CN105758924A - 一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置。沿禽蛋输送方向的两侧设有销轴滚子链，空心轴活动套在销轴辊子链的销轴中自转；禽蛋置于相邻空心轴之间被凹型辊子承托，空心轴的一侧固定套有同步轮，同步轮与正下方的同步带啮合；凹型辊子的正上方沿禽蛋输送方向间隔均布有多个弹性条激励机构，每个禽蛋自转前进时碰撞弹性条激励机构拨动各个弹性条产生压电信号和声音信号，经信号调理电路与数据采集与处理系统连接。本发明能实现实际的禽蛋全表面裂纹在线检测，能够检测禽蛋赤道及其两侧的蛋壳表面裂纹以及大端小端的裂纹，提高裂纹的检出率，避免了误判，具有较强的适应性。

Description

一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置
技术领域
本发明涉及了一种禽蛋裂纹在线检测装置，尤其是涉及了一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置。
背景技术
禽蛋营养丰富，产量巨大，2013年，仅全球的鸡蛋产量就达到了6800万吨。但是，禽蛋的蛋壳在生产，加工和运输中常常会破裂，带来很多问题，例如细菌更容易从裂纹进入蛋体，不仅缩短了蛋品的保质期，还引起食品安全问题。此外，在松花蛋和咸蛋的腌制过程中，如果鸭蛋存在裂纹，则直接导致腌制的失败，造成经济损失。因此，在禽蛋品质检测分级系统中，裂纹是一项重要指标，需要通过合适的检测手段在裂纹蛋流入市场前将其剔除。
目前，禽蛋裂纹的在线检测方法主要为声学检测法。其原理是通过敲击装置在线敲击蛋壳，通过拾音器获取敲击声音信号，然后分析其频谱来检测裂纹。为了提高裂纹的检出率，通常需要对蛋壳上多个位置进行敲击，尽可能地敲击到整个禽蛋蛋壳表面，此外还需要控制敲击力的大小和敲击速度，通过额外的检测装置首先检测禽蛋的尺寸用于控制合适的敲击力度。以上要求势必导致敲击机构及其控制方式复杂化，限制更高的裂纹检出率。
由于禽蛋裂纹在线检测一直是一个技术难点，目前国内还没有能生产出达到商用级别的裂纹在线检测装置，国内的各大禽蛋生产和加工企业均采用昂贵的进口检测设备，例如荷兰的MOBA公司和日本的NABEL公司。MOBA公式采用电磁线圈驱动的伸缩式敲击头，对禽蛋的赤道部位以及赤道两侧多个位置进行多点敲击进行检测，检测传感器麦克风安装于敲击头的内部。NABEL公式采用直杆型敲击锤的方式对禽蛋表面进行多点多次敲击。除了视觉检测方法，声学检测法大部分都是采用被动敲击的方式。此外，目前商用化的和正在进行研究的声学检测机构均不能实现对禽蛋的大小头处进行敲击检测，因此，现有的声学检测方法还不能实现真正意义上的禽蛋全表面检测。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，该装置利用设置有弧形凸阵列的弹性条激励位于辊子输送线上前进并自转的禽蛋的蛋壳表面，使用麦克风或压电薄膜或者结合两者检测激励时产生的振动信号，实现了真正意义上的禽蛋全表面裂纹在线检测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
包括同步带、同步轮、U型支座安装板、凹型辊子、空心轴、销轴滚子链、弹性条、信号调理电路和数据采集与处理系统；沿禽蛋输送方向的两侧设有销轴滚子链，两侧销轴滚子链之间间隔均布装有空心轴，空心轴两端的中心孔与销轴辊子链的销轴间隙配合，使得空心轴能够自转；空心轴中部固定套有凹型辊子，禽蛋置于相邻空心轴之间被凹型辊子承托，空心轴的一侧固定套有同步轮，同步轮与正下方的同步带啮合；凹型辊子的正上方沿禽蛋输送方向间隔均布有多个弹性条激励机构，弹性条激励机构两侧固定在U型支座安装板上，每个禽蛋通过弹性条激励机构被采集压电信号和声音信号，弹性条激励机构经信号调理电路与数据采集与处理系统连接。
