畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-油炸食品外觀缺陷檢測(cè)與剔除系統(tǒng)--硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 油炸食品外觀缺陷檢測(cè)與剔除系統(tǒng) ---硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) HARDWARE SYSTEM DESIGNE ON THE DEUICES OF FEEDING AND ELIMINATING MATERIALS FOR THE FRIED FOOD DETECTING SYSTEM 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(機(jī)電)(實(shí)驗(yàn)班） 姓 名: 指 導(dǎo) 教 師： 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 士 論文提交日期： 學(xué)位授予單位： 天津科技大學(xué) 摘要

2、 本次設(shè)計(jì)針對(duì)油炸食品生產(chǎn)線上由于機(jī)械裝置的切割、成型、炸制過程中都有一定的可能性出現(xiàn)不規(guī)則形狀或者多次炸制炸糊的情況，通過利用三維制圖軟件繪制三維圖形，提出多種方案并按照三維圖選擇論證可行性最終搭建實(shí)物，設(shè)計(jì)制造一套關(guān)于油炸食品生產(chǎn)線的自動(dòng)檢測(cè)與剔除系統(tǒng)。其硬件系統(tǒng)主要包括： 1）振動(dòng)上料裝置：振動(dòng)上料機(jī)可以接收提升機(jī)構(gòu)傳送來的魚豆腐并且將其均勻的傳送到下一級(jí)工序，震動(dòng)上料機(jī)的選擇可以解決因?yàn)轸~豆腐在炸制后會(huì)附著一定的油，而油的粘度比較高，在魚豆腐高密度分布的時(shí)候互相之間可能產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。 2）分離排序裝置：通過振動(dòng)上料機(jī)傳送后雖然其之間的粘結(jié)會(huì)得到較好的處理，但是其分離的各個(gè)油炸食品之

3、間的排列卻屬于雜亂無序排列的。這樣的排列很不利于圖像處理，會(huì)為圖像處理過程造成很大的困難。因此，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)使經(jīng)過振動(dòng)上料機(jī)之后的油炸食品在行列之間有一定排列順序的機(jī)構(gòu)。 3）圖像采集裝置：經(jīng)過分離機(jī)構(gòu)處理的油炸食品其橫向間距和縱向間距都具有符合了一定的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)進(jìn)入圖像采集裝置進(jìn)行圖像采集，因此圖像采集裝置的設(shè)計(jì)也很重要。 4）自動(dòng)剔除裝置：目前市場(chǎng)上已經(jīng)有了很多機(jī)械可以完成剔除動(dòng)作，但是其剔除目標(biāo)各有不同，通過查閱資料，目前還沒有任何一種設(shè)計(jì)或者應(yīng)用的剔除裝置可以直接利用于油炸食品生產(chǎn)線的自動(dòng)剔除動(dòng)作，經(jīng)過圖像采集裝置之后，圖像采集裝置會(huì)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，剔除裝置的作用就是講

4、檢測(cè)到不符合工廠出廠標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，也就是殘次品進(jìn)行剔除。 每一處關(guān)鍵部分都提出至少三套方案，并通過三維仿真、干涉計(jì)算、設(shè)備調(diào)試等方法選擇最優(yōu)方案，通過實(shí)驗(yàn)證明最終選擇的方案都是切實(shí)可行的。 關(guān)鍵詞：油炸食品；排序；上料；自動(dòng)剔除 Abstract The design for the fried food production lines due to mechanical device of cutting, forming, frying process in has a certain possibility appeared

5、 irregular shape or multiple fried fried paste, by using 3D drawing software rendering 3D graphics proposed a variety of programs and in accordance with the three-dimensional map selection feasibility demonstration build real, designed and manufactured a set of fried food production line automatic m

6、easuring and eliminating system. Its hardware system mainly includes: 1) vibration feeding device: vibrating feeder can receive promotion mechanism for carrying fish bean curd, and the uniform is transmitted to the next level process, vibration feeding machine selection can be resolved because the

7、fish tofu in fried system was attached to the oil, and the viscosity of the oil is relatively high, in fish, tofu, high density distribution of the time between each other may bond phenomenon. 2) separation and sorting device: through vibration feeder transport although the bond will get better tre

8、atment, but the separation of the various fried arrangement between food are disorderly arranged. Such arrangement is not conducive to image processing, will cause a lot of difficulties for the image processing process. Therefore, we need to design an organization that makes the deep fried food afte

9、r the vibration feeding machine in order to have some order of order.. 3) image acquisition device: after separating mechanism processing fried food, the horizontal and vertical spacing has met certain criteria, this time to enter the image acquisition device for image acquisition, so the design of

10、 the image acquisition device is also very important. 4) automatic rejecting device: at present on the market have a lot of machinery can complete eliminating, but eliminate the goal are different, through access to information, there is no any design or application of eliminating device can direct

11、 use of fried food production line, automatic elimination action. After image acquisition device and image acquisition device will to carry on processing to the collected image, and removing apparatus function is detected products that do not meet the factory standard, also is defective products are

12、 eliminated. Every key part are proposed at least three sets of solutions, and through 3D simulation and interference calculation, equipment debugging etc. methods choose optimal scheme. Experiments prove that the final scheme is feasible. 第一章 緒論 第一節(jié) 選題背景及研

13、究意義 民以食為天，而在中華文明五千年的歷史長(zhǎng)河中，各種油炸食品占據(jù)了中華美食中的很大一部分，受到了各個(gè)年齡段的人們的喜愛。在生活水平不斷提高的今天，人們對(duì)自身健康和食品安全的重視程度也不斷提高，而因?yàn)槭称返馁|(zhì)量安全而造成的事件卻總是發(fā)生，因此提高油炸食品的質(zhì)量安全的重要性不言而喻。在油炸食品的炸制的過程中，不合格品剔除是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。而且，不合格品的出廠不僅僅會(huì)影響到企業(yè)形象，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)造成很大的影響，嚴(yán)重著甚至?xí)绊懙较M(fèi)者的身體健康乃至生命安全。因此，高效準(zhǔn)確的完成對(duì)油炸食品生產(chǎn)線的不合格品的剔除，是每一個(gè)食品生產(chǎn)線上必須完成的艱巨任務(wù)。 在油炸食品的生產(chǎn)過程中，由

14、于機(jī)械裝置的切割、成型、炸制過程中都有一定的可能性出現(xiàn)不規(guī)則形狀或者多次炸制炸糊的情況。國(guó)內(nèi)食品生產(chǎn)線中對(duì)于油炸食品的不合格品的剔除主要還是依靠工人依靠其個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)挑選出其直觀上認(rèn)為的顏色或者外形不合格的產(chǎn)品，沒有一個(gè)統(tǒng)一的度量。 圖1-1-1 實(shí)際生產(chǎn)中目前主要為人工剔除 并且，人工檢測(cè)容易造成污染，生產(chǎn)線上的工人不能保證時(shí)刻都是精神高度集中狀態(tài)，特別是在連續(xù)工作和高產(chǎn)率工作時(shí)，這樣的缺點(diǎn)會(huì)變得更加突出。這對(duì)剔除不合格品的效率和質(zhì)量都不能作出很好的保障，很有可能對(duì)企業(yè)形象和經(jīng)濟(jì)利益造成不可估量的影響。 為此，本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)上述問

