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申请/专利权人:郑州轻工业学院
摘要:一种板栗虫眼智能检测方法,包括以下步骤:①、输送带带动板栗自左向右移动;②、板栗被定位锁止到输送带的凹槽内;③、进行视觉检测;④、进行激光检测;⑤、进行声学检测;⑥、板栗被解锁;⑦、分选装置将被认定为有虫眼的板栗分选出来,完好、检测合格的板栗由水平输送带(4)向右输送。本发明通过机器视觉、声学检测和激光检测的多级联合智能信息融合下,可实现高精度的板栗虫眼检测,一方面可以有效提升检测的智能化水平,另外一方面通过多级联合智能检测,提升分选准确率,并降低装置成本。本发明能用于板栗农产品虫眼在线实时检测,对于提升我国板栗农产品深加工的发展具有重要的意义,而且市场应用前景较好。
主权项:1.一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:所述的检测方法采用板栗虫眼智能检测设备进行操作;板栗虫眼智能检测设备包括机架(1),机架(1)上自左向右依次设置有提升输送带(2)和水平输送带(4),提升输送带(2)呈左低右高倾斜设置,机架(1)上自左向右依次设置有位于水平输送带(4)上方的拍照暗室检测模块(3)、激光检测模块(5)、声学检测模块(6)和分选装置(7),机架(1)侧部设置有电控模块(9)、板栗锁止装置和板栗解锁装置,板栗锁止装置的工作部位于提升输送带(2)上方,板栗解锁装置的工作部位于水平输送带(4)上方的声学检测模块(6)和分选装置(7)之间;提升输送带(2)和水平输送带(4)均由金属热导体材料制成,提升输送带(2)和水平输送带(4)上表面沿左右方向间隔5~8cm均匀开设有用于存放待输送板栗的凹槽(54),提升输送带(2)和水平输送带(4)组合为一个完整传送带;所述的检测方法包括以下步骤:①、提升输送带(2)和水平输送带(4)由步进电机带动自左向右移动,将板栗逐个放置到提升输送带(2)顶部左侧的凹槽(54)内,提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动;②、板栗锁止装置将移动到板栗锁止装置下方的板栗定位锁止到凹槽内;③、提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动到拍照暗室检测模块(3)内进行视觉检测;④、提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动到激光检测模块(5)下方进行激光检测;⑤、提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动到声学检测模块(6)下方进行声学检测;⑥、板栗解锁装置将移动到板栗解锁装置下方的板栗从凹槽内解锁;⑦、分选装置将被认定为有虫眼的板栗分选出来,完好、检测合格的板栗由水平输送带(4)向右输送;板栗锁止装置为并排设置在提升输送带(2)上方的冷气喷管(37)和滴水管,滴水管位于冷气喷管(37)左侧,滴水管的滴水孔和冷气喷管(37)的喷口均朝下设置并朝向经过的凹槽(54);冷气喷管(37)上设置有第二电磁阀(52);板栗解锁装置为设置在水平输送带(4)上方的热气喷管(38),热气喷管(38)的喷口朝下设置并朝向经过的凹槽(54),热气喷管(38)上设置有第三电磁阀(53),第二电磁阀(52)和第三电磁阀(53)都与电控模块(9)相连接;步骤②具体过程为:滴水管内的水滴入到正下方的凹槽(54)内,在将板栗放置到具有液体水的凹槽内,当板栗移动到冷气喷管(37)的喷口下方后,电控模块(9)控制第二电磁阀(52)开启,高压冷气喷向具有液体水的凹槽(54),液体水受冷结冰使板栗冷冻固定到凹槽(54)内;步骤⑥具体过程为:当检测后的板栗向右输送到热气喷管(38)的喷口下方时,通过热气将金属热导体的水平输送带(4)的凹槽(54)内部的固体冰进行急速加热,使之转变为液体水,板栗被解锁,便于分选装置(7)进行分级。
全文数据:一种板栗虫眼智能检测方法技术领域本发明属于农业领域内使用的农产品外观品质检测技术领域,具体涉及一种板栗虫眼智能检测方法,根据板栗的外观特征,对板栗进行机器视觉、激光和声学的多级联合检测,从而完成板栗虫眼的实时检测与分选。背景技术板栗素有“干果之王”的美誉,板栗的营养丰富,果实中含糖和淀粉达70.1%,蛋白质7%。此外,还含脂肪、钙、磷、铁、多种维他命和微量元素,特别是维他命C、B1和胡萝卜素的含量较一般干果都高,栗子营养丰富,除富含淀粉外,还含有单糖与双糖、胡罗卜素、硫胺素、核黄素、尼克酸、抗坏血酸、蛋白质、脂肪、无机盐类等营养物质。但是,在板栗的种植过程中,经常会遇到各种病虫害的袭击,因而板栗的虫眼检测对于提升板栗的品级非常关键。目前,板栗虫眼的检测大部分还停留在靠人工感官进行识别判断阶段,存在诸多不便。依靠人工手挑方式完成板栗虫眼的分选,一是浪费大量劳动力,随着收获季节而出现用工荒,二是容易存在漏检,检测结果一致性差、效率低,难以满足高标准分级的要求,不利于实现自动化。随着人工智能技术的加速进步,利用多源信息智能融合的多级联合检测可提升虫眼检测的准确率。虽然现在基于计算机视觉的板栗分级方法和设备逐渐成为热点,但一般只限于实验室研究或者采用摄像机对其拍照,采用的技术手段较为单一。在虫眼较小,或者形状、位置较复杂的情况下,无法准确的进行判断,存在漏检的风险;或者采用高光谱成像技术对待检板栗进行检测,但是增加检测装置的成本及其复杂性。为了解决现有板栗虫眼分选装置的缺陷,提出了一种基于机器视觉、激光和声学的多级联合板栗虫眼智能检测方法及其装置。通过国内专利文献检索发现有一些相关专利文献报道,主要有以下一些:1、公告号为CN108801971A,名称为“基于高光谱成像技术的霉菌侵染板栗的检测方法”发明专利,提出了一种基于高光谱成像技术的霉菌侵染板栗的检测方法,但所采用单一高光谱成像的技术方案,不能实现板栗虫眼的高精度检测。2、公告号为CN107350173A,名称为“一种板栗自动分拣装置和分拣方法”发明专利,采用多个摄像头、计算机、PLC和电磁阀等,利用机器视觉的算法,对板栗进行识别及其分拣,根据板栗的表面彩色照片,进行滤波和轮廓提取,获取破损板栗面积的有效比例,实现待分级板栗的分选,但该分类装置在虫眼较小,或者形状、位置较复杂的情况下,无法准确的进行判断。3、公告号为CN108620338A,名称为“多信息融合的电磁履带式板栗检测筛选装置”发明专利,设计一种多信息融合的电磁履带式板栗检测筛选装置,融合红外光谱和机器视觉的方法,实现多信息融合下的电磁履带式板栗检测筛选,但是该装置主要采用机器视觉和红外光谱完成板栗破损和发霉的检测,但对于细微虫眼的检测,存在漏检的可能性。上述专利虽然提出了板栗的分拣方法和分级装置,有些设备虽然能按照外观特征进行分级,但由于只采用机器视觉方法,或者融合有高光谱、红外光谱技术,能实现板栗破损和发霉的检测。但是,对于板栗虫眼的检测不全面,特别是面对虫眼较小,或者形状、位置较复杂的情况下,存在漏检的概率。发明内容本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供一种进一步提升虫眼检测的准确率、降低漏检率的板栗虫眼智能检测方法。