СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПЛОДА С УГЛУБЛЕНИЕМ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ЕГО УПАКОВКИ
METHOD AND DEVICE FOR ORIENTATION OF FRUIT WITH RECESS, IN PARTICULAR FOR PACKING PURPOSES THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу ориентирования плода растений, содержащего углубление. Оно охватывает, в частности: способ упаковки плодов с углублением, содержащий способ ориентирования согласно изобретению; компьютерную программу, выполненную с возможностью осуществления способа ориентирования согласно изобретению и/или способа упаковки согласно изобретению; устройство ориентирования плода с углублением, содержащее программируемый блок обработки, запрограммированный с возможностью осуществления способа ориентирования согласно изобретению; и устройство упаковки плодов с углублением, содержащее по меньшей мере один робот для манипулирования плодами, причем указанное устройство упаковки выполнено с возможностью осуществления способа упаковки согласно изобретению.
Уровень техники
У некоторых плодов с углублением, так называемых пупочных плодов (яблок, айвы, персиков, абрикосов, некоторых томатов, некоторых груш и др.), имеется на периферии по меньшей мере одно пуповидное углубление. Речь может идти, например, о чашечке в зоне глазка плода и/или о впадине плодоножки. В процессе упаковки таких плодов с углублением часто оказывается желательной возможность контроля ориентации плода в пространстве по отношению к упаковке, с тем чтобы представить покупателям товар в лучшем виде. Так происходит, в частности, в тех случаях, когда плоды пакуются в ящики или лотки, в частности в ячеистые ящики или лотки, при этом в каждую ячейку кладется по одному плоду. При этом желательно, чтобы все плоды в данной таре были ориентированы плодоножкой в одном направлении и в одну сторону. Желательно также, чтобы плоды были повернуты вверх участками поверхности с максимально привлекательным цветом, причем этот цвет должен быть по возможности одинаковым по всей данной таре.
До настоящего времени, несмотря на все более интенсивную автоматизацию упаковочных машин, а также давние активные исследования в этой области, ориентирование плодов осуществляется все еще вручную операторами, труд которых является исключительно тяжелым и монотонным.
В документе ЕР 332477 раскрыто устройство для транспортировки плодов или овощей, содержащее два приводимых во вращение продольных цилиндра и установленную между этими цилиндрами движущую систему, содержащую ряд элементов вращения типа шаров, которые совершают поступательное перемещение между цилиндрами, продвигая транспортируемые объекты параллельно осям этих цилиндров, в то время как сами объекты приводятся во вращение. Каждый шар приводится также во вращательное перемещение вдоль оси, перпендикулярной к оси вращения плода, которое придается ему в результате вращения цилиндров, до тех пор, пока этот шар не войдет в одну из двух естественных впадин на противоположных концах плода. Однако, как выяснилось, эффективность этого устройства невелика, так как в итоге многие плоды оказываются плохо выровненными.
В документе ЕР 0727355 раскрыт способ упаковки плодов типа яблок и томатов, согласно которому каждый плод может приводиться роликами во вращение вокруг первой горизонтальной оси, параллельной оси роликов, и вокруг второй вертикальной оси, при этом происходит ориентирование плода в первом заданном направлении. Проводят оптический анализ каждого плода и сравнивают полученные изображения с эталонным изображением, что позволяет определить, установился ли плод с нужной ориентацией. Однако эта методика с использованием сравнения с эталонным изображением недостаточно надежна, поскольку такое эталонное изображение не дает на практике возможности гарантировать нужную ориентацию каждого плода, если учесть существенные колебания форм и размеров плодов по сравнению с эталонным изображением. Поэтому результатом применения рассмотренного способа не обязательно будет достижение оптимальной ориентации.
В документе ЕР 1183197 раскрыт способ ориентирования плодов с углублением типа яблок или груш, позволяющий добиться их ориентации в одном направлении с соцветием, обращенным в ячеистой таре вверх. Каждый плод, поддерживаемый между двумя роликами, может приводиться в собственное вращение вокруг оси, параллельной оси роликов, а также подниматься и приводиться в собственное вращение вокруг вертикальной оси с помощью поворотной подъемной опоры, вставленной между роликами. В этом документе не раскрыт способ, который обеспечивал бы выявление положения соцветия и ориентирование этого последнего в направлении вверх, а просто предполагается, что это всегда возможно благодаря вращению роликов. Однако совершенно очевидно, что это не так, а потому указанный способ страдает недостаточной надежностью, из-за чего он неприменим на практике.
В документе WO 2014/068418 раскрыт способ ориентирования плода с углублением, согласно которому приводят плод роликами в собственное вращение вокруг первой оси X вращения, получая одновременно с помощью профилометра изображения профиля этого плода в плоскости А ориентации, в которой расположена указанная первая ось X, с тем чтобы обнаружить в этом профиле острие и измерить угол наклона основной оси S плода относительно этой первой оси X. Затем приводят плод во вращение вокруг второй оси Y вращения, перпендикулярной к первой оси X вращения, с тем чтобы ориентировать основную ось S плода параллельно первой оси X вращения в плоскости А ориентации.
Это способ также страдает рядом недостатков. Прежде всего, для получения профиля требуется профилометр, состоящий из нескольких источников света и нескольких камер, располагающихся вокруг плода в горизонтальной плоскости, что крайне сложно. Кроме того, приходится размещать хрупкие и чувствительные компоненты над роликами в непосредственной близости от плодов, что чревато повреждением этих хрупких компонентов на стадиях загрузки и разгрузки роликов. Помимо сказанного, алгоритмы анализа и обнаружения острых концов на профиле не только сложны, но и недостаточно надежны. Это связано с тем, что обнаружение основной оси с помощью алгоритма распознавания посредством сравнения с каким-либо заданным профилем не дает достоверных результатов, поскольку такой заданный профиль не обязательно будет соответствовать профилю всех возможных обрабатываемых объектов, профили которых по самой своей природе могут быть разными у разных плодов. Следует также иметь в виду, что эффективность обнаружения основной оси плода и его нахождения в горизонтальной плоскости может значительно изменяться в зависимости от первоначальной ориентации этой основной оси относительно горизонтальной оси вращения. Дело в том, что в случае, если, например, основная ось объекта вначале лишь незначительно наклонена относительно оси вращения, то колебания профиля, возникающие в процессе вращения, будут небольшими. Следствием этого будет, в силу особой геометрии конструкции, большая величина погрешности обнаружения основной оси в горизонтальной плоскости. Кроме того, рассмотренный способ не обеспечивает ориентирование плодов без плодоножки.
Таким образом, несмотря на давно ощущаемую потребность и различные приложенные ранее усилия, ни один из известных способов ориентирования не демонстрирует надежности, достаточной для того, чтобы его можно было применять на практике в промышленных масштабах, и по этой причине ориентирование плодов на упаковочных линиях осуществляется по-прежнему вручную.
Таким образом, изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков.
Раскрытие сущности изобретения
Целью изобретения является предложение способа ориентирования плода с углублением, который был бы более эффективным и надежным благодаря меньшим затратам на изготовление, монтаж и эксплуатацию.
Говоря конкретнее, целью является предложение способа ориентирования, который был бы достаточно надежным и эффективным, а также экономичным в достаточной степени для того, чтобы он мог конкурировать с ручными операциями ориентирования плодов.
Целью изобретения является также предложение способа ориентирования, который был бы пригоден для его использования в условиях сельского хозяйства, а конкретнее - в сочетании с быстродействующей машиной для упаковки плодов, и в частности, снабженной манипуляционными роботами.
Кроме того, цель изобретения состоит в предложении способа, который позволил бы ориентировать плоды таким образом, чтобы, во-первых, каждое углубление было ориентировано в заданном направлении и, во-вторых, наиболее окрашенная часть плода была обращена вверх.
Изобретение охватывает также способ, который был бы применим к любому плоду с углублением, с одним углублением, с двумя углублениями, с плодоножкой или без плодоножки.
По всему тексту ниже выражение «по меньшей мере по существу» означает обычно, что какой-либо структурный признак типа значения или функциональный признак следует понимать не как обозначающий резкое нарушение непрерывности, что было бы лишено физического смысла, а как относящийся не только к самой этой структуре или функции, но и к незначительным изменениям этой структуры или функции, которые приводят к созданию, в рассматриваемой технической ситуации, эффекта той же природы, если не той же степени. Кроме того, выражение «параллельный» используется по всему тексту как охватывающее случай с совпадающими прямыми или совпадающими плоскостями.
