专利名称：基于机器视觉的水果分级机器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于机器视觉的水果分级机器。
背景技术：
目前，我国水果的产后处理水平还十分低下，大部分水果采摘后未经产后处理就直接上市，影响了水果的商品价值。也有一些水果被依照其成熟度、表面缺陷、果梗的完整性和大小、重量等分级指标的分级由人工和肉眼识别判断，因而水果的分类具有较大的主观性，效率相当低下，极大地阻碍了我国国民经济的发展和农民收入的提高。现有的水果分级设备主要是通过水果的重量和大小等一两项指标，前者主要是采用筛孔、滚筒间隙等方式来进行，后者主要是利用电子称、力平衡支架来进行分级的设备，这类设备对存在有表面缺陷、果形独特的水果无法分级，且存在分级过程中易损伤水果表面等不足。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用移位寄存器同步跟踪实现自动分级的机器，且检测过程为无损检测的基于机器视觉的水果分级机器。
本实用新型的技术方案如下包括编码器，输送装置，光照箱，摄像机，计算机，图像采集卡，数个移位寄存器组，与移位寄存器组相应个数的分级机构控制器，分级机构，分级装置，出料口，水果分级软件。1)输送装置和分级装置均由两个链轮和两条环绕在链轮上的链条组成，动力由外部输入到分级装置上，再由分级装置同步地传递到输送装置上；2)编码器安装在输送装置上，通过导线与安装在计算机内的图像采集卡相连；3)光照箱安装在输送装置上方；摄像机位于光照箱内，通过电缆与图像采集卡相连；4)计算机通过并行口与移位寄存器组相连，数个移位寄存器组通过各自分级机构控制器与安装在分级装置上的分级机构相连；5)出料口安装在分级装置下方，且与分级机构相对应；在计算机内部，设置有处理水果图像的水果分级软件。
安装在计算机上的水果分级软件能对水果图像进行分级处理，并根据处理结果实时控制分级控制机构的动作，使水果能按水果大小、表皮颜色、表面缺陷、水果形状、表面光滑度等外部特征进行自动分级。
本实用新型的有益效果是能按水果大小、表皮颜色、表面缺陷、水果形状、表面光滑度等外部特征利用移位寄存器同步跟踪实现自动分级，且检测过程为无损检测。
图1是本实用新型的结构原理框图；图2是分级装置示意图；图3是水果图像处理和分级过程示意图；图4是移位寄存器电路图；图5是分级机构控制器电路图；图6是分级机构开门和关门的工作位置示意图；图7是分级机构控制器工作的时序状态图。
具体实施方式
如图1所示，它包括编码器1，输送装置2，光照箱3，摄像机4，计算机5，图像采集卡6，移位寄存器组7，与移位寄存器组相应个数的分级机构控制器8，分级机构9，分级装置10，出料口11，水果分级软件12；输送装置2和分级装置10均由两个链轮和两条环绕在链轮上的链条组成，动力由外部输入到分级装置10上，再由分级装置10同步地传递到输送装置2上；编码器1安装在输送装置上，通过导线与安装在计算机内的图像采集卡6相连；光照箱3安装在输送装置上方；摄像机4位于光照箱内，通过电缆与图像采集卡6相连；计算机5通过并行口与移位寄存器组7相连，移位寄存器组7通过各自分级机构控制器8与安装在分级装置10上的分级机构9相连；出料口11安装在分级装置10下方，且与分级机构9相对应；在计算机5内部，设置有处理水果图像的水果分级软件12。
安装在计算机5上的水果分级软件能对水果图像进行分级处理，并根据处理结果实时控制分级控制机构的动作，使水果能按水果大小、表皮颜色、表面缺陷、水果形状、表面光滑度等外部特征进行自动分级。
如图2a、图2b所示，分级装置10由链轮10.1，料斗10.2，导轨10.3，导板10.5，链条10.6组成；导轨10.3分段安装在分级装置10上，料斗10.2安装在链条10.6上，料斗10.2的滑动轴10.4可在导轨10.3上自由滑动，分级机构9填补导轨10.3的缺口，导板10.5安装在分级机构9下方。
