⑽中一同傾倒在機(jī)器下方的混合蛋液盤中。系統(tǒng)機(jī)架和零件均用304不銹鋼加工，所述氣缸為圓柱形單桿雙作用氣缸，氣缸內(nèi)徑為20毫米，行程為25毫米。2.5打蛋機(jī)執(zhí)行部分這一部分主要由空壓機(jī)、氣缸、電磁閥部分組成，見下圖2.6所示。繼電器收到PLC控制器發(fā)來的信號之后，繼電器會立即吸合觸點(diǎn)，而后電磁閥就會接通，從而來操控氣缸下方的推桿向下運(yùn)動，來達(dá)到將蛋清蛋黃混合的不良品蛋剔除的效果。氣缸和電磁換向閥之間用的氣管相連，電磁閥閉合，氣缸的推桿保持伸出的狀態(tài)，電磁閥打開，氣壓回路導(dǎo)通，氣缸推桿便收縮上去。壓縮空氣通過安全閥與電磁閥連接，安全閥可以調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸氣體的流量，用來控制氣缸推桿的速度。具體示意圖如下圖所示：圖2.6打蛋機(jī)閥動圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)主要是由CCD相機(jī)和PLC控制器組成，本課題控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖工作原理：在接近開關(guān)檢測到盛蛋器即將接近時(shí)，就會觸發(fā)基恩士工業(yè)相機(jī)，使得CCD相機(jī)對雞蛋進(jìn)行拍照獲取圖像并保存，而后再對圖像進(jìn)行進(jìn)一步的處理，再由PLC根據(jù)CCD相機(jī)提供的信息(雞蛋的蛋清和蛋黃是否混合或近似混合)來控制執(zhí)行部分的操作，從而達(dá)到分離不良品的目的。3.2控制系統(tǒng)方案論證方案一：執(zhí)行部分選用電動的機(jī)械臂，由STC89C52單片機(jī)對機(jī)械臂操控，當(dāng)打蛋機(jī)開始工作時(shí)，觸發(fā)視覺識別傳感器，STC89C52單片機(jī)通過IO卡通知視覺識別傳感器進(jìn)行雞蛋蛋清蛋黃液體分離的圖像采集，視覺識別傳感器選用GuppyPROF-503C，視覺傳感器將采集的圖像發(fā)送到圖像采集卡上然后進(jìn)行下一步的處理。視覺檢測系統(tǒng)對蛋清蛋黃的圖像進(jìn)行進(jìn)一步的檢測，通過和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)比較，從而看出蛋黃蛋白的比例是否是在標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)范圍之內(nèi)，是否是蛋清蛋液混合的狀態(tài)，有沒有產(chǎn)生不良品，然后IO卡會把檢測結(jié)果輸出給STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)再對機(jī)械手進(jìn)行處理。選用單片機(jī)STC89C52控制器，其特點(diǎn)是有較寬的工作電源電壓；全靜態(tài)工作，工作范圍0Hz~24MHz；而且具有超強(qiáng)抗干擾高抗靜電(ESD保護(hù))，輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾，寬電壓，不怕電源抖動；功耗低，掉電模式時(shí)典型功耗<0.1μA，空閑模式時(shí)典型功耗2mA，正常工作模式時(shí)典型功耗在4mA~7mA，掉電模式可由外部中斷喚醒適用于電池供電系統(tǒng)如水表、氣表、便攜設(shè)備等。這里的控制器選的是STC89C52單片機(jī)，由于生產(chǎn)流水線上作業(yè)都是使用強(qiáng)電，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，同時(shí)因?yàn)榇虻皺C(jī)工作環(huán)境比較惡劣，會使得控制系統(tǒng)的獲得到的參數(shù)極其不穩(wěn)定。此處可以適當(dāng)優(yōu)化，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。方案二：由于氣動控制結(jié)構(gòu)簡單、安裝就也會簡單很多，更重要的一點(diǎn)是介質(zhì)為空氣,成本非常低而且操作過程中安全性比較高，則輸出選用氣動的電磁閥及氣缸來進(jìn)行實(shí)際操作。