扇貝自動分選裝置結構設計含CATIA三維圖三維及12張CAD圖.zip
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扇貝自動分選裝置結構設計
Structural design of scallop automatic sorting device
摘 要
扇貝的自動分選裝置顧名思義就是依據(jù)扇貝個體的大小對其進行快速的識別，分級自動分選的裝置。扇貝是人們?nèi)粘Ｉ钪斜容^喜歡食用的水產(chǎn)品，隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，貝類的養(yǎng)殖已形成一定規(guī)模。為了增加經(jīng)濟效益，貝類水產(chǎn)品需要在生產(chǎn)銷售過程中，將其按大小進行分級。因此研制一臺能自動識別扇貝大小，并將其自動分選出來的裝置具有非常重要的現(xiàn)實意義。本課題主要研究扇貝的自動上料機構、扇貝圖像信息的采集與處理及分選裝置系統(tǒng)的設計三個方面。自動上料機構主要涉及帶的傳送以及使扇貝單個的傳送至圖像處理處；然后由一個CCD圖像處理裝置對傳送過來的扇貝進行圖像采集處理，確定出扇貝的大小品級，給出相應的信號信息到最后的分選裝置；最后分選裝置出的汽缸依據(jù)CCD傳輸過來的信息，當相應的扇貝到達指定位置時，汽缸動作，將其推入已標記號等級的分選箱中。最后對裝置的性能就行測試。測試結果表明，扇貝的自動分選裝置能夠較精確實現(xiàn)扇貝的分選工作。所研制的扇貝分選裝置具有挑選效率高、挑選準確、工人勞動強度低等有點，該設備也可應用于其他貝類的分選，具有廣闊的應用前景。
關鍵字： 扇貝 傳送 圖像處理 分選
Abstract
Scallop automatic sorting device, as the name suggests, is based on the size of scallop individuals for fast identification, grading automatic sorting device. Scallop is a kind of aquatic product that people prefer to eat in daily life. With the rapid development of aquaculture in China, shellfish culture has formed a certain scale. In order to increase economic benefits, shellfish aquatic products need to be graded according to their size in the process of production and sale. Therefore, it is of great practical significance to develop a device which can automatically identify scallop size and automatically separate it. This topic mainly studies three aspects: Scallop automatic feeding mechanism, scallop image information collection and processing, and sorting device system design. The automatic feeding mechanism mainly involves the transmission of the belt and the transmission of the scallop to the image processing unit; then a CCD image processing device is used to image the scallop of the scallop, and the size of the scallop is determined, the corresponding signal information is given to the final sorting device; finally, the cylinder is selected and the cylinder is selected. According to the information transmitted by CCD, when the corresponding scallop arrives at the designated location, the cylinder action is pushed into the marked number sorting box. Finally, the performance of the device is tested. The test results show that the automatic sorting device of scallop can precisely realize the sorting of scallops. The scallop separation device has high selection efficiency, accurate selection and low labor intensity, and the equipment can also be applied to the separation of other shellfish and has a broad application prospect.
