一种自动物料分选机结构设计（全套含CAD图纸和三维UG模型）
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宁波大红鹰学院 毕业设计（论文）文献综述文献综述题目：基于PLC的物料颜色筛分系统设计 所在学院： 机械与电气工程学院 班 级： 09机自2班 姓 名： 张驰骋 学 号： 091280238 指导教师： 朱火美 合作导师： 日期： 2011 年 12 月 1 日I目录第1章 绪论1第2章 研究方向22.1研究现状22.1.1国内外研究现状22.1.2国外颜色识别系统研究现状22.1.3国内颜色识别系统研究现状32.2发展前景与趋势32.2.1发展前景32.2.2颜色分选机的发展趋势4第3章 研究内容43.1颜色分选机的显著特点43.2研究目的和要求53.3总体设计初论53.3.1颜色分选机的方案设计是结构设计的基础。53.3.2颜色分选机的工作原理6第4章 小结7参考文献8第1章 绪论分选机是一种利用光电技术分析识别物料优劣，并利用压缩空气将劣质物料剔除的高科技设备。该设备可有效改善物料的品质等级，提高加工技术的自动化程度。因此，对分选机的研究有着重要的现实意义。颜色分选机分为检测系统和控制系统两部分，主要对物料分选设备的控制系统进行研究，其也是一种新型加工机器，利用产品的光学特性和光电原理，通过电脑分析物体外表颜色，不仅能够将大米、豆类、花生、食品等产品中的杂质(如石头、沙子、玻璃、金属等)干净地去除，还能将那些对人体极具危害的黄斑、霉变，虫蛀等有害物质予以去除，从而能提高产品的品质。颜色分选系统已经广泛用于表面质量的判别(表面质量的判别是指利用光反射特性，按照表皮颜色差异分选、按照有无外表损伤分选等)和内部质量的判别(内部质量的判别是指利用光透射特性，按照成熟度差异分选、按照内部损伤差异分选、按照内部品质差异分选等)等情况。用色选机取代人工手选，排除人为因素的干扰，既提高了生产效率(如分选精度、一致性等)，又降低了生产费用。无论从经济学观点或从生态学观点考虑，色选机的应用部是极为有利和有效的。分选系统是颜色分选机的重要组成部分，它的任务是利用光电技术将物料中的次品分类检出并剔除。本文将分选系统按照具体功能划分成信号检测系统、分选控制系统和气枪驱动系统等3个子系统，分别实现其功能，完成了颜色分选机分选系统的设计。8第2章 研究方向2.1研究现状2.1.1国内外研究现状随着光电技术、计算机技术、电子技术等的发展，基于多种不同测试方法的颜色检测系统被提出、研究和开发，以满足不同层次、不同应用的各种要求。国内外目前有许多研究单位和生产厂商正在从事颜色检测、分选仪器的研制，相应的产品也不断投入市场。2.1.2国外颜色识别系统研究现状国外的颜色检测研究起步较早，各种颜色检测仪器应用广泛，其中典型的应用之一是颜色分选机，主要用于农业综合企业、农产品出口、食品加工业及出口，其次还有化学品及矿产品企业。美国 ESM 公司及 Sortex 公司分别于20 世纪 30 年代及 40 年代研制了这种设备，并根据市场需要不断推出新机型；日本安西公司于 1970 年成功开发并开始制造和销售全日本第一台电子色彩选别机，其中接受中国方面的订货就有十几年的历史，有近百台/套的各类选别机械己在中国各地被使用，中国两大农业上市公司“中国蓝田股份有限公司”和“湖南金健米业股份有限公司”都采用安西公司的色选设备。日本佐竹公司于 1979 年也推出了这种产品。ESM 于 1992 年与佐竹公司合并继续生产颜色分选机。现在主要从事生产色选机的企业有日本的佐竹公司、安西制作所，瑞士的布勒公司，以及英国和美国的一些粮食加工设备公司。在世界范围内，以日本佐竹公司和瑞士布勒公司的产品代表了农产品加工机械的先进水平，其产品遍布亚洲、欧洲、美洲、大洋洲及非洲等。日本佐竹株式会社其机械产品广泛运用光电、传感、信息等先进技术，服务于大米的种植、收割和加工等各个生产阶段，自动化程度很高。在美国，许多西红柿收获机械都装备了颜色分级器，每个分级器能以 25t/h 的生产率分离红西红柿与青西红柿。计算机控制的颜色分级器被用在包装工厂，对柑桔，西红柿或苹果进行分选。美国 HunterLab 测色仪可检测各类食品的颜色；2002 年 9 月在北京“2002 年国际水稻产业、技术及机械设备展览会”上，索特克斯首次在中国推出了 Z 系列光电色选机，其高精度象素的数码相机能检测出浅淡微黄和针尖大的黑点，是世界上首台能选出微黄粒、红粒等各种异色粒，又能同时去除腹白的色选机。