устройство для обезглавливания рыбы

Формула изобретения

Устройство для обезглавливания рыбы, включающее основание, раму, центрирующее приспособление, обмерное приспособление, рабочий орган, систему управления, отличающееся тем, что обмерное приспособление выполнено в виде блока технического зрения, состоящего из осветителя и приспособления для получения фотоизображения приголовной части рыбы, в систему управления включен блок обработки графической информации, состоящий из графического процессора для определения контура жаберной щели, связанного с приспособлением для получения фотоизображения, и вычислителя, центрирующее приспособление выполнено с элементами фиксации тушки в виде управляемых эластичных пневмокамер, а рама смонтирована на основании с возможностью продольного перемещения и снабжена кареткой для размещения рабочего органа, установленной с возможностью поперечного перемещения на раме, кроме того, устройство снабжено исполнительным блоком, связанным с вычислителем, и осуществляющим управление эластичными пневмокамерами, а также перемещениями рамы и каретки с рабочим органом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рыбной промышленности, а более конкретно к области однооперационного оборудования для обезглавливания рыбы, и может найти применение на судах промыслового флота и береговых рыбообрабатывающих предприятиях.

Обезглавливание рыбы является самостоятельной технологической операцией разделывания. Общим требованием для всех случаев обезглавливания является уменьшение отходов мяса.

В отрасли при обезглавливании рыбы предусматриваются три вида реза: прямой, клиновидный и фигурный. Вид реза определяется видом и формой тела рыбы, видом вырабатываемого продукта. При прямом резе плоскость резания перпендикулярна или наклонена под определенным углом к оси тела рыбы. При клиновидном резе имеются две плоскости резания, расположенные под углом друг к другу и к оси тела рыбы. При фигурном (U-образном) резе плоскость резания повторяет очертания жаберных крышек. Фигурный рез является более экономичным, так как на тушке остаются участки мяса, грудные плавники с костями оснований, а в некоторых случаях - брюшные плавники и плечевые кости.

Основной проблемой реализации технологической операции обезглавливания рыбы является точная настройка рабочих органов на экономичный рез головы. С целью максимально точной настройки для каждого экземпляра рыбы должны определяться длина головы и очертания жаберной крышки.

Известно устройство для отрезания головы рыбы прямым резом (а.с. 599785 СССР, МКИ² А22С 25/14, опубл. 30.03.1978), включающее подающий конвейер, приспособление для перемещения рыбы с приводом, дисковые ножи, обмеряющее устройство, включающее механические датчики для измерения толщины рыбы, вычислительное устройство, рабочий орган для перемещения тушки на рез головы. Устройство позволяет измерять толщину рыбы в районе головы или хвоста, рассчитывать длину головы косвенным методом, осуществлять перемещение рыбы в лотках подающего конвейера на экономичный рез головы.

Основными недостатками данного устройства являются применение механических измерительных органов, вычисление длины головы по толщине тушки при помощи уравнения регрессии, что существенно ограничивает точность настройки рабочих органов в связи со статистическим дрейфом длины головы и формы жаберных крышек.

Известно опорное устройство, используемое для получения видеоизображения и обработки поперечного сечения тушки рыбы (пат. 4.748724 США, МКИ⁴ А22С 25/14, опубл. 07.06.1988), включающее устройство для получения видеофотоизображения тела рыбы, вычислительный блок для расчета координат точек обработки, исполнительное устройство для настройки рабочих органов. Полученное при помощи видеокамеры плоское изображение поперечного сечения тушки позволяет рассчитать в вычислительном блоке косвенным методом координаты частей тела рыбы, а также координаты точек резания. Для настройки рабочих органов исполнительное устройство осуществляет движение рабочего органа относительно поперечного сечения тушки.

Основным недостатком данного устройства является то, что в нем используется косвенный метод определения координат точек воздействия рабочих органов на рыбу, при котором необходимые для настройки рабочих органов параметры частей тела определяются относительно поперечного сечения тушки, что не обеспечивает точную настройку рабочих органов.

Наиболее близким техническим решением является устройство для обезглавливания рыбы (а.с. СССР 374893, МКИ А22С 25/14, опубл. 15.02.1976), состоящее из основания, рамы, режущих рабочих органов, обмерно-центрирующего приспособления, системы управления, сменных рабочих направляющих. Устройство позволяет обезглавливать рыбу прямым, прямым наклонным, косым, клиновидным резом. Для настройки рабочих органов на экономичный рез устройство снабжено обмерно-центрирующим устройством, которое состоит из системы рычагов со створками, между которыми рыба проталкивается на обработку. Створки фиксируют толщину рыбной тушки. Рычаги кинематически связаны с механизмом преобразования механического перемещения рычагов в электрические сигналы для управления рабочими органами. При помощи пульта программного управления оператором задается вид обработки.