執(zhí)行部分主要由空壓機(jī)、氣缸、電磁閥等，繼電器收到PLC控制器發(fā)來的信號之后，繼電器會立即吸合觸點(diǎn)，而后電磁閥就會接通，從而來操控氣缸下方的推桿向下運(yùn)動，來達(dá)到將蛋清蛋黃混合的不良品蛋剔除的效果，之后不良品蛋就被分揀流入不良品管道。視覺檢測部分，當(dāng)有盛蛋器經(jīng)過光電傳感器時(shí)，視覺傳感器會產(chǎn)生脈沖信號，PLC控制器接受到信號之后發(fā)送指令觸發(fā)視覺傳感器獲取蛋液圖像。此處的控制器選用的是PLC控制，雖然在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中條件惡劣，我們之前選用的STC89C52單片機(jī)也能良好的適應(yīng)此環(huán)境，但是相比而言，歐姆龍公司的CP1E-N40DT-A的穩(wěn)定性能會更強(qiáng)，更高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、編程方便、使用便捷、惡劣工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。圖像處理部分就同方案一一樣，圖像處理軟件即直接讀取部分的圖像，利用黑白二進(jìn)制來處理蛋清蛋黃的圖像，根據(jù)不同的圖像特性從而得到不一樣的檢測結(jié)果。綜上分析，對比方案一和方案二兩種方案，我們最終選擇更加適用于本課題條件及工作參數(shù)的方案二來設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)4.1PLC控制器PLC（可編程邏輯控制器），用于對自動控制的數(shù)字邏輯控制器編程，并且可以將指令加載到內(nèi)存中。PLC由內(nèi)部處理器，指令和數(shù)據(jù)存儲器，輸入和輸出設(shè)備，電源模塊以及數(shù)字和模擬設(shè)備組成。廣泛用于工業(yè)控制領(lǐng)域。在可編程邏輯控制器出現(xiàn)之前，通常必須使用數(shù)百個(gè)繼電器和計(jì)數(shù)器來建立具有相同功能的自動化系統(tǒng)，但是現(xiàn)在已經(jīng)對一個(gè)簡單的可編程邏輯控制器模塊進(jìn)行了編程。最初的可編程邏輯控制器之所以被稱為可編程邏輯控制器，是因?yàn)樗鼉H具有電路邏輯控制功能，后來通過不斷發(fā)展，第一個(gè)功能簡單的計(jì)算機(jī)模塊就是邏輯控制，包括同步控制和模擬控制。國內(nèi)目前的PLC品牌當(dāng)中LGPLC應(yīng)該是比較好的，LGPLC是由日本LGGroupLS開發(fā)部門提供的高性能晶體管輸出PLC。本文的控制器選的是歐姆龍公司的CP1E-N40DT-A，CP1E為小型PLC，因?yàn)槠鋷е悄茌斎牍δ埽僮骱唵?。在使用梯形圖編輯程序的時(shí)候，在鍵盤中輸入相應(yīng)的指令，就會自動顯示指令并且自動輸入相應(yīng)地址。連接線會隨著光標(biāo)所在的位置自動加入，這樣編輯梯形圖的時(shí)候就會更加簡潔方便。而且它具備先進(jìn)的控制性能和功能，具備更加廣泛的應(yīng)用空間。再有，就是此款PLC可靈活支持小型系統(tǒng)，可選設(shè)備豐富，擴(kuò)展性更高。4.2工業(yè)CCD相機(jī)工業(yè)CCD相機(jī)又可以稱作為視覺識別傳感器，CCD相機(jī)是當(dāng)今機(jī)器視覺中最常用的圖像傳感器，相比于攝像機(jī)而言，它具有高的穩(wěn)定性、傳輸能力和抗干擾能力。它集合了光電轉(zhuǎn)換、電荷存儲、電荷轉(zhuǎn)移和信號讀取功能。這是典型的固態(tài)圖像傳感器。視覺識別傳感器的一大特點(diǎn)是，負(fù)載可以被用作信號，這與其他使用電流或電壓作為信號的設(shè)備不同。這些類型的成像裝置在通過光電轉(zhuǎn)換形成電荷之后，通過控制脈沖的作用來傳輸和放大輸出圖像信號。視覺識別傳感器是機(jī)器視覺系統(tǒng)當(dāng)中最重要組成部分。通常安裝在機(jī)器裝配線上以測量和更換人眼進(jìn)行判斷。數(shù)字圖像捕獲目標(biāo)被轉(zhuǎn)換為圖像信號并被傳輸?shù)綄Ｓ脠D像，該專用圖像執(zhí)行各種任務(wù)以提取目標(biāo)的特征并基于現(xiàn)場設(shè)備的識別結(jié)果。最重要的功能是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。選擇合適的相機(jī)也是設(shè)計(jì)機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分。