如图6a、图6b所示，机械分级机构9由定刀片9.1，动刀片9.2，小轴9.3，拨杆9.4，定子9.5，定子绕组I9.6，定子绕组II9.7，限位销I9.8，转轴9.9，限位销II9.10，转子9.11，；动刀片9.2通过小轴9.3安装在定刀片9.1，可绕小轴9.3转动，定子9.5安装在定刀片9.1上，转子9.11通过转轴9.9安装在定子9.5上，转子9.11可绕转轴9.9转动，拨杆9.4固定在转轴9.9，可随转子9.11绕转轴9.9转动，定子绕组I9.6和定子绕组II9.7固定在定子9.5上，限位销I9.8和限位销II9.10固定在定子上。
如图4所示，移位寄存器组包括移位寄存器A1，A31，A32，A33，数据选择器A21，A22，A23，电阻和开关；移位寄存器A1采用74LS164，移位寄存器A31～A33采用4006，数据选择器A21～A23为4512。
移位寄存器A1，A31，A32，A33的时钟信号由编码器1产生，移位寄存器A1的控制端A，B和C分别通过电阻R1～R3接在电源正端和开关SW1的一端，开关SW1的另一端接地；数据选择器A21，A22的控制端A，B和C对应相连，并分别通过电阻R4～R6接在电源正端和开关SW2的一端，开关SW2的另一端接地；移位寄存器A1的输出端Q0～Q7分别与数据选择器A21的数据输入端X0～X7相连。
数据选择器A21的数据输出端Z与移位寄存器A31的数据输入端D1相连。
移位寄存器A31的数据输出端Q4与自身的数据输入端DI0相连，数据输出端Q13与自身数据输入端D5相连，数据输出端Q9分别与自身数据输入端D14和数据选择器A22的数据输入端X0相连，数据输出端Q18分别与移位寄存器A32的数据输入端D5和数据选择器A22的数据输入端X1相连，数据输出端Q8和数据输出端Q17分别与数据选择器A23的数据输入端X0和X1相连。
移位寄存器A32的数据输出端Q9分别与自身数据输入端D14和数据选择器A22的数据输入端X2相连，数据输出端Q18分别与移位寄存器A33的数据输入端D5和数据选择器A22的数据输入端X3相连，数据输出端Q8和数据输出端Q17分别与数据选择器A23的数据输入端X2和X3相连。
移位寄存器A33的数据输出端Q9分别与自身数据输入端D14和数据选择器A22的数据输入端X4相连，数据输出端Q18分别与移位寄存器A33的数据输入端D5和数据选择器A22的数据输入端X5相连，数据输出端Q8和数据输出端Q17分别与数据选择器A23的数据输入端X4和X5相连。
如图5所示，分级机构控制器主要包括单稳态触发器A4A，A4B，反相器A8A，A8B，与门A7A，A7B。单稳态触发器A4A，A4B采用4528，反相器采用4069，与门采用4081。
单稳态触发器A4A的触发输入端A接在编码器1上，B端接高电平，输出端Q分别与单稳态触发器A4B的触发输入端B和二极管D4的负极相连，单稳态触发器A4B的触发输入端A接地，输出端Q接在二极管D1的负极。
数据选择器A22的数据输出端Z输出信号M2接反相器A8A的输入端，反相器A8A的输入端接在与门A7A的一个输入端，数据选择器A23的数据输出端Z输出信号M1接在与门A7A的另一个输入端，与门A7A的的输出端接在单稳态触发器A4A的清零端CLR上。
数据选择器A23的数据输出端Z输出信号M1接反相器A8B的输入端，反相器A8B的输入端接在与门A7B的一个输入端，数据选择器A22的数据输出端Z输出信号M2接在与门A7B的另一个输入端，与门A7B的的输出端接在单稳态触发器A4B的清零端CLR上。
二极管D1的正极与二极管D2的正极相连，并通过电阻R9接在电源正极，二极管D2的负极接在三极管T1的基极，三极管T1的发射极连在三极管T2的基极，三极管T2的集电极通过定子绕组I9.6接在电源正极，二极管D3负极接在电源正极，与定子绕组I9.6并联。