15、題，著重處理了食品生產(chǎn)線的不合格品的自動(dòng)剔除 ，可以對(duì)整個(gè)油炸食品生產(chǎn)行業(yè)產(chǎn)生重要的推動(dòng)作用，所以本課題研究的成功將對(duì)該行業(yè)產(chǎn)生重大推動(dòng)作用，并且本次設(shè)計(jì)可應(yīng)用與其他類似行業(yè)，基本原理互通。 第二節(jié) 油炸殘次品自動(dòng)檢測(cè)剔除系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)不斷的被人類發(fā)掘，很多都是根據(jù)人類或者其他動(dòng)物的行為得到靈感并且仿制出可以完成相同功能的設(shè)計(jì)創(chuàng)造。我們一般稱之為仿生學(xué)。本次設(shè)計(jì)中涉及到的機(jī)器視覺便是仿生學(xué)中非常重要的一個(gè)部分。通俗的解釋機(jī)器視覺，就是通過攝像頭完成人類眼睛完成的任務(wù)，然后將采集到的信號(hào)通過計(jì)算機(jī)的處理（模仿人類大腦）再通過單片機(jī)

16、等控制機(jī)械動(dòng)作模仿人類的實(shí)踐活動(dòng)。 1） 國(guó)際食品工業(yè)概況： 早在上世紀(jì)九十年代初一些發(fā)達(dá)國(guó)家的食品加工企業(yè)的食品原料加工率就達(dá)到了百分之七十以上，甚至有些國(guó)家在那個(gè)時(shí)代便達(dá)到了百分之九十二，在相同時(shí)代，我國(guó)以及一些其他的發(fā)展中國(guó)家對(duì)食品加工的原料利用率僅僅做到百分之二十到百分之三十[1]。即使經(jīng)過近年來國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)和科技水平快速的發(fā)展，我們與一些發(fā)達(dá)國(guó)家的差距依然不可忽視。一些發(fā)達(dá)國(guó)家的食品機(jī)械工業(yè)的食品機(jī)械早已發(fā)展了一套很成熟的體系，成為整個(gè)機(jī)械工業(yè)中很重要的部門。產(chǎn)品品種齊全，工業(yè)化食品加工設(shè)備在高度機(jī)械化之后，其產(chǎn)值大大提高，并且不斷應(yīng)用新的原理，新的技術(shù)，新的工藝以及新的材料，產(chǎn)品質(zhì)量

17、比較高，生產(chǎn)系統(tǒng)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的程度很高。在發(fā)達(dá)國(guó)家，食品機(jī)械對(duì)于原料利用率是很高的，早在上世紀(jì)末期，美國(guó)的淀粉糖制造設(shè)備就已經(jīng)可以完成無廢氣、無廢料、無廢渣和無環(huán)境污染的要求。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，1982年的法國(guó)、日本、美國(guó)的全員勞動(dòng)生產(chǎn)率（一年內(nèi)創(chuàng)造勞動(dòng)的價(jià)值與勞動(dòng)消耗的比值）分別為22.5萬法郎/人/年、1503萬日元/人/年和71091美元/人/年發(fā)達(dá)國(guó)家的食品機(jī)械出口比例比發(fā)展中國(guó)家大許多，日本的出口額為其生產(chǎn)總值的百分之五十進(jìn)口額更是達(dá)到百分之七十二，法國(guó)為一半左右[1]。而這些數(shù)據(jù)都是上世紀(jì)九十年代統(tǒng)計(jì)的，現(xiàn)代科技日新月異，早在三十年前食品機(jī)械就有如此重要的地位，現(xiàn)在起重要性更是

18、不言而喻。 2） 現(xiàn)存類似機(jī)構(gòu)的概況：自動(dòng)檢測(cè)和剔除裝置是自動(dòng)機(jī)械領(lǐng)域中非常重要并且不容忽視的組成部分，現(xiàn)有的剔除機(jī)構(gòu)都具有一定的共同點(diǎn)，一般為集機(jī)、氣、電控制一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)。依靠自電和氣的控制很靈敏這一特點(diǎn)制作而成的。如圖1-2-1[2]，多應(yīng)用于一些單軌道的自動(dòng)剔除裝置。使用凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，令氣缸充氣，推動(dòng)活塞，橫向的將檢測(cè)到需要剔除的產(chǎn)品踢出軌道。圖1-2-2{3}為煙草行業(yè)的自動(dòng)剔除裝置，其一般為采用高速電磁閥組和噴氣式的噴嘴組成，利用CCD攝像機(jī)檢測(cè)，僅僅使用三十毫秒就可以完成噴射高壓空氣打掉異物，僅僅1.8米的皮帶上就有足足192個(gè)電磁閥但是這種剔除機(jī)構(gòu)的剔除方式比較特別，只能剔

19、除比較輕的異物，并且造價(jià)高昂，無法大面積的進(jìn)行推廣。如圖1-2-3[4]電子插接件的次品自動(dòng)剔除裝置。該檢測(cè)系統(tǒng)主要是有工業(yè)相機(jī)、PLC控制器、自動(dòng)送料排序裝置、工控機(jī)。電磁閥、剔除裝置。輔助工作臺(tái)和視覺檢測(cè)軟件等部分組成。主要剔除裝置由支架、滑道、聯(lián)軸器、傳送帶、電動(dòng)機(jī)、光電傳感器、空氣壓縮機(jī)等部分組成。與圖1-2-1類似。本方法主要是利用氣動(dòng)推桿伸出完成剔除次品插接件的目的。使用PLC控制剔除機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，雖然在速度和準(zhǔn)確性上都有了一定的保障，但是PLC本身價(jià)格比較貴，如果多加研究，依靠51單片機(jī)就可以完成其相應(yīng)的功能。 圖1-2-1：推桿式自動(dòng)剔除裝置 圖1-2-2：煙草行業(yè)的

20、自動(dòng)剔除裝置 圖1-2-3：電子插接件不合格品剔除裝置的PLC控制圖 第三節(jié): 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 通過查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，尋找合適的設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)思路。通過Standardization Theory and Method of Top Design for Products[5]了解到如何全面規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)象，利用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)內(nèi)容。為此的整體的設(shè)計(jì)方法提供了非?？煽康慕ㄗh。通過一些類似的已有的設(shè)計(jì)成品或者設(shè)計(jì)理論尋找并選擇匹配適合于本次目標(biāo)的方法。雖然很多設(shè)計(jì)的內(nèi)容與本次設(shè)計(jì)都不相同，但是其設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法都為本次設(shè)計(jì)提

21、供了很大的靈感。例如自動(dòng)剔除異?；ǜ蛟O(shè)備的研制[6]，這種設(shè)備的工作原理是利用敲擊正?；ǜ蚺c敲擊不可食用的（即需要剔除的）花蛤時(shí)所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的差異，利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)剔除異?；ǜ虻脑O(shè)備，其選擇鑒別正常產(chǎn)品與不合格產(chǎn)品的方式非常獨(dú)特。一種塑料蓋理蓋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[7],它是針對(duì)目前使用廣泛的塑料瓶瓶蓋的自動(dòng)理蓋系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1-3-1，利用軌道上的半個(gè)缺口部分，使瓶蓋朝向向下的依靠重力自動(dòng)掉入收集箱，雖然沒有利用非常復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但是依然可以完成計(jì)劃的工作任務(wù)。其設(shè)計(jì)之巧妙讓人嘆為觀止。即使本次設(shè)計(jì)沒有用到這些方法，但是其創(chuàng)新性的想法為我們提供了一個(gè)很好的設(shè)計(jì)靈感。

22、 圖1-3-1：塑料蓋理蓋系統(tǒng)示意圖 油炸食品的種類非常多，不同的油炸食品之間區(qū)別很大，他們外形尺寸，力學(xué)特點(diǎn)等都不盡相同，此次以油炸魚豆腐為研究對(duì)象，此次以油炸食品生產(chǎn)線上的魚豆腐產(chǎn)量400kg/h為目標(biāo)任務(wù)，以油炸魚豆腐的形狀尺寸等特點(diǎn)，與實(shí)際生產(chǎn)工作要求為基準(zhǔn)，利用圖像處理技術(shù)檢測(cè)產(chǎn)品的合格與否，對(duì)油炸食品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)剔除動(dòng)作，其主要研究的是從直接振動(dòng)上料一直到最終的剔除系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，整個(gè)研究過程如圖1-3-2所示： 圖1-3-2 研究工作流程圖 主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容分為4個(gè)部分，分別為以下四點(diǎn)： 1）振動(dòng)上料裝置：振動(dòng)上料機(jī)可以接收提升機(jī)構(gòu)傳送來的魚豆腐并且

