CN104662420B - 用于检测蛋壳中的裂缝的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在鸡蛋被支撑的情况下对鸡蛋的蛋壳特征化的方法和装置，包括：‑使蛋壳变形，‑使用具有扫描信号的自混频激光振动计(SMLV)的激光波束来扫描蛋壳，藉以获得反射光的反射光信号，‑使用SMLV来处理扫描信号和反射信号，藉以获得具有裂缝信息的混频信号，‑在扫描期间，相对于SMLV移动鸡蛋，‑将这些信号与预置的准则及此类鸡蛋的特性相比较，藉以获得比较性数据，以及‑基于该比较性数据来特征化蛋壳。

Description

用于检测蛋壳中的裂缝的方法和装置

本发明涉及用于对鸡蛋的蛋壳特征化的方法和装置。

此类方法和装置从Pawan Lumar Shrestha的“Self-Mixing Diode LaserInterferometry(自混频二极管激光干涉测量)”，新西兰，汉密尔顿，怀卡托大学，2010年2月中获知，其在下文中被称为Shrestha。更具体地，描述了如何检测和确定鸡蛋的蛋壳中的裂缝的方法，即，通过以下操作，

-定位鸡蛋，其位于滚轴上，其中裂缝与激光振动计直接相对，同时每次使用这些滚轴，可选择鸡蛋的下一固定观察位置，

-使用400Hz与17kHz之间的频调使鸡蛋进入与经聚焦扬声器声音的共振，

-使用激光振动计测量共振信号，藉以使用傅里叶分析的辅助来获得用于振幅过程的信号和用于频率过程的信号两者。

除了所提到的激光振动计之外，具体而言，由自混频激光振动计(SMLV)实现的“自混频”的原理也被详细讨论。

如在这个文档中详细阐明的，共振频率信号在为此开发的重构模型之一的辅助下基于本领域技术人员所知的波动力学获得。

然而，在这个文档中，没有提供在通常情况下例如鸡蛋拣选机中要检查较大数目的鸡蛋的裂缝的情形(其一个示例在EP738888中示出)中的应用或解决方案。

看上去如由Shrestha描述的信号的类型和相关联处理不适于工业应用，即，既不用于在较短时间内确定较大数目的鸡蛋的裂缝，也不用于确定例如蛋壳上裂缝的位置。此外，没有清楚的准则被给出或应用于作出有/无裂缝的选择，也没有此类裂缝的任何进一步特征化。

为了补救此类不足之处，根据本发明，提供了一种用于在鸡蛋被支撑的情况下对鸡蛋的蛋壳特征化的方法，其包括：

-使此类鸡蛋的蛋壳的至少第一部分S1变形，

-使用具有扫描信号的自混频激光振动计(SMLV)的激光波束来扫描所述第一部分S1，或者使用来自具有波长λ的激光源的激光源光来扫描所述蛋壳的至少第二部分S2，其中100<λ<1500nm，藉以获得反射光的至少单个反射光信号，

-使用所述SMLV来处理所述扫描信号和所述反射信号，藉以获得具有振幅A(t)或从其导出的量A’(t)的混频信号，藉以获得裂缝信息，

-在扫描期间，相对于SMLV移动鸡蛋，

-在所述处理中，将所述信号与预置的准则及此类鸡蛋的特性相比较，藉以获得比较性数据，以及

-基于所述比较性数据对所述蛋壳特征化，藉以获得基本上整个蛋壳的蛋壳状况的特性。

看上去使用根据本发明的方法，能以非常简单的方式来监视被设置成运动的蛋壳部分的行为。

更具体而言，根据上文所指示的本发明的方法，鸡蛋被暂时地变形。此类变形将穿过鸡蛋伸展并尤其在蛋壳上伸展，由此使得鸡蛋整体振动。尽管根据以上已知的方法(即，根据EP738888的检测器中的共振以及根据Coucke和从其推导出的方法体系的蛋体的共振)，这些振动在激发之后被监视达相对较长的时间段，但根据本发明，在变形期间获得的信号被分析。蛋壳的对应部分的随后发生的和可观察的行为与所提及的共振行为相当不同。

