CN109068615B - 用于检测倒置蛋的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于识别一批蛋中的倒置蛋的设备包括加热模块，所述加热模块被配置成将该批蛋中的每个蛋中的气室暴露于辐射通量。所述设备还包括具有热像仪的成像模块，所述热像仪被配置成在所述蛋没有暴露于所述辐射通量时捕获该批蛋的热图像。所述设备还包括分析器模块，所述分析器模块被配置成从所述热图像中检测每个蛋的所述气室中加热区的存在，并基于所述加热区的存在识别倒置蛋。一种用于从一批蛋中识别倒置蛋的方法包括用辐射源诸如红外源加热该批蛋，以便在每个蛋的气室内产生热区而不显著加热所述蛋的其余部分。在所述蛋没有暴露于所述辐射源时，捕获所述蛋的热图像，分析所述热图像以检测所述热区的存在并识别所述倒置蛋。

Description

用于检测倒置蛋的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及2016年2月8日提交的标题为“APPARATUS AND METHOD TO DETECTUPSIDE DOWN EGGS”的美国临时序列号62/292,554，其全部内容以引用方式并入于此。

技术领域

本公开大致涉及蛋处理，并且更具体地涉及一种用于检测倒置蛋的设备和方法。

背景技术

在家禽业，且尤其是孵育场，需要处理的蛋放在配备有单元的托盘中。蛋通常以直立位置置于托盘的单元中，即，存在于蛋中的气室面向上。大多数蛋处理，例如孵化、孵育和胚蛋注射，被设计成在以直立位置放置的蛋上执行。

例如，在胚蛋注射中，各种物质，诸如疫苗或营养物，通常经由针刺入外壳、气室并将物质递送到羊膜内而注入蛋中。这种注射技术通常用于商业家禽业，以降低孵育后死亡率或提高孵育鸟类的生长速度。

如果在倒置蛋上执行胚蛋注射，则胚胎和蛋黄而不是气室可能被针刺入，这可能会破坏或杀死胚胎。

不幸的是，由于蛋的形状，可能难以确定蛋是否处于直立位置。为了解决这个问题，已经公开了几种传统设备。

这些传统设备使用透光检验（candling）技术来确定蛋内的气室位置，并因此检测蛋是否处于倒置位置。透光检验技术使用蛋后面的明亮光源来显示贯穿外壳的细节，且特别是气室位置。这种技术之所以被称为透光检验技术是因为所用的原始光源是蜡烛。

这些传统设备中的大多数包括多个光检测器和多个光发射器，所述多个光检测器和多个光发射器被配置成位于容纳在托盘中的每个蛋的相对侧上。从每个光发射器发射光束，并且相应的光检测器监测通过蛋的光束的折射强度，以检测气室的位置。

尽管这种传统设备在检测处于倒置位置的蛋方面已经取得了成功，但是它们还有许多缺点。由于其依赖于许多光发射器和相应的光检测器的复杂设计，所以这些设备易于发生故障和/或检测不准确，并且可能最终减慢过程。例如，蛋和多个发射器和检测器之间的未对准可能提供不准确的结果。另外，多个光发射器和相应的光检测器通常被布置成使得托盘内的所有蛋不能在一单个步骤中处理，而是逐行处理，这降低了检测的快速性。

因此，需要一种能够准确且快速地检测倒置蛋的设备和方法。

发明内容

因此，本公开的目的是提供一种检测倒置蛋的设备和方法，其克服或减轻至少一些上述限制。

本公开的设备和方法通过利用存在于蛋中的气室与蛋的其他成分相比的低热惯性，解决了准确性和快速性的限制。

所提出的设备和方法被配置成将一批蛋暴露于定制的热通量，使得仅蛋的气室内的温度显著升高，而蛋的其他部分内的温度保持基本不变。这种定制的热通量可以通过短波红外光传输，所述短波红外光由具有暴露所述蛋的红外涂层（IRC）灯的加热模块产生。

