CN110369311A - 一种水果分选装置 - Google Patents

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姜小刚
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Abstract

本发明提供了一种水果分选装置，该装置的上果区装置、刷果区装置、光谱检测区装置、出果区装置和包装系统相互配合，上果区装置和刷果区自动完成水果的清洗后传输给光谱检测区装置，光谱检测区装置建立水果分选模型，模型建立后对水果进行光谱采集和模型计算，发出命令触发执行分选动作，水果在相应糖度值和重量值的出口弹出，最后由包装系统包装。

Description

一种水果分选装置
技术领域
本发明属于农产品加工技术领域，尤其涉及一种水果分选装置。
背景技术
我国是脐橙、柚子、苹果、梨等水果的生产大国，年产量已经位于世界的前列，水果产业也是我国南方农村等地的支柱型产业。但是果农摘下的水果未经过任何加工处理，导致水果价格低廉、利润薄、销售量差。
传统的人工分选和包装技术已经满足不了当今的需求，比如现有的果品分选技术功能单一，未融合分选果品分选前处理技术和分选后处理技术，包装、清洗等装置未能良好的融入分选装置中。当前的果品分选装置采用单一光源发射和单一的光谱接收方法，分选精度和分类准确率较低。
发明内容
为了实现水果从采后全过程的自动化加工，解决传统人工挑果、手工清洗、手工包装的单一性、效果差等问题，本发明提供一种具有自动上料、自动清洗、自动输送、重量分选、糖度分选、自动包装功能的水果分选装置。
本发明提供的一种水果分选装置，包括：
传送带，传送带上设有果杯，用于输送水果；
设置在传送带侧方的水果清洁装置，用于初步清洗传送带上的水果；
设置在传送带上方的暗箱，暗箱内设有光源和光谱采集装置，用于采集水果的光谱；
设置在传送带下方的重量传感器，用于测量水果的重量；
数模转换器，数模转换器分别与传送带、果杯、光谱采集装置、重量传感器电性连接；
计算机，计算机与数模转换器电性连接；
设置在传送带两侧的若干糖度分级出口和若干重量分级出口；
其中，光谱采集装置包括光纤探头、多点发射多点接收式光纤和光谱仪，光纤探头设置在光源下方且位于果杯下方，光谱仪与光纤探头通过多点发射多点接收式光纤连接，并且光谱仪与数模转换器电性连接。
该水果分选装置通过光谱采集装置采集水果的光谱信息，通过重量传感器采集水果重量信息，将光谱信息和重量信息通过数模转换器传送给计算机，计算机对光谱数据进行分析并对水果的糖度和重量进行分级，之后计算机通过数模转换器向果杯发出控制指令，使果杯翻转，使得果杯中的水果落入相应的糖度分级出口和重量分级出口内，从而实现分选。
进一步地，所述多点发射多点接收式光纤包括三条发射光源光纤和三条接收光源光纤。
进一步地，所述若干糖度分级出口具体为四个糖度分级出口，分别对应四个糖度等级；所述若干重量分级出口具体为四个重量分级出口，分别对应四个重量等级。
进一步地，还包括热缩膜包装机，热缩膜包装机分别设置在所述糖度分级出口和重量分级出口，用于包装分级后的水果。
进一步地，所述传送带底部设有滚轮。
本发明利用机械电子技术、光谱技术、自动控制技术对的水果分选，具有以下有益效果：
(1)糖度模型建立是最小偏二乘支持向量机模型建立的水果光谱与糖度值模型，实现水果糖度值区分，并采用重量传感器实现重量的区分；
(2)集成水果传送、清洗、光谱检测、分级和包装功能，实现水果的全体系加工，增加果农收益并满足消费者对水果口感、外观的需求；
(3)光谱采集装置采用多点发射多点接收的方式，增加水果的透光性和光谱采集的完整性，实现水果糖度精准分选和稳定性；
(4)无需人工搬运、清洗、扶正，实现水果分选的智能化管理，节约人工成本，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明的一种水果分选装置的光谱采集原理示意图。
图2是本发明的一种水果分选装置的结构示意图。
图3是本发明的多点发射多点接收式光纤的结构示意图。
图4是本发明的一种水果分选装置的侧视示意图。
图中主要元件符号说明：
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1～4所示，本发明的一种水果分选装置，采用双线分选水果，分别为X线和Y线，增加分选速度，包括：
两条由电动机16带动的传送带9，根据传送带的传送方向依次分为上果区、刷果区、光谱检测区和出果区，传送带9上设有果杯7；
设置在传送带刷果区侧方的水果清洁装置24，水果清洁装置24可以是毛刷；
设置在传送带光谱检测区上方的暗箱12，暗箱12内设有光源11和光谱采集装置，光源11可以是卤钨灯；
设置在传送带出果区下方的重量传感器5；
数模转换器3，数模转换器3分别与传送带9、果杯7、光谱采集装置、重量传感器5电性连接；
计算机2，计算机2与数模转换器3电性连接；
设置在传送带出果区两侧的若干糖度分级出口15和若干重量分级出口14；
设置在糖度分级出口和重量分级出口的热缩膜包装机22。
其中，光谱采集装置包括光纤探头6、光纤10和光谱仪1，光纤探头6设置在传送带光谱检测区下方，对准果杯7；光谱仪1通过光纤10与光纤探头6连接。光纤10采用多点发射多点接收式光纤13，多点发射多点接收式光纤13包含三条发射光源和三条接收光源光纤，通过水果8内部的三条光再反射回接收光源光纤内部，获取到更多水果8内部信息，增加建模的精确度。参见图3，多点发射多点接收式光纤13由光纤接收端20和光纤发射端21组成，光纤发射端21和接收端20采用多个光纤探头6，增加了光的发射和接收强度，能够获取更多更有效水果内部光谱信息，建立水果分选模型更稳定、更精准。光纤发射端21和接收端20内部分别通过三条发射光源和三条接收光源光纤与光谱仪1连接，光谱仪1发射的光借助光纤发射端21射向水果表皮，光经过水果内部后反射回来的光被光纤接收端20接收后传输回光谱仪1，最终传输给计算机2。
光谱仪1电磁辐射分离出水果所需要的波长的光，通过光纤10传输至水果8表面，光源11装在暗箱12的顶层并发出亮光照射水果8，增加水果8的通透度，光纤10内部的光穿过水果8后由计算机建立模型。计算机2与数模转化器3连接，数模转换器3继续连接PLC 4、光谱仪1，重量传感器5、果杯7、传送带9都与数模转换器3连接。计算机2发出的动作指令通过数字信号转换为模拟信号后传输给PLC 4，PLC 4已经烧录好计算机2编写好的程序接收和发送指令。光源11与暗箱12内壁连接，安装在果杯7上方两侧，当设备启动时光源11自动开启并照亮水果8，增加光纤探头6采集水果8内部信息。
暗箱12后方设置分级出口，分级出口由糖度分级出口15和重量分级出口14组成，重量分级出口14下方装有重量传感器5。糖度分级出口15可以分为A、B、C、D四个等级，糖度分级出口可以分为m、n两个等级；采用重量分级出口15和糖度分级出口14交叉2*4或者4*2的方式，且分级可调。分级出口与热缩膜包装机22连接，分级后的水果进入热缩膜包装机22被包装，防止水果水分的散失。
果杯7包括果杯支架17和弹跳器18，果杯支架17连接传送带9，弹跳器18用于接受计算机2发出重量和糖度的指令并使水果8侧翻。
整个装置下方设有滚轮25，滚轮25对称安装在整套装置底部，方便整套装置的移动。
采摘后的水果直接大批量的倒入传送带上果区后，通过滚动式传送将水果传送至刷果区，刷果区边传送水果边通过毛刷刷干净水果表面的异物，通过刷果区后的水果光亮有色泽，且不影响光谱照射，便于采集内部光谱。在光谱检测区，暗箱可以避免杂散光的干扰，光谱仪发出的光通过光纤传输照射到水果表面，光继续透射到水果内部，透射后被水果另一边的接收传感器接收，从而收集水果的光谱，水果的光谱的传回至计算机，通过已经建立好的模型，找到光谱对应好的糖度，根据糖度输出动作指令触发果杯的弹跳器，水果从对应糖度分级口滚落至包装区。出果区由两种出果方式组成，分别为糖度出口和重量出口，计算方法为糖度值与重量值的交叉，重量分选的依据在于出口区装有重量传感器。包装区装有热缩膜包装机，热缩膜包装机水果的进口与分级出口对接，分选后的水果直接通过热缩膜包装机包装，防止水果水分丢失。水果分选模型的建立是采集水果的光谱，采用移动最小二乘支持向量机方法波段，并挑选出特征波长，采用特征波长建立水果的糖度分选模型。上果区装置、刷果区装置、光谱检测区装置、出果区装置和包装系统相互配合，上果区装置和刷果区自动完成水果的清洗后传输给光谱检测区装置，光谱检测区装置建立水果分选模型，模型建立后对水果进行光谱采集和模型计算，发出命令至触发器，触发器触动果杯弹跳装置，水果在相应糖度值和重量值出口弹出。装置管理者负责装置的开启和关闭，实现一人管理整套装置的高效运行，完成采摘后水果全产业的加工。
综上所述，本发明的水果分选装置全自动完成水果的上料、刷果、糖度分选、重量分选、包装整套式水果加工，全部技术实现无缝对接，与传统多套加工装置相比节约人力、物力，减少厂房占用空间体积，装备性能稳定、分选速度快、不伤果、检测精度高，保证分选后水果有较佳的口感品质、光亮的外观、均匀的大小，提高了被分选水果的市场竞争力和品牌价值。光路系统由光谱仪、多点发射多点接收式光纤、光纤接收端和光纤发射端组成，光谱仪发射的光通过光纤传输至水果，多点发射与多点接收式光路系统增加了水果的光谱的信息全局性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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所附权利要求。

