基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置论文和设计-何文斌

全文摘要

基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，包括机架，机架上自左向右依次设置有提升输送带和水平输送带，提升输送带呈左低右高倾斜设置，机架上自左向右依次设置有位于水平输送带上方的拍照暗室检测机构、激光检测机构和分选机构，机架侧部设置有电控系统、板栗锁止机构和板栗解锁机构。本实用新型通过机器视觉和激光检测的多级联合智能信息融合下，可实现高精度的板栗虫眼检测，一方面可以有效提升检测的智能化水平，另外一方面通过多级联合智能检测，提升分选准确率，并降低装置成本。本实用新型能用于板栗农产品虫眼在线实时检测，对于提升我国板栗农产品深加工的发展具有重要的意义，而且市场应用前景较好。

主设计要求

1.基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，其特征在于：包括机架（1），机架（1）上自左向右依次设置有提升输送带（2）和水平输送带（4），提升输送带（2）呈左低右高倾斜设置，机架（1）上自左向右依次设置有位于水平输送带（4）上方的拍照暗室检测机构（3）、激光检测机构（5）和分选机构（7），机架（1）侧部设置有电控系统（9）、板栗锁止机构和板栗解锁机构，板栗锁止机构的工作部位于提升输送带（2）上方，板栗解锁机构的工作部位于水平输送带（4）上方的激光检测机构（5）和分选机构（7）之间。

设计方案

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，其特征在于：提升输送带（2）和水平输送带（4）均由金属热导体材料制成，提升输送带（2）和水平输送带（4）上表面沿左右方向间隔5~8cm均匀开设有用于存放待输送板栗的凹槽（54），提升输送带（2）和水平输送带（4）组合为一个完整传送带。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，其特征在于：拍照暗室检测机构（3）包括空腔箱体（10）、环形LED灯（11）和工业照相机（12），空腔箱体（10）底部敞口并垂直向下朝向水平输送带（4），空腔箱体（10）左右两侧均通过螺钉固定在机架（1）上，空腔箱体（10）底部边沿的左侧和右侧均留有便于板栗的水平输送矩形缺口；环形LED灯（11）和工业照相机（12）安装在空腔箱体（10）内的顶部中央位置，环形LED灯（11）和工业照相机（12）均通过控制电缆与电控系统（9）连接。

4.根据权利要求2所述的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，其特征在于：激光检测机构（5）包括X向步进电机（13）、X向运动丝杆（14）、X向支架（15）、Y向步进电机（16）、Y向运动丝杆（17）、Y向导轨（18）、激光检测夹具（19）和激光检测模块（20）；

X向为左右水平方向，Y向为前后水平方向，机架（1）上在水平输送带（4）的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的支撑导轨（55），每条支撑导轨（55）内均设置有一个所述的X向运动丝杆（14），X向运动丝杆（14）的一端转动连接在支撑导轨（55）上，X向运动丝杆（14）的另一端与所述的X向步进电机（13）传动连接，X向运动丝杆（14）上螺纹连接有沿支撑导轨（55）滑动的所述的X向支架（15），Y向导轨（18）的前后两端固定连接在两个X向支架（15）的上端，Y向导轨（18）为中空杆状结构，Y向运动丝杆（17）沿前后方向设置在Y向导轨（18）内部，Y向运动丝杆（17）的一端转动连接在Y向导轨（18）内部一端，Y向运动丝杆（17）的另一端与所述的Y向步进电机（16）传动连接，激光检测夹具（19）螺纹连接在Y向运动丝杆（17）上且沿Y向导轨（18）滑动设置，激光检测模块（20）安装在激光检测夹具（19）上并朝向凹槽照射；

X向步进电机（13）、Y向步进电机（16）和激光检测模块（20）均通过控制电缆与电控系统（9）连接。

5.根据权利要求2所述的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，其特征在于：分选机构（7）包括分选支撑板（32）、分选气缸（33）、分选杆（34）、分选杆头（35）和滑道（36）；滑道（36）通过螺栓连接安装在机架（1）右前侧位置；分选支撑板（32）通过螺栓连接垂直安装在机架（1）右后侧位置，分选气缸（33）固定安装在分选支撑板（32）左侧面，分选气缸（33）的伸缩杆与分选杆（34）同轴向连接，分选杆（34）沿左右方向水平设置；分选气缸（33）通过控制电缆与电控系统（9）连接。

