CN105312246A - 一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，它包括检测装置前端的入料斗、及连接检测装置的计算机控制系统，所述入料斗经安装有拨料轮的输料管管端连接采集箱，于采集箱底部出口处设有由汽缸驱动的推料块，出口处推料块下方装有由电机驱动的承接轮，以及衔接收集箱的导料槽。本发明基于高光谱技术的球形水果的检测装置结构设计简约，使用方便，它采用基于高光谱技术的球形水果的检测装置对球形水果进行检测，满足了目前对水果分级的严格需要，解决了现有水果检测分级装置技术上存在的一些问题。

Description

一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置

技术领域

本发明涉及一种水果分级检测装置，尤其是涉及一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断地提高，对于水果的品质要求也越来越高，然而目前国内市场上销售的水果基本上没有经过严格的分级，导致水果内外部品质参差不齐。传统的分级方法主要采用人工分级，通过人的直观感觉对水果进行检测分级，这种方式不仅效率低下，识别准确率也不稳定，导致市场上销售的水果不仅很难满足人们多样化的需求，也严重制约了国内水果的出口。

近几十年来，随着机器视觉技术的不断发展，特别是高光谱技术的兴起，使得在线检测水果的内外部品质成为可能。目前国内基于高光谱技术对水果检测的装置还比较少，大都停留在实验室研究阶段。公开号：CN204269559U专利文献，公开了一种椭球形水果全表面高光谱图像在线采集装置，利用设计的滚轮可以实现对椭球形水果进行翻滚，从而实现对椭球形水果全表面高光谱图像的采集。但是该装置对于光谱图像的采集是在水果不断运动下获取的，使得光谱图像的噪声比较多，对于后续的处理分析也增加了难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，安装使用方便，适合于水果严格分级的基于高光谱技术的球形水果的检测装置，它解决了现有水果检测分级装置技术上存在的上述问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，包括检测装置前端的入料斗、及连接检测装置的计算机控制系统，所述入料斗经安装有拨料轮的输料管管端连接采集箱，于采集箱底部出口处设有由汽缸驱动的推料块，出口处推料块下方装有由电机驱动的承接轮，以及衔接收集箱的导料槽。

本发明所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征还在于：

所述输料管为倾斜一定角度的空心圆管，拨料轮通过轮轴安装于空心输料管中部设置的圆形过渡部。

所述拨料轮中心为一由电机与联轴器驱动的实心圆柱，实心圆柱外圆部开有一个凹槽，沿实心圆柱外圆其余部位装有若干双排小滚轮组。

所述采集箱顶端正中位置装有CCD摄像头，正下方装有成像光谱仪，四面装有卤素灯，所述CCD摄像头通过线路与计算机控制系统连接；所诉采集箱一侧开有一与输料管出口相通的圆形孔，采集箱的底部为斗状斜面，斗底正中位置开有一长方形出料口。

所述成像光谱仪的侧部装有一部与触发器连接的光线传感器。

所述推料块有两个，沿采集箱出料口长度方向对称布置，推料块一侧连接汽缸的伸缩杆，推料块另一侧设有斜面的底板面上开有一半圆形开口，两推料块半圆形开口相互接合时构成一个对球形水果进行定位的圆形孔；所述推料块的斜面与采集箱的底部出料口处斗状斜面相吻合。

所述承接轮通过转轴固定在承接轮支座上，经联轴器与驱动电机连接；所述承接轮圆柱体的外圈均布一圈叶片，叶片外侧包覆有橡胶层。

所述衔接收集箱的导料槽两侧设有挡板，导料槽中间靠上位置装有一块由导料槽背面安装的步进电机驱动回转的转板，转板下方设有一块隔板。

所述入料斗与输料管连接处为圆弧形滑落部。

所述拨料轮的实心圆柱和小滚轮均为橡胶材料。

本发明基于高光谱技术的球形水果的检测装置，相对于现有球形水果检测技术，具有如下的优点和效果：

1.本发明检测装置结构紧凑，各部分的工作原理简单，易于生产制造；

2.本发明检测装置的拨料轮结构，能将水果有序单个的往下输送，为后续的分析处理提供了方便；

3.本发明检测装置采用两推料块底板面半圆形开口接合时构成的圆形孔对球形水果进行定位，再配合下方承接轮的作用，实现对球形水果的翻滚，从而使得CCD摄像头能够全表面获取球形水果的光谱图像；

