专利名称：定量数粒的实现方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数粒机，具体属于一种CCD数粒技术和组合技术相结合的定量数粒方法及装置。
背景技术：
数粒机是一种计数装置，通常针对食品、药品、种子、电子元器件、塑料零件、金属零件等颗粒状物品，按照设定粒数的包装需求数出相应的被包装物，这种设备广泛应用于生产、商业等各个领域。为实现以颗粒数量为单位的定量包装(如100粒药丸、1000粒种子等)可以采取数粒法、容积法、称重法。数粒法是最直接的方法，最准确，但速度最慢、投资最大。传统的数粒设备采用红外线传感方式，这是一种连续数粒方法，当物料通过红外线光幕时，红外线传感器会发出0N/0FF信号，一个0N/0FF信号就表示一粒物料，通过对ON/ OFF信号进行计数，当达到设定数量时可以立即停止供料。这种设备的优点是定量数粒的精度较高，但是不足之处在于速度慢，并且每次只能有一粒物料通过红外线光幕，否则即使有两粒以上物料同时通过也只会发出一个0N/0FF信号，导致最后的计数结果不准确，尤其是在单个物料成本较高的情况下，会造成生产厂家较大损失。近年来，随着CCD (Charge Coupled Device,电荷耦合器件)技术的普及和相应元器件的发展，借助CCD技术开发出来的数粒机也逐步在市场上推广应用。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字电信号，CCD器件按其感光单元的排列方式分为线阵CCD 和面阵CCD两类。其中，线阵CCD采用扫描成像的方式，面阵CCD采用摄像的方式，分别取得物料的影像，然后通过图像识别软件对物料进行数粒。线阵CCD技术也是一种连续数粒方法，可同时对多个通道上的物料进行计数，当接近设定数量时，停下大多数通道，只留一条通道供料，达到设定数量时停止供料。与红外传感器技术相比，这种设备的造价较高、精度略低，速度有较大提高，但仍大大慢于称重法。而面阵CCD技术是一种批次数粒方法，可对进入摄像范围的物料进行摄像，再通过图像识别技术对成像范围内的物料计数。这种设备可以快速地得到每个批次的粒数，但由于每个批次的粒数不可控，所以无法得到设定的粒数。容积法是一种替代法，速度快、投资省，但最不准确。称重法也是一种替代法，如果单个物料重量均勻性良好，将其用于定量数粒时，将能够得到较高的定量精度和较快的排料速度，而且设备价格低廉。但是实际操作中许多物料单个重量均勻性相差很大，譬如玉米种子由于水分含量多少、颗粒大小差异、形状不同其单个重量可能相差一倍、塑料零件由于水分含量变化、形状误差、材料致密度不同其单个重量也可能相差20%。这样的物料使用称重技术数粒时，精度将会大大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种定量数粒的实现方法及装置，可以对单个重
3量相同或不同的物料进行高速准确的定量计数。为解决上述技术问题，本发明的定量数粒的实现方法，对传递物料的输送机上的物料进行数粒，并将物料输送至相对应的记忆斗中，且物料粒数与记忆斗相对应；对已知粒数的记忆斗和输送机的物料数量进行组合计算，或者对已知粒数的记忆斗的物料数量进行组合计算，与预定的目标粒数进行比较，选出在容许偏差范围内且最接近目标粒数的组合， 并将选中的记忆斗和/或输送机中的物料排出。本发明还提供一种定量数粒装置，包括控制系统、给料器、输送机、摄像头、记忆斗和集料器，其中给料器、输送机、摄像头和记忆斗均与控制系统电气连接；所述控制系统包括图像处理器、组合计算处理器和PLC ；所述输送机为两台以上，采用步进式或振动式驱动，给料器位于输送机的上方，输送机的下方按层设置至少一层记忆斗，每台输送机的出料端分别与位于其下方的一个顶层记忆斗进料口相对，顶层和中间层的每个记忆斗分别设有两个侧出料口，一个侧出料口与下一层记忆斗的进料口相对，另一个侧出料口与集料器的进料口相对，底层的记忆斗设有与集料器进料口相对应的一个出料口。 在上述结构中，所述摄像头为面阵CCD摄像头或线阵CCD摄像头，负责采集输送机上各批次物料的图像信息，并将图像信息传送至图像处理器得出对应批次的物料粒数。或者，所述摄像头为面阵CMOS摄像头或线阵CMOS摄像头，负责采集输送机上各批次物料的图像信息，并将图像信息传送至图像处理器得出对应批次的物料粒数。进一步地，所述输送机将已知粒数的各批次物料分别移动至相对应的顶层记忆斗中，再由顶层记忆斗将物料逐层移动至下层记忆斗，各批次物料的粒数信息随着物料的移动路径传递，并与最后存储物料的记忆斗相对应。进一步地，所述给料器为与料仓相连的振动给料器，振动给料器上设有供料口，并与控制系统电气连接，所述振动给料器的振幅、振动频率、供料口的开闭由控制系统控制。进一步地，所述输送机还包括使物料单层铺设在输送机上的高度调节挡板，以及由控制系统控制驱动输送机间歇移动的步进驱动装置，所述高度调节挡板位于输送机的上方。进一步地，所述输送机还包括控制输送机振动使物料单层铺设在输送机上的振动
