農(nóng)產(chǎn)品機器視覺檢測系統(tǒng)中產(chǎn)品分揀系統(tǒng)及其軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26490農(nóng)產(chǎn)品機器視覺檢測系統(tǒng)中產(chǎn)品分揀系統(tǒng)及其軟件設計案例 1295631.1八角總體機構設計 1162201.2排序機構設計 351811.2.1掃平機構設計 349921.2.2排序機構設計 4260341.3圖像采集機構 4251131.3.1圖像采集設計 5110391.3.2翻轉機構設計 540411.3.3分揀機構設計 6295091.4八角軟件設計 7251691.4.1Qt簡介 779021.4.2軟件界面的實現(xiàn) 7為了使八角能有條不絮地實現(xiàn)八角在線識別和分揀，本文根據(jù)八角的特點將整個八角的分揀過程分成多個流程。并設計了分揀機構、檢測裝置、軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成的分揀系統(tǒng)。其中分揀機構主要由掃平機構、排序機構、拍照機構、翻轉機構和分揀等幾部分機構組成，流程如圖5-1所示。掃平掃平排序整理分揀圖5-1八角分揀流程Fig.5-1Octagonsortingprocess1.1八角總體機構設計為了保證八角識別的準確性和效率，需對八角正反面進行圖像采集。經(jīng)過前期的分析和研究，在第二章所述的圖像采集系統(tǒng)的基礎上，提出了一種八角圖像檢測裝置，該裝置主要包括機架、料斗、掃平機構、傳送帶、光箱、工業(yè)攝像頭、驅動部件等部件，其中機架為工字鋼焊接成的方形框架。223A45B8976C11、料斗；2、掃平機構；3、傳送帶1；4、傳送帶2；5、光箱1；6、工業(yè)攝像頭1；7、工業(yè)攝像頭2；8、光箱2；9、傳送帶3；10、驅動部件；11、機架；1.Hopper;2.Quashedinstitutions;3.Conveyorbelt1;4,conveyorbelt2;1.Lightbox1;6.Industrialcamera1;7.Industrialcamera2;8.LightBox2;9.Conveyorbelt3;10.Drivingcomponents;11.Rack;圖5-2八角分揀機構圖Fig.5-2octagonalsortercomposition該機構主要分為四組，如圖5-2所示：第一組：第一組有八角料斗1通過焊接于機架右上方，漏斗1下方為傳送帶3，前方有掃平機構2和電機模組和排序機構A等組成。第二組：第二組主要有傳送帶、拍攝裝置、驅動部件和機架組成。第三組：第二組主要有傳送帶、拍攝裝置、驅動部件、翻轉機構和機架組成。第四組：第四組有多個分揀單元，每個分揀單元都有分揀電機、凸輪機構、彈簧和圓形分揀箱組成。該裝置的工作過程如下：將待分揀的八角放于料斗中，八角果實在重力的作用下滑到下方的傳送帶上，在驅動部件驅動傳送帶的作用下八角被無規(guī)則（主要表現(xiàn)為重疊）的帶到掃平機構下，由于掃平機構的存在，通過掃平機構的八角絕大部分都不在重疊。不重疊的八角隨著傳送帶繼續(xù)移動至排序整理單元，整理單元將對八角進行整理，整理后的八角傳送帶的驅動下逐個流到下一傳送帶中，此時可以對八角的任意面進行圖像采集，采集后的圖像傳輸?shù)浇K端進行處理得到需要的信息。由于八角有兩個面，且每個面的信息反映特征不一樣，所以還需對八角的另一個面進行圖像采集。完成了八角其中一個面的圖像采集后，八角機械移動至翻轉機構，翻轉機構對八角進行翻轉后繼續(xù)移動至下個圖像采集單元對八角另一個面進行圖像采集，在將采集的結果傳輸?shù)诫娔X終端進行處理。由于已經(jīng)采集了八角其中一個面，所以在這個過程中可以通過傳感器挑選想要進行二次圖像采集的八角。電腦端對不同面的八角圖像處理后，將處理的八角圖像信息傳輸?shù)较挛粰C，下位機控制分揀機構進行分揀，至此完成不同類型的八角分揀。