一种水果分拣装箱生产线、系统及方法

技术领域

本发明属于水果智能分拣技术领域，具体涉及一种水果分拣装箱生产线、系统及方法。

背景技术

水果成熟后，果农将采摘的水果运送到收购站，由人工将包装袋剥离，剪除，然后梨把，肉眼判断外观，二次包装，装箱配重等分选操作，最后将封箱后的水果运送至冷库储藏。现有条件下，采用人工肉眼识别表面缺陷，再逐个装箱，效率低下，由于人的主观因素造成外观缺陷评定标准不统一，装箱时存在较大的偏差，影响产品的销售价格和客户的满意度。传统的智能化分选设备能够大大提高分选效率，但是机器分拣一般相对暴力，可以在苹果和柑橘等外表相对比较耐碰的水果中使用，但是对于例如梨果等外表比较娇脆的水果不太适用。

传统的水果分拣机只能根据产品的质量将产品分出不同的等级，但是同一个等级的水果仍存在一定的质量差，自动分拣机只能给每个箱内分配装入相同数量的水果，不能根据水果的重量进行合理分配装箱，导致多个同等级同数量的水果装入不同的箱内，每个箱内水果的重量差距很大。

目前市场上的水果分拣机只能对水果的顶部和四周拍照来检测水果的外观，而一般对于水果的底部不能很好的拍照，不能实现360度的外观检测。

发明内容

本发明的目的是针对外表娇脆的水果通过人工分选效率低的缺陷，提供一种能够自动分拣水果、对装箱的水果进行等级分级和合理分配质量的水果自动分拣装箱生产线、系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种水果分拣装箱生产线，其特征在于：包括多个用来输送水果的托盘、第一托盘输送通道、设置在第一托盘输送通道端部的用来对水果的底部及四周拍照检测的第一外观检测装置、与第一外观检测装置对接的水果检测通道、与水果检测通道对接的分选过渡通道、一端与分选过渡通道对接的多个分选通道、与分选通道的另一端对接的水果放行通道以及与水果放行通道对接的多个分层装箱通道；水果检测通道上设置有用来对水果的顶部拍照检测的顶部拍照设备、用来对水果内部品质进行检测的光谱分析仪以及用来对水果称重的称重设备；第一外观检测装置包括检测箱以及设置在检测箱两侧相互平行的第一输送链和第二输送链，第一输送链和第二输送链之间连接有第二托盘输送通道。

进一步地，第一托盘输送通道和第一输送链之间搭接有托盘限位组件，第二托盘输送通道和第二输送链之间也搭接有托盘限位组件，托盘限位组件为两相对设置的导向板，两导向板的一端向外开口，另一端向内收口，托盘从向外开口的一端进入托盘限位组件，从向内收口的一端驶出后进入第一输送链或第二输送链；导向板采用弹簧钢材质。

进一步地，第一输送链和第二输送链上均布设置有定位块，限位组件上的托盘依次被第一输送链或者第二输送链端部转动的定位块带到输送链上。

进一步地，多个分选通道分为A级通道、B级通道、C级通道、D级通道和剔除通道；上位机根据检测的水果的外观、内部品质及质量将水果分为不同级别后分别运送到不同的分选通道。

进一步地，放行通道还对接有人工通道。

进一步地，分层装箱通道包括下层装箱通道、中层装箱通道和上层装箱通道。

本发明还公开了一种水果分拣装箱系统，其特征在于：包括：

上位机；

贴在托盘上的条码；

读码器，设置在生产线上的各工位处，用来对托盘上的条码进行读码；

四个四周拍照设备，用来对水果进行四周拍照，并将水果四周照片发送给上位机；

底部拍照设备，用来对水果的外观进行底部拍照，并将水果底部照片发送给上位机；

顶部拍照设备，用来对水果的顶部进行拍照，并将水果顶部照片发送给上位机；

光谱分析仪，用来对水果的内部品质进行检测，并将检测结果发送至上位机；

称重设备，用来对水果进行称重；

上位机将水果四周照片、底部照片和顶部照片进行叠合、拼接分析水果的外观质量，根据水果的质量将水果分为多个等级，并根据水果的等级和外观质量、内部品质发送命令给分选通道处的分选气缸将水果拨入不同等级的分选通道中。

