CN110449369A - 一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线 - Google Patents
一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110449369A CN110449369A CN201910778212.5A CN201910778212A CN110449369A CN 110449369 A CN110449369 A CN 110449369A CN 201910778212 A CN201910778212 A CN 201910778212A CN 110449369 A CN110449369 A CN 110449369A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fruit
- sorting
- near infrared
- turning
- arc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 title claims abstract description 203
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 60
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 35
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 21
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 16
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 15
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 11
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 abstract 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 8
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 8
- 229960002737 fructose Drugs 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000220225 Malus Species 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000004497 NIR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 235000012055 fruits and vegetables Nutrition 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 235000021016 apples Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 235000020971 citrus fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 2
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 2
- 244000241257 Cucumis melo Species 0.000 description 1
- 235000015510 Cucumis melo subsp melo Nutrition 0.000 description 1
- ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N D-erythro-ascorbic acid Natural products OCC1OC(=O)C(O)=C1O ZZZCUOFIHGPKAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000220324 Pyrus Species 0.000 description 1
- 229930003268 Vitamin C Natural products 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 1
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001499 laser induced fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 235000021017 pears Nutrition 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000011973 solid acid Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 235000019154 vitamin C Nutrition 0.000 description 1
- 239000011718 vitamin C Substances 0.000 description 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
- B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
- B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
- B07C5/02—Measures preceding sorting, e.g. arranging articles in a stream orientating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
- B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
- B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
- B07C5/34—Sorting according to other particular properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
- B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
- B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
- B07C5/36—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution
- B07C5/361—Processing or control devices therefor, e.g. escort memory
- B07C5/362—Separating or distributor mechanisms
Landscapes
- Sorting Of Articles (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，它包括机械输送装置、可见近红外光谱检测装置和分选控制装置，机械输送装置输送水果进入可见近红外光谱检测装置的检测区域，可见近红外光谱检测装置把检测的结果进行处理，并通过脉冲信号传递给分选控制装置，通过机械输送装置的果盘的侧翻来实现分选。
Description
技术领域
本发明涉及水果内部糖酸度在线检测与分选，属水果在线无损检测及分选技术领域。
背景技术
随着今年我国经济的发展，消费者生活水平的提高，以及消费者饮食观念的改变，人们在选购水果时不再单一地注重外观形状、大小、颜色等外部品质，而且将水果的内部品质也作为参考标准，如糖度、酸度、维生素含量等指标。目前，国外一些发达国家，将水果采摘后依据内部品质和外部品质即时进行分选，如日本、美国等一些知名水果生产公司就以水果除具大小、外观等最佳品质外，更具有最佳内部营养品质作为自己的品牌文化。近红外光谱技术相对于传统化学破坏检测法的成本高、操作过程复杂、消耗时间长、可产生二次污染等缺点，以其安全高效、快速准确、成本造价低、应用范围广等优点而获得广发认可，也符合发展绿色农业的理念。近红外光谱无损检测技术作为既能检测水果内部品质，又不破坏水果的新技术，已经投入到农产品产后处理和加工过程中，并相关装置一直处在研发和功能升级中。如日本开发了可见近红外光谱检测梨、苹果成熟度的传感器，又研制了快速判别柑桔类水果成熟度和色泽的选果装置，并将此技术用于自动化选果线上，把成熟度和色彩传感器与自动化分选，包装线集成在一起，率先实现了柑桔类水果实时检测。比利时利用可见近红外光谱技术，研制了用于苹果糖度、酸度和维生素C含量等内部品质的在线检测装置。水果内部品质检测技术在国外已经日趋成熟，而在国内却鲜有报道，任然属于技术空白，进口国外设备又十分昂贵，因此加速开发能快速无损检测水果内部品质，满足国内市场需求和消费者需求的无损检测装置显得尤为重要。
公告号CN2555109Y、CN2555110Y的中国专利公开了一种基于水果机器视觉的生产分选装置，该装置通过图像处理技术，依据水果大小、形状、表皮光滑度、色泽等外部品质进行分选，但均采单片机实现自动控制，容易受到逻辑器件的干扰，造成控制的紊乱。公开号CN101158651A的中国专利公开了一种基于激光图像分析检测水果内部品质的装置，该装置融合了计算机机器视觉技术和激光图像分析技术，依据图像处理技术将采集到的图像与测得的水果储藏期的理化指标作对比，来检测水果的硬度、色泽、表面缺陷和固酸比，但该装置没有涉及到在线高速分选，图像采集要在暗室内进行，不适合于生产环境较差的现场实时作业。公开号CN101021478A的中国专利公开了一种水果品质的激光诱导荧光高光谱图像检测方法和装置，该装置可以用来快速检测水果表面缺陷和损伤、颜色、糖度、酸度和内部营养物质，但该装置在分选水果时采用高压吹气式果杯，极易造成伤果，而且在分选较重的水果时易出现吹不动的现象。美国专利US4883953A、US5089701A分别介绍了运用不同的光谱波段进行不同的水果内部品质检测装置的开发，如苹果、柑桔、甜瓜等，但没有充分考虑外部信号和逻辑器件对水果检测控制的干扰。公开号CN1394699A的中国专利公开了水果品质实时检测和分级机器人系统，该系统依据计算机视觉识别技术，可对水果的果形、大小、色泽、表皮光滑度、果面机械损伤等外部指标进行检测和分选，该系统只能对水果的外部品质进行检测，而不能检查水果的内部品质，采用单片机控制，在噪声大的环境中，逻辑单元易被干扰。
