CN103018343B - 禽蛋在线裂纹检测敲击方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种禽蛋在线裂纹检测敲击方法及装置。多个敲击机构固定安装于禽蛋上方的传送带上随着传送带运动，敲击机构在敲击过程中和禽蛋运动的速度方向一致，大小相同，敲击机构对其正下方的禽蛋进行多次的敲击，每个敲击机构包括一个管体，管体外面套有套管和线圈，构成一个电磁铁，左右两根敲击棒独立绕轴芯转动，管体内部安装一个麦克风。本发明敲击机构在敲击时和禽蛋相对保持静止，于是不需要检测禽蛋的位置和计算敲击的时间，减小控制系统的复杂度，且在敲击时禽蛋始终位于敲击机构下方，不会产生因为敲击位置偏差而导致的误差，给电磁铁线圈一次脉冲能够实现一根敲击棒的下落与另一根敲击棒的上升，简化了敲击驱动过程。

Description

禽蛋在线裂纹检测敲击方法及装置

技术领域

本发明涉及一种禽蛋的检测方法及装置，尤其是涉及一种禽蛋在线裂纹检测敲击的方法及装置。

背景技术

禽蛋裂纹检测是禽蛋分级生产线中一个重要环节，在收集、运输等过程中产生的裂纹很容易使禽蛋感染沙门氏菌，危害人体健康。

目前，检测禽蛋裂纹的方法主要有两种。1）利用机器视觉技术检测禽蛋裂纹。机器视觉技术的精度很大程度上取决于照相机的分辨率、分类算法和禽蛋蛋壳的颜色。机器视觉技术在检测蛋壳上的污点，血斑，破碎的蛋壳，奇异的形状有很大的优势。但是机器视觉很难检测到一些微小的裂纹，因为很多裂纹往往是不可见的，而且难以实现禽蛋表面图像的全面采集，易造成漏采，误差较大。2）利用声学冲击响应方法检测禽蛋裂纹。其原理是根据敲击禽蛋所产生的声脉冲振动，分析其频谱来判别是否存在裂纹。声学冲击响应方法虽然也需对蛋壳上多个点进行敲击，但其具有操作方便、检测灵敏度较高和分析速度较快等优点。国外很多禽蛋自动分级生产线上采用了声学冲击响应的方法。

用声学冲击响应的方法检测禽蛋的裂纹，通常包括以下几个步骤：

1、在敲击之前，对禽蛋进行定位，测量禽蛋直径，并且检测禽蛋空缺情况；

2、激励装置（敲击、超声波等装置）对禽蛋进行至少一次的激励，产生振动或声音；

3、信号采集装置（麦克风、压电传感器、加速度传感器等）采集该振动或声音，并且转化为电信号；

4、信号处理装置对采集到的电信号分析，辨别是否存在裂纹。

国内已经有一些类似的装置用来检测禽蛋裂纹，比如在专利CN101419196中将一个敲击球连接在一根线上，让敲击球自由摆动后敲击禽蛋表面，在敲击点的另一侧紧贴着禽蛋蛋壳表面放置一个压电传感器，用来接收敲击产生的振动信号。该专利仅提供了一种用于实验室的测试方法，由于该装置很难调节敲击的力度和频率，而且压电传感器必须和禽蛋表面接触，所以无法应用于在线快速的检测。最常见的装置是采用一根末端安装一个敲击球的敲击棒去敲击禽蛋，该种方法在专利CN101413928中得到描述，由步进电机驱动的敲击棒多点敲击禽蛋，为了保证裂纹部位无遗漏，该实施例中采用了11次敲击，而放置在禽蛋旁的麦克风接收敲击信号。目前的敲击方法基本上采用敲击机构固定的方法，当禽蛋经过敲击机构下端时，进行敲击，该种方法的缺点是必须先检测禽蛋的位置，等到禽蛋运动到敲击点时触发敲击，需要考虑多种因素，如禽蛋运行速度、敲击棒下落时间等，对控制系统要求较高。目前的敲击机构无论是基于何种控制，给一个敲击信号后，敲击机构只进行一次敲击。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提高敲击效率和准确度；本发明的目的在于提供一种禽蛋在线裂纹检测敲击方法及装置，该装置能够对禽蛋进行多次精确、全面的敲击，检测出禽蛋表面的裂纹。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一、一种禽蛋在线裂纹检测敲击方法，该方法的步骤如下：

1）多个禽蛋敲击机构固定安装在传送带上，禽蛋放置于两个马鞍形支撑滚轮之间，禽蛋敲击机构在前进方向上的间距与禽蛋的间距相同，每个禽蛋敲击机构分别与对应控制系统相连；