23、將其均勻的傳送到下一級(jí)工序，震動(dòng)上料機(jī)的選擇可以解決因?yàn)轸~豆腐在炸制后會(huì)附著一定的油，而油的粘度比較高，在魚豆腐高密度分布的時(shí)候互相之間可能產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。 2）分離排序裝置：通過振動(dòng)上料機(jī)傳送后雖然其之間的粘結(jié)會(huì)得到較好的處理，但是其分離的各個(gè)油炸食品之間的排列卻屬于雜亂無序排列的，這樣的排列很不利于圖像采集和圖像處理工作。因此，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)使經(jīng)過振動(dòng)上料機(jī)之后的油炸食品在行列之間有一定排列順序的機(jī)構(gòu)。 3）圖像采集裝置：經(jīng)過分離機(jī)構(gòu)處理的油炸食品其橫向間距和縱向間距都具有符合了一定的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)進(jìn)入圖像采集裝置進(jìn)行圖像采集，因此圖像采集裝置的設(shè)計(jì)也很重要。 4）自動(dòng)剔除裝置：目前市場(chǎng)

24、上已經(jīng)有了很多機(jī)械可以完成剔除動(dòng)作，但是其剔除目標(biāo)各有不同，通過查閱資料，目前還沒有任何一種設(shè)計(jì)或者應(yīng)用的剔除裝置可以直接利用于油炸食品生產(chǎn)線的自動(dòng)剔除動(dòng)作，經(jīng)過圖像采集裝置之后，圖像采集裝置會(huì)對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，剔除裝置的作用就是講檢測(cè)到不符合工廠出廠標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，也就是殘次品進(jìn)行剔除。 第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 第一節(jié)：測(cè)量總體及方法描述 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一套關(guān)于油炸食品生產(chǎn)線上應(yīng)用于不合格產(chǎn)品的自動(dòng)檢測(cè)與剔除系統(tǒng)，利用機(jī)械系統(tǒng)代替人工對(duì)油炸食品的檢測(cè)與剔除。要完成包括上料、自動(dòng)排序、圖像檢測(cè)、圖像處理、信號(hào)傳遞和自動(dòng)剔除動(dòng)作，其總體體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2-1所示。

25、 光電傳感器 相機(jī) 單片機(jī) PC機(jī) 剔除裝置 第二級(jí)傳送帶 分行裝置 第一級(jí)傳送帶 振動(dòng)上料裝置 圖2-1 自動(dòng)檢測(cè)剔除系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 油炸食品檢測(cè)剔除系統(tǒng)是將生產(chǎn)線上炸制完畢的產(chǎn)品送入振動(dòng)上料機(jī)中，通過振動(dòng)把原本有可能粘粘在一起的油炸食品（本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)魚豆腐）分離并且送至排序裝置上，排序裝置分為分行和分列兩個(gè)部分，第一部分分行裝置安裝在低速傳送帶上，經(jīng)過處理后的油炸食品落入高速傳送帶，利用兩種傳送帶之間的速度差，將緊密排列的產(chǎn)品分離，完成分列工作，在第二級(jí)傳送帶上安裝有對(duì)射式光電傳

26、感器和圖像采集裝置，當(dāng)有產(chǎn)品通過時(shí)，觸發(fā)對(duì)射式傳感器發(fā)送信號(hào)給攝像機(jī)，進(jìn)行圖像采集工作，并且在計(jì)算機(jī)中對(duì)采集到的圖像進(jìn)行圖像處理，合格的產(chǎn)品相應(yīng)軌道的剔除裝置不動(dòng)作，當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)出有產(chǎn)品不合格時(shí)，會(huì)發(fā)出信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)控制剔除機(jī)構(gòu)動(dòng)作，剔除機(jī)構(gòu)通過電磁鐵的伸縮動(dòng)作改變軌道達(dá)成剔除效果。工作流程如圖2-2所示。 第二節(jié)：系統(tǒng)軟件概論 油炸食品的質(zhì)量檢測(cè)過程中，主要是運(yùn)用了機(jī)器視覺技術(shù)，通過彩色攝像機(jī)對(duì)產(chǎn)品拍攝得到的圖像，獲取產(chǎn)品的形狀特征和顏色特征，通過采集到的這兩種特征與合格產(chǎn)品進(jìn)行比較得到判斷。如果判斷產(chǎn)品合格

27、不動(dòng)作，如果判斷出產(chǎn)品不符合要求則發(fā)出剔除信號(hào)，由下位機(jī)動(dòng)作，完成剔除，系統(tǒng)軟件工作流程如圖2-2所示： 是 否 裝箱 剔除不合格品 合格？ 單片機(jī) 特征檢測(cè) 圖像預(yù)處理 是 否 上料 打開檢測(cè)系統(tǒng) 正常？ 系統(tǒng)停止 自檢 圖像采集 圖2-2 系統(tǒng)軟件工作流程圖 第三節(jié)：系統(tǒng)硬件概論 硬件系統(tǒng)包括：振動(dòng)上料裝置、排序裝置、圖像采集裝置及剔除裝置，各個(gè)機(jī)構(gòu)主要功能如下 （1）振動(dòng)上料裝置：因?yàn)橛驼ㄊ称菲毡榫哂幸欢ǖ恼承?，在?/p>

28、動(dòng)過程中可能會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品上殘余的油量粘滯，甚至有可能會(huì)卡在傳送的軌道上，從而影響系統(tǒng)的正常工作，而振動(dòng)上料裝置正好適用于這種情況，并且可以令油炸食品之間比較少粘連的進(jìn)入下一道工序，為下一道工序提供更好的工作環(huán)境。 （2）排序裝置：將上一道工序振動(dòng)上料機(jī)傳送過來的原本排列緊密的產(chǎn)品分離一段距離，使緊密分布的待檢產(chǎn)品在自動(dòng)排序裝置上呈現(xiàn)相互之間有一定固定距離的排列分布，為下一道工序的圖像采集和處理提供良好的基礎(chǔ)。 （3）圖像采集裝置：包含工業(yè)相機(jī)、傳感器、無影光源和輔助電源，通過傳感器觸發(fā)圖像采集裝置采集圖像供給上位機(jī)進(jìn)行圖像處理。無影光源可以提供照相機(jī)在圖像采集過程中可以更清晰的采集圖像。為圖

29、像處理環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)。 （4）殘次品剔除裝置：在接收到上位機(jī)發(fā)出的剔除信號(hào)時(shí)，剔除裝置能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)作，保留符合條件的產(chǎn)品、剔除不合格的產(chǎn)品。 油炸食品自動(dòng)檢測(cè)與剔除機(jī)構(gòu)硬件部分構(gòu)圖初步構(gòu)想如下圖所示： 1. 震動(dòng)上料機(jī) 2.排序裝置 3.過度板 4。低速傳送帶 5.高速傳送帶 6.剔除裝置 2-3-1油炸食品檢測(cè)剔除系統(tǒng)初步構(gòu)想圖 第三章：機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第一節(jié)：震動(dòng)上料機(jī)的選擇 1 振動(dòng)上料機(jī)的功能要求 本次設(shè)計(jì)要求振動(dòng)上料機(jī)可以接收提升機(jī)構(gòu)傳送來的魚豆腐并且將其均勻的傳送到下一級(jí)工序，因?yàn)轸~豆腐在炸制后會(huì)附著一定的油，而油的粘度