二极管D4的正极与二极管D5的正极相连，并通过电阻R13接在电源正极，二极管D5的负极接在三极管T3的基极，三极管T3的发射极连在三极管T4的基极，三极管T4的集电极通过定子绕组II9.7接在电源正极，二极管D6负极接在电源正极，与定子绕组I9.7并联。
由移位寄存器组7，分级机构控制器8，分级机构9构成一个组，其数目与水果分级所需的级数据相对应。通过调节开关SW1和SW2，可使移位寄存器组7的数据输出与相应的水果级别相对应。
工作时，水果由输送装置2输送到光照箱3中，供摄像机采集图像，在输送装置2运动过程中，编码器1产生同步信号CP，该信号分别输出到图像采集卡6和移位寄存器组7。输送到图像采集卡的同步信号CP作为计算机5采集图像的触发信号，输送到移位寄存器组7的同步信号CP则作为移位寄存器组7的时钟信号，使得移位寄存器组7中的数据与水果位置相对应。当水果运动到一定位置时，编码器1产生同步信号并通过图像采集卡6触发摄像机4开始采样，采集的信号通过同轴电缆输入图像采集卡6，进而传入计算机5，由计算机5进行一系列的处理，处理的过程见图2。计算机5处理结果通过并行口输入移位寄存器组7。在计算机5处理图像的过程中，输送装置2继续前行，在其未端将水果转移到分级装置10上，当水果在机构分级装置10上运动到一定分级位置时，移位寄存器组7的相应数据位也到达对应的位置，如果该水果属于该级别，则移位寄存器组7的数据信号与编码器1产生的同步信号共同作用，使分级机构控制器8生成一个脉冲，该脉冲经功率放大后输送到分级机构9的定子绕组I9.1，定子9.5内部磁场发生改变，推动转子9.11逆时针旋转，带动拨杆9.4逆时针转动，动刀片9.2失去支撑，在重力作用下顺时针旋转，使导轨10.3的缺口打开，水果料斗沿定刀片滑下，到一定程度时，料斗的翻转使水果从其中滚出，沿导板10.5进行出料口11。分级门的关闭由分级机构控制器8延时完成，在导轨10.3的缺口打开后，分级机构控制器8开始延时，在图7所示的b点，A4A脉冲的下降沿触发A4B产生一个脉冲，该信号经功率放大后，使定子绕组I9.1通电，再次改变定子9.5的内部磁场，推动转子9.11顺时针旋转，进而带动拨杆9.4顺时针旋转，将动刀片9.2撑起，封闭导轨10.3的缺口。
计算机5对水果图像的处理过程如图3所示，水果经过图像采集后，再进行图像校正，经过一系列的图像变换，即可进行尺寸检测、形状检测、色彩检测、缺陷检测、表面光滑度等一系列单项检测，得到各单项检测结果，这些结果作为分级模块的分级参数输入。由水果分级国家标准和水果数据库、用户人机接口一起形成分级准则，作为参数在机器工作前存入分级模块，分级模块根据上一步检测到的水果外部特性参数对水果进行分级，分级结果形成分级控制信号，该控制信号控制水果分级机构的动作，使水果进行相应的出料口11。
分级模块的分级过程是根据分级准则，不同级别的水果各项指标可由一个具体的数值来表示，分级模块根据各检测模块对当前水果检测得到的数据，与各级别的指标值分别进行比较，可得到各项指标分别哪一个级别，取这些指标中最低的一级作为当前水果应属的级别。例如，某一水果有3项指标均处于1级，仅有一项指标处于2级，则该水果应归入2级。