Итак, объектом изобретения является способ ориентирования плода с углублением, согласно которому:
- на первой стадии ориентирования поддерживают плод и приводят его в собственное вращение вокруг первой оси вращения,
- на следующей за этим второй стадии ориентирования поддерживают плод и приводят его в собственное вращение вокруг второй оси вращения, ортогональной к первой оси вращения,
- проводят оптический анализ верхней поверхности плода в течение по меньшей мере части первой стадии ориентирования с помощью по меньшей мере одной камеры, расположенной над плодом, с получением при этом изображений указанной верхней поверхности плода, причем эти изображения передают в блок обработки изображений, выполненный с возможностью анализа этих изображений и выдачи результатов оптического анализа, зависящих от ориентации плода,
- подают команду на вращение плода вокруг каждой из двух осей вращения в соответствии по меньшей мере с одним из результатов оптического анализа плода,
отличающийся тем, что:
- первая стадия ориентирования содержит следующие этапы: этап первоначального оптического анализа, на котором:
получают по меньшей мере одно изображение, так называемое первоначальное изображение, плода на оптической оси съемки, непараллельной первой оси вращения,
анализируют каждое первоначальное изображение с использованием оптического анализа, при этом обнаруживают присутствие по меньшей мере части углубления на каждом первоначальном изображении,
далее этап вращения, на котором приводят плод в собственное вращение вокруг первой оси вращения с угловой амплитудой от 5° до 45°, далее этап последующего оптического анализа, на котором:
получают по меньшей мере одно изображение, так называемое последующее изображение, плода на той же оптической оси съемки, что и для первоначального изображения,
анализируют каждое последующее изображение с использованием оптического анализа, при этом обнаруживают присутствие по меньшей мере части углубления на каждом последующем изображении,
- с помощью блока обработки выполняют этап условного решения, согласно которому, если некоторое первое условие удовлетворено результатами оптического анализа каждого первоначального изображения и каждого последующего изображения, то первую стадию ориентирования прекращают и продолжают выполнение способа, причем указанное первое условие считается удовлетворенным, если по меньшей мере часть углубления обнаружена по меньшей мере на одном первоначальном изображении и больше не обнаружено на каждом последующем изображении.
После проведения множества опытов, не дававших нужных результатов, неожиданно выяснилось, что комбинирование признаков способа согласно изобретению позволяет добиться почти идеальной надежности ориентирования плодов, причем в равной степени и для яблок, и для груш, и для томатов и т.д. Это становится возможным потому, что получение по меньшей мере двух следующих друг за другом изображений, разделенных одним поворотом плода вокруг первой оси вращения, и этап условного решения позволяют, в частности, ориентировать каждое углубление плода в заданной плоскости, так называемой плоскости первого ориентирования, в которой расположена первая ось вращения и которая непараллельна, в частности по меньшей мере по существу перпендикулярна к оптической оси съемки камеры, обеспечивающей получение первоначального и последующего изображений.
В предлагаемый способ могут вноситься самые разнообразные модификации в отношении этапов, выполняемых после первой стадии ориентирования, если первое условие удовлетворено указанное (можно предусмотреть некоторые последующие этапы, в частности, для ориентирования каждого углубления в предпочтительном направлении указанной плоскости первого ориентирования, и/или для ориентирования более окрашенного участка плода в направлении вверх, и/или для ориентирования плодоножки плода в заданную сторону), а также в отношении этапов, выполняемых после этапа условного решения, если первое условие не удовлетворено (с целью оптимизации ориентирования каждого углубления плода в указанной плоскости, перпендикулярной к оптической оси съемки). Так, например, можно предусмотреть использование других устройств оптического анализа для проведения оптических анализов с другими углами съемки. Однако изобретение дает также то преимущество, что в некоторых вариантах его осуществления удается добиться точной и окончательной ориентации плода и без введения дополнительного устройства оптического анализа, причем удается сделать это с достаточными простотой, надежностью и эффективностью.
Так, согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого способа ориентирования, если указанное первое условие не удовлетворено, то этапы вращения и последующего оптического анализа первой стадии ориентирования выполняют повторно, затем выполняют повторно этап условного решения с помощью блока обработки, рассматривая последующее изображение, полученное перед повторным выполнением этапов вращения и последующего оптического анализа, как первоначальное изображение.
Говоря конкретнее, согласно изобретению, целесообразно в рамках этапа условного решения предусмотреть следующее:
- если по меньшей мере часть углубления обнаружена по меньшей мере на одном первоначальном изображении и по меньшей мере на одном последующем изображении, то этапы вращения и последующего оптического анализа первой стадии ориентирования выполняют повторно,
- если по меньшей мере часть углубления не обнаружена ни на каждом первоначальном изображении, ни на каждом последующем изображении, то этапы вращения и последующего оптического анализа первой стадии ориентирования выполняют повторно, пока суммарная угловая амплитуда вращения плода по результатам различных этапов вращения, выполненных на первой стадии ориентирования, меньше некоторой угловой амплитуды, так называемой максимальной амплитуды вращения, составляющей от 180° до 360°, а конкретнее порядка 270°,
- если по меньшей мере часть углубления не обнаружена ни на каждом первоначальном изображении, ни на каждом последующем изображении, то этапы вращения и последующего оптического анализа первой стадии ориентирования выполняют повторно, и если суммарная угловая амплитуда вращения плода по результатам различных этапов вращения, выполненных ранее на первой стадии ориентирования, больше или равна указанной максимальной амплитуде вращения, то первую стадию ориентирования прекращают и продолжают выполнение способа,
- если по меньшей мере часть углубления не обнаружена на каждом первоначальном изображении, но обнаружена по меньшей мере на одном последующем изображении, то этапы вращения и последующего оптического анализа первой стадии ориентирования выполняют повторно, после чего выполняют повторно этап условного решения с помощью блока обработки, рассматривая последующее изображение, полученное перед повторным выполнением этапов вращения и последующего оптического анализа, как первоначальное изображение.
Благодаря предлагаемому способу ориентирования удается гарантировать быстрое  ориентации каждого углубления плода в одну плоскость первого ориентирования, по меньшей мере по существу перпендикулярную к оптической оси съемки каждого первоначального изображения и каждого последующего изображения, полученных на указанной первой стадии ориентирования, а конкретнее - в плоскости первого ориентирования, которая по меньшей мере по существу, в частности строго, горизонтальна.
Указанная оптическая ось съемки не должна быть параллельна первой оси вращения, так чтобы каждое последующее изображение было изображением участка верхней поверхности плода, отличного от того, который был виден на каждом первоначальном изображении. Указанная ось съемки может быть наклонена относительно первой оси вращения. Тем не менее, предпочтительно, чтобы указанная оптическая ось съемки была по меньшей мере по существу, в частности строго, ортогональна и предпочтительно по меньшей мере по существу, в частности строго, перпендикулярна к первой оси вращения. Следует, однако, отметить, что ничто не мешает предусмотреть, в рамках некоторых вариантов осуществления, использование нескольких камер для формирования нескольких первоначальных изображений (или нескольких последующих изображений) в разных или одинаковых спектрах длин волн, при этом указанные камеры будут ориентированы по осям съемки по меньшей мере по существу параллельным, но отстоящим друг от друга и проходящим, например, по обе стороны от первой оси вращения. Ничто не мешает также получать первоначальное изображение (или последующее изображение) путем комбинирования нескольких изображений, полученных с помощью нескольких камер, например, формируя расчетным путем некоторое среднее изображение из нескольких исходных изображений, которые были получены по оптическим осям съемки по меньшей мере по существу параллельным друг другу (при этом указанная оптическая ось съемки первоначального изображения или последующего изображения будет представлять собой виртуальную оптическую ось, параллельную оптическим осям съемки исходных изображений, и располагаться между этими последними на одинаковом расстоянии от них, в частности в положении серединного перпендикуляра).