6.根据权利要求2所述的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，其特征在于：

板栗锁止机构为并排设置在提升输送带（2）上方的冷气喷管（37）和滴水管，滴水管位于冷气喷管（37）左侧，滴水管的滴水孔和冷气喷管（37）的喷口均朝下设置并朝向经过的凹槽（54）；冷气喷管（37）上设置有第一电磁阀（52）；

板栗解锁机构为设置在水平输送带（4）上方的热气喷管（38），热气喷管（38）的喷口朝下设置并朝向经过的凹槽（54），热气喷管（38）上设置有第二电磁阀（53）；第一电磁阀（52）和第二电磁阀（53）通过控制电缆与电控系统（9）连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于农业领域内使用的农产品外观品质检测技术领域，具体涉及基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，根据板栗的外观特征，对板栗进行机器视觉、激光的多级联合检测，从而完成板栗虫眼的实时检测与分选。

背景技术

板栗素有“干果之王”的美誉，板栗的营养丰富，果实中含糖和淀粉达70.1%，蛋白质7%。此外，还含脂肪、钙、磷、铁、多种维他命和微量元素，特别是维他命C、B1和胡萝卜素的含量较一般干果都高，栗子营养丰富，除富含淀粉外，还含有单糖与双糖、胡罗卜素、硫胺素、核黄素、尼克酸、抗坏血酸、蛋白质、脂肪、无机盐类等营养物质。但是，在板栗的种植过程中，经常会遇到各种病虫害的袭击，因而板栗的虫眼检测对于提升板栗的品级非常关键。

目前，板栗虫眼的检测大部分还停留在靠人工感官进行识别判断阶段，存在诸多不便。依靠人工手挑方式完成板栗虫眼的分选，一是浪费大量劳动力，随着收获季节而出现用工荒，二是容易存在漏检，检测结果一致性差、效率低, 难以满足高标准分级的要求, 不利于实现自动化。随着人工智能技术的加速进步，利用多源信息智能融合的多级联合检测可提升虫眼检测的准确率。

虽然现在基于计算机视觉的板栗分级方法和设备逐渐成为热点，但一般只限于实验室研究或者采用摄像机对其拍照,采用的技术手段较为单一。在虫眼较小，或者形状、位置较复杂的情况下，无法准确的进行判断，存在漏检的风险；或者采用高光谱成像技术对待检板栗进行检测，但是增加检测装置的成本及其复杂性。

为了解决现有板栗虫眼分选机构的缺陷，提出了一种基于机器视觉、激光的多级联合板栗虫眼智能检测方法及其装置。

通过国内专利文献检索发现有一些相关专利文献报道，主要有以下一些：

1、公告号为CN 108801971 A，名称为“基于高光谱成像技术的霉菌侵染板栗的检测方法” 实用新型专利，提出了一种基于高光谱成像技术的霉菌侵染板栗的检测方法，但所采用单一高光谱成像的技术方案，不能实现板栗虫眼的高精度检测。

2、公告号为CN 107350173 A，名称为“一种板栗自动分拣装置和分拣方法” 实用新型专利，采用多个摄像头、计算机、PLC和电磁阀等，利用机器视觉的算法，对板栗进行识别及其分拣,根据板栗的表面彩色照片，进行滤波和轮廓提取，获取破损板栗面积的有效比例，实现待分级板栗的分选，但该分类装置在虫眼较小，或者形状、位置较复杂的情况下，无法准确的进行判断。

3、公告号为 CN 108620338 A，名称为“多信息融合的电磁履带式板栗检测筛选装置”实用新型专利，设计一种多信息融合的电磁履带式板栗检测筛选装置，融合红外光谱和机器视觉的方法，实现多信息融合下的电磁履带式板栗检测筛选，但是该装置主要采用机器视觉和红外光谱完成板栗破损和发霉的检测，但对于细微虫眼的检测，存在漏检的可能性。