为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种板栗虫眼智能检测方法,所述的检测方法采用板栗虫眼智能检测设备进行操作;板栗虫眼智能检测设备包括机架1,机架1上自左向右依次设置有提升输送带2和水平输送带4,提升输送带2呈左低右高倾斜设置,机架1上自左向右依次设置有位于水平输送带4上方的拍照暗室检测模块3、激光检测模块5、声学检测模块6和分选装置7,机架1侧部设置有电控模块9、板栗锁止装置和板栗解锁装置,板栗锁止装置的工作部位于提升输送带2上方,板栗解锁装置的工作部位于水平输送带4上方的声学检测模块6和分选装置7之间;提升输送带2和水平输送带4均由金属热导体材料制成,提升输送带2和水平输送带4上表面沿左右方向间隔5~8cm均匀开设有用于存放待输送板栗的凹槽54,提升输送带2和水平输送带4组合为一个完整传送带;所述的检测方法包括以下步骤:①、提升输送带2和水平输送带4由步进电机带动自左向右移动,将板栗逐个放置到提升输送带2顶部左侧的凹槽54内,提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动;②、板栗锁止装置将移动到板栗锁止装置下方的板栗定位锁止到凹槽内;③、提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到拍照暗室检测模块3内进行视觉检测;④、提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到激光检测模块5下方进行激光检测;⑤、提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到声学检测模块6下方进行声学检测;⑥、板栗解锁装置将移动到板栗解锁装置下方的板栗从凹槽内解锁;⑦、分选装置将被认定为有虫眼的板栗分选出来,完好、检测合格的板栗由水平输送带4向右输送。板栗锁止装置为并排设置在提升输送带2上方的冷气喷管37和滴水管,滴水管位于冷气喷管37左侧,滴水管的滴水孔和冷气喷管37的喷口均朝下设置并朝向经过的凹槽54;冷气喷管37上设置有第二电磁阀52;板栗解锁装置为设置在水平输送带4上方的热气喷管38,热气喷管38的喷口朝下设置并朝向经过的凹槽54,热气喷管38上设置有第三电磁阀53,第二电磁阀52和第三电磁阀53都与电控模块9相连接;步骤②具体过程为:滴水管内的水滴入到正下方的凹槽54内,在将板栗放置到具有液体水的凹槽内,当板栗移动到冷气喷管37的喷口下方后,电控模块9控制第二电磁阀52开启,高压冷气喷向具有液体水的凹槽54,液体水受冷结冰使板栗冷冻固定到凹槽54内;步骤⑥具体过程为:当检测后的板栗向右输送到热气喷管38的喷口下方时,通过热气将金属热导体的水平输送带4的凹槽54内部的固体冰进行急速加热,使之转变为液体水,板栗被解锁,便于分选装置7进行分级。拍照暗室检测模块3包括空腔箱体10、环形LED灯11和工业照相机12,空腔箱体10底部敞口并垂直向下朝向水平输送带4,空腔箱体10左右两侧均通过螺钉固定在机架1上,空腔箱体10底部边沿的左侧和右侧均留有便于板栗的水平输送矩形缺口;环形LED灯11和工业照相机12安装在空腔箱体10内的顶部中央位置;步骤③具体过程为:提升输送带2和水平输送带4由输送步进电机带动,输送带每节宽度为30~50mm,由步进电机初步定位,将待检测板栗送入拍照暗室检测模块3内部,再通过电控模块9的机器视觉算法进一步计算位置,驱动步进电机精密定位,使得待检测板栗向右移动到拍照暗室检测模块3内处于工业照相机12下方区域,通过电控模块9的机器视觉方法计算板栗位置,拍照暗室检测模块3的工业照相机12在电控模块9的控制下,对待检测板栗进行拍照,通过工业以太网通信子模块发送到电控模块9,经过嵌入式ARM单片机进行处理,流程为:通过对工业照相机12进行标定,工业照相机12镜头到实物空间的高度H为已知量,采用单目视觉方法,夹角a通过相似三角比例可计算得出,L1为像素的长度,可由图像处理算法得到,从而计算出实物空间中的L2数值,得出待检测板栗在拍照暗室的坐标位置;接着通过图像的特征提取及其分析,获取待检测板栗的大小和疑似虫眼的区域信息;所计算的待检测板栗位置和大小信息,为后续的激光检测模块5和声学检测模块6提供定位信息。激光检测模块5包括第一X向步进电机13、第一X向运动丝杆14、第一X向支架15、第一Y向步进电机16、第一Y向运动丝杆17、第一Y向导轨18、激光检测夹具19和激光检测子模块20;X向为左右水平方向,Y向为前后水平方向,机架1上在水平输送带4的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的第一支撑导轨55,每条第一支撑导轨55内均设置有一个所述的第一X向运动丝杆14,第一X向运动丝杆14的一端转动连接在第一支撑导轨55上,第一X向运动丝杆14的另一端与所述的第一X向步进电机13传动连接,第一X向运动丝杆14上螺纹连接有沿第一支撑导轨55滑动的所述的第一X向支架15,第一Y向导轨18的前后两端固定连接在两个第一X向支架15的上端,第一Y向导轨18为中空杆状结构,第一Y向运动丝杆17沿前后方向设置在第一Y向导轨18内部,第一Y向运动丝杆17的一端转动连接在第一Y向导轨18内部一端,第一Y向运动丝杆17的另一端与所述的第一Y向步进电机16传动连接,激光检测夹具19螺纹连接在第一Y向运动丝杆17上且沿第一Y向导轨18滑动设置,激光检测子模块20安装在激光检测夹具19上并朝向凹槽54照射;步骤④具体过程为:水平输送带4带动板栗向右移动到激光检测模块5下方,第一X向步进电机13驱动第一X向运动丝杆14转动,从而使与第一X向运动丝杆14的第一X向支架15沿第一支撑导轨55向左或向右移动,第一Y向导轨18、激光检测夹具19和激光检测子模块20也向左或向右移动;第一Y向步进电机16驱动第一Y向运动丝杆17转动,从而使与第一Y向运动丝杆17的激光检测夹具19沿第一Y向导轨18向前或向后移动,激光检测子模块20也向前或向后移动;通过X-Y平面定位将激光检测夹具19移动到待检测板栗的上方,激光检测子模块20对准疑似板栗虫眼区域的垂直正上方;激光检测子模块20检测完成后,将检测的激光反射信号强度和位置高度信息进行处理后,交由电控模块9进行分析。声学检测模块6包括第二X向步进电机21、第二X向运动丝杆22、第二X向支架23、第二Y向步进电机24、第二Y向运动丝杆25、第二Y向导轨26、滑动架、C轴运动电机27、C轴减速机28、高压气针29、高压气管30、声学传感器31和第一电磁阀51;X向为左右水平方向,Y向为前后水平方向,机架1上在水平输送带4的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的第二支撑导轨56,每条第二支撑导轨56内均设置有一个所述的第二X向运动丝杆22,第二X向运动丝杆22的一端转动连接在第二支撑导轨56上,第二X向运动丝杆22的另一端与所述的第二X向步进电机21传动连接,第二X向运动丝杆22上螺纹连接有沿第二支撑导轨56滑动的所述的第二X向支架23,第二Y向导轨26的前后两端固定连接在两个第二X向支架23的上端,第二Y向导轨26为中空杆状结构,第二Y向运动丝杆25沿前后方向设置在第二Y向导轨26内部,第二Y向运动丝杆25的一端转动连接在第二Y向导轨26内部一端,第二Y向运动丝杆25的另一端与所述的第二Y向步进电机24传动连接,C轴运动电机27和C轴减速机28设置在滑动架内部,滑动架螺纹连接在第二Y向运动丝杆25上且沿第二Y向导轨26滑动设置,C轴运动电机27的动力输出端与C轴减速机28的动力输入端传动连接,高压气针29安装在C轴减速机28的动力输出轴上,C轴减速机28的动力输出轴的沿左右方向水平设置,高压气针29与C轴减速机28的动力输出轴垂直,高压气针29的进气口与高压气管30的出气口连接,第一电磁阀51设置在高压气管30上,高压气管30的进气口连接有空压机,声学传感器31设置在高压气针29的喷气口处;步骤⑤具体过程为:水平输送带4带动板栗向右移动到声学检测模块6下方后,第二X向步进电机21驱动第二X向运动丝杆22转动,从而使与第二X向运动丝杆22的第二X向支架23沿第二支撑导轨56向左或向右移动,第二Y向导轨26、滑动架、C轴运动电机27、C轴减速机28和高压气针29也向左或向右移动;第二Y向步进电机24驱动第二Y向运动丝杆25转动,从而使与第二Y向运动丝杆25的滑动架沿第二Y向导轨26向前或向后移动,C轴运动电机27、C轴减速机28和高压气针29也向前或向后移动;通过X-Y平面定位将第二C轴减速机28移动到待检测板栗的上方,再通过第二C轴减速机28的回转运动,将高压气针29对准疑似板栗虫眼的垂直正上方;高压气针29喷出气流后,声学传感器31采集疑似板栗虫眼位置的气流回声信号,交由电控模块9进行分析。