30、比較高，在魚豆腐高密度分布的時(shí)候互相之間可能產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象。在炸制過程中，由于炸制工藝等原因，少量魚豆腐之間也會(huì)產(chǎn)生不同程度的粘結(jié)。振動(dòng)上料機(jī)可以避免因?yàn)橛驼ㄊ称纷陨碚扯榷a(chǎn)生的堵塞通道、產(chǎn)品之間相互粘接的情況，我們需要根據(jù)實(shí)際工作產(chǎn)能要求完成一定的工作量，從而應(yīng)該選擇相應(yīng)功率大的振動(dòng)上料機(jī)。 2 振動(dòng)上料機(jī)的型號(hào)選擇 本次設(shè)計(jì)需要的振動(dòng)上料機(jī)不需要單獨(dú)制作，那樣的制作成本非常之高，決定直接購(gòu)買現(xiàn)有的相適應(yīng)的型號(hào)。目前市場(chǎng)上振動(dòng)上料機(jī)的種類有很多，其工作方式與工作特點(diǎn)也大有不同，本次設(shè)計(jì)目的是適應(yīng)實(shí)際工作需要，如果振動(dòng)上料機(jī)的功率過大，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)浪費(fèi)的問題，一是成本會(huì)有相應(yīng)的提高，功率

31、大的上料機(jī)自然比功率小的上料機(jī)貴。二是使用時(shí)的能源浪費(fèi)，不符合企業(yè)追求利潤(rùn)的基本要求，如果振動(dòng)上料機(jī)的功率過小，又無法滿足實(shí)際工作需要，減小實(shí)際工作產(chǎn)能，自然是不可選的。 目前市場(chǎng)上的振動(dòng)上料機(jī)有主要有一下幾種： GZV系列微型電磁振動(dòng)給料機(jī) 這種電磁振動(dòng)給料機(jī)具有體積小、耗電小、總體質(zhì)量比較輕、可以調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和幅度等優(yōu)勢(shì)，可以自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度。目前這種電磁振動(dòng)給料機(jī)廣泛應(yīng)用各個(gè)行業(yè)，究其工作特性分類適用于顆粒狀或者粉末狀的配料或者自動(dòng)包裝等工序。 電

32、磁振動(dòng)給料機(jī) 特點(diǎn)；比較適合應(yīng)用于非粘結(jié)性（非油炸）的物料 ZSW型振動(dòng)給料機(jī) 特點(diǎn)：具有粗篩分功能的機(jī)械振動(dòng)式給料機(jī)械設(shè)備、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠廣泛運(yùn)用于選礦、化學(xué)工業(yè)中碎石等設(shè)備中。 通過比較選擇根據(jù)GZV電磁振動(dòng)給料機(jī)具有體積小、耗電小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、總體質(zhì)量比較輕、可以調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和幅度等優(yōu)點(diǎn)，可以通過控制箱實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)振動(dòng)幅度和頻率等優(yōu)點(diǎn)，選擇GZV電磁振動(dòng)給料機(jī)。 其三維圖如圖3-1所示： 圖3-1 電磁振動(dòng)給料機(jī)三維圖 第二節(jié)：油炸食品排序機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 油炸食品完成炸制工序

33、之后會(huì)被提升機(jī)運(yùn)出。通過振動(dòng)上料機(jī)傳送后雖然其之間的粘結(jié)會(huì)得到較好的處理，但是其分離的各個(gè)油炸食品之間的排列卻屬于雜亂無序排列的。這樣的排列很不利于圖像采集和圖像處理工作。因此，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)使經(jīng)過振動(dòng)上料機(jī)之后的油炸食品在行列之間有一定排列順序的機(jī)構(gòu)。 如上文所述，本機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)目的在于使油炸食品在進(jìn)入圖像采集系統(tǒng)之間其各自呈現(xiàn)有一定規(guī)律的排布。在使之排列有序的同時(shí)，我們也可以完成上料的動(dòng)作。排序機(jī)構(gòu)工作效果與后續(xù)的圖像采集工作的難度密切相關(guān)，因此，排序機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)非常重要。 為了使在圖像采集和處理環(huán)節(jié)得到的油炸食品分布有序，本次設(shè)計(jì)分別從分行和分列兩個(gè)方向來排列油炸食品之間的順序

34、。首先介紹分列機(jī)構(gòu)。 振動(dòng)上料機(jī)將油炸食品傳送至第一段傳送帶，通過分行機(jī)構(gòu)所形成的“通道”時(shí)，每一列“通道”的寬度僅為1.41倍標(biāo)準(zhǔn)油炸食品的最大尺寸，這樣可以避免同一通道內(nèi)同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)產(chǎn)品，“通道”寬度不設(shè)置很寬的同時(shí)也可以避免有兩個(gè)油炸食品卡在”通道“內(nèi)，從而阻礙后續(xù)產(chǎn)品的傳輸，通過實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)證明這樣的寬度限制是實(shí)際可行的。分列機(jī)構(gòu)如圖3-2-1所示 圖3-2-1 分列機(jī)構(gòu) 進(jìn)過此分列機(jī)構(gòu)后，每一個(gè)“通道”內(nèi)僅有一列產(chǎn)品，但是同一列內(nèi)的不同產(chǎn)品之間距離仍然非常精密，在圖像處理環(huán)節(jié)要求最好每次處理僅處理某一確定區(qū)域之內(nèi)的產(chǎn)品，同一列應(yīng)該只有一粒產(chǎn)品，從而達(dá)到甄別好壞進(jìn)而發(fā)

35、出信號(hào)。因此如果一次圖像采集在同一列中采集到兩個(gè)油炸食品圖像，如果兩個(gè)油炸食品的質(zhì)量不同，會(huì)給圖像處理造成巨大的困難。因此，在下文中會(huì)介紹分行機(jī)構(gòu)。 設(shè)計(jì)分行機(jī)構(gòu)的目的是使原本在某一行內(nèi)緊密排列的油炸食品之間的距離拉大。本次設(shè)計(jì)采用的方法是利用二級(jí)傳送帶的速度差使一列中的油炸食品之間的距離增大。其工作原理是當(dāng)油炸食品通過第一級(jí)傳送帶后進(jìn)入第二季傳送帶，由于兩級(jí)傳送帶之間的速度不同，第二級(jí)傳送帶的速度比第一級(jí)傳送帶的傳送速度快，原本緊密排布的油炸食品由慢的速度掉入快速傳動(dòng)的高速傳送帶從而彼此之間產(chǎn)生一定的間距。分離機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-2-2所示 圖3-2-2二級(jí)傳送帶

36、通過炸制后的油炸食品通過以上所述的分離機(jī)構(gòu)之后，彼此之間的距離已經(jīng)拉開，原本雜亂密集無章的情況將會(huì)消失，為之后通過圖像的采集處理裝置做好了準(zhǔn)備。確定了排序機(jī)構(gòu)的工作原理后，下面進(jìn)行分列機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是應(yīng)用與實(shí)際操作中，因此各項(xiàng)數(shù)據(jù)都應(yīng)該與實(shí)際生產(chǎn)線的工作情況相符合。表3-2-1是實(shí)際油炸食品生產(chǎn)線中魚豆腐生產(chǎn)的生產(chǎn)指標(biāo)。 生產(chǎn)指標(biāo) 單位產(chǎn)量(kg/h) 魚豆腐邊長(zhǎng)(m) 魚豆腐單位重量(kg) 具體數(shù)值 400 0.025×0.025×0.025 0.02 表3-2-1 由表可知，標(biāo)準(zhǔn)尺寸的魚豆腐為25cmX25cm，為了保證在分列機(jī)構(gòu)中每一列都不存