2.1.3国内颜色识别系统研究现状近年来我国许多院校及科研单位在电脑测色方面进行了研究，取得了一些成绩，如由北京理工大学研制的便携式色差计；北京康光光电子联合公司研制的 SC-80 轻便色彩色差计；合肥安科光电机械有限公司生产的智能化电脑色选机；核工业理化工程研究院自主研究生产的色选机系列通过国家鉴定；天津光学仪器厂研制的色度测量实验装置wsd-1/1a是一种自动光谱光度测色仪器；何东健等进行了果实表面颜色计算机视觉分级技术研究；冯斌等在利用水果表面分布的分形维数为特征对不同着色等级水果进行分级时，采用了 HIS 模型，利用各色度点的累计和空间分布特性，使颜色分级更符合实际情况；Tao.Y 等研制成功了用于马铃薯和苹果颜色检测的机器视觉系统，它可以区别正常马铃薯与发芽马铃薯及黄色与绿色的“金帅苹果”等。国内的仪器市场有不少颜色测量仪器，但大多是外国的进口仪器，或者主要依靠国外技术完成仪器的加工制造。例如：无锡粮油机械有限公司生产的电脑光电色选机，中美合资合肥安科光电有限公司引进美国技术生产的色选机系列，佐竹机械苏州有限公司生产的GS系列色选机等。而且国内颜色分选机主要用于大米色选，在其他果蔬、马铃薯等农产品颜色分级应用还不是很广泛。2.2发展前景与趋势2.2.1发展前景八十年代初，上海纺织科学院从西德 OPTON 公司引进了我国第一台自动测色、配色电脑，电脑测色、配色技术才开始在我国有关的一些行业中得以应用。这也是我国第一次引入颜色分选设备，从而开启了我国对于颜色分选领域的大门，在今后的几年中，各大高校也逐渐的开始了对于颜色分选机的探索与研究，尤其是在对于农业方面的应用。而随着工业的迅速发展，人们生活水平的提高，社会对所需品的要求有了极大的提高。同时，颜色分选设备精密度标准的提高，促使对分选的质量要求越来越高；以分选类产品因质量问题大大约束其广泛使用。现在，新一代的颜色分选设备的不断改善，使其质量发生了根本性的提高，能完全满足现代化工业及农业生产等的需要。所以，在各行业的实际使用过程中分选机的优越性将会很快得以体现。总而言之，颜色分选机的研究突破将会是分选机领域发展的大趋势之一。2.2.2颜色分选机的发展趋势（1）高精度、高速、高质量。在某些农业水果产品部门，提高分选精度可以提高分选效率与质量，所以相应的颜色分选机精度也不断提高。在不对水果造成直接的机械损伤的同时，还可以同时获取水果的大小、果形、颜色和表面缺陷状况等外观品质参数，具有自动、高效、准确、全面、客观和非破坏性检测的特点，所以获得了广泛的关注和研究，并已逐步应用到生产实践中，展现了其巨大的发展潜和广阔的市场前景。（2）提高效率和延长使用期限。颜色分选机是一种高能耗、高效率的机器。人工分级法适用于各种水果，且能最大限度地减少对水果的机械伤害，但这种方法需要大量的劳动力、且劳动强度很大，同时由于主观评定受到个人视力、颜色鉴别力、情绪、疲劳和光线等因素的影响，工效较低、准确性较差，不能保证严格按分级标准对水果进行分级。如一台分选机可至少减少数十人的人工劳动力，在减少劳动成本支出的同时，其可又会大大提高分选产品的质量与速度。因此，提高颜色分选机效率对国民经济建设具有重大意义。而通过合理的设计，提高其效率510%，是完全有可能做到的。（3）按系列化、通用化、标准化进行生产，有利于提高产量和质量，并能缩短制造周期，便于产品改进变型。第3章 研究内容3.1颜色分选机的显著特点1.颜色分选识别，利用光电技术原理，从大量散装产品中将颜色不同的个体(球、块或颗粒)以及外来夹杂物检出并分离出来。在颜色、大小非常接近的情况下，利用光电技术研制的颜色分选识别在农产品的品质检测和分级技术中，是最为广泛，也是最为有效的方法。 2效率高，仅以普通分选机为例，一台分选机分选产品的质量与速度为人工分选的数十倍，有些甚至高达数百倍。3.光电技术方法以其检测方法简单、分选速度快、系统集成度高、成本低等特点，得到了最广泛的应用。光电颜色分选机是一种从运动的物体流中将颜色进行识别，为机、电一体化的高新技术设备，具有自动化程度高、灵敏度高、稳定、可靠等特点。4理想的光电颜色分选机由于物料分选控制系统的设计与机械手或气缸之间的紧密配合，因而使用寿命长、效率高，减少了人工复检的时间及其费用；因此，较之光电颜色分选机的工作效益高。5提高了气缸或者气缸套，活塞缸的使用寿命，一般情况下，使用后的气缸或者汽缸套经过一定时间的跑合期后，其粗糙度会有所提高，而摩擦较小。颜色分选机在各行业中具有广泛的用途及无法取代的地位，发展前景可观。3.2研究目的和要求首先，毕业设计和毕业论文是本科大学生培养方案中的重要环节。学生通过毕业设计论文，综合性地运用自身所学去独立地分析、解决一个课题。本课题所要研究的要求是一种自动物料分选机结构的设计，使其具备相应的功能来应用于各领域的生产和工作当中去，与自身所学专业相关性较高。颜色分选机是一种普遍应用于农业及制造业生产业相关的机械类机器,具有体积小、结构紧凑、效率高、运行平稳等特点,要求能将所要分选物体在快速、有效的条件下快速分选,而目前大多数颜色分选机采用红外线等方式分选。因此,研制与开发高精度光电颜色分选机具有重大的现实意义。