所述的信号调理电路具有信号放大和滤波功能，所述的数据采集与处理系统包括模数转换电路和数据处理系统。
所述的弹性条激励机构包括U型支座、弹性条、麦克风和压电薄膜，N组U型支座通过第二螺栓副垂直于禽蛋输送方向跨接在两侧U型支座安装板上，并位于凹型辊子的正上方；U型支座沿U形弧度方向通过第一螺栓副间隔安装有M个弹性条，弹性条沿禽蛋输送方向延伸布置，弹性条内侧面上沿禽蛋输送方向间隔设置有弧形凸阵列，弹性条外侧面的中部贴有麦克风，弧形凸阵列的每个凸起处均贴有压电薄膜，麦克风和压电薄膜经信号调理电路连接到数据采集与处理系统。
所述的禽蛋的长径垂直于禽蛋输送方向，每个U型支座上所有弹性条呈半椭圆地围拢在禽蛋周围，常态下所有弹性条形成半椭圆的长轴长度小于待检测禽蛋的长径长度，半椭圆的短轴长度小于待检测禽蛋的短径长度，使得禽蛋通过U型支座时拨动到弹性条并与弧形凸阵列进行碰撞产生振动。
禽蛋与弹性条碰撞振动后通过压电薄膜和麦克风分别产生压电信号和声音信号，输出的信号通过信号调理电路进行放大和滤波，然后输入数据采集与处理系统进行数据处理，获得禽蛋表面裂纹结果。
所述的弹性条为呈阶梯弯折的三段结构，前段通过螺栓固定连接在U型支座上，中间段向U型支座的内侧径向弯折，后段水平平行于禽蛋输送方向，中间段和后段均设有弧形凸阵列，麦克风置于后段外表面，使得禽蛋碰撞弹性条的开始接触中间段，再接触后段。
所述的N为4～6。
所述的M为5～8。
所述的弹性条采用薄弹簧钢片，弧形凸阵列采用弹簧钢，压电薄膜采用PVDF(聚偏二氟乙烯)压电薄膜。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明的U型支座上呈半椭圆形对称布置的弹性条除了能够检测禽蛋赤道及其两侧的蛋壳表面裂纹，还能够检测大端的小端的裂纹情况，实现禽蛋完整表面的检测，避免由于未敲击到裂纹而漏检；
2、其中的弹性条激励机构结构简单，无需额外的需要控制的激励装置，可以直接安装于目前常规的禽蛋清洗和品质在线检测分级装备上，此外，通过选择合适的弹性条，不会因敲击力过大而造成新的裂纹；
3、振动检测传感器可以选用麦克风或者压电薄膜或者包括两者，避免声学检测中单独使用麦克风检测易受环境噪声干扰的声音信号的弊端，同时可进一步研究多传感器融合技术提高裂纹的检出率；
4、由于N组安装有多个弹性条的U型支座的结构完全相同，避免了声学检测法中由于激励条件(如敲击力大小、敲击位置、敲击速度等)不同引起的检测信号的不同，从而产生误判的弊端；
5、裂纹判别只需要进行一次处理，提取裂纹蛋壳与完好蛋壳的差异较大的一些时域和频域特征参数；在实际应用中，通过分析和对比各组U型支座上相同位置的弹性条上的传感器输出信号的特征参数的差异大小来判断蛋壳有无裂纹，大大简化了裂纹判别复杂度，提高了判别的适应性。
附图说明
图1是本发明装置的总体结构示意图；
图2是本发明禽蛋辊子输送机构的示意图；
图3是本发明弹性条激励机构的俯视图；
图4是本发明弹性条激励机构的侧视图；
图5是本发明弹性条激励机构的后视图；
图6是本发明弹性条激励机构的前视图；
图7是本发明弹性条安装于U型支座上的安装示意图；
图8是本发明单个弹性条及麦克风、压电薄膜的安装示意图；
图9是本发明U型支座的结构示意图。
图10是本发明系统的硬件连接图。