进一步，本方法的各实施例可具有以下特性：混频信号是在鸡蛋移动之际在多普勒频移的辅助下获得的；

对混频信号A(t)的处理包括在紧接所述变形之后的时间点t(i)确定强度波动的数目A(t(i))；

对混频信号A(t)的处理包括在紧接所述变形之后的时间点t(i)确定跳跃强度波动的数目A(t(i))；

确定所述强度波动的第一信号导数dA/dt、或从其导出的量[dA/dt]’；

对混频信号A(t)的处理进一步包括在紧接所述变形之后的时间点t(i)处确定A(t)或导数A'(t)的零轴交叉点，其中A(t(i))＝0或A'(t(i))＝0；

在开始于t(0)的所述变形之后的时段0<t<1ms内处理混频信号；

处理优选地在时段50<t<800μs中发生，更优选地在时段100<t<700μs中发生；

所述第一部分S1包括此类鸡蛋的中纬线上的位置；

所述第一部分S1包括此类鸡蛋的末端中的至少一个末端处的位置；

它适用于S2＝S1的所述第二部分；

所述第二部分S2包括鸡蛋表面上与中纬线基本平行的环的图案；和/或

此类鸡蛋至少在扫描期间旋转。

此外，本发明提供了一种用于基于良好定义的特性来分拣鸡蛋的方法，其中包括根据前述权利要求之一的至少蛋壳特性。

关于接近根据本发明的方法的现有技术方法的进一步详情，除了以上讨论的Shrestha之外，注意以下内容。

根据来自EP 738888的方法和装置，位于环状滚轴传送器的旋转的滚轴上的鸡蛋被特别为此目的开发的轻击器－检测器组合沿至少两个环来环状轻击。由球局部地对鸡蛋的每次轻击还可在检测器或振动传感器的外壳中产生声音信号。此信号提供关于对应局部蛋壳状况的信息，更具体地例如关于蛋壳中在轻击位置周围存在或不存在裂缝的信息。此类轻击规程中对每个鸡蛋的所有轻击的组合由此提供了关于实际上整个蛋壳的信息。此信息是导致关于此类鸡蛋的分拣判定的准则之一。

更具体地，由此获得的该信息是间接的，即，经由振动传感器的外壳中的球的振动。然而，此类振动传感器自身也需要被连续地监视和测试其自身振动行为。这就例如构成此传感器的各部分的磨损或污染而言是尤其必要的。

基本而言，清楚的是，为了确定该位置，应当使用此类轻击规程来扫描蛋壳的实际上整个表面。

为了确立裂缝的完全不同的方式将鸡蛋的振动或激发作为整体来利用。关于由此获得的鸡蛋的共振行为的详情，参考“Assessment of some physical qualityparameters of eggs based on vibration analysis(基于振动分析来评估鸡蛋的一些物理质量参数)”，P.Coucke，鲁汶天主教大学，1998年3月(其在下文中被称为Coucke)，其中详尽地描述了进入共振的鸡蛋如何表现，更具体而言其蛋壳如何表现。此类行为由所谓的共振模式来表征。

监视和测量此类共振行为例如在US5696325和EP1238582中被利用。

在US5696325中，描述了对蛋壳中的裂缝的测试规程。其中，落在鸡蛋上的球导致鸡蛋作为整体的机械振动。这些振动是Coucke中所描述的振动。使用换能器，被物理描述为声学振动的这些机械振动被转换成适用于进一步分析的电信号。

不同于以上的EP738888，在EP1238582中，描述了一种轻击规程，由此实质上使用单次轻击，鸡蛋作为整体被置于振动中，如Coucke所描述的。结果所得的声音效果被鸡蛋附近的话筒检测到。共振效应中的偏移，更具体而言，共振模式可被检测并提供关于蛋壳中可能的裂缝的信息。清楚的是，此信息基本上考虑鸡蛋作为整体的状况。然而，看上去既不可能获得关于裂缝的具体位置的可靠数据，也不可能获得关于此类裂缝的性质或严重性的可靠数据。

进一步注意到，不同于根据EP738888或Coucke的振动行为(其中测量在激发之后发生较短或较长时间)，使用根据本发明的装置，蛋壳的所述部分的“静息”与“置于运动”之间的转变被详细监视。看上去，此类转变行为可使用由鸡蛋反射的激光来准确地监视。此处已确立了破损的鸡蛋和完整无缺的鸡蛋的转变行为相当不同。本领域技术人员将清楚的是此类不同非常适用为选择准则。

关于如由权利要求15的前序中指示的接近根据本发明的装置的现有技术装置，进一步细节已在上文中给出，具体参照Shrestha、EP738888、US 5696325、EP1238582和Coucke。

以简单、直接和明确方式的装置给出了关于此类蛋壳表面作为整体的状况和特性的详细信息，更具体地，藉以在非常短的时间段中测得大量鸡蛋的裂缝和它们的进一步特性的装置不可能使用以上技术来实现。

