CN109187544A - 一种快速无损检测水果品质的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速无损检测水果品质的装置及方法，包括箱体和设置在箱体中的机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块和数据处理器；所述箱体底部设有供待测水果放置的支撑柱；所述箱体底部还设有驱动所述支撑柱旋转的第一驱动件；所述支撑柱上设有驱动待测水果从支撑柱脱离并从出口滚出的第二驱动件。本发明的有益效果是利用机器视觉检测模块和近红外光谱检测模块检测待测水果的外观品质和内部品质，利用第一驱动件旋转待测水果使全方位检测水果，再利用第二驱动件将待测水果推到其等级对应的出口，实现待测水果品质检测和分级的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水果品质检测领域，特别涉及一种快速无损检测大型球形水果品质的装置及其方法。
背景技术
水果是人们日常生活重要的食品资源，随着生活水平的不断提高，消费者的需求不再局限于水果的外在形态，而更加注重水果的内部品质。云和雪梨为地方特色水果，具有果大皮薄、味甜芳香、脆嫩多汁的特点，享有“中华名果”的称号，形体为圆形稍扁，直径通常在15 cm以上，重量达到1000 g 以上，优质果的单个售价达到百元以上。而当前该水果内部品质常规检测方法，是以破坏性的理化抽检检测为主，不适合大规模快速检测，影响二次销售、耗时费力；对于外部品质的机械分拣大小，易造成果实损伤，以及表面颜色、缺损的人工分级主观性强等，因此急需一种能够适合于云和雪梨的内外品质快速无损检测的装置和方法。
优质的水果需要同时具备优等品的外观品质与内部品质，而单一的检测技术或传感器获取信息往往不能全面地描述一个待测对象。就当前现代无损检测技术而言，光谱分析技术可以很好地反映水果的内部品质信息，但对其外观品质信息就显得无能为力；而机器视觉图像分析技术可以很好地表征水果的外观品质，但无法准确表述其内部品质。
对于个头大、果梗硬、果皮薄的云和雪梨而言，不适合以棍上翻滚方式向视觉传感器来展示不同的果面信息，这种方法容易造成果梗端的破损、果面暗伤等，也不能达到对水果进行分级的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过机器视觉和光谱分析技术来分析水果品质且对水果品质进行分级的检测装置。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种快速无损检测水果品质的装置，包括箱体和设置在箱体中的机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块和数据处理器；所述箱体顶部开设有供待测水果进箱的入口，箱体侧面开设有多个供待测水果出箱的出口；所述箱体底部设有供待测水果放置的支撑柱；所述箱体底部还设有驱动所述支撑柱旋转的第一驱动件；所述支撑柱上设有驱动待测水果从支撑柱脱离并从出口滚出的第二驱动件；所述机器视觉检测模块和近红外光谱检测模块的检测结果与数据处理器输入连接，所述的数据处理器输出与第一驱动件和第二驱动件连接。
通过采用上述技术方案，利用机器视觉检测模块检测待测水果的外观品质，利用近红外光谱检测模块检测待测水果的内部品质，利用数据处理器控制第一驱动件驱动支撑柱旋转实现对待测水果进行全方位检测、综合分析待测水果品质并对待测水果进行品质等级评定，再利用第二驱动件将待测水果推到其等级对应的出口，实现待测水果品质检测和分级的目的。
进一步设置为：所述机器视觉检测模块包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头设置在对应待测水果中心位置的箱体内壁上并朝向待测水果，第二摄像头设置在位于待测水果下方的支撑柱内并朝向待测水果。
通过采用上述技术方案，利用第一摄像头对待测水果进行周向的外观拍摄，利用第二摄像头对待测水果底部外观进行拍摄，从而对待测水果外观的品质进行评定。
进一步设置为：所述第一摄像头周围设置有第一LED光源，所述第二摄像头周围设置有第二LED光源。
