CN111060528B - 水果缺陷发展规律光学检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水果检测设备技术领域，提供水果缺陷发展规律光学检测系统及检测方法。水果缺陷发展规律光学检测系统包括：外壳；切削平台；切削刀具，位于切削平台一侧；操作杆，靠近切削平台所在的第一端设置有待测水果的固定部，且在切削进给方向移动；图像摄取装置，获取待测水果的内部图像。该种水果缺陷发展规律光学检测系统，操作杆以及固定部带动待测水果沿着切削进给方向移动，并且通过切削刀具将放置于切削平台的待测水果切开，进而图像摄取装置可以获取待测水果内部图像，以清楚的检测水果内部的缺陷及其生长规律。该种水果缺陷发展规律光学检测系统可以更加精确监测贮藏期水果品质，对建立水果缺陷发展快速监测模型意义重大。

Description

水果缺陷发展规律光学检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及水果检测设备技术领域，具体为水果缺陷发展规律光学检测系统及检测方法。

背景技术

一般水果在轻微碰撞之后，或者假如水果生长期携带潜伏病原菌，均会使其贮藏期产生缺陷，例如产生黑斑病、青霉病等病害，初期一般没有明显外观表征，随着贮藏时间增长果实内部开始腐烂，且不同缺陷在水果内部的颜色、空间生长规律会有不同。

各种水果品质检测过程中通常使用光谱透射及声波等无损检测技术进行识别。然而，现有技术当中存在的检测方法无法准确清楚的研究水果内部的缺陷。为了研究水果贮藏期内部缺陷颜色和空间发展规律，需要将水果切削对水果内部进行有损测量，对水果内部缺陷区进行周期观察。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种水果缺陷发展规律光学检测系统及检测方法，解决现有技术中存在的无法准确清楚的研究水果内部缺陷的问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种水果缺陷发展规律光学检测系统，包括：

外壳；

切削平台，设置于所述外壳内用于放置待测水果；

切削刀具，位于所述切削平台一侧；

操作杆，靠近所述切削平台所在的第一端设置有待测水果的固定部，且所述操作杆在切削进给方向移动；

图像摄取装置，用于获取被所述切削刀具切开的所述待测水果的内部图像。

在一个实施例中，还包括：

转动驱动单元，连接所述操作杆；

位移传感器，用于检测所述固定部的位置；

控制器，连接所述位移传感器和所述转动驱动单元，基于所述位移传感器检测到所述固定部，控制所述转动驱动单元带动所述操作杆转动。

在一个实施例中，所述操作杆为伸缩杆，所述转动驱动单元为舵机，所述固定部为钢针，所述位移传感器为激光传感器。

在一个实施例中，还包括：

脱落件，安装于所述伸缩杆，用于在切削完成之后将所述待测水果从所述固定部脱落。

在一个实施例中，所述外壳的顶板内壁设置有导轨，所述伸缩杆第二端连接所述舵机，所述舵机移动安装于所述导轨；所述切削平台上固定有平行于所述切削进给方向的导向板，所述激光传感器安装于所述导向板。

