CN107064188A - 一种谷物变载荷内部损伤检测方法及装置 - Google Patents

一种谷物变载荷内部损伤检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种谷物变载荷内部损伤检测方法及装置，属于农业收获机械以及农产品检测领域。采用的方法步骤包括：将需要扫描的谷物放在固定在扫描桶内的微型载荷加载装置上；通过微型电机启动加载装置对谷物施加一定载荷；扫描谷物得到受不同载荷时的图像数据，并分析其内部损伤情况。主要采用的装置包括计算机处理单元，微型载荷加载装置，Micro‑CT系统。本发明方法可以近似的模拟谷物脱粒过程的受载情况，可以研究谷物脱粒过程内部损伤程度与外部载荷的关系。具有结构简单，操作容易等优点。

Description

一种谷物变载荷内部损伤检测方法及装置
技术领域
本发明是一种基于Micro-CT的谷物变载荷内部损伤检测系方法及装置，属于农业收获机械与农产品检测系统。
背景技术
谷物脱粒损伤一直是收获机械面临的问题，谷物的脱粒损伤包括外部损伤和内部损伤。外部损伤是指谷物的破碎、破损、裂缝等，一般用肉眼容易识别，内部损伤主要为应力裂纹，肉眼常常无法观察，而常规的检测方法是用体视显微镜，测量误差大，而且不容易操作。
并且内部损伤影响着谷物的存储，容易导致发霉变质，影响谷物种子的发芽率，造成不必要的浪费。
另一方面谷物脱粒过程受到不同载荷导致的内部损伤客观存在，但容易被人忽视，然而目前对于这些问题研究的手段很少，需要一种方法和手段去探索谷物内部损伤与外部载荷的关系，使得衡量脱粒装置的标准更加完善，对于脱粒装置的优化改进具有指导意义。
发明内容
为了克服现有的技术手段的不足，本发明提供一种基于Micro-CT的谷物变载荷内部损伤检测方法及装置，用于研究谷物内部损伤与外部载荷之间的关系。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种谷物变载荷内部损伤检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.谷物断层剖面扫描图获取：将谷物放在微型计算机断层扫描桶内的微型载荷加载装置的载物盘上，设置扫描桶内的扫描系统参数，利用扫描系统对谷物进行扫描，获得谷物的断层图片并导入数据处理单元；S2.图像处理：通过数据处理单元对谷物的断层剖面扫描图进行处理，获得清晰的裂纹图像；S3.三维图像重建：将步骤S2的裂纹图像导入三维重建模块，利用三维算法获得谷物的三维重建图，利用三维重建模块工具箱对三维重建图进行剖面分割，获得不同的剖面分割图；S4.微型力学加载：启动微型载荷加载装置，对谷物施加载荷，重新进行步骤S2、步骤S3的操作；S5.对比分析：通过对受不同载荷下的谷物剖面分割图进行分析，得到谷物所受外部载荷与内部损伤之间的对应关系。
进一步地，所述步骤S1中扫描系统参数包括 射线能量，过滤器，扫描位置定位，角度，分辨率，视角，体素尺寸，断层数和扫描时间。
进一步地，步骤S2中对谷物的断层剖面扫描图进行处理的过程为：去背景、图像分割、轮廓选取、阈值调节和二值化图像，最终获得清晰的裂纹图像。
进一步地，步骤S5中，谷物所受外部载荷与内部损伤之间的对应关系为：随着外部载荷的变化，谷物内部损伤为裂缝形状及裂纹数量的改变。
本发明还提供一种微型载荷加载装置，包括驱动箱、上支座和下支座，所述驱动箱安装在上支座上，所述下支座上安装有载物台，所述驱动箱上安装有驱动杆，所述上支座和所述下支座之间设有若干根支撑杆，所述载物台和所述驱动杆位于由所述支撑杆围成的空间内，所述驱动杆的末端设有触头，所述触头与所述驱动杆之间设有传感器。
进一步地，所述支撑杆为可透射x射线的碳纤维管。
进一步地，所述微型载荷加载装置整体位于微型计算机断层扫描桶内。
本发明的有益效果是：通过微型载荷加载装置对谷物施加不同类型大小的载荷，通过Micro-CT扫描受载谷物，实现对谷物内部结构形态的三维重构，内损伤可视化，可以研究谷物外部载荷与内部损伤的关系，使得衡量脱粒损伤的评价标准更加完善，对于一般的脱粒装置的优化改进提供理论基础。
附图说明
图1为本发明的检测方法原理图。
图2为本发明的微型载荷加载装置示意图。
图3为未受载荷的稻谷内部损伤三维重建图。
图4为利用三维重建模块工具箱对图3的三维重建图进行剖面分割后得到的其中一个剖面分割图。
图5为受挤压载荷的稻谷内部损伤三维重建图。
图6为利用三维重建模块工具箱对图5的三维重建图进行剖面分割后得到的其中一个剖面分割图。
图中：1.驱动箱；2.上支座；3.下支座；4-1.载物台；4-2.支撑杆；5.驱动杆；6.触头；7.传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1所示的为基于Micro-CT的谷物变载荷内部损伤检测方法的原理图，包括Micro-CT扫描仪，微型载荷加载装置，数据处理单元，Micro-CT扫描仪为科研用的微型CT，数据处理单元包括图像处理模块，信号分析模块，控制模块。
微型载荷加载装置如图2所示，包括驱动箱1、上支座2和下支座3，所述驱动箱1安装在上支座2上，用来提供驱动载荷，所述下支座3上安装有载物台4-1，用来承载需要扫描的谷物样本。所述驱动箱1上安装有驱动杆5，所述驱动杆5的末端设有触头6，所述触头6与所述驱动杆5之间设有传感器7，可以感知触头6载荷的大小，便于调控驱动箱1控制载荷大小，所述上支座2和所述下支座3之间设有若干根支撑杆4-2，所述载物台4-1和所述驱动杆5位于由所述支撑杆4-2围成的空间内，所述支撑杆4-2用来支撑驱动电机和载物台，是在扫描范围，为可透射x射线的碳纤维管。所述微型载荷加载装置通过螺栓螺母与微型计算机断层扫描桶固定，上下保持垂直。
本发明提供的基于Micro-CT的谷物变载荷内部损伤检测方法，用于研究谷物在载荷作用下的内部损伤情况，通过对谷物施加载荷同时进行扫描，可以得到无载荷作用下的谷物内部损伤三维重建图如附图3和图4，以及有载荷作用下的谷物内部损伤三维重建图如附图5和图6，通过比较分析不同载荷作用下的谷物内部损伤情况，可以探索两者之间的关系。
具体的，基于Micro-CT的谷物变载荷内部损伤检测方法包括以下步骤。S1将谷物放在扫描桶内的微型载荷加载装置的载物台上，设置扫描条件具体包括 射线能量，过滤器，扫描位置定位，角度，分辨率，视角，体素尺寸，断层数，扫描时间等参数。S2启动扫描仪进行扫描，获得的断层图片通过处理单元进行图片处理，具体包括去背景，图像分割，轮廓选取，阈值调节，二值化图像，直到获得清晰地裂纹图像。S3根据处理过的二维图像导入数据处理单元的三维重建模块，根据三维重建算法进行重建获得如附图3所示，利用三维重建模块工具箱对三维图进行剖面分割得到如图4所示。
S4重复S1并启动驱动箱的驱动电机，通过力传感器反馈到控制模块控制载荷大小，驱动电机带动驱动杆通过探头对稻谷施加一定的载荷，然后关闭驱动电机重复S2，S3步骤得到载荷作用下的谷物的三维重建图如图5所示，利用三维重建模块工具箱对三维图进行剖面分割得到如图6所示。S5对比分析不同载荷作用下的谷物三维重建图，分析比较受不同载荷的谷物的内部损伤程度，建立内部损伤程度与外界载荷的关系。