ο进一步地，所述输送机由与控制系统电气连接的步进式驱动装置控制前行。本发明采用批次数粒方式，用线阵或面阵CCD摄像头结合图像处理器数出输送机上的物料粒数，暂存于记忆斗中，然后经过组合计算，选择合适的记忆斗，得到最接近设定值的粒数；采用CCD数粒和记忆斗组合计算相结合的形式，定量数粒的精度和排料的速度明显优于现有数粒设备。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是本发明的立体结构示意图；图2是本发明的装置示意图；图3是本发明的控制系统组成图。其中附图标记说明如下
4
1为料仓；2为给料器；3为输送机；4为摄像头；5为记忆斗；6为集料器；7为图像处理器；8为组合计算处理器；9为PLC。
具体实施例方式本发明的定量数粒装置，包括控制系统、给料器2、输送机3、摄像头4、记忆斗5和集料器6，其中给料器2、输送机3、摄像头4和记忆斗5均与控制系统电气连接；所述控制系统包括图像处理器7、组合计算处理器8和PLC9，如图2、3所示。所述输送机3为两台以上，采用步进式或振动式驱动，给料器2位于输送机3的上方，输送机3的下方按层设置至少一层记忆斗5，每台输送机3的出料端分别与位于其下方的一个顶层记忆斗5进料口相对，顶层和中间层的每个记忆斗5分别设有两个侧出料口，一个侧出料口与下一层记忆斗5 的进料口相对，另一个侧出料口与集料器6的进料口相对，底层的记忆斗5设有与集料器6 进料口相对应的一个出料口。所述给料器2连接料仓1，用于向输送机3分散给料。当输送机3排出物料后，控制系统输出指令使给料器2向输送机3给料。给料器2 —般为与料仓1相连的振动给料器，振动给料器上设有供料口，并与控制系统电连接，所述振动给料器的振幅、振动频率、供料口的开闭由控制系统控制。也可根据物料特性使用皮带式或振动料仓、螺旋等其他方式。所述输送机3根据需要设置4台到40台，每台输送机3在控制系统中都有相应的编号。使用面阵CXD摄像方式时，输送机3可排列成圆形、直线形或者多边形。输送机3 可以每次向前行进设定的距离，其驱动装置可以是步进电机、伺服电机、交流电机、直流电机、气缸或液压缸。为了防止物料重叠，影响数粒精度，输送机3上方设有高度调节挡板，使得重叠的物料无法通过。输送机3还装有振动装置，通过振动防止物料重叠。使用线阵CXD摄像方式时，输送机3具有振动器。输送机3可排列成圆形、直线形。 输送机3采用振动器驱动时，其振动幅度、振动强度、振动时间可以由控制系统设定。所述摄像头4由镜头、CCD光电转换器和机身构成，其负责摄取输送机3上的物料图像，并传送至图像处理器7。为取得清晰的摄像效果，配置适当的照明，安装在设备的合适位置。输送机3的下方按层设置至少一层记忆斗5，每台输送机3的出料端分别与位于其下方的一个顶层记忆斗进料口相对，顶层记忆斗承接输送机排出的物料，接到控制系统的排料指令后，将斗中的物料排出至下一层记忆斗5或集料器6。记忆斗5分层排列，一般为 1 5层，物料由输送机3或上层记忆斗排入，排出至下一层记忆斗或集料器6。经组合计算被选中的记忆斗5直接排料至集料器6，下层记忆斗被排空后，上层记忆斗或输送机排料补充，如此循环往复。顶层和中间层的每个记忆斗分别设有两个侧出料口，一个侧出料口与下一层记忆斗的进料口相对，另一个侧出料口与集料器的进料口相对，底层的记忆斗设有与集料器进料口相对应的一个出料口。记忆斗出料口门可以是有弹簧的，也可以没有弹簧。 出料口门可以采用气缸、步进马达、伺服马达驱动。集料器6可以是料斗也可以是集合皮带或其他集料装置，由输送机3排出的物料， 经集料器6排入后续的包装机或其他设备中。图像处理器7由图像处理电路和图像识别单元组成。图像处理电路分为模拟信号
5处理器、AD转换器、数字信号处理器。经过图像处理电路处理的图像数据传送至图像识别单元，图像识别单元处理得出输送机上各批次物料的粒数，传送至组合计算处理器8。图像识别单元具有物料特性记忆功能、动态补偿功能、噪声过滤功能以及其他必要的功能。组合计算处理器8包括存储器和组合计算单元。存储器储存各输送机3和记忆斗5的粒数数据。由图像识别单元传来的输送机3上物料粒数，储存在对应的存储器中。 当物料排至下层记忆斗5时，存储器储存的粒数数据也相应地转移至下一层相对应的记忆斗5，以此类推。组合计算单元对已知粒数的各记忆斗5和输送机3进行组合计算，在
