产品分拣系统和方法与流程

产品分拣系统和方法
1.相关申请
2.本技术要求于2021年1月11日提交的第63/135，888号美国临时专利申请的优先权，本技术的全部内容特此通过引用方式并入。


背景技术：

3.诸如水果或蔬菜的产品可以通过沿着传送线以促进对各个产品物品进行自动分析以评估各种定量和/或定性指标的方式运输来进行分拣，随后运输系统基于分拣标准和确定的指标将水果或蔬菜物品分拣成组。水果和蔬菜可以基于大小(重量和/或尺寸)、等级质量(颜色、瑕疵、其他外部品质(eq)和/或内部品质(iq))和/或其他分拣标准进行分拣。本专利描述了用于产品分拣的改进系统和方法。


技术实现要素：

4.本专利描述了产品分拣系统和方法的示例，所述产品分拣系统和方法包括四个常见阶段：(1)分选、(2)相机检查、(3)称重和(4)分拣。所述系统的传送线包括载体区段，所述载体区段提高了速度、效率、准确性、可靠性、耐用性和减少的维护。下面描述的示例仅用于说明目的，并且不限制本专利的发明的范围或精神。在不脱离本专利的范围或精神的情况下，可以对下面描述的水果分拣系统和方法以及由该系统和方法使用的部件进行添加、删除、替换和其他修改。
5.在一个示例中，一种产品分拣系统包括：(a)多于一个区段，所述区段至少包括产品称重区段和产品分拣区段；以及(b)传送带，所述传送带被配置为将产品物品移动到所述区段，所述传送带包括彼此连接的若干载体单元，其中所述载体单元中的至少一些各自包括：(i)载体框架，所述框架具有第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、第一端和与所述第一端相对的第二端，所述载体框架在所述第一端和所述第二端处连接到相邻载体单元的载体框架；(ii)由所述载体框架保持的产品辊，所述产品辊被配置为相对于所述载体框架在升高状态与降低状态之间移动；以及(iii)产品杯，所述产品杯被配置为通过从直立状态倾斜到所述载体框架的所述第一侧以及从所述直立状态倾斜到所述载体框架的所述第二侧来在所述产品分拣区段处从所述产品杯中取出产品物品，所述产品杯还被配置为相对于所述载体框架沿着竖直轴线移动以促进在所述产品称重区段处对所述产品杯中的所述产品物品进行称重，当所述产品杯处于所述直立状态时所述产品杯由称重构件支撑，所述称重构件包括称重表面，所述称重表面被配置为接触所述称重区段的测力传感器，所述称重表面在处于所述直立状态时位于所述产品杯下方，并且位于所述载体框架的所述第一侧与所述第二侧之间。
6.所述称重构件可以是柱，所述柱的端部在链节主体的第一侧与第二侧之间延伸。
7.所述称重表面可以位于所述柱的端部上，并且位于所述产品杯的中心的正下方。
8.所述柱可以连接到所述载体框架。
9.所述柱可以通过浮动臂链节机构连接到所述载体框架。
10.所述浮动臂链节机构可以是一对链节机构臂，每个链节机构臂具有与所述产品辊的旋转轴线平行的枢转轴线。
11.所述产品杯可以旋转方式连接到所述柱。
12.所述产品杯还可以包括一对倾斜臂。
13.所述载体框架可以包括一个或多个竖直狭槽，所述一个或多个竖直狭槽被配置为保持所述产品辊同时允许所述产品辊在所述升高状态与所述降低状态之间移动。
14.所述产品辊可以包括轴，所述轴延伸穿过所述载体框架的所述一个或多个竖直狭槽。
15.所述载体框架可以具有一个或多个塑料主体，所述一个或多个塑料主体包括沿着所述载体框架的所述第一侧和所述第二侧延伸的一对内部金属板。
16.所述载体框架可以通过延伸穿过所述金属板的链节销连接到相邻载体单元的载体框架。
17.所述传送带可以包括一个或多个导轨，并且所述载体框架包括被配置为与所述导轨相互作用的一个或多个引导表面。
18.所述一个或多个导轨可以是一对导轨，其中所述载体框架的所述第一侧包括所述引导表面中的一者，并且所述载体框架的所述第二侧包括另一引导表面。
19.所述载体框架可以具有第一侧载体框架和第二侧载体框架，所述称重表面位于所述第一侧载体框架与所述第二侧载体框架之间。