上述专利虽然提出了板栗的分拣方法和分级装置，有些设备虽然能按照外观特征进行分级，但由于只采用机器视觉方法，或者融合有高光谱、红外光谱技术，能实现板栗破损和发霉的检测。但是，对于板栗虫眼的检测不全面，特别是面对虫眼较小，或者形状、位置较复杂的情况下，存在漏检的概率。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种进一步提升虫眼检测的准确率、降低漏检率的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，包括机架1，机架1上自左向右依次设置有提升输送带2和水平输送带4，提升输送带2呈左低右高倾斜设置，机架1上自左向右依次设置有位于水平输送带4上方的拍照暗室检测机构3、激光检测机构5和分选机构7，机架1侧部设置有电控系统9、板栗锁止机构和板栗解锁机构，板栗锁止机构的工作部位于提升输送带2上方，板栗解锁机构的工作部位于水平输送带4上方的激光检测机构5和分选机构7之间。

提升输送带2和水平输送带4均由金属热导体材料制成，提升输送带2和水平输送带4上表面沿左右方向间隔5~8cm均匀开设有用于存放待输送板栗的凹槽54，提升输送带2和水平输送带4组合为一个完整传送带。

拍照暗室检测机构3包括空腔箱体10、环形LED灯11和工业照相机12，空腔箱体10底部敞口并垂直向下朝向水平输送带4，空腔箱体10左右两侧均通过螺钉固定在机架1上，空腔箱体10底部边沿的左侧和右侧均留有便于板栗的水平输送矩形缺口；环形LED灯11和工业照相机12安装在空腔箱体10内的顶部中央位置，环形LED灯11和工业照相机12均通过控制电缆与电控系统9连接。

激光检测机构5包括X向步进电机13、X向运动丝杆14、X向支架15、Y向步进电机16、Y向运动丝杆17、Y向导轨18、激光检测夹具19和激光检测模块20；

X向为左右水平方向，Y向为前后水平方向，机架1上在水平输送带4的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的支撑导轨55，每条支撑导轨55内均设置有一个所述的X向运动丝杆14，X向运动丝杆14的一端转动连接在支撑导轨55上，X向运动丝杆14的另一端与所述的X向步进电机13传动连接，X向运动丝杆14上螺纹连接有沿支撑导轨55滑动的所述的X向支架15，Y向导轨18的前后两端固定连接在两个X向支架15的上端，Y向导轨18为中空杆状结构，Y向运动丝杆17沿前后方向设置在Y向导轨18内部，Y向运动丝杆17的一端转动连接在Y向导轨18内部一端，Y向运动丝杆17的另一端与所述的Y向步进电机16传动连接，激光检测夹具19螺纹连接在Y向运动丝杆17上且沿Y向导轨18滑动设置，激光检测模块20安装在激光检测夹具19上并朝向凹槽照射；

X向步进电机13、Y向步进电机16和激光检测模块20均通过控制电缆与电控系统9连接。

分选机构7包括分选支撑板32、分选气缸33、分选杆34、分选杆头35和滑道36；滑道36通过螺栓连接安装在机架1右前侧位置；分选支撑板32通过螺栓连接垂直安装在机架1右后侧位置，分选气缸33固定安装在分选支撑板32左侧面，分选气缸33的伸缩杆与分选杆34同轴向连接，分选杆34沿左右方向水平设置；分选气缸33通过控制电缆与电控系统9连接。

板栗锁止机构为并排设置在提升输送带2上方的冷气喷管37和滴水管，滴水管位于冷气喷管37左侧，滴水管的滴水孔和冷气喷管37的喷口均朝下设置并朝向经过的凹槽54；冷气喷管37上设置有第一电磁阀52；

板栗解锁机构为设置在水平输送带4上方的热气喷管38，热气喷管38的喷口朝下设置并朝向经过的凹槽54，热气喷管38上设置有第二电磁阀53；第一电磁阀52和第二电磁阀53通过控制电缆与电控系统9连接。

