專利名稱：計算機視覺排種器試驗臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于農(nóng)業(yè)機械性能試驗測試設(shè)備，尤其是涉及一種計算機視覺排種器試驗臺。
背景技術(shù)：
近年來，我國播種機械發(fā)展迅速，需求量不斷增加，適宜高速作業(yè)的氣力式排種器得到了日益廣泛的應(yīng)用。為高效率的研制和改進排種器，各科研院所、企業(yè)普遍應(yīng)用排種器試驗臺作為排種器性能試驗測試設(shè)備，優(yōu)點是可以不受田間條件的限制，模擬各種工況，對排種器性能進行深入試驗、研究或鑒定。
隨著機械化播種技術(shù)、測控技術(shù)以及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，目前應(yīng)用的排種器試驗臺已不能滿足高速氣力式排種器性能試驗測試技術(shù)要求，現(xiàn)有的排種器試驗臺利用光電傳感器測量排種器轉(zhuǎn)速、種床帶速和風壓，傳感器輸出的電信號經(jīng)由鎖存器、放大器組成的系統(tǒng)將瞬時值送入微機，然后用數(shù)字或圖像在微機顯示器上顯示，由打印機打印輸出。例如，中國專利公開號CN85201873U，公告日1986年3月19日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為‘蔬菜排種器試驗臺’，該申請案公開了一種蔬菜排種器試驗臺，由試驗臺架、種床輸送帶、排種器安裝架、輸送帶涂油裝置、氣源、傳動機構(gòu)、檢測與監(jiān)視系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。該試驗臺利用電荷耦合CCD攝像技術(shù)，通過專用接口與微處理技術(shù)連為一體，進行蔬菜小粒種子的快速自動檢測；利用光電傳感器測量排種器轉(zhuǎn)速，在傳動軸上安裝與排種器軸轉(zhuǎn)速相同的分度圓盤，該盤等分為360度并貼有360個紅外反光片，通過該紅外反光片進行測量計數(shù)；利用光電傳感器測量種床帶速，在種床輸送帶上每隔5mm貼有紅外反光片進行測量計數(shù)；種床輸送帶拖動電機、排種器拖動電機采用可控硅直流調(diào)速電動機，調(diào)速準確度低，調(diào)速范圍窄。其不足之處是測量精度不夠精確、機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用操作不方便、效率不夠高、應(yīng)用范圍窄。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種測量精度高、機械結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、效率高、應(yīng)用范圍廣的計算機視覺排種器試驗臺，該計算機視覺排種器試驗臺的排種器轉(zhuǎn)速、種床帶速和風壓能在較大范圍內(nèi)調(diào)整，可對播不同作物種子的高速氣力式排種器進行性能試驗測試。
為了解決上述存在的技術(shù)問題，本實用新型采用下述技術(shù)方案本實用新型的計算機視覺排種器試驗臺，包括試驗臺架6，安裝在試驗臺架6上的噴油裝置1、排種器安裝架2、排種器驅(qū)動電機5、種床輸送帶8、油泵11和輸送帶驅(qū)動電機18，以及氣源風機24、計算機視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，排種器驅(qū)動電機5通過傳動鏈條3與排種器49相連，輸送帶驅(qū)動電機18通過傳動帶16與滾筒皮帶輪15相連，所述計算機視覺系統(tǒng)包括工業(yè)攝像機7、工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50、微處理機20、顯示器21以及安裝在微處理機20上的RS232串口52和打印接口51，所述工業(yè)攝像機7用于種子粒距測定，所述工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50用于種子視頻信息圖像轉(zhuǎn)換，可將工業(yè)攝像機7測得的種子圖像信息輸入微處理機20，所述的微處理機20用于對測量數(shù)據(jù)進行處理，自動計算處理得出有關(guān)均勻性、穩(wěn)定性、一致性播種精度指標，所述顯示器21用于顯示圖像和數(shù)據(jù)，所述RS232串口52用于與PLC控制器53進行數(shù)據(jù)輸入、輸出，所述的打印接口51用于輸出試驗數(shù)據(jù)、報表和頻率直方圖。其中，所述的工業(yè)攝像機7輸入輸出接口與工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50的輸入輸出接口相連，所述RS232串口52的輸入輸出接口與PLC控制器53輸入輸出接口相連，打印接口51的輸出端與打印機19輸入接口相連。
