CN107303566A - 基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备 - Google Patents

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臧富瑶
钟晨玉
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Abstract

本发明涉及农产品无损检测分拣领域，是一种能够根据开心果的撞击声特性将闭口开心果分拣开来的自动化设备。它包括分拣速度测试器、开心果喂料器、撞击腔体、声传感器加持装置、被撞击装置、支撑架、控制分析装置、分拣执行装置。分拣速度测试器和开心果喂料器可通过转接头安装在撞击腔体顶端，分别实现分拣速率测试和自动分拣功能；被撞击装置、撞击腔体可控制开心果撞击角度及下落路径。控制分析装置可通过参数调节控制开心果喂料器、分拣执行装置的反应速度，并通过内置的基于开心果物理结构发声特性的判别算法准确识别开心果的开闭口状态。本发明有分拣效率高、节省人工成本、无损分拣等诸多优点，大大提高了开心果的开口比率和分拣效率。

Description

基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备
技术领域
本发明涉及农产品无损检测分拣领域，尤其涉及一种基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备。
背景技术
开心果是一种营养价值颇高的坚果，开口开心果易食用，而闭口开心果外壳坚硬食用困难，因此，开心果的开口率在很大程度上决定了开心果的价格。开心果闭口果壳的挑选方法经历了由人工到纯机械的转变，但这些方法都存在效率低、成本高、挑选精度不高的缺点，最重要的是纯机械挑选方法容易破坏果仁，影响开心果的质量和售价。因此，市场上迫切需要一款能够高效、准确分拣开心果的自动化设备，降低挑选成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备，不仅能够实现高效快速分拣而且不造成果仁的破坏，实现无损检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备，包括分拣速度测试器、开心果喂料器、撞击腔体、声传感器加持装置、被撞击装置、支撑架、控制分析装置、分拣执行装置。分拣速度测试器和开心果喂料器可通过转接头安装在撞击腔体顶端，分别实现分拣速率测试和自动分拣功能；被撞击装置、撞击腔体可控制开心果撞击角度及下落路径。控制分析装置可通过参数调节控制开心果喂料器、分拣执行装置的反应速度，并通过内置的基于开心果物理结构发声特性的判别算法准确识别开心果的开闭口状态。
所述分拣速度测试器的落料管侧面开有多个等距通槽，将插板插在不同的位置可调节分拣速度测试器中相邻开心果的下落高度差。
所述开心果喂料器可按顺序以某速率向自动分拣设备提供单子开心果。
所述撞击腔体随着开心果下落轨迹逐渐收紧，最终呈漏斗状以便开心果顺利进入分拣执行装置，而且，收紧部分需铺有硬质海绵以防止开心果与撞击腔体发生碰撞，干扰开心果开口状态的判别。
所述声传感器加持装置应避开撞击腔体轴心线，以免开心果下落时出现干涉。
所述被撞击装置装有被撞击块，其材料的选取优先选择脆性材料，如大理石板。 被撞击装置可以通过调节安装角度来改变开心果撞击时的入射角度。
所述支撑架中的螺栓可以对撞击腔体、被撞击装置起到限位作用，实现两部件的角度调节。
本发明的有益效果为：利用开心果撞击发出的声学特性进行开心果开口状态识别不仅快于人工挑选而且相较于纯机械挑选方式更精确且不破坏果仁，做到了无损检测。由于设备分拣时只需要进行简单的参数选定，基本不存在机器学习环节，大大简化了开心果分拣流程，操作简便，更易于推广。
附图说明
图1为本发明一种基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备分拣速率测试状态下的结构简图。
图2为本发明自动分拣状态下的结构简图。
图3为图1的侧视图。
图4为分拣速度测试器的截面简图。
具体实施方案
下面参照附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
参见图1-4，本发明涉及的一种基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备，主要由分拣速度测试器1、开心果喂料器1`、撞击腔体2、声传感器加持装置3、被撞击装置4、支撑架5、控制分析装置6、分拣执行装置7等组成。
参照图1并结合图4，分拣速度测试器1包括落料管、插板、把手、转接头。其中，落料管侧壁开有等间距插槽，并根据实际测试需要调整各插板间距，保证开心果等时间间隔下落撞击。
参照图2，开心果喂料器1`可以保证开心果连续不断的单子下落，其供料速度受控制分析装置6控制，并受本发明测试的最快分拣速度的影响。
参照图3，撞击腔体2夹持在被撞击装置4中间，两装置处于刚性连接状态，可实现两装置的等角度调节。被撞击装置4与支撑架5靠同心轴连接，并利用螺栓固定。在实际工作中需综合考虑撞击腔体2、被撞击装置4倾斜角度对开心果的分拣率、分拣速率、开心果撞击后的弹跳轨迹的影响。
参照图1，控制分析装置6包括开心果喂料器1`供料速度控制模块、声传感器加持装置3信号存储队列模块、声信号处理判别模块、分拣执行装置7动作执行控制模块。其 中，声信号处理判别模块的功能是对声信号进行滤波预处理、信号判别并将开心果的判别状态存储到队列中，当接收到分拣执行装置7中开心果的触发信号时将开心果判别状态按序传送到分拣执行装置7动作执行控制模块。
工作前需进行装置调节及参数设定。本实施例的调节如下：被撞击装置4的倾斜角15度，声传感器加持装置3与撞击腔体2轴线的距离为150mm，传感器距被撞击体表面50mm。此外还需设定控制分析装置6中的背景噪声参数、噪声滤波器种类等。
工作时，首先在撞击腔体2顶端安装分拣速度测试器1，进行本发明最快分拣速度测试。其具体操作为：根据目标时间间隔如0.1s调整落料管中各插板间距，放入开心果，接通电源，准备测试。准备就绪后，手握分拣速度测试器1中的把手并迅速抽离，开心果进行自由落体运动，自第一颗开心果撞击起，每隔0.1s便有一颗开心果到达撞击点，相当于开心果以0.1s的速度匀速供料。开心果撞击时会产生蕴含其自身结构特性的声波，该声波将由声传感器加持装置3中的声传感器采集并通过信号线传送到控制分析装置6中信号存储队列模块存储并按序传送到声信号处理判别模块进行声信号的预处理、状态判别并将结果传送到状态存储队列子模块中存储。开心果到达被撞击装置4表面产生碰撞后，会因倾斜角度的存在向撞击腔体2倾斜的方向弹跳，开心果会在重力的作用下从撞击腔体2的收紧部分进入到分拣执行装置7的分拣通道。分拣通道侧壁安装有红外线信号触发装置，当开心果通过时，该信号装置触发信号返回到控制分析装置6，此时，控制分析装置6将根据状态存储队列子模块中最近的状态信号控制分拣执行装置7中的分拣机器手动作，完成开心果状态的分拣工作。
若以目标时间间隔0.1s的设定下落，本发明能够快速准确的分拣，那么，就说明本发明完全可以适应10个/s的供料速度，可以适当加快供料速度重复上述操作进行速度验证，如若在分拣过程中出现开心果在分拣执行装置7分拣通道中积压现象，说明供料过快，应减慢供料速度重复测试，最终得到本发明在特定参数下的最优分拣速率v。
上述工作完成后，将分拣速度测试器1换为开心果喂料器1`并在控制分析装置6中设置本发明开心果喂料器1`供料速率为v，在开心果喂料器1`漏斗中装入适量开心果，便可以实现开心果的自动分拣。

