采集装置、传送装置及分级装置。本发明利用LabVIEW强大的仪器连接和数据通信能力，在计算机中建立水果外部品质分级平台，完成水果图像实时获取、品质分析和分级。首先通过LabVIEW控制图像采集装置实时拍摄待测水果图像；接着调用IMAQ对水果图像进行大小、形状、缺陷点和颜色分析，得到分级结果；传送装置将水果输送到对应等级的料槽口，由LabVIEW向PLC发送控制字符来控制分级装置，使得气动执行元件动作，将水果推入对应等级的料槽中，从而完成分级。

所述图像采集装置由光箱1，CCD摄像头2和光电传感器3组成，装有LabVIEW的计算机5调用水果图像进行品质分析及分级判断。所述的传送装置由1500mm×67mm×2mm皮带输送线4，三相交流减速电机8（AC380V，输出转速130r/min），滚动轴承，滚轮组成，完成水果的传送。所述的分级机构9由光电传感器、电磁阀、推料气缸，料槽组成，装有LabVIEW的计算机5将分级结果通过通讯模块6的VISA接口向PLC7发送命令字符，通过分级机构9实现水果的分级。

图2所述的本发明的系统运行原理图，光电传感器实时监测水果的位置，一旦水果到达拍摄的最佳位置，CCD摄像头拍摄照片，完成水果图像的获取。LabVIEW调用IMAQ对水果图像进行大小、形状、缺陷点和颜色分析，从而得到分级结果。传送装置将水果输送到对应等级的料槽口，光电传感器输出高电平，LabVIEW通过VISA接口向PLC发送命令字符来控制对应的电磁阀，使得气动执行元件动作，将水果推入对应等级的料槽中，完成水果的外部品质分级。

图3所示的为本发明的软件流程图，工作过程如下：

(1)通信检测，检查PLC与上位机通信是否正确。

(2)水果进料光电传感器不断检测是否有水果经过。如果没有水果经过，进料光电传感器继续检测，一旦有水果经过，则进行下一步。

(3)PLC对应输入线圈变为高电平。LabVIEW读取PLC输入线圈的状态，同时调用摄像头拍照程序，拍摄水果图像。

(4)LabVIEW通过IMAQ对水果大小、形状、缺陷点和颜色分析。

大小分析：在程序框图中使用IMAQ threshold函数处理图像。从图像中取阀值，只提取图像中阀值内的像素点，忽略阀值外的像素，以此来分割图像。然后使用IMAQ FILLHOLE函数来对图像的粒子中的空隙进行填充，最后利用Particle Analysis对图像中的粒子点分析。根据设定相邻的类别，节点对粒子点进行分析，获得粒子的个数、面积、中孔个数、质和方向的信息（具体见图4-图5）。

形状分析：IMAQ Extract contour从彩色图像中提取单个，最好的轮廓，如果图像本身带有刻度，那么所处理出来的轮廓也带有尺度。IMAQ FIT CONTOUR根据图像轮廓来计算一条近似的方程式，来描述轮廓。如果轮廓带有尺度的话，方程式将会被修正达到准确的位置。IMAQCONTOUR DISTANCE比较模版轮廓和目标轮廓，并且计算它们之间的距离。IMAQ OVERLAYCONTOUR在图像上覆盖轮廓线。最后用到了自定义的子vi，用来对轮廓的边缘角度等进行分析，并根据所设定的值来进行形状的分析（图6-图7）。

缺陷点分析：对缺陷点的个数和面积进行分析，在本程序中先进行图像的threshold，根据所需要的阀值来分割图像，然后分别对图像进行填充和不填充处理，然后进行缺陷点分析，获取带有缺陷点的面积与不带有缺陷点的面积，相减便得出缺陷点的面积。然后计算出缺陷点的比例（图8-图9）。

颜色分析：采用顺序结构，在第一个顺序结构里主要是利用GET COLOR PROFIL函数进行对苹果表面的颜色进行RGB分析，从而得出其RGB的值。程序中使用了调用链，返回从当前VI至顶层VI的各调用方的链。调用链数组中的元素0包含调用链中最底层VI的名称。后续元素是调用链中最底层VI的调用方。调用链数组的最后一个元素是顶层VI的名称。如当前VI作为子VI使用，可通过该函数查找所有调用该子VI的VI。利用IMAQ read读取图像的信息，对获取的信息利用get line color profile进行处理，来获取上层vi处理过的轮廓的颜色信息。对颜色的RGB值去平均数可以得出苹果的颜色（图10-图11）。

(5)选择依据哪种外部品质进行分级，提取对应的特征参数，并计算出分级结果，传递到Case Structure中，通过VISA接口向PLC发送命令字符。

(6)判断水果对应的等级，由气动执行元件动作，将水果推入对应等级的料槽中，从而实现水果的分级。

Claims (5)

1.一种基于LabVIEW的水果外部品质在线分级方法，其特征在于包括安装LabVIEW的计算机、PLC、图像采集装置、传送装置及分级装置；首先通过LabVIEW控制图像采集装置实时拍摄待测水果图像，接着调用IMAQ对水果图像进行大小、形状、缺陷点和颜色分析，得到分级结果；传送装置将水果输送到对应等级的料槽口，由LabVIEW向PLC发送控制字符来控制分级装置，使得气动执行元件动作，将水果推入对应等级的料槽中。

2.根据权利要求1所述的水果外部品质分级方法，其特征在于所述的图像采集装置由光电传感器，光箱，摄像头组成，由光电传感器实时监测水果的位置，一旦水果到达拍摄的最佳位置，就调用程序拍摄水果照片，完成水果图像的获取。

3.根据权利要求1所述的水果外部品质分级方法，其特征在于所述传送装置由1500mm×67mm×2mm传送带，三相交流减速电机，AC380V、输出转速130r/min，滚动轴承，滚轮组成，完成水果的传送。

4.根据权利要求1所述的水果外部品质分级方法，其特征在于所述分级装置由光电传感器、电磁阀、推料气缸，料槽组成。水果到达对应等级的料槽口时，光电传感器输出高电平，LabVIEW通过VISA接口向PLC发送命令字符来控制对应的电磁阀，从而使推料气缸执行分级动作，将物料推入料槽，完成水果的分级。

5.根据权利要求1所述的水果外部品质分级方法，其特征在于：还包括人机界面，其具有查看所拍摄水果原始图像的功能；其具有查看大小分析、形状分析、缺陷点分析及颜色分析状态的功能；其具有修改分级阈值参数及分级结果的功能。

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