37、在橫向中同時(shí)存在兩個(gè)魚豆腐的情況，設(shè)置兩片分列機(jī)構(gòu)之間的距離為40cm，油炸食品生產(chǎn)線的單位產(chǎn)量為400kg每小時(shí)。根據(jù)每個(gè)魚豆腐的單位質(zhì)量為0.02kg，每小時(shí)生產(chǎn)400千克，則每小時(shí)生產(chǎn)的魚豆腐應(yīng)該在20000個(gè)左右。魚豆腐是通過人工操作放入油炸池內(nèi)。根據(jù)實(shí)際情況，工人約三十秒會(huì)倒入一批魚豆腐，則每次倒入魚豆腐的個(gè)數(shù)x為： X=20000*30/3600=166(枚） 魚豆腐的邊長(zhǎng)為0.025m，則魚豆腐的單面面積s為： S=0.025*0.025=0.000625（m2) 從而在30秒內(nèi)生產(chǎn)的魚豆腐所占最小的總面積為S1 S1=0.000625*166=0.104(m2) 在

38、設(shè)計(jì)分列機(jī)構(gòu)中，應(yīng)該滿足單位時(shí)間內(nèi)傳送帶所走的總面積大于實(shí)際需要傳送的魚豆腐總面積，已定傳送帶的寬度為0.2m。因此在這里算出一級(jí)傳送帶的速度V V=0.104/30/0.2=0.017(m/s) 考慮到魚豆腐在傳送到第一級(jí)傳送帶時(shí)其各自之間還有一定的間隙，最終決定將第一級(jí)傳送帶的最小傳送速度定為0.03m/s。為了達(dá)到分離同一列之間的魚豆腐之間的距離，并且兩粒魚豆腐之間最小間隙應(yīng)該大于一個(gè)魚豆腐的尺寸，故第二級(jí)傳送帶的傳送速度應(yīng)該至少為第一級(jí)傳送速度的3倍。故定第二級(jí)傳送帶的傳送速度為0.09m/s。 在傳送帶中軸軸的直徑是可以自主選擇的，因此下面進(jìn)行主動(dòng)軸的扭矩彎矩計(jì)算： 首先，由

39、軸的受力大小以及受力點(diǎn)畫出其受力圖，根據(jù)受力點(diǎn)等作圖3-2-3 圖3-2-3 軸的受力簡(jiǎn)圖 由受力分析可知： 式3-2-1 式3-2-2 將mg=98N，Q=755N代入可以得到： 彎矩圖如圖3-2-4所示。 圖3-2-4 彎矩圖 根據(jù)扭矩畫出相應(yīng)的扭矩圖如圖3-2-5所示。 圖3-2-5 扭矩圖 下面對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，在校核過程中，只校

40、核具有最大扭矩和彎矩的截面的強(qiáng)度。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中軸的轉(zhuǎn)向的單向的，查閱資料[14]得，計(jì)算軸的應(yīng)力為： 式3-2-3 式中 M—總彎矩()； W—抗彎截面系數(shù)()； —扭矩()； 根據(jù)實(shí)際情況選定以45鋼為軸的材料，表查得。因?yàn)?，所以此軸符合要求。 在軸的兩端是軸承，它受到徑向力很小，更多的受軸向力，根據(jù)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)可知選擇深溝球軸承是符合要求的。由上文可知州的尺寸，查書得可以選擇深溝球軸承6202。 現(xiàn)在計(jì)算軸承的壽命，由書得公式： 式3-2-4

41、 式中 —軸承壽命(h)； —軸承的基本額定動(dòng)載荷，根據(jù)查表得C=7.65kN； —軸的轉(zhuǎn)速()； ft—溫度系數(shù)，此處取ft=1.0 —當(dāng)量動(dòng)載荷(N)； —深溝球軸承； 根據(jù)實(shí)際要求，選擇使用時(shí)間，取軸的轉(zhuǎn)速n=50r/min。 根據(jù)實(shí)際情況，軸承主要受軸向力作用，徑向力很小，查書的徑向力Fa可忽略，此時(shí)： 軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷公式為： 式3-2-5 其中，為載荷系數(shù)；

42、為徑向載荷；； ； 則： 由于，因此本處校核軸2的壽命。 ， 故所選的軸承滿足要求。 在實(shí)際的試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)魚豆腐在通過一級(jí)傳送帶進(jìn)入二級(jí)傳送帶的過程中，存在一個(gè)過度的問題。本次設(shè)計(jì)共提出兩種方案。 方案一：兩級(jí)傳送帶平行放置，此時(shí)存在兩個(gè)傳送帶之間存在間隙的情況，采用過渡板的方式傳送。如圖3-2-6所示 圖3-2-6：方案一過渡裝置示意圖 在實(shí)驗(yàn)過程中，安裝圖示裝置時(shí)有三個(gè)困難，第一：圖示過渡板很難同時(shí)與兩邊的傳送帶之間無間隙連接。第二，因?yàn)檫^渡板本身表面具有一定的摩擦力，魚豆腐無法直接通過過渡板，即使在后續(xù)的魚豆腐的推力下

43、也會(huì)出現(xiàn)卡滯的情況。第三，因?yàn)閮蓚€(gè)傳送帶都有電機(jī)傳動(dòng)，兩級(jí)傳送帶分別在兩個(gè)機(jī)構(gòu)上，這樣的連接板不方便安裝。 方案二：如示意圖3-2-7所示，兩級(jí)傳送帶之間形成一定的高度差，通過過渡板時(shí)依靠的高度差過小時(shí)，過渡板的角度比較小，憑借魚豆腐自身的重量無法滑落，依然有可能會(huì)造成卡頓的情況。當(dāng)兩級(jí)傳送帶之間的距離過大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)魚豆腐向前翻滾的情況，由于不同的魚豆腐翻滾情況也不相同，會(huì)造成二級(jí)傳送帶無法完成實(shí)驗(yàn)效果的現(xiàn)象。 圖3-2-7 兩級(jí)傳送帶之間有一定高度差 通過多次實(shí)驗(yàn)，將兩級(jí)傳送帶之間的高度差定為20mm時(shí)可以同時(shí)避免以上所述的兩種情況的發(fā)生。并且這樣的高度差可以造成單粒魚豆腐在

44、上面不會(huì)直接滑落至高速傳送帶，需要后續(xù)產(chǎn)品給在過渡裝置上的魚豆腐一個(gè)推力從而進(jìn)入高速傳送帶。從而可以進(jìn)一步提高分行機(jī)構(gòu)的工作效果。排序機(jī)構(gòu)三維圖如圖3-2-8所示 圖3-2-8排序機(jī)構(gòu)三維圖 第三節(jié) 圖像采集裝置機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 經(jīng)過分離機(jī)構(gòu)處理的油炸食品其橫向間距和縱向間距都具有符合了一定的標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)進(jìn)入圖像采集裝置進(jìn)行圖像采集。圖像采集裝置主要分成兩個(gè)部分，其一是傳感器部分，其二圖像采集部分。首先介紹傳感器部分。 傳感器的主要功能是當(dāng)有油炸食品通過特定的位置時(shí)，傳感器會(huì)檢測(cè)到信號(hào)，并且控制照相機(jī)進(jìn)行拍照工作。按照檢測(cè)方式的不同光電傳感器分為對(duì)射型和反射型。初步計(jì)劃使用反射型傳感

45、器，如圖3-3-1所示 圖3-3-1 反射式傳感器 目前比較常見的圖像傳感器有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor-互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)和CCD（Charge Coupled Device-電荷耦合器件）[8][9][10]兩種。這兩種圖象傳感器的共同點(diǎn)在于他們倆都是利用感光二極管可以進(jìn)行進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的特征工作。他們的不同點(diǎn)是他們具有不同的數(shù)據(jù)傳送方式。其中CCD屬于單一的感光器其靈敏度和分辨率都比較高、噪聲小、功耗較高并且具有比較高的成本。而CMOS圖像傳感器靈敏度低、分辨率小、功耗也小，具有一定的噪聲。主要是成本也相對(duì)低廉。雖