Кроме того, первая ось вращения, являющаяся осью собственного вращения плода, представляет собой ось, проходящую через плод, предпочтительно по меньшей мере по существу через геометрический центр или центр тяжести этого плода. Следует, однако, иметь в виду, что первая ось вращения может быть определена по отношению к плоду лишь приблизительно, в зависимости от формы и размеров наружной поверхности этого плода, когда он приводится в собственное вращение поддерживающими его роликами. Аналогичным образом, вторая ось вращения, являющаяся осью собственного вращения плода, представляет собой ось, проходящую через плод, предпочтительно по меньшей мере по существу через геометрический центр или центр тяжести этого плода. Следовательно, эти две оси вращения должны быть предпочтительно по меньшей мере по существу секущими в некоторой точке, проходящей через плод, а еще предпочтительнее по меньшей мере по существу в некотором геометрическом центре или центре тяжести плода. Таким образом, обе оси собственного вращения плода не только ортогональны друг другу, но и по меньшей мере по существу перпендикулярны друг другу.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, целесообразно, чтобы вторая ось вращения была перпендикулярна некоторой плоскости, так называемой плоскости первого ориентирования, в которой расположена первая ось вращения и которая непараллельна оптической оси съемки. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, в которых оптическая ось съемки является по меньшей мере по существу, в частности строго, ортогональной к первой оси вращения, целесообразно, чтобы вторая ось была по меньшей мере по существу, в частности строго, параллельной указанной оптической оси съемки. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, в которых оптическая ось съемки является по меньшей мере по существу, в частности строго, перпендикулярной к первой оси вращения, целесообразно, чтобы вторая ось была по меньшей мере по существу, в частности строго, совпадающей с указанной оптической осью съемки.
Кроме того, согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления, первая ось вращения расположена в горизонтальной плоскости, а вторая ось вращения является вертикальной. Кроме этого, предпочтительно, чтобы указанная оптическая ось съемки была при этом тоже вертикальной.
Кроме того, можно вносить в этап вращения на первой стадии ориентирования предлагаемого способа различные модификации, и в частности, направленные на сведение к минимуму длительности этого этапа вращения и всего способа согласно изобретению целиком, причем это должно осуществляться в зависимости от геометрических и размерных характеристик плодов.
Таким образом, говоря конкретнее, на этом этапе вращения плод приводится во вращение с угловой амплитудой от 10° до 20°, в частности порядка 15° для яблок, причем это значение угловой амплитуды зависит, в частности, от методики оптического анализа, используемой для обнаружения углубления на изображениях, и от средних относительных размеров пуповидного углубления плода. Оптимальное значение может быть определено опытным путем. Оно должно быть, в частности, достаточно малым для гарантии того, что перемещение плода будет выполнено эффективно (без проскальзывания), и для обеспечения достаточной точности перемещения, с тем чтобы углубление оказалось правильно ориентированным после поворота, если на первоначальном изображении обнаружена только часть этого углубления. Но оно должно быть достаточно большим для того, чтобы можно было оптимизировать длительность этого этапа и всех операций в рамках способа.
Аналогичным образом, согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления, указанный этап первоначального оптического анализа включает в себя обнаружение центра плода по меньшей мере на одном первоначальном изображении, и если по меньшей мере часть углубления обнаружена по меньшей мере на одном первоначальном изображении, то на этапе последующего вращения приводят плод во вращение в направлении, определяемом соответствующими положениями обнаруженных центра плода и углубления и выбираемом таким образом, чтобы минимизировать угловую амплитуду смещения углубления в сторону некоторой плоскости, так называемой плоскости первого ориентирования, в которой расположена первая ось вращения и которая непараллельна оптической оси съемки. Согласно упомянутым выше предпочтительным вариантам осуществления, указанная плоскость первого ориентирования представляет собой плоскость, которая по меньшей мере по существу, в частности строго, перпендикулярна к указанной оптической оси съемки и в которой расположена первая ось вращения.
Для обнаружения углубления в плоде на этапе оптического анализа в рамках предлагаемого способа можно применить любую подходящую для этих целей методику формирования изображений. Было установлено, однако, что неожиданно достоверные результаты были получены с помощью анализа уровней серого при получении изображений в инфракрасном диапазоне. Таким образом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы на каждом этапе оптического анализа получали по меньшей мере одно изображение, так называемое инфракрасное изображение, с помощью по меньшей мере одной инфракрасной камеры и обнаруживали присутствие по меньшей мере части углубления на каждом инфракрасном изображении в виде пятна с уровнем серого выше некоторого заданного уровня серого и размером меньше размера плода, но больше некоторого заданного размера. Это пятно может быть обнаружено на инфракрасном изображении с использованием любой пригодной для этого методики анализа изображений, и в частности, с помощью особого алгоритма, включающего в себя свертку и ядро свертки. Так обстоит дело, например, на каждом этапе оптического анализа на первой стадии ориентирования в рамках способа согласно изобретению. Действительно, выясняется, что углубление плода отображается на инфракрасном изображении как более темное пятно.
Согласно изобретению, целесообразно, чтобы плод освещался источника инфракрасного света с длиной волны больше 500 нм и меньше 1100 нм, например порядка 740 нм, и чтобы использовалась по меньшей мере одна инфракрасная камера, обеспечивающая обнаружение длин волн около длины волны источника инфракрасного света например, инфракрасной камеры с чувствительностью в диапазоне от 350 нм до 1100 нм с фильтром верхних частот, имеющим длину волны отсечки несколько меньше, чем длина волны источника инфракрасного света, например, порядка 700 нм.
Как было сказано выше, в этапы, выполняемые после первой стадии ориентирования в рамках предлагаемого способа, могут быть внесены несколько изменений. Согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления изобретения, целесообразно, чтобы в конце первой стадии ориентирования с помощью блока обработки:
- распознавали последнее полученное изображение, на котором обнаружена по меньшей мере часть углубления плода с помощью оптического анализа, определяли положение центра плода на этом последнем изображении и вычисляли значение угла, так называемого азимута, сформированного между первой осью вращения и осью, так называемой осью углубления, проходящей через обнаруженные углубление и центр плода,
- затем подавали команду на вращение плода вокруг второй оси вращения на второй стадии ориентирования с угловой амплитудой, определенной через вычисленное значение азимута, так чтобы выполнить ориентирование оси углубления согласно заданной ориентации относительно первой оси вращения, и в частности, либо по меньшей мере по существу параллельно первой оси вращения, в частности строго параллельно первой оси вращения, либо по меньшей мере по существу ортогонально к первой оси вращения, в частности строго ортогонально к первой оси вращения.
Кроме того, способ ориентирования согласно изобретению предпочтительно содержит также этап колориметрической оптимизации, обеспечивающий возможность установки наиболее окрашенных участков плодов в одно и то же заданное положение. Таким образом, способ согласно изобретению предпочтительно содержит выполняемую после второй стадии ориентирования последующую стадию ориентирования, на которой:
- поддерживают плод и приводят его во вращение с угловой амплитудой вращения по меньшей мере 360° вокруг первой оси вращения,
- проводят оптический анализ верхней поверхности плода для обнаружения участка этой верхней поверхности, так называемого наиболее окрашенного участка, который имеет наиболее интенсивную окраску,
- прерывают вращение плода, с тем чтобы установить его указанным наиболее окрашенным участком вверх.
Согласно некоторым модификациям предлагаемого способа, ничто не мешает предусмотреть этапы, отличные от вышеупомянутых этапов, и/или этапы, которые будут промежуточными между вышеупомянутыми этапами. Так, например, может быть предусмотрен по меньшей мере один этап размерного морфологического анализа перед вращением по первой оси и/или по меньшей мере один этап поиска морфологического дефекта перед или после этапа колориметрической оптимизации.
Изобретение распространяется на ориентирование плодов, имеющих одно-единственное углубление или несколько углублений (так называемые двухпупочные плоды), а именно глазок плода и впадину плодоножки, как с плодоножкой, так и без нее.
Однако особым объектом изобретения является способ ориентирования плода с плодоножкой, отличающийся тем, что он содержит выполняемый после второй стадии ориентирования этап морфологического оптического анализа, обеспечивающий возможность обнаружения положения плодоножки плода. Такой этап морфологического оптического анализа позволяет отличить положение плодоножки от положения глазка плода. Он может выполняться, например, в случае с яблоками, исходя из полученных изображений и посредством обнаружения положения наибольшего диаметра плода по отношению к диаметру плода, проходящему через центр этого плода перпендикулярно к его оси углубления, когда плодоножка находится на стороне наибольшего диаметра плода.