国外已经广泛使用近红外光谱进行农产品内外部品质的检测，经过分级的果蔬等农产品已经出现在各大超市和卖场，分选机械的生产也已经初具规模。反观国内，使用近红外光谱在农产品品质检测方面主要集中在实验室研究阶段，可以对果蔬进行糖度、酸度、产地等分选的动态在线无损检测装置更是鲜有报道，大部分高精密度的实验室仪器又具有检测成本高、使用环境要求高、检测耗时长的缺点，不仅不适合高速作业线生产、更无法进行大产量果蔬的分选生产，此外设备昂贵的价格也另众多果农不堪重负。随着三农政策的深入，农业精确化、标准化作业要求的提出，及时地开发出快速判断果蔬内部品质，确保水果品质无损检测大规模化、商品化的在线监测装置是水果生产链中的重要一环。
发明内容
针对现有的水果内部糖度、酸度在线检测和分选技术中的不足，本发明提供一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线。
本发明提供的一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，包括机械输送装置、可见近红外光谱检测装置和分选控制装置；其中，
机械输送装置包括电动机、驱动齿轮、传动链条、支撑导轨和若干侧翻式果盘，电动机带动驱动齿轮转动，传动链条沿支撑导轨设置且在驱动齿轮的带动下沿支撑导轨运动，若干侧翻式果盘均匀地设置在传动链条上并随传动链条一起运动；
可见近红外光谱检测装置包括光照单元、光纤探头、光谱仪和计算机，光照单元设置在侧翻式果盘上方，光纤探头设置在侧翻式果盘下方，光纤探头与光谱仪电性连接，光谱仪与计算机电性连接；
分选控制装置包括PLC、编码盘、光电接近开关、若干分选口和若干旋转电磁铁，编码盘设置在驱动齿轮的轴上，光电接近开关设置在编码盘前端，若干分选口和若干旋转电磁铁均设置在支撑导轨侧方，每个分选口对应一个旋转电磁铁，每个旋转电磁铁上均设有用于触发侧翻式果盘翻转的转臂，PLC分别与光电接近开关、编码盘、旋转电磁铁、计算机电性连接。
装载有水果的侧翻式果盘随着传动链条循环运动，PLC通过编码盘和光电接近开关检测侧翻式果盘的位置信息，光电接近开关触发光谱仪通过光纤探头采集光谱；光谱仪将采集到的光谱传输给计算机，计算机根据光谱判断水果的糖度、酸度并划分等级，并将水果的糖度、酸度等级信息传输给PLC；当装载有水果的侧翻式果盘运动到相应的分选口时，PLC控制该分选口处的旋转电磁铁动作，通过转臂触发侧翻式果盘翻转，使水果落入相应的分选口，从而实现分选。
进一步地，所述的支撑导轨包括弧形段，弧形段具有最高点，所述的侧翻式果盘能够运动到弧形段的最高点；所述的光照单元设置在运动到最高点的侧翻式果盘上方，所述的光纤探头设置在运动到最高点的侧翻式果盘下方。当所述的侧翻式果盘运动到弧形段的最高点时，采集光谱，能够消除杂散光。
进一步地，所述的弧形段的弧长为800毫米，弧形段的最高点与最低点相距11毫米。
进一步地，所述的光照单元包括两个弧形灯架和十盏卤素灯，两个弧形灯架对称地设置在所述的支撑导轨的弧形段两侧，每个弧形灯架上设置五盏卤素灯。
进一步地，所述的侧翻式果盘包括果盘、水果托架、弹性避光圈、果盘支撑架和称重脚，果盘与水果托架通过销轴转动连接，果盘和水果托架上均设有通光孔，弹性避光圈设置在果盘的通光孔上，果盘支撑架与果盘固定连接，称重脚设置在果盘底部；果盘支撑架与所述的传动链条固定连接，所述的光线探头正对果盘的通光孔。水果装载在水果托架上，光照单元发出的光透过水果，从通光孔进入光线探头。当水果托架下端被转臂推动时，水果托架能够绕销轴转动，从而使水果侧翻掉落。
本发明的有益效果：可以在300nm-2500nm可见近红外波长范围内，获取水果的可见近红外吸收光谱信息，快速无损的完成水果内部品质(糖度、酸度)在线动态检测，并通过控制侧翻式果盘的侧翻，自动实现对水果的分选，提高了水果内部品质的动态检测和分选的准确性和自动化；克服了传统的破坏式化学检测方法费用高、精度低、费时、效率低等缺点，满足了水果产后大规模商品化处理的需求；应用水果动态分选生产后，可以提高我国水果的品质，扩大出口创汇，提升我国果品在国际市场的竞争力。
附图说明
图1为机械输送装置的总体结构示意图。
图2为可见近红外光谱检测装置的结构示意图之一(俯视)。
图3为可见近红外光谱检测装置的结构示意图之二(侧视)。
图4为侧翻式果盘的示意图(翻转状态)。
图5为漫透射和漫反射杂散光过滤效果对比。
图6为苹果可溶性固形物(糖度)实测值与预测值的相关关系。
图7为水果糖酸度在线检测与分选生产线的工作流程。