另外，通过热图像处理，所述设备和方法能够有效地检测显著的温度升高在蛋的哪个部分（例如，顶部或底部）上，并因此检测蛋处于倒置位置。

非限制性说明性实例涉及一种用于检测倒置蛋的设备，所述设备包括加热模块，所述加热模块包括红外光源，所述红外光源被配置成将该批蛋暴露于红外光并在每个蛋的气室中产生热区。所述设备还包括具有热像仪的成像模块，所述热像仪被配置成捕获该批蛋的热图像。所述设备还包括分析器模块，所述分析器模块被配置成从所述热图像中检测每个蛋的气室中热区的存在，并识别该批蛋中每个蛋的取向。所述设备还可以包括输送机系统，以将蛋从红外光源移动到热像仪。输送机可以将蛋停在红外光源处和/或热像仪处；或另选地，输送机可以在蛋的加热和其成像期间保持蛋的移动，以便优化蛋的处理速度。

另一个非限制性说明性实例涉及一种用于从一批蛋中识别倒置蛋的方法。所述方法包括用辐射源例如诸如短波红外光灯来加热该批蛋。所述方法还包括经由辐射源在每个蛋的气室内产生热区。在优选的实施方案中，蛋的其他成分不会被红外光灯显著加热。然后可以停止用辐射源对该批蛋的加热，例如通过将蛋移离辐射源。所述方法还包括在停止对该批蛋加热时，例如在蛋移离辐射源并在热像仪上方移动时，用热像仪捕获该批蛋的热图像。然后分析热图像以检测热区的存在；并且检测倒置蛋。

附图说明

为了容易地识别对任何特定元件或动作的讨论，参考标记中的一个或多个最高有效数字是指首先引入所述元件的图号。

图1是根据本公开的某些方面的用于从容纳在托盘中的一批蛋中检测倒置蛋的设备的剖视图；

图2是根据本公开的某些方面的用于从容纳在托盘中的该批蛋中检测倒置蛋的设备的加热模块的剖视图；

图3是根据本公开的某些方面的用于从容纳在托盘中的该批蛋中检测倒置蛋的设备的成像模块的剖视图；

图4是根据本公开的某些方面的用于从容纳在托盘中的该批蛋中检测倒置蛋的方法的流程图；以及

图5是根据本公开的某些方面的成像模块的分析器模块的硬件图的示意图。

具体实施方式

本文讨论的所有系统、材料、方法和实例仅是说明性的，而不意在限制。

在附图中，相似的附图标记在若干视图中表示相同或相应的零件。此外，如本文所用，除非另有说明，否则词语“一个”、“一种”等包括“一个或多个”的含义。除非另有说明或示出示意性结构或流程图，否则附图通常不按比例绘制。

图1是根据本公开的某些方面的用于从容纳在托盘110中的一批蛋100中检测倒置蛋100d的设备1000的剖视图。

容纳该批蛋100的托盘110包括多个单元112，其中所述多个单元112中的每个单元被设计成保持一个蛋100。每个单元112的特征在于第一开口112a和第二开口112b。第一开口112a沿向上方向暴露蛋100的第一末端104a，而第二开口112b沿向下方向暴露蛋100的第二末端104b。

每个蛋100包括气室102，所述气室可以位于第一末端104a中或第二末端104b中。当气室102位于第一末端104a中时，蛋100处于直立位置，如图1中蛋100u所示。当气室102位于第二末端104b中时，蛋100处于倒置位置，如图1中蛋100d所示。

设备1000包括输送机系统1400、加热模块1100、成像模块1200和分析器模块1300以执行热图像处理。

输送机系统1400沿着穿过加热模块1100的顶部和成像模块1200的顶部的输送路径输送容纳该批蛋100的托盘110。

加热模块1100被配置和操作以提供气室102的可检测的温度升高，同时蛋100的其他部分例如羊膜、蛋黄、胚胎和尿囊的温度升高显著较少或甚至可忽略不计。

由于气室102和蛋100的其他部分之间的重要的热惯性差异，这种热行为差异是可能的。

加热模块1100以准时且快速的热通量暴露该批蛋100，以产生通常限于每个蛋100的气室102并且可由成像模块1200检测的热区。为了在气室102内产生这样的热区，可以调整热通量的参数，诸如暴露时段和暴露温度。例如，暴露温度可以是约60℃，并且暴露时间可以是在1秒和9秒之间。