分选装置7包括分选支撑板32、分选气缸33、分选杆34、分选杆头35和滑道36;滑道36通过螺栓连接安装在机架1右前侧位置;分选支撑板32通过螺栓连接垂直安装在机架1右后侧位置,分选气缸33固定安装在分选支撑板32左侧面,分选气缸33的伸缩杆与分选杆34同轴向连接,分选杆34沿左右方向水平设置;步骤⑦的具体过程为:当有虫眼的板栗向右输送到与分选装置7前后对应的位置时,分选气缸33带动分选杆34运动,推动分选杆头35将有虫眼缺陷的板栗推出滑道36的入口;分选气缸33与电控模块9连接,在电控模块9的控制下,推动分选杆34运动,从而实现有虫眼缺陷的板栗通过滑道36落入残次品框,合格的板栗,由水平输送带4往右侧方向运输。电控模块9包括嵌入式ARM单片机、输入输出子模块、工业以太网通信子模块、显示子模块、灯光警示子模块;嵌入式ARM单片机通过片内总线与输入输出子模块相连接;嵌入式ARM单片机通过工业以太网通信子模块分别与工业照相机12和激光检测子模块20相连接;工业以太网通信子模块内置双工业以太网网口,输入输出子模块分别与第一X向步进电机13、第一Y向步进电机16、第二X向步进电机21、C轴运动电机27、第二Y向步进电机24、分选气缸33通过控制信号线相连接,按照控制流程控制所对应的步进电机有序动作,实现定位和分选;输入输出子模块还与第一电磁阀51、第二电磁阀52和第三电磁阀53相连接,根据动作流程,打开或者关闭电磁阀,分别实现检测、冷冻和解冻功能;所述的输入输出子模块还连接并控制环形LED灯11开闭及其亮度;输入输出子模块还与声学传感器31相连接。步骤④中激光检测子模块20的具体检测过程为:激光检测子模块20在X-Y平面定位X方向和Y方向各间隔2mm对疑似板栗虫眼区域进行扫描,扫描长度和宽度均为14mm,总计8×8=64次,激光检测子模块20获取激光反射强度数据集B64和高度数据集H64,高度为激光检测子模块中激光发射头到待检测板栗表面距离,如下所示:进一步,对激光反射强度数据集B64沿X方向和Y方向求其偏导数,分别为BX49和BY49,对高度数据集H64沿X方向和Y方向求其偏导数,分别为HX49和HY49,如下所示:对BX49和BY49求其49个数据的均值,为和,对HX49和HY49求其49个数据的均值,为和;对BX49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值0.15mm,阈值为相对亮度,范围为0~1,标志位BXF设置为1,如果都小于阈值0.15mm,标志位BXF设置为0,同样,对BY49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值0.15mm,标志位BYF设置为1,如果都小于阈值0.15mm,标志位BYF设置为0;对HX49中的49个分别与进行比较,如果差值大于阈值1.8,标志位HXF设置为1,如果都小于阈值1.8,标志位HXF设置为0,同样,对HY49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值1.8,标志位HYF设置为1,如果都小于阈值1.8,标志位HYF设置为0;统计标志位BXF、BYF、HXF和HYF中为1的个数,如果总的个数为3或者4,则激光检测模块5判断当前待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,判断当前待检测板栗不存在虫眼缺陷。步骤⑤中声学检测模块6与电控模块9配合检测的具体过程为:声学检测模块6在电控模块9的控制下,通过X-Y平面定位移动到待检测板栗的上方;通过C轴减速机28的运动,采集三个位置的声学信号数据,位置1为疑似板栗虫眼区域的垂直正上方,位置2为疑似板栗虫眼区域表面的垂线方向,通过所述HX49和HY49数据计算获得,位置3为位置1关于疑似板栗虫眼区域表面的垂线的对称位置;电控模块9打开第一电磁阀51,高压气体通过高压气针29作用在疑似板栗虫眼区域,声学传感器31采集到2秒的数据后,通过输入输出子模块将数据发送给电控模块9,成功后电控模块9关闭第一电磁阀51;同样,电控模块9对位置2和位置3进行声学信号数据的采集;全部三个位置的声学信号数据采集完成后,电控模块9的嵌入式ARM单片机按以下流程进行处理:A、分别对位置1、位置2和位置3采集到的声学信号数据按流程B~D进行处理;B、对各个位置采集到的2秒声学信号数据,通过傅里叶变换,将时域信号数据变换为频域信号数据;C、将频域信号数据的图像压缩为128×256的256级灰度图像,频率越高,对应的灰度越大;频率为20Hz时对应的灰度为0,频率为20KHz时,对应的灰度为255,中间的频率对应的灰度计算采用线性插值求解;进一步,频率低于20Hz时候,对应的灰度为0,超过20KHz时,对应的灰度为255;D、将128×256的256级灰度图像送入残差网络中进行辨识,辨识结果为二维向量[P0,P1],当P0大于P1时,声学检测模块标记当前位置为待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,判断当前待检测板栗不存在虫眼缺陷;E、汇总分析位置1、位置2和位置3的初步结果,如果其中位置1、位置2和位置3任何一个位置存在虫眼缺陷标记,则声学检测模块判断当前待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,当前待检测板栗不存在虫眼缺陷;通过拍照视觉、激光和声学三者共同组合检测后最终辨识的结果通过显示子模块进行显示;有虫眼的板栗还通过灯光警示子模块报警显示,以提醒工作人员;显示子模块还能对检测的数据进行统计分析,按小时或者批次显示统计数据,便于人工查看。所述残差网络包含3个残差块,A1卷积层、A2BatchNorm层、A3激活层、B1卷积层、B2BatchNorm层和B3激活层构成第一残差块,所述A1卷积层、A2BatchNorm层、A3激活层、B1卷积层、B2BatchNorm层和B3激活层首尾依次相连接,进一步,A1卷积层入口的数据可短路插入到B2BatchNorm层和B3激活层之间;C1卷积层、C2BatchNorm层、C3激活层、D1卷积层、D2BatchNorm层和D3激活层构成第二残差块,所述C1卷积层、C2BatchNorm层、C3激活层、D1卷积层、D2BatchNorm层和D3激活层首尾依次相连接,进一步,C1卷积层入口的数据可短路插入到D2BatchNorm层和D3激活层之间;E1卷积层、E2BatchNorm层、E3激活层、F1卷积层、F2BatchNorm层和F3激活层构成第三残差块,所述E1卷积层、E2BatchNorm层、E3激活层、F1卷积层、F2BatchNorm层和F3激活层首尾依次相连接,进一步,E1卷积层入口的数据可短路插入到F2BatchNorm层和F3激活层之间;第一残差块、第二残差块和第三残差块收尾依次相连接,频域灰度图像输入所述残差网络的3个残差块后,进入到G1全连接层,数据再流入到H1软回归层,最终输出辨识结果。