作為本實用新型的控制系統(tǒng)可采用下述設(shè)計方案。它包括播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4、種床輸送帶傳感器14、PLC控制器53、D/A模塊54以及變頻器55、變頻器56，所述播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4用于測量播種盤轉(zhuǎn)速，所述種床輸送帶傳感器14用于測量種床輸送帶8的前進速度，所述PLC控制器53用于控制排種器驅(qū)動電機5、輸送帶驅(qū)動電機18、油泵11和氣源風機24運行，并將測量數(shù)據(jù)通過所述RS232串口52輸入微處理機20，所述的D/A模塊54以及變頻器56、55用于變頻調(diào)速控制排種器驅(qū)動電機5、輸送帶驅(qū)動電機18。其中，所述播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4同軸心安裝在排種器傳動軸32端部，該播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4的輸出端與PLC控制器53的輸入端相連；所述的種床輸送帶傳感器14同軸心安裝在滾筒皮帶輪15軸端部，該種床輸送帶傳感器14的輸出端與PLC控制器53的輸入端相連；所述PLC控制器53輸入輸出接口與D/A模塊54的輸入輸出接口相連，并通過變頻器56和變頻器55分別與排種器驅(qū)動電機5輸入端和輸送帶驅(qū)動電機18輸入端相連。
本實用新型的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器58。
本實用新型的種床輸送帶傳感器14采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器57。
本實用新型的計算機視覺排種器試驗臺，還可以在風管25上安裝有數(shù)字風壓顯示器26。
作為本實用新型的排種器驅(qū)動電機5、輸送帶驅(qū)動電機18、氣源風機24可以采用變頻調(diào)速電機。
本實用新型的計算機視覺排種器試驗臺，其播種盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為15～300r/min，種床輸送帶速度調(diào)節(jié)范圍為1.5～14km/h。
作為本實用新型的一個優(yōu)選方案，所述的排種器安裝架2上的絲桿座28、33通過絲桿29、34、47共四根對稱支撐在左右兩根鉸接軸44的兩端，該鉸接軸44兩根通過軸承43、46分別支撐套裝在左管梁45和右管梁48內(nèi)，位于左管梁45、右管梁48上的左支臂27和右支臂35分別水平固裝在左絲杠41和右絲杠36的頂部，所述的左絲杠41、右絲杠36分別垂直套裝在左絲杠套座40和右絲杠套座37內(nèi)，在左絲杠套座40、右絲杠套座37上設(shè)有手輪38、39，旋轉(zhuǎn)該手輪38、39驅(qū)動左絲杠41和右絲杠36垂直升降；在所述的排種器安裝架2上水平設(shè)有橫梁31，該橫梁31上固裝豎管梁30、42，排種器49安裝在豎管梁30、42上。
作為本實用新型的進一步改進，在種床輸送帶8的下面設(shè)有上托輥9和下托輥10，所述的上托輥9和下托輥10支承在試驗臺架6上；在所述的種床輸送帶8末端下方設(shè)有刮油刮種板13，且該刮油刮種板13與下帶面相貼。
由于采用上述技術(shù)方案，本實用新型提供的計算機視覺排種器試驗臺具有的有益效果是1.測量精度高；2.結(jié)構(gòu)簡單；3.使用操作方便；4.效率高；5.應(yīng)用范圍廣。


圖1是本實用新型計算機視覺排種器試驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中所示排種器安裝架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的側(cè)視圖；圖4是圖2的俯視圖；圖5是本實用新型計算機視覺排種器試驗臺系統(tǒng)原理方框圖；
圖6是本實用新型計算機視覺排種器試驗臺PLC控制系統(tǒng)原理圖；圖7是視覺系統(tǒng)的主程序流程圖；圖8是圖像識別處理子程序流程圖。
