基于機(jī)器視覺的雞蛋檢測分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于機(jī)器視覺的雞蛋檢測分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0嚴(yán)格控制官車及檢測方法,提高畜禽生產(chǎn)加工的技術(shù)水平中國是擁有著名鳥類和蛋產(chǎn)量的國家，連續(xù)五年來，鳥類和蛋產(chǎn)量達(dá)到世界第一位。但是我國禽蛋出口總量很低,國際市場份額占有很少,從經(jīng)濟(jì)角度看,這對我國禽蛋生產(chǎn)行業(yè)是較大的損失。究其原因,主要在于我國禽蛋生產(chǎn)加工的規(guī)?；潭炔桓?沒有形成產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化,在國際市場上沒有優(yōu)勢;再就是我國禽蛋銷售模式存在某些問題,尤其加入WTO以后,難以適應(yīng)國際市場帶來的沖擊。因此,著眼于我國禽蛋生產(chǎn)的長遠(yuǎn)發(fā)展,必須積極研究禽蛋自動(dòng)化生產(chǎn)的技術(shù),提高禽蛋生產(chǎn)加工的技術(shù)水平。早在20世紀(jì)70年代,國外發(fā)達(dá)國家就開始對禽蛋加工處理方面進(jìn)行了研究,而且其技術(shù)不斷改進(jìn),日趨成熟。至今,已形成了一整套禽蛋自動(dòng)化加工生產(chǎn)線,從禽蛋的采集運(yùn)送到清洗消毒再到檢測分級(jí)最后到產(chǎn)品的包裝成盒,實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)。同時(shí),在禽蛋檢測分級(jí)過程中,為了對其外部品質(zhì)(臟斑、裂紋、色澤、形狀、大小等)進(jìn)行更精細(xì)的劃分,運(yùn)用了不同的檢測方法,如利用禽蛋的聲學(xué)特性,通過敲擊方法檢測破損。目前,隨著機(jī)器視覺技術(shù)的不斷成熟,其應(yīng)用范圍更加廣闊,利用其檢測禽蛋外部品質(zhì)的研究也越來越多。鑒于我國大多數(shù)雞蛋生產(chǎn)加工企業(yè),難以承受國外成套的機(jī)電一體化檢測設(shè)備的昂貴價(jià)格,本研究結(jié)合中國雞蛋加工生產(chǎn)的國情,利用計(jì)算機(jī)機(jī)器視覺檢測技術(shù),設(shè)計(jì)研究了雞蛋檢測分級(jí)和雞蛋包裝設(shè)備。1檢測輸送系統(tǒng)組成本研究設(shè)計(jì)的雞蛋檢測分級(jí)及包裝設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)簡圖,如圖1所示。從圖1中可以看出,此裝置由5大部分組成:雞蛋檢測輸送系統(tǒng)、機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)、雞蛋質(zhì)量檢測分級(jí)系統(tǒng)、雞蛋調(diào)頭系統(tǒng)和雞蛋包裝系統(tǒng)。整個(gè)裝置的各系統(tǒng)的執(zhí)行順序是:1—2—3—4—5,機(jī)器視覺系統(tǒng)是配合檢測輸送設(shè)備共同實(shí)現(xiàn)的。本研究只涉及如圖1所示的雞蛋檢測輸送系統(tǒng)和雞蛋包裝系統(tǒng)硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)。2檢測雞檢測裝置的概論2.1雞蛋表面信息的采集為了滿足雞蛋動(dòng)態(tài)檢測的需求,運(yùn)用機(jī)器視覺分級(jí)技術(shù),提出了如圖2所示的雞蛋自動(dòng)檢測分級(jí)裝置的總體設(shè)計(jì)。整個(gè)檢測分級(jí)裝置由雞蛋輸送設(shè)備、機(jī)器視覺系統(tǒng)和分級(jí)執(zhí)行裝置組成。其工作原理如圖3所示。