Обнаруженное таким образом положение плодоножки плода может просто регистрироваться и впоследствии приниматься в расчет, например, манипуляционным роботом с целью правильного ориентирования плода в ячеистой таре. При этом согласно некоторым вариантам осуществления, способ согласно изобретению дополнительно содержит выполняемый после этапа морфологического оптического анализа последующий этап вращения, на котором приводят плод во вращение вокруг второй оси вращения с угловой амплитудой, определяемой таким образом, чтобы установить плодоножку в заданное угловое положение относительно первой оси вращения.
Изобретение охватывает также устройство ориентирования, выполненное с возможностью осуществления способа ориентирования согласно изобретению. Соответственно, объектом изобретения является также устройство ориентирования плода с углублением, содержащее:
- первую опору для плода, выполненную с возможностью поддержания плода и приведения его в собственное вращение вокруг первой оси вращения,
- вторую опору для плода, выполненную с возможностью поддержания плода и приведения его в собственное вращение вокруг второй оси вращения, ортогональной к первой оси вращения,
- устройство оптического анализа верхней поверхности плода, содержащее по меньшей мере одну камеру, находящуюся над плодом, для обеспечения возможности получения изображений указанной верхней поверхности плода,
- программируемый блок обработки, выполненный с возможностью:
анализа изображений и выдачи результатов оптического
анализа в зависимости от ориентации плода,
подачи команды на вращение плода вокруг каждой из двух осей вращения в зависимости по меньшей мере от указанных результатов оптического анализа плода,
отличающееся тем, что указанный программируемый блок обработки запрограммирован с возможностью осуществления способа ориентирования согласно изобретению.
Изобретение охватывает также, в частности, способ упаковки плодов с углублением в ячеистую тару, согласно которому помещают каждый плод в ячейку тары согласно заданной ориентации, отличающийся тем, что он включает в себя способ ориентирования каждого плода согласно изобретению.
Изобретение охватывает также устройство упаковки для осуществления способа упаковки согласно изобретению. Соответственно, объектом изобретения является также устройство упаковки плодов с углублением, содержащее устройства ориентирования плодов и по меньшей мере один манипуляционный робот для манипулирования плодами, выполненный с возможностью помещения каждого плода в ячейку ячеистой тары согласно заданной ориентации, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одно устройство ориентирования согласно изобретению.
Описываемый здесь программируемый блок обработки может быть образован всей или частью программируемой вычислительной системы, которую можно использовать с помощью компьютерной программы или ряда компьютерных программ, которые могут существовать в разных формах, одновременно активной и неактивной, в единственной вычислительной системе или ряде вычислительных систем. Так, например, они могут состоять в программных средствах, образуемых программными командами в виде исходного кода, объектного кода, исполняемого кода или иного формата, для выполнения по меньшей мере части этапов способа согласно изобретению. Они могут иметь форму потока скачиваемых данных или машиночитаемого носителя, который включает в себя записывающие устройства и сигналы в сжатой или несжатой форме.
Объектом изобретения является также компьютерная программа, содержащая команды вычислительного программного кода, в частности команды вычислительного программного кода, образующие поток скачиваемых данных и/или команды, записанные на носителе, используемом в программируемом блоке обработки, отличающаяся тем, что она содержит средства программирования, считываемые программируемым блоком обработки и выполненные с возможностью
- после того как они исполнены указанным программируемым блоком обработки - осуществления способа ориентирования согласно изобретению и/или способа упаковки согласно изобретению с помощью указанного программируемого блока обработки и с помощью устройства ориентирования каждого плода, выполненного с возможностью поддержания и приведения каждого плода в собственное вращение вокруг указанной первой оси вращения и вокруг указанной второй оси вращения, в частности с помощью устройства ориентирования согласно изобретению.
Объектом изобретения является также компьютерная программа, содержащая команды вычислительного программного кода, в частности команды вычислительного программного кода, образующие поток скачиваемых данных и/или команды, записанные на носителе, используемом в программируемой вычислительной и/или роботизированной системе, отличающаяся тем, что она содержит средства программирования, считываемые программируемой вычислительной и/или роботизированной системой и выполненные с возможностью
- после того как они исполнены программируемым блоком обработки указанной программируемой вычислительной и/или роботизированной системы (в частности, загружены в память этого программируемого блока обработки) - осуществления способа ориентирования согласно изобретению и/или способа упаковки согласно изобретению с помощью указанного программируемого блока обработки и с помощью устройства ориентирования каждого плода, выполненного с возможностью поддержания и приведения каждого плода в собственное вращение вокруг указанной первой оси вращения и вокруг указанной второй оси вращения.
Изобретение охватывает также компьютерный программный продукту содержащий команды вычислительного программного кода, отличающийся тем, что он содержит средства программирования, считываемые программируемым блоком обработки программируемой вычислительной и/или роботизированной системы, причем указанные средства программирования выполнены с возможностью - после того как они исполнены указанным программируемым блоком обработки - осуществления способа ориентирования согласно изобретению и/или способа упаковки согласно изобретению с помощью указанного программируемого блока обработки и с помощью устройства ориентирования каждого плода, выполненного с возможностью поддержания и приведения каждого плода в собственное вращение вокруг указанной первой оси вращения и вокруг указанной второй оси вращения, в частности с помощью устройства ориентирования согласно изобретению.
Изобретение охватывает также носитель, который может быть использован в программируемой вычислительной и/или роботизированной системе, каковой носитель содержит команды вычислительного программного кода, записанные на этот носитель и используемые в программируемом блоке обработки такой программируемой вычислительной и/или роботизированной системы, отличающийся тем, что он содержит записанные на этот носитель средства программирования, считываемые программируемым блоком обработки вычислительной и/или роботизированной системы, причем указанные средства программирования выполнены с возможностью - после того как они исполнены указанным программируемым блоком обработки - осуществления способа ориентирования согласно изобретению и/или способа упаковки согласно изобретению с помощью указанного программируемого блока обработки и с помощью устройства ориентирования каждого плода, выполненного с возможностью поддержания и приведения каждого плода в собственное вращение вокруг указанной первой оси вращения и вокруг указанной второй оси вращения, в частности с помощью устройства ориентирования согласно изобретению.
Употребляемое в данном тексте выражение «носитель, который может быть использован в программируемой вычислительной и/или роботизированной системе» может относиться к любому устройству, которое способно содержать, запоминать, сообщать, распространять или переносить программу для ее использования с помощью или в сочетании с такой программируемой вычислительной и/или роботизированной системой, терминалом, аппаратом или устройством для исполнения команд программного кода. В качестве такого носителя, используемого в программируемой вычислительной и/или роботизированной системе, можно применить, например (перечень неполный), терминал, устройство, аппарат, систему или среду распространения электронного, магнитного, оптического, электромагнитного, инфракрасного или полупропроводникового типа. Можно привести некоторые следующие конкретные не имеющие исчерпывающего характера примеры такого носителя: информационный терминал, электрическое соединение с одним или несколькими проводниками, массовое ЗУ (жесткий диск, флэш-карта USB и пр.), дискета, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ, флэш-память), оптическое волокно, память с оптическим считыванием (компакт-диск, доступный только для чтения, или с возможностью перезаписи). Изобретение распространяется также на поток скачиваемых данных, который характеризует компьютерную программу согласно изобретению.
Изобретение охватывает также способ ориентирования, устройство ориентирования, способ упаковки, устройство упаковки, компьютерную программу, компьютерный программный продукт и носитель, который может быть использован в программируемой вычислительной и/или роботизированной системе, совместно характеризующиеся всеми или частью признаков, упомянутых выше или упоминаемых ниже.