更进一步,所述残差网络通过离线进行训练,总共采集3160个样本的数据进行训练,其中1510个为不存在虫眼缺陷的数据,1650个为存在虫眼缺陷的数据,训练后的模型存入电控模块9的嵌入式ARM单片机内部。由机器视觉检测结果,获取疑似虫眼的区域信息;由机器视觉检测疑似虫眼位置信息,通过激光检测,获取激光检测结果;由机器视觉检测疑似虫眼位置信息和激光检测板栗疑似虫眼附近曲面信息,通过声学检测,获取声学检测结果;由上述机器视觉结果:疑似虫眼位置和大小信息、激光检测结果和声学检测结果,通过SVM模型进行辨识,输出最终的辨识结果:正常和虫眼,再由显示子模块和灯光警示子模块进行输出。所述SVM模型通过离线进行训练,与所述残差网络共用相同的训练样本,也即是对总共采集3160个样本的数据进行训练,其中1510个为不存在虫眼缺陷的数据,1650个为存在虫眼缺陷的数据,训练后的SVM模型参数存入电控模块9的嵌入式ARM单片机内部。采用上述技术方案,本发明还可以设置为级联操作,两台本发明装置和一台带机器视觉的机器手组合成一套检测单元;所述带机器视觉的机器手处于两台本发明装置中间,利用机器视觉进行辅助定位,实现待检测板栗从一台本发明装置移动到另一台本发明装置上,移动过程中实现板栗翻面,之后再进行检测,可进一步提升检测的准确率。综上所述,本发明相对于现有技术具有以下有益效果:本发明通过机器视觉、声学检测和激光检测的多级联合智能信息融合下,可实现高精度的板栗虫眼检测,一方面可以有效提升检测的智能化水平,另外一方面通过多级联合智能检测,提升分选准确率,并降低装置成本。本发明能用于板栗农产品虫眼在线实时检测,对于提升我国板栗农产品深加工的发展具有重要的意义,而且市场应用前景较好。附图说明图1是本发明中板栗虫眼智能检测设备在一个视角下的立体结构示意图;图2是本发明中板栗虫眼智能检测设备在另一个视角下的立体结构示意图;图3是本发明中板栗虫眼智能检测设备的激光检测模块的俯视结构示意图;图4是图3的左视图;图5是本发明中板栗虫眼智能检测设备的声学检测模块的结构示意图;图6是本发明中板栗虫眼智能检测设备的分选装置的结构示意图;图7是本发明中板栗虫眼智能检测设备的拍照暗室检测模块的仰视示意图;图8是机器视觉板栗位置计算示意图;图9是激光检测模块工作示意图;图10是声学检测模块工作示意图;图11是用于声学信号数据处理的残差网络(ResNet)结构图;图12是机器视觉、激光和声学的多级联合智能检测流程图;图13是本发明中板栗虫眼智能检测设备的电控模块结构图。具体实施方式本发明的一种板栗虫眼智能检测方法,所述的检测方法采用板栗虫眼智能检测设备进行操作;如图1-图6所示,板栗虫眼智能检测设备包括机架1,机架1上自左向右依次设置有提升输送带2和水平输送带4,提升输送带2呈左低右高倾斜设置,机架1上自左向右依次设置有位于水平输送带4上方的拍照暗室检测模块3、激光检测模块5、声学检测模块6和分选装置7,机架1侧部设置有电控模块9、板栗锁止装置和板栗解锁装置,板栗锁止装置的工作部位于提升输送带2上方,板栗解锁装置的工作部位于水平输送带4上方的声学检测模块6和分选装置7之间;提升输送带2和水平输送带4均由金属热导体材料制成,提升输送带2和水平输送带4上表面沿左右方向间隔5~8cm均匀开设有用于存放待输送板栗的凹槽54,提升输送带2和水平输送带4组合为一个完整传送带;所述的检测方法包括以下步骤:①、提升输送带2和水平输送带4由步进电机带动自左向右移动,将板栗逐个放置到提升输送带2顶部左侧的凹槽54内,提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动;②、板栗锁止装置将移动到板栗锁止装置下方的板栗定位锁止到凹槽内;③、提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到拍照暗室检测模块3内进行视觉检测;④、提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到激光检测模块5下方进行激光检测;⑤、提升输送带2和水平输送带4带动板栗向右移动到声学检测模块6下方进行声学检测;⑥、板栗解锁装置将移动到板栗解锁装置下方的板栗从凹槽内解锁;⑦、分选装置将被认定为有虫眼的板栗分选出来,完好、检测合格的板栗由水平输送带4向右输送。板栗锁止装置为并排设置在提升输送带2上方的冷气喷管37和滴水管,滴水管位于冷气喷管37左侧,滴水管的滴水孔和冷气喷管37的喷口均朝下设置并朝向经过的凹槽54;冷气喷管37上设置有第二电磁阀52;板栗解锁装置为设置在水平输送带4上方的热气喷管38,热气喷管38的喷口朝下设置并朝向经过的凹槽54,热气喷管38上设置有第三电磁阀53,第二电磁阀52和第三电磁阀53都与电控模块9相连接;步骤②具体过程为:滴水管内的水滴入到正下方的凹槽54内,在将板栗放置到具有液体水的凹槽内,当板栗移动到冷气喷管37的喷口下方后,电控模块9控制第二电磁阀52开启,高压冷气喷向具有液体水的凹槽54,液体水受冷结冰使板栗冷冻固定到凹槽54内;步骤⑥具体过程为:当检测后的板栗向右输送到热气喷管38的喷口下方时,通过热气将金属热导体的水平输送带4的凹槽54内部的固体冰进行急速加热,使之转变为液体水,板栗被解锁,便于分选装置7进行分级。拍照暗室检测模块3包括空腔箱体10、环形LED灯11和工业照相机12,空腔箱体10底部敞口并垂直向下朝向水平输送带4,空腔箱体10左右两侧均通过螺钉固定在机架1上,空腔箱体10底部边沿的左侧和右侧均留有便于板栗的水平输送矩形缺口;环形LED灯11和工业照相机12安装在空腔箱体10内的顶部中央位置;步骤③具体过程为:提升输送带2和水平输送带4由输送步进电机带动(本领域常规技术),输送带每节宽度为30~50mm,由步进电机初步定位,将待检测板栗送入拍照暗室检测模块3内部,再通过电控模块9的机器视觉算法进一步计算位置,驱动步进电机精密定位,使得待检测板栗向右移动到拍照暗室检测模块3内处于工业照相机12下方区域,如图7和图8所示,通过电控模块9的机器视觉方法计算板栗位置,拍照暗室检测模块3的工业照相机12在电控模块9的控制下,对待检测板栗进行拍照,通过工业以太网通信子模块发送到电控模块9,经过嵌入式ARM单片机进行处理,流程为:通过对工业照相机12进行标定,工业照相机12镜头到实物空间的高度H为已知量,采用单目视觉方法,夹角a通过相似三角比例可计算得出,L1为像素的长度,可由图像处理算法得到(本领域常规技术),从而计算出实物空间中的L2数值,得出待检测板栗在拍照暗室的坐标位置;接着通过图像的特征提取及其分析,获取待检测板栗的大小和疑似虫眼的区域信息;所计算的待检测板栗位置和大小信息,为后续的激光检测模块5和声学检测模块6提供定位信息。激光检测模块5包括第一X向步进电机13、第一X向运动丝杆14、第一X向支架15、第一Y向步进电机16、第一Y向运动丝杆17、第一Y向导轨18、激光检测夹具19和激光检测子模块20;X向为左右水平方向,Y向为前后水平方向,机架1上在水平输送带4的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的第一支撑导轨55,每条第一支撑导轨55内均设置有一个所述的第一X向运动丝杆14,第一X向运动丝杆14的一端转动连接在第一支撑导轨55上,第一X向运动丝杆14的另一端与所述的第一X向步进电机13传动连接,第一X向运动丝杆14上螺纹连接有沿第一支撑导轨55滑动的所述的第一X向支架15,第一Y向导轨18的前后两端固定连接在两个第一X向支架15的上端,第一Y向导轨18为中空杆状结构,第一Y向运动丝杆17沿前后方向设置在第一Y向导轨18内部,第一Y向运动丝杆17的一端转动连接在第一Y向导轨18内部一端,第一Y向运动丝杆17的另一端与所述的第一Y向步进电机16传动连接,激光检测夹具19螺纹连接在第一Y向运动丝杆17上且沿第一Y向导轨18滑动设置,激光检测子模块20安装在激光检测夹具19上并朝向凹槽54照射;步骤④具体过程为:水平输送带4带动板栗向右移动到激光检测模块5下方,第一X向步进电机13驱动第一X向运动丝杆14转动,从而使与第一X向运动丝杆14的第一X向支架15沿第一支撑导轨55向左或向右移动,第一Y向导轨18、激光检测夹具19和激光检测子模块20也向左或向右移动;第一Y向步进电机16驱动第一Y向运动丝杆17转动,从而使与第一Y向运动丝杆17的激光检测夹具19沿第一Y向导轨18向前或向后移动,激光检测子模块20也向前或向后移动;通过X-Y平面定位将激光检测夹具19移动到待检测板栗的上方,激光检测子模块20对准疑似板栗虫眼区域的垂直正上方;激光检测子模块20检测完成后,将检测的激光反射信号强度和位置高度信息进行处理后,交由电控模块9进行分析。