圖中噴油裝置1 排種器安裝架2 傳動鏈條3 播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4 排種器驅(qū)動電機5 試驗臺架6 工業(yè)攝像機7 種床輸送帶8 上托輥9 下托輥10 油泵11 油池12 刮油刮種板13 種床輸送帶傳感器14 滾筒皮帶輪15傳動帶16 油種分離器17 輸送帶驅(qū)動電機18 打印機19 微處理機20 顯示器21 控制柜22 穩(wěn)壓電源23 氣源風機24 鳳管25 數(shù)字風壓顯示器26左支臂27 絲桿座28、33 絲桿29、34、47 豎管梁30、42 橫梁31 排種器傳動軸32 右支臂35 右絲杠36 右絲杠套座37 手輪38、39 左絲杠套座40 左絲杠41 軸承43、46 鉸接軸44 左管梁45 右管梁48 排種器(49)工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50 打印接口51 RS232串口52 PLC控制器53D/A模塊54 變頻器55、56 增量型轉(zhuǎn)速編碼器57、58具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述圖1中，本實用新型計算機視覺排種器試驗臺，包括試驗臺架6，安裝在試驗臺架6上的噴油裝置1、排種器安裝架2、排種器驅(qū)動電機5、種床輸送帶8、油泵11和輸送帶驅(qū)動電機18，以及氣源風機24、計算機視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，排種器驅(qū)動電機5通過傳動鏈條3與排種器49相連，輸送帶驅(qū)動電機18通過傳動帶16與滾筒皮帶輪15相連，穩(wěn)壓電源23為計算機視覺排種器試驗臺提供可靠電源，控制系統(tǒng)置于控制柜22內(nèi)。參見圖5，所述的計算機視覺系統(tǒng)包括工業(yè)攝像機7、工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50、微處理機20、顯示器21以及安裝在微處理機20上的RS232串口52和打印接51，所述的工業(yè)攝像機7用于種子粒距測定，所述的工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50用于種子視頻信息圖像轉(zhuǎn)換，可將工業(yè)攝像機7采集的種子圖像信息輸入微處理機20，所述微處理機20用于對測量數(shù)據(jù)進行處理，自動計算處理得出有關(guān)均勻性、穩(wěn)定性、一致性播種精度指標，所述的顯示器21用于顯示圖像和數(shù)據(jù)，所述的RS232串口52用于與PLC控制器53進行數(shù)據(jù)輸入、輸出，所述的打印接口51用于輸出試驗數(shù)據(jù)、報表和頻率直方圖。
在本實施例中，所述的工業(yè)攝像機7輸入輸出接口與工業(yè)黑白圖像PCI采集卡50的輸入輸出接口相連，所述RS232串口52的輸入輸出接口與PLC控制器53輸入輸出接口相連，打印接口51的輸出端與打印機19輸入接口相連。
如圖5、圖6所示，控制系統(tǒng)包括播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4、種床輸送帶傳感器14、PLC控制器53、D/A模塊54以及變頻器55、56，所述的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4用于測量播種盤轉(zhuǎn)速，所述種床輸送帶傳感器14用于測量種床輸送帶8的前進速度，所述的PLC控制器53用于控制排種器驅(qū)動電機5、輸送帶驅(qū)動電機18、油泵11和氣源風機24運行，并將測量數(shù)據(jù)通過所述RS232串口52輸入微處理機20，所述的D/A模塊54以及變頻器56、55用于變頻調(diào)速控制排種器驅(qū)動電機5、輸送帶驅(qū)動電機18。
在本實施例中，如圖1、圖2、圖3和圖4所示，所述的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4同軸心安裝在排種器傳動軸32端部，所述的種床輸送帶傳感器14同軸心安裝在滾筒皮帶輪15軸端部，在圖5中，該播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4的輸出端與PLC控制器53的輸入端相連；該種床輸送帶傳感器14的輸出端與PLC控制器53的輸入端相連；所述的PLC控制器53的輸入輸出接口與D/A模塊54的輸入輸出接口相連，并通過變頻器56和變頻器55分別與排種器驅(qū)動電機5和輸送帶驅(qū)動電機18相連。
在優(yōu)選實施例中，如圖5所示，所述的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器4采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器58；所述的種床輸送帶傳感器14采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器57；圖1中，為了保證準確測量氣源系統(tǒng)風壓，在鳳管25上安裝有數(shù)字風壓顯示器26；在本實施例中，所述的排種器驅(qū)動電機5、輸送帶驅(qū)動電機18、氣源風機24采用變頻調(diào)速電機。通過控制系統(tǒng)變頻調(diào)速可滿足高速排種器的試驗要求，播種盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為15～300r/min，種床輸送帶前進速度調(diào)節(jié)范圍為1.5～14km/h。