Краткое описание чертежей
Остальные цели, признаки и преимущества изобретения следуют из нижеследующего описания, которое приводится в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
- фиг. 1 представляет собой схему, иллюстрирующую устройство ориентирования согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
- фиг. 2а представляет собой схематический вид в аксонометрии, иллюстрирующий опору для плода в устройстве ориентирования согласно одному из вариантов осуществления, где подъемная штанга привода во вращение по второй оси вращения выдвинута, а плод установлен на этой подъемной штанге,
- фиг. 2b представляет собой схематический вид в аксонометрии, аналогичный виду по фиг. 2а, но с противоположной стороны, где подъемная штанга привода во вращение по второй оси вращения втянута, а плод установлен на опорных роликах,
- фиг. 3 представляет собой схематический вид сверху, иллюстрирующий геометрические характеристики плода, такие, какими их «видит» устройство оптического анализа, входящее состав устройства ориентирования согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
- фиг. 4а и 4b представляют собой схематические виды, соответственно, спереди и сверху, опоры для плода в устройстве ориентирования, иллюстрирующие первый пример этапа вращения на первой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 5а и 5b представляют собой схематические виды, соответственно, спереди и сверху, опоры для плода в устройстве ориентирования, иллюстрирующие второй пример этапа вращения на первой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 6а и 6b представляют собой схематические виды, соответственно, спереди и сверху, опоры для плода в устройстве ориентирования, иллюстрирующие первый пример ориентирования плода по завершении первой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 7а и 7b представляют собой схематические виды, соответственно, спереди и сверху, опоры для плода в устройстве ориентирования, иллюстрирующие второй пример ориентирования плода по завершении первой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 8 представляет собой схематический вид спереди опоры для плода в устройстве ориентирования на второй стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 9 представляет собой схематический вид сверху опоры для плода в устройстве ориентирования по завершении второй стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 10 представляет собой схематический вид спереди опоры для плода в устройстве ориентирования на третьей стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 11 представляет собой схематический вид сверху опоры по фиг. 10,
- фиг. 12 представляет собой схематический вид сверху опоры для плода в устройстве ориентирования по завершении третьей стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 13 представляет собой схематический вид спереди опоры для плода в устройстве ориентирования на четвертой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
фиг.4a, 14b представляют собой схематические виды сверху опоры плода в устройстве ориентирования, соответственно, в начале и в конце по первому примеру четвертой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 15а и 15b представляют собой схематические виды сверху опоры плода в устройстве ориентирования, соответственно, в начале и в конце по второму примеру четвертой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 16 представляет собой пример изображения плода, обеспечивающего возможность морфологического анализа этого плода,
- фиг. 17 представляет собой структурную схему способа упаковки согласно одному из вариантов осуществления изобретения,
- фиг. 18 представляет собой структурную схему первой стадии ориентирования в рамках способа ориентирования согласно одному из вариантов осуществления,
- фиг. 19 представляет собой вид спереди, иллюстрирующий устройство упаковки согласно изобретению,
- фиг. 20 представляет собой вид сбоку устройства по фиг. 19.
Осуществление изобретения
Плод типа яблока с углублением имеет по меньшей мере одно углубление, определяющее собой ось, так называемую ось 10 углубления (фиг. 16), относительно которой плод имеет в целом, по меньшей мере по существу, симметрию вращения. Такой плод с углублением может иметь либо единственное углубление, соответствующее, как правило, впадине плодоножки (персики, абрикосы и др.), либо, как в случае с яблоками, два противоположных углубления 8, 9, одно из которых, поз. 8, соответствует впадине плодоножки, а другое, поз. 9, - глазку, при этом ось 10 углубления проходит через оба противоположных углубления 8, 9. Предлагаемый согласно изобретению способ ориентирования плода с углублением содержит следующие этапы.
Показанные на фиг. 17 и 18 прямоугольники и ромбы отображают этапы и тесты, обозначенные цифровыми позициями, которые будут разъяснены ниже. Тесты отображены здесь в соответствии со стандартом ISO 5807.
На первом этапе 11 загрузки плод с углублением загружают в предлагаемое устройство ориентирования плода с углублением. Этот плод с углублением может появляться на выходе специального калибровочного блока типа описанного, например, в документе US 5626238 или ЕР 0670276. В результате этого определяют средний калибр, или, другими словами, средний диаметр плода с углублением. Загрузка плода в устройство ориентирования может осуществляться любыми подходящими для этого средствами, обеспечивающими перемещение плодов в устройство ориентирования в составе стенда с несколькими такими устройствами, установленными в ряд на выходе калибровочного блока (фиг. 19 и 20).
Согласно одной из модификаций, устройство ориентирования может быть объединено с конвейером, на котором устанавливаются несколько устройств ориентирования, распределенных по замкнутому контуру, причем этот конвейер приводится в движение синхронно с другим конвейером для транспортировки плодов (например, конвейером блока для калибровки плодов) с целью выполнения совместного ориентирования плодов (как описано, в частности, в документе ЕР 1183197). В этом случае этап 11 загрузки будет являться этапом приема плода устройством ориентирования.
Каждое устройство ориентирования согласно изобретению содержит, в частности, устройство оптического анализа, содержащее по меньшей мере одну камеру 40, выполненную с возможностью получения изображений плода с углублением, загруженного в устройство ориентирования, и вычислительный блок 41 обработки, на который поступают сигналы от каждой камеры 40 и который обеспечивает возможность анализа полученных с ее помощью изображений, и в частности, выявления присутствия или отсутствия плода с углублением в устройстве ориентирования. Этот вычислительный блок 41 обработки представляет собой, в соответствии с предпочтительным решением, вычислительный блок обработки цифровых данных, при этом каждая камера 40 выдает цифровые данные, характеризующие изображения плода. В соответствии с примером по фиг. 1, устройство ориентирования содержит две камеры 40а, 40b, при этом одна из них, например 40а, обеспечивает получение изображений в видимой области спектра, а другая, 40b, - в инфракрасной области спектра.
Эти две камеры 40а, 40b располагаются рядом друг с другом таким образом, что их соответствующие оптические оси 42а, 42b съемки оказываются очень близко друг к другу и сходятся в точке 43 опоры 44 устройства ориентирования, выполненной с возможностью поддержания плода и приведения его в собственное вращение.
Так, например, плод освещается от источника 71 инфракрасного света, который ориентирован в сторону опоры 44 для плода и длина волны которого составляет около 740 нм. Инфракрасная камера 40b представляет собой камеру, чувствительную к длинам волн от 350 нм до 1100 нм и связанную фильтром верхних частот, имеющим длину волны отсечки порядка 695 нм. Камера 40b, чувствительная в диапазоне длин волн видимой области спектра, предпочтительно снабжена полосовым фильтром с шириной полосы пропускания, например, от 350 нм до 690 нм.
Если устройство оптического анализа обнаружило присутствие плода на опоре 44 устройства ориентирования, то вычислительный блок 41 обработки выполняет такое управление опорой 44, чтобы выполнялись этапы ориентирования плода, описываемые более детально ниже.
В состав опоры 44 устройства ориентирования входит горизонтальная плита 45, на которой установлены два ролика 46, смонтированные с возможностью поворота на валах 47, поддерживаемых и направляемых при вращении относительно плиты 45 по горизонтальным и параллельным друг другу осям 51 вращения. Оба ролика 46 приводятся во вращение в одинаковом направлении с помощью электродвигателя 48 через посредство ремня 49. Они разнесены относительно друг друга на расстояние, дающее возможность поддержания между ними одного плода 50. Таким образом, при повороте роликов 46 приводится в собственное вращение и плод 50, катящийся на роликах 46 вокруг первой оси 52 вращения, параллельной осям 51 вращения роликов 46.
Оси 51 вращения роликов 46 ограничивают собой горизонтальную плоскость, в которой могут лежать ось X, перпендикулярная к осям 51 вращения роликов 46, и ось Y, параллельная этим осям 51 вращения роликов 46. Вертикальное направление, перпендикулярное к этой горизонтальной плоскости и к осям X и Y, определяет собой вертикальную ось Z, при этом оси X, Y и Z образуют показанный на чертежах ортонормированный базис.
На опоре 44 закреплена также подъемная штанга 60, помещенная на середине расстояния между двумя осями 51 вращения роликов 46 и идущая вертикально вверх между двумя роликами 46 ортогонально к осям 51 вращения этих роликов 46. Подъемная штанга 60 направляется и приводится во вращение вокруг своей вертикальной оси 61 относительно плиты 45 опоры 44, через которую она проходит. Для этого на плите 45 установлен подшипник 62, направляющий вращение колеса 63, в котором выполнена сквозная внутренняя расточка со шпонкой(амии) или пазом(ами), через которую проходит подъемная штанга 60. В этой подъемной штанге 60 выполнена по меньшей мере одна продольная прорезь 64, выполненная так, чтобы она могла скользить по меньшей мере по одной шпонке или одному пазу внутренней расточки колеса 63, так чтобы подъемная штанга 60 могла совершать поступательное перемещение вдоль своей оси 6 Относительно колеса 63, оставаясь при этом жестко связанной при вращении с этим колесом 63 вокруг своей оси 61.