Claims (5)

1.一种水果分选装置，包括：
传送带，传送带上设有果杯，用于输送水果；
设置在传送带侧方的水果清洁装置，用于初步清洗传送带上的水果；
设置在传送带上方的暗箱，暗箱内设有光源和光谱采集装置，用于采集水果的光谱；
设置在传送带下方的重量传感器，用于测量水果的重量；
数模转换器，数模转换器分别与传送带、果杯、光谱采集装置、重量传感器电性连接；
计算机，计算机与数模转换器电性连接；
设置在传送带两侧的若干糖度分级出口和若干重量分级出口；
其中，光谱采集装置包括光纤探头、多点发射多点接收式光纤和光谱仪，光纤探头设置在光源下方且位于果杯下方，光谱仪与光纤探头通过多点发射多点接收式光纤连接，并且光谱仪与数模转换器电性连接。
2.根据权利要求1所述的水果分选装置，其特征在于：所述多点发射多点接收式光纤包括三条发射光源光纤和三条接收光源光纤。
3.根据权利要求1所述的水果分选装置，其特征在于：所述若干糖度分级出口具体为四个糖度分级出口，分别对应四个糖度等级；所述若干重量分级出口具体为四个重量分级出口，分别对应四个重量等级。
4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的水果分选装置，其特征在于：还包括热缩膜包装机，热缩膜包装机分别设置在所述糖度分级出口和重量分级出口，用于包装分级后的水果。
5.根据权利要求4所述的水果分选装置，其特征在于：所述传送带底部设有滚轮。
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