附图标记解释：1.分选口防撞内壁，2.分选口，3.外盖板，4.主机架，5.电动机，6.驱动齿轮，7.支撑导轨，8.传动链条，9.果盘支撑架，10.果盘，11.防撞脚，12.称重脚，13.导向板，14.旋转电磁铁，15.支撑板，16.可拆卸活动挡板，17.固定卡盘，18.连接杆，19.U型卡环，20.弹性避光圈，21.通光孔，22.旋转电磁铁，23.水果托架，24.卤素灯，25.弧形灯架，26.光纤探头，27.连接线。
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。
本发明的一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，通过采集水果在300nm-2500nm波段范围内的可见近红外漫透射光谱，并利用预先建立的水果糖度、酸度预测模型预测，计算出水果内部的糖度、酸度含量，结合机械输送装置和分选控制装置，实现水果内部糖度、酸度的在线检测与自动分选。
如图1-4所示，该基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线包括机械输送装置、可见近红外光谱检测装置和分选控制装置。机械输送装置输送水果进入可见近红外光谱检测装置的检测区域，可见近红外光谱检测装置把检测的结果进行处理，并通过脉冲信号传递给分选控制装置，通过机械输送装置的果盘的侧翻来实现分选。
图1为机械输送装置总体结构示意图。具体地，主机架4上设有外盖板3、直流电动机5、驱动齿轮6、支撑导轨7。直流电动机5通过减速器连接驱动齿轮6，驱动齿轮6带动传动链条8，传动链条8沿着支撑导轨7设置并用于输送侧翻式果盘10，构成循环输送装置。侧翻式果盘包括果盘10、果盘支撑架9、水果托架23、称重脚12、防撞脚11和弹性避光圈20。果盘10通过果盘支撑架9固定在传动链条8上，果盘10和水果托架23上均设有通光孔21；水果托架23与果盘10通过销轴连接，保证水果托架23能在侧翻时旋转自如；称重脚12和防撞脚11分别设置在果盘10底部两侧。采用弹性避光圈20和通光孔21组合实现透射检测，水果靠自重压紧下方弹性避光圈20，经过对称布置光源时，近红外光透过大半个水果至光纤探头26时，弹性避光圈20和通光孔21组合保证透射光准确进入光纤探头26，过滤杂散光。
为了消除杂散光，支撑导轨7上设置了弧形段，弧形段具有最高点，侧翻式果盘能够运动到弧形段的最高点。侧翻式果盘由两条通过果盘10两侧的长条孔的果杯支撑架9等间距地固定在传送链条8上，驱动齿轮6驱动传动链条8向前运动，侧翻式果盘随传动链条8一起向前运动。传动链条8在支撑导轨7上平行移动，侧翻式果盘沿着支撑导轨7水平运动，当进入检测区域后，侧翻式果盘到达圆弧段，支撑导轨7圆弧段的弧长为800毫米，从圆弧最低端到最顶端垂直距离11毫米，传动链条8带动侧翻式果盘做最大提升距离11毫米的圆弧运动。在提升过程中，水果与水果托架23内壁处于紧密接触中，靠自重压紧下方弹性避光圈20，通光孔21被完全遮住，此时侧翻式果盘、弹性避光圈20和通光孔21组合实现透射检测，过滤杂散光。沿圆弧运动过程中，侧翻式果盘的垂直位置连续提升，直至圆弧顶点，侧翻式果盘被平稳提升11毫米，近红外光透过大半个水果至检测器探头。侧翻式果盘经过弧形段后，运动至下一个水平段。侧翻式果盘随传动链条8一起运动的速度及侧翻时水果托架23的翻转力度可以根据实际生产中水果种类及重量进行调整。研究表明，采用上述杂散光简易消除方法后，杂散光的比例降低到44.5％，是漫反射杂散光的13.7％。
如图2和3所示，可见近红外光谱检测装置包括光照箱、光照单元、光纤光谱仪、光纤探头26和计算机，光照单元24安装在光照箱内，光照单元24和光纤探头26均与光纤光谱仪连接，光纤光谱仪通过USB口与计算机连接。其中，光照单元包括两个圆弧形铁质灯架25和十盏卤素灯24，两个圆弧形铁质灯架25沿生产线两侧呈圆弧形均匀对称布置，每侧的圆弧形铁质灯架25上均匀安装五盏卤素灯24，每盏卤素灯24的功率为100瓦，卤素灯24的安装位置略高于被检测水果的赤道部位。采集光谱时，光纤探头26正对果盘10中间的通光孔21。果盘10翻转方式为侧翻式，水果托架23绕销轴转动实现侧翻卸果。
分选控制装置包括可编程控制器PLC、光电接近开关、编码盘、分选口2、旋转电磁铁14。分选口2的数量设置为五个，五个旋转电磁铁14分别安装在五个分选口2旁，具体地，五个旋转电磁铁14分别通过支撑板15连接在主机架4上，五个旋转电磁铁14均连接有转臂，转臂高度与水果托架23底部对应。支撑板15上端还设有导向板13，用于导向。编码盘与驱动齿轮6连接，光电接近开关安装在编码盘前端，光电接近开关可以采用霍尔传感器。PLC分别与光电接近开关、编码盘、旋转电磁铁14、计算机电性连接。通过旋转电磁铁14的动作执行分选指令，侧翻式果盘通过水果托架23的整体侧翻，来实现水果以一定的角度和力量翻转入相应的分选口2内。
本发明实施例水果糖度、酸度在线检测与分选生产线用于检测苹果可溶性固形物(糖度)实测值与预测值的相关关系如图6所示，根据苹果可溶性固形物(糖度)的预测集样本实测值(散点)，可建立预测值(斜线)的数学模型，并可将糖度预测含量分级。
