基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置的制作方法

1.本发明属于农产品检测装置技术领域，具体涉及一种基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置。


背景技术：

2.不同品质等级的农产品对应的颜色、形状、纹理等特征往往不同，借助颜色特征与农产品等级之间的对应关系，可以建立相应的农产品色选方法。当农产品颗粒度较大时，可以利用机械手、振动台等机械装置或者人工的方式，使农产品在色选过程中形成逐一、整齐排列、匀速的传输状态，从而方便图像采集系统获取农产品的图像信息及鉴别其品质等级、以及有利于分拣机构精准定位并剔除不合格的农产品，如专利cn201821389635.5。当农产品颗粒度较小时，适用于大颗粒农产品的传输方式往往不再有效。小颗粒农产品逐一排列的传输机构往往机械结构复杂，运转速度也不宜过快，容易导致稳定性差、效率低。为了降低小颗粒物料色选装置的复杂度、保证装备的色选效率，现有的色选装备往往不对小颗粒农产品逐一排队输送，而是使物料形成单层瀑布式的高速下落状态；图像采集系统和分拣机构对空中瀑布式高速坠落的农产品进行鉴别、定位及剔除，如专利cn202021697039.0。
3.在现有的小颗粒农产品色选装置中，为了与物料的高速下落过程相匹配，图像信息的获取往往采用线阵相机，而品质等级的鉴别往往基于农产品单行线阵信号开展。虽然单行线阵信号的采集及处理方式可以完美的匹配物料的高速下落过程，与静态的面阵图像相比，单行线阵信号仅仅能覆盖颗粒农产品物料的极小部分区域，对缺陷产品的面阵特征识别无能为力，使得产品品质等级的鉴别准确度无法难以保障。
4.鉴于此，为了克服现有技术方案的不足，在不降低现有小颗粒物料色选速度的前提下，本发明提出了一种基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置。


技术实现要素：

5.为了实现以上目的，本发明的一种基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置，该色选机装置能够提供更高的分类精度，基于待分选物料表面特征信息以及内部组分特征实现在线检测分级。
6.基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置，包括物料输送装置、信息采集装置、异物剔除装置和控制装置；
7.所述控制装置与信息采集装置和异物剔除装置电性连接，实现控制作用；
8.所述信息采集装置包括一腔体，所述腔体设有入口和出口；所述腔体出口处设有正常物料通道和异常物料通道；
9.所述物料输送装置对接腔体入口，将物料运至腔体内部；所述信息采集装置和异物剔除装置均设于腔体内部；所述信息采集装置用于识别异常物料；所述异物剔除装置用于改变异常物料运动轨迹，使之进入异常物料通道；正常物料则进入正常物料通道，实现异常物料的有效筛选分离。
10.其中，所述物料输送装置包括振动喂料器、喂料滑道、传送带一；
11.所述信息采集装置包括光电传感器、面阵ccd相机、光源腔和led光源；
12.所述异物剔除装置包括传送带二、压缩空气喷阀、空气压缩机、成品滑道、成品槽、次品滑道和次品槽；其中成品滑道即为正常物料通道，次品滑道即为异常物料通道；
13.所述控制装置包括数据线、工业计算机、喷阀控制板和plc控制柜；
14.所述振动喂料器由料斗、振动装置及调节阀组成；所述调节阀设于料斗底部开口处，用与控制颗粒流速；所述振动装置设于料斗的下方，并与喂料滑道一体化设计；
15.所述喂料滑道的底端出口处对接传送带一，以便经喂料滑道流出的颗粒滑落至传送带一上；所述传送带一的一侧设有电机一，电机一的输出轴与传送带一的传动轮连接，用于驱动传送带一的运动；
16.所述光源腔为绝缘腔体，其内壁上沿周向镶嵌有多个led光源；
