马齿形玉米种子尖端激光定向与胚面识别装置研(8)

对于胚面朝上和胚面朝下2种状态的玉米种子，激光测距传感器检测出2种不同的距离，据此可对玉米种子的胚面朝向进行识别。由于设定的直线轨道电磁振动垂直振幅小于0.1 mm，而胚沟的最大深度大于0.6 mm，所以直线轨道的振动对胚面识别干扰作用很小。

在水平方向上激光测距传感器与种槽之间的前后相对位置也十分关键，会直接影响到对玉米种子胚面朝向的识别效果，参考图1c，在胚沟的长轴线上距尖端l/3和2l/3处作2条临界线（前临界线C和后临界线D），如图4b和4c，识别胚面朝向时，要求激光测距传感器的激光束处于2条临界线之间。2条临界线距种槽顶点的距离分别为S3和S4，差值（S4-S3）即为激光测距传感器可移动的范围，该范围将在装置设计时经测量得到。

2 玉米种子尖端定向与胚面识别装置设计

在上述原理的基础上，设计一个玉米种子尖端定向与胚面识别装置，主要包括：激光传感器选型、装置设计和控制系统设计。

2.1 激光传感器选型

基于激光开关和测距原理的尖端定向与胚面识别方法需要用到常开型激光开关传感器和高精度激光测距传感器，依据工作要求对2个传感器进行合理选型。激光开关传感器的基本要求是反应灵敏，激光测距传感器的基本要求是检测精度高，由于玉米种子胚沟的最大深度小于1 mm，所以要求测量精度至少达到0.1 mm；为了方便后续控制系统搭建，要求2个激光传感器都可以输出开关信号或模拟信号；为了方便观察传感器的工作情况，要求激光束可见；另外考虑到装置的空间布局较为紧凑、检测对象（玉米种子）尺寸较小，要求2个传感器的体积要尽量小，且保证激光束直径小于1 mm。按照以上要求，激光开关传感器的型号选择为洛施达LQD-31NO，其关键工作参数为：工作电压12~24 V、开关频率120 Hz、感应距离300 mm、激光束直径0.8 mm，该传感器反应灵敏，可输出开关信号，表现为：当检测到物体（激光束被遮挡）时触发并输出低电平；激光测距传感器选择的型号选择为松下HG-C1030，其关键工作参数为：工作电压12~24 V、测量中心距和测量范围(30±5) mm、重复测量精度10μm、激光束直径0.05 mm，该传感器可输出开关信号，表现为：传感器设定测量基准后，当实际检测距离小于测量基准时，传感器触发并输出低电平。这2种传感器体积较小，激光束为红色可见，价格便宜，对作业环境要求低。

2.2 装置设计

在介绍玉米种子尖端定向与胚面识别方法原理时，图2和图4中的相关部件为理论模型，在设计试验装置时，相关部件需要结合实际情况进行具体设计，装置结构如图5a所示。为直线轨道底部添加一个底板，底板与直线轨道焊接为一体，底板通过螺栓固定在直线电磁振动器安装面上，底板形状与直线电磁振动器安装面形状一致，长140 mm、宽50 mm，直线轨道总长240 mm，直线轨道和种槽的部分关键尺寸依据玉米种子尺寸范围确定，如图5b所示，为了表达明确，图中只截取了直线轨道的一小段，且隐藏了种槽的把手，种槽长9 mm、入口宽8 mm，入口宽度与玉米种子的平均宽度一致，直线轨道内宽10 mm，略大于玉米种子的最大宽度，而小于玉米种子的最小长度，直线轨道两侧分别有缺口1和缺口2，末端底面中央有缺口3，缺口1呈“L”形，右侧高2 mm，缺口2长15 mm，大于玉米种子的最大长度，缺口3宽1.5 mm。推杆配合电磁铁2组成推送装置。电磁铁1配合直线滑轨组成升降装置，种槽的把手具有固定连接作用，通过螺栓与连接板固定，连接板与升降装置相连接。升降装置固定在立板上，立板、推送装置和激光开关传感器固定于支撑台上面，激光测距传感器固定于支撑台侧面，支撑台则固定在升降台上。

根据设计搭建实际的玉米种子尖端定向与胚面识别装置，按照要求并结合实际情况调整好各部件的空间位置，通过调整升降台的高度、以及2个传感器在支撑台上的位置使激光开关传感器的激光束正好穿过缺口1，激光测距传感器的激光束正好穿过缺口3。由尖端定向与胚面识别原理可知，在水平方向上激光开关传感器和激光测距传感器与种槽之间的前后相对位置十分关键，结合图3和图4，经过实际测量可得激光开关传感器可移动的范围约为5 mm，激光测距传感器可移动的范围约为3.5 mm。

1. 直线电磁振动器 2. 直线轨道 3. 底板 4. 直线轨道入口 5. 激光测距传感器 6. 连接板 7. 直线滑轨 8. 电磁铁1 9. 立板 10. 电磁铁2 11. 推杆 12. 激光开关传感器 13. 支撑台 14. 升降台 15. 把手 16. 种槽 17. 定向区域1. Linear electromagnetic vibrator 2. Straight track 3. Baseplate 4. Straight track inlet 5. Laser range sensor 6. Connecting plate 7. Straight line rails 8. Electromagnet 1 9. Vertical plate 10. Electromagnet 2 11. Push rod 12. Laser switch sensor 13. Support platform 14. Lifting platform 15. Handle 16. Seed slot 17. Orientation area图5 玉米种子尖端定向与胚面识别装置结构示意图Fig.5 Structure diagram of tip orientation and embryo side recognition devicefor dent corn seeds

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