20.在另一个示例中，一种用于产品分拣系统的载体单元包括：(i)载体框架，所述框架包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、第一端和与所述第一端相对的第二端，所述载体框架包括位于所述第一端和所述第二端处的连接结构，所述连接结构被配置为连接到相邻载体单元的载体框架；(ii)由所述载体框架保持的产品辊，所述产品辊被配置为相对于所述载体框架在升高状态与降低状态之间移动；以及(iii)产品杯，所述产品杯被配置为从直立状态倾斜到所述载体框架的所述第一侧以及从所述直立状态倾斜到所述载体框架的所述第二侧，所述产品杯还被配置为相对于所述载体框架沿着竖直轴线移动，当所述产品杯处于所述直立状态时所述产品杯由称重构件支撑，所述称重构件包括称重接触表面，所述称重接触表面在处于所述直立状态时位于所述产品杯下方，并且位于所述载体框架的所述第一侧与所述第二侧之间。
附图说明
21.图1示意性地示出了产品分拣系统的示例。
22.图2示出了产品分拣系统的载体单元的示例。
23.图3a以分解图示出了图2的载体单元。
24.图3b至图3e示出了图2的载体单元的附加视图。
25.图4示出了连接在一起的三个载体单元的示例。
26.图5示出了图2的载体单元的链节总成。
27.图6以分解图示出了图5的链节总成。
28.图7示出了安装在产品分拣系统的轨道上的载体单元的示例。
29.图8示出了图2的载体单元的杯。
30.图9示出了图2的载体单元的辊总成。
31.图1 0示出了图2的载体单元的称重柱。
32.图11和图12分别示出了图2的载体单元的上臂和下臂。
33.图1 3示出了图2的载体单元的销。
34.图14和图1 5示出了水果分拣系统的辊支撑件和旋转部件的示例。
35.图16a-c示出了水果分拣系统的内部品质检查子系统的示例。
36.图17示意性地示出了由图8中所示的杯支撑的产品物品。
37.图18至图20示意性地示出了产品分拣系统的称重子系统的示例的操作。
38.图21示出了产品分拣系统的水果分配区域的示例。
39.图22至26示出了产品分拣系统的杯再装载的示例。
40.图27a和图27b示出了产品分拣系统的驱动子系统的示例。
具体实施方式
41.图1示出了产品分拣系统和方法的一个示例的概述。图1的系统(从左到右)包括将产品送入系统的预分选机区段、对产品进行分选的分选区段、评估产品的定性和定量方面的两个检查部分(eq和iq)、对产品进行称重的称重区段、将产品分拣成组的出口区段，以及再装载区段，在所述再装载区段中，系统的杯部件复位到其原始位置以便在系统的下一个循环中重复使用。在以下描述中，尽管所描述的特定系统和方法是针对水果分拣系统的，但是所描述的系统和方法同样适用于蔬菜或其他产品分拣系统。
42.传送带将水果输送通过系统的大部分区段。传送带由通过销连接的各个载体单元形成，以形成连接的载体单元的环形链。传送带的一端处的从动链轮驱动载体单元，而另一端处的空转链轮维持链中的张力。驱动链轮比空转链轮(例如，16个齿)大(例如，24个齿)，并且链轮被布置且传送带被另外配置为使得其包括位于分选区段中的上坡斜坡。斜坡有助于分选水果，这将在下面进一步讨论。替代地，分选区段可以是水平的或扁平的。
43.传送带的各个载体单元各自包括辊总成。如图1所示，取决于特定区段，传送带的辊处于向上或向下状态。当辊处于向上状态并旋转时，它们的旋转也会使所传送的水果旋转。当辊处于向下状态时，水果将由位于辊之间的杯支撑。
44.载体单元
45.图2至图13示出了载体单元的一个示例。图2示出了组装的载体单元，而图3a示出了拆卸的载体单元。图4示出了连接在一起的三个载体单元。图5至图13示出了载体单元的部件。
46.该示例的载体单元包括链节总成20、辊总成40和杯总成60。链节总成20形成载体单元的主体。辊总成40安装在链节总成20的竖直狭槽22中，使得其可以在狭槽中自由升高和降低。杯总成60的杯62可以相对于链节和辊总成自由地升高和降低。杯62也可以横向地倾斜。下面将进一步详细讨论链节、辊和杯总成中的每一者。