Колесо 63 приводится во вращение вокруг оси 61 подъемной штанги 60 в том или другом направлении относительно плиты 45 с помощью ремня 73, соединенного с электродвигателем 74, который крепится к плите 45.
Подъемная штанга 60 выполнена полой, причем в ней выполнена сквозная осевая расточка, а на верхнем конце штанги закреплена присоска 65. Ее нижний конец 66 заделан в ползун 67, так чтобы ее можно было приводить во вращение этим ползуном 67 и чтобы она приводилась во вращение вокруг своей оси 61 относительно этого ползуна 67. На ползуне 67 закреплен пневматический штуцер 68, соединенный с нижним свободным концом 66 подъемной штанги 60 таким образом, что этот нижний свободный конец 66 соединяется с источником всасываемого воздуха (не показан) и при этом одновременно обеспечивается вращение подъемной штанги 60 вокруг своей оси 61, тогда как штуцер 68 остается неподвижным относительно ползуна 67.
Направленное перемещение ползуна 67 под плитой 45 обеспечивается четырьмя направляющими 69, которые закреплены под плитой 45 и проходят в вертикальном направлении вниз, доходя до опорной пластины 70, на которой закреплен корпус 55 силового цилиндра 53, приводной шток 54 которого проходит в вертикальном направлении через опорную пластину 70, соединяясь затем с ползуном 67.
Когда приводной шток 54 силового цилиндра 53 втянут в корпус 55, ползун 67 находится в нижнем положении, будучи прижатым к опорной пластине 70, подъемная штанга 60 втянута вниз, а присоска 65 проходит между роликами 46 на некотором расстоянии от плода, поддерживаемого тоже между этими роликами 46 (фиг. 2b). Присоска 65, на которую всасываемый воздух не поступает, не соприкасается с плодом и не взаимодействует с ним. Когда же приводной шток 54 силового цилиндра 53 станет выдвинутым, ползун 67 окажется в верхнем положении непосредственно под плитой 45, подъемная штанга 60 выдвинется в направлении вверх, а присоска 65 пойдет вверх, над роликами 46, приподнимая при этом и поддерживая плод, который был зажат перед этим между этими роликами 46. Присоска 65, на которую поступает всасываемый воздух, поддерживает плод, так что, когда электродвигатель 74 включен, а подъемная штанга 60 приведена во вращение вокруг своей оси 61, плод, поддерживаемый присоской 65 и жестко связанный с ней, тоже приводится во вращение вокруг этой вертикальной оси 61.
Вертикальная ось 61 подъемной штанги 60 образует собой вторую ось 61 собственного вращения плода, ортогональную к первой оси 52 собственного вращения плода. Эта вторая ось 61 собственного вращения, находящаяся на середине расстояния между осями 51 вращения роликов 46 по меньшей мере по существу перпендикулярна к первой оси 52 собственного вращения плода. Однако следует иметь в виду, что в этом варианте осуществления устройства ориентирования согласно изобретению, если вторая ось 61 собственного вращения конструктивно выполнена с неподвижными положением и ориентацией относительно роликов 46, то не так обстоит дело в первой осью 52 собственного вращения, положение и ориентация которой относительно роликов 46 могут задаваться лишь приблизительно, с учетом формы и размеров наружной поверхности плода 50, который катится по этим роликам 46. Таким образом, вторая ось 61 собственного вращения может быть не строго секущей по отношению к первой оси 52 собственного вращения, в зависимости от особых формы и размеров плода. Согласно рассматриваемому здесь варианту осуществления, первая ось 52 собственного вращения расположена в горизонтальной плоскости, а вторая ось 61 вращения является вертикальной. Вертикальным поступательным перемещением подъемной штанги 60 параллельно оси Z управляет силовой цилиндр 53.
Оптические оси 42а, 42b съемки камер 40а, 40b по меньшей мере по существу параллельны вертикальной оси Z и, следовательно, второй оси 61 собственного вращения плода, благодаря чему камеры обеспечивают выполнение съемки верхней поверхности 39 плода 50, поддерживаемого роликами 46 или подъемной штангой 60, так что вычислительный блок 41 обработки может выполнять оптический анализ этой верхней поверхности 39 плода. Вначале, на этапе 11 загрузки, подъемная штанга 60 находится во втянутом положении, вследствие чего, когда на опору 44 поступил плод, он будет поддерживаться роликами 46.
Как только одна из камер 40а, 40b обнаружила плод на опоре 44 в ходе выполнения этапа 21 обнаружения плода, по команде вычислительного блока 41 обработки начинается первая стадия 12 ориентирования плода, направленная на то, чтобы поместить каждое углубление 8, 9 и ось 10 углубления в плоскости, так называемой плоскости 57 первой ориентации, в которой расположена указанная первая ось 52 собственного вращения и которая непараллельна оптической оси 42b съемки, а конкретнее по меньшей мере по существу перпендикулярна к этой оптической оси 42b съемки. Плоскость 57 первого ориентирования перпендикулярна ко второй оси 61 собственного вращения и к вертикальной оси Z, то есть параллельна горизонтальной плоскости X, Y, в которой лежат оси 51 роликов 46.
С учетом этого, предусмотрено, чтобы на этапе 22 первоначального оптического анализа получали по меньшей мере одно первое изображение, так называемое первоначальное изображение плода, с тем чтобы можно было определить и записать в память 23 вычислительного блока 41 обработки различные размерные параметры плода, а также обнаружить присутствие по меньшей мере части углубления 8, 9 на этом первоначальном изображении. На фиг. 3 схематически представлены эти различные размерные параметры: максимальная длина L плода по оси X (L=Xmax-Xmin); максимальная ширина / плода по оси Y (/=Ymax-Ymin); положение (XCf, YCf) геометрического центра Cf плода (например, XCf - это середина сегмента длиной L, a YCf - середина сегмента длиной /; положение (XCg, YCg) центра Cg тяжести плода (его оценка может быть произведена на основе центра тяжести пикселей первоначального изображения); координаты (Xt, Yt) по меньшей мере части углубления, потенциально обнаруживаемого на первоначальном изображении по наличию темного пятна Т(II), причем эти координаты (Xt, Yt) соответствуют центру темного пятна Т(II). Эти размерные параметры могут быть определены на основе первоначального изображения, полученного камерой 40b в инфракрасной области спектра.
С помощью инфракрасной камеры 40b получают по меньшей мере одно первоначальное изображение, так называемое первоначальное инфракрасное изображение II, при этом присутствие по меньшей мере части углубления на этом первоначальном инфракрасном изображении II обнаруживается в виде темного пятна Т(II), характеризующегося, например, уровнем серого, превышающим некоторый заданный уровень серого, и имеющего размер меньше размера плода, но больше некоторого заданного размера, причем указанный заданный уровень серого и указанный заданный размер могут определяться опытным путем в зависимости от геометрических характеристик подлежащих обработке плодов с целью обеспечения надежного обнаружения углубления на изображении. Такое обнаружение достигается, например, с использованием алгоритма обработки изображения, который включает в себя свертку и ядро свертки.
По окончании этого этапа 22 первоначального оптического анализа вычислительный блок 41 обработки дает на этапе 24 вращения команду на такое вращение роликов 46, чтобы привести плод в собственное вращение вокруг первой оси 52 собственного вращения. При этом, если на первоначальном инфракрасном изображении II обнаруживается темное пятно Т(II), соответствующее по меньшей мери части углубления, 8, 9, то вычислительный блок 41 обработки определяет соответствующие положения центра Cf плода и обнаруженного темного пятна Т(II).
Вычислительный блок 41 обработки дает команду на вращение роликов 46 в определенном направлении, исходя из анализа двухмерного первоначального изображения, с целью отдалить на этом двухмерном первоначальном изображении обнаруженное углубление от центра Cf плода, что позволяет минимизировать угловую амплитуду перемещения углубления 8, 9 в сторону плоскости 57 первого ориентирования. Как видно на фиг. 4а, 4b, поскольку темное пятно Т(II), соответствующее углублению 8, 9, располагается справа от центра Cf плода, ролики 46 приводятся во вращение в направлении по показанным здесь стрелкам, с тем чтобы плод был приведен в собственное вращение вокруг первой оси 52 вращения по часовой стрелке на фиг. 4а. И наоборот, в ситуации, иллюстрируемой на фиг. 5а и 5b, учитывая, что темное пятно Т(II), соответствующее углублению 8, 9, находится слева от центра Cf плода, ролики 46 приводятся во вращение в направлении по показанным здесь стрелкам, с тем чтобы плод был приведен в собственное вращение вокруг первой оси 52 вращения против часовой стрелки на фиг. 5а.