输送机系统1400将该批蛋100从加热模块1100移位到成像模块1200，其中在热暴露之后，在成像模块1200处该批蛋100的热图像被成像模块1200的至少一个热像仪1210捕获。

可以放置在成像模块1200旁边的电气柜内的分析器模块1300接收并执行软件指令以分析热图像并检测该批蛋100中的倒置蛋100d。在非限制性实施方案中，一个或多个盖子1160可以放置在蛋上方。盖子1160可以被配置成减少加热步骤期间和/或成像步骤期间的热损失。

图2是根据本公开的某些方面的设备1000的加热模块1100的剖视图。

在非限制性实施方案中，加热模块1100包括一个或多个灯1110、反射器1120、屏幕1130、冷却系统1140和支撑结构1150。

灯1110和反射器1120被配置成在该批蛋100上投射短波红外光。

灯1110和反射器1120可以沿着或横跨托盘110的纵向方向延伸。灯的取向和数量取决于托盘的尺寸和其他性质、托盘的速度、蛋的类型等。在非限制性实施方案中，一对灯沿着移动方向取向。

灯1110可以是红外涂层（IRC）灯，其发射宽度长度在0.76μm至2.00μm之间的红外波，以在最小暴露时段（例如，1秒）内提供最大功率。例如，灯可以包括一个或多个1000 W的市售红外卤素灯。

另外，灯1110可以放置在距托盘110的暴露距离D1处，以定制由该批蛋100接收的热通量。可以根据不同的因素调整暴露距离D1，例如，托盘110的类型、输送机系统1400上的托盘110的速度、蛋的数量、灯的数量、蛋的尺寸和/或环境温度。例如，对于标称灯功率在500 W和5000 W之间的一对灯1110，暴露距离D1可以从60 mm变化到200 mm。

反射器1120放置在灯1110下方以限制热量浪费并将短波红外光引导到该批蛋100上。反射器1120可以由能够承受高温（例如高于60℃的温度）的反射材料制成，诸如抛光铝合金。

屏幕1130可以放置在灯1110和该批蛋100之间。屏幕1130保护灯1110免受可能从该批蛋100掉落的碎屑（例如羽毛和壳片）的影响。屏幕1130可以是设计成允许短波红外光通过的玻璃面板，例如，屏幕1130可以由二氧化硅和石英的混合物制成。

另外，屏幕1130可以可移除地附连到支撑结构1150，以便于移除和清洁。例如，屏幕1130可以通过一对轨条1132纵向插入并抽出。该对轨条1132可以放置在至少一对灯1110上方，并且可以沿着加热模块1100的长度纵向延伸。

加热模块1100还可以包括安全系统，当屏幕1130从加热模块1100移除时，所述安全系统阻止灯1110的使用。例如，安全系统可以包括电开关，当屏幕1130被移除时，所述电开关切断灯1110的电源供应，并且当屏幕1130插入在加热模块1100上时，重新建立灯1110的电源供应。

冷却系统1140可以被配置成延长灯1110的寿命。冷却系统1140可以依赖于放置在加热模块1100下方的一个或多个风扇1142。风扇1142可以被配置成产生从灯1110的顶部到加热模块1100的底部的空气循环。实施从上到下方向的空气循环，以避免热空气被送往该批蛋100和/或成像模块1200并对该批蛋100的热图像产生扰动。这种空气循环冷却灯1110和反射器1120二者。

支撑结构1150可以是支撑灯1110、反射器1120、屏幕1130和冷却系统1140的壳体。支撑结构1150可以由能够承受高温（例如，温度高于60℃）的刚性材料制成，诸如不锈钢合金。

图3是根据本公开的某些方面的成像模块1200的剖视图。

成像模块1200包括壳体1220，所述壳体包含由相机壳体1230保护的一个或多个热像仪1210。例如，热像仪可以是市售的红外相机，其IR分辨率为640×512像素，在30℃下热灵敏度小于0.05℃，精度为读数的5%；光圈值为1.25，并且固定焦距。

