CN210676005U

CN210676005U - 一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置

Info

Publication number: CN210676005U
Application number: CN201921369532.7U
Authority: CN
Inventors: 徐赛; 陆华忠; 孙潇鹏
Original assignee: Agricultural Public Monitoring Center Guangdong Academy Of Agricultural Sciences
Current assignee: Agricultural Public Monitoring Center Guangdong Academy Of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2029-08-22

Abstract

本实用新型公开了一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，包括输送带，用于输送柚果；果盘，用于放置柚果，并随着输送带移动；机器视觉系统，用于对果盘中的柚果进行姿态检测，安装在输送带的始端上方；姿态调整装置，用于与机器视觉系统装置配合，根据姿态检测结果，将柚果调整至标准姿态；光谱检测装置，用于对标准姿态的柚果进行品质检测，安装在输送带的上方；所述机器视觉系统、姿态调整装置和光谱检测装置沿着输送带的输送方向依次布置。本实用新型保证了柚果以相同的姿态被检测，即保证了能对各个柚果的同一部位进行检测，保证检测的有效性，保证对柚果品质的精准检测。

Description

一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置

技术领域

本实用新型涉及水果品质检测技术领域，特别是一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置。

背景技术

近年来，一大批规模大、标准高的集约化柚类商品生产基地相继出现，其进出口量越来越大，对柚类商品的品质要求越来越高。目前，对柚果的品质进行分级，需要依靠有经验的果农凭经验进行，但是实际上类似于柚果这类厚皮水果的内部品质很难从外观上进行准确识别。因此并没有能够对柚果进行品质流水线式无损检测的方法，而利用现有的一些水果检测方法，如苹果等薄皮水果，由于薄皮水果本身薄皮且表面积和体积小，即使对各个苹果的不同部位获取图像分析和进行光谱检测，对最终的检测结果影响不大。而针对柚果，由于其厚皮且表面积和体积大，因此对获取图像分析有更高要求，例如要准确提取柚果的表面积、体积，对柚果果梗部位进行追踪，为了保证检测效果，需要保证对各个柚果的同一部位进行检测，以提高检测精度，对品质分级的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，以实现对柚果品质的精准检测。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，包括

输送带，用于输送柚果；

果盘，用于放置柚果，并随着输送带移动；

机器视觉系统，用于对果盘中的柚果进行姿态检测，安装在输送带的始端上方；

姿态调整装置，用于与机器视觉系统装置配合，根据姿态检测结果，将柚果调整至标准姿态；

光谱检测装置，用于对标准姿态的柚果进行品质检测，安装在输送带的上方；

所述机器视觉系统、姿态调整装置和光谱检测装置沿着输送带的输送方向依次布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述机器视觉系统包括位于输送带上方的第一工业相机和位于输送带两侧的两个平面镜，所述第一工业相机的摄影端竖直朝向输送带，两个平面镜呈倒八状分布在输送带两侧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述机器视觉系统包括第二工业相机，沿输送带的输送方向，第二工业相机位于第一工业相机的前侧或者后侧，所述第二工业相机的摄影端倾斜指向输送带中第一工业相机的摄影端竖直朝向的位置。

作为上述技术方案的进一步改进，两个平面镜之间的夹角为100～150°。

作为上述技术方案的进一步改进，所述姿态调整装置包括能将柚果旋转的智能机械手、驱使智能机械手沿输送带宽度方向往复移动的第一机械臂以及将智能机械手和第一机械臂抬起的第二机械臂，所述智能机械手包括两根能相对靠近或者远离的机械夹手，机械夹手呈U状，机械夹手的开口朝向输送带的始端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述光谱检测装置包括数字折光仪、多个LED光源和位于输送带两侧的多个积分球，所述LED光源通过光谱检测支架安装在输送带上方，还包括安装在光谱检测支架上的风扇。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括与输送带连接的V带传输机构，所述V带传输机构包括两条第一皮带、驱使第一皮带传动的皮带传送轮和将第一皮带托起的输送工作台。