Keyword: Scallop transmission image processing
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題的來源和背景 1
1.1.1 課題來源 1
1.1.2 扇貝生產(chǎn)情況 1
1.2 扇貝自動分選裝置的重要意義 2
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.4 課題研究內(nèi)容 5
1.5 本章小結 5
2 設計方案 6
2.1 題目內(nèi)容 6
2.2 扇貝分選裝置的原理 6
2.3 技術要求 6
2.4 總體方案設計 7
2.5 本章小結 7
3 扇貝分選裝置機構設計 8
3.1 上料機構設計 8
3.2 傳送機構1、2設計 9
3.3 傳送機構3設計 10
3.4 分選機構設計 12
3.5 電機座設計 13
3.6 總裝配設計 14
4 傳動系統(tǒng)設計 16
4.1 各機構輸送帶帶速與主動軸轉速設計與計算 16
4.2 計算各機構功率 17
4.2.1 計算上料機構的功率 17
4.2.2 計算傳送機構1的功率 17
4.2.3 計算傳送機構2的功率 18
4.2.4 計算傳送機構3的功率 18
4.2.5 計算分選機構的功率 18
4.3 電機的選擇 19
4.4 傳動系統(tǒng)的設計 20
5 圖像采集與處理方案 26
5.1 CCD檢測系統(tǒng)的原理 26
5.2 圖像處理方案 26
6 結 論 27
參考文獻 28
致 謝 30
1 緒論
1.1 課題的來源和背景
1.1.1 課題來源
在我國，扇貝是一種主要的海鮮。我國自古就有使用扇貝的習慣，扇貝不僅僅可以作為食材，還可以作為調(diào)味品為菜肴提鮮。隨著這幾年我國經(jīng)濟日新月異的變化。使得人們對扇貝這種鮮美的食材的需求量大大增加，這也使得我國的扇貝養(yǎng)殖業(yè)得到了大力的發(fā)展。在2015年，山東省的扇貝養(yǎng)殖面積突破了5萬公頃大關，年產(chǎn)量突破16.5萬噸大關，在去年的產(chǎn)量基礎上提升了百分之8.25。而隨著扇貝產(chǎn)量的不斷增加，對于扇貝分選工作的要求也不斷的提高。扇貝加工的過程與扇貝的分選工序有著息息相關的作用，而我國傳統(tǒng)的扇貝分選工序中采用的是人工分揀，人工分揀不僅僅耗時多，而且出錯率高工作效率低下。過去幾年來，扇貝的產(chǎn)量還不是很高，人工分揀的方式還可以滿足生產(chǎn)需求，而隨著這幾年扇貝年產(chǎn)量不斷的提高，人工分揀已經(jīng)遠遠不能滿足生產(chǎn)需求，而如果大量的招募工人這又會使得生產(chǎn)成本大幅提高。由此可見，這個問題的解決對于扇貝生產(chǎn)商而言迫在眉睫。
社會的變化日新月異，工業(yè)技術和計算機技術也在不斷地發(fā)展。這就更加促進了我國自動化設備的發(fā)展，并且隨著生產(chǎn)的不斷擴大，各個行業(yè)對于自動化生產(chǎn)設備的需求也是不斷增加的。扇貝在進行分選工作的時候，自動化分選設備的利用極其重要，則是解決當前扇貝分選工作問題的最好的解決方式。盡管自動化分選裝備時可以進行快速的分選，但是扇貝的分選在保證分選工作穩(wěn)定高效的同時，還需要要保證扇貝的存活率，防止因為扇貝的死亡而導致扇貝的新鮮程度下降影響口感，所以導致了目前大部分的分選機無法滿足生產(chǎn)的要求。在2013年，山東省青島市，一家扇貝生產(chǎn)廠商，為了提高生產(chǎn)效率，從德國進口了全自動的扇貝分選機，雖然提高了分選的效率，但是因為該機器分選出的扇貝死亡率過高，導致了該廠商不得不將該設備廢棄。無獨有偶2015年天津市一家扇貝生產(chǎn)廠商為了提高扇貝分揀效率也引進了全自動的扇貝分揀設備，同樣的也因為該問題而廢棄，所以設計出一套能保證扇貝存活率的扇貝分選設備是很有必要的。
1.1.2 扇貝生產(chǎn)情況
扇貝是貝類中一個重要的類別，其營養(yǎng)豐富，對人的身體健康有著很大的保健作用，廣大國內(nèi)外消費者都很喜歡扇貝，特別是在歐洲、亞洲和北美5F88多國家備受歡迎。最近幾年來，不僅扇貝的生產(chǎn)規(guī)模得到了擴展，而且貿(mào)易規(guī)模也有所發(fā)展，并且在世界水產(chǎn)平市場擁有了一席之地。直至2017年，世界扇貝生產(chǎn)的總量更是高達390多萬噸，同比20年前增長了約100萬噸。在水產(chǎn)品總產(chǎn)量中，貝類的總產(chǎn)量占有的比例一直呈上升趨勢，2017年貝類的總生產(chǎn)量在水產(chǎn)品總產(chǎn)量中突破了百分之9，而10年前這個比值為百分之7。而主要生產(chǎn)陜北的國家大多在亞洲。2017年扇貝僅僅在亞洲的生產(chǎn)數(shù)量就達到 320 多萬噸，也就是說超過了世界成產(chǎn)總產(chǎn)量的百分之90，而亞洲主要生產(chǎn)扇貝的國家為中國、日本和韓國。我國的面積廣闊，擁有著三個氣候帶，我國的海岸線很長，有1.8萬公里。大大小小的海島更是有5000多個。遼闊的海域是貝類生存和養(yǎng)殖的圣地?？紤]到地理原因，我國沿海地區(qū)的居民對貝類這種海鮮情有獨鐘。繼改革開放之后，我國水產(chǎn)品養(yǎng)殖者和生產(chǎn)者更進一步的對國外市場進行了解，從而國內(nèi)貝類的產(chǎn)量和規(guī)模有了突飛猛進的提升。2017 年，我國的扇貝產(chǎn)量達到了360萬噸，這個產(chǎn)量占到了亞洲總生產(chǎn)產(chǎn)量的百分之83，扇貝產(chǎn)量成為世界第一，占世界扇貝總生產(chǎn)量的百分之68。2008 年，我國的扇貝達到了280萬噸，這個產(chǎn)量占到了世界扇貝產(chǎn)量的 百分之78，而國內(nèi)扇貝總產(chǎn)量的 95%都來自于海水扇貝。最近幾年，我國的扇貝生產(chǎn)不斷開拓國外市場，2017 年扇貝出口量更是達到了22萬噸，是亞洲扇貝出口第一大國，出口量約占亞洲扇貝出口總量的 80%，世界扇貝出口總量的 70%。根據(jù)以上描述，我國是扇貝第一生產(chǎn)大國，并在世界扇貝進出口貿(mào)易市場占有龍頭地位。而我國的漁業(yè)和扇貝的生產(chǎn)息息相關。