46、然在文獻(xiàn)中查知CMOS的缺點(diǎn)比較多，但是時(shí)代在進(jìn)步，CMOS傳感技術(shù)也一直在不斷的發(fā)展，精度等各方面水平在不斷的提高，CCD和CMOS之間的差距在逐漸被拉進(jìn)。 在實(shí)際使用的過程中，發(fā)現(xiàn)使用漫反射式傳感器時(shí)，僅在離傳感器比較近的兩到三個(gè)軌道時(shí)會(huì)觸發(fā)傳感器，如果在距離比較近的地方?jīng)]有產(chǎn)品通過，在比較遠(yuǎn)的軌道通過產(chǎn)品時(shí)將不會(huì)觸發(fā)傳感器，從而會(huì)導(dǎo)致在距離傳感器比較近的軌道沒有產(chǎn)品，而在同一行的比較遠(yuǎn)的軌道有需要剔除的產(chǎn)品的時(shí)候不會(huì)觸發(fā)圖像采集裝置，此時(shí)自然也就不會(huì)剔除距離比較遠(yuǎn)的殘次品。因此反射式的傳感器在無法按照計(jì)劃完成任務(wù)。此時(shí)將傳感器改為對(duì)射式傳感器。相比較反射式傳感式傳感器，對(duì)射式傳感器具有

47、抗干擾能力強(qiáng)，光源可見，在同一行中只要出現(xiàn)任意產(chǎn)品就可以觸發(fā)傳感器。傳感器工作原理如下：在沒有產(chǎn)品通過時(shí)，光電傳感器無法檢測(cè)到信號(hào)，此時(shí)光電傳感器處于高電平裝袋。只有當(dāng)產(chǎn)品擋住對(duì)射式傳感器時(shí)，傳感器會(huì)由高電平狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低電平狀態(tài)。我們將傳感器與單片機(jī)通過P2.0端口連接。將相機(jī)觸發(fā)的信號(hào)線與P2.5端口連接。按照以下圖3-3-2所示方法連接，當(dāng)傳感器采集到信號(hào)之后，可以通過單片機(jī)控制照相機(jī)采集圖像。所購(gòu)買安裝的傳感器如圖3-3-3所示 圖3-3-2單片機(jī)光電傳感器的接線圖 圖3-3-3 對(duì)射式傳感器工作原理 在完成傳感器觸發(fā)過程后，就到了圖像采集裝置的設(shè)計(jì)。圖像采集裝

48、置主要包括三個(gè)部分。分別為相機(jī)、鏡頭和光源。 相機(jī)的選擇需要考慮到需要采集到數(shù)據(jù)的范圍、工作距離和采購(gòu)成本等問題。本次設(shè)計(jì)需要的采集的面積即采集數(shù)據(jù)范圍為400mm*300mm?？紤]到鏡頭本身也具有其尺寸，我們將工作距離定在350mm。在相機(jī)的選擇過程中，主要有兩種大類的相機(jī)可以供選擇。其中線陣相機(jī)目前更多的應(yīng)用于工業(yè)、科研、安全領(lǐng)域或者醫(yī)療領(lǐng)域中的圖像處理，和面陣相機(jī)相比較，他是通過高頻率和高分辨率的掃描產(chǎn)生圖像。一般檢測(cè)連續(xù)勻速運(yùn)動(dòng)的物體，利用連續(xù)掃描從而達(dá)到對(duì)整個(gè)平面均勻檢測(cè)的目的。其分辨率比較高，可以達(dá)到um級(jí)別的測(cè)量。通過多次的拍照，將一次次拍攝到的窄圖拼接到一起形成一張巨大的圖。

49、一般線陣的相機(jī)價(jià)格比較貴，在要求拍攝面積比較大或者要求精度較高時(shí)，其圖像采集的速度相應(yīng)也比較慢。而面陣相機(jī)有很多種像素可以供選擇。我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見的一個(gè)誤區(qū)是很多人認(rèn)為像素越高，拍攝到的圖像就越清晰。其實(shí)這是不對(duì)的?？赡苡腥嗽谌粘Ｉ钪袝?huì)發(fā)現(xiàn)蘋果的手機(jī)雖然只有五百萬像素和八百萬像素，其拍攝出來的圖片甚至?xí)绕渌放频母呦袼氐氖謾C(jī)效果還要好。另外，在我們生活中的單反相機(jī)一般像素也不會(huì)特別高，但是其拍攝出來的圖片質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比手機(jī)質(zhì)量要高。其奧秘就在于其分辨率比較高，而分辨率是與我們選擇的鏡頭相關(guān)的。同一種相機(jī)配用不同鏡頭時(shí)其分辨率就不同。在使用線陣的過程中，需要配合光柵記錄線陣相機(jī)，算法比較

50、復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)要求分辨率不高，高速傳送帶傳送速度在0.09m/s左右，屬于低速運(yùn)動(dòng)。故此次設(shè)計(jì)選擇面陣相機(jī)。通過選擇對(duì)比，本次設(shè)計(jì)中攝像機(jī)選擇北京大恒DH-HV1303UC[11]工業(yè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，相關(guān)的參數(shù)如表3-3-1所示 確定了攝像機(jī)的型號(hào)之后就到選擇鏡頭的時(shí)候了，如上文所述，鏡頭的選擇也是非常重要的，鏡頭選擇的合適與否會(huì)直接影響到拍攝的效果，因此選擇鏡頭環(huán)節(jié)應(yīng)該很慎重。鏡頭也分為很多種如表3-3-2所示 要選擇合適的鏡頭，首先應(yīng)該選擇合適的焦距。焦距應(yīng)該按照式3-3-1計(jì)算 式(3-3-1)

51、 由表3-3-1可得相機(jī)的尺寸為7.1mm，在上文中已經(jīng)寫到鏡頭和油炸食品之間的距離為350mm左右，視野為400.由式3-3-1可以計(jì)算得到鏡頭的焦距為： 根據(jù)計(jì)算得到的焦距，在合適點(diǎn)的鏡頭之間對(duì)比選擇，選擇Schneider公司生產(chǎn)的FV0622型號(hào)的鏡頭，其相關(guān)參數(shù)如表3-3-3所示。 型號(hào) FV0622 焦距 6mm 工作距離 0.1~∞ 最大兼容CCD 1/2英寸 畸變率(%) -0.01 視場(chǎng)角() 40.4752.35 表3-3-3鏡頭型號(hào) 在確定了鏡頭和攝像機(jī)之后，我們還需要保證圖像采集環(huán)境，即光源問題。通過適當(dāng)強(qiáng)度的光照，可

52、以使圖像采集裝置采集到的圖像更加清晰，從而減輕圖像處理的難度。反之，如果光照環(huán)境不好，比如亮度過高或者過低都會(huì)造成圖像采集換件采集到的圖像不清晰。從而影響到圖像處理?？偨Y(jié)光源作用有三點(diǎn)，第一是照清楚目標(biāo)，提高目標(biāo)的輪廓清晰度。第二是提供均勻的光照，使目標(biāo)可以被均勻照亮，方便圖像采集。第三是提供足夠的光亮，避免環(huán)境光亮對(duì)圖像的干擾，根據(jù)照明方式的不同，光源可以分為表3-3-4內(nèi)的幾種。 通過對(duì)比選擇，最終選擇使用60mm顯微鏡LED環(huán)形光源，其優(yōu)點(diǎn)在于使用壽命強(qiáng)，一般可以達(dá)到30000h以上，有效光距長(zhǎng)達(dá)70mm，可以很好的適用于本次設(shè)計(jì)。并且其用電量低，并且光源的亮度可調(diào)，光