c^+c+c^+......+cnn种组合结果中，与设定的目标粒数比较，选择最接近设定值且
符合偏差标准的组合。PLC9是控制系统的核心部件，控制给料器2、摄像头4、输送机3、记忆斗5、集料器 6的动作，使整个系统联动。定量数粒的实现方法，包括对传递物料的输送机3上的物料进行数粒，并将物料输送至相对应的记忆斗5中，且物料粒数与记忆斗5相对应；对已知粒数的记忆斗5和输送机3的物料数量进行组合计算，或者对已知粒数的记忆斗5进行组合计算，与预定的目标粒数进行比较，选出在容许偏差范围内且最接近目标粒数的组合，并将选中的记忆斗5和/或输送机3中的物料排出。使用面阵CXD方式进行数粒时，对输送机3上处于静止状态的物料进行摄像，通过图像识别技术瞬间数出该状态下的物料粒数，然后根据控制系统指令排出物料至记忆斗5。 为了提高数粒精度，可进行数次摄像，然后利用已知的数学模型过滤、平均。物料排出后，输送机3根据控制系统的指令向前行进设定的距离后停止。这时，给料器2向输送机3供料， 进入下一个摄像、图像识别、数粒的过程。也可以对下部记忆斗数次排料，累计数粒。使用线阵CXD方式进行数粒时，输送机3上的物料按指令排入记忆斗，当物料处于落体过程中时进行连续摄像，用图像识别技术数出该状态下的物料粒数，经一段设定时间或达到设定粒数后停止。当记忆斗5根据控制系统指令排出物料后，输送机3上的物料再次按指令排入记忆斗5，进入下一个摄像、图像识别、数粒的步骤。在本实施例中，如图1所示，上部的给料器2为振动给料器，设有6台输送机3，每台输送机3下设有上下两层记忆斗5，每层设有6个记忆斗5，共有12个记忆斗5。6台输送机3呈直线排列，使用两台面阵CXD摄像机4，每台摄像机4对应3台输送机3。每台输送机3和每个记忆斗5在控制系统中都有相对应的编号。当输送机3上没有物料时，振动给料器接到控制系统的指令，打开供料口，同时输送机3按照设定前行一定距离，振动给料器向输送机3分散给料。摄像机4安装在输送机 3上方的合适位置，并配置有适当的照明，对输送机3上处于静止状态的物料进行至少一次摄像，同时将获得的图像数据传送至图像处理器7。图像处理器7对图像数据进行处理，分析出各输送机3上的物料粒数。若上层记忆斗5为空，控制系统向步进驱动装置发出指令， 输送机3继续前行一段设定距离，使输送机3上的物料排入下部记忆斗5，同时物料的粒数存储至该记忆斗5对应的存储器中。如果下层记忆斗5为空，控制系统向上层记忆斗5发出排料指令，上层记忆斗5打开与下层记忆斗5进料口相对应的侧出料口，将记忆斗5中的物料排至下层记忆斗5，此时，储存在上层记忆斗5所对应的存储器中的物料粒数转移储存至下层记忆斗5相对应的存储器中。组合计算处理器8中预设有目标粒数和容许偏差，读
6取存储器中各记忆斗5的物料粒数后，按照排列组合原理对所有的组合进行粒数计算，同时与目标粒数和容许偏差进行比较，选出在容许偏差范围内且最接近目标粒数的记忆斗5 组合。控制系统根据组合计算处理器8得到的记忆斗组合信息，打开被选中记忆斗5的出料口，将其中的物料排至集料器6中。整个供料、数粒、组合计算、排料过程在控制系统的控制下往复进行。此外，输送机向上层记忆斗、上层记忆斗向下层记忆斗的排料动作可以为一次排料，也可以为数次排料。如果使用线阵CCD摄像机采集物料的图像数据，输送机接到控制系统的指令向记忆斗中排料，当物料处于落体过程时线阵CCD摄像机进行连续摄像，获得的图像数据传输至图像识别单元分析粒数，并储存至相应记忆斗的存储器中。上述的CXD摄像机也可以用CMOS摄像机替代。在上述实施例中，共有12个记忆斗，按照排列组合原理，最多可能有 c;2 +Q22 +Q32 +Λ +Q120 +Q121 +Q122 = 4095种粒数组合。通过控制调节振动给料器的振幅、 频率和输送机的移动距离可以调整各批次落料的粒数，从而提高组合的成功率。传统设备中，单纯称重设备的精度为2%、速度为320000粒/分；单纯线阵CXD数粒设备的精度为0. 1%，其1联的速度约为1000粒/次、5次/分，即5000粒/分，若使用 6联，则为30000粒/分。而本发明的定量数粒装置，精度大大高于称重法和容积法，批次数粒的精度为0. 1%，组合通常选取3 5个记忆斗居多，因此最终组合后定量数粒精度为 0. 3% 0. 5%，并且排料的速度大大高于现有的数粒法，排料速度可达到30 60次/分， 数粒可达M0000 480000粒/分。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员对输送机的数量及安装方式、记忆斗的层数、个数和布局方式、排料方式等做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。