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链节总成
48.该示例的链节总成在图5(组装的)和图6(拆卸的)中更详细地示出。链节总成充当载体单元的主体或框架，以及传送链中的“链节”。这与一些早期的水果分拣系统不同，在所述早期的水果分拣系统中，载体单元与传送链的金属“链节”分开，所述金属链节用于沿着
传送线驱动载体单元。通过消除单独的金属传送链，可以增强整个系统的清洁能力和食品安全性。本文描述的定径机的一些(但不一定是全部)实施方式的链节距大约是使用传统金属传送链来驱动安装在链上的单独载体部件的许多现有技术定径机的一半，从而达成磨损点、卫生问题点以及与驱动链轮和空转链轮相互作用的接触点减少50％，并以其他方式减少卫生和维护问题。在一些非限制性的示例性实施方式中，本专利的系统和方法的链节距可以在2英寸至6英寸的范围内、在3英寸至5英寸的范围内、或在3.5英寸至4.5英寸的范围内。
49.图5和图6的链节总成包括塑料内体24和塑料外体26，它们限定用于接纳不锈钢侧板28的腔体。不锈钢侧板28为链节总成提供强度，同时防止内部和外部塑料主体内产生腐蚀或其他损坏。不锈钢销30穿过内部主体和外部主体以及侧板中的开口以将载体单元连接到相邻载体单元(参见图3a)。通过用不锈钢销将载体单元连接在一起，它们形成链。塑料封装销所在的开口，从而提供出色的、磨损最小的枢轴表面。在该示例中，所有载体部件由fda批准的材料制成，并且集成设计极大地有助于提高产品的食品安全性。图13示出了钢销30的示例，所述钢销包括位于中心的锁定凹槽以促进添加或移除载体总成。在安装时，锁定凹槽与链节总成中的环形肋接合以将销固定就位。
50.如图7所示，链节总成包括用于接纳水平轨道80的凹槽32，所述水平轨道约束并引导传送线的移动。这些轨道可以使载体稳定，最大限度地减少从左到右的移动，并降低水果从载体上掉落的风险。一些常规的定径机在金属链下方的中心具有单轨道，其稳定性较差，并且由于振动和磨损，可能易于使载体倾斜，导致水果掉落。两个水平轨道80还在传送线下方形成返回轨道。当链节总成返回到传送线的开头时，该轨道支撑所述链节总成。
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杯总成
52.杯总成60包括臂64、66(图11和图12)，所述臂连接到称重柱68(图10)，所述称重柱进而连接到杯62(图8)。
53.当杯62处于居中位置并且辊总成(下面讨论)处于向下位置时，所述杯托起水果。当被螺线管臂撞击时，杯62可以向左或向右倾斜以取出水果，如后续部分中更详细讨论的。
54.称重柱68包括用于与测力传感器接触的底表面70，以促进对保持在杯中的水果进行称重。称重柱68还包括用于将杯锁定在居中、直立位置的中心点72，以及用于以旋转方式连接到臂64、66的端部的附件74。
55.下臂64和上臂66都包括用于附接到链节总成20和称重柱68的销，并且一起形成浮动平行臂链节机构，其促进称重柱68和附接的杯62沿着竖直轴线相对于链节总成20的移动。图3b至图3e示出了载体总成的附加视图，其进一步示出了臂如何将称重柱68连接到链节总成20。
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辊总成
57.图9示出了辊总成40的示例。在该示例中，辊总成40包括四个间隔开的轮盘，其中两个外轮具有比两个内轮盘更大的直径。轮子外侧采用软质材料包覆成型以实现轻柔搬运。这种软质材料抓住水果，促进旋转。这四个轮子促进水果控制、旋转和搬运。四个支撑轮形成凹形以接纳圆形或半圆形水果，促进维持水果与多个盘之间的接触。
58.所示辊总成40包括安装到链节总成20的竖直狭槽22中的轴44，允许辊总成40相对于链节总成20升高和降低。在图14和图15中所示的示例中，带可以支撑并驱动处于升高位
