蜂花粉自動化篩選裝置及篩選方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于機器視覺、機械設計及自動控制技術領域，涉及一種蜂花粉自動化篩選裝置及篩選方法，具體涉及蜂花粉的給料方式、圖像處理算法、篩選方法及分選裝置。
【背景技術】
[0002]我國是蜂花粉生產和消費大國，尤其是油菜蜂花粉。2013年油菜蜂花粉的產量保持在1787噸，隨著蜂花粉需求量的增加，近年來其產量呈不斷上升趨勢。由于油菜種植面積和種植區域以及蜜蜂采集行為的隨機性等因素的制約，收獲的油菜蜂花粉中會摻雜其它蜂花粉。不同品種的蜂花粉具有不同的保健功效，因此蜂花粉的純度是保證其功效的關鍵因素。由于蜂花粉在生產、運輸和儲藏過程中會含有霉變顆粒、碎石、幼蟲體等雜質，嚴重影響商品化銷售，也需要進行除雜處理。為得到純凈的蜂花粉，目前都采用人工挑選、去雜，但是人工挑選存在效率低，標準不一等問題，因此急需要一套自動化分揀設備來代替人工。蜂花粉的分揀主要采用顏色區分法將異色粒和雜質剔除，利用機器視覺即可實現。
[0003]蜂花粉物理性狀如下:質地松軟，粒徑較小(2_4mm)，成不規則扁圓型，分散能力差，易受潮，易粘連，易破碎，休止角較大，摩擦力大。采用振動方式分散物料時，振幅和頻率不宜過大，否則蜂花粉易發生破碎和跳動，因此現有上料機構均不適合蜂花粉。
[0004]目前色選機主要有兩種形式:一種是利用高速CCD攝像機捕捉色差明顯和形狀近球形的顆粒物料，檢測效率較高，已在農產品加工領域得到廣泛應用，但色選機成本較高；另一種是色敏傳感器分選裝置，該技術利用光電轉換效應，能快速將采集到的彩色信號轉換成電信號，具有抗干擾能力強、價格低廉的特點，但是對顏色接近的顆粒物識別效果差。上述兩類色選機的應用對象主要是形狀規則、色差明顯的硬質物料;而根據蜂花粉的物理性狀，不能直接用上述裝備進行篩選。為解決上述問題，臺灣中興大學研制出了蜂花粉色選裝備，該裝備使用CCD攝像機檢測蜂花粉色澤，利用電磁閥將排列整齊的蜂花粉中異色顆粒用負壓吸出。但由于蜂花粉極易破碎，這種篩選方式會造成電磁閥吸氣管堵塞，影響色選效果，而且其較低的處理能力(約為0.68kg/h)和復雜的處理機構限制了推廣應用。
【發明內容】
[0005]為克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種針對易破碎、形狀不規則、難分散、色差不明顯的小顆粒蜂花粉的自動化篩選裝置和方法。
[0006]為達到上述技術目的，本發明提出了一種蜂花粉自動化篩選裝置，所述裝置包括自動給料模塊、分散整形模塊、視覺檢測模塊和分揀除塵模塊；
其中所述自動給料模塊主要包括儲料桶、偏心振動電機和PLC控制器，其中所述儲料桶的底部安裝有一組傾斜擋板;傾斜擋板的下方安裝有偏心振動電機;所述偏心振動電機與PLC控制器相連接；
所述傾斜擋板為4-6個，優選為4個；
所述傾斜擋板的傾斜角度與蜂花粉的干濕度相關，蜂花粉濕度越大，傾斜角度越大;所述擋板的傾斜角度從上向下依次逐漸變小，最下方擋板的傾斜角最小，近似等于蜂花粉的滑動摩擦角。
[0007]所述分散整形模塊包括直線振動器、V型槽板、輸送帶，其中多個V型槽固定于PVC板上構成V型槽板，V型槽板固定于直線振動器上，并設置在儲料桶下方;輸送帶設置在V型槽板出口處的下方；
所述V型槽板上設有限位開關，其中限位開關為2個，固定于V型槽板兩側的相對位置；所述V型槽板上還設置有帶毛刷的擋板，帶毛刷的擋板的兩末端與V型槽板兩側固定連接、且與蜂花粉傳送方向垂直，用于控制蜂花粉的厚度；
所述限位開關與PLC控制器相連接，當V型槽板中的蜂花粉達到一定量時，觸發限位開關，限位開關傳遞信號給PLC控制器，PLC控制器控制偏心振動電機停止工作；
本發明中所選用的V型槽為等腰直角三角形的亞克力板，比常用的金屬類V型槽板對蜂花粉的磨損度更小；
所述輸送帶上靠近V型槽板出口的一端安裝有多個整形條;多個整形條等長度等間距并且相互平行；
所述整形條的長度為10-25cm，優選15cm，整形條的長度和斜角與輸送帶的速度相關，輸送帶速度越大，整形條越長，它的傾斜角度越大；