声学检测模块6包括第二X向步进电机21、第二X向运动丝杆22、第二X向支架23、第二Y向步进电机24、第二Y向运动丝杆25、第二Y向导轨26、滑动架、C轴运动电机27、C轴减速机28、高压气针29、高压气管30、声学传感器31和第一电磁阀51;X向为左右水平方向,Y向为前后水平方向,机架1上在水平输送带4的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的第二支撑导轨56,每条第二支撑导轨56内均设置有一个所述的第二X向运动丝杆22,第二X向运动丝杆22的一端转动连接在第二支撑导轨56上,第二X向运动丝杆22的另一端与所述的第二X向步进电机21传动连接,第二X向运动丝杆22上螺纹连接有沿第二支撑导轨56滑动的所述的第二X向支架23,第二Y向导轨26的前后两端固定连接在两个第二X向支架23的上端,第二Y向导轨26为中空杆状结构,第二Y向运动丝杆25沿前后方向设置在第二Y向导轨26内部,第二Y向运动丝杆25的一端转动连接在第二Y向导轨26内部一端,第二Y向运动丝杆25的另一端与所述的第二Y向步进电机24传动连接,C轴运动电机27和C轴减速机28设置在滑动架内部,滑动架螺纹连接在第二Y向运动丝杆25上且沿第二Y向导轨26滑动设置,C轴运动电机27的动力输出端与C轴减速机28的动力输入端传动连接,高压气针29安装在C轴减速机28的动力输出轴上,C轴减速机28的动力输出轴的沿左右方向水平设置,高压气针29与C轴减速机28的动力输出轴垂直,高压气针29的进气口与高压气管30的出气口连接,第一电磁阀51设置在高压气管30上,高压气管30的进气口连接有空压机,声学传感器31设置在高压气针29的喷气口处;步骤⑤具体过程为:水平输送带4带动板栗向右移动到声学检测模块6下方后,第二X向步进电机21驱动第二X向运动丝杆22转动,从而使与第二X向运动丝杆22的第二X向支架23沿第二支撑导轨56向左或向右移动,第二Y向导轨26、滑动架、C轴运动电机27、C轴减速机28和高压气针29也向左或向右移动;第二Y向步进电机24驱动第二Y向运动丝杆25转动,从而使与第二Y向运动丝杆25的滑动架沿第二Y向导轨26向前或向后移动,C轴运动电机27、C轴减速机28和高压气针29也向前或向后移动;通过X-Y平面定位将第二C轴减速机28移动到待检测板栗的上方,再通过第二C轴减速机28的回转运动,将高压气针29对准疑似板栗虫眼的垂直正上方;高压气针29喷出气流后,声学传感器31采集疑似板栗虫眼位置的气流回声信号,交由电控模块9进行分析。分选装置7包括分选支撑板32、分选气缸33、分选杆34、分选杆头35和滑道36;滑道36通过螺栓连接安装在机架1右前侧位置;分选支撑板32通过螺栓连接垂直安装在机架1右后侧位置,分选气缸33固定安装在分选支撑板32左侧面,分选气缸33的伸缩杆与分选杆34同轴向连接,分选杆34沿左右方向水平设置;步骤⑦的具体过程为:当有虫眼的板栗向右输送到与分选装置7前后对应的位置时,分选气缸33带动分选杆34运动,推动分选杆头35将有虫眼缺陷的板栗推出滑道36的入口;分选气缸33与电控模块9连接,在电控模块9的控制下,推动分选杆34运动,从而实现有虫眼缺陷的板栗通过滑道36落入残次品框,合格的板栗,由水平输送带4往右侧方向运输。如图13所示,电控模块9包括嵌入式ARM单片机、输入输出子模块、工业以太网通信子模块、显示子模块、灯光警示子模块;嵌入式ARM单片机通过片内总线与输入输出子模块相连接;嵌入式ARM单片机通过工业以太网通信子模块分别与工业照相机12和激光检测子模块20相连接;工业以太网通信子模块内置双工业以太网网口,输入输出子模块分别与第一X向步进电机13、第一Y向步进电机16、第二X向步进电机21、C轴运动电机27、第二Y向步进电机24、分选气缸33通过控制信号线相连接,按照控制流程控制所对应的步进电机有序动作,实现定位和分选;输入输出子模块还与第一电磁阀51、第二电磁阀52和第三电磁阀53相连接,根据动作流程,打开或者关闭电磁阀,分别实现检测、冷冻和解冻功能;所述的输入输出子模块还连接并控制环形LED灯11开闭及其亮度;输入输出子模块还与声学传感器31相连接。步骤④中激光检测子模块20的具体检测过程为:如图9所示,激光检测子模块20在X-Y平面定位X方向和Y方向各间隔2mm对疑似板栗虫眼区域进行扫描,扫描长度和宽度均为14mm,总计8×8=64次,激光检测子模块20获取激光反射强度数据集B64和高度数据集H64,高度为激光检测子模块中激光发射头到待检测板栗表面距离,如下所示:进一步,对激光反射强度数据集B64沿X方向和Y方向求其偏导数,分别为BX49和BY49,对高度数据集H64沿X方向和Y方向求其偏导数,分别为HX49和HY49,如下所示:对BX49和BY49求其49个数据的均值,为和,对HX49和HY49求其49个数据的均值,为和;对BX49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值0.15mm,阈值为相对亮度,范围为0~1,标志位BXF设置为1,如果都小于阈值0.15mm,标志位BXF设置为0,同样,对BY49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值0.15mm,标志位BYF设置为1,如果都小于阈值0.15mm,标志位BYF设置为0;对HX49中的49个分别与进行比较,如果差值大于阈值1.8,标志位HXF设置为1,如果都小于阈值1.8,标志位HXF设置为0,同样,对HY49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值1.8,标志位HYF设置为1,如果都小于阈值1.8,标志位HYF设置为0;统计标志位BXF、BYF、HXF和HYF中为1的个数,如果总的个数为3或者4,则激光检测模块5判断当前待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,判断当前待检测板栗不存在虫眼缺陷。