为了针对以上不足之处提供解决方案，本发明提供了一种用于在使用托架支撑鸡蛋的情况下检测鸡蛋的蛋壳中的裂缝的装置，该装置包括：

-激发器，其用于使此类鸡蛋的蛋壳的第一部分S1变形，

-自混频激光振动计(SMLV)，其用于使用扫描信号来扫描所述第一部分S1或者使用具有波长λ的激光源光来扫描此类蛋壳的至少第二部分S2，其中100<λ<1500nm，藉以获得反射信号，其中SMLV将扫描信号和反射信号处理成具有振幅A(t)或从其导出的量A’(t)的混频信号，以及

-处理单元，其用于处理该混频信号，藉以获得蛋壳信息，

-驱动设备，其用于相对于SMLV来移动托架，其中该处理单元被进一步配置用于：

-将所述混频信号与预置的准则及此类鸡蛋的特性相比较，藉以获得比较性数据，以及

基于所述比较性数据对所述蛋壳特征化，藉以获得蛋壳状况的蛋壳特性。

首先，以合适方式由此达成的是可按不接触的方式来扫描整个鸡蛋表面上的变形。由同一个扫描器在各鸡蛋之间传递污垢和病菌被确定性地防止和避免，从而可满足更严格的卫生要求。

进一步的优点在于此装置的紧凑性，可沿分拣机器的分拣轨道提供其许多样本。可提及的另一优点在于，对于此类激光检测，完全不同于以上提及的机械或声学检测，磨损实质上被完全消除。

用于获得和处理此类反射光的装置从例如Giuliani等人的“Laser diode self-mixing technique for sensing applications(用于感测应用的激光二极管自混频技术)”(光学期刊A：纯光学和应用光学，4(2002)283-294)中获知，其中描述了可如何实现对物体的振动的测量。随后实质上是在被暴露的物体旋转之际对被反射的信号使用多普勒频移的环境。为了对此类信号进一步特征化和处理，参考所引用的论文。如上文中已提及的，此测量技术使用SMLV来表示。另外，将使用缩写“LV”作为“激光振动计”的缩写。对于本技术领域的技术人员而言，LV的操作和使用是公知的。

本发明的进一步实施例可包括：

-滚轴，其用于在鸡蛋的至少两个圆周位置支撑此类鸡蛋，以及

-驱动器，其用于旋转这些滚轴，藉以作为其结果，所支撑的鸡蛋旋转。

如上文中详细解释的，从例如EP738888和EP1238582获知在轻击器的辅助下激发蛋壳。不仅为此类轻击器设置的要求很高且非常具体，而且其用于由此获得适合的信号以供进一步处理的安装要求非常专业的安装经验。

为了补救此类繁重劳动，本发明还提供了用于至少根据裂缝的存在来分拣鸡蛋的装置，藉以使用根据以上提及的特征中的任一个特征的装置和方法来检测和特征化裂缝。

进一步注意到，其中光被用于检测蛋壳中的裂缝的技术的使用本身是已知的。公知的是被称为透光检验的常规技术，如例如从US2007030669中获知。这个技术不以任何方式涉及鸡蛋被置于振动，进一步它是鸡蛋被照射的状况。关于使用激光波束来扫描鸡蛋，参考US5615777，其中具有特定照明图案的激光波束被用于使用以各角度出射的激光来对蛋壳中的裂缝形象化。然而，看起来此方法的可靠性不足以在分拣时达到合适的结果。

此外，本发明提供了用于至少根据裂缝的存在来分拣鸡蛋的装置，藉以使用根据前述权利要求中的任一个的装置和方法来检测和特征化裂缝。

根据本发明的方法和装置的进一步细节在附图的基础上阐明。

其中图1示出装置的示例性实施例的示意侧视图，以及

其中图2A、B示出已被获得和使用的信号形状的示例，

其中图2A给出由此激发的完整无缺的鸡蛋的信号形状，以及

其中图2B给出由此激发的破损鸡蛋的信号形状。

在图1中，鸡蛋E位于滚轴1上。这些滚轴1以使用具有箭头状物的箭头指示的方向r旋转。将清楚的是，这些滚轴中的至少一个必须是例如藉由发动机来外部地驱动的，从而在鸡蛋E在两个滚轴上的情况下，并且在以方向R(其也由具有箭头状物的弧来指示)旋转鸡蛋E的情况下，第二滚轴1将旋转。