权利要求1.一种基于机器视觉的水果分级机器，其特征在于它包括编码器(1)，输送装置(2)，光照箱(3)，摄像机(4)，计算机(5)，图像采集卡(6)，移位寄存器组(7)，与移位寄存器组相应个数的分级机构控制器(8)，分级机构(9)，分级装置(10)，出料口(11)，水果分级软件(12)；1)输送装置(2)和分级装置(10)均由两个链轮(10.1)和两条环绕在链轮上的链条(10.6)组成，动力由外部输入到分级装置(10)上，再由分级装置(10)同步地传递到输送装置(2)上；2)编码器(1)安装在输送装置(2)上，通过导线与安装在计算机内(5)的图像采集卡(6)相连；3)光照箱(3)安装在输送装置(2)上方；摄像机(4)位于光照箱(3)内，通过电缆与图像采集卡(6)相连；4)计算机(5)通过并行口与移位寄存器组(7)相连，移位寄存器组(7)通过各自分级机构控制器(8)与安装在分级装置(10)上的分级机构(9)相连；5)出料口(11)安装在分级装置(10)下方，且与分级机构(9)相对应；6)在计算机(5)内部，设置有处理水果图像的水果分级软件(12)。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水果分级机器，其特征在于所说的分级装置(10)包括链轮(10.1)，料斗(10.2)，导轨(10.3)，导板(10.5)，链条(10.6)；导轨(10.3)分段安装在分级装置(10)上，料斗(10.2)安装在链条(10.6)上，料斗(10.2)的滑动轴(10.4)可在导轨(10.3)上自由滑动，分级机构(9)填补导轨(10.3)的缺口，导板(10.5)安装在分级机构(9)下方。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水果分级机器，其特征在于所说的分级机构(9)，它包括定刀片(9.1)，动刀片(9.2)，小轴(9.3)，拨杆(9.4)，定子(9.5)，定子绕组I(9.6)，定子绕组II(9.7)，限位销I(9.8)，转轴(9.9)，限位销II(9.10)，转子(9.11)；动刀片(9.2)通过小轴(9.3)安装在定刀片(9.1)上，可绕小轴(9.3)转动，定子(9.5)安装在定刀片(9.1)上，转子(9.11)通过转轴(9.9)安装在定子(9.5)上，转子(9.11)可绕转轴(9.9)转动，拨杆(9.4)固定在转轴(9.9)上，可随转子(9.11)绕转轴(9.9)转动，定子绕组I(9.6)和定子绕组II(9.7)固定在定子(9.5)上，限位销I(9.8)和限位销II(9.10)固定在定子(9.5)上。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水果分级机器，其特征在于所说的移位寄存器组(7)，它包括移位寄存器(A1、A31、A32、A33)，数据选择器(A21、A22、A23)，电阻和开关；移位寄存器(A1)采用74LS164，移位寄存器(A31～A33)采用4006，数据选择器(A21～A23)为4512；1)移位寄存器(A1、A31、A32、A33)的时钟信号由编码器(1)产生，移位寄存器(A1)的控制端(A、B)和(C)分别通过电阻(R1～R3)接在电源正端和开关(SW1)的一端，开关(SW1)的另一端接地；数据选择器(A21、A22)的控制端(A、B)和(C)对应相连，并分别通过电阻(R4～R6)接在电源正端和开关(SW2)的一端，开关(SW2)的另一端接地；移位寄存器(A1)的输出端(Q0～Q7)分别与数据选择器(A21)的数据输入端(X0～X7)相连；2)数据选择器(A21)的数据输出端(Z)与移位寄存器(A31)的数据输入端(D1)相连；3)移位寄存器(A31)的数据输出端(Q4)与自身的数据输入端(D10)相连，数据输出端(Q13)与自身数据输入端(D5)相连，数据输出端(Q9)分别与自身数据输入端(D14)和数据选择器(A22)的数据输入端(X0)相连，数据输出端(Q18)分别与移位寄存器(A32)的数据输入端(D5)和数据选择器(A22)的数据输入端(X1)相连，数据输出端(Q8)和数据输出端(Q17)分别与数据选择器(A23)的数据输入端(X0)和(X1)相连；4)移位寄存器(A32)的数据输出端(Q9)分别与自身数据输入端(D14)和数