权利要求
1.一种定量数粒的实现方法，其特征在于对传递物料的输送机上的物料进行数粒，并将物料输送至相对应的记忆斗中，且物料粒数与记忆斗相对应；对已知粒数的记忆斗和输送机的物料数量进行组合计算，或者对已知粒数的记忆斗的物料数量进行组合计算，与预定的目标粒数进行比较，选出在容许偏差范围内且最接近目标粒数的组合，并将选中的记忆斗和/或输送机中的物料排出。
2.一种定量数粒装置，其特征在于包括控制系统、给料器、输送机、摄像头、记忆斗和集料器，其中给料器、输送机、摄像头和记忆斗均与控制系统电气连接；所述控制系统包括图像处理器、组合计算处理器和PLC;所述输送机为两台以上，采用步进式或振动式驱动， 给料器位于输送机的上方，输送机的下方按层设置至少一层记忆斗，每台输送机的出料端分别与位于其下方的一个顶层记忆斗进料口相对，顶层和中间层的每个记忆斗分别设有两个侧出料口，一个侧出料口与下一层记忆斗的进料口相对，另一个侧出料口与集料器的进料口相对，底层的记忆斗设有与集料器进料口相对应的一个出料口。
3.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述摄像头为面阵CCD摄像头或线阵CCD摄像头，负责采集输送机上各批次物料的图像信息，并将图像信息传送至图像处理器得出对应批次的物料粒数。
4.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述摄像头为面阵CMOS摄像头或线阵CMOS摄像头，负责采集输送机上各批次物料的图像信息，并将图像信息传送至图像处理器得出对应批次的物料粒数。
5.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述输送机将已知粒数的各批次物料分别移动至相对应的顶层记忆斗中，再由顶层记忆斗将物料逐层移动至下层记忆斗，各批次物料的粒数信息随着物料的移动路径传递，并与最后存储物料的记忆斗相对应。
6.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述给料器为与料仓相连的振动给料器，振动给料器上设有供料口，并与控制系统电气连接，所述振动给料器的振幅、振动频率、供料口的开闭由控制系统控制。
7.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述输送机还包括使物料单层铺设在输送机上的高度调节挡板，以及由控制系统控制驱动输送机间歇移动的步进驱动装置，所述高度调节挡板位于输送机的上方。
8.根据权利要求2所示的定量数粒装置，其特征在于所述输送机还包括控制输送机振动使物料单层铺设在输送机上的振动器。
9.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述输送机由与控制系统电气连接的步进式驱动装置控制前行。
10.根据权利要求2所述的定量数粒装置，其特征在于所述记忆斗的出料口设有由气缸或步进马达或伺服马达驱动的出料口门。
全文摘要
本发明公开了一种定量数粒的实现方法及装置，包括控制系统、给料器、输送机、摄像头、记忆斗和集料器，控制系统包括图像处理器、组合计算处理器和PLC；给料器向输送机分散给料，输送机的下方按层设置至少一层记忆斗，摄像头和图像处理器对输送机上的物料进行图像数据采集和分析数粒，并将物料输送至相对应的记忆斗中，且物料粒数与记忆斗相对应；组合计算处理器对所有记忆斗的物料数量进行组合计算，与预定的目标粒数进行比较，选出在容许偏差范围内且最接近目标粒数的记忆斗组合，并将选中的记忆斗中的物料排出。本发明将粒数不可控的批次CCD数粒技术与组合计算技术成功地结合起来，可以大大提高定量数粒的精度和速度。
文档编号B65B57/20GK102390578SQ20111021486
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者徐菊瑛, 王红 申请人:上海朝洋机电设备有限公司