17.光源腔设有物料入口和物料出口；
18.所述传送带二的一侧设有电机二，电机二的输出轴与传送带二的传动轮连接，用于驱动传送带二的运动；所述传送带二的两端分别记为c端、d端，传送带二的c端在光源腔外部与传送带一的末端对接，d端延伸入光源腔内部；所述光电传感器位于光源腔物料入口处，并通过数据线与工业计算机相连；
19.所述成品滑道和次品滑道设置在光源腔物料出口处，且成品滑道和次品滑道的一端置于光源腔内部；传送带二与成品滑道、次品滑道均不接触；在无外力作用时，传送带二运输的颗粒通过自由落体落至成品滑道上；光源腔内颗粒自由落体的区域记为自由落体段；在施加外力作用时，传送带二运输的颗粒通过自由落体落至次品滑道；所述成品滑道和次品滑道不重叠；所述成品滑道和次品滑道成坡度设计，另一端均从光源腔物料出口处延伸至光源腔外部，分别对接成品槽和次品槽；
20.所述自由落体段的上方与下方分别设有面阵ccd相机；利用面阵ccd相机采集颗粒从传送带二自由落体时的光谱信息以及图像信息；
21.所述工业计算机通过数据线与面阵ccd相机连接，接收并处理来自面阵ccd相机采集的光谱信息以及图像信息；
22.在光源腔内设置多个压缩空气喷阀，压缩空气喷阀的出气口朝向颗粒的自由落体轨迹设置，利用压缩空气喷阀施加外力改变不合格颗粒的运动轨迹，使之落入次品滑道上，实现次品与成品有效筛选分离；
23.所述压缩空气喷阀与空气压缩机连接，通过空气压缩机提供高压气流；
24.所述plc控制柜内设有喷阀控制板，所述喷阀控制板与工业计算机和多个压缩空气喷阀电性连接；所述喷阀控制板通过工业计算机反馈的信号，控制多个压缩空气喷阀的开启与关闭。
25.优选的，所述传送带一的下方还设有振动器，所述振动器用于控制传送带一的振动，所述振动器的振动频率可调。
26.优选的，所述光源腔的内壁面设有漫反射涂层；所述多个led光源等间隔均匀设置，组成环形灯带，设置在光源腔的最大圆周处；所述led光源为可调节多波段led光源。
27.优选的，所述传送带二与水平面形成的锐角为0
‑
45
°
。
28.优选的，所述面阵ccd相机在光源腔内部的中心顶部以及底部，并以自由落体段为
界对称放置，用于采集m行
×
n列像素下颗粒的光谱信息以及图像信息，其中n列像素对应的实际宽度与传送带二的宽度相同。
29.优选的，所述光电传感器、面阵ccd相机和喷阀控制板也可通过无线连接方式与工业计算机连接；所述工业计算机内置常规图像处理程序、标准数据库和处理模块，能对颗粒的光谱信息以及图像信息进行数据处理，判别异常物料，完成物料的分级同时得到待测物料的位置信息。
30.优选的，将压缩空气喷阀设置在自由落体段的下方朝上设置，此时次品滑道相应设置在成品滑道的上方。
31.优选的，所述压缩空气喷阀相互之间的间距和角度可调；所述压缩空气喷阀与水平面形成的角度为30
‑
90
°
。
32.优选的，所述成品滑道和次品滑道与水平面形成的坡度角为5
‑
45
°
；所述成品滑道和次品滑道的下方还可设置振动器一，防止颗粒滞留在滑道表面。
33.优选的，所述成品槽和次品槽内壁上还设有多个缓冲气流装置；具体的设于距离槽口四分之一入口处，且多个缓冲气流装置呈非对称放置。
34.与现有的技术相比，本发明的优点如下：
35.本发明的基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置结构简单，不涉及复杂结构；将待分选物料的特征信息提取交由面阵ccd探测相机来完成，可获取到更全面的光谱特征信息。另外工业计算机内置标准数据库包含了多类分级标准的响应数据，通过将面阵ccd探测相机采集到的全光谱信息以及图像信息按照所需分级标准与标准数据库的响应数据建立分级判别模型，实时的根据实际情况反复训练和更新模型，保证了设备的适应性，使得设备更能适应室外复杂多变的环境，同时让分类的精度得到提高；本装置能提取到待分选物料的多特征信息可以方便达到更多类别的分类效果。同时进行特征信息匹配和方位信息的匹配，其主要目的是完成最终的剔除工作中，进一步的提升了小颗粒农产品分类的精度。