К недостаткам устройства следует отнести невысокую точность настройки рабочих органов на экономичный рез головы. Длина головы определяется косвенно по статистической зависимости от толщины тушки, в связи с чем невозможно осуществить точный фигурный рез головы. В процессе обезглавливания не обеспечивается надежная фиксация тушки центрирующим устройством, вследствие чего существенно снижается точность резания.

Для отдельных экземпляров рыбы пропорциональная зависимость между длиной головы и толщиной тушки является различной. Статистическое отклонение от среднего значения длины головы для промысловых видов рыб достигает 2-10%, что обуславливает неточную настройку рабочих органов на экономичный рез при обезглавливании рыбы. Кроме того, рыбы различного размера отличаются формой жаберных крышек, что также приводит к увеличению отходов обработки.

Изобретение решает задачу повышения эффективности устройства за счет более точной индивидуальной настройки режущих органов на экономичный рез головы.

Для достижения необходимого технического результата в известном устройстве, включающем основание, раму, рабочий орган, систему управления, обмерно-центрирующее приспособление, согласно изобретению обмерное приспособление выполнено в виде блока технического зрения, состоящего из осветителя и приспособления для получения фотоизображения приголовной части рыбы. В систему управления включен блок обработки графической информации, состоящий из графического процессора для определения контура жаберной щели, связанного с приспособлением для получения фотоизображения, и вычислителя. Центрирующее приспособление выполнено с элементами фиксации тушки в виде управляемых эластичных пневмокамер, а рама смонтирована на основании с возможностью продольного перемещения и снабжена кареткой для размещения рабочего органа, установленной с возможностью поперечного перемещения на раме. Кроме того, устройство снабжено исполнительным блоком, связанным с вычислителем, и осуществляющим управление эластичными пневмокамерами, а также перемещениями рамы и каретки с рабочим органом.

Рыба основных промысловых видов характеризуется тем, что жаберная щель выделяется значительно меньшей интенсивностью излучения отраженного света на фоне приголовной части. Этот признак позволяет определить очертания жаберной крышки и границу головы для расчета координат плоскости экономичного реза.

Формально получение фотоизображения заключается в определении функциональной зависимости интенсивности излучения от координат точек изображения

Фотоизображение приголовной части тела рыбы представляется в цифровой форме путем дискретизации значений интенсивности излучения (яркости) в каждой точке фотоизображения. Дискретизация ведется в пространстве по геометрическим координатам и по значению интенсивности излучения. Результатом дискретизации по полю изображения является дискретное изображение - функция g(m, n), значения которой совпадают со значениями f(x, у) в точках:

где m=0, 1, 2, ..., М-1; n=0, 1, 2, ..., N-1.

В связи с тем, что на этапе формирования фотоизображения приголовной части вносятся аппаратные шумы, применяется пороговая фильтрация шумов. При этом последовательно анализируется цифровое представление яркости всех элементов изображения f(x, у), и если яркость элемента анализируемой группы из N×N элементов превышает среднюю яркость группы

на заданное пороговое значение, то его яркость заменяется на среднюю яркость группы G. Обычно N принимается равным 3 или 5.

Выделение контуров головы и жаберной крышки основано на дифференциальном алгоритме. Контур жаберной щели и контур головы рыбы соответствуют максимумам нормы градиента функции изображения f(х, у). Поиск градиента связан с определением производных функции f(х, у). Границы могут быть определены методом поиска максимума функции при помощи оператора Робертса. При этом схема приближенного вычисления нормы градиента дискретного изображения g(m, n) сводится к следующему виду:

где G(m, n) - норма градиента функции g (m, n).

В результате выполнения процедуры выделения контуров определяются значения совокупности параметров, представленных в таблице.

Параметры приголовной части рыбы
№ п/п	Переменные	Значение
1	(x1; y 1)	Координаты вершины рыла
2	(Х 2; y2)	Координаты наиболее удаленной от вершины рыла точки жаберной крышки
3	(х 3; y3)	Координаты центра глаза
4	(Х4; y4)	Координаты крайней верхней точки жаберной крышки
5	(Х5 ; y5)	Координаты крайней нижней точки жаберной крышки
6	(Х6; y 6)	Координаты крайней левой точки брюшного плавника
7		Матрица координат точек воздействия на тело рыбы для позиционирования рабочего органа на фигурный рез головы

На фиг.1 представлено многотоновое изображение приголовной части рыбы с указанием ее геометрических параметров.

На фиг.2 представлен пример фотоизображения приголовной части рыбы. Рамкой показана часть изображения, обработанная в соответствии с алгоритмом (4) для выделения контуров головы и жаберной щели.