置的辊总成40，使得辊支撑位于相邻辊之间的水果并使水果旋转。
59.进料带、预分选机
60.在图1的示例中，所述系统包括进料带、预分选机子系统。在水果到达分拣系统的其他区段之前，进料带将水果排列成一排。
61.在一种实施方式中，进料带可以是v形带配置，以帮助增加分拣系统中的杯填充的百分比。v形带使用两条独立的扁平带，它们以大约30
°
角运行，彼此相对转动，以形成沟槽或v形以便水果排列。这些带可以不同速度运行以改进水果分选。v带的长度可以被优化以进一步提高分选效率。在操作中，水果被批量地引入到v形带的整个宽度上。当水果向前移动时，水果在v形带上找到位置，并且当v带倾倒到分拣系统的分选区段上时，水果会排列成一排。
62.为了提高速度(每秒更多的杯)，第二或串联v形带(一组v形带在另一组前方)可能会有所帮助。第二v形带在高速下可以促进改进杯填充。在一些实施方式中，第二v形带可以通过增大水果的速度(更接近分拣传送带速度)来提供附加控制。操作员可以调整这些速度以最大程度地增加杯填充。
63.进料-分选
64.在图1中所示的示例中，进料带将一排水果输送到分选区段，在所述分选区段中，水果被分离成位于传送带的辊之间的单件。
65.在分选区段处，来自预分选机v形带的水果倾倒到传送带的辊上，所述辊处于旋转位置(升高)并由10mm宽的at5公制正时带驱动。辊旋转的动作和传送带斜坡往往会促使各个水果进入相邻辊之间的位置。多余的水果通常在斜坡结束之后立即从现在处于水平部分的辊上掉落。多余的水果被收集并返回到预分选器带上以便再次运行。
66.与辊相关联的正时带的速度可以用于控制水果的旋转方向。例如，如果正时带沿与传送带相同的方向旋转，但是旋转速度低于传送带，则水果将以与传送带移动方向相反的方向旋转。如果正时带以与传送带相同的方向旋转，但是速度比传送带快，则水果将与传送带移动相同的方向旋转。在一些实施方式中，期望将水果在分拣系统的不同区段中沿不同方向旋转。例如，将水果沿与分选区段中的传送带移动相同的方向旋转可以用于促进分选过程，而将水果沿与检查区段中的传送带移动相反的方向旋转(如下所述)可以通过减少水果成像期间的模糊来促进检查过程。
67.返回到对分选区段的描述，在该示例中，水果在该区段中的旋转有助于分选水果并帮助水果在相机箱部分之前找到要围绕其旋转的轴线。通过水果在该区段中找到轴线，水果平稳地旋转离开该区段。
68.在分选区段以及水果在其沿着传送带移动时要在其中旋转的一些后续区段期间，传送带在这些区域中支撑在at5正时带上，并由带的支撑结构横向地引导。图14和图15示出了位于传送带任一侧上的带上的凸起辊。如图14中所示，将传送带从一个辊部分转移到另一个辊部分(如倾斜分选器到相机旋转)可以包括固定滑块，以在一次旋转与下一次旋转之间支撑延伸的辊轴端部。
69.外部品质(eq)相机检查
70.在分选之后，水果继续通过相机箱(图1中标记为eq)，其中相机可以捕获与水果的外部品质相关的图像数据。捕获的数据可以包括关于水果大小、形状、颜色、瑕疵或水果的
与其外部品质相关的其他方面的数据。该数据可以被送入系统控制器，诸如计算机或具有数据处理和控制功能的其他装置。
71.在该示例中，水果已被分选区域中的辊旋转，并且已找到其轴线并平稳地旋转通过相机箱。辊升高并在第二条10mm宽at5公制正时带上运行。带与辊的行进方向相同。它们以不同速度运行，导致辊根据速度差而向前或向后旋转。当水果经过相机箱下方时，这进而会使水果旋转。虽然正时带的速度可能不同，但是概念可能与分选阶段相同。
72.在所有水果旋转完成之后，辊轴延伸部再次受到支撑(与图14中所示的方式类似)，允许水果和辊旋转快速但逐渐停止旋转。然后，辊轴支撑件向下成角度，以将水果降低到下方的杯中。水果现在位于杯中，而不再位于轮子上。杯能够使水果向左或向右倾斜。
73.内部品质(iq)检查