在圖2、圖3和圖4中，所述的排種器安裝架2上的絲桿座28、33通過絲桿29、34、47共四根對稱支撐在左右兩根鉸接軸44的兩端，該鉸接軸44兩根通過軸承43、46分別支撐套裝在左管梁45和右管梁48內(nèi)，位于左管梁45、右管梁48上的左支臂27和右支臂35分別水平固裝在左絲杠41和右絲杠36的頂部，所述的左絲杠41、右絲杠36分別垂直套裝在左絲杠套座40和右絲杠套座37內(nèi)，在左絲杠套座40、右絲杠套座37上設(shè)有手輪38、39，旋轉(zhuǎn)該手輪38、39驅(qū)動左絲杠41和右絲杠36垂直升降；在所述的排種器安裝架2上水平設(shè)有橫梁31，該橫梁31上固裝豎管梁30、42，排種器49安裝在豎管梁30、42上。
在本實施例中，如圖1所示，為了防止種床輸送帶8下沉和跑偏，可以在種床輸送帶8的下面設(shè)有上托輥9和下托輥10，所述的上托輥9和下托輥10支承在試驗臺架6上；為了使運行至種床輸送帶末端的油和種子完全脫離，可以在所述的種床輸送帶8末端下方設(shè)有刮油刮種板13，且該刮油刮種板13與下帶面相貼。這樣，刮下的油和種子通過設(shè)在種床輸送帶8末端下方的油種分離器17過濾分離，油直接回落到油種分離器17下方的油池12內(nèi)，以便循環(huán)使用。
本實用新型計算機視覺系統(tǒng)的工作流程為如圖7所示，工業(yè)攝像機7實時采集種子第N幀圖像，對該圖像進行噪聲處理，對比度加強，計算圖像有效范圍。如圖8所示，計算機視覺系統(tǒng)子程序?qū)Ξ斍坝行D像進行逐行像素處理，特征提取匹配并計算種子中心坐標，當采集到Nmax幀圖像時，計算機視覺系統(tǒng)進行種間距離測量，落種數(shù)統(tǒng)計，統(tǒng)計單位時間落種數(shù)，生成報表及性能曲線。
權(quán)利要求1.一種計算機視覺排種器試驗臺，包括試驗臺架(6)，安裝在試驗臺架(6)上的噴油裝置(1)、排種器安裝架(2)、排種器驅(qū)動電機(5)、種床輸送帶(8)、油泵(11)和輸送帶驅(qū)動電機(18)，以及氣源風機(24)、計算機視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，排種器驅(qū)動電機(5)通過傳動鏈條(3)與排種器(49)相連，輸送帶驅(qū)動電機(18)通過傳動帶(16)與滾筒皮帶輪(15)相連，其特征在于所述的計算機視覺系統(tǒng)包括工業(yè)攝像機(7)、工業(yè)黑白圖像PCI采集卡(50)、微處理機(20)、顯示器(21)以及安裝在微處理機(20)上的RS232串口(52)和打印接口(51)，所述的工業(yè)攝像機(7)用于種子粒距測定，所述的工業(yè)黑白圖像PCI采集卡(50)用于種子視頻信息圖像轉(zhuǎn)換，可將工業(yè)攝像機(7)采集的種子信息輸入微處理機(20)，所述的微處理機(20)用于對測量數(shù)據(jù)進行處理，自動計算處理得出有關(guān)均勻性、穩(wěn)定性、一致性播種精度指標，所述的顯示器(21)用于顯示圖像和數(shù)據(jù)，所述的RS232串口(52)用于與PLC控制器(53)進行數(shù)據(jù)輸入、輸出，所述的打印接口(51)用于輸出試驗數(shù)據(jù)、報表和頻率直方圖；其中，所述的工業(yè)攝像機(7)輸入輸出接口與工業(yè)黑白圖像PCI采集卡(50)輸入輸出接口相連，所述RS232串口(52)的輸入輸出接口與PLC控制器(53)輸入輸出接口相連，打印接口(51)的輸出端與打印機(19)輸入接口相連；所述控制系統(tǒng)包括播種盤轉(zhuǎn)速傳感器(4)、種床輸送帶傳感器(14)、PLC控制器(53)、D/A模塊(54)以及變頻器(55)、(56)，所述的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器(4)用于測量播種盤轉(zhuǎn)速，所述種床輸送帶傳感器(14)用于測量種床輸送帶(8)的前進速度，所述的PLC控制器(53)用于控制排種器驅(qū)動電機(5)、輸送帶驅(qū)動電機(18)、油泵(11)和氣源風機(24)運行，并將測量數(shù)據(jù)通過所述RS232串口(52)輸入微處理機(20)，所述的D/A模塊(54)以及變頻器(56)、(55)用于變頻調(diào)速控制排種器驅(qū)動電機(5)、輸送帶驅(qū)動電機(