通过采用上述技术方案，弥补箱体内光线不足，使摄像头拍摄效果更好。
进一步设置为：所述近红外光谱检测模块包括卤素灯光源、传输光纤、聚光发射探头、聚光接收探头和微型光谱仪，所述聚光发射探头和聚光接收探头设置在与第一摄像头相对的箱体内壁上。
通过采用上述技术方案，使机器视觉检测模块和近红外光谱检测模块互不干扰，避免聚光发射探头的发射光线进入到摄像头的成像视野，同时也避免LED光源的光信息干扰到聚光接收探头采集光信号的，从而影响微型光谱仪信号解析。
进一步设置为：聚光发射探头设有两个，且两个聚光发射探头的夹角为45°。
通过采用上述技术方案，该夹角位置使近红外光照射待测水果的效果更好。
进一步设置为：所述箱体内设有阻尼铰接的支撑杆，所述聚光发射探头和所述聚光接收探头安装于所述支撑杆上。
通过采用上述技术方案，可以根据水果大小对支撑杆与待测水果之间的距离进行调整从而使聚光发射探头和聚光接收探头对准待测水果，紧贴水果表面，避免量程变化、杂散光影响。
进一步设置为：所述第一驱动件为步进电机，所述步进电机的端部固定设有齿轮，所述支撑柱外周壁设有同步带轮，所述齿轮与同步带轮啮合，所述第二驱动件为电动推杆。
通过采用上述技术方案，步进电机转动时其端部的齿轮跟随一起转动，齿轮转动时带动与其啮合的同步带轮转动，由于同步带轮是设置在支撑柱外周壁上，将带动支撑柱进行旋转，从而使支撑柱上的待测水果面向机器视觉检测模块和近红外光谱检测模块的果面进行转动，实现全方位地检测待测水果的外观品质与内部品质；电动推杆则将根据数据处理器分析得出的水果等级将待测水果推入其等级对应的出口。
进一步设置为：所述支撑柱靠近待测水果的端部设置有环形垫圈，该环形垫圈开设有供电动推杆穿过的缺口，该缺口处设有由电动推杆驱动进行上下运动的支撑弧边。
通过采用上述技术方案，环形垫圈对待测水果有缓冲作用，防止待测水果表面被支撑柱磕伤。
进一步设置为：所述支撑柱和出口之间设有引导待测水果滚向出口的卸果导轨。
通过采用上述技术方案，便于待测水果到达与其等级对应的出口。
本发明的另一目的是提供一种快速无损检测水果品质的方法，包括以下步骤：
步骤1，将待测水果经入口放置在支撑柱上；
步骤2，数据处理器控制步进电机转动齿轮并带动支撑柱进行旋转，机器视觉检测模块拍摄不同位置的待测水果的图像并传输至数据处理器，近红外光谱检测模块同时检测待测水果的光谱信息并传输至数据处理器；
步骤3，数据处理器根据接收的到的图像信息和光谱信息对待测水果进行等级判断；；
步骤4，数据处理器计算电动推杆与待测水果的等级所对应的出口之间的角度，并控制支撑柱旋转使电动推杆到达待测水果的等级所对应的出口的对面；
步骤5，数据处理器控制电动推杆向上顶起，将待测水果推入卸果轨道并进到其等级所对应的出口。
本方法的有益效果是全方面的检测待测水果的外观品质和内部品质并对其进行等级判定，再根据其等级将待测水果推入对应的出口，实现检测和分类的目的。
附图说明
图1为本发明提供的装置的一种实施例的结构示意图；
图2为本实施例中箱体的示意图；
图3为本实施例中环形垫圈的示意图；
图4为本实施例中支撑柱的示意图；
图5为本发明提供的方法的实施流程图；
图中：1、箱体；2、支撑柱；3、数据处理器；4、第一摄像头；5、第一LED光源；6、第二摄像头；7、第二LED光源；8、安装支架；9、卤素灯光源；10、聚光发射探头；11、聚光接收探头；12、微型光谱仪；13、集成架；14、支撑杆；15、入口；16、出口；17、挂钩；18、卸果导轨；19、第一驱动件；20、第二驱动件；21、齿轮；22、同步带轮；23、轴承；24、环形垫圈；25、支撑弧边；26、待测水果。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图4，本发明提供一种快速无损检测水果品质的装置，包括箱体1和设置在箱体1中的机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块和数据处理器3；所述箱体1底部设有供待测水果26放置的支撑柱2。