圖 1 1扇貝樣圖
1.2 扇貝自動分選裝置的重要意義
扇貝味道十分鮮美，具有豐富的營養(yǎng)價值，與海參和鮑魚并列成為海味珍品，在貝類食物中備受歡迎。扇貝可以降低人體的膽固醇含量，比起藥物更加天然，甚至有更加顯著的效果。扇貝中的代爾太7-膽固醇和24-亞甲基膽固醇可以有效地降低人體內(nèi)的膽固醇含量，它們可以有效地抑制肝臟分泌的膽固醇和增加膽固醇的排泄，從而有效地抑制人體中多余的膽固醇。它們具有很強的功效甚至在效果上強于藥物。扇貝還可以防止抑郁，讓人們的心情得到放松。在我們食用扇貝之后，會有一種身心放松的感覺。
扇貝中有著豐富的蛋白質含量、歐米伽3脂肪酸和豐富的微量元素，它有著低脂肪低熱量的特點。扇貝還有這預防心臟病和老年癡呆的功效。據(jù)科學分析，每100克扇貝含蛋白質11.1克、脂肪0.6克、碳水化合物2.6克、膽固醇140毫克、核黃素0.1毫克、煙酸0.2毫克、維生素E11.85毫克、鈣142毫克、磷132毫克、鉀122毫克、鈉339毫克、鎂39毫克、鐵7.2毫克、鋅11.69毫克、銅0.48毫克、錳0.7毫克。
分級的意義在于使扇貝在大小和清潔度等方面基本達到一致,有助于提高產(chǎn)品合格率,便于包裝、運輸和貯藏,從而有利于減少企業(yè)的損失。
其主要作用有：
(1)對扇貝的質量進行嚴格把關。不經(jīng)檢測分級處理的扇貝,品種混雜、質量優(yōu)劣不齊,難以得到消費者的青睞。出售扇貝之前，對扇貝進行嚴格篩選，保證其質量可靠，從而提升銷售產(chǎn)量。
(2)對扇貝進行嚴格檢測和分級處理，可提升扇貝的質量和銷售產(chǎn)量。由于扇貝在生產(chǎn)加工時,已經(jīng)按照一定的標準和規(guī)格進行了分級和包裝,可為消費者提供整齊一致的產(chǎn)品,不須花大量時間進行挑選,也不須擔心食用安全問題。
(3)扇貝檢測分級再使產(chǎn)品更為標準化的同時還可以讓扇貝的質量得到保證。對扇貝進行篩選分級的好處是可以將質量過低的扇貝篩選掉，再對篩選出的扇貝進行加工，這樣可以在提升生產(chǎn)質量的同時避免一些不必要的成本浪費。
所以，對扇貝的質量進行提升是當下至關重要的問題。對扇貝的分級和包裝等工序，是保證扇貝質量的重要步驟。而人工分級的方法存在著一些局限性。如勞動力大，效率低，存在著人為因素。堅持測結果誤差大，難以保證分級結果的準確性，很淡滿足生產(chǎn)加工的要求。進口國外的檢測設備會付出高昂的代價。而我國的中小企業(yè)禽蛋生產(chǎn)加工企業(yè)很難承受，所以，對扇貝自動分級技術的研究就具有重要的意義。
伴隨著自動化加工技術的不斷成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中PLC與自動化生產(chǎn)線的作用越來越顯著，其強大的算數(shù)運算、定時、計數(shù)、邏輯控制、順序控制、儲存等功能在工業(yè)生產(chǎn)中至關重要。自動生產(chǎn)線是由傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動機床和輔助設備按照工藝順序聯(lián)結起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)。扇貝自動分選裝置系統(tǒng)包括上下料裝置、傳送裝置、CCD圖像信息處理裝置。通過自動分選裝置分別將不同的尺寸的扇貝輸送到不同的位置。
在工業(yè)生產(chǎn)中，扇貝自動分選系統(tǒng)可以有效的提升勞動生產(chǎn)率，使產(chǎn)品的質量的到保證。使得成本得到進一步的降低，縮小生產(chǎn)所占有的面積，使得生產(chǎn)更為高效。
圖 1 2自動分選裝置
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國國民經(jīng)濟的發(fā)展離不開扇貝產(chǎn)業(yè),與我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展息息相關。也是其他行業(yè)的重要工業(yè)原料,所以我國近十幾年來都在不斷的推動扇貝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也不斷優(yōu)化扇貝產(chǎn)業(yè)結構,大大促進了扇貝加工企業(yè)的改革和發(fā)展,整合了很多小型扇貝生產(chǎn)加工企業(yè),初步形成了扇貝加工企業(yè)的規(guī)模化,產(chǎn)業(yè)化和標準化。使得我國扇貝產(chǎn)業(yè)在國際市場中有著跟深刻的影響力。隨著我國水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，貝類養(yǎng)殖的規(guī)模也越來越大，僅遼寧省蝦夷扇貝增養(yǎng)殖面積就達到了4 萬hm2，年產(chǎn)量高達十幾萬噸，總生產(chǎn)價值更是高達15 億元。近年來扇貝產(chǎn)業(yè)不斷地進行改革,該行業(yè)正在迅速的發(fā)展，也取得了很高的成就。但是,該行業(yè)發(fā)展的越快,對企業(yè)的要求就越高。使企業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而我國扇貝在的生產(chǎn)、出口和質量問題上還需要很大程度的改進與發(fā)展。