SMLV检测器2安排在接近此鸡蛋E，并且藉由以上指示的在光点处暴露光和反射光的光学混频信号，将能够监视变形和移动的发生和发展。在旋转此类鸡蛋E之际，例如沿着环的位置将被追随。本领域技术人员将清楚的是，取决于方向和速度，观察到期望数目的位置。在根据图1的示例性实施例中，示意性地，波束3被表示为在穿过此类鸡蛋E的随机平面上。如果那么期望，则此平面的方向可以是倾斜或垂直的，并且可设置激光束的影响点的位置的图案。例如，对于鸡蛋表面，可设置经线或纬线与接近或具有一端上的影响点的环的组合。

本领域技术人员将清楚的是，在移动此类鸡蛋之际，获得反射信号的多普勒频移。根据以上参照的SMLV原理的简单处理的条件随后被合适地满足。此移动可以是：

-将鸡蛋或一长排鸡蛋平移或传递到例如传送器上，

-在所述托架(即，滚轴)上旋转此类鸡蛋，或者

-传递和旋转的组合。

此外，在图1中，使用虚线E’非常示意性地指示了鸡蛋E已被设置成振动，藉以共振之际的表面遵循波状运动。

本领域技术人员将清楚的是，使得鸡蛋E旋转的此类方式适用于在测试设置中应用和在滚轴分拣器中应用两者时，其中类似的滚轴被使用，例如EP1238582中提及的滚轴分拣器。本领域技术人员将清楚的是，分拣器中的滚轴可按各种方式来驱动，例如通过在支撑带上滚动它们。在检查位于两个连续滚轴上的单个鸡蛋的情形中，驱动这些滚轴中的一个可足够。

在示例性实施例中，未表示鸡蛋E可如何被设置成振动。在本技术领域，本领域技术人员知晓可使用何种方式来实现这个操作。再次，作为这个操作的示例，参考根据EP1238582的激发器或轻击器。

在图2A、B中分别表示了在完整无缺的鸡蛋和破损鸡蛋的蛋壳部分变形之际获得的信号形状。

更具体的，这些信号形状是轻击和由此在中纬线处的变形、以及使用激光波束也在中纬线处扫描的结果。对于图2B中的破损鸡蛋的情形，裂缝类似地在中纬线处提供。所使用的激光是具有为655nm的波长λ的光的连续激光。

被检查的鸡蛋位于旋转的滚轴上并且具有0.67转/秒。

对鸡蛋的轻击以及由此对它的变形和将它设成振动通过使用基本上根据如在EP1238582中描述的模型的轻击器来实现。

图2A是其中表示上文提及和使用SMLV原理获得的两个信号的信号示图：

-从旋转的鸡蛋获得的混频信号被转换成电压V，并且可由高频电压波动来识别；

-第二条线水平地开始并且随后三次穿过0线。该示图是在0.8ms或即800μs的时间段上的此类电压梯度的记录。

第二条线或曲线是表示轻击器的移动的信号的表示。该信号使用安装在轻击器上的PCB-Piezotronics的类型MODEL352B70的加速计来获得。该信号是轻击器的轻击端经历的加速度的表示。更具体地，轻击的开始在开始之后150μs处标记。

后续的负电压值示出轻击器的减速，即，蛋壳的轻击位置的“压凹”或变形，其中减速持续增大。后续的水平部分已在处理信号时藉由公知的信号限制被省略掉。随着后续的可见的上升线，减速再次消失并且返回至0。在约400μs的时刻，是变形停止并且轻击器向后摇摆离开鸡蛋的时刻。

以上提及的第一信号是扫描光与反射光一起导致的强度的表示。

更具体地，这些是非常快速地变化的强度，其主要由光信号中由蛋壳表面部分来回弹跳导致的具有相位跳跃和多普勒频移的距离改变产生，其相互作用在整个蛋壳上传播。在此图2A中，对于完整无缺的鸡蛋，这是规则变化且逐渐增大和减小的强度。

在图2B中，为破损鸡蛋作出类似记录。尽管此图2B中的第二条曲线大致等于图2A中的第二条曲线，但第二信号具有完全不同的特性。更具体地，当增大和减小相当大时发生更大的强度波动，因为反射壳部分具有更大的移动的自由度并且在变形之际将偏离更多并由此“弹跳”更多。

分别在完整无缺的鸡蛋和破损鸡蛋变形之际获得的反射信号的强度上的差异是显著的。此类差异使得能够以非常合适的方式来在完整无缺的与破损的鸡蛋之间作出区分，更具体地在此类裂缝的严重性、性质和位置之间作出区分。

