盆栽花卉分级旋向装置开发与试验

 

(1．华南农业大学a．工程学院;b．南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室;c．电子工程学院，广州510642;2．广州实凯机电科技有限公司，广州510642)

 

摘要:随着人们生活水平的提高，对花卉的需求量不断攀升。目前，在盆花规模化生产中大多采用人工分级，存在分级标准不统一、分级效率不高及分级结果不准确等问题。为此，针对花盆口径120mm、底径90mm、高度90mm的盆栽花卉，开发了一套基于机器视觉的盆栽花卉分级旋向装置。该装置可以用单一相机在同一位置获取盆栽花卉多方向的综合信息;通过试验考察了在旋向装置中盆栽花卉前进速度、旋转速度与两条旋向输送带速度的关系。结果表明:当旋转180°获取两幅盆栽花卉图像时，视窗的最小范围在160mm。

 

引言
 

 

随着国内经济迅速发展和人们生活水平的提高，对盆栽花卉的需求量不断提高，使得花卉产业迅速发展［1］。为满足市场需求，花卉生产企业多采用规模化、工厂化的生产模式，以提高生产效率。对盆花进行分级，可以实现对不同长势盆花进行统一管理，达到盆栽花卉品质均一化。目前，在盆花规模化生产中采用人工分级［2］，存在分级标准不统一、分级效率不高及分级结果不稳定等问题。

 

美国、荷兰等园艺大国针对盆栽花卉已经开发出基于机器视觉的盆栽花卉自动分级系统［3－4］，但价格昂贵，国内企业难以承受。虽然国内基于机器视觉技术已经开发出对苹果［5－6］、马铃薯［7－8］、澳洲坚果［9］、板栗［10］、鸡蛋［11］及烟叶［12］等农产品进行检测与分级的装置，但针对盆栽花卉分级还没有完整的分级系统。

 

本研究主要开发一套基于机器视觉的盆栽花卉分级旋向装置，利用一个CCD相机从侧面获取盆栽花卉多方向综合信息，构建一套基于机器视觉技术的盆栽花卉在线自动分级系统，有效提高盆栽花卉在规模化生产分级环节的分级水平和生产效率。

 

1工作原理

 

1．1盆栽花卉自动分级系统工作原理

 

盆栽花卉在线自动分级系统主要由输送机构、旋向装置、机器视觉部分、控制部分和分级机构等部分组成，如图1所示。

 

该分级系统采用机器视觉技术进行分级，依据盆栽花卉的不同形态特征进行分类，按照分出的等级将相应盆花分别输出。分级时，待分级盆栽花卉由输送机构的输送带送入机器视觉检测室，当盆栽花卉进入旋向装置中，花盆脱离输送机构驱动，在旋向输送带驱动下以一定角速度旋转前进;当盆花运动至相机视场后，依次触发几个水平放置等间距的光电传感器，机器视觉相机获取不同旋转方向的盆栽花卉综合图像信息;将获取的图像信息传给计算机，经过图像处理和逻辑分析之后，得到盆花的特征等级参数，并对盆栽花卉划分等级;PLC根据每盆花卉的等级参数控制分级机构分别输出不同等级盆栽花卉。分级流程如图2所示。

 

1．2旋向装置工作原理

 

由于盆栽花卉长势是不规则的，难以从一个方向的图像中获取到盆花的代表性信息，因此在机器视觉检测室内增设一旋向装置，如图3所示。当盆栽花卉进入旋向装置后，在旋向输送带的作用下，盆栽花卉旋转前进，运动方向与速度主要取决于旋向输送带的驱动，几乎不受输送机构影响。

两条旋向输送带在电机驱动下以不同转向旋转，旋向输送带与花盆接触产生的摩擦力，在推动花盆;花盆以一定的角速度旋转的同时匀速前进，依次触发设定好位置的光电传感器，视觉相机多次从侧面获取盆栽花卉多方向的图像，从而获取盆栽花卉的综合信息。