На каждом этапе 24 вращения плод приводится в собственное вращение вокруг первой оси 52 вращения с угловой амплитудой 9 от 5° до 45°. Говоря конкретнее, плод приводится во вращение с угловой амплитудой 0 от 10° до 20°, в частности порядка 15° для яблок, причем это значение 9 угловой амплитуды зависит, в частности, от методики оптического анализа, используемой для обнаружения углубления 8, 9 на изображении и от средних относительных размеров пуповидной впадины каждого углубления плода. Оптимальное значение может быть определено опытным путем. Оно должно быть, в частности, достаточно малым для гарантии того, что плод будет перемещаться эффективно (без проскальзывания), и для обеспечения достаточной точности перемещения, в частности, для того чтобы углубление оказалось правильно ориентированным после поворота, если на первоначальном изображении обнаружена только часть этого углубления. Но оно должно быть достаточно большим для того, чтобы можно было оптимизировать длительность этого этапа и всех операций в рамках способа.
По окончании рассмотренного этапа 24 вращения вычислительный блок 41 обработки дает команду на выполнение следующего этапа 25 оптического анализа, так называемого этапа последующего оптического анализа, на котором получают по меньшей мере одно инфракрасное изображение, так называемое последующее инфракрасное изображение IU, плода с помощью инфракрасной камеры 40b и по той же оптической оси 42b съемки, что и первоначальное инфракрасное изображение, II после чего указанное последующее инфракрасное изображение анализируют методом оптического анализа на предмет обнаружения присутствия темного пятна T(IU), соответствующего по меньшей мере части углубления 8, 9, на этом последующем инфракрасном изображении IU таким же образом, как и в случае обнаружения углубления 8, 9 на первоначальном инфракрасном изображении II. По завершении этого этапа 25 последующего оптического анализа, если на последующем инфракрасном изображении обнаруживается углубление 8, 9, то координаты (Xt, Yt) центра темного пятна T(IU), соответствующего этому углублению, записываются в массовое ЗУ 23.
После этапа 25 последующего оптического анализа с помощью вычислительного блока 41 обработки проводят этап 32 условного решения. На этом этапе 32 условного решения с помощью вычислительного блока 41 обработки выполняют первый тест 26 для выяснения, имеется ли на первоначальном инфракрасном изображении II темное пятно Т(II), соответствующее по меньшей мере части углубления 8, 9. Если по результатам первого теста 26 выясняется, что на первоначальном инфракрасном изображении II обнаружена по меньшей мере часть углубления 8, 9, то вычислительный блок 41 обработки выполняет затем второй тест 27 для выяснения, имеется ли также и на последующем инфракрасном изображении IU темное пятно T(IU), соответствующее по меньшей мере части углубления 8, 9.
Если по результатам второго теста 27 выясняется, что на последующем инфракрасном изображении IU обнаружена по меньшей мере часть углубления 8, 9, то вычислительный блок 41 обработки заменяет на следующем этапе 30 первоначальное инфракрасное изображение II последующим инфракрасным изображением IU и повторяет первую стадию 12 ориентирования, повторно выполняя этапы 24 вращения, затем 25 последующего оптического анализа и далее 32 условного решения, считая, таким образом, ранее полученное последующее инфракрасное изображение новым первоначальным инфракрасным изображением.
Если по результатам второго теста 27 выясняется, что на последующем инфракрасном изображении IU никакой части углубления 8, 9 не обнаружено, то на этапе 31 выполнение первой стадии 12 ориентирования прекращают и продолжают выполнение способа в соответствии с изложенным ниже.
Если по результатам первого теста 26 выясняется, что на первоначальном инфракрасном изображении II никакой части углубления 8, 9 не обнаружено, то вычислительный блок 41 обработки выполняет второй тест 28 для выяснения, имеется ли и на последующем инфракрасном изображении IU тоже темное пятно T(IU), соответствующее по меньшей мере части углубления 8, 9.
Если по результатам второго теста 28 выясняется, что на последующем инфракрасном изображении IU никакой части углубления 8, 9 не обнаружено, то на этапе 31 выполнение первой стадии 12 ориентирования прекращают и продолжают выполнение способа в соответствии с изложенным ниже.
Если по результатам второго теста 28 выясняется, что на последующем инфракрасном изображении IU никакой части углубления 8, 9 не обнаружено, то проводят третий тест 29 для выяснения, является ли суммарная угловая амплитуда 6t вращения плода, полученная по результатам этапа (различных этапов) 24 вращения, выполненного(ых) на первой стадии 12 ориентирования, большей или равной заданной угловой амплитуде, так называемой максимальной амплитуде θmax вращения, которая составляет от 180° до 360°, в частности порядка 270°. Если она таковой является, то на этапе 31 выполнение первой стадии 12 ориентирования прекращают и продолжают выполнение способа в соответствии с изложенным ниже. Если же не является, то вычислительный блок 41 обработки заменяет на следующем этапе 30 первоначальное инфракрасное изображение II последующим инфракрасным изображением IU и повторяет первую стадию 12 ориентирования, повторно выполняя этапы 24 вращения, затем 25 последующего оптического анализа и далее 32 условно решения, считая, таким образом, ранее полученное последующее инфракрасное изображение новым первоначальным инфракрасным изображением.
По окончании этой первой стадии 12 ориентирования с собственным вращением плода вокруг первой оси 52 вращения ось 10 углубления плода оказывается ориентированной по меньшей мере по существу в плоскости 57 первого ориентирования с очень высокой надежностью. Различные опыты, проведенные на различных плодах разной формы и разных диаметров показали, что на практике такой результат получается почти систематически и, во всяком случае, с надежностью, достаточной для того, чтобы можно было планировать использование такой методики в промышленном масштабе.
После завершения этой первой стадии 12 ориентирования продолжают проведение способа, переходя ко второй стадии 33 ориентирования с собственным вращением плода вокруг второй оси 61 вращения, которая перпендикулярна к плоскости 57 первого ориентирования. Для этого вычислительный блок 41 обработки распознает на этапе 13 полученное последнее инфракрасное изображение DI, на котором посредством оптического анализа была обнаружена по меньшей мере части углубления 8, 9. Это последнее инфракрасное изображение DI, на котором видна по меньшей мере часть углубления, может быть либо первоначальным инфракрасным изображением, либо последующим инфракрасным изображением.
На следующем этапе 14 вычислительный блок 41 обработки определяет положение центра Cf плода на указанном последнем инфракрасном изображении DI и вычисляет значение угла, так называемого азимута (γ), формирующегося между первой осью 52 вращения и осью 10 углубления, определяемой на этом этапе 14 как ось, проходящая через центр обнаруженного темного пятна, соответствующего углублению 8, 9, и центр (Cf) плода.
На следующем этапе 15 вычислительный блок 41 обработки дает команду на собственное вращение плода вокруг второй оси 61 вращения с угловой амплитудой, определяемой через вычисленное значение γ азимута, так чтобы выполнить ориентирование оси 10 углубления по меньшей мере по существу параллельно первой оси 52 вращения.
Согласно примеру, продемонстрированному на фиг. 6а и 6b, ось 10 углубления по окончании первой стадии 12 вращения перпендикулярна к первой оси 52 вращения. Азимут γ оси 10 углубления равен, таким образом, 90°. Соответственно, на этапе 15 вращения вокруг второй оси 61 вращения плод приводится подъемной штангой 60 в собственное вращение с угловой амплитудой 90° вокруг второй оси 61 вращения. Согласно примеру, показанному на фиг. 7а и 7b, ось 10 углубления по окончании первой стадии 12 вращения образует с первой осью 52 вращения угол порядка 45°. Азимут γ оси 10 углубления равен, таким образом, 15°. Соответственно, на этапе 15 вращения вокруг второй оси 61 вращения плод приводится подъемной штангой 60 в собственное вращение с угловой амплитудой 45° вокруг второй оси 61 вращения.