作为上述技术方案的进一步改进，所述输送带两侧布置有至少一个分级装置，沿输送带的输送方向，光谱检测装置和分级装置依次分布，所述分级装置包括分级输送通道，所述分级输送通道中远离光谱检测装置的侧壁设有能伸出的挡板。

作为上述技术方案的进一步改进，所述挡板的下沿和输送带之间设有供果盘通过的间隙。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括控制机器视觉系统、姿态调整装置和光谱检测装置工作的中控装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过机器视觉系统对柚果进行姿态检测；根据姿态检测结果，姿态调整装置将柚果调整至标准姿态；光谱检测装置对标准姿态的柚果进行品质检测；本实用新型保证了柚果以相同的姿态被检测，即保证了能对各个柚果的同一部位进行检测，保证检测的有效性，保证对柚果品质的精准检测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本实用新型实施例的正视图；

图2是本实用新型实施例的俯视图；

图3是图1中A-A向的结构示意图；

图4是图1中D所框选部分的局部放大图；

图5是图1中B-B向的结构示意图；

图6是柚果位姿摆放与平面镜关系的示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1～图5，一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，包括

输送带80，用于输送柚果30；

果盘31，用于放置柚果30，并随着输送带80移动；

机器视觉系统20，用于对果盘31中的柚果30进行姿态检测，安装在输送带80的始端上方；

姿态调整装置40，用于与机器视觉系统20装置配合，根据姿态检测结果，将柚果30调整至标准姿态；

光谱检测装置50，用于对标准姿态的柚果30进行品质检测，安装在输送带80的上方；

所述机器视觉系统20、姿态调整装置40和光谱检测装置50沿着输送带80的输送方向依次布置。

所述机器视觉系统20包括位于输送带80上方的第一工业相机21和位于输送带80两侧的两个平面镜23，所述第一工业相机21的摄影端竖直朝向输送带80，两个平面镜23呈倒八状分布在输送带80两侧。第一工业相机21和两个平面镜23采用多视角成像技术，对柚果30进行图像采集；对图像采集结果进行阈值分割，得到阈值分割结果；根据阈值分割结果，姿态调整装置40对柚果30进行姿态检测。多视角成像是指通过成像装置(如平面镜23)形成柚果30不同表面的虚像，通过摄像装置获取柚果30的实像和各个表面的虚像，其中虚像与实像对应柚果30不同的表面(例如，实像为柚果30的上表面，虚像为柚果30的左右表面)，实现对柚果30的多视觉图像采集。

所述机器视觉系统20包括第二工业相机22，沿输送带80的输送方向，第二工业相机22位于第一工业相机21的前侧或者后侧，所述第二工业相机22的摄影端倾斜指向输送带80中第一工业相机21的摄影端竖直朝向的位置。第一工业相机21和第二工业相机22采用双目视觉技术，对柚果30进行图像采集。双目视觉技术基于视差原理并利用摄像装置从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息的方法，实现对柚果30的三维图像的信息采集。

两个平面镜23之间的夹角为100～150°。优选地，两个平面镜23之间的夹角为110°、120°或者130°。

两个平面镜23关于第二轴线C2对称设置且呈120°，设置于柚果30的左右两侧。在其他实施例中可以使用其他具有反射作用且能成像的其他装置；通过第一工业相机21获取柚果30上表面的图像(第一图像)，通过两个平面镜23，产生反映柚果30左右两侧表面的虚像(第二图像和第三图像)，实现多视角成像，从多个角度获取柚果30的图像；同时，结合第二工业相机22，实现双目视觉技术和多视角成像的结合，还能获取柚果30的三维图像信息。根据第二图像和第三图像获取柚果30对应的第一成像距离和第二成像距离，当柚果30处于标准姿态，第一成像距离等于第二成像距离。