步骤⑤中声学检测模块6与电控模块9配合检测的具体过程为:如图10所示,声学检测模块6在电控模块9的控制下,通过X-Y平面定位移动到待检测板栗的上方;通过C轴减速机28的运动,采集三个位置的声学信号数据,位置1为疑似板栗虫眼区域的垂直正上方,位置2为疑似板栗虫眼区域表面的垂线方向,通过所述HX49和HY49数据计算获得,位置3为位置1关于疑似板栗虫眼区域表面的垂线的对称位置;电控模块9打开第一电磁阀51,高压气体通过高压气针29作用在疑似板栗虫眼区域,声学传感器31采集到2秒的数据后,通过输入输出子模块将数据发送给电控模块9,成功后电控模块9关闭第一电磁阀51;同样,电控模块9对位置2和位置3进行声学信号数据的采集;全部三个位置的声学信号数据采集完成后,电控模块9的嵌入式ARM单片机按以下流程进行处理:A、分别对位置1、位置2和位置3采集到的声学信号数据按流程B~D进行处理;B、对各个位置采集到的2秒声学信号数据,通过傅里叶变换,将时域信号数据变换为频域信号数据;C、将频域信号数据的图像压缩为128×256的256级灰度图像,频率越高,对应的灰度越大;频率为20Hz时对应的灰度为0,频率为20KHz时,对应的灰度为255,中间的频率对应的灰度计算采用线性插值求解;进一步,频率低于20Hz时候,对应的灰度为0,超过20KHz时,对应的灰度为255;D、将128×256的256级灰度图像送入残差网络(Res-Net)中进行辨识,辨识结果为二维向量[P0,P1],当P0大于P1时,声学检测模块标记当前位置为待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,判断当前待检测板栗不存在虫眼缺陷;E、汇总分析位置1、位置2和位置3的初步结果,如果其中位置1、位置2和位置3任何一个位置存在虫眼缺陷标记,则声学检测模块判断当前待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,当前待检测板栗不存在虫眼缺陷;通过拍照视觉、激光和声学三者共同组合检测后最终辨识的结果通过显示子模块进行显示;有虫眼的板栗还通过灯光警示子模块报警显示,以提醒工作人员;显示子模块还能对检测的数据进行统计分析,按小时或者批次显示统计数据,便于人工查看。如图11所示,所述残差网络(Res-Net)包含3个残差块,A1卷积层、A2BatchNorm层、A3激活层、B1卷积层、B2BatchNorm层和B3激活层构成第一残差块,所述A1卷积层、A2BatchNorm层、A3激活层、B1卷积层、B2BatchNorm层和B3激活层首尾依次相连接,进一步,A1卷积层入口的数据可短路(shortcut)插入到B2BatchNorm层和B3激活层之间;C1卷积层、C2BatchNorm层、C3激活层、D1卷积层、D2BatchNorm层和D3激活层构成第二残差块,所述C1卷积层、C2BatchNorm层、C3激活层、D1卷积层、D2BatchNorm层和D3激活层首尾依次相连接,进一步,C1卷积层入口的数据可短路(shortcut)插入到D2BatchNorm层和D3激活层之间;E1卷积层、E2BatchNorm层、E3激活层、F1卷积层、F2BatchNorm层和F3激活层构成第三残差块,所述E1卷积层、E2BatchNorm层、E3激活层、F1卷积层、F2BatchNorm层和F3激活层首尾依次相连接,进一步,E1卷积层入口的数据可短路(shortcut)插入到F2BatchNorm层和F3激活层之间;第一残差块、第二残差块和第三残差块收尾依次相连接,频域灰度图像输入所述残差网络(Res-Net)的3个残差块后,进入到G1全连接层,数据再流入到H1软回归层,最终输出辨识结果。更进一步,所述残差网络(Res-Net)通过离线进行训练,总共采集3160个样本的数据进行训练,其中1510个为不存在虫眼缺陷的数据,1650个为存在虫眼缺陷的数据,训练后的模型存入电控模块9的嵌入式ARM单片机内部。如图12所示,由机器视觉检测结果,获取疑似虫眼的区域信息;由机器视觉检测疑似虫眼位置信息,通过激光检测,获取激光检测结果;由机器视觉检测疑似虫眼位置信息和激光检测板栗疑似虫眼附近曲面信息,通过声学检测,获取声学检测结果;由上述机器视觉结果(疑似虫眼位置和大小信息)、激光检测结果和声学检测结果,通过SVM模型进行辨识,输出最终的辨识结果(正常和虫眼),再由显示子模块和灯光警示子模块进行输出。所述SVM模型通过离线进行训练,与所述残差网络(Res-Net)共用相同的训练样本,也即是对总共采集3160个样本的数据进行训练(其中1510个为不存在虫眼缺陷的数据,1650个为存在虫眼缺陷的数据),训练后的SVM模型参数存入电控模块9的嵌入式ARM单片机内部。本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求:1.一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:所述的检测方法采用板栗虫眼智能检测设备进行操作;板栗虫眼智能检测设备包括机架(1),机架(1)上自左向右依次设置有提升输送带(2)和水平输送带(4),提升输送带(2)呈左低右高倾斜设置,机架(1)上自左向右依次设置有位于水平输送带(4)上方的拍照暗室检测模块(3)、激光检测模块(5)、声学检测模块(6)和分选装置(7),机架(1)侧部设置有电控模块(9)、板栗锁止装置和板栗解锁装置,板栗锁止装置的工作部位于提升输送带(2)上方,板栗解锁装置的工作部位于水平输送带(4)上方的声学检测模块(6)和分选装置(7)之间;提升输送带(2)和水平输送带(4)均由金属热导体材料制成,提升输送带(2)和水平输送带(4)上表面沿左右方向间隔5~8cm均匀开设有用于存放待输送板栗的凹槽(54),提升输送带(2)和水平输送带(4)组合为一个完整传送带;所述的检测方法包括以下步骤:①、提升输送带(2)和水平输送带(4)由步进电机带动自左向右移动,将板栗逐个放置到提升输送带(2)顶部左侧的凹槽(54)内,提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动;②、板栗锁止装置将移动到板栗锁止装置下方的板栗定位锁止到凹槽内;③、提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动到拍照暗室检测模块(3)内进行视觉检测;④、提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动到激光检测模块(5)下方进行激光检测;⑤、提升输送带(2)和水平输送带(4)带动板栗向右移动到声学检测模块(6)下方进行声学检测;⑥、板栗解锁装置将移动到板栗解锁装置下方的板栗从凹槽内解锁;⑦、分选装置将被认定为有虫眼的板栗分选出来,完好、检测合格的板栗由水平输送带(4)向右输送。2.根据权利要求1所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:板栗锁止装置为并排设置在提升输送带(2)上方的冷气喷管(37)和滴水管,滴水管位于冷气喷管(37)左侧,滴水管的滴水孔和冷气喷管(37)的喷口均朝下设置并朝向经过的凹槽(54);冷气喷管(37)上设置有第二电磁阀(52);板栗解锁装置为设置在水平输送带(4)上方的热气喷管(38),热气喷管(38)的喷口朝下设置并朝向经过的凹槽(54),热气喷管(38)上设置有第三电磁阀(53),第二电磁阀(52)和第三电磁阀(53)都与电控模块(9)相连接;步骤②具体过程为:滴水管内的水滴入到正下方的凹槽(54)内,在将板栗放置到具有液体水的凹槽内,当板栗移动到冷气喷管(37)的喷口下方后,电控模块(9)控制第二电磁阀(52)开启,高压冷气喷向具有液体水的凹槽(54),液体水受冷结冰使板栗冷冻固定到凹槽(54)内;步骤⑥具体过程为:当检测后的板栗向右输送到热气喷管(38)的喷口下方时,通过热气将金属热导体的水平输送带(4)的凹槽(54)内部的固体冰进行急速加热,使之转变为液体水,板栗被解锁,便于分选装置(7)进行分级。3.