攝像機(jī)的選擇不僅直接決定所采集圖像的分辨率和質(zhì)量，而且還直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行能力。本設(shè)計(jì)需要在最短時(shí)間內(nèi)快速對于相同位置進(jìn)行圖像采集，因此應(yīng)使用可以實(shí)現(xiàn)硬件觸發(fā)的視覺傳感器。根據(jù)需要選取的傳感器型號為IV2-G500CA。此課題選用的基恩士IV2-G500CA彩色CCD相機(jī)，IV2-G500CA是日本基恩士公司生產(chǎn)的全自動彩色CCD相機(jī)，具有更加先進(jìn)的拍攝技術(shù)，無需設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)最佳檢測，帶有可以任意安裝的超小型傳感頭，致力于便攜性設(shè)計(jì)，使用了5.7英寸控制面板。因?yàn)榇虻皺C(jī)分離的速度很快，再加上生產(chǎn)流水線上光照條件比較差，視覺識別傳感器在采集圖像時(shí)很難采集到非常清晰的圖像。視覺識別傳感器要在很短的曝光時(shí)間內(nèi)才能采集到清楚品質(zhì)好的圖像，如果曝光時(shí)間不能控制到很短的話，采集到的蛋清蛋黃的圖像就會很難看清楚，這對于圖像的識別就會相對不利;但是如果我們想要加大曝光時(shí)間的話，采集到的圖像可能會虛，處理起來又會更加繁瑣。所以機(jī)器視覺模塊需要選擇基恩士IV2-G500CA彩色CCD相機(jī)來作為最優(yōu)的工作參數(shù)。其參數(shù)如下表4.1所示：表4.1基恩士IV2-G500CA具體參數(shù)根據(jù)此課題需要，要想采集到打蛋機(jī)流水線上每一個(gè)盛蛋器里面的蛋清蛋黃的圖像，就需要在每一個(gè)盛蛋器經(jīng)過的時(shí)候定時(shí)觸發(fā)視覺傳感器。這里需采用邊緣觸發(fā)(外觸發(fā))方式，觸發(fā)電路如圖4.1所示:圖4.1工業(yè)相機(jī)觸發(fā)電路這里為了避免視覺傳感器故障，會采用光耦元件TLP521-1隔離開相機(jī)和控制電路。光耦隔離即采用光耦合器進(jìn)行隔離，只要光耦合器質(zhì)量好，電路參數(shù)設(shè)計(jì)合理，就不會出現(xiàn)任何不可預(yù)料的故障問題，從而為設(shè)計(jì)帶來不必要的風(fēng)險(xiǎn)。4.3電磁閥驅(qū)動電路設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)采用的是二位五通的電磁閥，工作電壓為直流24V。因?yàn)殡姶砰y工作的環(huán)境要求電壓要比PLC控制電路的電壓要高一點(diǎn)，所以這里設(shè)計(jì)繼電器隔離電路。由于電磁閥和繼電器元件內(nèi)部都有線圈，他們都是典型的電磁感應(yīng)元件，在工作過程中，當(dāng)線圈斷電，電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動勢會對電路中的元件產(chǎn)生反向電壓。所以需要添加續(xù)流二極管回路來抑制脈沖干擾，保護(hù)繼電器和電磁閥。電磁閥驅(qū)動電路如圖4.2所示:圖4.2電磁閥驅(qū)動電路4.4電源模塊本系統(tǒng)采用的電源有很多種電壓，使用了3種共地電源:5V、12V、24V，其中5V電源給PLC控制器模塊和繼電器模塊提供電源;12V電源用來給視覺識別傳感器提供電源。24V電源用來給接近開關(guān)和電磁閥供電。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1控制系統(tǒng)主程序流程圖圖5.1控制系統(tǒng)流程圖5.2編程語言和開發(fā)平臺本系統(tǒng)采用CP1E-N40DT-A作為控制器。所以會首選梯形圖進(jìn)行編程，因?yàn)樘菪螆D是PLC應(yīng)用的第一編程語言。PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如內(nèi)部輔助繼電器、輸入繼電器、輸出繼電器等，但是它們都不是真實(shí)的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在軟件中的編程元件。每一個(gè)元件與PLC存儲器中元件映像寄存器的二個(gè)存儲單元相對應(yīng)。