2）每个敲击机构包括一个管体，管体中空且上下都未密封，管体下端外部套着一个套管，套管的外面绕着线圈，套管和线圈构成一个电磁铁，套管下部的管体内部安装一根轴，轴上套有两个轴承，两个轴承分别与左右敲击棒底座固定连接，两根敲击棒底座上表面分别安装一个磁铁，左右两个磁铁的极性相反，左右两根敲击棒分别和自己对应的敲击棒底座连接，两根敲击棒末端分别安装一个敲击球，管体下面左右两侧分别开了一个长方形的槽，长方形的槽一直延伸到管体的底部，管体最下端安装一个环形的塞子，左右两侧弹簧的一端分别与塞子连接，弹簧的另一端分别连接到对应的敲击棒底座，环形塞子内部安装一个麦克风，麦克风两根信号线从管体上部引出；

3）禽蛋随着支撑滚轮前进而前进，并且随着支撑滚轮的滚动而滚动，多个敲击机构随着传送带运动而运动，运动速度和禽蛋运动速度相同，敲击机构运动到传送带下方时的运动方向和禽蛋运动方向相同，敲击机构运动到预先设定的位置后，开始敲击正下方的禽蛋，运动到另一个预先设定的位置后停止敲击并随着传送带返回，在敲击机构敲击禽蛋的过程中，禽蛋始终位于敲击机构的正下方，为了适应各种禽蛋大小，到达预先设定的位置后的第一次敲击产生的信号为测试信号，通过分析该信号的幅度大小，调节之后多次敲击的脉冲的幅度，从而控制敲击的力度。

4）当敲击机构被驱动用来检测禽蛋裂纹时，第一个正脉冲输入到敲击机构的线圈上，电磁铁产生极性与左边的敲击棒底座上的磁铁的极性相反，与右边的敲击棒底座上的磁铁的极性相同，左边的敲击棒向下转动，向下转动的过程中，弹簧由拉伸状态转变为平衡状态，再经过平衡状态转变为压缩状态，当敲击球接触到禽蛋蛋壳表面后，产生的声音信号被麦克风接收转换为电信号，并且传输到控制系统，此时由于弹簧处于压缩状态，敲击球立即反弹离开禽蛋表面，弹簧的存在保证敲击球不会反复碰撞蛋壳表面，如果敲击机构下面没有禽蛋，敲击球一直下落，直到弹簧被压缩到最短然后反弹，如果存在禽蛋没控制系统接收到敲击信号后输入第一个负脉冲到线圈上，此时电磁铁极性反转，左边的敲击棒受到电磁铁吸引向上转动，直到回到静止状态的位置，同时，右边的敲击棒受到电磁铁排斥力向下转动，和左边敲击棒敲击的方式一样，敲击球敲击到禽蛋蛋壳后反弹。右边的敲击棒完成敲击后，再输入第二个正脉冲到线圈上，进行第二轮的敲击，如此循环进行多次敲击。

二、根据权利要求1所述方法的一种禽蛋在线裂纹检测敲击装置：

本发明包括N个结构相同且大小一致的禽蛋敲击机构、传送带、多个支撑滚轮、N个控制系统；N个禽蛋敲击机构固定安装在传送带上，禽蛋放置于两个马鞍形支撑滚轮之间，N个禽蛋敲击机构在前进方向上的间距与禽蛋中心距相等，每个禽蛋敲击机构分别与各自的控制系统相连，所述N个数必需相一致。

所述的禽蛋敲击机构均包括管体、环形的塞子、套管、线圈、轴、两个轴承、三个轴套、两个敲击棒底座、两个磁铁，两个弹簧，两根敲击棒、两个敲击球、麦克风；管体中空且上下都未密封，管体外部套着由铁磁性材料制造的套管，套管的外面绕着线圈，套管和线圈构成一个电磁铁；轴固定安装在下部的管体内，轴上套有两个轴承，分别用三个轴套隔开，两个轴承分别与左右敲击棒底座固定连接，敲击棒底座横截面为长方形，两根敲击棒底座上表面分别安装一个磁铁，左右两个磁铁的极性相反，左右两根敲击棒和自己对应的敲击棒底座以螺纹的方式连接，两根敲击棒末端分别安装一个敲击球，管体下面左右两侧分别开了一个长方形的槽，两个槽一直延伸到管体的底部，管体最下端安装环形的塞子，左右两侧弹簧的一端分别与环形的塞子连接，两个弹簧的另一端分别连接到对应的敲击棒底座，环形的塞子内部安装麦克风，麦克风两根信号线从管体上部引出。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明一个敲击机构包括两根敲击棒，在一根敲击棒敲击完上升的同时，另一根敲击棒下落进行下一次敲击，即一次脉冲可以实现一根敲击棒的下落与另一根敲击棒的上升，简化了敲击过程。