53、源亮度一致性好，光照均勻，攝像機(jī)和光源在一個(gè)相對(duì)封閉的光源箱里，光源箱的設(shè)計(jì)可以避免外部光照對(duì)圖像采集環(huán)節(jié)的影響，光源箱是由不銹鋼板組成，其內(nèi)部噴有均勻白漆，由于光源設(shè)計(jì)即在攝像機(jī)鏡頭四周，整個(gè)光照非常均勻，可以適用于實(shí)際的比較濕潤(rùn)的工作環(huán)境。光照箱示意圖如圖3-3-4所示。 圖3-3-4光照箱示意圖 由于傳送帶在運(yùn)動(dòng)的過程中不可避免的會(huì)與控制傳送帶的軸之間發(fā)生一定的打滑，導(dǎo)致在圖像采集到接近剔除機(jī)構(gòu)之間的時(shí)間和距離的計(jì)算無法做到非常準(zhǔn)確。因此本次設(shè)計(jì)購(gòu)買了編碼器對(duì)傳送帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確的實(shí)時(shí)監(jiān)控。編碼器分為旋轉(zhuǎn)編碼器、光電編碼器、增量式編碼器等，旋轉(zhuǎn)編碼器是通過對(duì)馬達(dá)的

54、速度和旋轉(zhuǎn)量進(jìn)行控制，他的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以和脈沖數(shù)一起變化，一般情況下可以完成嚴(yán)格的同步。同時(shí)，他還具有信號(hào)反饋部分，可以更好的保證進(jìn)行精密的控制?？偠灾@樣的編碼器的存在可以以控制量表示電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)旋轉(zhuǎn)的反饋量。光電編碼器的工作原理是利用光電轉(zhuǎn)換原理把檢測(cè)的軸上的幾何位移變成電子數(shù)字量或者電脈沖的傳感器。目前應(yīng)用最為廣泛。光電編碼器包括光電檢測(cè)裝置和光柵等，通過圓形光柵均勻的透光通道透過光信號(hào)采集距離信息，此時(shí)電動(dòng)機(jī)和光電編碼器之間是同軸的，這意味著他倆之間是同步旋轉(zhuǎn)的，通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)接收的脈沖個(gè)數(shù)就可以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。按照編碼器的讀出方式不用，我

55、們可以把編碼器分為兩種，一種是非接觸式，另一種是接觸式。非接觸式的工作方式是利用光敏元件和磁敏原件的特性得到“1”或者“0”的代碼采集然后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來儲(chǔ)存和傳輸?shù)摹? 第四節(jié) 剔除機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 目前市場(chǎng)上已經(jīng)有了很多機(jī)械可以完成剔除動(dòng)作，但是其剔除目標(biāo)各有不同，現(xiàn)有對(duì)的剔除機(jī)構(gòu)一般為集機(jī)、氣、電控制一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)。依靠自電和氣的控制很靈敏這一特點(diǎn)制作而成的，多應(yīng)用于一些單軌道的自動(dòng)剔除裝置。使用凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，令氣缸充氣，推動(dòng)活塞，橫向的將檢測(cè)到需要剔除的產(chǎn)品踢出軌道?；蛘哳愃茻煵菪袠I(yè)的自動(dòng)剔除裝置，其一般為采用高速電磁閥組和噴氣式的噴嘴組成，利用CC

56、D攝像機(jī)檢測(cè)，僅僅使用三十毫秒就可以完成噴射高壓空氣打掉異物，僅僅1.8米的皮帶上就有足足192個(gè)電磁閥但是這種剔除機(jī)構(gòu)的剔除方式比較特別，只能剔除比較輕的異物，并且造價(jià)高昂，無法大面積的進(jìn)行推廣。如圖3-4-1電子插接件的次品自動(dòng)剔除裝置。該檢測(cè)系統(tǒng)主要是有工業(yè)相機(jī)、PLC控制器、自動(dòng)送料排序裝置、工控機(jī)。電磁閥、剔除裝置。輔助工作臺(tái)和視覺檢測(cè)軟件等部分組成。主要剔除裝置由支架、滑道、聯(lián)軸器、傳送帶、電動(dòng)機(jī)、光電傳感器、空氣壓縮機(jī)等部分組成。與圖2.2.1類似。本方法主要是利用氣動(dòng)推桿伸出完成剔除次品插接件的目的。使用PLC控制剔除機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，雖然在速度和準(zhǔn)確性上都有了一定的保障，但是PLC

57、本身價(jià)格比較貴，如果多加研究，依靠51單片機(jī)就可以完成其相應(yīng)的功能。 圖3-4-1：電子插接件次品剔除裝置的PLC控制圖 本次設(shè)計(jì)剔除機(jī)構(gòu)不能使用以上的任何一種，所以本次計(jì)劃自己設(shè)計(jì)一套新的剔除機(jī)構(gòu)。初期提供兩種方案。 方案一：采用踢出方式，踢出機(jī)構(gòu)在高速傳送帶的上方，利用平面四桿機(jī)構(gòu)原理利用電磁閥動(dòng)作將檢測(cè)出不合格產(chǎn)品踢出軌道，在論證制造過程中發(fā)現(xiàn)其制作比較困難，因?yàn)樘叱鰟?dòng)作要求時(shí)間計(jì)算非常準(zhǔn)確，并且需要正好打在需要剔除的產(chǎn)品的一面，如果動(dòng)作過早，可能會(huì)打在需要剔除的產(chǎn)品的上方，無法繼續(xù)完成動(dòng)作。如果動(dòng)作過晚，將無法給需要剔除的產(chǎn)品足夠的向前的力將其踢入廢料槽。所以此方案無

58、法實(shí)現(xiàn)。 方案二：利用類似圖3-4-2所示裝置，在橫向剔除，其剔除裝置可以使用推桿或者氣吹方式。考慮到實(shí)際工作環(huán)境中具有大量的水蒸氣，所以優(yōu)先選擇氣吹的方式。采用橫向剔除方式時(shí)有一個(gè)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)是每一列必須有單獨(dú)的不合格產(chǎn)品收集槽，因此每次每一列產(chǎn)品都需要單獨(dú)的一個(gè)傳送帶，加上不合格產(chǎn)品剔除槽，總共需要兩倍額寬度，單獨(dú)一列的傳送帶在制造過程中具有一定的困難，每一道都按照這樣的方法制造的話成本很好，不劃算。 圖3-4-2 橫向剔除裝置示意圖 方案三：抽屜式剔除方案。使用類似抽屜的剔除裝置，當(dāng)油炸食品經(jīng)過高速傳送帶之后進(jìn)入一個(gè)類似抽屜的裝置，如果通過圖像處理確定某一行的產(chǎn)品合格

59、時(shí)，剔除裝置不動(dòng)作，如果此時(shí)圖像處理確定此行油炸食品不合格“抽屜”將會(huì)被電磁閥拉開，不合格的產(chǎn)品會(huì)被漏下，完成剔除動(dòng)作，本種剔除方案需要單獨(dú)制作抽屜，并使電磁閥和剔除裝置連接。 方案四：翻板式剔除方案。針對(duì)每一列設(shè)計(jì)一個(gè)剔除翻板，每一個(gè)剔除翻板配合一個(gè)電磁閥和一個(gè)繼電器組成。此時(shí)即使生產(chǎn)線上換成其他產(chǎn)品，可以根據(jù)不同的尺寸和其他特點(diǎn)可以換成不同的翻板。由上文中介紹已知，本次設(shè)計(jì)針對(duì)的油炸食品即魚豆腐是邊長(zhǎng)為0.025m的正方體，設(shè)計(jì)剔除翻板的寬度為0.03m，高度為0.04m，此時(shí)剔除翻板也有兩種剔除方式，方式一，如圖3-4-3所示，將電磁閥放在剔除翻板下方，翻板下方放一根軸，利用杠