4.本发明检测装置多处与球形水果接触的构件部位采用了橡胶材料，有效地减少了检测中对水果的损伤；

5.本发明检测装置对于球形水果光谱图像的采集是在水果静止在圆形孔定位时进行的，因此能够大大减少获取图像时由运动所引起的震动和噪声，采集图像信息准确度高。

附图说明

图1是本发明基于高光谱技术的球形水果的检测装置结构示意图；

图2是本发明检测装置拨料轮结构示意图；

图3a和图3b是本发明检测装置采集箱结构示意图；

图4是本发明检测装置推料块结构示意图；

图5是本发明检测装置承接轮结构示意图；

图6是本发明检测装置导料槽结构示意图。

图中，1.入料斗，2.输料管，3.拨料轮，4.采集箱，5.推料块，6.承接轮，7.导料槽，8.收集箱，9.球形水果，21.圆形过渡部，22.圆形滑落部，31.实心圆柱，32.凹槽，33.双排小滚轮组，41.CCD摄像头，42.成像光谱仪，43.卤素灯，44.圆形孔，45.出料口，46.光线传感器，51.汽缸，52.伸缩杆，53.底板，54.半圆形开口，61.转轴，62.支座，63.联轴器，64.圆柱体，65.叶片，66.驱动电机，71.挡板，72.转板，73.隔板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，如图1所示，包括检测装置前端的入料斗1、及连接检测装置的计算机控制系统，所述入料斗1经安装有拨料轮3的输料管2管端连接采集箱4，于采集箱4底部出口处设有由汽缸驱动的推料块5，出口处推料块5下方装有由电机驱动的承接轮6，以及衔接收集箱8的导料槽7；输料管2为倾斜一定角度的空心圆管，拨料轮通过轮轴安装于空心输料管中部设置的圆形过渡部21，入料斗1与输料管2连接处为圆形滑落部22。

如图2所示，本发明的拨料轮3中心为一由电机与联轴器驱动的实心圆柱31，实心圆柱31外圆部开有一个凹槽32，沿实心圆柱31外园其余部位装有若干双排小滚轮组33，拨料轮3的实心圆柱31和小滚轮33均为橡胶材料，使得当球形水果9由入料斗1进入输料管2中部拨料轮3的凹槽32内时，利用凹槽32内橡胶的弹性来适应水果的同形状，从而减少对水果的物理损伤。

如图3a和图3b所示，本发明采集箱4顶端正中位置装有CCD摄像头41，正下方装有成像光谱仪42，四面装有卤素灯43，CCD摄像头41通过线路与计算机控制系统连接；采集箱4一侧开有一与输料管2出口相通的圆形孔44，采集箱4的底部为斗状斜面，斗底正中位置开有一长方形出料口45；成像光谱仪42的侧部装有一部与触发器连接的光线传感器46。

采集箱4顶端的CCD摄像头41上部通过线路和触发器与计算机连接，通过计算机控制系统的图像采集软件，采集球形水果近红外波段的光谱图像，也可将触发CCD摄像头41对球形水果采集到的光谱图像储存在图像采集卡中。

如图4所示，本发明的推料块5有两个，沿采集箱4出料口45长度方向对称布置，推料块5一侧连接汽缸51的伸缩杆52，推料块5另一侧设有斜面的底板53面上开有一半圆形开口54，两块推料块5半圆形开口54相互接合时构成一个对球形水果进行定位的圆形孔；推料块5的斜面与采集箱4的底部出料口45处斗状斜面相吻合，使得滚落在由两个半圆形开口54构成圆形孔中的球形水果得以准确定位。

如图5所示，本发明的承接轮6通过转轴61固定在承接轮6支座62上，经联轴器63与驱动电机66连接；所述承接轮6圆柱体64的外圈均布一圈叶片65，叶片65外侧包覆有橡胶层。

在驱动电机66驱动下承接轮6旋转一定角度，同时使球形水果在定位的圆形孔内也翻转一定角度，从而CCD摄像头41能获取球形水果不同截面的光谱图像。承接轮6圆柱体64外圈上的叶片65外侧包覆有橡胶层，也有效的起到减小与水果接触产生的物理损伤作用。

如6所示，本发明衔接收集箱8的导料槽7两侧设有挡板71，导料槽7中间靠上位置装有一块由导料槽7背面安装的步进电机驱动回转的转板72，转板72下方设有一块隔板73。

当本发明检测装置在进行球形水果全表面高光谱图像采集过程中，CCD摄像头41将对球形水果采集到的光谱图像传输给计算机控制系统，经过图像采集软件对采集的球形水果近红外波段的光谱图像分析，并发出指令让步进电机驱动转板72回转，使落入导料槽7中的球形水果9落入不同的收集箱8内，实现对球形水果的二次分级。