國外對扇貝自動化分級裝備的研究早于國內(nèi)，也更為深入，相關產(chǎn)品也已經(jīng)在世界各地推廣并取得了比較理想的效果，對提高扇貝品質和減輕工人勞動強度等方面，都發(fā)揮了重要作用。在國外，扇貝生產(chǎn)場大多數(shù)都都擁有成套的自動化扇貝采集設備和處理系統(tǒng)，將各環(huán)節(jié)和扇貝處理有機結合成一套自動化管理系統(tǒng)。扇貝落入輸運帶，進入分選機進行自動處理和分級，為扇貝銷售和加工提供優(yōu)質原料奠定了基礎。但在國外成套的扇貝自動化分級裝備的價格十分昂貴，后期的維護成本也很高。
目前國內(nèi)真正的擁有自主知識產(chǎn)權的扇貝自動化分級裝備研究多是出于實驗室的試驗研究階段，對于成套設備的研制還處于起步階段。國產(chǎn)扇貝分級加工處理設備種類很少，只有很少的一些裝置。分級加工設備屬于空白，國內(nèi)大型扇貝廠在用的均為進口設備。開發(fā)扇貝自動化分選裝備不僅能解決目前生產(chǎn)的需求，而且對我國扇貝行業(yè)的發(fā)展有著十分積極的影響。
1.4 課題研究內(nèi)容
本文根據(jù)當前的發(fā)展態(tài)勢,對扇貝分級工序的了解基礎上,對分級裝置進行了方案設計。論文主要分為以下幾個章節(jié)：
第1章為緒論，介紹了扇貝分級裝置的研究背景和研究的目的與意義，分析了目前國內(nèi)外扇貝分級裝備的主要研究狀況及應用情況。
第2章為扇貝分選裝置原理和總體方案流程設計，為了滿足技術要求，初步提出了總體方案流程。
第3章對扇貝分選裝置中各個機構與總裝配設計。
第4章為扇貝分選裝置傳動系統(tǒng)設計。
第5章為圖像的采集與處理方案。
最終對論文進行總結，對論文中的不足之處加以反省并改進的同時提出新的觀點。
1.5 本章小結
本章介紹了扇貝分級裝備的應用狀況、裝備的種類及應用現(xiàn)狀，并對國內(nèi)外的扇貝分級裝備應用和研究情況進行了介紹，指出國內(nèi)外的發(fā)展差距，提出了本課題研究的必要性，并根據(jù)目前國內(nèi)外扇貝分級裝備的研究現(xiàn)狀，提出了對扇貝分級裝備的深入研究。
2 設計方案
2.1 題目內(nèi)容
本題目主要針對國內(nèi)扇貝生產(chǎn)銷售情況提出的。為了增加效益，扇貝需要分類進行銷售。目標是依據(jù)扇貝形狀具有扁平、圓等特點設計一款分選裝置。
2.2 扇貝分選裝置的原理
根據(jù)生產(chǎn)的實際要求，傳統(tǒng)的手工操作方式明顯的不能保證較高的生產(chǎn)效率，而且手工操作的生產(chǎn)條件惡劣，強度高，效率低，易導致貝類的鮮活程度下降，甚至出現(xiàn)大量死亡，嚴重影響經(jīng)濟效益。
在國外，根據(jù)生產(chǎn)實際的要求，扇貝分級生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度應該在60000萬/枚·小時以上，人工上蛋顯然不能滿足如此高的生產(chǎn)效率，同時，也會造成大量的人力資源的浪費。
但是，國外的扇貝分級設備價格昂貴，我國中小企業(yè)禽蛋生產(chǎn)加工企業(yè)難以承受，因此，我們要設計出符合國家基本國情與我國經(jīng)濟要求以及適合我國中小企業(yè)扇貝生產(chǎn)加工企業(yè)要求、價格實惠、長久耐用的扇貝分選機。
圖 2 1扇貝分選裝置工作原理圖
由圖 2 1可以知道：扇貝分選裝置由四個部分組成，分別為上料機構、傳送機構、圖像采集與處理部分、分選機構。扇貝通過上料機構上料，通過傳送機構被傳送到圖像采集區(qū)域，經(jīng)過圖像處理后進行判斷屬于的組別，控制分選機構對扇貝進行分選。
2.3 技術要求
1、扇貝根據(jù)大小分為三級：
1）50-80mm
2）80-110mm
3）110-150mm
2、4000枚/小時
根據(jù)扇貝的分級工作過程，首先要對扇貝進行深入的了解。確定了所針對扇貝的尺寸之后,對于扇貝分級設備的總體設計及運動參數(shù)也有了參照基準。根據(jù)對扇貝分級的相關要求,扇貝分級設備應具備以下功能：
（1）具有扇貝輸送功能，能夠將扇貝自動地輸送給下一機構。
（2）具有扇貝自動穩(wěn)定傳送扇貝并且有分級功能，能夠按照扇貝大小尺寸進行分級的功能。
（3）具有將扇貝分類的下料板。
2.4 總體方案設計
根據(jù)扇貝分選機各個機構的工作要求，對分選設備進行總體設計，首先是上料機構，上料機構采用傾斜式的輸送帶，將上料箱中的扇貝傳送到下一個機構（傳送機構）。由于對扇貝進行圖像采集時，必須是逐個采集，所以傳送機構的作用為將扇貝逐個傳送到圖像采集區(qū)域，傳送機構也采用輸送帶傳送。經(jīng)過圖像處理后，判斷扇貝屬于的組別，控制分選機構動作，分選機構動作需將扇貝推送到滑道里，扇貝經(jīng)過滑道掉入收料箱，分選機構的動作為往復直線運動，氣缸的動作滿足要求。
圖 2 2扇貝自動分選裝置示意圖
2.5 本章小結
本章首先介紹了扇貝分選機的工作原理，分析了其總體功能需求，并且在此基礎上提出了扇貝分選裝置的總體機構設計方案、分級系統(tǒng)原理設計，對具體方案的設計和實施提供了依據(jù)。
3 扇貝分選裝置機構設計
3.1 上料機構設計
圖 3 1上料機構
圖 3 1為扇貝分選裝置的上料機構，上料機構將上料箱中的扇貝傳送到下一個機構中。考慮到上料效率，初步設計上料機構的上料速度與分選機構的速度比為3:1，上料機構采用材料為PVC的上料輸送帶，由于扇貝的上料箱中有水，扇貝通過傾斜的輸送帶傳送時不能只靠輸送帶的摩擦力傳送，所以需要通過輸送帶上的擋板傳送。
