一种适用于鲜烟叶的检测分级装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于鲜烟叶的检测分级装置及检测方法，包括自动顶料机构、烟叶抓取模块、烟叶传送模块、鲜烟叶、烟叶检测模块、控制模块、烟叶分类模块和集料箱。针对烟农在烟叶送烤前对烟叶分级的非重视度和非客观性等问题，运用计算机视觉技术对烟叶编烟送烤前按照样本进行成熟度划分。采用裁剪平均法提取烟叶4个特征值(R,G,B颜色值和色调H值)进行学习分级，利用样本库对未知烟叶进行成熟度对比划分。将图像处理技术和工控技术应用到鲜烟叶的质量检测分级中，实现自动上样与分选，大幅度提高鲜烟叶分拣的检测效率和生产的自动化程度。

Detection and grading device for fresh tobacco leaves and detection method thereof

The invention discloses a detection and grading device suitable for the fresh tobacco leaf and a detection method, including an automatic feeding mechanism, a tobacco leaf capture module, a tobacco leaf transmission module, a fresh tobacco leaf, a tobacco leaf detection module, a control module, a tobacco leaf classification module and a collection box. In view of the non importance and non objectivity of tobacco leaf grading before tobacco roasting, the maturity of tobacco leaves was divided according to the samples by computer vision technology. 4 characteristic values (R, G, B color value and hue H value) were extracted by the cutting average method, and the maturity of the unknown tobacco leaves was compared with the sample library. The image processing technology and industrial control technology are applied to the quality detection and classification of fresh tobacco to realize automatic sampling and sorting, and the detection efficiency and automation degree of the fresh tobacco sorting are greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于鲜烟叶的检测分级装置及检测方法
本专利技术涉及烟草检测
，具体涉及一种适用于鲜烟叶的检测分级装置及方法。
技术介绍
烟草种植作为烟草行业产业链中最基础最重要的源头环节，迫切需要注入当今科技发展的成果。而烟农作为烟草行业的基础生产群体，目前还主要以传统的农业生产模式进行着繁重而没有质量保障的原始生产模式。作为当今科技含量极高的烟草行业已在大部分环节实现了工业生产的自动化，很有必要为源头的基础农业生产投入更多的科技元素，改善烟农的生产环境，尤其是在烟叶种植过程中烟叶的适时采集和烟叶送烤前的品质分级。鲜烟叶在不同的成长阶段，所呈现出来的衰老程度会有所不同，也就是成熟度不同。不同成熟度的烟叶在送入烤房后，随着高温的烘烤，所呈现出来的特性也会存在明显差异，这就是造成烟叶质量问题的根本原因之一，所以成熟度是判定烟叶质量的重要标准。为了提高烟叶分级的效率和准确性，避免烟农对烟叶进烤前分捡的不重视度及主观性，有必要采用一种新的技术或方法对烤前鲜烟叶进行质量检测和分级。目前常用的鲜烟叶检测分类方式是基于叶绿素仪测量烟叶从下往上1～3片叶绿素含量相对值(即SPAD值)【专利201310195697.8，专利201610930399.2，专利201410793963.1】。此方法主要是抽检测试，难以对烤前的每一片烟叶都进行测试，而且难以实现全自动化操作。基于机器视觉检测烟叶分级的方法及装置主要用于烘烤之后的烟叶【201710040874.3】，对于烤前烟叶分级仍然存在着方式和装置结构的不适用。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适用于鲜烟叶检测分级装置及方法，将图像处理技术和工控技术应用到鲜烟叶的质量检测分级中，实现自动上样与分选，大幅度提高鲜烟叶分拣的检测效率和生产的自动化程度。