壳体1220可以与外部环境热隔离，以避免可能影响该批蛋100的热图像的热干扰。壳体1220的热绝缘被配置成用作外部热扰动例如气流的屏障，并且在壳体1220内提供基本均匀的温度分布，温度泄漏较小。壳体1220可以由刚性和绝热材料制成，诸如绝热的不锈钢合金。

相机壳体1230可以包括保护窗口1232，所述保护窗口由附连在一起的多个面板1234支撑以形成包封体并保护至少一个热像仪1210免受外界因素诸如灰尘和/或湿气的影响。保护窗口1232可以放置在热像仪1210的透镜1236的顶部上，并且被构造成不干扰由热像仪1210捕获的热图像的质量。例如，保护窗口1232可以由来自FLUKE®的Fluke CV系列红外窗口构建，并且具有与热像仪1230的透镜1236对应的尺寸。

形成相机壳体1230的多个面板1234可以由诸如铝和/或不锈钢等导热材料制成，这允许促进从相机1210提取热量并且限制热扰动的扩散。此外，相机壳体1230还可以包括采用压缩空气、水、强制环境空气、散热器或其组合的相机冷却系统。

相机壳体1230可以安装在多轴定位系统上，以调整热像仪1210的位置和视场。多轴定位系统可以依赖于齿轮齿条系统和/或球夹（ball and grip）系统。

热像仪1210可以具有足够大的物体温度范围和足够高的热灵敏度，以能够检测气室102和蛋100的其他部分之间的温度差异，即，检测气室102中产生的热区。例如，热像仪1210可以具有0℃至100℃的最小温度范围和约0.1℃的热灵敏度，诸如来自FLIR®的FLIRA35。

取决于托盘110的尺寸和托盘110在成像模块1200顶部上通过的速率，热像仪1210可以包括多达八个热像仪，但是更多个热像仪是可能的。另外，可以根据所使用的热像仪的数量和每个热像仪的视场来调整热像仪1210和该批蛋100之间的暴露距离D1。

图4是根据本公开的某些方面的用于检测倒置蛋100d的方法的流程图。在步骤S10中，输送机系统1400将容纳该批蛋100的托盘110放置在加热模块1100上。在步骤S20中，加热模块1100通过由灯1110产生的短波红外光将该批蛋100暴露于准时且快速的热通量。短波红外光击中并加热每个蛋100的第二末端104b。通过准时和快速的热通量执行该批蛋100的暴露，以产生通常限制在每个蛋100的气室102中的热区。为了在气室102内产生这样的热区，可以调整热通量的参数，诸如暴露时段和暴露温度。

调整预定的暴露时段和其他参数，诸如暴露距离D1、灯1110的标称功率和托盘110在加热模块1100顶部上通过的速率、每小时要处理的蛋的数量，以在保持蛋100的其他部分的温度基本不变的同时，以产生热到足以从由热像仪1210捕获的热图像中检测到的热区。

例如，对于递送在500 W和5000 W之间的标称功率（例如1000 W）并且放置在距该批蛋100的在60 mm和200 mm之间的暴露距离D1处的至少一对灯1110，暴露时段可以在1秒和9秒之间。优选地，最佳能量产生，即标称功率乘以暴露时间，可以在400 J和5000 J之间，最佳温度升高率，即热区温度升高与暴露时段之间的比率，可以在1 ℃/s和15 ℃/s之间。在非限制性实施方案中，所述系统可以使用约23 cm/s的托盘速度、约60 mm的距离D1和每一对灯中的每个灯1500 W的功率，以约30000个蛋/小时的节奏处理蛋。

在步骤S30中，输送机系统1400将容纳该批蛋100的托盘110从加热模块1100的顶部移位到成像模块1200的顶部。

在步骤S40中，热像仪1210捕获该批蛋100的热图像。捕获的热图像包含已经暴露于步骤S20中所发射的短波红外光的每个蛋100的第二末端104b以及托盘110的暴露部分上的温度分布。

在优选实施方案中，在不停止输送机系统的情况下并且在托盘和蛋移动的同时执行步骤S20和S40。在非限制性实施方案中，可以调整输送机系统以减慢和/或加速托盘，使得当托盘正在以不同速度移动时可以执行S20和S40。还可以调整输送机系统以根据托盘的位置设定托盘的速度。