附图说明
36.图1为本发明实施例1中色选机改进装置的结构示意图；
37.图2为本发明实施例1中振动喂料器的三维示意图；
38.图3为本发明实施例1中面阵图像信息采集处理模块的示意图；
39.图4为本发明实施例1中物料在光源腔内运动轨迹示意图；
40.附图标记：1.料斗；2.振动装置；3.调节阀；4.喂料滑道；5.传送带一；6.振动器；7.光电传感器；8.传送带二；9.面阵ccd相机；10.压缩空气喷阀；11.空气压缩机；12.光源腔；13.led光源；14.数据线；15.工业计算机；16.plc控制柜；17.喷阀控制板；18.缓冲气流装置；19.成品滑道；20.成品槽；21.次品滑道；22.次品槽；a.自由落体轨迹；b.异常物料轨迹。
具体实施方式
41.以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
44.在本发明中，小颗粒所指的粒径或长度范围为0.5
‑
30mm。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.如图1
‑
4所示，一种基于面阵图像特征的小颗粒农产品色选装置，所述装置包括：振动喂料器、喂料滑道4、传送带一5和振动器6；光电传感器7、传送带二8、面阵ccd相机9、光源腔12、可调节多波段led光源13、数据线14、工业计算机15、压缩空气喷阀10，空气压缩机11、喷阀控制板17、plc控制柜16、成品滑道19、成品槽20、次品滑道21和次品槽22；
47.所述振动喂料器由料斗1、振动装置2及调节阀3组成；所述调节阀3设于料斗1底部开口处，用与控制颗粒流速；所述振动装置2内设多个振动模块，振动装置2设于料斗1的下方，并与喂料滑道4一体化设计；所述振动装置2内设多个振动模块，使得颗粒在振动状态下运输至喂料滑道4；
48.所述喂料滑道4的出口处对接传送带一5，以便经喂料滑道4流出的颗粒滑落至传送带一5上；所述传送带一5的一侧设有电机一，电机一的输出轴与传送带一5的传动轮连接，用于驱动传送带一5的运动；所述传送带一5的下方还设有振动器6，所述振动器6用于控制传送带一5的振动；其中振动器6的频率可以根据需要进行调整。
49.所述光源腔12为绝缘腔体，其内壁上沿周向镶嵌有多个可调节多波段led光源13；并且光源腔12的内壁面设有漫反射涂层；所述多个可调节多波段led光源13等间隔均匀设置，组成环形灯带，设置在光源腔12的最大圆周处。
50.此外，光源腔12设有物料入口和物料出口；
51.所述传送带二8的一侧设有电机二，电机二的输出轴与传送带二8的传动轮连接，用于驱动传送带二8的运动；所述传送带二8的两端分别记为c端、d端，传送带二8的c端在光源腔12外部与传送带一5的末端对接，d端延伸入光源腔12内部；传送带二8与水平面形成的锐角为30
°
。
52.所述光电传感器7位于光源腔12物料入口处，并通过数据线14与工业计算机15相连；
53.所述成品滑道19和次品滑道21设置在光源腔12物料出口处，且成品滑道19和次品滑道21的一端置于光源腔12内部；传送带二8与成品滑道19、次品滑道21均不接触；在无外力作用时，传送带二8运输的颗粒通过自由落体落至成品滑道19上；光源腔12内颗粒自由落体的区域记为自由落体段；在外力作用时，传送带二8运输的颗粒通过自由落体落至次品滑
道21；成品滑道19和次品滑道21不重叠；所述成品滑道19和次品滑道21的另一端分别对接成品槽20和次品槽22；所述成品滑道19和次品滑道21与水平面形成的锐角为45
°
。
54.所述自由落体段的上方与下方分别设有面阵ccd相机9；利用面阵ccd相机9采集颗粒从传送带二8自由落体时的光谱信息以及图像信息；所述面阵ccd相机9在光源腔12内部的中心顶部以及底部，并以自由落体段为界对称放置，用于采集m行