本发明同时公开了一种水果分拣装箱方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、水果在第一托盘输送通道上放到托盘上；托盘经过生产线上的第一外观检测装置对水果进行四周拍照和底部拍照；

S2、水果经过生产线上的顶部拍照设备对水果进行顶部拍照；

S3、水果经过生产线上的光谱分析仪对水果的内部品质进行监测；

S4、水果经过生产线上的称重设备，对水果称重；

S5、上位机分选出外观合格水果和外观不合格水果；内部品质合格水果和内部品质不合格水果；并根据水果质量将水果分为多个等级和质量不合格水果；

S6、上位机发送命令给多个分选通道的分选气缸；将外观不合格水果、内部品质不合格水果以及质量不合格水果拨入到剔除通道；将不同等级的水果分别拨入到相应等级的分选通道；

S7、上位机计算每个等级通道内的水果的重量，达到设定的装箱重量后，相应的分选通道底部的放行机构打开，将一个分选通道内的水果放行到水果放行通道；

S8、水果放行通道将水果运送到装箱通道；装箱通道将水果分为三个通道运送到三个不同的装箱平台进行分层装箱。

进一步地，同一等级的水果至少设置两个分选通道，每个等级的水果的质量公差为100g；上位机根据设定的装箱质量综合分配同一等级的水果到不同的分选通道，以保证每箱水果的质量均匀。

进一步地，剔除通道放行到水果放行通道上的水果通过人工通道从生产线运出。

本发明的一种水果分拣装箱生产线、系统和方法的有益效果是：

1、通过将水果放在托盘上能够有效的保护表皮比较脆的水果，托盘通过第一托盘输送通道实现自动循环使用，且能够实现对水果外观的360°拍照检测，从水果的外观品质、内部品质和质量方面将不合格水果剔除出来，并对产品分不同的等级，能够尽量做到同一等级的水果装箱质量差别很小。

2、本发明全程完成自动分拣、自动装箱，且检测和装箱效率高，人为干涉少，大大提高了分拣和装箱效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的水果自动分拣装箱生产线整体结构图；

图2是本发明实施例的第一外观检测装置立体图；

图3是本发明实施例的第一外观检测装置主视图；

图4是本发明实施例的第一外观检测装置俯视图；

图5是图1中A部放大图；

图6是图2中B部放大图；

图7是本发明实施例的第一外观检测装置部分结构图；

图8是本发明实施例的检测箱结构图；

图9是本发明实施例的果自动分拣装箱系统结构图。

图中:1、机架，2、第一输送链，3、第二输送链，4、第一外观检测装置，5、上链轮，6、下链轮，7、上链条，8、下链条，9、水平轨道，10、曲线滑道，11、安装板，12、导向杆，13、第一滑块，14、气动吸头，15、驱动电机，16、第一链轮，17、第二链轮，18、托盘，19、竖向滑轨，20、第二滑块，21、托盘限位组件，211、导向板，22、检测箱，221、通道，23、四周拍照设备，24、底部拍照设备，25、水果，26、配气系统，27、第三链轮，28、主动锥齿轮，29、第一从动锥齿轮，30、第二从动锥齿轮，31、定位块，32、第一托盘输送通道，33、水果检测通道，34、分选过渡通道，35、分选通道，351、A级通道，352、B级通道，353、C级通道，354、D级通道，355、剔除通道，36、水果放行通道，37、分层装箱通道，38、装箱平台，39、光谱分析仪，40、称重设备，41、第二托盘输送通道，42、人工通道，43、上位机，44、条码，45、读码器，46、顶部拍照设备，47、分选气缸。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本实施例中，以水果25在第二输送链3上向检测箱22方向运送为前，检测完成后放在第一输送链2上远离检测箱22方向运送为后，所谓的“前”“后”“左”“右”只是为了便于理解技术方案，各零部件调换方向能够实现本申请技术效果的技术方案同样应在本发明的保护范围内。