60、桿原理將電磁閥的運(yùn)動(dòng)放大，剔除翻板一端放在高速帶后，進(jìn)過圖像處理后的油炸食品如果符合要求，翻板將不會(huì)動(dòng)作，魚豆腐可以從剔除板上方通過。如果進(jìn)過處理后的油炸食品不符合要求，電磁閥運(yùn)動(dòng)，翻板上翹，油炸食品會(huì)直接從傳送帶掉入廢物收集槽。本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)作和裝置制作比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是實(shí)際試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)電磁閥運(yùn)動(dòng)后，剔除翻板翹起，有時(shí)會(huì)發(fā)生不會(huì)復(fù)位的情況。方式二，如圖3-4-4所示，將電磁閥放在剔除翻板上方，進(jìn)過圖像處理后的油炸食品如果符合要求，翻板將不會(huì)動(dòng)作，魚豆腐可以從剔除板上方通過。如果進(jìn)過處理后的油炸食品不符合要求，電磁閥運(yùn)動(dòng)，翻板上翹，油炸食品會(huì)直接從傳送帶掉入廢物收集槽。理論上這樣的剔除翻

61、板是最符合要求的可以很好的完成任務(wù)。因此在眾多剔除機(jī)構(gòu)的方案中決定使用本方案。 圖3-4-3剔除裝置方式一 圖3-4-4剔除裝置方式二 下面進(jìn)行此剔除方式的詳細(xì)計(jì)算：當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)出某一粒產(chǎn)品為不合格產(chǎn)品時(shí)，會(huì)像電磁閥發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，此時(shí)剔除機(jī)構(gòu)的翻板會(huì)向上提升，正好可以讓不合格的魚豆腐從傳送帶和剔除翻板之間的間隙之間掉入廢料收集槽中，為了讓不合格的魚豆腐從傳送帶和剔除翻板之間的間隙可以順利落下，需要空隙大于魚豆腐的最大尺寸。上文中已經(jīng)論述一般的魚豆腐直徑為0.025m，如果按照正方體計(jì)算，其最大尺寸l應(yīng)按照式3

62、-4-1： L=0.0253=0.049m 式3-4-1 因此，設(shè)計(jì)其間隙值為0.05m，為了使檢測(cè)合格的油炸食品可以自由滑落在剔除裝置上，其沿剔除裝置方向的重力的分力應(yīng)該大于其收到的剔除裝置上的摩擦力。設(shè)剔除機(jī)構(gòu)與水平方向的角度為α，通過受力分析可得，油炸食品在剔除機(jī)構(gòu)上滑落應(yīng)該滿足式3-4-2 式3-4-2 其中F是摩擦力，?。槟Σ亮Γ﹦t，此時(shí)設(shè)定剔除翻板與水平方向的角度為，為了使電磁閥的運(yùn)

63、動(dòng)效果最大化，應(yīng)該設(shè)計(jì)電磁閥與剔除機(jī)構(gòu)之間呈現(xiàn)垂直狀態(tài)。如圖3-4-5所示，當(dāng)?shù)玫叫盘?hào)后，電磁閥會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，將剔除翻板上拉，完成剔除動(dòng)作。 第五節(jié) 其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1） 收納盒的設(shè)計(jì) 在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)安裝完畢后，各個(gè)部分之間的連接線屬于自由放置狀態(tài)，使得整個(gè)系統(tǒng)顯得雜亂無序，并且在系統(tǒng)整體搬移位置時(shí)個(gè)部分之間的連線雜亂無章，斷開的線無法快速的連接。各個(gè)部分的開關(guān)放置位置也是隨機(jī)的。很容易輕易扯斷或者無法一一對(duì)應(yīng)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)收納盒來放置包括高速傳送帶、低速傳送帶的控制盒，光源的調(diào)節(jié)盒還有攝像機(jī)的開關(guān)和振動(dòng)上料機(jī)的開關(guān)就非常重要。設(shè)計(jì)收納盒時(shí)應(yīng)該保證收納盒整體尺寸不大，最好可以附著在

64、已有的機(jī)構(gòu)上，因?yàn)閱纹瑱C(jī)和一些其他的機(jī)構(gòu)需要控制散熱，需要將其架空，在收納盒的底部應(yīng)該打孔。其效果圖如3-5-1所示：各個(gè)器件的連線都應(yīng)該有其特定的路徑。可以合并的線應(yīng)該用熱塑管包裹，盡量達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)搬運(yùn)時(shí)盡可能少的理線工作。 圖3-5-1 收納盒示意圖 2） 系統(tǒng)支撐桌面的設(shè)計(jì) 根據(jù)具體工作環(huán)境，一般一個(gè)工人的身高為一米七，那么他的工作高度最適合的高度為800mm。與本次設(shè)計(jì)的工作臺(tái)高度不符，因此此次需要單獨(dú)設(shè)計(jì)支撐桌面，支撐桌面的作用為提高工作臺(tái)的高度。考慮到系統(tǒng)總體尺寸和質(zhì)量以及制作成本，本次使用型材為支撐桌面的連接件，考

65、慮到系統(tǒng)強(qiáng)度問題，購(gòu)買40x40mm的型材自己組裝了系統(tǒng)的支撐桌面，組裝后實(shí)際效果圖如圖3-4-2所示。因?yàn)檎饎?dòng)上料機(jī)的工作原理是依靠震動(dòng)使油炸食品落入第一級(jí)傳送帶，在支撐桌面如果沒有固定裝置，其位置會(huì)因?yàn)楸旧淼恼駝?dòng)產(chǎn)生一定的偏移，因此，需要對(duì)振動(dòng)上料機(jī)的桌面進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)使用的固定方法是在桌面打孔，使用一個(gè)螺栓和多組墊片對(duì)振動(dòng)上料機(jī)的彈簧腿進(jìn)行固定。 第四章 結(jié)論及展望 第一節(jié) 結(jié)論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)不斷的被人類發(fā)掘，很多都是根據(jù)人類或者其他動(dòng)物的行為得到靈感并且仿制出可以完成相同功能的設(shè)計(jì)創(chuàng)造。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)在油炸食品的生產(chǎn)過程中，由于機(jī)械裝置的

66、切割、成型、炸制過程中都有一定的可能性出現(xiàn)不規(guī)則形狀或者多次炸制炸糊的情況，利用solidworks軟件進(jìn)行三維建模，在建模過程中改正了許多原本思考不周到的地方的同時(shí)，也學(xué)會(huì)了很多三維制圖軟件的使用技巧，在實(shí)際安裝硬件系統(tǒng)的過程中，遇到了許多原本沒有想象到的困難，但都逐項(xiàng)一一克服了。對(duì)于一些加工件圖紙的繪畫注意事項(xiàng)也有了一定的了解。原本在設(shè)計(jì)零件的時(shí)候完全不會(huì)想到要對(duì)成本控制，也沒有想象過零件的制作過程中會(huì)遇到的困難和提高制作成本的環(huán)節(jié)，只用通過自己切實(shí)的繪圖、制作、安裝、調(diào)試才可以真正的發(fā)現(xiàn)機(jī)械的魅力。最終繪制的solidworks三維圖如圖4-1所示，經(jīng)過組裝的實(shí)物圖如圖4-2、4-3、4-4所示 圖4-1solidworks三維圖 目前國(guó)內(nèi)食品生產(chǎn)線中對(duì)于油炸食品的不合格品的剔除主要還是依靠工人依靠其個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)挑選出其直觀上認(rèn)為的顏色或者外形不合格的產(chǎn)品，沒有一個(gè)統(tǒng)一的度量的現(xiàn)狀，一整套的油炸食品生產(chǎn)線的剔除系統(tǒng)的硬件的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的 硬件系統(tǒng)包括：振動(dòng)上料裝置、分行裝置、圖像采集裝置及分揀裝置，各個(gè)機(jī)構(gòu)可以完成的功能如下（1）振動(dòng)上料