本专利技术技术解决方案：一种适用于鲜烟叶的检测分级装置，包括自动顶料机构、烟叶抓取模块、烟叶传送模块、鲜烟叶、烟叶检测模块、控制模块、烟叶分类模块和集料箱。其中以烟叶传送模块为中心，在烟叶传送模块右端的两边各有两个自动顶料机构，在自动顶料机构上方有烟叶抓取模块；在烟叶传送模块的中间位置上方还有烟叶检测模块；烟叶检测模块的侧面上安装着控制模块；在烟叶传送模块的左端是烟叶分类模块；在烟叶分类模块之间以及左端和右端均放置集料箱。控制模块由工控机、PLC和显示器组成；工控机负责动作指令处理，图像处理以及与显示器构成人机交互；PLC接收工控机指令执行命令，控制相应的动作执行；显示器为人机交互界面。当仪器启动时，控制模块的软件自动运行，首先工控机发出准备指令，PLC解析准备指令，控制烟叶自动顶料机构把烟叶传送到抓取装置能够抓取的位置，烟叶抓取模块的右吸附头准备抓取烟叶，烟叶传送装置的传送带运转起来，烟叶检测模块时刻准备采集图像，烟叶分级模块处于的旋转装置处于水平位置；当开始运行时，工控机发出运行指令，PLC解析运行指令，控制烟叶抓取模块把烟叶抓取放置传送装置，烟叶被传送到检测模块时，检测到烟叶反馈烟叶到位指令给工控机，工控机输出拍照指令，相机采集图像返回给工控机，工控机进行图像处理，采用裁剪平均法提取烟叶4个特征值(R,G,B颜色值和色调H值)进行学习分级，建立样本库，然后利用样本库对未知烟叶进行成熟度对比划分，并将识别结果的分类信息输出给分类模块，PLC接收到分类指令，控制分级装置的旋转模块转动，实现烟叶的分级。最终分类出来的烟叶被统一集中在各自的集料箱中。自动顶料机构由提升链条、驱动电机、链轮、托盘、档杆，机架，同轴杆和光电探测器组成。驱动电机和链轮安装在机架底部，托盘位于机架的中心，托盘的两边各有两条提升链条，链条底部连接在同轴杆的左端上，同轴杆的右端连接在链轮上；托盘上还安装着档杆，用于烟叶的固定；其中装置启动运行时，由控制模块发出指令控制驱动电机运行，带动链轮转动，同时同轴杆也转动，拉动提升链条转动把机架内档杆围住的托盘内的烟叶向上顶起，当烟叶达到光电探测器时，光电探测器探测到信号后返回指令给控制模块停止驱动电机转动，此时烟叶已能够被抓取装置抓取；当烟叶被抓取后，光电探测器又反馈指令给控制模块，需要重新顶起烟叶，如此反复直到控制模块输出转动最大圈数，即托盘达到光电探测位置，烟叶完全被抓取完。烟叶抓取模块包括一维运动横梁、支架、软管、滑块、右吸附头、右气阀、左气阀和左吸附头。左右支架固定在自动顶料机构的机架的左右两边上，一维运动横梁搭在支架上，滑块内嵌在一维运动横梁上，滑块最下方挂着左右吸附头，吸附头与滑块之间的管道上安装着左右气阀，吸附头通过软管与气阀连接形成气路通道；其中装置启动运行时，由控制模块发出指令控制一维运动模块的滑块滑到右边时，此时左吸附头滑到中间，左气阀关闭，右吸附头的右气阀打开吸附烟叶，反之右吸附头滑到中间右气阀关闭时释放烟叶至传送装置上，左吸附头在左边时左气阀打开吸附烟叶，然后再回到中间关闭左气阀释放烟叶；如此反复运动，直到控制模块输出停止命令，抓取装置停止工作。烟叶检测模块包括相机、光源、避光罩、光电探测器和传送带；相机位于检测装置的中心，四周布满LED光源，光源照射在烟叶传送模块的传送带上，光的强度远大于白天环境光；光电探测器安装在传送带的两侧，与相机在同一个平面，光电探测器的中心点与传送带水平面一致；鲜烟叶被传送至相机下方时，光电探测器输出烟叶到达信息给控制模块，控制模块输出信息控制相机拍照采集烟叶图像，然后经过图像处理，采用裁剪平均法提取烟叶4个特征值(R,G,B颜色值和色调H值)进行学习分级，建立样本库，然后利用样本库对未知烟叶进行成熟度对比检测，输出分类信息。烟叶分类模块由前顶起装置、后顶起装置、旋转装置、支撑架组成。旋转装置安装在支撑架上，紧接着烟叶传送装置末端；顶起装置嵌在旋转装置的左右两侧，靠近传送装置的一端，用于顶起旋转装置的左端，从而使旋转装置经过60°的旋转可将烟叶从此处分离，落入下面的集料箱；其中装置启动运行时，由控制模块发出分类信息，根据分类信息控制前顶起装置顶起，还是后顶起装置顶起，把不同类型的烟叶分别分离出来，统一放在相同类型的集料箱中，便于后续人工使用。一种适用于鲜烟叶的检测分级检测方法，其特征在于实现步骤为：(1)由烟叶检测模块的相机采集鲜烟叶样本图像，通过控制模块的工控机进行图像处理，图像处理流程为首先对图像的噪点采用邻域平均和中值滤波组合的方法进行区域去噪处理，使用最小误差阈值分割方法分离背景和烟叶，然后增强图像，通过小波变换和改进的Canny算子相结合的方法实现烟叶区域边缘识别，最后按照边界条件对内部区域的各种像素值(R,G,B颜色值和色调H值)进行排序，使用裁剪平均法提取能够代表烟叶特性的烟叶4个特征值，即R,G,B颜色值和色调H值进行学习分级，建立样本库；(2)由烟叶检测模块的相机采集鲜烟叶图像，控制模块的工控机采用与样本处理方式相同的图像处理算法和数据裁剪平均法提取烟叶4个特征值，利用样本库数据值与未知鲜烟叶进行成熟度对比划分，输出分类结果。