18)；其中，所述的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器(4)同軸心安裝在排種器傳動軸(32)端部，該播種盤轉(zhuǎn)速傳感器(4)的輸出端與PLC控制器(53)的輸入端相連；所述的種床輸送帶傳感器(14)同軸心安裝在滾筒皮帶輪(15)軸端部，該種床輸送帶傳感器(14)的輸出端與PLC控制器(53)的輸入端相連；所述的PLC控制器(53)的輸入輸出接口與D/A模塊(54)的輸入輸出接口相連，并通過變頻器(56)和變頻器(55)分別與排種器驅(qū)動電機(5)輸入端和輸送帶驅(qū)動電機(18)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于所述的播種盤轉(zhuǎn)速傳感器(4)采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器(58)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于所述的種床輸送帶傳感器(14)采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器(57)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于在鳳管(25)上安裝有數(shù)字風壓顯示器(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于所述的排種器驅(qū)動電機(5)、輸送帶驅(qū)動電機(18)、氣源風機(24)采用變頻調(diào)速電機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于播種盤轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為15～300r/min，種床輸送帶前進速度調(diào)節(jié)范圍為1.5～14km/h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于所述的排種器安裝架(2)上的絲桿座(28)、(33)通過絲桿(29)、(34)、(47)共四根對稱支撐在左右兩根鉸接軸(44)的兩端，該鉸接軸(44)兩根通過軸承(43)、(46)分別支撐套裝在左管梁(45)和右管梁(48)內(nèi)，位于左管梁(45)、右管梁(48)上的左支臂(27)和右支臂(35)分別水平固裝在左絲杠(41)和右絲杠(36)的頂部，所述的左絲杠(41)、右絲杠(36)分別垂直套裝在左絲杠套座(40)和右絲杠套座(37)內(nèi)，在左絲杠套座(40)、右絲杠套座(37)上設(shè)有手輪(38)、(39)，旋轉(zhuǎn)該手輪(38)、(39)驅(qū)動左絲杠(41)和右絲杠(36)垂直升降；在所述的排種器安裝架(2)上水平設(shè)有橫梁(31)，該橫梁(31)上固裝豎管梁(30)、(42)，排種器(49)安裝在豎管梁(30)、(42)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機視覺排種器試驗臺，其特征在于在種床輸送帶(8)的下面設(shè)有上托輥(9)和下托輥(10)，所述的上托輥(9)和下托輥(10)支承在試驗臺架(6)上；在所述的種床輸送帶(8)末端下方設(shè)有刮油刮種板(13)，且該刮油刮種板(13)與下帶面相貼。
專利摘要本實用新型公開了一種計算機視覺排種器試驗臺，旨在提供一種測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、效率高、應(yīng)用范圍廣的計算機視覺排種器試驗臺，它包括試驗臺架，安裝在試驗臺架上的噴油裝置、排種器安裝架、排種器驅(qū)動電機、種床輸送帶、油泵和輸送帶驅(qū)動電機，以及氣源風機、計算機視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。計算機視覺系統(tǒng)采用工業(yè)攝像機，通過工業(yè)黑白圖像PCI采集卡與微處理機相連；控制系統(tǒng)采用高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器，通過PLC控制器與微處理機的RS232串口相連。本實用新型用于高速氣力式排種器性能試驗測試。
文檔編號G01M99/00GK2777527SQ200520020660
公開日2006年5月3日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者蔡曉華, 吳澤全, 劉俊杰, 孔繁亮, 程睿 申請人:黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院