在步骤S50中，通过经由由分析器模块1300的处理器1302执行的软件指令对在步骤S40中捕获的热图像进行成像来检测倒置蛋100d。

通过确定每个蛋100的第二末端104b周围热区的存在或不存在来执行对该批蛋100内的倒置蛋100d的检测。

如果检测到第二末端104b周围存在热区，则该过程断定气室102位于第二末端104b附近并且蛋100处于倒置位置，如图1中蛋100d所示。

否则，如果检测到第二末端104b周围不存在热区，则该过程断定气室102位于第一末端104a附近，而不是第二末端104b附近，并且蛋100处于直立位置，如图1中蛋100u所示。

用于检测热区的存在或不存在的软件指令可以依赖于使用掩模和/或过滤器来移除热图像中存在的不相关部分，例如托盘110的暴露部分或热噪声。

软件指令还可以依赖于基于全局统计测量（例如，整批蛋100的温度变化）以及局部统计测量（例如，每个蛋的温度变化）来计算热区的阈值。

另外，图像处理工具，例如强度差异和变化、边缘检测、图像分割、图像增强、降噪、几何变换或图像配准，也可以用于检测气室102的存在以及测量蛋100的其他特性，诸如气室102的温度和尺寸。

在非限制性优选实施方案中，步骤S10-S50是在孵化蛋之前执行。通常，在鸡产下蛋之后不久，将蛋放置在冷却室中，其中温度在约12℃和21℃之间，以便停止或减缓它们的发育。随后将蛋置于孵化室中，其中温度在约35℃和38℃之间。根据本发明的非限制性优选实施方案的方法恰好在孵化蛋之前执行，即加热模块1100和成像模块1200放置在冷却室和孵化室之间。

图5是根据本公开的某些方面的设备1000的控制模块1300的硬件图的示意图。

如图5所示，可以使用处理器1302或至少一个专用处理器（ASP）来实施根据本公开的系统、操作和过程。处理器1302可以利用计算机可读存储介质，诸如存储器1304（例如ROM、EPROM、EEPROM、闪速存储器、静态存储器、DRAM、SDRAM和其等同物），所述计算机可读存储介质被配置成控制处理器1302来执行和/或控制本公开的系统、操作和过程。另外，存储器1304可以用于存储由热像仪1210拍摄的该批蛋100的热图像。其他存储介质可以经由控制器控制，诸如磁盘控制器1306，所述磁盘控制器可以控制硬盘驱动器1308或光盘驱动器1310。

在替代实施方案中，处理器1302或其各方面可以包括或排他地包括用于增强或完全实施本公开的逻辑装置。这种逻辑装置包括但不限于专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、通用阵列逻辑（GAL）和其等同物。处理器1302可以是单独的装置或单个处理机构。此外，本公开可以受益于多核处理器的并行处理能力。在另一方面，根据本公开的处理结果可以经由显示控制器1312显示给监视器1314，所述监视器可以在控制模块1300的外围或可为其一部分。监视器1314可以用于显示由热像仪1210拍摄的该批蛋100的热图像，如图1所示。此外，监视器1314可以设置有到命令/指令接口的触敏接口。显示控制器1312还可以包括至少一个图形处理单元，以用于提高计算效率。另外，控制模块1300可以包括I/O（输入/输出）接口1316，所述I/O接口被提供用于从传感器1318输入传感器数据并且用于向致动器1322输出命令。传感器1318和致动器说明了本公开中描述的任何传感器和致动器，诸如热像仪1210。

此外，其他输入装置可以作为控制模块1300的外围设备或作为其一部分连接到I/O接口1316。例如，键盘或诸如鼠标1320的指向装置可以控制本公开的各种过程和算法的参数，并且可以连接到I/O接口1316以提供额外功能和配置选项，或控制显示特性。可以在本公开中描述的自动设备的任何元件中体现的致动器1322也可以连接到I/O接口1316。上述硬件部件可以经由网络接口1326耦合到网络1324以用于传输或接收数据（包括可控参数）。可以提供中央总线1328以将上述硬件部件连接在一起，并提供至少一个用于在其间进行数字通信的路径。