2、本发明敲击机构和禽蛋在一段距离内以相同的速度前进，敲击机构和禽蛋相对保持静止，于是不需要检测禽蛋的位置和计算敲击的时间，可以极大地减小控制系统的复杂度。

3、本发明中在一段距离内，禽蛋始终位于敲击机构的正下方，不会因为敲击位置偏差而导致的误差。

4、本发明中小球和敲击棒之间，敲击棒和敲击棒底座之间都用螺纹连接，由于小球频繁接触蛋壳表面，很容易脏，这样的设计为小球和敲击棒的拆卸与更换提供便利。

附图说明

图1是本发明敲击机构的纵向切面图；

图2是图1轴位置局部剖面图；

图3是本发明敲击装置侧视图；

图4是本发明敲击装置控制示意图；

图中：1、禽蛋敲击机构，2、禽蛋，3、管体，4、槽，5、槽，6、环形的塞子，7、套管，8、线圈，9、轴，10、轴承，11、轴承，12、轴套，13、轴套，14、轴套，15、敲击棒底座，16、敲击棒底座，17、磁铁，18、磁铁，19、弹簧，20、弹簧，21、敲击棒，22、敲击棒，23、敲击球，24、敲击球，25、麦克风，26、信号线，27、信号线，28、传送带，29、支撑滚轮，30、控制系统。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明作进一步说明。

如图3所示，本发明包括N个结构相同且大小一致的禽蛋敲击机构1、传送带28、多个支撑滚轮29、N个控制系统30；N个禽蛋敲击机构1固定安装在传送带28上，禽蛋2放置于两个马鞍形支撑滚轮之间，N个禽蛋敲击机构在前进方向上的间距与禽蛋中心距相等，每个禽蛋敲击机构分别与各自的控制系统30相连，所述N个数必需相一致。

如图1、图2所示，所述的禽蛋敲击机构均包括管体3、环形的塞子6、套管7、线圈8、轴9、两个轴承10、11、三个轴套12、13、14、两个敲击棒底座15、16、两个磁铁17、18，两个弹簧19、20，两根敲击棒21、22、两个敲击球23、24、麦克风25；管体3中空且上下都未密封，管体3下端外部套着由铁磁性材料制造的套管7，套管的外面绕着线圈8，套管和线圈构成一个电磁铁；轴9固定安装在下部的管体3内，轴上套有两个轴承10、11，分别用三个轴套12、13、14隔开，两个轴承分别与左右敲击棒底座15、16固定连接，敲击棒底座横截面为长方形，且敲击棒底座材料为塑料或者铝等非铁磁性材料，两根敲击棒底座上表面分别安装一个磁铁17、18，左右两个磁铁的极性相反，磁铁17的N极朝上，磁铁18的N极向下，左右两根敲击棒21、22和自己对应的敲击棒底座15、16以螺纹的方式连接，两根敲击棒末端分别安装一个敲击球23、24，管体下面左右两侧分别开了一个长方形的槽4、5，两个槽一直延伸到管体的底部，管体最下端安装环形的塞子6，左右两侧弹簧19、20的一端与环形的塞子6连接，两个弹簧的另一端分别连接到对应的敲击棒底座15、16，环形的塞子6内部安装麦克风25，麦克风两根信号线26、27从管体上部引出，与对应控制器连接。

两条长方形的槽4、5的宽度稍大于敲击棒底座的宽度，两槽的作用是能够让左右两根敲击棒15、16沿着槽的方向做上下运动。两根敲击棒21、22敲击棒的材料为塑料，两个敲击球23、24的材料为塑料或者金属材料，敲击球和敲击棒也以螺纹的方式连接，以这种方式连接是为了方便拆卸和更换。

如图2所示的局部剖面图，轴9固定安装在管体3内部，两个轴承10、11安装在轴上，三个轴套12、13、14用于固定轴承的位置，保证轴承不会进行轴向的滑动。

如图1所示，的敲击机构处于静止的状态，此时电磁铁线圈不通电，由于两根敲击棒底座上的磁铁17、18都被电磁铁中间的铁磁性套管7吸引，两个磁铁都与套管接触，由于套管的阻挡，使得敲击棒不能够再向上转动，这个位置也被称为上止点。此时，两根弹簧19、20都处于拉伸状态，但是弹簧的拉力不足以克服磁铁17、18的吸引力将敲击棒往下拉，所以敲击棒能够维持在该位置保持不动。

