一种柑橘品质在线输送和大小分级设备的制作方法

本实用新型涉及一种农产品品质检测分级设备，尤其是涉及一种基于机器视觉和光阑原理的柑橘品质在线输送和大小分级设备。

背景技术：

柑橘是世界第一大水果，中国是柑橘的重要原产地之一；柑橘资源丰富，优良品种繁多。但商品化水平较低，柑橘的大小、品质等级差价较大，每级的差价为2到3元/每公斤，市场上销售的柑橘大部分没有经过筛分，以整体形式出售，效益低，处于竞争劣势，而且出口能力相对薄弱。虽然中国水果产量很大，但出口贸易的比例一直很低，导致中国水果出口量小，出口价格低的原因有很多，其中最主要原因是水果的采后处理技术装备水平较低，商品化处理率较低，果品品质良莠不齐，产品包装水平也较低，使得中国水果较难进入高端消费市场。

随着国内外水果消费需求和品位不断提高，市场对水果的品质提出了更多更高的要求；人们对柑橘的质量要求越来越高，机械化分级装备是柑橘加工必不可少的初级装备，该设备研制的成功对柑橘分级销售和实现增值具有十分重要的意义。据相关市场调查和掌握到的信息，很多柑橘种植基地的农民急需柑橘检测分级设备。因此，柑橘检测分级设备的研制非常必要，而且市场潜力巨大。但是中国水果产业化水平落后，尤其在收获和分类加工方面相较发达国家有较大差距，水果品质的分拣是目前亟待解决的问题。

近年来，国内很多学者对于农产品的检测和分级研究做出了努力。华东交通大学刘燕德教授研究了近红外光谱技术在农产品检测和分级的应用，浙江大学饶秀勤教授基于机器视觉的水果品质实时检测与分级生产线的进行技术研究。国外发达国家，如日本许多高新技术在水果品质检测领域得到了广泛的应用，如无损伤检测技术、自动化控制技术；美国康奈尔大学的Throop等通过平移和旋转苹果来获取不同角度的图像，据此估算苹果的大小。而在中国对水果品质的检测分级设备研究还处于起步阶段，为提高国内农产品产业的现代化和自动化水平，尝试对柑橘品质检测分级的研究非常必要。

另外，目前农产品在进行无损检测的过程中，往往只能获取部分表面信息，可能导致次品剔除的不完全性。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于针对上述情况的缺点和不足，提供一种基于机器视觉和光阑原理的柑橘品质在线输送和大小分级设备。

本实用新型的目的是这样实现的：

采用机器视觉系统及光阑原理托盘，可以获取到柑橘全表面的信息，便于初步筛选；同时光阑原理托盘底部的孔洞大小能自如并且连续地改变，可以适用于所有大小的程度，保证分级的精准度；并且配合环形导轨，使得装置能够循环利用，提高了分级的效率。

具体地说，本实用新型的技术方案如下：

本设备包括工作对象——柑橘；

设置有上料及输送装置、全表面信息获取装置、大小分级装置、下料装置和信息处理与反馈装置；

其位置和连接关系是：

在上料及输送装置的入口放置柑橘，在上料及输送装置的出口的上面设置有全表面信息获取装置，在全表面信息获取装置的末端设置有大小分级装置，在大小分级装置的底部设置有下料装置；

信息处理与反馈装置分别与上料及输送装置和全表面信息获取装置连接。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①通过工业相机获取全表面信息，利用机器视觉处理软件控制气泵吸盘初步剔除有瑕疵的柑橘；

②通过改变下料装置对应导轨的位置，以及下料装置斜置通道的宽度，实现对不同大小柑橘的分级；

③通过连续改变光阑原理托盘底部孔洞的大小能够对所有大小的柑橘实现精准的分级；

④通过环形导轨和环形转盘装置能实现循环利用和高效率工作。

总之，本实用新型能够对所有大小的柑橘实现准确而高效率的分级。

附图说明

图1为本设备的结构示意图；

图2为上料及输送装置1的结构示意图；

图3为黑箱17和A工业相机28的结构示意图；

图4为全表面信息获取装置2的结构示意图；

图5为气泵吸盘26等的结构示意图；

图6为大小分级装置3的结构示意图；

图7为下料装置4的结构示意图；

图8为基于光阑原理的托盘31等的结构示意图；

图9为基于光阑原理的托盘31等的结构示意图（放大）。

图中：

0—柑橘；

1—上料及输送装置，

11—上料箱，12—毛刷，13—支架，14—滚筒毛刷，15—传送带，

16—挡板，17—黑箱，18—工作台，19—隔板，10—电机；

2—全表面信息获取装置，

21—B工业相机，22—A步进电机，23—转盘，24—通气管，25—电磁阀，

26—气泵吸盘，27—次品收集器，28—A工业相机；

3—大小分级装置

31—托盘，32—操作杆，33—弹簧，34—滑槽导轨，35—滚轮，

36—链条轨道，37—主动轮，38—B步进电机，39—机架，30—键；

4—下料装置，

41—斜置通道，42—收集器；

5—信息处理与反馈装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本设备详细说明：

一、总体

如图1，本设备包括工作对象——柑橘0；

设置有上料及输送装置1、全表面信息获取装置2、大小分级装置3、下料装置4和信息处理与反馈装置5；

其位置和连接关系是：

在上料及输送装置1的入口放置柑橘0，在上料及输送装置1的出口的上面设置有全表面信息获取装置2，在全表面信息获取装置2的末端设置有大小分级装置3，在大小分级装置3的底部设置有下料装置4；