該裝置將八角的分揀分成了不同的流程，每個流程完成不一樣的功能，最終有條不絮的對八角正反面進行圖像采集，獲取了八角的更多信息，有效的識別了不同類別和品質(zhì)的八角，極大的提高了八角分揀效率。1.2排序機構設計為了對雜亂無章的八角進行排序，本文將對八角進行排列，以提高后續(xù)八角的檢測效率。排序機構主要機構有兩大部分組成：掃平機構和轉輥機構。掃平機構主要將傳送帶上重疊的多個八角去重疊；轉輥機構主要將無重疊的八角進行逐一排列，以實現(xiàn)八角圖像逐一采集。如圖5-3所示圖5-3八角排序機構圖Fig.5-3Octagonsortingmechanismdiagram1.2.1掃平機構設計八角通過漏斗流到漏斗口，漏斗口上有傳感器和截流裝置，八角通過傳送帶流到排序裝置，排序速度可能跟不上流入速度，所以對其進行控制。當八角流到掃平裝置時會出現(xiàn)多個八角重疊的問題，因此通過掃平裝置對八角進行掃平處理。1.2.2排序機構設計八角經(jīng)過掃平機構來到排序機構入口區(qū)，由于轉輥、轉輥和機架之間構成一個弧線區(qū)域，如圖所示5-4b所示，所以八角容易在此堆積進行下一步動作。在此區(qū)域中八角的果角與轉輥的勾齒相互作用下，八角將逐個通過轉輥間隙進入下一個傳送帶。如圖所示5-4所示。a排序機構軸側視圖a.Axissideviewofsortingmechanismb排序原理圖bSortingschematicdiagram圖5-4八角排序機構圖Fig.5-4Octagonsortingmechanismdiagram1.3圖像采集機構1.3.1圖像采集設計八角從排序機構出來后，再在每個傳動帶的輸送下來到圖像采集裝置1，采集裝置會對八角其中的一個面進行圖像采集，采集后的圖像被上傳到處理單元進行處理，如果采集的是八角的正面圖像，則對八角的特征進行提取，如果采集的是反面，則將結果傳輸給下位機，八角會繼續(xù)在傳送帶的輸送下移動至翻轉機構，翻轉機構將八角進行翻轉后，由于在圖像采集裝置1時已對八角的正反面進行識別，所以翻轉后的八角會在圖像采集裝置2進行圖像采集，這次采集只會對沒有拍到的正面圖像進行圖像采集并提取八角的特征，這樣的設計在很大程度上減少了拍照的次數(shù)，提高可工作效率。如圖5-5所示。圖5-5八角圖像采集裝置Fig.5-5Octagonimageacquisitiondevice1.3.2翻轉機構設計如圖5-6所示，八角在傳送帶的帶動下逐漸移動至缺口弧度擋板，由于擋板一邊有缺口且有弧度，所以八角會向一邊傾斜，當八角向缺口端傾斜時，八角將小幅度逐漸向90度方向翻轉，由于八角不斷向前，隨著缺口弧度板的角度不斷增加，再加上上輔助擋板的弧面設置，致使八角以大于90度下落，在八角下落后，由于下輔助擋板的弧形輔助的原因，使八角完全翻面，隨之掉落在下一傳送帶，至此八角翻轉成功。圖5-6八角翻轉機構圖Fig.5-6Diagramofoctagonalturnovermechanism1.3.3分揀機構設計被采集和處理后的八角繼續(xù)移動到八角旋轉分揀裝置，因為八角圖片的基本特征基本已被識別完畢，而八角的信息也被傳輸至下位機，下位機對每一個傳送帶上的八角進行識別。由于每個旋轉分揀裝置上都備有分揀口，如果要對八角有其他的分揀要求，只需在旋轉分揀機構上增加即可。當對八角進行分揀時，下位機會驅動旋轉電機進行旋轉定位，當定位到不同的分揀口后，當八角到來時，小電機驅動凸輪機構，由頂桿將八角推入分揀口，完成分揀工作。如圖5-7所示。a八角分揀軸側視圖aOctagonsortingaxialsideviewb八角分揀內(nèi)部視圖bOctagonsortinginternalview圖5-7八角分揀原理圖Fig.5-7.Schematicdiagramofoctagonalsorting1.4八角軟件設計GUI（GraphicalUserInterface）即采用圖形方式顯示的計算機操作的用戶界面。GUI提供了簡潔易用的人機交互接口，利于平時使用。