按每次擋板輸送3個扇貝設計，按最大扇貝150mm計算，上料輸送帶上的擋板應為450mm，且上料輸送帶的帶寬應大于450mm，因此設計帶寬為500mm。傳動滾筒選用JYD-0.75-0.32-250×500，直徑為500的傳動滾筒。由于上料機構的主動軸與從動軸都沒有軸向力，因此主動軸與從動軸的軸承選用帶菱形座軸承型號為UCFLU310里面的軸承是深溝球軸承，可以滿足使用要求。
圖 3 2上料機構從動軸可調(diào)
考慮到輸送帶在使用過程中會發(fā)生變形，在安裝過程中將一端固定，另一端安裝為可調(diào)的，本設計中將主動軸固定安裝，從動軸可調(diào)安裝。如圖 3 2所示，可調(diào)的從動軸安裝在帶菱形座的軸承上，而帶菱形座軸承安裝在一個滑動塊上，滑動塊可以沿著輸送帶方向通過一個雙頭螺栓移動。
3.2 傳送機構1、2設計
圖 3 3傳送機構1、2
扇貝經(jīng)過圖像處理處時必須單個進入，所以從上料機構來的扇貝經(jīng)過傳送機構必須實現(xiàn)單個傳送進入圖像處理處，本設計中采用三個傳送機構來實現(xiàn)，首先扇貝通過上料機構后掉入圖 3 3中的傳送機構1，傳送機構1與傳送機構2的輸送帶交錯配合。扇貝通過傳送機構1運動到左端如圖 3 4傳送機構1與傳送機構2的銜接處時，扇貝就會分開的進入傳送機構2，傳送機構2的輸送帶有兩組，一組為有帶有圓柱型的，一組為帶有擋板型的。兩個圓柱型與中間一個擋板型的傳送帶可以傳送一個扇貝。所以傳送機構2一組可以傳送3個扇貝。扇貝通過傳送機構2傳送到下一個機構中。
圖 3 4傳送機構1與傳送機構2銜接處
3.3 傳送機構3設計
圖 3 5傳送機構3
扇貝經(jīng)過傳送機構1和傳送機構2通過圖 3 6傳送機構2與傳送機構3銜接處進入傳送機構3，傳送機構3中輸送帶每隔一小段距離有個小擋板，每個扇貝掉入輸送帶擋板與擋板的空隙中，擋板與擋板的空隙應大于最大的扇貝尺寸，因此擋板與擋板中間的距離應大于150mm，扇貝經(jīng)過傳送機構1、傳送機構2與傳送機構3就可以單個排序進入圖像采集區(qū)域了。
圖 3 6傳送機構2與傳送機構3銜接處
考慮到傳送機構3輸送帶使用時間過長導致輸送帶發(fā)生變形，傳送機構3在安裝時，主動軸固定安裝，而從動軸可沿著傳送帶方向調(diào)整移動如圖 3 7所示，從動軸安裝在帶菱形座軸承上，而帶菱形軸承安裝在一個滑動塊上類似于上面上料機構可調(diào)從動軸的安裝，滑塊通過一個雙頭螺栓安裝。
圖 3 7傳送機構3從動軸可調(diào)
3.4 分選機構設計
圖 3 8分選機構
圖 3 9攝像頭支架
扇貝通過傳送機構進入圖 3 8分選機構，首先由CCD攝像頭采集圖像信息，經(jīng)過圖像處理后判斷分為第幾組后控制相對應組的氣缸動作氣缸推動推板推動扇貝進入滑道掉入相對應的收料箱。選用氣缸的時候注意到氣缸的行程必須接近分選機構輸送帶的帶寬才能完全推動扇貝進入滑道，否側可能只是將扇貝推動到側面無法完全進入滑道，我選用的氣缸型號為ESI-32×175，行程為175mm，直徑為32mm。此外分選機構中的攝像頭支架如圖 3 9也值得注意，攝像頭支架支撐攝像頭的高度應可以調(diào)整，本設計采用兩個支架處有導軌，使得中間的支架可以在兩邊支架導軌上上下移動，調(diào)整到想要的位置時再通過中間支架的螺栓來鎖緊來固定。同樣也考慮到分選機構輸送帶使用過程中會發(fā)生變形，分選機構主動軸固定安裝，從動軸可調(diào)安裝與傳送機構3的安裝方式相同。
3.5 電機座設計
圖 3 10電機座
如圖 3 10由于電機輸出軸是輸出轉矩，輸出軸可以承受扭矩而不能承受彎矩，所以不能在電機輸出軸上直接安裝鏈輪，電機輸出軸需要經(jīng)過聯(lián)軸器與一個過渡軸相連，過渡軸另一端安裝在一個帶菱形座軸承上，這樣過渡軸就可以承受彎矩了，再將鏈輪安裝在此過渡軸上就合理了。
電機輸出軸直徑為22，過渡軸直徑為30，聯(lián)軸器選擇型號為DCEK94-22-30_214的鍵槽聯(lián)軸器。
3.6 總裝配設計
圖 3 11總裝配1
圖 3 12總裝配2
整個扇貝自動分選裝置如圖 3 12與圖 3 12所示，分為五個機構，分別為：上料機構、傳送機構1、傳送機構2、傳送機構3與分選機構。
上料機構將上料箱中的扇貝傳送到傳動機構1上，上料機構每一個擋板輸送3個扇貝，傳送機構1一排也為3個扇貝，通過傳送機構2將傳送機構1中的扇貝分隔開，保證一組三個扇貝，進入傳送機構3，所以傳送機構3中的扇貝為逐個分離的扇貝了。傳送機構3再將扇貝傳送到分選機構當中。扇貝依次通過分選機構中圖像檢測區(qū)域，經(jīng)過圖像處理后控制分選機構中對應的氣缸動作，控制氣缸動作可以將圖像采集區(qū)域與氣缸動作距離與分選機構輸送帶的帶速相比，得到扇貝從圖像采集區(qū)域到對應氣缸動作之間的時間，而控制氣缸動作時可以加上這個延時，就可以省去扇貝通過氣缸處的位置傳感器。
將分選機構傳送帶上的扇貝推送到相應的滑道中，扇貝通過滑道最后滑到不同的收料箱當中。為了保證扇貝的存活率收料箱中需要乘少量水起到緩沖作用。
考慮到功率損耗，電機安裝在扇貝分選裝置的上料機構或者分選機構處，損耗的功率將更大，所以本設計中將電機安裝在扇貝分選裝置中間機構處——傳送機構3處。
4 傳動系統(tǒng)設計
4.1 各機構輸送帶帶速與主動軸轉速設計與計算
在設備設計時,采取產(chǎn)能為4000個/小時。設計的上料機構每個擋板可以輸送3個扇貝，所以上料機構每組擋板的速度是4000/3組/小時，而上料機構每組擋板的距離為330mm。
扇貝經(jīng)過傳動機構時擋板間距為180mm，所以進入分選機構時扇貝與扇貝的間距為180mm。
所以分選機構輸送帶的速度為：
4000×180×10-360×60=0.2 m/s
再根據(jù)V=nπd，分選機構主動軸直徑為40mm，不難算出分選機構主動軸的轉速n=38.197r/min。
