CN103197576A - 用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置。它主要包括机械输送装置和暂停执行装置；其中：机械输送装置中带斜齿同步带与主同步带轮、从同步带轮组成一条线性输送线，为输送装置提供动力，两排对称安装的无动力滚轮为偏心托盘提供支撑；暂停实施装置主要包括由步进电机驱动的凸轮机构、嵌入在偏心托盘偏心量大的一侧的连杆机构和一对激光对射传感器，三者协同工作使偏心托盘在光谱采集位置暂停运动。本发明能够自动控制偏心托盘的运动状态，让偏心托盘在光谱采集位置暂停运动，光谱采集在静止状态下进行，采集到的光谱更加稳定、准确，能够消除传送带速度不稳定带来的不良影响，提高检测精度。

Description

用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置

技术领域

本发明涉及一种水果检测装置，尤其是涉及一种用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置。

背景技术

随着生活水平的提高，消费者对鲜果质量要求也越来越高，不仅要求果实外观好看，而且要求内在质量好、果实无污染。在此环境下，水果品质无损检测技术受到了国内外学者及相关企业的重视，相关的无损检测设备也被频频报道。迄今为止已经出现了诸如声学检测、电学检测、X射线检测、光谱检测以及机器视觉等技术。其中光谱检测具有检测时间短、样品准备简单、环境友好无污染、可实现长时间连续检测（在线检测）等优点，被认为在水果品质无损检测方面最具潜力。基于可见光/近红外光谱的水果品质在线检测系统在国外也相对比较成熟，比如日本的Mitsui Kinzoku公司、澳大利亚的CVS（MAF/RODA集团子公司）、荷兰的AWETA、新西兰的TasteMark和意大利的Sacmi等公司都有相关产品报道。在我国很多学者也致力于相关设备的研发。台湾大学生物产业机电工程学系于2007年成功开发了线上型光电水果品质分级系统，分级速度可达90个/分钟以上。浙江大学应义斌等于2002年开始研究基于近红外光谱技术的水果内部品质无损检测研究，于2006年推出了一套基于机器视觉（外部品质）的水果品质无损检测系统；江苏大学的赵杰文等于2004年开始进行水果内部品质检测的研究。但目前国内水果内部品质的在线实时检测生产线还没有见报道。其主要原因为在线检测环境复杂，未知变量太多，比如光源稳定性，速度稳定性等。通常情况下在线检测水果品质时，被检测水果相对于光源和接收器都处于运动状态，实验证明运动速度的微小波动都会引起光谱的较大变化，导致预测值的波动，从而降低检测精度。

发明内容

为了克服背景中在线检测系统速度不稳定的缺点，本发明的目的在于提供一种用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置，运动状态控制装置基于光电传感技术，能够自动控制偏心托盘的运动状态，使采集的光谱更加稳定、准确，消除传送带速度不稳定带来的不良影响，提高检测精度。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括机械输送装置和暂停执行装置；其中：

机械输送装置：包括主同步带轮、从同步带轮、两条带斜齿同步带、V带轮及两排无动力滚轮；主同步带轮和从同步带轮各有两条带槽，两条带斜齿同步带并排安装在主同步带轮和从同步带轮槽中，带斜齿同步带外侧带有斜齿；两排无动力滚轮通过两根支撑架上的固定轴对称安装在带斜齿同步带两侧，两排无动力滚轮圆柱面高于带斜齿同步带斜齿结构的最高点；V带轮与主同步带轮同轴安装；

暂停执行装置：包括步进电机驱动的凸轮机构、一对激光对射传感器、偏心托盘及嵌入在偏心托盘偏心量大的一侧的固定盒；偏心托盘上的偏心圆孔为阶梯圆弧形通孔，偏心托盘放在两排无动力滚轮圆柱面上，偏心托盘装有固定盒的一侧朝向主同步带轮方向；凸轮机构：包括轴承座、凸轮、小轴承、挡块、滑道；凸轮两侧的轴安装在轴承座中，由固定在凸轮长轴端部的小同步带轮带动转动，轴承座固定在机架上；挡块为凸轮机构的从动件，挡块下部安装作为滚子的小轴承与凸轮接触，挡块由滑道支撑，在凸轮的驱动下沿滑道作上下运动，滑道通过螺钉竖直固定在两支撑架之间；一对激光对射传感器安装在凸轮机构和从动带轮之间的机架上，高度位于偏心托盘的底面和顶面之间。