На фиг.3 представлена схема предлагаемого устройства для обезглавливания рыбы. На схеме приняты следующие обозначения:

1 - операционный конвейер.

2 - станина устройства для обезглавливания рыбы.

3 - блок технического зрения.

4 - графический процессор.

5 - блок обработки графической информации.

6 - вычислитель.

7 - исполнительный блок.

8, 9 - шаговые двигатели.

10, 11 - пневмораспределители.

12 - стопорное приспособление.

13 - эластичные управляемые пневмокамеры.

14 - направляющие.

15 - рама.

16 - каретка для размещения рабочего органа.

17 - пневмоцилиндр.

18 - приемный бункер.

19-осветитель.

20 - приспособление для получения фотоизображения приголовной части рыбы.

21 - центрирующее приспособление.

В предлагаемом техническом решении точная настройка рабочих органов осуществляется за счет определения координат плоскости резания по фотоизображению приголовной части рыбы. В связи с тем, что контуры головы и жаберной щели характеризуются пониженной яркостью по отношению к телу рыбы, возможно определение параметров контуров по фотоизображению. Наличие блока технического зрения позволяет рассчитать в вычислителе координаты плоскости резания в зависимости от фактического положения жаберной щели и истинной длины головы рыбы. В результате, это приводит к максимально точному движению рабочего органа при резании и экономичному фигурному резу головы.

В предлагаемом устройстве для обезглавливания операционный конвейер 1 связан со станиной 2. Блок технического зрения 3 размещен над приголовной частью рыбы и соединен с графическим процессором 4. Графический процессор 4 связан с вычислителем 6, который соединен с исполнительным блоком 7. Исполнительный блок 7 связан с шаговыми двигателями 8 и 9, пневмораспределителями 10 и 11, стопорным приспособлением 12. Шаговый двигатель 8 связан с рамой 15 для обеспечения ее продольного перемещения, шаговый двигатель 9 связан с кареткой для размещения рабочего органа 16 для обеспечения ее поперечного перемещения. Рама 15 связана с направляющими 14 и кареткой для размещения рабочего органа 16. Пневмораспределитель 10 связан с двумя пневмокамерами 13. Пневмораспределитель 11 связан с пневмоцилиндром 17. Центрирующее приспособление 21 включает две пневмокамеры 13 и связано с операционным конвейером 1.

Работа устройства для обезглавливания рыбы осуществляется следующим образом.

При перемещении рыбы на операционном конвейере 1, расположенном на неподвижной станине 2 устройства для обезглавливания рыбы, приголовная часть тушки попадает в поле зрения приспособления для получения фотоизображения 20 блока технического зрения 3. В режиме дискретизации изображения информация поступает в графический процессор 4, входящий в состав блока обработки графической информации 5. Графический процессор 4 рассчитывает геометрические координаты приголовной части рыбы, приведенные в таблице. На основе данной информации вычислитель 6 рассчитывает координаты точек позиционирования рабочего органа, на основе которых исполнительный блок 7 вырабатывает управляющие воздействия на исполнительные шаговые двигатели 8 и 9, пневмораспределители 10 и 11, стопорное приспособление 12 для фиксации тушки. При срабатывании пневмораспределителя 10 подается сжатый воздух в управляемые эластичные пневмокамеры 13, которые блокируют перемещение рыбы при отсекании головы. Под воздействием шагового двигателя 8 осуществляется продольное перемещение по направляющим 14 рамы 15, на которой расположена каретка для размещения рабочего органа 16. Под воздействием шагового двигателя 9 каретка для размещения рабочего органа 16 совершает вдоль рамы 15 поперечное перемещение. Каретка 16 совместно с рамой 15 отрабатывает программную траекторию фигурного реза, рассчитанную вычислителем 6. После отсекания головы рыбы способом фигурного реза при помощи рабочего органа с применением струи жидкости или лазера (пат. 249179 ГДР, МКИ⁴ А22С 25/14, опубл. 02.09.1987), размещенного на каретке 16, пневмораспределитель 11 с электромагнитным управлением кратковременно подает сжатый воздух в пневмоцилиндр 17, шток которого сталкивает отрезанную голову в приемный бункер 18. Далее пневмораспределитель 10 прекращает подачу сжатого воздуха в пневмокамеры 13, отключается стопорное приспособление 12, что позволяет обезглавленной тушке на операционном конвейере 1 покинуть рабочую зону устройства для обезглавливания. При необходимости осуществляется настройка яркости осветителя 19 и резкости изображения в приспособлении для получения фотоизображения приголовной части рыбы 20. Для центрирования рыбы при ее движении на операционном конвейере предназначено центрирующее устройство 21.