当敲击机构1被驱动用来检测禽蛋裂纹时，第一个正脉冲输入到线圈8上，此时电磁铁产生极性，这个极性与敲击棒底座15上的磁铁17的极性相反，而与敲击棒底座16上的磁铁18的极性相同，即电磁铁N极向下，所以左边的敲击棒以轴9为轴心向下转动，而右边的敲击棒保持静止，左边敲击棒向下转动的过程中，弹簧20由拉伸状态转变为平衡状态，再经过平衡状态转变为压缩状态，弹簧这种状态的转变使敲击棒转动速度变慢，即敲击球23的下落速度变慢，当敲击球接触到禽蛋蛋壳表面后，产生的声音信号被麦克风25接收转换为电信号，并且传输到对应的控制装置，此时由于弹簧20处于压缩状态，敲击球立即反弹离开禽蛋表面，弹簧的存在保证敲击球不会反复碰撞蛋壳表面，由于反复碰撞会连续产生多次敲击信号，影响信号的分析与处理，弹簧很好地避免了这一情况的产生。

如果敲击机构下面没有禽蛋，敲击球一直下落，直到弹簧被压缩到最短然后反弹。麦克风未接收到敲击信号，说明这一位置没有禽蛋，不再进行第二次的敲击。

第一次敲击信号产生被控制系统接收到后，控制系统输入第一个负脉冲到线圈上，此时电磁铁极性反转，这个极性与敲击棒底座15上的磁铁17的极性相同，而与敲击棒底座16上的磁铁18的极性相反，左边的敲击棒受到电磁铁吸引向上转动，直到回到静止状态的位置，与此同时，右边的敲击棒受到电磁铁排斥力向下转动，和左边敲击棒敲击的方式一样，敲击球24敲击到禽蛋蛋壳后立即反弹。右边的敲击棒完成敲击后，再输入第二个正脉冲到线圈上，进行第二轮的敲击，如此循环进行多次敲击。

如图3所示为敲击装置的侧视图，图中敲击机构被简化，禽蛋放置在两个支撑滚轮之间，为了符合禽蛋的形状，支撑滚轮被做成马鞍形，多个敲击机构安装在传送带上，敲击机构的间隔和禽蛋的间隔相等。

禽蛋随着支撑滚轮29以T方向前进，并且随着支撑滚轮29的滚动而滚动，滚动方向用W表示，多个敲击机构1随着传送带28运动而运动，传送带运动方向用U表示，在传送带28下表面的敲击机构的运动方向和禽蛋运动方向相同，速度相等。敲击机构在运动过程中有两个状态：静止状态和敲击状态，在两个预设的位置a、b进行两个状态之间的切换，当敲击机构运动到位置a之后，敲击机构从静止状态转换为敲击状态，开始对禽蛋进行敲击，当敲击机构运动到位置b后，敲击机构从敲击状态切换为静止状态，停止敲击，并随着传送带28返回；在位置a之后，位置b之前，敲击机构与禽蛋一一对应，并根据上述过程进行循环多次敲击。

为了适应各种禽蛋大小，敲击机构到达位置a之后的第一次敲击产生的信号为测试信号，通过分析该信号的幅度大小，调节以后驱动敲击的脉冲的幅度，从而控制敲击的力度。

如图4所示的敲击装置控制图中，禽蛋以W方向转动，每个敲击机构1对应一个控制系统30，每个敲击机构和对应的控制系统（如单片机、PLC构成的系统）连接，敲击机构中麦克风25采集到的信号通过信号线26、27传输给控制系统，控制系统进行分析并判别是否存在裂纹，同时控制系统通过调节驱动敲击的脉冲幅度的大小，来控制敲击机构对禽蛋的敲击力度。

Claims (3)

1.一种禽蛋在线裂纹检测敲击方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

1）多个禽蛋敲击机构固定安装在传送带上，禽蛋放置于两个马鞍形支撑滚轮之间，禽蛋敲击机构在前进方向上的间距与禽蛋的间距相同，每个禽蛋敲击机构分别与对应控制系统相连；

2）每个敲击机构包括一个管体，管体中空且上下都未密封，管体下端外部套着一个套管，套管的外面绕着线圈，套管和线圈构成一个电磁铁，套管下部的管体内部安装一根轴，轴上套有两个轴承，两个轴承分别与左右敲击棒底座固定连接，两根敲击棒底座上表面分别安装一个磁铁，左右两个磁铁的极性相反，左右两根敲击棒分别和自己对应的敲击棒底座连接，两根敲击棒末端分别安装一个敲击球，管体下面左右两侧分别开了一个长方形的槽，长方形的槽一直延伸到管体的底部，管体最下端安装一个环形的塞子，左右两侧弹簧的一端分别与塞子连接，弹簧的另一端分别连接到对应的敲击棒底座，环形塞子内部安装一个麦克风，麦克风两根信号线从管体上部引出；