Claims (7)

1.一种谷物变载荷内部损伤检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.谷物断层剖面扫描图获取：将谷物放在微型计算机断层扫描桶内的微型载荷加载装置的载物盘上，设置扫描桶内的扫描系统参数，利用扫描系统对谷物进行扫描，获得谷物的断层图片并导入数据处理单元；
S2.图像处理：通过数据处理单元对谷物的断层剖面扫描图进行处理，获得清晰的裂纹图像；
S3.三维图像重建：将步骤S2的裂纹图像导入三维重建模块，利用三维算法获得谷物的三维重建图，利用三维重建模块工具箱对三维重建图进行剖面分割，获得不同的剖面分割图；
S4.微型力学加载：启动微型载荷加载装置，对谷物施加载荷，重新进行步骤S2、步骤S3的操作；
S5.对比分析：通过对受不同载荷下的谷物剖面分割图进行分析，得到谷物所受外部载荷与内部损伤之间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的一种谷物变载荷内部损伤检测方法，其特征在于，所述步骤S1中扫描系统参数包括 射线能量，过滤器，扫描位置定位，角度，分辨率，视角，体素尺寸，断层数和扫描时间。
3.根据权利要求1所述的一种谷物变载荷内部损伤检测方法，其特征在于，步骤S2中对谷物的断层剖面扫描图进行处理的过程为：去背景、图像分割、轮廓选取、阈值调节和二值化图像，最终获得清晰的裂纹图像。
4.根据权利要求1所述的一种谷物变载荷内部损伤检测方法，其特征在于，步骤S5中，谷物所受外部载荷与内部损伤之间的对应关系为：随着外部载荷的变化，谷物内部损伤为裂缝形状及裂纹数量的改变。
5.一种微型载荷加载装置，其特征在于，包括驱动箱(1)、上支座(2)和下支座(3)，所述驱动箱(1)安装在上支座(2)上，所述下支座(3)上安装有载物台(4-1)，所述驱动箱(1)上安装有驱动杆(5)，所述上支座(2)和所述下支座(3)之间设有若干根支撑杆(4-2)，所述载物台(4-1)和所述驱动杆(5)位于由所述支撑杆(4-2)围成的空间内，所述驱动杆(5)的末端设有触头(6)，所述触头(6)与所述驱动杆(5)之间设有传感器(7)。
6.根据权利要求5所述的一种微型载荷加载装置，其特征在于，所述支撑杆(4-2)为可透射x射线的碳纤维管。
7.根据权利要求5或6所述的一种微型载荷加载装置，其特征在于，所述微型载荷加载装置整体位于微型计算机断层扫描桶内。
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