本实施例中以梨果为例，本申请的技术方案同样适用于梨果、苹果、橘子、柚子、橙子等。

如图1-图9所示的本发明的水果分拣装箱生产线的具体实施例，包括多个用来输送水果的托盘18、第一托盘输送通道32、设置在第一托盘输送通道32端部的用来对水果的底部及四周拍照检测的第一外观检测装置4、与第一外观检测装置4对接的水果检测通道33、与水果检测通道33对接的分选过渡通道34、一端与分选过渡通道34对接的多个分选通道35、与分选通道35的另一端对接的水果放行通道36以及与水果放行通道36对接的多个分层装箱通道37；水果检测通道33上设置有用来对水果的顶部拍照检测的顶部拍照设备46、用来对水果内部品质进行检测的光谱分析仪39以及用来对水果称重的称重设备40；第一外观检测装置4包括检测箱22以及设置在检测箱两侧相互平行的第一输送链2和第二输送链3，第一输送链2和第二输送链3之间连接有第二托盘输送通道41。

本实施例中用来输送托盘18的各通道均采用输送链或者输送带。

分层装箱通道37包括下层装箱通道、中层装箱通道和上层装箱通道，分层装箱通道37将托盘18输送到三个装箱平台38上，装箱平台38旁边的机械手将三个装箱平台38上的水果25分三层装入水果箱内。

参见图1，装箱平台38的端部对接到第一托盘输送通道32的一端，第一托盘输送通道32的另一端延伸对接到第二输送链3处。将水果装箱后留下的托盘18通过第一托盘输送通道32向第一外观检测装置4方向运送，在第一托盘输送通道32上再将水果放在空的托盘18上，每个托盘18上均贴有条码44，每个检测或分拣工位处均具有读码器45。

图2-图8为本发明实施例的第一外观检测装置4，第一外观检测装置4包括机架1、安装在机架1上的水果抓取机构、分别设置在水果抓取机构左右两侧的第一输送链2和第二输送链3以及安装在水果抓取机构前端的检测箱22；水果抓取机构包括成方形排布的四个链轮组件，链轮组件包括同轴设置的上链轮5和下链轮6，四个上链轮5通过上链条7连接，四个下链轮6通过下链条8连接，上链条7和下链条8之间具有水平轨道9，水平轨道9的上方或下方具有与水平轨道9走向一致的曲线滑道10；曲线滑道10上滑动安装有多个抓手组件，抓手组件包括：两端分别固定在上链条7和下链条8上的安装板11、竖直方向滑动连接在安装板11上的导向杆12、固定连接在导向杆12上且与曲线滑道10滑动连接的第一滑块13以及安装在导向杆12下端的用来吸起水果25的气动吸头14；安装板11滑动连接在水平轨道9上；曲线滑道10为左右两侧低、前后两侧高的连续过渡的闭环滑道；气动吸头14位于第一输送链2和第二输送链3的正上方，气动吸头14将水果25吸起后送至检测箱22处检测水果外观质量。

参见图2、图3、图4、图6和图7，第一输送链2、第二输送链3以及水果抓取机构均通过同一个驱动电机15驱动，驱动电机15通过支架安装在机架1后端，驱动电机15的输出轴上同轴安装有第一链轮16和主动锥齿轮28，位于机架1后端的两个链轮组件的下链轮6通过转轴同轴连接有第二链轮17；第一链轮16和第二链轮17之间还具有用来对链条导向的第三链轮27，第一链轮16分别与两侧的第二链轮17通过链条连接，第一链轮16和第二链轮17之间的链条上连接有第三链轮27。

主动锥齿轮28的左右两侧分别啮合有第一从动锥齿轮29和第二从动锥齿轮30，第一从动锥齿轮29与第一输送链2的驱动链轮同轴连接；第二从动锥齿轮30与第二输送链3的驱动链轮同轴连接，第一从动锥齿轮29和第二从动锥齿轮30的转向相反，所以第一输送链2从前向后输送，第二输送链3从后向前输送水果25且同步输送。

参见图1和图5，第一托盘输送通道32和第一输送链2之间搭接有托盘限位组件21，第二托盘输送通道41和第二输送链3之间也搭接有托盘限位组件21，托盘限位组件21为两相对设置的导向板211，两导向板211的一端向外开口，另一端向内收口，托盘18从向外开口的一端进入托盘限位组件21，从向内收口的一端驶出后进入第一输送链2或第二输送链3；导向板211采用弹簧钢材质。