信息处理与反馈装置5分别与上料及输送装置1和全表面信息获取装置2连接。

工作机理：

柑橘0经上料及输送装置1实现由杂乱无序变为单层多排放置，排放整齐的柑橘0经全表面信息获取装置2采集全表面信息；

经信息处理与反馈装置5处理后，控制全表面信息获取装置2剔除残次柑橘；

未被剔除的柑橘进入大小分级装置3，实现不同大小柑橘的分级；

分级后的柑橘经下料装置4实现柑橘0的分类收集。

二、功能块

0、柑橘0

柑橘0是本设备的工作对象。

1、上料及输送装置1

如图2、3，上料及输送装置1包括上料箱11、毛刷12、支架13、滚筒毛刷14、传送带15、挡板16、黑箱17、工作台18、隔板19和电机10；

其位置和连接关系是：

在工作台18上设置有传送带15，由电机10带动做顺时针方向转动；

在工作台18上，从左至右，依次设置有上料箱11、毛刷12、支架13、滚筒毛刷14和黑箱17；

前后挡板16和三个隔板19设置在传送带15上的右半部，组成四条传送通道。

其工作机理是：

杂乱无序的柑橘0经上料箱11进入传送带15，经毛刷12实现单层运输，后通过支架13上的滚筒毛刷14保证柑橘间存在一定的间距；

柑橘0随传送带15运动，由悬于传送带15上方的挡板16和隔板19实现柑橘的四排运输；

四排柑橘0继续随传送带15运动，进入黑箱17采集上表面信息，并最终滞留于隔板19末端。

2、全表面信息获取装置2

如图3、4、5，全表面信息获取装置2包括B工业相机21、A步进电机22、转盘23、通气管24、电磁阀25、气泵吸盘26、次品收集器27和A工业相机28；

其位置和连接关系是：

转盘23和步进电机22连接，在转盘23的下方设置有若干气泵吸盘26（前后左右各设置有四个气泵吸盘26），气泵吸盘26、通气管24和电磁阀25依次连接；

B工业相机21设置于气泵吸盘26的正下方，A工业相机28设置于黑箱17内；

次品收集器27设置于转盘23的下方。

其工作机理是：

气泵吸盘26将滞留在隔板19末端的柑橘0吸引，随转盘23做逆时针（俯视）运转；

转盘23运转至45度时，由正下方的B工业相机21采集柑橘0下表面信息，并传递至信息处理与反馈装置5；

转盘23运转至90度时，反馈信息控制吸取次品柑橘0的气泵吸盘26对应的电磁阀25关闭，对应的通气管24阻塞，使次品柑橘0落入次品收集器27；

转盘23运转至180度时，所有电磁阀25关闭，通气管24阻塞，剩余柑橘0落进入大小分级装置3；

转盘23循环转动，实现对各批次柑橘全表面信息的采集和次品剔除。

3、大小分级装置3

如图6、7、8、9，大小分级装置3包括托盘31、操作杆32、弹簧33、滑槽导轨34、滚轮35、链条轨道36、主动轮37、B步进电机38、机架39和键30；

其位置和连接关系是：

所述的托盘31是一种基于光阑原理设计的、其底部孔洞大小可随操作杆32移动而变化的圆盘；

在机架39上，B步进电机38、键30、主动轮37、链条轨道36依次连接，带动链条轨道36顺时针方向转动；

托盘31等间距安装在链条轨道36上，在托盘31的一边设置有滚轮35，减少摩擦；

操作杆32通过弹簧33和托盘31的固定端连接，操作杆32的下端沿滑槽导轨34移动，配合滑槽导轨34的移动控制托盘31的开闭。

其工作机理是：

B步进电机38通过键30连接主动轮37，带动链条轨道36随电机顺时针转动；

托盘31随链条轨道36和滚轮35运动，由操作杆32在滑槽导轨34中的移动，控制托盘31底部的孔洞变大，当孔洞大于比柑橘0的大小时，托盘31上柑橘下落，进入下料装置4；

托盘31打开至最大后，滑槽导轨34中断，弹簧33将操作杆32拉至初始位置，托盘31底部的孔洞闭合；

链条轨道36和滚轮35运动成环形循环，托盘31沿着此环形轨道36循环运作，不断开闭。

4、下料装置4

如图7，下料装置4包括斜置通道41和收集器42；

其位置和连接关系是：

在斜置通道41的末端，设置有收集器42。

其工作机理是：

柑橘0经过托盘31底部孔洞大小自动落入三条斜置通道41，后利用自身重力滚入相应的收集器42，将柑橘大小分成三个等级。

5、信息处理与反馈装置5

信息处理与反馈装置5包括计算机、单片机和数据采集卡。

其工作机理是：

在全表面信息采集装置2中采集柑橘0上、下表面特征后，传递至数据采集卡，利用计算机进行信息处理；

经处理的信息传递至单片机，利用单片机控制电磁阀25的开闭，从而完成对次品柑橘0的剔除。