在本实施例中，以其中一个平面镜23为例，如图6所示，展示其中一部分(与另外一部分为左右对称设置且以x轴对称)以说明第一工业相机21(即图6中的真实相机)、柚果30和平面镜23的空间关系，介绍确定柚果30位姿摆放关系的算法。其中A、A’点分别为相机的实点、虚点，B、B’分别为柚果质心的实点、虚点；θ1为相机光轴与平面镜23的夹角；D为柚果30的最大直径；柚果质心B点距离相机成像点A及平面镜23转轴焦点F分别为M、N。为获取最大信息量，∠ABA'＝120°。设A点为x-y坐标轴空间原点，则知B(M，0)、F(M+N,0)。需要求得求柚果虚像中心(质心)B’(x0,y0)坐标，可由直线BB’、FB’相交推得：

由三角函数关系，可知

令变量a＝tanθ₁，代入上式可得：

解得

即果形虚像质心坐标

则虚像的成像距离为

即第一成像距离，同理能计算得出以x轴对称的，以另一平面镜23形成虚像的第二成像距离。视觉系统装置根据第一成像距离和第二成像距离进行定位；姿态调整装置40根据第一成像距离和第二成像距离对柚果30完成相应距离的调整，实现姿态调整。

同时为了使摄影装置得到完整的虚像B’,而不被实像B挡住，即要求A对虚像B’的视野角度θ₃与实像B的视野角度θ₂不重叠，必须使直线AE’斜率不小于AC，其中C、E、C’、E’分别从相机A点引出的柚果30截面圆切点。通过虚像圆心(质心)B’到直线AE’的距离方程推得斜率kAE’,即

经整理，求得关于斜率kAE’的一元二次方程

(4x₀ ²-D²)K_AE' ²-8x₀y₀.K_AE'+(4y₀ ²-D²)＝0

解得

得到上切线AC’的斜率较大，为k1AE’；下切线AE’的斜率较小，为k2AE’。在坐标原点P向实像B圆引上切线AC，根据直角三角形ACB可知切线AC的斜率KAC,

为使虚像可见，K2AE’>KAC,即

引入虚像G’(x0,y0)的坐标表达式，整理得：

它是关于变量a,N,M,D的不等式，其中成像距离M可根据第一工业相机21的分辨率、镜头焦距等试验优化得到，直径D可通过统计所属柚果30的最大横径得到，由此可得，该式是一个关于求变量a及N的方程解。

同时，本装置的视角成像，对系统配套的两块平面镜23有严格的尺寸要求，平面镜23尺寸的计算方法：平面镜23的最小宽度，即M1M2,可由平面镜23所处直线M1M2与两切线AC’、AE’相交得到，交点为M1、M2。图中多视投影成像系统的局部投影关系，平面镜23处于直线FG上，G(x₁,y₁)为相机实像、虚像关于平面镜23对称的垂点，KAG＝tanθ1,故直线FG斜率KFG＝-1/tanθ1,平面镜23与切线AC’、AE’的交点M1、M2可以根据直线方程

则单个平面镜23的理论最小宽度

显然，平面镜23的最小宽度与变量a、N、M、D有关。至于平面镜23的高度h应满足相似三角形关系，即

GG’。其中GG’为柚果30的最大横径，确保柚果虚像完全呈现在平面镜23尺寸内，包括虚像也应在第一工业相机21的视野中，使后期图像处理正常进行。与此同时，在输送带80上，由后往前传输的过程中不受平面镜23阻挡和影响。

所述姿态调整装置40包括能将柚果30旋转的智能机械手41、驱使智能机械手41沿输送带80宽度方向往复移动的第一机械臂42以及将智能机械手41和第一机械臂42抬起的第二机械臂43，所述智能机械手41包括两根能相对靠近或者远离的机械夹手46，机械夹手46呈U状，机械夹手46的开口朝向输送带80的始端。第二机械臂43通过旋转座44安装在滑台45上，滑台安装在输送带80旁。第二机械臂43能绕着旋转座44旋转，将智能机械手41和第一机械臂42抬起，让柚果30通过。柚果30落入到姿态调整装置40的工作范围后，从机械夹手46的开口落入，两个机械夹手46靠近，将柚果30夹紧，智能机械手41绕着第一机械臂42旋转，对柚果30的姿态进行调整。第一机械臂42沿着第二机械臂43直线运动后，能驱使智能机械手41沿输送带80方向移动，用于调整柚果30的位置。第一机械臂和第二机械臂之间通过滑轨滑块实现运动。