本发明实施例水果糖度、酸度在线检测与分选生产线的工作流程如图7所示，机械输送装置向近红外光谱检测工位输送水果；可见近红外光谱检测装置采集信号，并计算划分水果糖度、酸度等级；通过计算机与PLC的通信，由PLC程序进行连续动态配准，实时提取分选口的等级信息，控制分选口的执行机构动作。
在光谱的接收方式上，实现了光谱采集、脉冲信号触发、果盘侧翻动作的连续性。光谱采集时，驱动齿轮68齿，由安装在主轴上的分度盘均分17份，每份包含4齿，每4齿对应一果盘，形成霍尔传感器高低电平脉冲信号与果盘位置一一对应的关系，控制电磁阀实现侧翻式果盘的整体侧翻。
下面介绍本发明的基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线的工作流程：
按下启动按钮/停止按钮，电机启动/停止，调节调速电位器，控制在线检测与分选生产线的运行速度，开启卤素灯，在线检测与分选生产线正常运行。
当水果随机械输送装置进入可见近红外光谱检测装置工位，卤素灯射出的光线照射到水果表面，透射光经过水果内部组织到达光纤探头；光电接近开关读取驱动齿轮的位置信息，并产生脉冲触发信号，由接近开关对光纤光谱仪外部触发后，进入光纤光谱仪，经分光及A/D转换后进入计算机，计算机软件自动将水果吸光度光谱代入已建立的水果糖酸度预测模型，计算并显示出水果糖酸度含量的大小，分段划分水果糖酸度等级。
计算机把水果糖酸度等级信号通过通信口RS232传递给程序控制器PLC，由PLC通过获得的等级信号及由接近开关实时捕捉的水果位置信息或空位信号，进行连续准确的动态队列配准。
计算机通信触发PLC，利用传输指令，把构建中间桥梁的数据传给数据寄存单元并压入由24个数据寄存单元组成的队列右端，左移一位，水果每移动一个工位，接近开关被触发一次，队列左移一位，至此，水果跟踪被有效移植到PLC程序中。PLC通信协议如下：
| STX | CMD | 数据段 | ETX | SUMH | SUML |
表中，以STX标志出现为开始和以ETX标志出现为结束；CMD表示命令以ASCⅡ码给出，从CMD到ETX依据字节求累加求和得到SUMH和SUML。
当ASCII值为2时，STX请求开始，CMD中出现8时执行强制断命令，为7时执行强制通命令。作为数据段命令对象的M0、M1、M2、M3寻址范围从0800到0803，为CMD计算地址。在PLC中，应用SUMH和SUML效验侧响应码对应的ASCII码的累加和，从CMD开始到ETX结束，数据段内各代码进行ASCII码累加求和，求和结果再进行16进制转化，结果溢出的不计入检验，取16进制数的低两位作为检验码，来校验传输数据的正确性与否。上文提到了CMD执行强制通命令7，其对应的ASCII码为55，从0008对应的ASCII码为48开始，到0803对应的ASCII码为56结束。ETX的ASCII码为3时执行请求停止命令，将CMD到ETX对应的ASCII码分别转化为16进制，依次累加求和：37H+30H+30H+30H+38H+03H＝102H，取102H的低两位02作为校验码。
计算好三个分选口分别对应的三个数据存储单元地址，采用比较指令，比较代表三个等级并被赋值的数和指向的这三个数据存储单元的数，若相等，使旋转电磁铁上电；若不等，水果随生产线转移到下一个分选口判断。
当水果糖、酸度信息同步于水果工位时，若旋转电磁铁上电动作，则转臂旋转一定角度，处于动作执行位置，迫使水果托架提升，水果托架绕销轴转动，使侧翻式果盘侧翻，把水果推向分选口；若旋转电磁铁失电，则转臂处于动作未执行状态，水果托架沿着导向板的下沿运动，水果随着机械输送系统输送到向下一个分选口。
综上所述，本发明综合应用近红外光谱科学、机械电子技术、自动控制理论和化学计量学等多门学科技术，利用水果可见近红外漫反射光谱对水果内部糖、酸度进行在线检测与分级，并结合可靠性较强的PLC进行水果队列动态配准，采用整体侧翻式果盘及分选执行机构，实现快速智能化水果内部糖、酸度动态在线检测与分选；可以实现水果的成列、高速输送，实时、准确、有效、全面地采集反应水果内外部品质特征的光谱信息，实现水果虚拟队列动态配准，准确无误地使旋转电磁铁得电、果盘翻转，实现高速分选的协调控制；而且可以有效地去除高速运动的水果表面以及输送线零部件反射的杂散光，直接提高检测精度。
Claims (5)
1.一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，包括机械输送装置、可见近红外光谱检测装置和分选控制装置；其中，
机械输送装置包括电动机、驱动齿轮、传动链条、支撑导轨和若干侧翻式果盘，电动机带动驱动齿轮转动，传动链条沿支撑导轨设置且在驱动齿轮的带动下沿支撑导轨运动，若干侧翻式果盘均匀地设置在传动链条上并随传动链条一起运动；
可见近红外光谱检测装置包括光照单元、光纤探头、光谱仪和计算机，光照单元设置在侧翻式果盘上方，光纤探头设置在侧翻式果盘下方，光纤探头与光谱仪电性连接，光谱仪与计算机电性连接；