Claims (3)

1.基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备，它包括分拣速度测试器1、开心果喂料器1`、撞击腔体2、声传感器加持装置3、被撞击装置4、支撑架5、控制分析装置6、分拣执行装置7等组成。分拣速度测试器1和开心果喂料器1`可通过转接头安装在撞击腔体2顶端，分别实现分拣速率测试和自动分拣功能；被撞击装置4、撞击腔体2可控制开心果撞击角度及下落路径。控制分析装置6可通过参数调节控制开心果喂料器1`、分拣执行装置7的反应速度，并通过内置的基于开心果物理结构发声特性的判别算法准确识别开心果的开闭口状态。
2.根据权利要求1所述基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备，其特征是：分拣速度测试器1包括落料管、插板、把手、转接头，落料管侧壁开有等间距插槽，并根据实际测试需要调整各插板间距，保证开心果等时间间隔下落撞击。
3.根据权利要求1所述基于开心果物理结构撞击声特性的开闭口分拣设备，其特征是：撞击腔体2夹持在被撞击装置4中间，两装置处于刚性连接状态，可实现两装置的等角度调节。被撞击装置4与支撑架5靠同心轴连接，并利用螺栓固定。在实际工作中需综合考虑撞击腔体2、被撞击装置4倾斜角度对开心果的分拣率、分拣速率、开心果撞击后的弹跳轨迹的影响。
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