分選機構與傳送機構3的傳動比為1:1，且傳送機構3的主動軸與分選機構主動軸的直徑都為40mm，所以傳動機構3的輸送帶與分選機構輸送帶的帶速是一樣的，都為0.2m/s，且主動軸轉速也為一樣，都為38.197r/min。
扇貝經(jīng)過傳送機構2與傳送機構3的速度比為3:1（因為傳送機構2一組扇貝有3個）所以傳送機構2輸送帶的帶速為0.2/3=0.067 m/s，傳送機構2主動軸的直徑為40mm，所以轉速為12.796 r/min。
由于傳送機構1與傳送機構2的傳動比為1:1，且傳送機構2主動軸直徑與傳送機構1主動軸直徑相同，都為40mm，所以傳送機構1輸送帶的帶速與傳送機構2輸送帶帶速一樣，都為0.067 m/s，且傳送機構1主動軸的轉速與傳送機構2主動軸轉速也為一樣，都為12.796 r/min。
整個扇貝分選裝置的分選速度為4000個/小時，上料機構速度應與其對應，上料機構速度過大，容易造成扇貝在傳送機構處的堆積，上料機構的速度過低，容易使得傳送機構與分選機構空運行，造成資源浪費，所以上料機構的輸送帶速度應與整個裝置分選速度相對應為：
4000×330×10-33×60×60=0.122 m/s
再根據(jù)V=nπd,上料機構傳動滾筒直徑為250mm，不難算出上料機構主動軸轉速n=9.32 r/min。
總結一下各機構輸送帶帶速與主動軸轉速：
上料機構 ：輸送帶帶速為 0.122m/s 主動軸轉速為 9.32r/min
傳送機構1：輸送帶帶速為 0.067m/s 主動軸轉速為 12.796r/min
傳送機構2：輸送帶帶速為 0.067m/s 主動軸轉速為 12.796r/min
傳送機構3：輸送帶帶速為 0.2m/s 主動軸轉速為 38.197r/min
分選機構：輸送帶帶速為 0.2m/s 主動軸轉速為 38.197r/min
4.2 計算各機構功率
4.2.1 計算上料機構的功率
上料機構為一個傾角為30°的斜坡上料輸送帶傳送機構，運行阻力為Fμ。
Fμ=FH+Fst
其中，F(xiàn)H為主要阻力，F(xiàn)st為提升阻力。
FH=g×l2qB+qGcosδ
其中，g=9.8 m/s2
l為輸送帶長度為1.514 m
qB為每米輸送帶質量，經(jīng)過調(diào)查取7 kg/m
qG為每米物料質量，扇貝按最大質量500g計算得5.5kg/m
δ為傾斜角，30°
FH=9.8×1.514×2×7+5.5cos30°=250.56 N
Fst=h×g×qG
其中，h為上升的高度，為0.545m
Fst=0.545×9.8×5.5=29.38 N
Fμ=FH+Fst=250.56+29.38=279.94 N
所以上料機構的功率為P0=Fμ×V=279.94×0.122=34.15 W
4.2.2 計算傳送機構1的功率
傳送機構1為水平輸送帶的傳送機構，運行阻力Fμ=FH。
FH=f×g×l2qB+qG
其中，f為模擬摩擦系數(shù)，取0.025
l為輸送帶長度為1 m
qB為每米輸送帶質量，經(jīng)過調(diào)查取2.946 kg/m
qG為每米物料質量，扇貝按最大質量500g計算得4.55kg/m
FH=0.025×9.8×1×2×2.946+4.55=2.56 N
所以傳送機構1的功率為P1=Fμ×V=2.56×0.067=0.17 W
4.2.3 計算傳送機構2的功率
傳送機構2為一個傾角為45°的斜坡上料輸送帶傳送機構，運行阻力為Fμ。
Fμ=FH+Fst
其中，F(xiàn)H為主要阻力，F(xiàn)st為提升阻力。
FH=g×l2qB+qGcosδ
其中，g=9.8 m/s2
l為輸送帶長度為0.7 m
qB為每米輸送帶質量，經(jīng)過調(diào)查取3.437 kg/m
qG為每米物料質量，扇貝按最大質量500g計算得7.5kg/m
δ為傾斜角，45°
FH=9.8×0.7×2×3.437+7.5cos45°=69.7 N
Fst=h×g×qG
其中，h為上升的高度，為0.495m
Fst=0.495×9.8×7.5=36.38 N
Fμ=FH+Fst=69.7+36.38=106.08 N
所以傳送機構2的功率為P2=Fμ×V=106.08×0.067=7.11 W
4.2.4 計算傳送機構3的功率
傳送機構3為水平輸送帶的傳送機構，運行阻力Fμ=FH。
FH=f×g×l2qB+qG
其中，f為模擬摩擦系數(shù)，取0.025
l為輸送帶長度為1.8 m
qB為每米輸送帶質量，經(jīng)過調(diào)查取2.09 kg/m
qG為每米物料質量，扇貝按最大質量500g計算得2.78kg/m
FH=0.025×9.8×1.8×2×2.09+2.78=3.07 N
所以傳送機構3的功率為P3=Fμ×V=3.07×0.2=0.61 W
4.2.5 計算分選機構的功率
分選機構為水平輸送帶的傳送機構，運行阻力Fμ=FH。
FH=f×g×l2qB+qG
其中，f為模擬摩擦系數(shù)，取0.025
l為輸送帶長度為1.4 m
qB為每米輸送帶質量，經(jīng)過調(diào)查取2.21 kg/m
qG為每米物料質量，扇貝按最大質量500g計算得2.78kg/m
FH=0.025×9.8×1.4×2×2.21+2.78=2.47 N
所以分選機構的功率為P4=Fμ×V=2.47×0.2=0.49W
4.3 電機的選擇
設計電機出來后經(jīng)過聯(lián)軸器，通過鏈輪傳動給整個裝置。不考慮軸承的工作效率，聯(lián)軸器的效率取η1=0.99，滾子鏈傳動效率取η2=0.96，開式錐齒輪的效率取η3=0.93，傳動滾筒效率取η4=0.98。
對于上料機構，從電機，經(jīng)過了1次聯(lián)軸器，4次滾子鏈傳動，1次錐齒輪，1次傳動滾筒。
對于傳送機構1，從電機，經(jīng)過了1次聯(lián)軸器，2次滾子鏈傳動，1次錐齒輪，1次傳動滾筒。