根据权利要求2所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:拍照暗室检测模块(3)包括空腔箱体(10)、环形LED灯(11)和工业照相机(12),空腔箱体(10)底部敞口并垂直向下朝向水平输送带(4),空腔箱体(10)左右两侧均通过螺钉固定在机架(1)上,空腔箱体(10)底部边沿的左侧和右侧均留有便于板栗的水平输送矩形缺口;环形LED灯(11)和工业照相机(12)安装在空腔箱体(10)内的顶部中央位置;步骤③具体过程为:提升输送带(2)和水平输送带(4)由输送步进电机带动,输送带每节宽度为30~50mm,由步进电机初步定位,将待检测板栗送入拍照暗室检测模块(3)内部,再通过电控模块(9)的机器视觉算法进一步计算位置,驱动步进电机精密定位,使得待检测板栗向右移动到拍照暗室检测模块(3)内处于工业照相机(12)下方区域,通过电控模块(9)的机器视觉方法计算板栗位置,拍照暗室检测模块(3)的工业照相机(12)在电控模块(9)的控制下,对待检测板栗进行拍照,通过工业以太网通信子模块发送到电控模块(9),经过嵌入式ARM单片机进行处理,流程为:通过对工业照相机(12)进行标定,工业照相机(12)镜头到实物空间的高度H为已知量,采用单目视觉方法,夹角a通过相似三角比例可计算得出,L1为像素的长度,可由图像处理算法得到,从而计算出实物空间中的L2数值,得出待检测板栗在拍照暗室的坐标位置;接着通过图像的特征提取及其分析,获取待检测板栗的大小和疑似虫眼的区域信息;所计算的待检测板栗位置和大小信息,为后续的激光检测模块(5)和声学检测模块(6)提供定位信息。4.根据权利要求3所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:激光检测模块(5)包括第一X向步进电机(13)、第一X向运动丝杆(14)、第一X向支架(15)、第一Y向步进电机(16)、第一Y向运动丝杆(17)、第一Y向导轨(18)、激光检测夹具(19)和激光检测子模块(20);X向为左右水平方向,Y向为前后水平方向,机架(1)上在水平输送带(4)的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的第一支撑导轨(55),每条第一支撑导轨(55)内均设置有一个所述的第一X向运动丝杆(14),第一X向运动丝杆(14)的一端转动连接在第一支撑导轨(55)上,第一X向运动丝杆(14)的另一端与所述的第一X向步进电机(13)传动连接,第一X向运动丝杆(14)上螺纹连接有沿第一支撑导轨(55)滑动的所述的第一X向支架(15),第一Y向导轨(18)的前后两端固定连接在两个第一X向支架(15)的上端,第一Y向导轨(18)为中空杆状结构,第一Y向运动丝杆(17)沿前后方向设置在第一Y向导轨(18)内部,第一Y向运动丝杆(17)的一端转动连接在第一Y向导轨(18)内部一端,第一Y向运动丝杆(17)的另一端与所述的第一Y向步进电机(16)传动连接,激光检测夹具(19)螺纹连接在第一Y向运动丝杆(17)上且沿第一Y向导轨(18)滑动设置,激光检测子模块(20)安装在激光检测夹具(19)上并朝向凹槽(54)照射;步骤④具体过程为:水平输送带(4)带动板栗向右移动到激光检测模块(5)下方,第一X向步进电机(13)驱动第一X向运动丝杆(14)转动,从而使与第一X向运动丝杆(14)的第一X向支架(15)沿第一支撑导轨(55)向左或向右移动,第一Y向导轨(18)、激光检测夹具(19)和激光检测子模块(20)也向左或向右移动;第一Y向步进电机(16)驱动第一Y向运动丝杆(17)转动,从而使与第一Y向运动丝杆(17)的激光检测夹具(19)沿第一Y向导轨(18)向前或向后移动,激光检测子模块(20)也向前或向后移动;通过X-Y平面定位将激光检测夹具(19)移动到待检测板栗的上方,激光检测子模块(20)对准疑似板栗虫眼区域的垂直正上方;激光检测子模块(20)检测完成后,将检测的激光反射信号强度和位置高度信息进行处理后,交由电控模块(9)进行分析。5.根据权利要求4所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:声学检测模块(6)包括第二X向步进电机(21)、第二X向运动丝杆(22)、第二X向支架(23)、第二Y向步进电机(24)、第二Y向运动丝杆(25)、第二Y向导轨(26)、滑动架、C轴运动电机(27)、C轴减速机(28)、高压气针(29)、高压气管(30)、声学传感器(31)和第一电磁阀(51);X向为左右水平方向,Y向为前后水平方向,机架(1)上在水平输送带(4)的前后两侧分别设置有一条沿X向布置且呈矩形框的第二支撑导轨(56),每条第二支撑导轨(56)内均设置有一个所述的第二X向运动丝杆(22),第二X向运动丝杆(22)的一端转动连接在第二支撑导轨(56)上,第二X向运动丝杆(22)的另一端与所述的第二X向步进电机(21)传动连接,第二X向运动丝杆(22)上螺纹连接有沿第二支撑导轨(56)滑动的所述的第二X向支架(23),第二Y向导轨(26)的前后两端固定连接在两个第二X向支架(23)的上端,第二Y向导轨(26)为中空杆状结构,第二Y向运动丝杆(25)沿前后方向设置在第二Y向导轨(26)内部,第二Y向运动丝杆(25)的一端转动连接在第二Y向导轨(26)内部一端,第二Y向运动丝杆(25)的另一端与所述的第二Y向步进电机(24)传动连接,C轴运动电机(27)和C轴减速机(28)设置在滑动架内部,滑动架螺纹连接在第二Y向运动丝杆(25)上且沿第二Y向导轨(26)滑动设置,C轴运动电机(27)的动力输出端与C轴减速机(28)的动力输入端传动连接,高压气针(29)安装在C轴减速机(28)的动力输出轴上,C轴减速机(28)的动力输出轴的沿左右方向水平设置,高压气针(29)与C轴减速机(28)的动力输出轴垂直,高压气针(29)的进气口与高压气管(30)的出气口连接,第一电磁阀(51)设置在高压气管(30)上,高压气管(30)的进气口连接有空压机,声学传感器(31)设置在高压气针(29)的喷气口处;步骤⑤具体过程为:水平输送带(4)带动板栗向右移动到声学检测模块(6)下方后,第二X向步进电机(21)驱动第二X向运动丝杆(22)转动,从而使与第二X向运动丝杆(22)的第二X向支架(23)沿第二支撑导轨(56)向左或向右移动,第二Y向导轨(26)、滑动架、C轴运动电机(27)、C轴减速机(28)和高压气针(29)也向左或向右移动;第二Y向步进电机(24)驱动第二Y向运动丝杆(25)转动,从而使与第二Y向运动丝杆(25)的滑动架沿第二Y向导轨(26)向前或向后移动,C轴运动电机(27)、C轴减速机(28)和高压气针(29)也向前或向后移动;通过X-Y平面定位将第二C轴减速机(28)移动到待检测板栗的上方,再通过第二C轴减速机(28)的回转运动,将高压气针(29)对准疑似板栗虫眼的垂直正上方;高压气针(29)喷出气流后,声学传感器(31)采集疑似板栗虫眼位置的气流回声信号,交由电控模块(9)进行分析。6.根据权利要求5所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:分选装置(7)包括分选支撑板(32)、分选气缸(33)、分选杆(34)、分选杆头(35)和滑道(36);滑道(36)通过螺栓连接安装在机架(1)右前侧位置;分选支撑板(32)通过螺栓连接垂直安装在机架(1)右后侧位置,分选气缸(33)固定安装在分选支撑板(32)左侧面,分选气缸(33)的伸缩杆与分选杆(34)同轴向连接,分选杆(34)沿左右方向水平设置;步骤⑦的具体过程为:当有虫眼的板栗向右输送到与分选装置(7)前后对应的位置时,分选气缸(33)带动分选杆(34)运动,推动分选杆头(35)将有虫眼缺陷的板栗推出滑道(36)的入口;分选气缸(33)与电控模块(9)连接,在电控模块(9)的控制下,推动分选杆(34)运动,从而实现有虫眼缺陷的板栗通过滑道(36)落入残次品框,合格的板栗,由水平输送带(4)往右侧方向运输。7.