再者，作为当代大学生，在作毕业设计论文的过程不仅是对所学知识的系统整理和灵活运用，而且是一次难得的学习进步的机会。机械类专业理论知识的活学活用程度，体现在设计实践当中表现出的实战能力。这也是一次对自身水平的评估，要严肃对待。所以，毕业设计论文的开展是有必要的。颜色分选机是各类制造业、农业企业广泛应用的分选设备。一方面，有颜色分选的机械设备分选精度不高，分选质量不太标，分选后还需要大量的人力来复查因为精度不高而造成的分选不良的状况。并且，这一严峻的事实已经引起了企业对于分选设务的重点关注。在如今这个高科技数字化的先进社会里，消除此类潜在不良情况已成为当务之急。而另一方面，随着现代化科学飞速的发展，对于分选机的应用要求也在不断的提高。特别是颜色分选机在农业水果分选等方面的应用，其对生产与操作过程中对于颜色分选机的要求标准直接关系到广大人民群众的根本利益和企业成本利润。因此，颜色分选机在机械领域的设计应用非常具有代表性和实用性，值得学习和研究。3.3总体设计初论3.3.1颜色分选机的方案设计是结构设计的基础。诸多实力充分证明，存在着一种或数种较严重缺陷的方案设计，且在分选机制造完成后就很难予以弥补。分行机方案设计的优劣直接关系到分选机运行的可靠性、经济性、成本的高低，也决定了产品的外形尺寸和重量以及相应的安装与维修的难易。颜色分选机的方案设计包括如下内容：结构形式选择、颜色识别方式、分选作用方式选择，分选误差分析判断、驱动机类型的选择和功率、转向、转速匹配、传动方式等。3.3.2颜色分选机的工作原理颜色分选机主要分为检测系统和控制系统两部分，首先通过颜色传感器进行颜色的识别，后由图像处理系统对图像进行处理，提取各个物体的颜色参数，并综合判定其等级及分类情况；当带有等级信息的物体到达所属等级的分级出口时，相应的分级执行机构动作，追使该分选该物体的分选杠杆转动或气缸运动，将物体从传送轴上撬起并滚入相应的分选收集箱中；同步控制系统则负责控制分选机的各个部件同步协调工作。1颜色识别过程：通常所看到的物体颜色,实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光(日光)中的一部分有色成分,而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的,也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P)。根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理论可知,各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。颜色根据此，将物体进行颜色识别，从而传送到控制系统中。2结构分选过程：主控制系统采用PLC作为控制器，根据控制系统中所传输得到的信息，来判定结构分选过程中分选杠杆转动或气缸运动状态。至此，颜色分选机完成了一个由颜色识别、分析判断和物体分选的三过程组成的工作循环。此后，颜色识别系统又重新识别运动，重复上述过程，如此周而复始地进行循环。颜色分选机的优缺点概要优点：颜色分选范围较广，效率较高，适应性强。缺点：主要是针对外形尺寸和重量大小基本相同的物件，同时，外届干扰较大，可能影响颜色识别精度，因此需要较大的基础。而且颜色分选机械结构部分具有脉动性，机器的易损零件也较多。颜色分选机设计的重难点1颜色识别技术分析、计算及程序设计；2机械分选部分分析及计算，计算量大；3主要零部件的结构设计与强度校验。第4章 小结创新是企业应对市场的本能，一个企业在生存取决于产品各方面的优越性。在不断的市场竞争中，如果能够始终引领最新、最先进的技术水平，发展才得以持续。所以，在原有的分选机的基础上，颜色分选机就有了更高的要求，最终就出现了光电颜色分选机的设计和改进理念。综上所述，尽管颜色分选机在我国起步较晚，但它有很重要的现实意义，光电颜色分选机器研制成功，有利用扩大各项产品生产，将有可能带动各产业的经济大发展。而且机器的分选部分设计了一种与传统部分不同的分选装置，即用电磁快门取代了喷嘴，而且实验结果表明完全成功，它是一个大胆而有效的创新。在科学技术日新月异的今天，把颜色分选机推广到光电颜色分选机。它在工农业中，特别是在农业上有着广泛的应用领域和美好的发展前景。参考文献1成大先主编.机械设计手册（第五版）M.北京：化学工业出版社，2008.32 姚立健.胡学同.周杏鹏.张军.Wei Xinhua.Hu Xuetong.Zhou Xingpeng.Zhang Jun 水果机器视觉自动分选机同步控制系统设计期刊论文-农业机械学报2008,39(11)3 姚立健.胡学同.周杏鹏.张军 水果机器视觉自动分选机同步控制系统设计期刊论
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