所述的固定盒：分为固定盒上盒和固定盒下盒，固定盒下盒内安装连杆机构；连杆机构：包括五根杆件和两根刚性轴，第一杆件的一端与第二杆件的一端铰接，第一杆件位于固定盒内的部分套有弹簧并安装在弹簧罩内，第一杆件的另一端穿过固定盒下盒前壁的大圆孔伸出固定盒外与开关按钮过盈配合，第三杆件的中心与固定盒下盒上的第二刚性轴铰接，第二杆件的另一端与第三杆件的一端铰接，第三杆件的另一端与第四杆件的一端铰接，第四杆件的另一端与第五杆件的一端铰接，第五杆件的中部与固定盒下盒上的第一刚性轴铰接，第五杆件的另一端有分叉并伸出固定盒外，分叉位于开关按钮同侧的固定盒下盒下方，每分叉均有一个向下的刚性倒钩，与开关按钮同侧的固定盒下盒上方设有向下的弹性倒钩，弹性倒钩投影位于第五杆件分叉中部。

本发明具有的有益效果是：

本发明采用激光对射传感器判断偏心托盘位置，配合计算机、输送装置及暂停实施机械装置，自动控制偏心托盘的运动状态，让偏心托盘在光谱采集位置暂停运动，光谱采集在静止状态下进行，采集过程完成后偏心托盘自动恢复运动状态，使用本装置采集到的光谱更加稳定、准确，能够消除传送带速度不稳定带来的不良影响，提高检测精度。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。 

图2是暂停执行装置示意图。

图3是控制装置框图。

图4是运动状态时连杆机构主视图。

图5是运动状态时暂停执行装置示意图。 

图6是静止状态时连杆机构主视图。

图7是静止状态时暂停执行装置示意图。

图8是偏心托盘外观图。

图9是固定盒下盒外观图。

图10是固定盒上盒外观图。

图11是第五杆件外观图。

图12是凸轮外观图。

图中：1、带斜齿同步带，2、主同步带轮，3、V带轮，4、无动力滚轮，5、激光对射传感器，6、偏心托盘，7、从同步带轮，8、轴承座，9、轴承，10、机架，11、小同步带轮，12、固定盒下盒，13、开关按钮，14、挡块，15、支撑架，16、小轴承，17、凸轮，18、滑道，19、第五杆件，20、弹簧罩，21、弹簧，22、第一杆件，23、第二杆件，24、第三杆件，25、第四杆件，26、第一刚性轴，27、第二刚性轴，28、销钉，29、水果，30、弹性倒钩，31、固定盒上盒。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明包括机械输送装置和暂停执行装置；其中：

如图1、图2所示，机械输送装置：包括主同步带轮2、从同步带轮7、两条带斜齿同步带1、V带轮3及两排无动力滚轮4；主同步带轮2和从同步带轮7各有两条带槽，两条带斜齿同步带1并排安装在主同步带轮2和从同步带轮7槽中，带斜齿同步带1外侧带有斜齿；两排无动力滚轮4通过两根支撑架15上的固定轴对称安装在带斜齿同步带1两侧，相邻的无动力滚轮4径向留有一定间隙，在外力作用下可自由滚动，用于支撑偏心托盘6运动；两排无动力滚轮4圆柱面相切的上平面高于带斜齿同步带1斜齿结构的最高点，即偏心托盘6放在无动力滚轮4上时底面不会直接接触带斜齿同步带1；V带轮3与主同步带轮2同轴安装，外接电动机通过V带轮3为主同步带轮2提供动力；

如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图11、图12所示，暂停执行装置：包括步进电机驱动的凸轮机构、一对激光对射传感器5、偏心托盘6及嵌入在偏心托盘6偏心量大的一侧的固定盒；偏心托盘6的偏心孔为阶梯圆弧形通孔，内装相应形状的柔性材料以适应不同大小、形状的水果，偏心托盘6放在两排无动力滚轮4圆柱面上，偏心托盘6装有固定盒的一侧朝向主同步带轮2方向；凸轮机构：包括轴承座8、轴承9、凸轮17、小轴承16、挡块14、滑道18；凸轮17两侧的轴与轴承9过盈配合后安装在轴承座8中，由固定在凸轮17长轴端部的小同步带轮11带动转动，轴承座8固定在机架10上；挡块14为凸轮机构的从动件，挡块14下部安装作为滚子的小轴承16与凸轮17接触，挡块14由滑道18支撑，在凸轮17的驱动下沿滑道18作上下运动，挡块14的长度和行程根据实际需要确定，即最小行程时不影响偏心托盘6运动，最大行程时能按下开关按钮13，使偏心托盘6暂停运动；滑道18通过螺钉竖直固定在两支撑架15之间；一对激光对射传感器5安装在凸轮机构和从动带轮7之间的机架上，高度位于偏心托盘6的底面和顶面之间，用于判断偏心托盘6位置，激光对射传感器5通过信号放大电路连接计算机；57型步进电机为凸轮机构提供动力，57型步进电机由型号为m542的步进电机控制器控制，步进电机控制器上游连接计算机，计算机用于处理激光对射传感器5传输的信号、发送指令控制步进电机控制器、控制光谱仪进行光谱采集；