图中：1、同步带，2、同步轮，3、U型支座安装板，4、凹型辊子，5、空心轴，6、销轴滚子链，7、禽蛋，8、U型支座，9、弹性条，10、第一螺栓副，11、麦克风，12、弧形凸阵列，13、压电薄膜，14、第二螺栓副，15、信号调理电路，16、数据采集与处理系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明的具体实施包括同步带1、同步轮2、U型支座安装板3、凹型辊子4、空心轴5、销轴滚子链6、五组U型支座8、弹性条9、第一螺栓副10、麦克风11、弧形凸阵列12、压电薄膜13、第二螺栓副14、信号调理电路15和数据采集与处理系统16。
如图1所示，沿禽蛋输送方向的两侧设有销轴滚子链6，两侧销轴滚子链6之间间隔均布装有空心轴5，如图2所示，凹型辊子4和同步轮2紧固安装于空心轴5上；空心轴5的内孔与销轴辊子链6的销轴间隙配合，使得空心轴能够自转；同步轮2与同向布置的同步带1啮合，当销轴辊子链6带动空心轴5向前运行时，同步轮2驱动空心轴5并带动凹型辊子4运动，从而使得放置于凹型辊子4上的禽蛋7在向前运动的同时并自转，上述的销轴滚子链可选择节距为P＝12.7mm的链条，销轴间距为4个链节距4P＝50.8mm。图2中用箭头标识了空心轴5和禽蛋的旋转方向。
如图1所示，凹型辊子4的正上方沿禽蛋输送方向间隔均布有多个弹性条激励机构，弹性条激励机构两侧固定在U型支座安装板3上，每个禽蛋通过弹性条激励机构被采集压电信号和声音信号，弹性条激励机构经信号调理电路15与数据采集与处理系统16连接。
如图3～7所示，弹性条激励机构包括U型支座8、弹性条9、麦克风11和压电薄膜13，五组U型支座8通过第二螺栓副14垂直于禽蛋输送方向跨接在两侧U型支座安装板3上，并位于凹型辊子4的正上方；U型支座8上安装有五个弹性条9，弹性条9沿禽蛋输送方向延伸布置，如图9所示，U型支座8上设置有安装弹性条9的凹槽和螺纹。
弹性条9内侧与禽蛋7的接触面上沿禽蛋输送方向间隔设置有弧形凸阵列12，弹性条9外侧面的中部贴有麦克风11，弧形凸阵列12的每个凸起处均贴有压电薄膜13，麦克风11和压电薄膜13经信号调理电路15连接到数据采集与处理系统16。弹性条9材质可以选用薄弹簧钢片，弧形凸阵列12也可采用弹簧钢，压电薄膜可选用PVDF(聚偏二氟乙烯)压电薄膜。
禽蛋7的长径垂直于禽蛋输送方向，每个U型支座8上所有弹性条9呈半椭圆地围拢在禽蛋7周围，常态下所有弹性条9形成半椭圆的长轴长度小于待检测禽蛋7的长径长度，半椭圆的短轴长度小于待检测禽蛋7的短径长度，使得禽蛋7通过U型支座8时拨动到弹性条9并与弧形凸阵列12进行碰撞产生振动。实施例弹性条9形成的半椭圆的长轴可以选择为52mm，短轴可以选择为36mm。
弹性条9为呈阶梯弯折的三段结构，前段通过螺栓固定连接在U型支座8上，中间段向U型支座8的内侧径向弯折，后段水平平行于禽蛋输送方向，中间段和后段均设有弧形凸阵列12，麦克风11置于后段外表面，使得禽蛋7碰撞弹性条9的开始接触中间段，再接触后段。如图8所示，弹性条9采用折弯形状，图中的角度α可选择30°，角度β可选择120°，L1可选择18mm，L2可选择28mm。
如图10所示，本发明信号调理电路15具有信号放大和滤波功能；信号调理电路15具有信号放大和滤波功能，包括多路电荷放大电路、多路音频放大电路和抗混淆滤波电路，抗混淆滤波电路可以采用截止频率为10kHz的贝塞尔低通滤波器；数据采集与处理系统16包括模数转换电路和数据处理系统，数据处理系统可以是基于计算机的系统，也可以是基于嵌入式处理器(DSP，ARM等)的系统，用于实时数据采集和处理；此外，具体实施过程中，还需要一些其余常规辅助元件，例如用于禽蛋定位的光电开关，用于测速的光电编码器等。