放置有水果的托盘18通过托盘限位组件21自然掉落到第二输送链3前端绕在链轮上的输送链条上的定位块31上后被向前转运。第一输送链2和第二输送链3上均设置有多个均布的用来对盛放水果25的托盘18定位的定位块31。托盘18进入第二输送链3时，随着绕在第二输送链3的驱动链轮上的输送链上的定位块31向上转动，定位块31自然的卡住托盘限位组件21上的托盘18，随着定位块31的继续向上转动，带动托盘18至输送链的水平向后输送段。托盘限位组件21上的托盘18依次被第一输送链2或者第二输送链3端部转动的定位块31带到输送链上。

参见图6，安装板11的两端固定连接在上链条7和下链条8上，安装板11上固定有竖向滑轨19，竖向滑轨19上滑动连接有第二滑块20，导向杆12与第二滑块20固定连接，导向杆12的上端与第一滑块13固定连接，第一滑块13通过两个V型尼龙导向轮滑动连接在曲线滑道10上，第二滑块20通过两个V型尼龙导向轮滑动连接在水平轨道9上，左右两侧的曲线滑道10与第一输送链2和第二输送链3平行，为了实现对输送链上的水果的吸起和放下，曲线滑道10的左侧段和右侧段较低，前侧段和后侧段较高，较高段的曲线滑道10和较低段的曲线滑道10自然圆弧过渡。

参见图8，检测箱22内具有四个对水果25的前后左右四周进行检测的四周拍照设备23以及一个对水果25的下部进行检测的底部拍照设备24，检测箱22的上板面上具有使气动吸头或导向杆12通过的通道221。本实施例中检测箱22的四个角线位置分别设置一个四周拍照设备2323，检测箱22的底部设置一个向上拍摄的底部拍照设备24，这样可实现对水果的五个方向的全方位图像采集。

配气系统26设置在机架1的顶部，配气系统26采用28路集成配气滑环，正好对应28套气动吸头14，每秒可实现对6个水果外观的检测。

本发明的第一外观检测装置4的工作过程为：

放置有水果的托盘18运送至托盘限位组件21处，定位块31将托盘18一个个带起至第二输送链3上，随着气动吸头14沿曲线滑道10下降，气动吸头14将水果25吸起后继续向前运动，吸引有水果25的气动吸头14运送到机架1前端的检测箱22处随曲线滑道10上升，导向杆12从检测箱22中间的通道221中经过，此时四周拍照设备23和底部拍照设备24对水果25进行拍照并将采集的图像发送给上位机43，气动吸头14沿着曲线滑道10运动到第一输送链2上方后逐渐下降，气动吸头14下降到一定高度后，将水果25松开，水果25自然掉落到位于第一输送链2上的托盘18上，通过第一输送链2将检测完成的水果25输送到水果检测通道33上。

本实施例通过一个驱动电机15同时带动向前运动的第二输送链3以及检测完成后向后运送的第一输送链2，并且驱动电机15同时驱动链轮组件运动，保证每个托盘18上方对应一个气动吸头14，气动吸头14和托盘18始终保持一对一对应，不会出现气动吸头14向下运动吸引不到水果25和放下水果25时放不到托盘18上的现象。水果25在进入本申请的检测设备前一直放在托盘18上，进入第二输送链3使也是自然的落到定位块31上，通过输送链条的转动向前运转，所有的检测过程没有坚硬的零部件接触水果25，不会对水果25造成损伤。

参见图1，多个分选通道35分为A级通道351、B级通道352、C级通道353、D级通道354和剔除通道355；上位机43根据检测的水果的外观、内部品质及质量将水果分为不同级别后分别运送到不同的分选通道35。