由圖2和圖3可知:雞蛋放入輸送裝置的雞蛋輥筒上,在輸送鏈的傳動(dòng)下,帶動(dòng)雞蛋向前輸送;在進(jìn)入機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的光照箱時(shí),置于光照箱下方的摩擦板將與橡膠輥筒接觸,在摩擦力的作用下,雞蛋一邊移動(dòng)一邊自身轉(zhuǎn)動(dòng),安裝在光照箱上的攝像頭開始采集雞蛋圖像;完成雞蛋表面信息采集后,將該信息傳送到計(jì)算機(jī),通過計(jì)算機(jī)中圖像處理軟件的分析,得到雞蛋外部品質(zhì)信息(破損或臟斑)。如果檢測出破損或臟斑雞蛋,計(jì)算機(jī)將此類信息傳輸給PLC,PLC根據(jù)這些信息驅(qū)動(dòng)分級(jí)執(zhí)行裝置,將雞蛋在對應(yīng)出口剔除,從而實(shí)現(xiàn)雞蛋的快速、準(zhǔn)確的分級(jí)。2.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制分級(jí)執(zhí)行裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示,其主要由機(jī)架、電磁鐵、翹板、彈簧、鉸鏈和翻板等組成。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)檢測系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào),由執(zhí)行裝置中的PLC控制器接收并發(fā)出指令使電磁鐵線圈得電,電磁鐵頂針頂起翹板一端。翹板繞著支撐架固定鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng),從而帶動(dòng)翻板向下傾斜,該翻板上方的雞蛋進(jìn)入分選通道。結(jié)束分選動(dòng)作后,電磁鐵失電,翻板在彈簧力的作用下,回到原位。3圖像采集和分級(jí)執(zhí)行如圖2中所示的機(jī)器視覺系統(tǒng),由光照箱、攝像頭、PC機(jī)、PLC控制器和位置傳感器組成。光照箱為長方體,為了使整個(gè)箱內(nèi)的光照均勻一致,選擇了適當(dāng)?shù)墓庠?環(huán)形日光燈)和空間位置。這樣可以減少雞蛋表面產(chǎn)生的漫反射,不會(huì)產(chǎn)生高光點(diǎn),拍攝到的雞蛋的圖像便于分析處理。同時(shí),在光照箱頂部放置攝像頭,用于采集雞蛋圖像,并且所采集的圖像存儲(chǔ)到PC機(jī)中,由計(jì)算機(jī)圖像處理分析軟件對雞蛋的表面缺陷或損傷等外部品質(zhì)進(jìn)行提取、分析和判斷,確定出要剔除的雞蛋。同時(shí),由位置傳感器(如圖2所示)確定雞蛋的位置信息,然后通過PLC控制模塊將指令傳遞到分級(jí)執(zhí)行裝置,最終將外部品質(zhì)不良的雞蛋剔除。而那些檢測合格的雞蛋將順利平穩(wěn)地通過分級(jí)執(zhí)行裝置,傳遞到后續(xù)的質(zhì)量檢測分級(jí)系統(tǒng),執(zhí)行進(jìn)一步的分級(jí)操作。在這一系統(tǒng)中,通過對雞蛋轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的全方位拍攝檢測,能一次性采集雞蛋的外部品質(zhì)特征,可以大大縮短圖像采集和處理時(shí)間,從而提高雞蛋檢測與分級(jí)的效率。4包裝裝置的整體設(shè)計(jì)4.1雞蛋調(diào)頭包裝包裝裝置是雞蛋自動(dòng)加工生產(chǎn)中必不可少的機(jī)械設(shè)備,它是雞蛋產(chǎn)品進(jìn)入市場銷售前的重要環(huán)節(jié),并且在現(xiàn)代雞蛋加工生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。此包裝裝置的設(shè)計(jì)如圖5所示。其主要組成部分是包裝機(jī)輸送系統(tǒng),由電機(jī)、帶傳動(dòng)、滾筒、皮帶和托盤組成;雞蛋導(dǎo)向機(jī)構(gòu),由步進(jìn)電機(jī)、導(dǎo)向板和吊筒組成。此包裝裝置是連接在雞蛋調(diào)頭系統(tǒng)(如圖1所示)之后的。