在一个实施例中，所述控制器连接所述图像摄取装置，对所述图像摄取装置获取的图像进行处理获取三维检测模型；

显示器，连接所述控制器，对所述三维检测模型进行显示。

在一个实施例中，还包括：

安装平台，用于固定所述图像摄取装置。

在一个实施例中，还包括：

光源，固定于所述安装平台，用于为所述待测水果提供光照。

在一个实施例中，还包括：

收集槽，位于所述切削刀具下方。

为了实现该目的，本发明提供了基于上述水果缺陷发展规律光学检测系统的检测方法，包括：

S1、将待测水果放置于切削平台；

S2、通过操作杆控制固定部，使得待测水果被固定于所述固定部；

S3、操作杆带动所述待测水果沿着切削进给方向移动至切削刀具的切削位置，切削刀具进行切削操作；

S4、切削完成，图像摄取装置获取待测水果的内部图像；

S5、位移传感器检测所述固定部的位置以判断是否切削至靠近所述固定部的位置，如果是，跳转至S6，如果否回到S3；

S6、转动驱动单元带动操作杆转动，重复步骤S3至S4，直到位移传感器检测到固定部，判断当前水果切削完成；

S7、控制器基于图像摄取装置获取的一个所述待测水果的所有图片生成三维检测模型并输出。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的该种水果缺陷发展规律光学检测系统，操作杆以及固定部带动待测水果沿着切削进给方向移动，并且通过切削刀具将放置于切削平台的待测水果切开，进而图像摄取装置可以获取待测水果内部图像，以清楚的检测水果内部的缺陷及其生长规律。该种水果缺陷发展规律光学检测系统可以更加精确监测贮藏期水果品质，对建立水果缺陷发展快速监测模型意义重大。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的水果缺陷发展规律光学检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例水果缺陷发展规律光学检测方法的流程示意图；

图中：1：外壳；2：切削固定仓；3：激光传感器；4：电推杆；5：显示器；6：导轨；7：切削刀具；8：图像摄取装置；9：固定平台；10：光源；11：收集槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

请参见图1，根据本发明实施例的水果缺陷发展规律光学检测系统，包括外壳1、切削平台、切削刀具7、操作杆和图像摄取装置8。其中，切削平台设置于外壳1内用于放置待测水果；切削刀具7位于切削平台一侧；操作杆，靠近切削平台所在的第一端设置有待测水果的固定部，且操作杆在切削进给方向移动；图像摄取装置8，用于获取被切削刀具7切开的待测水果的内部图像。

该种水果缺陷发展规律光学检测系统，操作杆以及固定部带动待测水果沿着切削进给方向移动，并且通过切削刀具7将放置于切削平台的待测水果切开，进而图像摄取装置8可以获取待测水果内部图像，以清楚的检测水果内部的缺陷及其生长规律。该种水果缺陷发展规律光学检测系统可以更加精确监测贮藏期水果品质，对建立水果缺陷发展快速监测模型意义重大。

具体的，该种水果缺陷发展规律光学检测系统可以用以建立水果因某种病毒或摔伤而引起的病害的内部缺陷的发展规律的监测模型，进而该数据可以用以分析此种病害对相应水果带来的危害，用以贮藏时选择危害规避方法，减少经济损失。

其中，切削刀具7在等待位置和切削位置之间切换，也即图1中切削刀具7在上方等待操作杆带动待测水果进给，当待测水果进给到切削刀具7下方之后，切削刀具7落下对待测水果进行切削。

其中，切削平台设置于外壳1内，进而可以避免外部环境对水果缺陷发展规律光学检测系统内部操作的干扰。在切削平台设置于外壳1内的基础上，切削刀具7、操作杆和图像摄取装置8也都可以完全设置在外壳1内，或者可以部分设置在外壳1内，甚至也可以完全设置在外壳1的外部，以不影响正常检测为标准。其中，外壳1的外形基于内部的部件确定，例如可以将外壳1设置成立方体型，其入口位于图1中左侧。

根据本发明的实施例，水果缺陷发展规律光学检测系统还包括转动驱动单元、位移传感器和控制器。其中，转动驱动单元连接操作杆；位移传感器用于检测固定部的位置；控制器连接位移传感器和转动驱动单元，基于位移传感器检测到固定部，控制转动驱动单元带动操作杆转动。

为了保证固定部对水果固定的可靠性，一般固定部固定水果中部尺寸较大的位置。由此导致的一个问题是，当操作杆在切削进给方向移动，使得切削刀具7切削至靠近固定部位置的时候，此时水果位于固定部的一侧已经切削完成，但是水果位于固定部的另外一侧并未被切削。基于此，本发明实施例设置旋转驱动单元带动操作杆转动，当水果位于固定部的一侧已经切削完之后，操作杆带动水果转动，使得水果另外一侧转动至朝向切削刀具的位置，并在操作杆带动下继续沿着切削进给方向移动。

值得一提的是，由于水果位于固定部的一侧被切削完成的时候，此时操作杆以及固定部距离切削刀具7的位置也比较近，如果直接在原地转动操作杆带动水果转动，则有可能转动完之后水果的位置超过了切削位置，基于此，本发明实施例的操作杆先带动固定部以及水果后退一定距离之后再旋转，可以保证旋转完成之后，水果从合适的初始位置开始沿着切削进给方向移动。其中，操作杆带动水果后退以及旋转的过程当中，都可以先带动水果升起一定距离，以防止水果和切削平台之间发生摩擦。