采用上述技术方案，基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置的检测方法，包括以下步骤：

（1）提升输送带2和水平输送带4由步进电机带动自左向右移动，滴水管内的水滴入到正下方的凹槽54内，将板栗逐个由左侧放置在提升输送带2的具有液体水的凹槽54内，提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动；

（2）当板栗移动到冷气喷管37的喷口下方后，电控系统9控制第一电磁阀52开启，高压冷气喷向具有液体水的凹槽54，液体水受冷结冰使板栗冷冻固定到凹槽54内；

（3）提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到拍照暗室检测机构3内，拍照暗室检测机构3的工业照相机12在电控系统9的控制下，对待检测板栗进行拍照，将拍照的信息发送到电控系统9；

（4）水平输送带4带动板栗向右移动到激光检测机构5下方，激光检测模块20在电控系统9的控制下，通过X-Y平面定位移动到待检测板栗的上方，并对准疑似板栗虫眼区域的垂直正上方； X-Y平面定位X方向和Y方向各间隔2mm 对疑似板栗虫眼区域进行扫描，扫描长度和宽度均为14mm，检测板栗存在虫眼缺陷；

（5）当检测后的板栗向右输送到热气喷管38的喷口下方时，通过热气将金属热导体的水平输送带4的凹槽54内部的固体冰进行急速加热，使之转变为液体水，便于分选机构7进行分级；

（6）当有虫眼的板栗向右输送到与分选机构7前后对应的位置时，分选气缸33带动分选杆34运动，推动分选杆头35将有虫眼缺陷的板栗推出滑道36的入口；分选气缸33与电控系统9连接，在电控系统9的控制下，推动分选杆34运动，从而实现有虫眼缺陷的板栗通过滑道36落入残次品框，合格的板栗，由水平输送带4往右侧方向运输。

综上所述，本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型通过机器视觉和激光检测的多级联合智能信息融合下，可实现高精度的板栗虫眼检测，一方面可以有效提升检测的智能化水平，另外一方面通过多级联合智能检测，提升分选准确率，并降低装置成本。本实用新型能用于板栗农产品虫眼在线实时检测，对于提升我国板栗农产品深加工的发展具有重要的意义，而且市场应用前景较好。

附图说明

图1是本实用新型装置在一个视角下的立体结构示意图；

图2是本实用新型装置在另一个视角下的立体结构示意图；

图3是本实用新型装置中激光检测机构的俯视结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是本实用新型装置中分选机构的结构示意图；

图6是拍照暗室检测机构的仰视示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本实用新型的基于机器视觉、激光的板栗虫眼检测装置，包括机架1，机架1上自左向右依次设置有提升输送带2和水平输送带4，提升输送带2呈左低右高倾斜设置，机架1上自左向右依次设置有位于水平输送带4上方的拍照暗室检测机构3、激光检测机构5和分选机构7，机架1侧部设置有电控系统9、板栗锁止机构和板栗解锁机构，板栗锁止机构的工作部位于提升输送带2上方，板栗解锁机构的工作部位于水平输送带4上方的激光检测机构5和分选机构7之间。

激光检测机构5包括X向步进电机13、X向运动丝杆14、X向支架15、Y向步进电机16、Y向运动丝杆17、Y向导轨18、激光检测夹具19和激光检测模块20；

X向步进电机13、Y向步进电机16和激光检测模块20均通过控制电缆与电控系统9连接。

本实用新型对板栗进行检测的方法，包括以下步骤：

本实用新型中的电控系统9、工业照相机12、激光检测模块20、分选气缸33、X向步进电机13、Y向步进电机16、第一电磁阀52和第二电磁阀53均为现有成熟技术，市场上均可购置，其具体型号也很常规，在此不再赘述。另外，电控系统9控制工业照相机12、激光检测模块20、分选气缸33、X向步进电机13、Y向步进电机16、第一电磁阀52和\/或第二电磁阀53进行动作以及相互之间的配合，也是常规技术，不需要新的计算机程序的支持。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

设计图

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