前述讨论仅公开和描述了本公开的目的的示例性实施方案。如本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，本公开的目的可以以其他特定形式体现。因此，本公开旨在是说明性的，而不是限制本公开的目的以及权利要求书的范围。

鉴于上述教导，可以对本发明进行许多修改和改变。因此，应理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式实行。

Claims (16)

1.一种用于识别一批蛋中的每个蛋的取向的设备，所述一批蛋中的每个蛋处于限定所述蛋的第一末端和第二末端的位置，每个蛋具有气室，所述气室可以位于所述第一末端或所述第二末端中的任一者中，当所述气室位于这些末端中的一者时，该末端限定所述蛋的倒置位置，所述设备包括：

加热模块，其包括红外光源，所述红外光源被配置成将该批蛋暴露于红外光并在任何倒置蛋的气室中产生热区，所述红外光源包括发射短波红外光的红外涂层灯，

具有热像仪的成像模块，所述热像仪被配置成捕获该批蛋的热图像；以及

分析器模块，其被配置成从所述热图像中检测任何倒置蛋的所述气室中所述热区的存在，并识别该批蛋中每个蛋的所述取向。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述红外光源包括反射器，所述反射器被配置成限制热量浪费并将所述短波红外光引向该批蛋。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述暴露时段在1秒和9秒之间，并且所述暴露距离在60 mm和200 mm之间。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述加热模块还包括屏幕，所述屏幕被配置成保护所述红外光源免受来自该批蛋的碎屑的影响。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述屏幕对红外线是透明的。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述屏幕由二氧化硅和石英的混合物制成。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述加热模块还包括冷却系统，所述冷却系统被配置成冷却所述红外光源。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述冷却系统包括风扇，所述风扇被配置成从所述红外光源提取空气并使其远离该批蛋和所述成像模块。

9.一种用于从一批蛋中识别倒置蛋的方法，其包括：

用辐射源加热该批蛋，所述辐射源包括发射短波红外光的红外涂层灯；

经由所述辐射源在任何倒置蛋的气室内产生热区；

停止用所述辐射源对该批蛋的所述加热；

在停止该批蛋的所述加热时，用热像仪捕获该批蛋的热图像；

分析所述热图像以检测所述热区的存在；以及

识别所述倒置蛋。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该批蛋的所述加热包括在暴露时段期间、在标称功率下和一暴露距离下发射红外光在该批蛋上。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述暴露时段在1秒和9秒之间，所述标称功率在1000 w和5000 w之间，并且所述暴露距离在60 mm和200 mm之间。

12.根据权利要求11所述的方法，其中执行所述加热区的所述产生，以便不显著加热每个蛋的其余部分。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热的所述停止是通过将所述蛋移离所述辐射源来执行。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热、所述产生和所述捕获是在用输送机系统移动所述蛋时执行，所述输送机系统被配置成将所述蛋从所述蛋暴露于所述辐射源的位置移动到所述蛋暴露于所述热像仪的另一位置。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热、所述产生和所述捕获是在孵化所述蛋之前执行。

16.一种用于识别一批蛋中的每个蛋的取向的设备，所述一批蛋中的每个蛋处于托盘（110）中限定所述蛋的第一末端和第二末端的单独的蛋单元（112）中，所述托盘的单元（112）具有用于暴露蛋的末端的开口（112a，112b），每个蛋具有气室，所述气室可以位于所述第一末端或所述第二末端中的任一者中，当所述气室位于这些末端中的一者时，该末端限定所述蛋的倒置位置，所述设备包括：

加热模块（1100），其包括红外光源，所述红外光源被配置成将该批蛋暴露于红外光并在任何倒置蛋的气室（102）中产生热区，所述红外光源包括发射短波红外光的红外涂层灯，

具有热像仪的成像模块（1200），所述热像仪（1210）被配置成捕获该批蛋（100）的热图像；以及

分析器模块（1300），其被配置成从所述热图像中检测任何倒置蛋的所述气室（102）中所述热区的存在，并识别该批蛋（100）中每个蛋的所述取向。

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