在一个实施例中，操作杆为伸缩杆，固定部为钢针，进而当伸缩杆伸长的时候，钢针可以插入切削平台上的待测水果当中，实现对待测水果的固定。例如，可以设置一排平行于切削刀具7的钢针，以保证水果固定的可靠性，并且不干涉切削。其中，一排钢针既可以做成针尖平齐的形式，也可以做成针尖不平齐以适应不同形状水果的形式；既可以做成每根钢针之间等距的形式，也可以做成不等距的形式。在一个具体实施例中，固定部的钢针共15根、钢针间距为3mm、钢针直径为2mm、钢针长度为25mm。伸缩杆可以采用电推杆4的形式。当然，操作杆和固定部的具体结构形式不受此处举例限制。例如操作杆还可以为可以张开或者夹紧的控制杆，固定部为夹持件：当控制杆相对靠拢的时候，夹持件松开；当控制杆相对张开的时候，夹持件夹紧待测水果。此处的操作杆和固定部可以整体看成夹钳结构或者卡爪结构。

其中，当固定部将待测水果固定之后，可以先待测水果上升一定高度，之后再由操作杆带动待测水果做进给运动，以减小待测水果和切削平台之间的摩擦。

在一个实施例中，旋转驱动单元为舵机，进而舵机带动操作杆转动。当然，旋转驱动单元的结构形式不受限制，其可以采用任何可以带动操作杆转动的形式。

在一个实施例中，位移传感器为激光传感器3，用于判断激光传感器3发射的激光是否被钢针的固定座的端面挡住。当钢针运动至激光传感器3的激光传播路径并阻拦激光的时候，此时固定部与切削刀具7之间的距离已经非常小，即可判断沿着切削进给方向操作杆已经运动至其极限位置，因此控制器控制旋转驱动单元带动操作杆转动180°。或者，控制器控制操作杆先沿着切削进给方向后退，再控制旋转驱动单元带动操作杆转动180°。

根据本发明的一个实施例，为了实现切削完之后剩下水果的自动脱落，可以在伸缩杆安装脱落件，用于将水果从固定部分离。例如，当固定部为钢针的时候，脱落件可以为套设在钢针外部的推板，正常情况下推板位于钢针上方，不影响钢针和水果之间的固定。当切削完成后，推板相对钢针运动，进而可以将水果从钢针上脱落。其中，可以在推板上设置钢针的躲避孔。

根据本发明的实施例，外壳1的顶板内壁设置有导轨6，伸缩杆第二端连接舵机，舵机移动安装于导轨6。进而，舵机沿着导轨6移动，以带动伸缩杆沿着切削进给方向移动。当然，导轨6还可以设置在外壳1的侧壁或者外壳1的其它位置。

在一个实施例中，切削平台上固定有平行于切削进给方向的导向板，在两块导向板和切削平台之间形成切削固定仓2，进而待测水果被设置于切削固定仓2中，可以保证对待测水果的固定，防止待测水果从切削平台滑落。

其中，导向板可以采用柔性材质，或者至少靠近待测水果的内侧表面为柔性材质，以防止导向板碰伤待测水果。例如，导向板的材质可以选择为热塑性聚氨酯弹性体橡胶。

根据本发明的实施例，所述控制器连接所述图像摄取装置8，对所述图像摄取装置8获取的图像进行处理获取三维检测模型。例如，图像摄取装置8对切削后水果内部的图像进行获取并保存每一次水果切削后的二维检测模型，通过嵌入式系统对图像进行处理，组成切片模型，后通过算法将二维检测模型组合成三维检测模型。也即，图像摄取装置8基于嵌入式系统的机器视觉系统，用摄像头将水果截面图像进行记录并保存，当一个水果截面图像(一组图像)记录完毕，通过嵌入式系统对图像进行处理，组成切片模型，后通过算法将二维检测模型组合成三维立体模型。