74.在外部品质检查之后，水果通过内部品质箱(图1中标记为iq)，其中捕获与水果内部品质相关的数据。该数据也可以被送入系统控制器，诸如计算机或具有数据处理和控制功能的其他装置。在该区段中，辊处于向下位置(水果不旋转)并且水果由载体的杯支撑。
75.内部品质箱和相关部件的示例如图16a至图16c中示意性所示。正如这些图中概念性所示，来自位于相机箱的一侧的卤素灯泡的高清晰度光穿过水果。传感器接收穿过水果的光。软件分析出射光差异来表征水果的内部品质。
76.称重
77.在图1中所示的示例中，在通过内部品质检查之后，对水果进行称重。如图18中所示，在称重期间，辊处于向下位置。当处于该位置时，水果搁置在杯62中并由杯支撑。
78.在图17中所示的示例中，杯62的水果接触点呈凹形，从而捕获水果以保持稳定性并防止水果从载体上掉落。该示例中所示的杯62包括六个细长指状件和两个横向t形指状件，并且是适合于稳定地保持多种水果大小(例如，在1.5英寸至5英寸之间)的杯62的一个示例。杯62的指状件和其他方面被配置为容纳四个间隔开的轮盘，如上文所讨论的。
79.如图1 8至图20中所示，称重柱68支撑杯62并沿竖直轴线上下浮动。当柱68行进经过测力传感器时，对水果进行称重。系统进行连续重量测量，并使用算法获得每件水果的离散且准确的重量。图7还示出了称重柱68的底部与测力传感器82之间的接触。
80.如图19和图20中所示，杯总成的下臂64和上臂66在两端枢转。称重柱68通过枢转臂连接而浮动。这种浮动动作促进在高速下更准确地称重。该机械链节机构包括通过枢轴点附接到称重柱68的双平行枢转拖臂。在该示例中，链节机构允许称重柱浮动。该单个直立称重柱68位于水果的正下方。水果本身在杯中的位置并不重要。当支撑柱的枢转臂相对于传送带的方向平行且水平时(例如，如图19和图20中所示)，将水平地施加不平衡力(例如，由于不对称的水果形状)，使得对由测力传感器感测到的重量几乎没有影响。下臂64和上臂66的枢转轴线与载体单元的轴44平行，以避免向称重柱68引入不期望的竖直力。
81.水果分配-杯倾斜
82.在图1中所示的示例中，在水果称重之后，它行进到系统的杯倾斜区段，也如图21中所示。系统的控制器可以基于在先前阶段处收集的数据和/或其他数据将水果引导到分拣系统的若干可能的出口中的一者中。
83.在图中所示的特定示例中，杯62可以沿任一方向横向倾斜以将水果逐出到特定出口中。螺线管(未详细示出)可以对杯62的臂84中的一者(参见图17)施加力，以使杯倾翻并
将水果逐出到期望出口中。杯中的细长狭槽86促进这种倾斜。细长狭槽86连接到柱(例如，图10中的88)，使得杯可以相对于称重柱68稍微提升(以脱离中心点72)并相对于称重柱68横向旋转到任一侧。
84.在该示例中，水果从分拣系统上的载体下降到径向跳动带或水果收集区域。水果经由落料槽、软质旋转刷或旋转泡沫轮从载体的杯中逐出。水果类型确定落料类型。水果倾倒到其上的径向跳动带垂直于定径机传送带(参见图21)。系统上可以有多达60个或更多个定径机出口。
85.最终阶段
86.在图1中所示的示例中，在杯倾斜之后，水果离开杯并且现在杯可以返回到直立位置，从而将其重新定位在称重柱68的中心点72上。如图22至图26中所示的示例中所示，该重新定位可以通过两个步骤来完成。首先，传送带的两侧上的固定坡道92使载体返回到升高且直立位置，随后第二组坡道94支撑并升高辊总成40，准备将载体单元呈现给驱动链轮。在图27a和图27b中所示的示例中，第二组坡道94的支撑件终止于驱动链轮的轴的正上方，在所述点处，辊由附接到链轮的圆盘支撑。当传送带离开时，链轮、重力和两条水平轨道在定径机下方形成返回轨道。该轨道在总成返回到定径机的进料端时支撑所述总成，并将所有固定就位，直到传送带到达分选机端空转链轮。
87.前面已经描述了本专利所涵盖的水果分拣系统和方法的特定示例。这些示例并非以限制的方式呈现，并且在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对上述示例性系统和方法进行添加、删除、替换、修改和其他改变。