参考图1、图4、图5和图6，实施的具体检测流程为：禽蛋7向前运动和自转过程中拨动各个弹性条6，并与设置在弹性条6上的弧形凸阵列12进行碰撞产生振动；禽蛋7与弹性条9碰撞振动后通过压电薄膜13和麦克风11分别产生压电信号和声音信号，输出的信号通过信号调理电路15进行放大和滤波，然后输入数据采集与处理系统16进行数据处理，通过分析和对比各组U型支座8上相同位置的弹性条9上的传感器输出信号的特征参数的差异性来判断蛋壳有无裂纹，从而获得禽蛋7表面裂纹结果。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：包括同步带(1)、同步轮(2)、U型支座安装板(3)、凹型辊子(4)、空心轴(5)、销轴滚子链(6)、弹性条(9)、信号调理电路(15)和数据采集与处理系统(16)；沿禽蛋输送方向的两侧设有销轴滚子链(6)，两侧销轴滚子链(6)之间间隔均布装有空心轴(5)，空心轴(5)两端的中心孔与销轴辊子链(6)的销轴间隙配合，使得空心轴能够自转；空心轴(5)中部固定套有凹型辊子(4)，禽蛋(7)置于相邻空心轴(5)之间被凹型辊子(4)承托，空心轴(5)的一侧固定套有同步轮(2)，同步轮(2)与正下方的同步带(1)啮合；凹型辊子(4)的正上方沿禽蛋输送方向间隔均布有多个弹性条激励机构，弹性条激励机构两侧固定在U型支座安装板(3)上，每个禽蛋通过弹性条激励机构被采集压电信号和声音信号，弹性条激励机构经信号调理电路(15)与数据采集与处理系统(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：所述的弹性条激励机构包括U型支座(8)、弹性条(9)、麦克风(11)和压电薄膜(13)，N组U型支座(8)通过第二螺栓副(14)垂直于禽蛋输送方向跨接在两侧U型支座安装板(3)上，并位于凹型辊子(4)的正上方；U型支座(8)沿U形弧度方向通过第一螺栓副(10)间隔安装有M个弹性条(9)，弹性条(9)沿禽蛋输送方向延伸布置，弹性条(9)内侧面上沿禽蛋输送方向间隔设置有弧形凸阵列(12)，弹性条(9)外侧面的中部贴有麦克风(11)，弧形凸阵列(12)的每个凸起处均贴有压电薄膜(13)，麦克风(11)和压电薄膜(13)经信号调理电路(15)连接到数据采集与处理系统(16)。
3.根据权利要求2所述的一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：所述的禽蛋(7)的长径垂直于禽蛋输送方向，每个U型支座(8)上所有弹性条(9)呈半椭圆地围拢在禽蛋(7)周围，常态下所有弹性条(9)形成半椭圆的长轴长度小于待检测禽蛋(7)的长径长度，半椭圆的短轴长度小于待检测禽蛋(7)的短径长度，使得禽蛋(7)通过U型支座(8)时拨动到弹性条(9)并与弧形凸阵列(12)进行碰撞产生振动。
4.根据权利要求2所述的一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：所述的弹性条(9)为呈阶梯弯折的三段结构，前段通过螺栓固定连接在U型支座(8)上，中间段向U型支座(8)的内侧径向弯折，后段水平平行于禽蛋输送方向，中间段和后段均设有弧形凸阵列(12)，麦克风(11)置于后段外表面，使得禽蛋(7)碰撞弹性条(9)的开始接触中间段，再接触后段。
5.根据权利要求1所述的一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：所述的N为4～6。
6.根据权利要求3所述的一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：所述的M为5～8。
7.根据权利要求1所述的一种弹性条激励式禽蛋全表面裂纹在线检测装置，其特征在于：所述的弹性条(9)采用薄弹簧钢片，弧形凸阵列(12)采用弹簧钢，压电薄膜采用PVDF(聚偏二氟乙烯)压电薄膜。
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