据选择器(A22)的数据输入端(X2)相连，数据输出端(Q18)分别与移位寄存器(A33)的数据输入端(D5)和数据选择器(A22)的数据输入端(X3)相连，数据输出端(Q8)和数据输出端(Q17)分别与数据选择器(A23)的数据输入端(X2)和(X3)相连；5)移位寄存器(A33)的数据输出端(Q9)分别与自身数据输入端(D14)和数据选择器(A22)的数据输入端(X4)相连，数据输出端(Q18)分别与移位寄存器(A33)的数据输入端(D5)和数据选择器(A22)的数据输入端(X5)相连，数据输出端(Q8)和数据输出端(Q17)分别与数据选择器(A23)的数据输入端(X4)和(X5)相连。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水果分级机器，其特征在于所说的分级机构控制器(8)，它包括单稳态触发器(A4A、A4B)，反相器(A8A、A8B)，与门(A7A、A7B)。单稳态触发(A4A、A4B)采用4528，反相器采用4069，与门采用4081；1)单稳态触发器(A4A)的触发输入端(A)接在编码器(1)上，(B)端接高电平，输出端(Q)分别与单稳态触发器(A4B)的触发输入端(B)和二极管(D4)的负极相连，单稳态触发器(A4B)的触发输入端(A)接地，输出端(Q)接在二极管(D1)的负极；2)数据选择器(A22)的数据输出端(Z)输出信号(M2)接反相器(A8A)的输入端，反相器(A8A)的输入端接在与门(A7A)的一个输入端，数据选择器(A23)的数据输出端(Z)输出信号(M1)接在与门(A7A)的另一个输入端，与门(A7A)的的输出端接在单稳态触发器(A4A)的清零端(CLR)上；3)数据选择器(A23)的数据输出端(Z)输出信号(M1)接反相器(A8B)的输入端，反相器(A8B)的输入端接在与门(A7B)的一个输入端，数据选择器(A22)的数据输出端(Z)输出信号(M2)接在与门(A7B)的另一个输入端，与门(A7B)的的输出端接在单稳态触发(A4B)的清零端(CLR)上；4)二极管(D1)的正极与二极管(D2)的正极相连，并通过电阻(R9)接在电源正极，二极管(D2)的负极接在三极管(T1)的基极，三极管(T1)的发射极连在三极管(T2)的基极，三极管(T2)的集电极通过定子绕组I(9.6)接在电源正极，二极管(D3)负极接在电源正极，与定子绕组I(9.6)并联；5)二极管(D4)的正极与二极管(D5)的正极相连，并通过电阻(R13)接在电源正极，二极管(D5)的负极接在三极管(T3)的基极，三极管(T3)的发射极连在三极管(T4)的基极，三极管(T4)的集电极通过定子绕组II(9.7)接在电源正极，二极管(D6)负极接在电源正极，与定子绕组I(9.7)并联。
专利摘要本实用新型公开了一种基于机器视觉的水果分级机器，输送装置和分级装置均由两个链轮和环绕在链轮上的链条组成，动力由外部输入到分级装置上，再由分级装置同步地传递到输送装置上；编码器安装在输送装置上，通过导线与安装在计算机内的图像采集卡相连；光照箱安装在输送装置上方；摄像机位于光照箱内，通过电缆与图像采集卡相连；计算机通过并行口与移位寄存器组相连，移位寄存器组通过各自分级机构控制器与安装在分级装置上的分级机构相连；出料口安装在分级装置下方，且与分级机构相对应；在计算机内部的软件能对水果图像进行分级处理，并根据处理结果实时控制分级控制机构的动作。本实用新型能按水果大小、表皮颜色、表面缺陷、水果形状、表面光滑度等外部特征利用移位寄存器同步跟踪实现自动分级，且检测过程为无损检测。
文档编号B07C3/10GK2587534SQ0229507
公开日2003年11月26日 申请日期2002年12月27日 优先权日2002年12月27日
发明者应义斌, 饶秀勤 申请人:浙江大学