果梗为连接果实与植株主体的那段茎，当柚果30从柚子树上采摘下来后，在柚果30顶部即会留下的圆形果梗印记，肉眼即可看到，工业相机亦可识别。具体地：如果获取的图像是无果梗部位的图像，那么提取后的轮廓是完整的且轮廓围成的区域内不会出现圆形果梗部位的缺陷，此时判定没有检测到柚果30的果梗部位；反之，如果提取后的轮廓是不完整的或轮廓围成的区域内出现圆形果梗部位的缺陷，此时判定检测到柚果30的果梗部位。在检测到柚果30的果梗部位时(此时柚果30的横径和纵径相差不大)，此时柚果30为与标准姿态沿前后方向呈一定角度(即前后具有倾角，一般小于等于90度)的姿态，其中标准姿态需满足柚果30的质心位于第一轴线C1上，此时对柚果30作第一调整，智能机械手41沿前后方向对柚果30进行翻转调整，使柚果30处于标准姿态；在没有检测到柚果30的果梗部位时，有两种情况(1)此时柚果30为在左右方向偏离第一轴线C1的姿态，此时对柚果30作第二调整，即对柚果30进行左右方向的调整，使柚果30处于标准姿态；(2)柚果30已经处于标准姿态，不需要作调整。其中，需要说明的是：第一调整指的是至少包括对柚果30进行前后方向翻转的调整，根据需要还可以包括第一机械手臂对柚果30进行左右方向的调整；第二调整指的是至少包括第一机械手臂对柚果30进行左右方向的调整，根据需要还可以包括对柚果30进行前后方向翻转的调整。

中控系统对第一工业相机21和第二工业相机22获取的内容进行处理，如分割处理、轮廓提取等，对进行柚果30果梗部位的检测以及根据第二图像和第三图像获取所述第一成像距离和第二成像距离，以及其他参数计算(横径、纵径、果形)；若检测到果梗部位存在倾角，根据第一成像距离和第二成像距离，控制姿态调整装置40对柚果30作第一调整，使柚果30处于标准姿态，第一成像距离等于第二成像距离、质心位于第一轴线C1上或者说第二图像和第三图像关于x轴或第二轴线C2对称；若没检测到果梗部位，比较第一成像距离和第二成像距离及检测质心是否位于第一轴线C1和第二轴线C2上，若是，不作调整，否则，即柚果30不处于水平状态，姿态调整装置40作第二调整，使柚果30处于标准姿态。

所述光谱检测装置50包括数字折光仪、多个LED光源51和位于输送带80两侧的多个积分球，所述LED光源51通过光谱检测支架53安装在输送带80上方，还包括安装在光谱检测支架53上的风扇52。积分球为具有高反射性内表面的空心球体。12个LED光源51呈环形排列。可根据实验要求，规定LED光源51的开启的个数。设置风扇的作用：当12个LED光源51同时开启，光谱检测装置内随着时间的推移，温度会逐渐升高，8个风扇加大装置内空气流速，起到一定降温作用，对装置也是起到一定保护作用。

光谱检测装置50通过LED光源51照射光谱检测区域的柚果30(标准姿态)收集漫透射光谱数据，并通过数字折光仪进行糖度值提取，通过光谱检测和柚果30的糖度建立预测模型算法(柚果30为标准姿态)。而该算法事先经过训练，依靠前期大量样本的训练(柚果30为标准姿态)，包括最少上千柚果30漫透射光谱数据(柚果30为标准姿态时针对柚果30特定部位)与糖度值，以及一些光谱预处理手段，经改进、校验和预测后最终得到，能够满足行业要求的，进行未知样本的品质预测。其中涉及化学计量学方法，光谱学与光谱分析，农产品理化指标检测，数据挖掘及模型算法深度学习等方法。