3）禽蛋随着支撑滚轮前进而前进，并且随着支撑滚轮的滚动而滚动，多个敲击机构随着传送带运动而运动，运动速度和禽蛋运动速度相同，敲击机构运动到传送带下方时的运动方向和禽蛋运动方向相同，敲击机构运动到预先设定的位置后，开始敲击正下方的禽蛋，运动到另一个预先设定的位置后停止敲击并随着传送带返回，在敲击机构敲击禽蛋的过程中，禽蛋始终位于敲击机构的正下方，为了适应各种禽蛋大小，到达预先设定的位置后的第一次敲击产生的信号为测试信号，通过分析该信号的幅度大小，调节之后多次敲击的脉冲的幅度，从而控制敲击的力度；

4）当敲击机构被驱动用来检测禽蛋裂纹时，第一个正脉冲输入到敲击机构的线圈上，电磁铁产生极性与左边的敲击棒底座上的磁铁的极性相反，与右边的敲击棒底座上的磁铁的极性相同，左边的敲击棒向下转动，向下转动的过程中，弹簧由拉伸状态转变为平衡状态，再经过平衡状态转变为压缩状态，当敲击球接触到禽蛋蛋壳表面后，产生的声音信号被麦克风接收转换为电信号，并且传输到控制系统，此时由于弹簧处于压缩状态，敲击球立即反弹离开禽蛋表面，弹簧的存在保证敲击球不会反复碰撞蛋壳表面，如果敲击机构下面没有禽蛋，敲击球一直下落，直到弹簧被压缩到最短然后反弹，如果存在禽蛋，控制系统接收到敲击信号后输入第一个负脉冲到线圈上，此时电磁铁极性反转，左边的敲击棒受到电磁铁吸引向上转动，直到回到静止状态的位置，同时，右边的敲击棒受到电磁铁排斥力向下转动，和左边敲击棒敲击的方式一样，敲击球敲击到禽蛋蛋壳后反弹，右边的敲击棒完成敲击后，再输入第二个正脉冲到线圈上，进行第二轮的敲击，如此循环进行多次敲击。

2.应用权利要求1所述方法的一种禽蛋在线裂纹检测敲击装置，其特征在于：包括N个结构相同且大小一致的禽蛋敲击机构（1）、传送带（28）、多个支撑滚轮（29）、N个控制系统（30）；N个禽蛋敲击机构（1）固定安装在传送带（28）上，禽蛋（2）放置于两个马鞍形支撑滚轮之间，N个禽蛋敲击机构在前进方向上的间距与禽蛋中心距相等，每个禽蛋敲击机构分别与各自的控制系统（30）相连，所述N个数必需相一致。

3.根据权利要求2所述的一种禽蛋在线裂纹检测敲击装置，其特征在于：所述的禽蛋敲击机构均包括管体（3）、环形的塞子（6）、套管（7）、线圈（8）、轴（9）、两个轴承（10、11）、三个轴套（12、13、14）、两个敲击棒底座（15、16）、两个磁铁（17、18），两个弹簧（19、20），两根敲击棒（21、22）、两个敲击球（23、24）、麦克风（25）；管体（3）中空且上下都未密封，管体（3）外部套着由铁磁性材料制造的套管（7），套管的外面绕着线圈（8），套管和线圈构成一个电磁铁；轴（9）固定安装在下部的管体（3）内，轴上套有两个轴承（10、11），分别用三个轴套（12、13、14）隔开，两个轴承分别与左右敲击棒底座（15、16）固定连接，敲击棒底座横截面为长方形，两根敲击棒底座上表面分别安装一个磁铁（17、18），左右两个磁铁的极性相反，左右两根敲击棒（21、22）和自己对应的敲击棒底座（15、16）以螺纹的方式连接，两根敲击棒末端分别安装一个敲击球（23、24），管体下面左右两侧分别开了一个长方形的槽（4、5），两个槽一直延伸到管体的底部，管体最下端安装环形的塞子（6），左右两侧弹簧（19、20）的一端分别与环形的塞子（6）连接，两个弹簧的另一端分别连接到对应的敲击棒底座（15、16），环形的塞子（6）内部安装麦克风（25），麦克风两根信号线（26、27）从管体上部引出。