對于傳送機構2，從電機，經(jīng)過了1次聯(lián)軸器，3次滾子鏈傳動，1次錐齒輪，1次傳動滾筒。
對于傳送機構3，從電機，經(jīng)過了1次聯(lián)軸器，1次滾子鏈傳動，1次傳動滾筒。
對于分選機構，從電機，經(jīng)過了1次聯(lián)軸器，2次滾子鏈傳動，1次傳動滾筒。
所以電機的總功率為：
P,=P0η1×η24×η3×η4+P1η1×η22×η3×η4+P2η1×η23×η3×η4+P3η1×η2×η4+P4η1×η22×η4=34.150.99×0.964×0.93×0.98+0.170.99×0.962×0.93×0.98+7.110.99×0.963×0.93×0.98+0.610.99×0.96×0.98+0.490.99×0.962×0.98=54.25 W
考慮到傳動過程不平穩(wěn)，扇貝傳送過程的顛簸等因素，將計算得到的電機總功率乘一個安全系數(shù)S，S取1.2。
所以P=S×P,=1.2×54.25=65.1W
電機的選擇：根據(jù)傳動機構的鏈輸送速度不高,整個裝置的負載較小,初步確定此裝置所需的電機功率為0.07千瓦。通過市場的調(diào)查情況,這里選用減速電機，型號為PTNL28-0400-25S3，功率為0.4kw,轉速為56r/min。此類電動機具有啟動性能好、效率高、噪聲低、體積小、重量輕、結構堅固、使用壽命長等特點,廣泛用于驅動各種機械設備。基本滿足使用要求。
4.4 傳動系統(tǒng)的設計
由于各個機構相距較遠，所以不能采用齒輪傳動，實現(xiàn)長距離傳動可以一般用同步帶傳動和鏈傳動。而鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸小；所需張緊力小，作用于軸上的壓力??；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。所以本設計中采用鏈傳動。
鏈傳動中心距過小，則小鏈輪上的包角小，同時嚙合的鏈輪齒數(shù)就少；若中心距過大，則易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30～50)p，最大中心距 ≤80p。
圖 4 1電機與傳送機構3鏈傳動
電機與傳送機構3主動軸的鏈傳動如圖 4 1：電機輸出軸的鏈輪選用16A-17，與之相連的傳送機構3主動軸的鏈輪選用16A-25，節(jié)距為25.4，中心距為694.96（27p）。
圖 4 2傳送機構3與分選機構鏈傳動
如圖 4 2傳送機構3與分選機構的傳動比為1:1，傳送機構3主動軸鏈輪選用20A-17，與之相連的分選機構主動軸鏈輪也選用20A-17，節(jié)距為31.75，中心距為1849.95（58p）。
低速鏈傳動（v<0.6m/s）校核安全系數(shù)
Sca=Flim×nKA×F1
其中，F(xiàn)lim為單排鏈極限拉伸載荷，由表 4 1可知為86700N.
n為排數(shù)，單排為1.
KA為工作情況系數(shù)，由表 4 2取1.2
F1為鏈的緊邊工作拉力，由上文4.2.4計算傳送機構3的功率中可知，取3.07N.
Sca=86700×11.2×3.07=23534>8
安全系數(shù)遠大于需用安全系數(shù)。
表 4 1
表 4 2
圖 4 3傳送機構3與傳動過渡軸錐齒輪傳動
傳送機構3與傳送機構2的運動方向垂直，不能直接用鏈傳動，可以采用錐齒輪傳動或者蝸輪蝸桿傳動，而傳送機構3與傳送機構2的傳動比為3:1傳動比相差較小，且蝸輪蝸桿傳動效率較低，所以排除蝸輪蝸桿傳動，選用錐齒輪傳動，這里設計一根傳動過渡軸，將相互垂直的運動過渡如圖 4 3。傳送機構3與傳動軸的傳動比為1:1，這里錐齒輪選用相同的錐齒輪。模數(shù)為4mm，分度圓錐角為45°，齒數(shù)為30。
圖 4 4過渡傳動軸與傳送機構1鏈傳動
如圖 4 4過渡的傳動軸與傳送機構1主動軸的傳動比為3:1，過渡傳動軸的鏈輪選用08A-17，與之相連的傳送機構1主動軸的鏈輪選用08A-51，節(jié)距為12.7，他們兩的中心距為321.59（25p）。
圖 4 5傳送機構1與傳送機構2鏈傳動
低速鏈傳動（v<0.6m/s）校核安全系數(shù)
Sca=Flim×nKA×F1
其中，F(xiàn)lim為單排鏈極限拉伸載荷，由表 4 1可知為13800N.
n為排數(shù)，單排為1.
KA為工作情況系數(shù)，由表 4 2取1.2
F1為鏈的緊邊工作拉力，由上文4.2.3計算傳送機構2的功率中可知，取106.08N.
Sca=13800×11.2×106.08=108.4>8
安全系數(shù)遠大于需用安全系數(shù)。
如圖 4 5傳送機構2與傳送機構1的傳動比為1:1，所以他們兩的鏈輪齒數(shù)相同，都采用08A-17，節(jié)距為12.7，中心距為562.89（44p）。
圖 4 6傳動機構1與上料機構鏈傳動
傳送機構1主動軸轉速為12.796r/min，上料機構主動軸轉速為9.32r/min。所以傳送機構1與上料機構傳動比為1.39。在這里傳動機構1主動軸鏈輪選用20A-17，與之相連的上料機構主動軸鏈輪選用20A-23，節(jié)距為31.75，中心距為1201.39（38p），傳動比為1.35如圖 4 6，誤差為0.028。這個誤差是上料機構與傳送機構的傳動誤差，并不會導致傳送機構的設計準確性，只會引起上料稍微過快，而且誤差僅為0.028。
低速鏈傳動（v<0.6m/s）校核安全系數(shù)
Sca=Flim×nKA×F1
其中，F(xiàn)lim為單排鏈極限拉伸載荷，由表 4 1可知為86700N.
n為排數(shù)，單排為1.
KA為工作情況系數(shù)，由表 4 2取1.2
F1為鏈的緊邊工作拉力，由上文4.2.2計算傳送機構1的功率中可知，取2.56N.