以輔助繼電器為例，如果該存儲單元為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的編程元件的線圈“斷電”，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，稱該編程元件為0狀態(tài)，或稱該編程元件為OFF(斷開)。該存儲單元如果為1狀態(tài)，對應(yīng)編程元件的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱該編程元件為l狀態(tài)，或稱該編程元件為ON(接通)。根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。而且，梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無限多次地使用。

同時(shí)輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不會出現(xiàn)輸入繼電器的線圈?；谝陨线@些特性，在此處會選用梯形圖編程。采用的開發(fā)平臺是CX-Programmer，它提供了一個(gè)可以用于迅速開發(fā)和快速調(diào)試的窗口界面。軟件界面如圖所示：圖5.2軟件操作界面5.3主程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)試6.1調(diào)試流程蛋清蛋黃不良品檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)敲定總體設(shè)計(jì)方案(2)根據(jù)之前設(shè)計(jì)好的方案，選定各個(gè)零部件(3)在計(jì)算機(jī)上對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真(4)進(jìn)行安裝調(diào)試技術(shù)路線為:敲定總設(shè)計(jì)方案敲定總設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選定各個(gè)零部件選定各個(gè)零部件對執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真對執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真安裝調(diào)試安裝調(diào)試圖6.1技術(shù)路線流程6.2系統(tǒng)仿真1.按下啟動按鈕，運(yùn)行指示燈自動點(diǎn)亮，空壓機(jī)開始工作，見圖6.2；圖6.22.檢測到有產(chǎn)品過來，相機(jī)自動接通，開始拍照識別，見圖6.3；圖6.33.根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，判斷有散黃出現(xiàn)，立即啟動氣缸，將不良品剔除，見圖6.4；圖6.44.氣缸運(yùn)行到位后，不良品已經(jīng)被去除，氣缸立馬回退，見圖6.5；圖6.55.回退到位后，開始待命，進(jìn)行下一個(gè)檢測；同時(shí)程序中增加了手動控制，方便對程序進(jìn)行調(diào)試和檢修，見圖6.6；圖6.6結(jié)論本文在細(xì)致的了解了高速打蛋機(jī)的一系列內(nèi)容的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種能夠自動識別蛋清蛋黃圖像并且能夠自動將蛋清蛋黃混合的不良品蛋剔除到不良品通道的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠通過機(jī)器視覺傳感器自動采集到打蛋機(jī)流水線上每一個(gè)雞蛋分離時(shí)蛋清和蛋黃的圖像，然后將采集到的圖像信息進(jìn)行黑白二進(jìn)制圖像處理，隨后黑白二進(jìn)制處理的結(jié)果會通過串口傳輸給PLC控制器，然后PLC依照得到的信來操控系統(tǒng)的執(zhí)行模塊，從而實(shí)現(xiàn)對蛋清蛋黃混合的不良品液蛋的篩除，然后將不良品液蛋流入到專門的不良品管道。本系統(tǒng)可以代替目前仍然依靠人力來篩選出蛋清蛋黃混合的不良品的方法，以這種方式不僅提高了生產(chǎn)效率，還大大的提高了蛋品加工行業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量。減輕了很多人工操作失誤而帶來的不必要的麻煩。