根据权利要求6所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:电控模块(9)包括嵌入式ARM单片机、输入输出子模块、工业以太网通信子模块、显示子模块、灯光警示子模块;嵌入式ARM单片机通过片内总线与输入输出子模块相连接;嵌入式ARM单片机通过工业以太网通信子模块分别与工业照相机(12)和激光检测子模块(20)相连接;工业以太网通信子模块内置双工业以太网网口,输入输出子模块分别与第一X向步进电机(13)、第一Y向步进电机(16)、第二X向步进电机(21)、C轴运动电机(27)、第二Y向步进电机(24)、分选气缸(33)通过控制信号线相连接,按照控制流程控制所对应的步进电机有序动作,实现定位和分选;输入输出子模块还与第一电磁阀(51)、第二电磁阀(52)和第三电磁阀(53)相连接,根据动作流程,打开或者关闭电磁阀,分别实现检测、冷冻和解冻功能;所述的输入输出子模块还连接并控制环形LED灯(11)开闭及其亮度;输入输出子模块还与声学传感器(31)相连接。8.根据权利要求7所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:步骤④中激光检测子模块20的具体检测过程为:激光检测子模块(20)在X-Y平面定位X方向和Y方向各间隔2mm对疑似板栗虫眼区域进行扫描,扫描长度和宽度均为14mm,总计8×8=64次,激光检测子模块(20)获取激光反射强度数据集B64和高度数据集H64,高度为激光检测子模块中激光发射头到待检测板栗表面距离,如下所示:进一步,对激光反射强度数据集B64沿X方向和Y方向求其偏导数,分别为BX49和BY49,对高度数据集H64沿X方向和Y方向求其偏导数,分别为HX49和HY49,如下所示:对BX49和BY49求其49个数据的均值,为和,对HX49和HY49求其49个数据的均值,为和;对BX49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值0.15mm,阈值为相对亮度,范围为0~1,标志位BXF设置为1,如果都小于阈值0.15mm,标志位BXF设置为0,同样,对BY49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值0.15mm,标志位BYF设置为1,如果都小于阈值0.15mm,标志位BYF设置为0;对HX49中的49个分别与进行比较,如果差值大于阈值1.8,标志位HXF设置为1,如果都小于阈值1.8,标志位HXF设置为0,同样,对HY49中的49个数据分别与进行比较,如果差值大于阈值1.8,标志位HYF设置为1,如果都小于阈值1.8,标志位HYF设置为0;统计标志位BXF、BYF、HXF和HYF中为1的个数,如果总的个数为3或者4,则激光检测模块(5)判断当前待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,判断当前待检测板栗不存在虫眼缺陷。9.根据权利要求8所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:步骤⑤中声学检测模块(6)与电控模块(9)配合检测的具体过程为:声学检测模块(6)在电控模块(9)的控制下,通过X-Y平面定位移动到待检测板栗的上方;通过C轴减速机(28)的运动,采集三个位置的声学信号数据,位置1为疑似板栗虫眼区域的垂直正上方,位置2为疑似板栗虫眼区域表面的垂线方向,通过所述HX49和HY49数据计算获得,位置3为位置1关于疑似板栗虫眼区域表面的垂线的对称位置;电控模块(9)打开第一电磁阀(51),高压气体通过高压气针(29)作用在疑似板栗虫眼区域,声学传感器(31)采集到2秒的数据后,通过输入输出子模块将数据发送给电控模块(9),成功后电控模块(9)关闭第一电磁阀(51);同样,电控模块(9)对位置2和位置3进行声学信号数据的采集;全部三个位置的声学信号数据采集完成后,电控模块(9)的嵌入式ARM单片机按以下流程进行处理:A、分别对位置1、位置2和位置3采集到的声学信号数据按流程B~D进行处理;B、对各个位置采集到的2秒声学信号数据,通过傅里叶变换,将时域信号数据变换为频域信号数据;C、将频域信号数据的图像压缩为128×256的256级灰度图像,频率越高,对应的灰度越大;频率为20Hz时对应的灰度为0,频率为20KHz时,对应的灰度为255,中间的频率对应的灰度计算采用线性插值求解;进一步,频率低于20Hz时候,对应的灰度为0,超过20KHz时,对应的灰度为255;D、将128×256的256级灰度图像送入残差网络中进行辨识,辨识结果为二维向量[P0,P1],当P0大于P1时,声学检测模块标记当前位置为待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,判断当前待检测板栗不存在虫眼缺陷;E、汇总分析位置1、位置2和位置3的初步结果,如果其中位置1、位置2和位置3任何一个位置存在虫眼缺陷标记,则声学检测模块判断当前待检测板栗存在虫眼缺陷,反之,当前待检测板栗不存在虫眼缺陷;通过拍照视觉、激光和声学三者共同组合检测后最终辨识的结果通过显示子模块进行显示;有虫眼的板栗还通过灯光警示子模块报警显示,以提醒工作人员;显示子模块还能对检测的数据进行统计分析,按小时或者批次显示统计数据,便于人工查看。10.根据权利要求9所述的一种板栗虫眼智能检测方法,其特征在于:所述残差网络包含3个残差块,A1卷积层、A2BatchNorm层、A3激活层、B1卷积层、B2BatchNorm层和B3激活层构成第一残差块,所述A1卷积层、A2BatchNorm层、A3激活层、B1卷积层、B2BatchNorm层和B3激活层首尾依次相连接,进一步,A1卷积层入口的数据可短路插入到B2BatchNorm层和B3激活层之间;C1卷积层、C2BatchNorm层、C3激活层、D1卷积层、D2BatchNorm层和D3激活层构成第二残差块,所述C1卷积层、C2BatchNorm层、C3激活层、D1卷积层、D2BatchNorm层和D3激活层首尾依次相连接,进一步,C1卷积层入口的数据可短路插入到D2BatchNorm层和D3激活层之间;E1卷积层、E2BatchNorm层、E3激活层、F1卷积层、F2BatchNorm层和F3激活层构成第三残差块,所述E1卷积层、E2BatchNorm层、E3激活层、F1卷积层、F2BatchNorm层和F3激活层首尾依次相连接,进一步,E1卷积层入口的数据可短路插入到F2BatchNorm层和F3激活层之间;第一残差块、第二残差块和第三残差块收尾依次相连接,频域灰度图像输入所述残差网络的3个残差块后,进入到G1全连接层,数据再流入到H1软回归层,最终输出辨识结果;更进一步,所述残差网络通过离线进行训练,总共采集3160个样本的数据进行训练,其中1510个为不存在虫眼缺陷的数据,1650个为存在虫眼缺陷的数据,训练后的模型存入电控模块(9)的嵌入式ARM单片机内部;由机器视觉检测结果,获取疑似虫眼的区域信息;由机器视觉检测疑似虫眼位置信息,通过激光检测,获取激光检测结果;由机器视觉检测疑似虫眼位置信息和激光检测板栗疑似虫眼附近曲面信息,通过声学检测,获取声学检测结果;由上述机器视觉结果:疑似虫眼位置和大小信息、激光检测结果和声学检测结果,通过SVM模型进行辨识,输出最终的辨识结果:正常和虫眼,再由显示子模块和灯光警示子模块进行输出;所述SVM模型通过离线进行训练,与所述残差网络共用相同的训练样本,也即是对总共采集3160个样本的数据进行训练,其中1510个为不存在虫眼缺陷的数据,1650个为存在虫眼缺陷的数据,训练后的SVM模型参数存入电控模块(9)的嵌入式ARM单片机内部。
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