放行通道36还对接有人工通道42，用来人工将需要剔除或者不需要装箱的水果从生产线上运走。

分层装箱通道37包括下层装箱通道、中层装箱通道和上层装箱通道，分层装箱通道37的端部对接装箱平台38。

本是实施例的用来检测水果内部品质的光谱分析仪39为红外光谱分析仪。

为了适应水果较高的分拣速度，对水果实现快速称重，综合考虑成本的情况下，将承托有水果的托盘分为两路，通过两个称重设备40完成对水果的称重。

参见图9的水果分拣装箱系统，包括：

上位机43；

贴在托盘18上的条码44；

读码器45，设置在生产线上的各工位处，用来对托盘18上的条码44进行读码；

四个四周拍照设备23，用来对水果进行四周拍照，并将水果四周照片发送给上位机43；

底部拍照设备24，用来对水果的外观进行底部拍照，并将水果底部照片发送给上位机43；

顶部拍照设备46，用来对水果的顶部进行拍照，并将水果顶部照片发送给上位机43；

光谱分析仪39，用来对水果的内部品质进行检测，并将检测结果发送至上位机43；

称重设备40，用来对水果进行称重；

上位机43将水果四周照片、底部照片和顶部照片进行叠合、拼接分析水果的外观质量，根据水果的质量将水果分为多个等级，并根据水果的等级和外观质量、内部品质发送命令给分选通道35处的分选气缸47将水果拨入不同等级的分选通道35中。

本发明实施例的水果分拣装箱方法，包括以下步骤：

S1、水果在第一托盘输送通道32上放到托盘18上；托盘18经过生产线上的第一外观检测装置4对水果进行四周拍照和底部拍照；

S2、水果经过生产线上的顶部拍照设备46对水果进行顶部拍照；

S3、水果经过生产线上的光谱分析仪39对水果的内部品质进行监测；

S4、水果经过生产线上的称重设备40，对水果称重；

S5、上位机43分选出外观合格水果和外观不合格水果；内部品质合格水果和内部品质不合格水果；并根据水果质量将水果分为多个等级和质量不合格水果；

S6、上位机43发送命令给多个分选通道35的分选气缸47；将外观不合格水果、内部品质不合格水果以及质量不合格水果拨入到剔除通道355；将不同等级的水果分别拨入到相应等级的分选通道35；

S7、上位机43计算每个等级通道内的水果的重量，达到设定的装箱重量后，相应的分选通道35底部的放行机构打开，将一个分选通道35内的水果放行到放行通道36；

S8、放行通道36将水果运送到装箱通道；装箱通道将水果分为三个通道运送到三个不同的装箱平台38进行分层装箱。

同一等级的水果至少设置两个分选通道35，每个等级的水果的质量公差为100g；上位机43根据设定的装箱质量综合分配同一等级的水果到不同的分选通道35，以保证每箱水果的质量均匀。具体地，本实施例将水果根据重量分为A级、B级、C级和D级，重量太轻的水果被判定为不合格水果，通过剔除通道355剔除；外观不合格水果和内部品质不合格产品直接通过剔除通道355剔除，外观合格水果和内部品质合格水果才会根据重量分配等级。

托盘经过每个检测工位时都会先被扫码器扫码记录，然后将条码与检测的结果绑定发送到上位机43；由于每个等级的水果都至少设置两个分选通道35，比如同样是A级水果分配三个A级通道351，每箱需要分三层装46-48个水果，总重为25kg左右，A级水果每个为0.5-0.6kg，若其中一个A级通道351内已经有46个水果，且46个水果的总质量为24.5kg,则上位机43则会发送指令给分选通道35处的分选气缸47，分配一个0.5kg的水果给此A级通道351，将其他质量的水果分配给暂时不满25kg的A级通道351；当此A级通道351质量满足25kg后，A级通道351下端的阻挡气缸打开，使水果运送到水果放行通道36上，水果放行通道36将47个水果分配到三个分层装箱通道37上，其中下层装箱通道和中层装箱通道上各分配16个水果，上层装箱通道上分配15个水果，将水果运送到装箱平台38上，通过装箱平台38附近的机械手完成分层装箱，装箱完毕后，各空托盘18被运送到第一托盘输送通道32上运回至第二输送链3处。

本发明通过将水果放在托盘18上能够有效的保护表皮比较脆的水果，托盘18通过第一托盘输送通道32实现自动循环使用，且能够实现对水果外观的360°拍照检测，从水果的外观品质、内部品质和质量方面将不合格水果剔除出来，并对产品分不同的等级，能够尽量做到同一等级的水果装箱质量差别很小。全程完成自动分拣、自动装箱，且检测和装箱效率高，人为干涉少，大大提高了分拣和装箱效率。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。