×
n列像素下颗粒的光谱信息以及图像信息，其中n列像素对应的实际宽度与传送带二8的宽度相同。
55.所述工业计算机15通过数据线14与面阵ccd相机9连接，接收并处理来自面阵ccd相机9采集的光谱信息以及图像信息。所述工业计算机15内置常规图像处理程序、标准数据库和处理模块，能对颗粒的光谱信息以及图像信息进行数据处理，判别异常物料，完成物料的分级同时得到待测物料的位置信息。
56.在光源腔12内设置多个压缩空气喷阀10，压缩空气喷阀10的出气口朝向颗粒的自由落体轨迹设置，利用压缩空气喷阀10改变不合格颗粒的运动轨迹，使之落入次品滑道21上，实现次品与成品有效筛选分离；
57.所述压缩空气喷阀10与空气压缩机11连接，通过空气压缩机11提供高压气流。具体的，将压缩空气喷阀10设置在自由落体段的下方朝上设置，此时次品滑道21相应设置在成品滑道19的上方。并且，压缩空气喷阀10的间距和角度可调；
58.所述plc控制柜16内设有喷阀控制板17，所述喷阀控制板17与工业计算机15和多个压缩空气喷阀10电性连接；所述喷阀控制板17通过工业计算机15反馈的信号，控制多个压缩空气喷阀10的开启与关闭。
59.所述成品滑道19和次品滑道21的下方还可设置振动器一，防止颗粒滞留在滑道表面；所述成品滑道19和次品滑道21的另一端均设于物料出口处，分别对接成品槽20和次品槽22，使得颗粒掉落于槽中；
60.所述成品槽20和次品槽22内壁上还设有2个缓冲气流装置18；具体的设于距离槽口四分之一入口处，且2个缓冲气流装置18呈非对称放置。
61.本发明色选装置的操作流程：
62.料斗1用于接收和存储待测物料，通过调节阀3控制待测物料的下落，确保待测物料单层输出，输出至振动装置2，经振动装置2进行振动输送，将待测物料输送到喂料滑道4，由于喂料滑道4呈坡度设计，使得待测物料滑落至传送带一5，启动电机一的输出轴与传送带一5的传动轮连接，驱动传送带一5的运动；同时启动传送带一5下方的振动器6，控制传送带一5的振动，保证待测物料在传送带一5运输的时候保持匀速振动和一致的初速度。最后由传送带一5运送至传送带二8，启动电机二的输出轴与传送带二8的传动轮连接，驱动传送带二8的运动，将待测物料输入光源腔12内部；
63.当光电传感器7检测到物料进入光源腔12内时，将信号传递给工业计算机15后，由工业计算机15输出信号控制启动面阵ccd相机9的拍摄功能。
64.待测物料进入光源腔12后，在无外力作用时，经自由落体落至成品滑道19上，如图4中的轨迹a所示；利用面阵ccd相机9采集颗粒从传送带二8自由落体时的光谱信息以及图像信息；
65.并通过数据线14传输至工业计算机15，基于工业计算机15的内置图像处理软件对所获取的光谱信息和图像信息进行数据处理，完成物料是否合格的判别同时，得到待测物
料区域的位置信息。
66.当工业计算机15判别出某一区域位置处的颗粒为异常物料时，将异常物料的位置信息反馈至plc控制柜16，plc控制柜16传输相应的指令至喷阀控制板17，通过喷阀控制板17控制相对应的压缩空气喷阀10，所述压缩空气喷阀10为针孔喷气阀，气流喷射区域非常小，产生定量的高压气流可以准确将异常物料吹到次品滑道21上，如图4中的轨迹b所示，最终由次品滑道21输送至次品槽22中。并且所述成品滑道19和次品滑道21的下方还可设置振动器一，用于使得成品滑道19和次品滑道21产生振动，促进颗粒的下滑，同时防止颗粒滞留在滑道表面。同时成品槽20与次品槽22中均置有缓冲气流装置18，设于距离槽口四分之一入口处，可有效防止物料在掉落过程中的相互挤压，相互碰撞，导致外表面脆弱的物料变形或者破损。
67.说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。