本专利技术的原理在于：负压作用于吸附头对烟叶进行吸附，一维运动模组循环给料把左右两边的烟叶抓取，将烟叶送至传输装置后切断负压，烟叶自动落在传送装置上将被运送至光学检测单元进行识别，并将识别结果分类输出，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于鲜烟叶的检测分级装置，其特征在于：包括自动顶料机构(2)、烟叶抓取模块(1)、烟叶传送模块(3)、鲜烟叶(4)、烟叶检测模块(5)、控制模块(6)、烟叶分类模块(7)和集料箱(8)；其中以烟叶传送模块(3)为中心，在烟叶传送模块(3)右端的两边各有两个自动顶料机构(2)，在自动顶料机构上方有烟叶抓取模块(1)；在烟叶传送模块(3)的中间位置上方还有烟叶检测模块(5)；烟叶检测模块(5)的侧面上安装着控制模块(6)；在烟叶传送模块(3)的左端是烟叶分类模块(7)；在烟叶分类模块(7)之间以及左端和右端均放置集料箱(8)；启动装置运行，由控制模块(6)发出指令，自动顶料机构(2)把鲜烟叶(4)顶起，能够让烟叶抓取模块(1)抓取，移动到烟叶传送模块(3)上，然后从右往左被运送至烟叶检测模块(5)进行识别，采用裁剪平均法提取烟叶4个特征值(R,G,B颜色值和色调H值)进行学习分级，建立样本库，然后利用样本库对未知烟叶进行成熟度对比划分，并将识别结果的分类信息输出给烟叶分类模块(7)，执行分类到相应的集料箱(8)中。

【技术特征摘要】
1.一种适用于鲜烟叶的检测分级装置，其特征在于：包括自动顶料机构(2)、烟叶抓取模块(1)、烟叶传送模块(3)、鲜烟叶(4)、烟叶检测模块(5)、控制模块(6)、烟叶分类模块(7)和集料箱(8)；其中以烟叶传送模块(3)为中心，在烟叶传送模块(3)右端的两边各有两个自动顶料机构(2)，在自动顶料机构上方有烟叶抓取模块(1)；在烟叶传送模块(3)的中间位置上方还有烟叶检测模块(5)；烟叶检测模块(5)的侧面上安装着控制模块(6)；在烟叶传送模块(3)的左端是烟叶分类模块(7)；在烟叶分类模块(7)之间以及左端和右端均放置集料箱(8)；启动装置运行，由控制模块(6)发出指令，自动顶料机构(2)把鲜烟叶(4)顶起，能够让烟叶抓取模块(1)抓取，移动到烟叶传送模块(3)上，然后从右往左被运送至烟叶检测模块(5)进行识别，采用裁剪平均法提取烟叶4个特征值(R,G,B颜色值和色调H值)进行学习分级，建立样本库，然后利用样本库对未知烟叶进行成熟度对比划分，并将识别结果的分类信息输出给烟叶分类模块(7)，执行分类到相应的集料箱(8)中。2.根据权利要求1所述的适用于鲜烟叶的检测分级装置，其特征在于：所述自动顶料机构(2)包括：提升链条(21)、驱动电机(22)、链轮(23)、托盘(24)、档杆(25)，机架(26)，同轴杆(27)和第一光电探测器(28)；驱动电机(22)和链轮(23)安装在机架(26)底部，托盘(24)位于机架(26)的中心，托盘(24)的两边各有两条提升链条(21)，链条(21)底部连接在同轴杆(27)的左端上，同轴杆(27)的右端连接在链轮(23)上；托盘(24)上还安装着档杆(25)，用于烟叶的固定；控制模块(6)发出指令控制驱动电机(22)运行，带动链轮(23)转动，同时同轴杆(27)也转动，拉动提升链条(21)转动把机架(26)内档杆围住的托盘(24)内的烟叶向上顶起，当烟叶达到第一光电探测器(28)时，第一光电探测器(28)探测到信号后返回指令给控制模块(6)停止驱动电机转动，此时烟叶已能够被烟叶抓取模块(1)抓取；当烟叶被抓取后，第一光电探测器(28)又反馈指令给控制模块(6)，需要重新顶起烟叶，如此反复直到控制模块(6)输出转动最大圈数，即托盘(24)达到光电探测位置，烟叶完全被抓取完。3.根据权利要求1所述的适用于鲜烟叶的检测分级装置，其特征在于：所述烟叶抓取模块(1)包括一维运动横梁(13)、支架(14)、软管(15)、滑块(11)、右吸附头(12)、右气阀(16)、左气阀(17)和左吸附头(18)；支架(14)固定在自动顶料机构(2)的机架(26)的左右两边上，一维运动横梁(13)搭在支架(14)上，滑块(11)内嵌在一维运动横梁(13)上，滑块(11)最下方挂着左右两个吸附头，两个吸附头与滑块(11)之间的管道上安装着左右气阀，左右吸附头通过软管(15)与左右气阀连接形成气路通道；工作时，由控制模块(6)发出指令控制一维运动模块的滑块滑到右边时，此时左吸附头(18)滑到中间，左气阀(17)关闭，右吸附头(12),右气阀(16)打开吸附烟叶，反之右吸附头(12)滑到中间右气阀(16)关闭时释放烟叶至传送装置(3)上，左吸附头(18)在左边时左气阀(17)打开吸附烟叶，然后再回到中间关闭左气阀(17)释放烟叶；如此反复运动，直到控制模块(6)输出停止命令，抓取装置停止工作。4.根据权利要求1所述的适用于鲜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，赵树弥，徐大勇，堵劲松，李志刚，孙淼，刘勇，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，中国烟草总公司郑州烟草研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34