所述数据处理器3采用市售的TMS320系列的型号为F28035数据处理。所述机器视觉检测模块包括第一摄像头4和第二摄像头6，所述第一摄像头4设置在对应待测水果26中心位置的箱体1内壁上并朝向待测水果26，第二摄像头6设置在一安装支架8上且朝向待测水果26，该安装支架8位于待测水果26下方的支撑柱2内。所述第一摄像头4周围设置有第一LED光源5，所述第二摄像头6周围设置有第二LED光源7。第一摄像头4和第二摄像头6均与数据处理器3连接，分析拍摄到的待测水果26的外观品质。
所述近红外光谱检测模块包括卤素灯光源9、传输光纤、聚光发射探头10、聚光接收探头11和微型光谱仪12，所述聚光发射探头10和聚光接收探头11设置在与第一摄像头4相对的位置。聚光发射探头10设有两个，且两个聚光发射探头10的夹角为45°。聚光发射探头10和聚光接收探头11集成安装在一集成架13中，该集成架13通过支撑杆14设置在箱体1内，该支撑杆14为平行四边形连杆机构，其铰接处通过阻尼铰链进行铰接，支撑杆14根据待测水果26的大小可以进行调节，从而使聚光发射探头10和聚光接收探头11对准贴近待测水果26表面。优选的，还可以通过设置电机对支撑杆14与待测水果26的距离进行调节。卤素灯光源9和微型光谱仪12放置在箱体1的底部，卤素灯光源9与两个聚光发射探头10通过传输光纤进行连接，将卤素灯光源9的光信号照射至待测水果26表皮。聚光接收探头11和微型光谱仪12通过传输光纤进行连接，将从水果表皮反射回的光信号传输至微型光谱仪12进行分析。微型光谱仪12与数据处理器3进行连接，根据光谱信息分析待测水果26的内部品质。
所述箱体1顶部开设有供待测水果26进箱的入口15，箱体1侧面开设有四个供待测水果26出箱的出口16，每个出口16对应一种品质等级。每个出口16的周围设置四个挂钩17，挂钩17上挂有用于存放分级后的水果的布袋。所述支撑柱2和出口16之间设有引导待测水果26滚向出口16的卸果导轨18。
所述箱体1底部还设有驱动所述支撑柱2旋转的第一驱动件19；所述支撑柱2上设有驱动待测水果26从支撑柱2脱离并从出口16滚出的第二驱动件20；所述数据处理器3对机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块的检测结果进行处理并控制第一驱动件19和第二驱动件20工作。所述第一驱动件19为步进电机，所述步进电机的端部固定设有齿轮21，所述支撑柱2外周壁设有同步带轮22，所述齿轮21与同步带轮22啮合，所述第二驱动件20为电动推杆，该电动推杆设有三个分级作用点，分别为推杆未伸出的收缩状态、部分伸出的支撑待测水果26的初始状态和完全伸出的将待测水果26顶起的推顶状态。支撑柱2和安装支架8之间设有轴承23，支撑柱2跟随步进电机旋转时安装支架8保持不动，即第二摄像头6和第二LED光源7保持不动。
支撑柱2靠近待测水果26的端部设置有环形垫圈24，该环形垫圈24开设有供电动推杆穿过的缺口，该缺口处设有由电动推杆驱动进行上下运动的支撑弧边25。
参考图5，本发明还提供一种快速无损检测水果品质的方法，包括以下步骤：
S1：当各类光源及电子器件预热5分钟，保证仪器的光电信号输出稳定，将待测水果26经入口15放置在支撑柱2上，调整支撑杆14使聚光发射探头10和聚光接收探头11对准并贴近待测水果26。
S2：数据处理器3发出指令，启动第二摄像头6拍摄待测水果26底部的图像信息；拍摄完毕后数据处理器3发出指令驱动步进电机带动齿轮21和同步带轮22转动从而使支撑柱2转动起来；摆放于支撑柱2上的待测水果26也随之转动，处于待测水果26侧面的第一摄像头4采集水果不同侧面的图像信息。第一摄像头4拍摄的同时，聚光接收探头11收集不同光照点的果皮光谱信息；支撑柱2每旋转120°，第一摄像头4拍摄一次图像信息；支撑柱2每旋转60°，微型光谱仪12采集一次光谱信息。
S3：数据处理器3将第一摄像头4和第二摄像头6传回的图像信息和微型光谱仪12传回的光谱信息进行综合处理，分析水果的外部品质和内部品质，从而判定待测水果26的等级。
S4：数据处理器3计算电动推杆与所测水果判定的等级的出口16之间的角度；数据处理器3发出指令，步进电机带动使支撑柱2旋转使电动推杆旋转至待测水果26判定的等级的出口16的对立面。