如图2、图4、图5、图6、图7、图9、图10所示，固定盒：分为固定盒上盒31和固定盒下盒12，安装时固定盒下盒12套住固定盒上盒31，两者通过螺钉固定，固定盒下盒12内安装连杆机构；连杆机构：包括五根杆件22，23，24，25，19和固定在固定盒下盒12底壁的两根刚性轴26、27，两根刚性轴26、27分别用于安装第五杆件19、第三杆件24；第一杆件22的一端与第二杆件23的一端铰接，第一杆件22位于固定盒内的部分套有弹簧21并安装在弹簧罩20内，弹簧21一端被弹簧罩20顶住，另一端被开关按钮13顶住，弹簧罩20通过螺钉固定在固定盒下盒12前臂大圆孔处，第一杆件22的另一端穿过固定盒下盒12前壁的大圆孔伸出固定盒外与开关按钮13过盈配合，第三杆件22的中心与固定盒下盒12上的第二刚性轴27铰接，第二杆件23的另一端与第三杆件24的一端铰接，第三杆件24的另一端与第四杆件25的一端铰接，第四杆件25的另一端与第五杆件19的一端用销钉25铰接，第五杆件19的中部与固定盒下盒12上的第一刚性轴26铰接，第五杆件19的另一端有分叉并通过位于固定盒下盒12前壁下方的矩形槽伸出固定盒外，分叉的两个折弯角度分别约为85°、95°，分叉位于开关按钮13同侧的固定盒下盒12下方，每分叉均有一个向下的刚性倒钩，在动力接入时倒钩用于勾住带斜齿同步带1的斜齿，为偏心托盘6提供前进动力；与开关按钮13同侧的固定盒下盒12上方设有向下的弹性倒钩30，用于在挡块14上升到最大行程按下开关按钮13（即偏心托盘失去前进动力）后卡住挡块14，使开关按钮13保持被按下的状态，弹性倒钩30投影位于第五杆件19分叉中部。固定盒上盒31底壁对应于固定盒下盒12底壁两刚性轴处焊接有两个圆环，两刚性轴分别插入两个圆环孔中将固定盒上盒31与固定盒下盒12连成一体，固定盒上盒31前壁对应于固定盒下盒12前壁开槽处开槽；固定盒通过螺钉紧固在偏心托盘6头部的长方体孔处。

本发明的工作过程主要分为四种状态：运动、运动-静止转换、静止、静止-运动转换，下面结合图4、图5、图6、图7具体说明工作过程：

启动系统，此时挡块14处于最短行程位置，调节合适的输送速度，主同步带轮2、从同步带轮7及两条带斜齿同步带1形成一条线性输送线平稳运行，将水果29平稳放在偏心托盘6的偏心圆孔处，然后将装有水果的偏心托盘6放置在无动力滚轮4上，放置时将偏心托盘6装有固定盒的一侧朝向主动带轮2方向，偏心圆孔6中心与两排无动力滚轮4的距离相等。

（1）运动状态：上述放置过程完成后，由于弹簧21处于预压缩状态，开关按钮13处于释放状态，所以第五杆件19分叉上的刚性倒钩处于下放状态，能够勾住带斜齿同步带1的斜齿，为偏心托盘6提供前进动力，在无动力滚轮4的支撑下平稳向前运动；

（2）运动-静止状态转换：当激光对射传感器5探测到偏心托盘6到达时，通过信号放大电路向计算机发出信号，计算机接收到信号后发出指令控制步进电机控制器，进而控制步进电机，使其带动凸轮17转动180°，使挡块14上升到最大行程处，偏心托盘6在此过程中继续前进，当偏心托盘6前端的开关按钮13与挡块14接触后受到阻挡，开关按钮13被按进，弹簧21开始受到压迫而被压缩，第一杆件22通过第二杆件23带动第三杆件24使其逆时针转动一定角度，进而通过第四杆件25使第五杆件19逆时针转动一定角度，至此，第五杆件19分叉上的刚性倒钩抬起，偏心托盘6失去动力，依靠惯性前进一小段距离，使弹性倒钩30得以卡住挡块14，保持开关按钮13的按进状态，此后整个偏心托盘6处于静止状态；