為了在分揀八角有一個友好的交互界面，結合本文圖像處理OpenCV為C++寫的庫，本文選用Qt庫對八角分揀系統(tǒng)軟件進行界面設計。1.4.1Qt簡介Qt是由QtCompany在1911年通過C++開發(fā)的一個圖像用戶界面庫，后被Nokia收購。它具有跨平臺性、面向對象、豐富的API等優(yōu)點，且在多個領域得到廣泛的應用。Qt是一個完整的應用開發(fā)框架，由QtCreator、QtLinguist、Qt開發(fā)庫等組成，如圖5-8所示。Qt繼承了C++的面向對象，在面向對象的基礎上使用特殊的代碼生成擴展((MetaObjectCompiler,moc)元對象編譯器)以及一些宏，增加了信號與槽機制，使Qt有了事件驅動，加上Qt本身的庫實現(xiàn)了真正地組件編程。Qt中基類窗口有QWidget、QMainWindow和QDialog三類，QWidget只有一個主窗口、QMainWindow本身具有任務欄、狀態(tài)了、主窗口、工具欄和部件動作等，QDialog為彈出提醒窗口。根據(jù)需要本文采用QMainWindow基類窗口PC端GUI進行設計?？梢哉fQt是一個跨平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架，它為應用程序開發(fā)者提供建立藝術級圖形界面所需的所有功能。它是完全面向對象的，很容易擴展，并且允許組件編程。QtIDEQt開發(fā)庫QtCreatorQtLinguist其他平臺應用程序圖形控件（QDeclarative）圖形引擎事件驅動FrameBuffer輸入輸出設備OS圖5-8Qt開發(fā)原理圖Fig.5-8Qtdevelopmentschematicdiagram1.4.2軟件界面的實現(xiàn)一個易于操作的圖像界面在很大程度上能提高工作效率和改善工作的心情，因此本文將借助Qt庫對八角圖像采集進行UI設計。在日常生活中雖然窗口各有不同，但是無論什么樣的窗口中都包含事件和組件等常見內(nèi)容。事件主要是用于監(jiān)控窗口中所做的操作，例如：鼠標單擊事件、定時器事件和鍵盤事件等。組件則是組成一個大窗口的基本元器件，例如：工具欄、狀態(tài)欄、菜單欄、浮動窗口、按鈕、標簽和下拉框等。同樣，Qt中也具有這一套組件和庫，下面就利用QtIDE對其進行界面設計。（1）軟件設計流程本文主要針對八角得外觀品質(zhì)進行檢測，所以所需的功能為常見功能，如圖片顯示，結果顯示，和基本的文件保存、退出和選擇方法控件?；诖?，本文選擇Qt中的MainWindow作為基類。具體MainWindow流程如下所示：打開打開QtIDE新建工程選擇QMainWindow基類布局界面嵌入八角分揀程序運行程序結束圖5-9軟件設計流程圖Fig.5-9softwaredesignflowchart雙擊安裝好的Qt開發(fā)環(huán)境圖標QtCreator，即可打開軟件，隨后點擊project后，再點擊New后跳出圖窗口，接著再點擊Application，再點擊QtWegetsApplication，即可得到Qt環(huán)境下的工作界面。如圖5-10所示。圖5-10GUI設計流程圖Fig.5-10GUIdesignflowchart環(huán)境搭好后選擇Qt中的基本控件Qlabel作為操作單元。Qt中的Qlabel控件功能強大，有顯示圖片、GIF、網(wǎng)址和文字等功能。根據(jù)需要，本設計主要顯示的元素有圖片（2張）、提升信息（顏色、果型、均勻性、果數(shù)和有無質(zhì)變等5個基本提示信息）、同樣顯示八角品質(zhì)檢測結果也需五個，所以應通過程序新建12個label控件。選擇好控件后對每個QLabel進行布局，實現(xiàn)后的界面如圖5-11所示。圖5-11GUI效果圖Fig.5-11GUIrenderings（2）八角外觀檢測實現(xiàn)在前文已對檢測算法進行實現(xiàn)，因此本文主要介紹采集八角的工作