分选控制装置包括PLC、编码盘、光电接近开关、若干分选口和若干旋转电磁铁，编码盘设置在驱动齿轮的轴上，光电接近开关设置在编码盘前端，若干分选口和若干旋转电磁铁均设置在支撑导轨侧方，每个分选口对应一个旋转电磁铁，每个旋转电磁铁上均设有用于触发侧翻式果盘翻转的转臂，PLC分别与光电接近开关、编码盘、旋转电磁铁、计算机电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，其特征在于：所述的支撑导轨包括弧形段，弧形段具有最高点，所述的侧翻式果盘能够运动到弧形段的最高点；所述的光照单元设置在运动到最高点的侧翻式果盘上方，所述的光纤探头设置在运动到最高点的侧翻式果盘下方。
3.根据权利要求2所述的基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，其特征在于：所述的弧形段的弧长为800毫米，弧形段的最高点与最低点相距11毫米。
4.根据权利要求1所述的基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，其特征在于：所述的光照单元包括两个弧形灯架和十盏卤素灯，两个弧形灯架对称地设置在所述的支撑导轨的弧形段两侧，每个弧形灯架上设置五盏卤素灯。
5.根据权利要求1所述的基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线，其特征在于：所述的侧翻式果盘包括果盘、水果托架、弹性避光圈、果盘支撑架和称重脚，果盘与水果托架通过销轴转动连接，果盘和水果托架上均设有通光孔，弹性避光圈设置在果盘的通光孔上，果盘支撑架与果盘固定连接，称重脚设置在果盘底部；果盘支撑架与所述的传动链条固定连接，所述的光线探头正对果盘的通光孔。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910778212.5A CN110449369A (zh) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910778212.5A CN110449369A (zh) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110449369A true CN110449369A (zh) | 2019-11-15 |
Family
ID=68488467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910778212.5A Pending CN110449369A (zh) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110449369A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111097718A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-05 | 华东交通大学 | 一种基于漫反射与漫透射的水果自动分选装置 |
| CN112237983A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-19 | 湖南谨航科技开发有限公司 | 一种用于杨梅的可调节筛选系统及其使用方法 |
| CN112756277A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-07 | 西南大学 | 一种巴旦木无损近红外光谱检测与筛选系统装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101920245A (zh) * | 2009-10-27 | 2010-12-22 | 华东交通大学 | 基于可见近红外光谱的水果糖酸度在线检测与分选生产线 |
| CN102374897A (zh) * | 2010-08-07 | 2012-03-14 | 俞建峰 | 二轴运动式灯具光通量检测装置 |
| CN103197576A (zh) * | 2013-04-16 | 2013-07-10 | 浙江大学 | 用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置 |
| JP2017105596A (ja) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 日本協同企画株式会社 | 果菜引継ぎ移送方法と、果菜引継ぎ移送装置と、果菜自動選別方法と、果菜自動選別装置と、果菜容器詰め方法と、果菜容器詰め装置と、果菜選別容器詰め方法と、果菜選別容器詰め装置 |
| CN107621460A (zh) * | 2016-07-15 | 2018-01-23 | 华东交通大学 | 一种近红外光谱漫透射技术黄桃隐性损伤与糖度同时在线检测装置与方法 |
| CN207379916U (zh) * | 2017-10-12 | 2018-05-18 | 华东交通大学 | 一种基于近红外光谱漫透射技术的易损果带包装糖度检测果杯装置 |
-
2019
- 2019-08-22 CN CN201910778212.5A patent/CN110449369A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101920245A (zh) * | 2009-10-27 | 2010-12-22 | 华东交通大学 | 基于可见近红外光谱的水果糖酸度在线检测与分选生产线 |