在雞蛋的儲(chǔ)存過程中,為了避免蛋黃貼殼,往往包裝后使雞蛋的大頭端向上放置,這樣還可以延長雞蛋貯藏期,所以在對雞蛋進(jìn)行包裝之前,對其進(jìn)行調(diào)頭處理是十分必要的。雞蛋調(diào)頭系統(tǒng)將單個(gè)雞蛋按大頭向上的方向調(diào)整好之后,滑到圖5所示的雞蛋導(dǎo)向板上,隨著滑道落入位于托盤上方的吊筒內(nèi),最后滑落在托盤中;當(dāng)托盤的第一排裝滿雞蛋后,控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的PLC系統(tǒng)給電動(dòng)機(jī)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)指令,使皮帶向前運(yùn)動(dòng)一下,托盤向前移動(dòng)一排的距離,接著進(jìn)行第二排的雞蛋裝盤,像這樣每完成一排的雞蛋裝盤,皮帶向前運(yùn)動(dòng)一下,直到完成整盤雞蛋的裝盤。這個(gè)裝置在PLC對電動(dòng)機(jī)的控制下能很好地完成雞蛋的裝盤,并且能夠很好地實(shí)現(xiàn)雞蛋裝盤中大頭向上的要求,實(shí)現(xiàn)了雞蛋的自動(dòng)裝盤。4.2plc控制系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是連接稱重分級(jí)裝置和包裝裝置之間的重要機(jī)構(gòu),由于稱重分級(jí)裝置是單排輸送雞蛋的,但是包裝托盤又是多排一體的,所以需要設(shè)計(jì)這樣一個(gè)分流導(dǎo)向機(jī)構(gòu),滿足單排雞蛋裝盤的需要。雞蛋導(dǎo)向機(jī)構(gòu)如圖6所示。其主要硬件由吊筒、導(dǎo)向板和步進(jìn)電機(jī)組成,還需要PLC控制系統(tǒng)完成功能。工作原理是:如圖6虛線所示的4個(gè)位置,這是導(dǎo)向板運(yùn)動(dòng)的位置。其中,1為初始位置,導(dǎo)向板的另一端與步進(jìn)電機(jī)的軸連接;當(dāng)雞蛋落入導(dǎo)向板時(shí),沿著導(dǎo)向板方向,進(jìn)入吊筒1,隨后落入相對應(yīng)的托盤內(nèi);在吊筒與托盤之間的空隙布置著光電開關(guān),當(dāng)雞蛋落入托盤后,光電開關(guān)會(huì)感應(yīng)到一個(gè)信號(hào)通過,PLC系統(tǒng)會(huì)接收到這個(gè)信號(hào),并給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)動(dòng)指令,從而帶動(dòng)導(dǎo)向板轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,到達(dá)圖6中2的位置;像這樣,在PLC的控制下完成一排雞蛋的裝盤。但是在第2排裝盤的時(shí)候,順序是相反的,圖6中4的位置將會(huì)成為初始位置,然后逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度到達(dá)下個(gè)位置,直到完成第2排雞蛋的裝盤。這樣連續(xù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成雞蛋的裝盤,提高了自動(dòng)化程度,節(jié)省了時(shí)間,提高了包裝生產(chǎn)效率。5電磁鐵分級(jí)執(zhí)行裝置的運(yùn)行1)雞蛋檢測裝置利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對雞蛋外部品質(zhì)的數(shù)據(jù)采集與分析處理;裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對雞蛋的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測;通過PLC控制系統(tǒng)控制分級(jí)執(zhí)行裝置的