Sca=86700×11.2×2.56=28222>8
安全系數(shù)遠大于需用安全系數(shù)。
使用設計的電機與傳動比后實際的各個機構工作速度與分選速度：
減速電機轉速為65r/min。
傳送機構3與電機傳動比為17:25，所以傳送機構3主動軸的實際轉速為44.2r/min,傳動機構3傳動滾筒直徑為100mm，V=nπd，算出傳送機構3輸送帶的實際帶速為0.231m/s。
分選機構與傳動機構3的傳動比為1:1，所以分選機構實際轉速為44.2r/min，分選機構傳動滾筒直徑也為100mm，所以分選機構實際帶速為0.231m/s。
傳送機構3與傳送機構1的傳動比為3:1，所以傳送機構1的實際轉速為14.73r/min，傳送機構1傳動滾筒直徑為100mm，所以傳送機構1輸送帶實際帶速為0.077m/s。
傳送機構2與傳送機構1的傳動比為1:1，所以傳送機構2的實際轉速為14.73r/min，傳送機構2傳動滾筒直徑為100mm，所以傳送機構2輸送帶的實際帶速為0.077m/s。
上料機構與傳送機構1的實際傳動比為17:23，所以上料機構的實際轉速為10.89r/min，上料機構傳動滾筒直徑為250mm，所以上料機構輸送帶實際帶速為0.142m/s。
分選機構逐個扇貝間距為180mm，實際分選機構輸送帶帶速為0.231m/s，實際分選速度為：
0.231×60×60×103180=4620 個/h
實際分選速度為4620個/h滿足課題要求4000個/h。
5 圖像采集與處理方案
5.1 CCD檢測系統(tǒng)的原理
在扇貝分選裝置中，我重點設計了機械傳動部分，對圖像識別區(qū)域處理部分設計偏少。
識別在分選機構中移動的扇貝的大小是非常重要的，識別的精度直接影響著分選的精度。在選用攝像頭的感光芯片時，現(xiàn)在市面上有兩種類型，一種是CCD的感光芯片、一種是CMOS的感光芯片?？紤]到扇貝通過圖片采集區(qū)域時，是隨著分選機構輸送帶運動的，而在采集運動物體圖像信息的時候，CCD的感光芯片效果要好一些，所以我們這里采用這種芯片。
目前，CCD技術已發(fā)展成一項具有廣泛應用前景的新技術，成為現(xiàn)代光電子與測試技術中最受關注的研究熱點之一。例如，在國防軍事領域，CCD成像技術在微光、夜視、遙感應用中發(fā)揮著巨大的作用，適應了現(xiàn)代高技術戰(zhàn)爭的需求，成為軍事微電子學的研究熱門；在科研領域，由于其靈敏度高、噪聲低，成為研究宏觀（如天體）和微觀（如生物細胞）現(xiàn)象不可缺少的工具；CCD具有成本低、小而輕的特點，在圖像通信領域也獲得了廣泛的用途；在工程測量領域，CCD在工件尺寸測量、工件表面質量檢測、物體熱膨脹系數(shù)測量、光強分布測量等方面都有很好的應用。
CCD攝像頭與普通攝像頭相比有很多優(yōu)點，抗震性好，在運動的機構中，有許多不可避免震動。此外，CCD攝像頭的靈敏度和分辨率都比較高，對圖像采集比較精確，壽命也比較長。諸多優(yōu)點使得CCD攝像頭也常用于工業(yè)當中。
5.2 圖像處理方案
圖 5 1圖像處理流程圖
本文中提供一種圖像處理方案如圖 5 1，首先通過CCD攝像頭采集圖像信息。然后依次對圖像進行灰度化和二值化將圖片化為黑白圖像，再對采集的圖片進行均值濾波來降噪，這樣可以過濾掉一些雜質的點，這樣就可以將這些沒必要參與后續(xù)處理的點過濾掉，提高整體圖像處理的效率。之后就是對圖像進行邊緣檢測，提取出扇貝輪廓的邊緣，邊緣檢測的原理為提取出上個二值化后的黑白交替的點就是圖像的邊緣。最后比較扇貝輪廓的大小。
6 結 論
本文論述了扇貝自動分選裝置的工作原理，傳送機構的機械設計，部分傳統(tǒng)部件的機械設計。本設計中，上料部分采用輸送帶上料方式，減小了上料部分扇貝的破損率，提高了生產(chǎn)效率；分選部分，采用CCD圖像處理方式測量扇貝尺寸，分級方式簡單有效；當扇貝被輸送到CCD圖像處理器下時，自動進行信息處理得出對應扇貝的尺寸。再發(fā)出信號到分選裝置，當扇貝到達相應位置時，汽缸動作，完成最終的分選工作。
采用傳送帶運輸方式解決了傳統(tǒng)手工扇貝分級效率低，或高破損率問題。而此裝置挑選效率高、挑選準確、工人勞動強度低等優(yōu)點，該設備也可應用于其他貝類的分選，具有廣闊的應用前景。
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致 謝
本論文從最初的選題到最終完成，都是在XXX導師的悉心指導下完成的，字里行間都傾注著陸老師的心血。每次當我遇到難題時，老師都能夠耐心地鼓勵和教導我，給予了我許多的幫助，給我提供了許多相關的資料和寶貴的意見。在我的寫作過程中XXX導師對我的不斷提醒和幫助，是我在論文研究中能夠順利的進行，并且在本次論文寫作中，XXX導師也給予了一些建議，使得本文的內(nèi)容更加具有說服力。在此向敬愛的XXX老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！
至關重要的，在畢業(yè)設計期間我雖然做的兢兢業(yè)業(yè)，但是，由于本設計所用知識較多，覆蓋面較廣，在設計的初期階段確實遇到了很多的困難。在我困惑的時候都是XXX老師以及XXX老師細心的幫助我，鼓勵我，沒有XXX老師和XXX老師的幫助和鼓勵,我的畢業(yè)設計很難這么順利的完成，在次我特別感謝XXX老師、XXX老師，作為我的指導老師對我仔細和耐心的指導、幫助。
同時，我還要感謝一起陪伴四年的大學同學，在學習和生活中我們互相幫助，是你們讓我的大學生活充滿歡樂收獲到更多的東西。最后特別感謝我的家人，是你們一直在背后默默的關心我，為我創(chuàng)造最好的條件，給我勇氣勇往直前。
最后感謝各位評委老師在百忙之中評閱我的論文和提出的寶貴建議！
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