（3）静止状态：上述运动-静止转换过程完成后，偏心托盘6失去动力，处于静止状态，在此过程中，计算机便可控制光谱仪进行光谱采集；

（4）静止-运动状态转换：计算机在静止状态时控制光谱仪进行光谱采集，采集结束后便会发出指令控制步进电机控制器，进而控制步进电机，使其带动凸轮17再转动180°，这样挡块14便会回到最小行程处，开关按钮13在弹簧21的恢复力下得以释放，第三杆件24和第五杆件19顺时针转动一定角度，第五杆件19分叉上的刚性倒钩下移重新勾住带斜齿同步带1的斜齿，偏心托盘6恢复前进动力继续前进，一个水果的光谱采集完成。

Claims (2)

1.一种用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置，其特征在于，包括机械输送装置和暂停执行装置；其中：

机械输送装置：包括主同步带轮（2）、从同步带轮（7）、两条带斜齿同步带（1）、V带轮（3）及两排无动力滚轮（4）；主同步带轮（2）和从同步带轮（7）各有两条带槽，两条带斜齿同步带（1）并排安装在主同步带轮（2）和从同步带轮（7）槽中，带斜齿同步带（1）外侧带有斜齿；两排无动力滚轮（4）通过两根支撑架（15）上的固定轴对称安装在带斜齿同步带（1）两侧，两排无动力滚轮（4）圆柱面高于带斜齿同步带（1）斜齿的最高点；V带轮（3）与主同步带轮（2）同轴安装；

暂停执行装置：包括步进电机驱动的凸轮机构、一对激光对射传感器（5）、偏心托盘（6）及嵌入在偏心托盘（6）偏心量大的一侧的固定盒；偏心托盘（6）上的偏心圆孔为阶梯圆弧形通孔，偏心托盘（6）放在两排无动力滚轮（4）圆柱面上，偏心托盘（6）装有固定盒的一侧朝向主同步带轮（2）方向；凸轮机构：包括轴承座（8）、凸轮（17）、小轴承（16）、挡块（14）、滑道（18）；凸轮（17）两侧的轴安装在轴承座（8）中，由固定在凸轮（17）长轴端部的小同步带轮（11）带动转动，轴承座（8）固定在机架（10）上；挡块（14）为凸轮机构的从动件，挡块（14）下部安装作为滚子的小轴承（16）与凸轮（17）接触，挡块（14）由滑道（18）支撑，在凸轮（17）的驱动下沿滑道（18）作上下运动，滑道（18）通过螺钉竖直固定在两支撑架（15）之间；一对激光对射传感器（5）安装在凸轮机构和从动带轮（7）之间的机架上，高度位于偏心托盘（6）的底面和顶面之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置，其特征在于：所述的固定盒：分为固定盒上盒（31）和固定盒下盒（12），固定盒下盒（12）内安装连杆机构；连杆机构：包括五根杆件（22，23，24，25，19）和两根刚性轴（26、27），第一杆件（22）的一端与第二杆件（23）的一端铰接，第一杆件（22）位于固定盒内的部分套有弹簧（21）并安装在弹簧罩（20）内，第一杆件（22）的另一端穿过固定盒下盒（12）前壁的大圆孔伸出固定盒外与开关按钮（13）过盈配合，第三杆件（22）的中心与固定盒下盒（12）上的第二刚性轴（27）铰接，第二杆件（23）的另一端与第三杆件（24）的一端铰接，第三杆件（24）的另一端与第四杆件（25）的一端铰接，第四杆件（25）的另一端与第五杆件（19）的一端铰接，第五杆件（19）的中部与固定盒下盒（12）上的第一刚性轴（26）铰接，第五杆件（19）的另一端有分叉并伸出固定盒外，分叉位于开关按钮（13）同侧的固定盒下盒（12）下方，每分叉均有一个向下的刚性倒钩，与开关按钮（13）同侧的固定盒下盒（12）上方设有向下的弹性倒钩（30），弹性倒钩（30）投影位于第五杆件（19）分叉中部。

Images