此外，水果缺陷发展规律光学检测系统还包括显示器5，显示器5连接所述控制器，对所述三维检测模型进行显示。通过观测三维检测模型可直观的反应出水果内部病理变化趋势

在一个实施例中，水果缺陷发展规律光学检测系统还包括安装平台，用于固定所述图像摄取装置8。通过安装平台的设置，保证图像摄取装置8正对待测水果被切开的内部表面。其中，安装平台可以为高度可调的升降平台，以灵活调整图像摄取装置8的安装高度。

进一步的，水果缺陷发展规律光学检测系统还包括光源10，用于为所述待测水果提供光照，以保证图像摄取装置8获取图像的清晰。尤其在室内光源10不足的情况下，光源10可以为外壳1内补充光源10。其中，光源10也可以通过安装平台进行固定安装。

在一个实施例中，在切削刀具7下方设置有收集槽11，进而方便将切削之后的水果收集至收集槽11内。其中，收集槽11可以为一个长305mm、宽200mm、高30mm且装卸方便的长方体容器。

在一个实施例中，水果缺陷发展规律光学检测系统，其操作杆沿着导轨6的移动(也即沿着切削进给方向的移动)通过丝杆实现。丝杆的导程可以基于待测水果的尺寸进行选择。例如丝杆的导程可以为20cm。导轨6需要承载舵机及电推杆4的重量，通过设置支撑架支撑舵机及电推杆4，进而可以减轻导轨6的承重。

此外，当设置有导向板，且在切削平台和导向板之间形成切削固定仓2的时候，切削固定仓2的尺寸也是基于待测水果的尺寸选定。例如，切削固定仓2的宽度为80mm，使水果能够在切削固定仓2内做出180°转动的动作。再例如，基于水果平均纵径为6.5厘米，横径为5.7厘米的特点，将切削固定仓2宽度设为10cm-10.5cm，即可容纳横向或纵向固定的水果，又可使电推杆4带动水果旋转换向。此外，导向板的高度可以为30mm。

通过上述水果缺陷发展规律光学检测系统对水果进行检测的过程包括：

首先对水果进行初步固定，电源模块供电，将水果放在切削固定仓2上的待处理区域，按下电推杆4进给的按钮，即电推杆4控制模块控制电推杆4带动一排钢针插在水果的最大直径或最大长度处；其中，电推杆4推动一排钢针插在水果的最大直径或最大长度处，使水果在切削固定仓2中沿纵向或横向固定。

导轨6将已经被电推杆4带动的水果匀速的移动到切削刀具7处，切削刀具7对水果进行切削得到水果片；在本实施案例，匀速移动可以控制水果片切削的厚度，且以切削刀具7切削水果片的厚度为评价指标。

切完水果一端后导轨6向后移动到导轨6的中心停止，舵机带动电推杆4顺时针旋转180°将没被切削到的水果转到靠近切削刀具7方向，导轨6接着向切削刀具7进给，切削刀具7进行切削，水果片经过切削固定仓2设有的下落口掉入水果片收集槽11，抬起切削刀具7，光学图像摄取检测器件会检测水果内部的颜色、空间生长规律。

例如，切削刀具7将水果切削到钢针所在位置前方2mm-3mm处，激光传感器3会检测到钢针(光路被钢针的固定座左右两端面遮挡)，随即导轨6会停止电推杆4的切削进给并带动电推杆4向后移动至导轨6的中心或者靠近中心位置，电推杆4上的舵机带动电推杆4顺时针旋转180°将没被切削到的水果转到靠近切削刀具7方向，导轨6接着促使电推杆4向切削刀具7进给，切削刀具7进行切削。在本实施例中，电推杆4上的舵机带动电推杆4顺时针旋转180°将没被切削到的水果转到靠近切削刀具7方向，导轨6接着向切削刀具7进给，即实现水果的全部切削，只留下中间约6mm宽的水果片，最后电推杆4再带动水果进给，当激光传感器3检测到钢针(光路被钢针的固定座左右两端面遮挡)，电推杆4停止进给，切削刀具会将剩下的水果片直接切落，掉入果片收集槽11内。

其中，舵机固定导轨6上，舵机连接电推杆4，通过舵机带动电推杆4顺时针旋转180°使水果进行转向，切削刀具7为电控切削，切削刀具7电控切削时切削水果厚度和导轨6进给速度成正比。