还包括与输送带80连接的V带传输机构，所述V带传输机构包括两条第一皮带13、驱使第一皮带13传动的皮带传送轮12和将第一皮带13托起的输送工作台11。两条第一皮带13之间形成一个V形腔。柚果30进入到两条第一皮带13中后，被两条第一皮带13夹持，并送至输送带80的果盘31上，通过机器视觉系统20对果盘31中柚果30进行姿态检测。

所述输送带80两侧布置有至少一个分级装置，沿输送带80的输送方向，光谱检测装置50和分级装置依次分布，所述分级装置包括分级输送通道70，所述分级输送通道70中远离光谱检测装置50的侧壁设有能伸出的挡板71。每个挡板71的伸出由气缸72控制。气缸72安装在分级输送通道的侧壁。果盘31中柚果30通过光谱检测装置50进行品质检测后，对柚果30做出品质评定，该品质评定的数值通过中控系统数据进行分析后，将指令发送至相应的气缸，驱使气缸做出伸出或者缩回工作，柚果30沿着输送带80输送，被挡板71阻隔后，沿着挡板71滚到分级输送通道70内。

所述挡板71的下沿和输送带80之间设有供果盘31通过的间隙。柚果30沿着输送带80输送，被挡板71阻隔后，沿着挡板71滚到分级输送通道70内，果盘31随着输送带80继续移动。

还包括控制机器视觉系统20、姿态调整装置40和光谱检测装置50工作的中控装置60。中控装置60包括中控系统以及中控电机。中控电机的输出端上安装有驱动轮，输送带80安装在驱动轮上，并随着驱动轮运动。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：包括

输送带，用于输送柚果；

果盘，用于放置柚果，并随着输送带移动；

2.根据权利要求1所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：所述机器视觉系统包括位于输送带上方的第一工业相机和位于输送带两侧的两个平面镜，所述第一工业相机的摄影端竖直朝向输送带，两个平面镜呈倒八状分布在输送带两侧。

3.根据权利要求2所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：所述机器视觉系统包括第二工业相机，沿输送带的输送方向，第二工业相机位于第一工业相机的前侧或者后侧，所述第二工业相机的摄影端倾斜指向输送带中第一工业相机的摄影端竖直朝向的位置。

4.根据权利要求2所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：两个平面镜之间的夹角为100～150°。

5.根据权利要求1所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：所述姿态调整装置包括能将柚果旋转的智能机械手、驱使智能机械手沿输送带宽度方向往复移动的第一机械臂以及将智能机械手和第一机械臂抬起的第二机械臂，所述智能机械手包括两根能相对靠近或者远离的机械夹手，机械夹手呈U状，机械夹手的开口朝向输送带的始端。

6.根据权利要求1所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：所述光谱检测装置包括数字折光仪、多个LED光源和位于输送带两侧的多个积分球，所述LED光源通过光谱检测支架安装在输送带上方，还包括安装在光谱检测支架上的风扇。

7.根据权利要求1所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：还包括与输送带连接的V带传输机构，所述V带传输机构包括两条第一皮带、驱使第一皮带传动的皮带传送轮和将第一皮带托起的输送工作台。

8.根据权利要求1所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：所述输送带两侧布置有至少一个分级装置，沿输送带的输送方向，光谱检测装置和分级装置依次分布，所述分级装置包括分级输送通道，所述分级输送通道中远离光谱检测装置的侧壁设有能伸出的挡板。

9.根据权利要求8所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：所述挡板的下沿和输送带之间设有供果盘通过的间隙。

10.根据权利要求1所述的品质流水线无损检测的柚果姿态调整装置，其特征在于：还包括控制机器视觉系统、姿态调整装置和光谱检测装置工作的中控装置。