所述視覺檢測模塊主要包括圖像采集裝置和圖像處理單元;所述圖像采集裝置包括光源箱、工業相機和LED光源。其中光源箱設置在輸送帶上方，光源箱的兩側設置有白色漫反射磨砂板;工業相機安裝在光源箱頂部，鏡頭部分穿過拱形黑色磨砂吸光板;所述LED光源為兩條LED光源條帶，位于光源箱底部，分別固定在輸送帶的兩側，有一定的傾斜角度。
[0008]所述LED光源的傾斜角度為30-60°，優選為45°。
[0009]其中所述圖像處理單元包括電腦和電腦內置處理軟件；所述電腦與工業相機和PLC控制器相連接。
[0010]所述分揀除塵模塊:包括噴嘴、高壓氣栗及連接管;所述噴嘴設置于與輸送帶上蜂花粉下落弧線的切線相垂直的位置;所述噴嘴與PLC控制器相連接、且與高壓氣栗通過連接管連接；
所述電腦將采集的圖像處理結果傳遞給PLC控制器，PLC控制器根據處理結果控制噴嘴的開關。
[0011]所述分揀除塵模塊還包括風刀和流量閥，所述風刀位于輸送帶正下方，并且風刀通過連接管與高壓氣栗相連接;所述風刀與高壓氣栗的連接管上設置有流量閥；
所述噴嘴包括多個；
所述分揀除塵模塊還包括消音器，消音器與高壓氣栗和噴嘴連接，用于消除高壓氣栗產生的噪音。
[0012]本發明還提供一種蜂花粉自動化篩選方法，具體包括以下幾個步驟:
(1)自動給料:儲料桶中倒入蜂花粉，通過調整偏心振動電機頻率，控制蜂花粉通過儲料桶中傾斜擋板的滑動，實現定量給料。
[0013]蜂花粉在儲料桶中最下方的擋板發生滑動需要偏心振動電機的振動來實現；當偏心振動電機停止振動時，蜂花粉在摩擦力作用下，下滑速度逐漸變慢，最后停止;通過調整偏心振動電機的振動頻率，可實時控制花粉下落速度，實現定量給料的目的。
[0014]待篩選的蜂花粉含水量在5%-8%，粒徑在2-4mm之間。
[0015](2)蜂花粉的分散整形:自動給料模塊的偏心振動電機工作時，蜂花粉從儲料桶中下落到V型槽板上;在直線振動器作用下，V型槽板傾斜一定角度，下落到V型槽板上的蜂花粉做爬升運動并均勻散開，最后下落到安裝有整形條的輸送帶上，蜂花粉經過整形條整形后，以多列、等間距形式排列整形。
[0016]其中當下落的蜂花粉達到一定量時，觸發限位開關，限位開關傳遞信號給PLC控制器，PLC控制器控制偏心振動電機停止工作，蜂花粉不再下落。
[0017]輸送帶以恒定速度運轉，其運轉速度大于蜂花粉下落速度，以保證整形后的蜂花粉沒有重疊且排列整齊。
[0018]其中，V型槽板的傾斜角度與直線振動器的振動頻率相關，直線振動器的振動頻率越大，V型槽板的傾斜角度越大；
(3)待篩選蜂花粉的視覺檢測:圖像采集單元按照預設的時間間隔進行圖像的采集，并將采集得到的圖像信息傳送到電腦，經過電腦內置圖像處理軟件halcon的處理，對蜂花粉、雜質及異物進行識別和定位計算，電腦將圖像處理結果傳遞給PLC控制器，PLC控制器根據處理結果控制偏心振動電機和噴嘴的動作。
[0019]LED光源產生的光首先照射到光源箱兩側的漫反射磨砂板上，形成散射，散射到光源箱頂部的光線在二次散射時，會導致輸送線表面反光，因此用黑色磨砂板吸收，保證輸送帶上的光線強度均勻分布。工業相機安裝在光源箱頂部，用于蜂花粉圖像的采集。圖像采集單元的工業相機進行圖像采集時間間隔與輸送帶的傳送速度相匹配(工業相機采集時間間隔等于一幅圖像的長度L與傳送帶速度V的比值(L/V));輸送帶的傳送速度是通過固定在輸送帶邊緣上等間距的金屬貼片和一個固定在輸送帶支架上的接近開關測得，通過匹配保證蜂花粉圖像采集不遺漏。
[0020](4)待篩選蜂花粉的分揀除塵:根據視覺檢測模塊得到的蜂花粉、雜質及異物位置信息，由PLC控制噴嘴的開閉動作，對相應的蜂花粉進行實時分揀處理，經分揀后的雜質(異色蜂花粉、異物等)被吹入雜質回收盒，未被吹落的蜂花粉直接落入純品盒中，實現蜂花粉的自動化篩選。
[0021 ]噴嘴響應時間等于雜質從定位處到輸送帶末端的時間、從輸送帶末端做平拋運動到噴嘴的時間以及信號傳送時間的總和。
[0022]流量閥用于控制風刀氣流的大小和壓力；風刀通過科恩達原理及其構造，可形成高強度、大氣流沖擊風幕，能及時清理遺留在輸送帶上的粉粒，保證輸送帶表面整潔。