图像摄取装置8在切削固定仓2出口的正前方，图像摄取装置8可以清楚的检测到被切削刀具7切削后的水果内部颜色、空间生长规律。由于图像摄取装置8检测对光线具有要求，在安装平台设有光源10，能够在室内光线不足的情况下使图像摄取装置8正常运作。

电源、导轨6、舵机、电推杆4、激光传感器3、图像摄取装置8等部件可以均连接控制器，控制器由嵌入式主板作为整体装置的核心控制，具有核心运算、控制输入与输出和稳定整体系统操作的功能。

根据本发明实施例，请参见图2，提供基于上述水果缺陷发展规律光学检测系统的检测方法，包括：

S1、将待测水果放置于切削平台；

S2、通过操作杆控制固定部，使得待测水果被固定于所述固定部；

S3、操作杆带动所述待测水果沿着切削进给方向移动至切削刀具7的切削位置，切削刀具7进行切削操作；

S4、切削完成，图像摄取装置8获取待测水果的内部图像；

S5、位移传感器检测所述固定部的位置以判断是否切削至靠近所述固定部的位置，如果是，跳转至S6，如果否回到S3；

S6、转动驱动单元带动操作杆转动，重复步骤S3至S4，直到位移传感器检测到固定部，判断当前水果切削完成；

S7、控制器基于图像摄取装置8获取的一个所述待测水果的所有图片生成三维检测模型并输出。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，包括：

外壳；

切削平台，设置于所述外壳内用于放置待测水果，所述切削平台上固定有平行于切削进给方向的导向板，在两块所述导向板和所述切削平台之间形成切削固定仓，所述导向板为柔性板；

切削刀具，位于所述切削平台一侧；

操作杆，靠近所述切削平台所在的第一端设置有待测水果的固定部，且所述操作杆在切削进给方向移动，所述操作杆为伸缩杆，所述固定部为一排平行于所述切削刀具的钢针，所述钢针插在水果的最大直径或者最大长度处；

脱落件，安装于所述伸缩杆，用于在切削完成之后将所述待测水果从所述固定部脱落；

转动驱动单元，连接所述操作杆，用于带动所述操作杆转动；

图像摄取装置，沿着所述切削进给方向设置于所述切削平台前方，用于获取所述切削平台上被所述切削刀具切开的所述待测水果的内部图像；

安装平台，用于固定所述图像摄取装置，所述安装平台高度可调，以使得所述图像摄取装置朝向所述切削平台上待测水果的截面。

2.根据权利要求1所述的水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，还包括：

位移传感器，用于检测所述固定部的位置；

控制器，连接所述位移传感器和所述转动驱动单元，基于所述位移传感器检测到所述固定部，控制所述转动驱动单元带动所述操作杆转动。

3.根据权利要求2所述的水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，所述转动驱动单元为舵机，所述位移传感器为激光传感器。

4.根据权利要求3所述的水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，所述外壳的顶板内壁设置有导轨，所述伸缩杆第二端连接所述舵机，所述舵机移动安装于所述导轨；所述激光传感器安装于所述导向板。

5.根据权利要求2所述的水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，所述控制器连接所述图像摄取装置，对所述图像摄取装置获取的图像进行处理获取三维检测模型；

显示器，连接所述控制器，对所述三维检测模型进行显示。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，还包括：

光源，固定于所述安装平台，用于为所述待测水果提供光照。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的水果缺陷发展规律光学检测系统，其特征在于，还包括：

收集槽，位于所述切削刀具下方。

8.根据权利要求2至5中任意一项所述的水果缺陷发展规律光学检测系统的检测方法，其特征在于，包括：

S1、将待测水果放置于切削平台；

S2、通过操作杆控制固定部，使得待测水果被固定于所述固定部；

S3、操作杆带动所述待测水果沿着切削进给方向移动至切削刀具的切削位置，切削刀具进行切削操作；

S4、切削完成，图像摄取装置获取待测水果的内部图像；

S5、位移传感器检测所述固定部的位置以判断是否切削至靠近所述固定部的位置：如果是，跳转至S6，如果否回到S3；

S6、转动驱动单元带动操作杆转动，重复步骤S3至S4，直到位移传感器检测到固定部，判断当前水果切削完成；

S7、控制器基于图像摄取装置获取的一个所述待测水果的所有图片生成三维检测模型并输出。

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