对这些差异特征化的一种方式是比较强度波动。导数测量是测量此第一信号的零轴跨越的次数并将其与关于完整无缺的鸡蛋的标准进行比较。

在前面，已阐明了如何选择鸡蛋、更具体地蛋壳变形的位置，以及如何记录和监视变形和移动的位置。这些位置分别使用S1和S2来指示，用于变形的位置以及扩展地用于监视的位置。本领域技术人员将清楚的是，许多图案和组合是可能的，藉以基本上整个鸡蛋表面上的变形和移动可被监视和检查，其中可能性S1＝S2，环、线、经度和纬度、点端和宽端、以及中纬线的最清楚位置。

本领域技术人员将清楚的是，以上公开的小改变被理解为落在所附权利要求的范围内。

例如，具有与鸡蛋的属性相类似的属性的产品可使用本发明的方法和装置来监视和检查。

Claims (18)

1.一种用于在鸡蛋被支撑的情况下对鸡蛋的蛋壳特征化的方法，包括：

-使此类鸡蛋的蛋壳的至少第一部分S1变形，

-使用具有扫描信号的自混频激光振动计SMLV的激光波束来扫描所述第一部分S1，或者使用来自具有波长λ的激光源的激光源光来扫描所述蛋壳的至少第二部分S2，其中100<λ<1500nm，藉以获得反射光的反射光信号，其中紧接在t(0)处开始的变形之后扫描所述第一部分S1或所述第二部分S2，

-使用所述SMLV来处理所述扫描信号和所述反射光信号，藉以获得具有振幅A(t)或从其导出的量A’(t)的混频信号，藉以获得裂缝信息，

-在扫描期间，相对于SMLV移动鸡蛋，

在t(0)之后的时段0<t<1000μs中，

-在所述处理中，将所述信号与预置的准则及此类鸡蛋的特性相比较，藉以获得比较性数据，以及

基于所述比较性数据对所述蛋壳特征化，藉以获得整个蛋壳的蛋壳状况的特性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混频信号是在所述鸡蛋移动之际在多普勒频移的辅助下获得的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对混频信号A(t)的处理包括：在紧接所述变形之后的时间点t(i)处确定强度波动的数目A(t(i))。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对混频信号A(t)的处理包括：在紧接所述变形之后的时间点t(i)处确定跳跃强度波动的数目A(t(i))。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述强度波动的第一信号导数dA/dt、或从其推导出的量[dA/dt]’被确定。

6.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，对混频信号A(t)的处理进一步包括：紧接所述变形之后的时间点t(i)处确定A(t)或导数A'(t)的零轴交叉点，其中A(t(i))＝0或A'(t(i))＝0。

7.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在开始于t(0)处的所述变形之后的时段0<t<1ms内处理所述混频信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，处理在时段50<t<800μs中发生。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，处理在时段100<t<700μs中发生。

10.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一部分S1包括此类鸡蛋的中纬线上的位置。

11.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一部分S1包括此类鸡蛋的末端中的至少一个末端处的位置。

12.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，其适用于S2＝S1的所述第二部分。

13.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二部分S2包括所述鸡蛋表面上平行于中纬线的环的图案。

14.如前述权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，此类鸡蛋至少在扫描期间旋转。

15.一种用于基于良好定义的特性来分拣鸡蛋的方法，其中包括根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的至少蛋壳特性。

16.一种用于检查鸡蛋壳中的裂缝的装置，其中所述鸡蛋使用托架来支撑，所述装置包括：

-激发器，所述激发器用于使此类鸡蛋的蛋壳的第一部分S1变形，

-自混频激光振动计(SMLV)，所述自混频激光振动计用于使用扫描信号来扫描所述第一部分S1或者使用具有波长λ的激光源光来扫描此类蛋壳的至少第二部分S2，其中100<λ<1500nm，藉以获得反射信号，其中SMLV将扫描信号和反射信号处理成具有振幅A(t)或从其推导出的量A’(t)的混频信号，以及

-处理单元，所述处理单元用于处理该混频信号，藉以获得蛋壳信息，

-驱动设备，所述驱动设备用于相对于SMLV来移动托架，其中该处理单元被进一步配置用于：

-将所述混频信号与预置的准则及此类鸡蛋的特性相比较，藉以获得比较性数据，以及

基于所述比较性数据对所述蛋壳特征化，藉以获得蛋壳状况的蛋壳特性。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，包括：

-滚轴，所述滚轴用于在鸡蛋的至少两个圆周位置支撑此类鸡蛋，以及

-驱动器，所述驱动器用于旋转这些滚轴，藉以作为其结果，所支撑的鸡蛋旋转。

18.一种用于至少根据裂缝的存在来分拣鸡蛋的装置，所述裂缝使用根据前述权利要求中的任一项的装置和方法来检测和特征化。