基于机器视觉检测的碾米机自动控制系统

技术详细介绍

1．立项背景

立项目的：

近年来，我国水稻产量持续维持在每年 2 亿吨以上，在水稻产量不变的前提下，如何提

高出米率，意义重大。

传统大米加工模式由于缺少在线检测手段，加工精度是否合适是通过操作工人凭感官判

断，这直接导致了为了保证大米”好看”而过度加工的现象普遍存在。过度加工使大米“精、

白、亮”，但随之而来的却是出米率下降，造成粮食资源浪费和企业效益下降。采用精确的在

线检测手段，将加工精度恰到好处地保证在相应等级的标准之上，保证用最低的加工精度生产

出合格的大米，无论对大米加工企业还是全社会来讲，都意义重大、刻不容缓。

传统生产模式弊端：

1、碾米精度靠工人经验、感觉，工人水平高低及责任心直接影响产品质量和经济效益

2、缺少在线检测设备，精度控制不精确，导致产品质量不稳定，过度加工严重。

3、无法预防和及时处理“闷车”，容易造成设备损坏，带来维修和停产损失

4、对工人能力要求过高，招工难、用工贵

5、缺少碾米过程数据统计，不利于科学管理

基于机器视觉检测的碾米机自动控制系统（简称：智能碾米控制系统），其目标是实现碾

米环节真正的自动化，采用先进的机器视觉在线检测手段，解决碾米精度控制“靠人工、凭感

观”的现状。通过合理控制留胚率，在保证大米加工精度合格及质量稳定前提下，提升出米率，

增加企业收入，提升水稻资源利用效率；以在线检测为基础实现卸料门压力全自动闭环控制，

去除人工干预；实时监测砂辊、铁辊、抛光机电流，避免“闷车”现象发生，并能及时处理“闷

车”，保障设备安全。

智能碾米控制系统的应用推广可大幅度提升整个大米加工行业的自动化、智能化水平，

提升水稻资源的利用效率，提高成品米质量，增加成品米产量，具有巨大的社会效益和经济价

值。

立项时国内外相关研究状况，主要研究成果

立项时，经过广泛的调研及科技查新，未发现国内外有同类研究应用于生产实践，本系

统属于填补国内外行业空白的全新系统，几乎从零开始，绝大部分技术点都要从头研究。

2．详细科学技术内容

一、总体思路：

1 1 、智能碾米控制系统要实现的目标规划

1）实现碾米环节加工精度的在线检测

2）以加工精度检测结果为依据，实现碾米机卸料门压力的自动控制

3）检测米机运行状态，检测异常电流升高，结合产量控制及卸料门压力调整，避免“闷

车”发生

4）能够实时记录碾米精度检测数据及米机电流等参数

2 2 、整体工作逻辑规划

3 3 、需要解决的关键问题及技术难点

1）在线检测。自动取米和自动检测。取米位置确定于最后一道铁辊碾米机出料口后，进

入过滤筛之前。自动检测采用机器视觉技术，机器视觉识别软件开发与算法开发。

2）碾米机卸料门压力自动控制逻辑。在不改变用户生产工艺的情况下，适应各用户的实

际生产需要，实现卸料门压力自动控制。同时结合产量控制、电流监测，实现米机安全保护功

能

3）数据记录与监测。相应数据库功能的开发。

4）系统硬件安装，不需要对用户设备进行大的改动，在设备故障时，不影响用户恢复传

统模式控制。

二、技术方案与创新成果

1 1 、系统构成

智能碾米控制系统由 5 5 个子系统构成：

1 1 ）留胚率在线检测系统

由自动取米装置和留胚率在线检测主机组成。

自动取米装置根据用户现场环境不同安装在适当的位置，如碾米机铁辊出料口、输料管

道等，自动取样 2500-3000 粒左右，用于留胚率在线检测。因取米量远大于人工检测留胚率

取样量，因此其留胚率测量结果更具可信度。

研究表明，精米加工过程中，留胚率与加工精度呈强烈的相关关系，留胚率可以作为精米

加工精度的一个直接衡量指标用于碾米工序的设备调节依据。

控制合适的留胚率（与企业的加工精度标准对应），既是大米加工精度的有力保障，又可

以在满足加工精度的同时将出米率提至最高，从而大幅度提升产品质量与企业效益。

留胚率在线检测系统

系统配置：

⚫ 工业相机：高分辨率工业相机及镜头

⚫ 光源：适用于测量的专用定制光源

⚫ 检测软件：视觉专用软件系统

⚫ 控制系统：自动控制专用系统

⚫ 自动取米机械手：根据用户现场情况定制

2 2 ）卸料门压力自动控制系统

卸料门压力自动控制系统是执行机构，取代原有的手动调节重砣或压簧，用于接收中央

处理系统指令，完成卸料门压力的实时、自动调节。

该系统通过伺服电机驱动、闭环控制，实现高精度的扭矩控制，保证卸料门压力调节的精

确控制，从而保证预设留胚率指标的实现。

卸料门压力自动控制系统

3 3 ）砂辊碾米机流量自动控制系统

通过驱动砂辊碾米机流量控制开关（产量调节开关），从而实现砂辊流量（产量）自动控

制。与电流监测系统联动，根据砂辊电机电流实时调控砂辊流量，保证砂辊碾米机在安全前提

下满负荷运转，并避免“闷车”事故发生。一旦发生“闷车”，系统可迅速关闭流量，保证在

最短时间内排除故障。

4 4 ）电流监测系统

电流监测系统用于实时监测碾米机（砂辊、铁辊、抛光机）电机的工作电流，通过安全保

障算法，在电流出现异常波动或升高时通过中央控制系统实时（毫秒级）调节卸料门压力自动

控制系统的输出扭矩，避免电机电流升高到临界值；在碾米机出现“闷车”的情况下，实时关

闭砂辊流量开关或将铁辊卸料门压力降为 0（相当于抬起重砣），从而保证“结团米、糠”顺

利流出，同时触发生产线原有声、光警报，提示巡线工人处理卸料门溢出的米、糠等，从根本

上保证设备运行安全。随着电流逐步下降并恢复正常后，系统自动恢复之前工作状态。

5 5 ） 中央控制系统

中央控制系统是整套系统的大脑，集中处理各子系统传递的实时数据，并通过相应的算

法向各子系统发出指令，保证各系统协同工作。数据库功能，可以为管理者提供全面详实的生

产数据记录，便于掌控留胚率、碎米率、各米机工作状态等相关信息，为科学决策提供依据。

益海嘉里中央控制系统主界面（定制）

中粮米业中央控制系统界面

2 2 、智能碾米控制系统安装、使用方式

1）智能碾米控制系统不需要对用户现有设备做任何改动，并可在系统出现故