实施例一：

下面以柑橘为例介绍本发明基于高光谱技术的球形水果的检测装置的工作过程：

在柑橘进行检测之前，随机从要进行检测分级的每种柑橘中选取一部分样本进行高光谱图像的数据的提取，人为地对提取的数据分析并建立数据库保留在计算机内。

柑橘通过生产线上的运输装置进入入料斗1，沿着输料管2的斜面向下滑落到与拨料轮3外侧与双排小滚轮组33相接触，在双排小滚轮组33的滚动下相对静止其外侧；拨料轮3在电机的驱动下旋转，当拨料轮3上的凹槽32转到与上端输料管2入口相接通时，柑橘落入凹槽32内并随着拨料轮3旋转，当凹槽32转到与下端的输料管2出口相接通，柑橘顺着输料管2斜面滑落到采集箱4下部的圆形孔44处时，使采集箱(4)内部光线发生变化，光线传感器感46感知这一变化并将信号传递给触发器，触发器通过计算机触发CCD摄像头41对柑橘进行高光谱图像的获取；此后控制器控制与承接轮6相连的电机旋转带动转轴61旋转，柑橘在与承接轮6圆柱体64外部的叶片65的静摩擦作用下也滚动一定角度，此时CCD摄像头41获取该状态下柑橘的高光谱图像，通过承接轮6的转动重复上述步骤，直至承接轮6旋转一周，获取不同状态下柑橘的高光谱图像，导入计算机内进行光谱图像的分析。

计算机控制系统可以控制拨料轮3的转速，与CCD摄像头41获取柑橘不同状态下高光谱图像所需的时间相协调，避免出现还没完成柑橘各个截面的光谱图像获取时，下一个柑橘落入采集箱现象的发生。

计算机将获取的高光谱数据的分析结果与之前建立的数据库进行比较分析，得出所需要的结果，再转化成电信号传递给检测装置控制器，控制相对应的气动元件工作，同时控制物料槽7内与转板72相连电机的旋转方向，伸缩杆52带动推料块5运动，随着转板72向左或右旋转90度，柑橘沿物料槽7挡板71一侧斜面落入收集箱8内，完成一个柑橘的检测分级工作。

上述实施方式只是本发明的一个优选实例，不是用来限制发明的实施与权利范围，凡依据本发明申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，包括检测装置前端的入料斗(1)、及连接检测装置的计算机控制系统，其特征在于，所述入料斗(1)经安装有拨料轮(3)的输料管(2)管端连接采集箱(4)，于采集箱(4)底部出口处设有由汽缸驱动的推料块(5)，出口处推料块(5)下方装有由电机驱动的承接轮(6)，以及衔接收集箱(8)的导料槽(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述输料管(2)为倾斜一定角度的空心圆管，拨料轮(3)通过轮轴安装于空心输料管(2)中部设置的圆形过渡部(21)。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述拨料轮(3)中心为一由电机与联轴器驱动的实心圆柱(31)，实心圆柱(31)外圆部开有一个凹槽(32)，沿实心圆柱(31)外圆其余部位装有若干双排小滚轮组(33)。

4.根据权利要求1所述的一种基于高光谱技术的的球形水果的检测装置，其特征在于：所述采集箱(4)顶端正中位置装有CCD摄像头(41)，正下方装有成像光谱仪(42)，四面装有卤素灯(43)，所述CCD摄像头(41)通过线路与计算机控制系统连接；所述采集箱(4)一侧开有一与输料管(2)出口相通的圆形孔(44)，采集箱(4)的底部为斗状斜面，斗底正中位置开有一长方形出料口(45)。

5.根据权利要求4所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述成像光谱仪(42)的侧部装有一部与触发器连接的光线传感器(46)。

6.根据权利要求1或6所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述推料块(5)有两个，沿采集箱(4)出料口(45)长度方向对称布置，推料块(5)一侧连接汽缸(51)的伸缩杆(52)，推料块(5)另一侧设有斜面的底板(53)面上开有一半圆形开口(54)，两推料块(5)半圆形开口(54)相互接合时构成一个对球形水果进行定位的圆形孔；所述推料块(5)的斜面与采集箱(4)的底部出料口(43)处斗状斜面相吻合。

7.根据权利要求1所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述承接轮(6)通过转轴(61)固定在承接轮(6)支座(62)上，经联轴器(63)与驱动电机连接；所述承接轮(6)圆柱体(64)的外圈均布一圈叶片(65)，叶片(65)外侧包覆有橡胶层。

8.根据权利10所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述衔接收集箱(8)的导料槽(7)两侧设有挡板(71)，导料槽(7)中间靠上位置装有一块由导料槽(7)背面安装的步进电机驱动回转的转板(72)，转板(72)下方设有一块隔板(73)。

9.根据权利要求1所述的的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述入料斗(1)与输料管(2)连接处为圆形滑落部(22)。

10.根据权利要求3所述的一种基于高光谱技术的球形水果的检测装置，其特征在于：所述拨料轮(3)的实心圆柱(31)和小滚轮(33)均为橡胶材料。