基于机器视觉的淡水鱼鱼体分割装置系统设计

李勇 龚德虎 弋为 陈艳

摘要：当前国内对淡水鱼的加工的主要特点不仅含水量大，而且伴随而来的副产物的比例也是很高的，淡水鱼肌肉部分仅为鱼体总重量的百分之三十到百分之五十，副产物却占到鱼体总重的百分之五十到百分之七十，而且副产物中鱼头的比例又最高为鱼体总重的百分之二十四到百分之三十四。如果未加工就将其先冷藏，不仅会徒增所需的存货空间而且也会增加储存成本，且鱼的内脏中含有大量细菌，其中包含许多耐低温的细菌，因此很容易变质，细菌会在低温保存过程中增殖，鱼的肉质纤维断裂，易腐烂、发臭从而影响之后的销售和加工。所以，对新鲜的活鱼进行加工和预处理是绝对有必要的。在国内水产品市场中，大多数鱼被捕捞，然后以新鲜状态直接加工，并投放市场或下一步加工。即本课题拟基于机器视觉技术设计一种鱼体分割装置，能对鱼头鱼尾进行自动化切离和分割，同时可根据鱼体大小自动定位和调整切割位置，从而实现自动化对淡水鱼的加工。

关键词：机械视觉淡水鱼鱼体切割  PLC控制系统

一、研究目的

现今随着我国的经济的飞速发展，主打鱼类食品的餐馆对鱼类的需求也明显提升。目前中国渔业已经发展成了较为完善的产业体系，但是对鱼体的切割分离处理加工的机械化程度还处于较低的水平，现有设备效率低，对原材料的利用率不高，加工时可能切除掉鱼体本身的一些具有食用价值的部分，对于淡水鱼的综合加工，主要面临的问题大致可分为三大类，即去鳞，去头和去内脏。国外的机械加工比国内的发展是更先进的，国外的淡水鱼加工正在向完全工业化所靠拢;尤其是在欧洲，美国和日本。这些国家凭借其强大的工业机械基础，正在促进水产品加工业中机械化的快速发展，但是中国相关研究人员的研究仍在努力研究鱼头鱼尾的切除设备。虽说有特殊去皮设备的许多专利，并且有些设备可以同时去除头部和尾部，但是尽管已经完成了简单预处理，但是相关设备还是存在许多问题如：大多数设备不是由大型淡水鱼加工的。圆锯片主要用作加工工具，鱼体资源没有得到充分利用。大多数设备无法移开鱼尾等。但也不能说国内的机械加工完全没有发展，近年来，国内机械化的加工和对鱼鳞的处理的准确性正在逐步提升，所以我们应在鱼鳞去除的基础上对鱼头和鱼尾的加工进行进一步的发展。

二、研究意義

1、目前淡水鱼的筛选大部分是由人力完成的，优点是虽然筛选的精准度高，但是消耗的人力和物力都是较大的。通过一套机械的筛选系统，虽然筛选的精确度不及人工的筛选，可以减轻人力的消耗、减轻人工的负担、降低工人的劳动强度。

2、现市面上大多都是一个切除鱼头或者鱼尾的单个个体装置，本课题所设计的装置可同时切除鱼头和鱼尾，并且是大部分是由机器来完成，减小对人力的依赖。

三、研究内容和拟解决的关键问题

研究内容

本课题基于机械视觉对淡水鱼进行鱼体切割分离，由于鱼类的种类繁多，在切除时以最大限度的情况下来保留鱼肉质量。主要研究内容如下：

（1）机器视觉系统的构建。该装置包括视觉系统硬件部分与软件部分。硬件部分通过图像采集实际需要和淡水鱼的鱼体长宽范围进行选型，主要包括工业相机、镜头、光源、计算机等。同时对淡水鱼图像进行灰度化、去噪、形态学等预处理后，研究对比目前几种典型的图像处理方法，针对不同尺寸的鱼体进行扫描，检测鱼体的长度，确定鱼体分割位置。

（2）淡水鱼鱼体分割装置的结构设计。该机械装置由竖直小滑轮传送带装置、鱼体调整装置、可收缩式圆轴传送带和切割刀具以及鱼体的固定盖组成，通过第一段竖直小滑轮传送带装置来对鱼体筛选，之后衔接对鱼体的调整装置对鱼体方向上的调整，然后通过机械视觉系统来对鱼体进行定位，选择可收缩的圆轴传送带是否进行工作，从而对鱼体进行切割。

（3）淡水鱼鱼体分割装置控制系统的设计。采用PLC进行控制，用PLC控制系统来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的远程控制系统。通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。通过PLC控制，使各个机械装置之间的工作运行，保持更好的动作衔接，保证各项工作之间能够顺利的进行。

所需拟解决的关键问题：

（1）淡水鱼鱼体的定向

淡水鱼加工之前，往往是许多大小不等的鱼在传输过程中鱼体方向不一，如若人工去进行定向过于消耗人力和时间，所以本课题需要设计一套使其进行定向的流程和装置。

（2）加工过程中对鱼体的固定

在加工过程时，筛选后对鱼进行鱼头鱼尾切离是鱼的固定也是一个需要解决的问题，在切除鱼头和鱼尾时鱼身所需承受一个两边所带来的作用力使其可能在加工时从机器上跌落，但是在切除时又必须保持鱼身的稳定从而使头尾切除时的作用力方向不变，虽然现已有装置可以阻止鱼的跳动，但是却不能阻止其在切除时的滑动，所以本课题也将设计一种可以将鱼体进行固定的装置。

四、总结

为了选择最优淡水鱼切割装置的结构参数和工作参数，结合实际淡水鱼的鱼体分割的实用性，经过多次模拟实验选择淡水鱼鱼体分离装置的材料及，尺寸。我们阅读并研究关于淡水鱼鱼体分离的文献资料，以进一步了解淡水鱼鱼体切割，去头，去尾的机械加工，并且构画出淡水鱼鱼体分离加工流程的草图，学习 CAD 及图像处理等软件的使用，在软件上建立试验装置的模型并进行模拟、测试;学习 ANSYS 软件，利用 ANSYS 软件进行机器人在淡水鱼在加工流程上的力学分析;根据实测结果进行参数优化，选择机械加工淡水鱼切割的机器的最优尺寸及材料，最后将淡水鱼鱼体分割装置系统用于工厂实际运用，发现问题并找到解决办法来调整机器装置，优化机器设备，调整适应性，实现各装置的协调运行，使机器完成工作任务达到最佳。

课题经费来源：课题经费来源于2020年大学生创新创业省级项目：基于机器视觉的淡水鱼鱼体分割装置系统设计，（项目编号：S202111798003）。