S5：数据处理器3发出指令，使电动推杆向上推顶支撑弧边25，此时支撑弧边25由原初的水平状态变化为推顶状态，使所测水果的重心发生偏移，向其等级对应的出口16一侧倾斜，沿着卸果导轨18滚落至相应的出口16并落入布袋中。
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (10)
1.一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：包括箱体和设置在箱体中的机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块和数据处理器；
所述箱体顶部开设有供待测水果进箱的入口，箱体侧面开设有多个供待测水果出箱的出口；
所述箱体底部设有供待测水果放置的支撑柱；
所述箱体底部还设有驱动所述支撑柱旋转的第一驱动件；
所述支撑柱上设有驱动待测水果从支撑柱脱离并从出口滚出的第二驱动件；
所述机器视觉检测模块和近红外光谱检测模块的检测结果与数据处理器输入连接，所述的数据处理器输出与第一驱动件和第二驱动件连接。
2.根据权利要求1所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述机器视觉检测模块包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头设置在对应待测水果中心位置的箱体内壁上并朝向待测水果，第二摄像头设置在位于待测水果下方的支撑柱内并朝向待测水果。
3.根据权利要求2所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述第一摄像头周围设置有第一LED光源，所述第二摄像头周围设置有第二LED光源。
4.根据权利要求1所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述近红外光谱检测模块包括卤素灯光源、传输光纤、聚光发射探头、聚光接收探头和微型光谱仪，所述聚光发射探头和聚光接收探头设置在与第一摄像头相对的箱体内壁上。
5.根据权利要求4所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：聚光发射探头设有两个，且两个聚光发射探头的夹角为45°。
6.根据权利要求4所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述箱体内设有阻尼铰接的支撑杆，所述聚光发射探头和所述聚光接收探头安装于所述支撑杆上。
7.根据权利要求1所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述第一驱动件为步进电机，所述步进电机的端部固定设有齿轮，所述支撑柱外周壁设有同步带轮，所述齿轮与同步带轮啮合，所述第二驱动件为电动推杆。
8.根据权利要求7所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述支撑柱靠近待测水果的端部设置有环形垫圈，该环形垫圈开设有供电动推杆穿过的缺口，该缺口处设有由电动推杆驱动进行上下运动的支撑弧边。
9.根据权利要求7所述的一种快速无损检测水果品质的装置，其特征在于：所述支撑柱和出口之间设有引导待测水果滚向出口的卸果导轨。
10.基于权利要求9所述装置的一种快速无损检测水果品质的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，将待测水果经入口放置在支撑柱上；
步骤2，数据处理器控制步进电机转动齿轮并带动支撑柱进行旋转，机器视觉检测模块拍摄不同位置的待测水果的图像并传输至数据处理器，近红外光谱检测模块同时检测待测水果的光谱信息并传输至数据处理器；
步骤3，数据处理器根据接收的到的图像信息和光谱信息对待测水果进行等级判断；
步骤4，数据处理器计算电动推杆与待测水果的等级所对应的出口之间的角度，并控制支撑柱旋转使电动推杆到达待测水果的等级所对应的出口的对面；
步骤5，数据处理器控制电动推杆向上顶起，将待测水果推入卸果轨道并进到其等级所对应的出口。
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