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果如下:(1)自主構(gòu)建了一個(gè)基于數(shù)字圖像處理的蛋白蛋黃液體分離機(jī)檢測系統(tǒng)，并且完成了對于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，使之能在打蛋機(jī)生產(chǎn)線上自動的定時(shí)獲取固定位置的圖像。(2)對于打蛋機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使之能夠快速篩選出不良品蛋。(3)對于控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，使得視覺傳感器采集到的蛋清蛋黃圖像能夠根據(jù)黑白二進(jìn)制圖像處理的結(jié)果來使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行一系列動作，達(dá)到篩出蛋清蛋黃混合的不良品蛋的目的。(4)完成了PLC控制器對電磁閥的控制，并完成了對于PLC梯形圖的程序編寫。本系統(tǒng)的特點(diǎn)與創(chuàng)新之處:(1)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有低成本、高可靠性的特點(diǎn)。(2)良好的運(yùn)用了機(jī)器視覺傳感器，從而代替人工實(shí)現(xiàn)了更加快速精準(zhǔn)的識別。(3)本系統(tǒng)的執(zhí)行部分由氣缸和電磁閥代替了靠人工的勞力，減輕了一些必要的生產(chǎn)成本。(4)不良品排除具有實(shí)時(shí)性，可視化的優(yōu)勢，豐富了我國的蛋品加工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)線。盡管這一課題完成了對于蛋清蛋黃混合的不良品液蛋識別和篩出的系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，但是還沒有經(jīng)過實(shí)際的在流水線上作業(yè)。由于真正的蛋品生產(chǎn)流水線上環(huán)境要比預(yù)想的復(fù)雜很多，預(yù)設(shè)的很多參數(shù)也會發(fā)生很大幅度的波動，所以最好在日后有條件的話能夠真正的進(jìn)行調(diào)試一下。再有一點(diǎn)就是最好能將執(zhí)行機(jī)構(gòu)跟生產(chǎn)線固定成一個(gè)整體，這樣不僅可以提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，還能夠更好的優(yōu)化此系統(tǒng)。還可以將系統(tǒng)連接VPN網(wǎng)絡(luò)，即可通過手機(jī)等通訊軟件即可遠(yuǎn)程監(jiān)控不良品信息。因此，還需日后多做調(diào)試和運(yùn)行，以便此課題更好的實(shí)現(xiàn)其功能。參考文獻(xiàn)[1]趙法利，劉靜波，劉瑜，林松毅.雞蛋中功能成分的研究[J].食品科學(xué)，200612:798-802.[2]公茂法，湯元信，李其才.禽蛋質(zhì)量自動檢測方法與實(shí)現(xiàn).自動化與儀表儀器，1995(5):35-38[3]鄧魯華，張延'恒.數(shù)字圖像處理.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005[4]劉燕德，應(yīng)義斌，毛學(xué)東，喬振先.雞蛋新鮮度的光特性無損檢測.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003,19(5):152-155[5]應(yīng)義斌，趙勻.機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)自動識別中的應(yīng)用.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000,16(1):103-108[6]楊柏首.禽蛋大國要沖進(jìn)國際大市場.中國禽業(yè)導(dǎo)刊，2001,18(12):32-32[7]張凱.鴨蛋殼的力學(xué)特性及多孔超微結(jié)構(gòu)的滲透特性研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.[8]王樹才，任奕林，文友先.禽蛋檢測與分級智能