马齿形玉米种子尖端激光定向与胚面识别装置研(10)

1. 现有尖端定向装置 2. 本文尖端定向与胚面识别装置 3. PLC1. Existing tip orientation device 2. Proposed tip orientation and embryo side recognition device 3. PLC图7 试验台Fig.7 Test bench

试验结果表明：经过现有尖端定向装置之后有104颗玉米种子尖端定向没有成功（仍保持大头朝前），现有尖端定向装置的尖端定向成功率为89.6%；经过本文尖端定向与胚面识别装置后，仅剩9颗玉米种子尖端定向失败，本文尖端定向与胚面识别装置的尖端定向成功率达到99.1%，相比现有的尖端定向装置的尖端定向成功率提升了9.5个百分点，另外本文尖端定向与胚面识别装置的胚面识别准确率为96.4%。

最后输出的玉米种子中仅有9颗尖端定向失败，失败原因为：这些玉米种子大多尺寸偏小，长度小于10 mm或宽度小于7 mm，推杆在推动这些玉米种子时，种子会在轨道上发生转动，而没有经缺口2离开轨道，导致剔除失败。9颗尖端定向失败的玉米种子由于不满足胚面识别条件，直接认定为胚面识别失败，另还有27颗玉米种子胚面识别出错，具体情况有2种：第1种是将实际胚面朝上的玉米种子判定为胚面朝下，第2种是将实际胚面朝下的玉米种子判定为胚面朝上。将2种情况对应的玉米种子分开，分别观察这些玉米种子的自身形状和识别过程，分析后发现，第1种识别出错的主要原因是，这些玉米种子的反面有凹陷不平整，导致激光测距传感器的测量值偏大；第2种识别出错的主要原因是，激光测距传感器的检测光束没有落在胚沟内，导致激光测距传感器的测量值偏小，而导致激光测距传感器的检测光点没有落在胚沟内的原因有2点：在进行胚面识别时，玉米种子在种槽的发生了偏移，即定位作用失效；个别玉米种子畸形，胚沟不在胚面中央区域，胚沟长轴线偏离胚面对称轴较远。

综上，尖端定向失败的情况主要是由于在少数玉米种子尺寸偏小，尺寸偏小的玉米种子占试验样本总数的8.4%，但最后尖端定向失败率只有0.9%。胚面识别失败的主要原因是种槽对少数玉米种子的定位作用不理想。

该试验结果表明本研究提出的尖端定向与胚面识别方法效果良好，对比现有的尖端定向装置，尖端定向成功率有较大的提升，基本可以实现玉米种子的尖端定向，同时能够使胚面识别准确率达到较高水准。

4 结论与讨论

1）在现有的研究成果基础上，以现有尖端定向装置输出的尖端定向不完全、呈平躺姿态的马齿型玉米种子为工作对象，基于激光开关和测距原理，提出了一种马齿形玉米种子尖端定向与胚面识别方法：马齿形玉米种子尖端窄大头宽，依据该轮廓特征，利用激光开关传感器等部件对玉米种子的尖端朝向进行识别，并将大头朝前的玉米种子进行剔除；马齿形玉米种子胚面上有胚沟而反面较为平整，依据该表面特征，利用激光测距传感器可对尖端朝前的每颗玉米种子进行胚面识别，最后输出。

2）设计并搭建了玉米种子尖端定向与胚面识别装置，与现有的尖端定向装置组装成一个整体试验台，在此基础上进行玉米种子尖端定向与胚面识别试验，结果表明：本文尖端定向与胚面识别装置的尖端定向成功率达到99.1%，相比现有的尖端定向装置的尖端定向成功率提升了9.5个百分点，本文尖端定向与胚面识别装置的胚面识别准确率为96.4%。该方法基本可以实现玉米种子的尖端定向，同时保证胚面识别准确率达到较高水准。

本文提出的基于激光开关和测距原理的尖端定向与胚面识别方法对马齿形玉米种子的工作效果良好，但对少数尺寸偏小（长度小于10 mm、宽度小于7 mm）或畸形（胚沟偏离胚面中央区域）的玉米种子适用性不够理想，容易造成尖端定向或胚面识别失败，因此，该装置需继续优化，进一步提高尖端定向成功率和胚面识别准确率。控制系统的反应时间与玉米种子在直线轨道中的移动速度成反比，可以调节直线电磁振动器的振动频率或电压来加快玉米种子的移动速度，以此减小控制系统的反应时间，但是需要确保电磁振动的垂直振幅小于0.1 mm。

本文提出的玉米种子尖端定向与胚面识别方法，可为后续的自动化定向包装及玉米机械化定向播种提供参考。

文章来源：《种子科技》 网址: http://www.zzkjzz.cn/qikandaodu/2021/0427/1288.html