По завершении второй стадии 33 ориентирования посредством вращения вокруг второй оси 61 вращения ось 10 углубления находится в плоскости 57 первого ориентирования и параллельна первой оси 52 вращения, то есть осям 51 вращения роликов 46, как показано на фиг.8 и 9.
После второй стадии 33 ориентирования вычислительный блок 41 обработки выполняет третью стадию 34 ориентирования, на которой обеспечивается установка плода наиболее окрашенным участком 36, то есть участком с наиболее интенсивной окраской, вверх. Для этого на этапе 16 плод приводится роликами 46 в непрерывное собственное вращение вокруг первой оси 52 вращения с угловой амплитудой, равной по меньшей мере 360°. Одновременно с этим с помощью камеры 40а проводится оптический анализ плода в видимой области спектра и производится запись изображений различных участков поверхности плода в процессе его вращения вокруг первой оси 52 вращения. При этом вычислительный блок 41 обработки определяет полученное таким образом изображение, которое соответствует наиболее окрашенному участку 36 плода, а также его угловое положение вокруг первой оси 52 вращения. На следующем этапе 17 вычислительный блок 41 обработки дает команду на такое вращение роликов 46, чтобы наиболее окрашенный участок 36 плода был обращен вверх, то есть в сторону камеры 40а (см. фиг. 12).
В случаях, когда плод представляет собой плод с плодоножкой типа яблока, вычислительный блок 41 обработки выполняет четвертую стадию 37 ориентирования, на которой обеспечивается ориентирование плодоножки 38 плода в заданном направлении и с заданным положением относительно первой оси 52 вращения, так чтобы у всех ориентированных таким образом плодов плодоножка 38 была обращена в одну и ту же сторону.
Сначала вычислительный блок 41 обработки выполняет этап 18 морфологического оптического анализа, позволяющий выявить положение плодоножки 38 плода. Для этого вычислительный блок 41 обработки анализирует изображение, полученное камерой 40а в видимой области спектра после второй стадии 33 ориентирования, как показано на фиг. 16, иллюстрирующей пример с яблоком, с целью определения:
- положения плоскости, так называемой экваториальной плоскости, 58, перпендикулярной к оси 10 углубления, в которой плод имеет наибольший диаметр, соответствующий наибольшему значению длины L по оси X на этом изображении, и
- положения плоскости, так называемой центральной плоскости, 59, перпендикулярной к оси 10 углубления и проходящей через центр Cf плода.
Дело в том, что в случае с яблоком экваториальная плоскость 58 ближе к плодоножке, чем центральная плоскость 59. Разумеется, при выявлении положения плодоножки можно применить и иные критерии морфологического анализа в соответствии с общей морфологией плодов.
Таким образом, этот морфологический оптический анализ позволяет определить положение плодоножки 38 на оси 10 углубления. На следующем этапе 19 вычислительный блок 41 обработки приводит плод в собственное вращение вокруг второй оси 61 вращения в заданном направлении и с заданной угловой амплитудой относительно первой оси 52 вращения, например, 45°, как показано на фиг. 14b и 15b. Таким образом, в зависимости от положения плодоножки 38, определенного на этапе 18 морфологического оптического анализа, плод приводится в собственное вращение либо на 45° в направлении по часовой стрелке (примеры по фиг. 14а и 14b), либо на 135° против часовой стрелки (фиг. 15а и 15b).
По завершении этой четвертой стадии 37 ориентирования плод получает заданную ориентацию с осью 10 углубления в плоскости 57 первого ориентирования и с наклоном под углом 45° относительно первой оси 52 вращения, при этом плодоножка располагается всегда на одной и той же стороне, а окрашенный участок 36 обращен вверх.
Устройство упаковки согласно изобретению, показанное на фиг. 19 и 20, содержит станину 79, на которой смонтирован ряд примыкающих друг к другу устройств ориентирования по обе стороны конвейера 77 с качающимися лапами 78, обеспечивающими избирательную выгрузку плодов 50 с той или другой стороны конвейера 77 на ролики 46 одной из опор 44 этих устройств ориентирования. Имеется вращающаяся щетка 83 для замедления падения плодов. Согласно рассматриваемому здесь примеру, устройство упаковки состоит из двух упаковочных постов, по одному с каждой стороны конвейера 77, которые симметричны друг другу по отношению к конвейеру 77, при этом каждый упаковочный пост содержит, в частности, манипуляционный робот 80 и конвейер 82, транспортирующий ячеистые тары 81 под манипуляционным роботом 80.
На фиг. 19 показан лишь один из упаковочных постов. В данном случае этот упаковочный пост содержит восемь опор 44 с восемью устройствами ориентирования, располагающимися рядом друг с другом вдоль конвейера 77. В рассматриваемом примере манипуляционный робот 80 имеет вертикальное плечо 84, на котором закреплена лапа 85 для захвата плода 50 за его нижний свободный конец, причем на этом же плече 84 смонтированы вертикальный силовой цилиндр, обеспечивающий вертикальное перемещение захватной лапы 85, и исполнительный механизм для приведения его в действие, при этом они поддерживаются специальной П-образной опорой, обеспечивающей горизонтальное поступательное перемещение плеча 84 относительно станины 79 в двух горизонтальных ортогональных направлениях. Каждая камера 40 обеспечивает получение изображений плодов двух примыкающих друг к другу устройствах ориентирования, а каждый источник 71 инфракрасного света освещает по меньшей мере два смежных устройства ориентирования.
Таким образом, на этапе 20 упаковки манипуляционный робот 80 может захватывать плод 50, с тем чтобы поместить его в ячеистую тару 81 (ящик, лоток и пр.) с заданной оптимальной ориентацией. Для этого вычислительный блок 41 обработки передает в блок управления манипуляционным роботом координаты плода и координаты положения ячейки, в которую должен быть помещен этот плод в подлежащей заполнению ячеистой таре 81, которую конвейер 82 установил под манипуляционным роботом 80. Блок управления манипуляционным роботом генерирует нужную оптимальную траекторию и выдает в манипуляционный робот 80 команду на перемещение плода. После того как плод уложен в ячейку, блок управления роботом выдает подтверждение того факта, что перемещение плода в тару 81 выполнено, в вычислительный блок 41 обработки.
Способ ориентирования согласно изобретению осуществляют с использованием вычислительного блока 41 обработки, который запрограммирован для этой цели с помощью компьютерной программы согласно изобретению, обеспечивающей исполнение рассмотренных выше технических задач. Для этого можно предусмотреть любые методы программирования и/или язык программирования (например, С, С++, С# и пр.). Аналогичным образом, блок управления манипуляционным роботом может быть выполнен на основе любого программируемого автомата.
В рамках изобретения можно вносить самые разнообразные модификации в описанный выше и проиллюстрированный на чертежах вариант осуществления. Устройство оптического анализа может содержать камеры 40а, 40b, способные производить съемки с разными характеристиками, выбираемые, в частности, из съемок в видимой области спектра, съемок в фильтрованном в видимом свете, съемок в инфракрасной области спектра и съемок в ультрафиолетовой области спектра. И изобретение применимо для любого плода с углублением. Кроме того, изображения, получаемые с помощью камер для оптического анализа, могут представлять собой фотографии или видеоизображения, при этом оптический анализ, выполняемый вычислительным блоком 41 обработки, может проводиться не только на фотографиях, но и на видеоизображениях или их частях. Вместо роликов 46 и подъемной штанги 60 можно применить и другие устройства и механизмы приведения в собственное вращение по меньшей мере по двум осям 52, 61, ортогональным относительно друг друга. Кроме этого, можно также предусмотреть соответствующие источники света для освещения плода с целью повышения качества получаемых изображений и точности оптического анализа, в частности, источник видимого света и источник инфракрасного света. Можно также предусмотреть разнообразные модификации этапов предлагаемого способа, а также промежуточные этапы между рассмотренными выше последовательными этапами при условии, что эти промежуточные этапы не будут препятствовать функционированию способа согласно изобретению, то есть выполнению каждого этапа условного решения и/или достижению надлежащей ориентации плода.
Благодаря изобретению удается, в частности, обеспечить роботизированную автоматическую упаковку плодов в ячеистую тару, в частности, на конце линии калибровки плодов, при этом все плоды будут ориентированы одинаково, наиболее окрашенной стороной вверх, а каждое углубление и каждая плодоножка, если таковая имеется, будут ориентированы в одном направлении. Изобретение может также найти применение в других ситуациях, когда возникают аналогичные проблемы.