| CN102374897A (zh) * | 2010-08-07 | 2012-03-14 | 俞建峰 | 二轴运动式灯具光通量检测装置 |
| CN103197576A (zh) * | 2013-04-16 | 2013-07-10 | 浙江大学 | 用于光谱在线检测水果品质的运动状态控制装置 |
| JP2017105596A (ja) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 日本協同企画株式会社 | 果菜引継ぎ移送方法と、果菜引継ぎ移送装置と、果菜自動選別方法と、果菜自動選別装置と、果菜容器詰め方法と、果菜容器詰め装置と、果菜選別容器詰め方法と、果菜選別容器詰め装置 |
| CN107621460A (zh) * | 2016-07-15 | 2018-01-23 | 华东交通大学 | 一种近红外光谱漫透射技术黄桃隐性损伤与糖度同时在线检测装置与方法 |
| CN207379916U (zh) * | 2017-10-12 | 2018-05-18 | 华东交通大学 | 一种基于近红外光谱漫透射技术的易损果带包装糖度检测果杯装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111097718A (zh) * | 2020-01-07 | 2020-05-05 | 华东交通大学 | 一种基于漫反射与漫透射的水果自动分选装置 |
| CN112237983A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-19 | 湖南谨航科技开发有限公司 | 一种用于杨梅的可调节筛选系统及其使用方法 |
| CN112756277A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-07 | 西南大学 | 一种巴旦木无损近红外光谱检测与筛选系统装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101920245A (zh) | 基于可见近红外光谱的水果糖酸度在线检测与分选生产线 | |
| CN108284076A (zh) | 一种基于称重分选线改造的水果糖度分选装置与方法 | |
| CN100449301C (zh) | 基于光特性的水果内部品质在线无损检测方法和装置 | |
| CN110449369A (zh) | 一种基于可见近红外光谱透射式水果品质在线检测与分选生产线 | |
| CN202092599U (zh) | 一种西瓜品质在线无损检测装置 | |
| CN202057579U (zh) | 一种在线检测水果内部品质的光学系统 | |
| CN1995987B (zh) | 基于高光谱图像技术的农畜产品无损检测方法 | |
| CN100566855C (zh) | 基于机器视觉的物料实时检测及异物剔除系统 | |
| CN104174597A (zh) | 轻微损伤鲜枣的快速无损在线检测与分选装置 | |
| CN103487396A (zh) | 一种光照参数可调的近红外水果糖度无损检测装置 | |
| CN105170485A (zh) | 一种猕猴桃检测分级装置 | |
| CN102507460B (zh) | 生鲜肉水分无损在线检测系统 | |
| CN108507954A (zh) | 一种小型水果品质及货架期在线检测装置及方法 | |
| CN101949686A (zh) | 水果内外综合品质在线无损检测方法及装置 | |
| CN106733701A (zh) | 马铃薯多级联合智能缺陷检测系统及检测方法 | |
| CN101539514A (zh) | 农畜产品品质近红外光谱便携式检测方法和装置 | |
| CN103109754A (zh) | 血斑蛋在线无损检测分选设备及其方法 | |
| CN104777129A (zh) | 基于可见近红外光谱的柑橘类水果内部品质在线检测装置 | |
| CN108318494B (zh) | 红提果粉的在线视觉检测分级装置及其方法 | |
| CN110146516A (zh) | 基于正交双目机器视觉的水果分级装置 | |
| CN106940292A (zh) | 基于多光谱成像技术的虫蛀巴旦木原料快速无损鉴别方法 | |
| CN110702637A (zh) | 一种热鲜和冷鲜羊肉的近红外在线融合快速判别方法 | |
| CN202083645U (zh) | 一种基于fpga的粮食品质在线检测装置 | |
| CN117840072A (zh) | 一种可定制式类球形果蔬品质无损分选与适宜加工系统、方法 | |
| CN213275362U (zh) | 一种圆形果蔬内外品质同时监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191115 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |