CN112198125A - 一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统及方法，属于果蔬切割加工技术领域。该设备通过上下两层红外管加热水槽，水槽连接耐高温提升装置和紫外杀菌装置，红外管及水槽外设置封闭保温箱体，箱体两侧保留产品运输通道口；耐高温装置连接切割刀具，切割刀具通过伺服电机提供动力，外接PLC控制系统，切割刀具右下侧为产品出口，出口下方为传动装置；传动装置运送样品经过多光谱采集区域，在卤素灯光源激发下，多光谱相机采集产品光谱数据，通过建模分析方法，识别切割完整度和杂质检测。本发明具有提高果蔬切割完整度，保障产品品质和安全的优点。

Description

一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统及方法
技术领域
本发明涉及食品加工领域，特别涉及一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统及方法。
背景技术
在果蔬加工过程中，会对果蔬进行切片、切丝和切丁，以满足不同的应用需求。随着社会发展进步及人们生活水平的提高，食品加工企业要求生产加工过程趋于工业化、自动化，消费者要求食品品质的安全及视觉和味觉的享受，传统的切割工艺和设备已经很难满足当下社会需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统及方法，解决加工过程食品污染，切割后产品破碎及切割精度问题。
本发明的技术方案：
一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，包括PLC控制器42、水槽12、耐高温传送提升装置1、红外增效装置2、紫外杀菌装置3、动力系统4、切割装置5和多光谱检测装置6；
所述的PLC控制器42分别与固态继电器A23、固态继电器B33、动力系统4相连和传感器66；
所述的耐高温传送提升装置1采用特氟龙传送带11，具有耐高温、耐腐蚀和沥水功能，包括传送段和提升段；其中，传送段覆盖在水槽12底部上方，能够确保传送段上的果蔬浸没到水槽12的水中，传送段相应的水槽12上下位置处均布设红外增效装置2，传送段上方的红外增效装置2用于照射果蔬表面，软化果蔬表皮，传送段下方的红外增效装置2用于加热水槽12中的水；提升段以一定倾斜角延伸至水槽12的顶部，提升段相应的水槽12上方布设紫外杀菌装置3。
所述的红外增效装置2包括红外管负极线路21、红外管正极电路22、固态继电器A23和红外加热管24；固态继电器A23与PLC控制器42相连，通过PLC控制器42控制占空比调节固态继电器A23，进而调整红外加热管24的功率，红外加热管24分布在水槽12上下两侧，保证受热均匀，使得果蔬表层软化，以便提高后续的切割效果。
所述的紫外杀菌装置3包括紫外管负极线路31、紫外管正极电路32、固态继电器B33和紫外杀菌管34；固态继电器B33与PLC控制器42相连，通过PLC控制器42控制固态继电器B33，进而调整紫外杀菌管34的功率，使得果蔬在提升段时同时进行沥水和紫外杀菌。
所述的切割装置5的入口和出口分别与耐高温传送提升装置1的尾端以及多光谱检测装置6的传动装置63相连；切割装置5的入口在上，出口在下，果蔬切割后自由下落到传动装置63。
所述的多光谱检测装置6包括多光谱相机61、聚焦透镜62、传动装置63、卤素灯64、卤素灯光源65、传感器66、外部PC67、相机视场68和封闭机箱69；所述的封闭机箱69罩设于传动装置63上部，为多光谱检测装置6的检测提供封闭环境；传动装置63的上方两侧均设置卤素灯64，卤素灯64与外部的卤素灯光源65相连，卤素灯64照在传动装置63上相机视场68区域；传动装置63的上方中间自下而上依次设置聚焦透镜62、多光谱相机61，多光谱相机61与外部PC67相连；在相机视场68中点、传动装置63末端分别设置传感器66，用于检测果蔬是否到达相机视场68，以启动多光谱相机61拍摄。
所述的动力系统4为耐高温传送提升装置1、切割装置5、多光谱检测装置6的传动装置63提供动力。
进一步的，红外增效装置2及水槽12外设置封闭保温箱体。
进一步的，切割装置5的切割刀具包括切片、切丝和切丁刀具等。
进一步的，卤素灯64分布均匀，保证果蔬各个方位和角度受光均匀。
进一步的，相机视场68是传动装置63表面的30×30cm的空间平面范围，空间分辨率为0.5mm/pixel。
进一步的，多光谱相机61与传动装置63高度可调，视场大小和空间分辨率也可调。
进一步的，多光谱相机61固定25个波段的图像，覆盖波长范围600-1000nm。多光谱相机61采集光谱数据信息，实时传输到外部PC67，实时检测样品的品质(异物)，抽检样品切割形状(切割的长度、宽度和厚度)。
一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测方法，步骤如下：
耐高温传送提升装置1运输果蔬先经过传输段，此时，果蔬完全浸没到水槽12的水中，上方的红外增效装置2对果蔬进行红外加热，下方的红外增效装置2对水槽12中的水进行加热，通过PLC控制器42对固态继电器A23的控制，进而调整上、下方红外加热管24的功率，上、下方红外加热管24对不同种类的果蔬进行不同程度的表层软化，避免了果蔬表皮的过度干燥，既能保证表皮的软化效果，又能保证不损伤果蔬。
之后，耐高温传送提升装置1运输果蔬经过提升段，此时，提升段的耐高温传送提升装置1与紫外杀菌装置3协同作用，同时进行沥水和紫外杀菌。紫外杀菌后的果蔬进入切割装置5，对于不同种类、不同需求的果蔬，切割装置5选用不同的刀具进行切割，切割后的果蔬自由下落到多光谱检测装置6的传动装置63上。
传感器66检测到传动装置63将果蔬运输到相机视场68范围内，两侧的卤素灯64照射在果蔬表面，启动多光谱相机61采集的光谱图像，传输到外部PC67进行分析和实时显示。
本发明的有益效果：
1.本发明能实现提高果蔬切割完整度，检测样本是否存在异物，保证产品质量。
2.本发明红外功率易控制，传动速度可调，检测视场可调，有效满足不同果蔬切割过程需求。
3.本发明能实现果蔬的多功能切割，如：快速普通切割(切片、切丝和切丁)、无菌切割、红外增效精密切割和成品异物检测，设备能满足各种生产需求，有效提高加工自动化和保障产品质量。
4.本发明红外增效，物料内外同时加热，在提温速度、节能、环保和稳定方面表现突出，辅助水浴能有效防止受热死角。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的果蔬切割流程图。
图3为本发明的红外加热结构示意图。
图4为本发明紫外杀菌结构示意图。
图5为本发明光谱检测结构示意图。
图中：1耐高温传送提升装置；11特氟龙传送带；12水槽；2红外增效装置；21红外管负极线路；22红外管正极电路；23固态继电器A；24红外加热管；3紫外杀菌装置；31紫外管负极线路；32紫外管正极电路；33固态继电器B；34紫外杀菌管；4动力系统；41伺服电机；42PLC控制器；5切割装置；6多光谱检测装置；61多光谱相机；62聚焦透镜；63传动装置；64卤素灯；65卤素灯光源；66传感器；67外部PC；68相机视场；69封闭机箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述。
如图1至图5所示，一种基于红外增效的多功能果蔬切割设备，包括PLC控制器42、水槽12、耐高温传送提升装置1、红外增效装置2、紫外杀菌装置3、切割装置5、多光谱相机61、传动装置63、卤素灯64、和封闭机箱69；所述水槽12上下均匀分布红外加热管24，水槽12与耐高温传送提升装置1相连，耐高温传送提升装置1部分覆盖在水槽12底部，提升部分同时进行沥水和紫外杀菌过程，耐高温传送提升装置1通过伺服电机41提供动力，电机功率和红外功率通过PLC控制器42调节。耐高温传送提升装置1右侧与切割装置5切割入口连接；所述切割装置5，包括切片、切丝和切丁刀具，产品切割后自由下落到传动装置63，传动装置63运输产品经过相机视场68，检测后送到设备出口。
所述红外增效装置2，包括红外加热管24，固态继电器A23，PLC控制器42，通过PLC控制器42控制占空比调节固态继电器A23，进而调整红外加热管24功率。红外加热管24分布在水槽12上下两侧，保证受热均匀。
所述耐高温传送提升装置1，使用伺服电机41带动特氟龙传送带11，具有耐高温、耐腐蚀和沥水功能，伺服电机41外接PLC控制器42，控制传动提升速度。
所述紫外杀菌装置3，是将均匀分布的紫外杀菌管34倾斜固定在耐高温传送提升装置1沥水部分上方，紫外杀菌功率不可调。
所述多光谱检测装置6是传动装置63运输样品到相机视场68范围内，两个卤素灯64照射在样品表面，通过多光谱相机61采集的光谱图像，传输到外部PC 67进行分析和实时显示。所述卤素灯64，外接卤素灯光源65，内部均匀分布多个卤素小灯，保证样品各个方位和角度受光均匀。所述相机视场68是传送带30×30的空间平面范围，空间分辨率为0.5mm/pixel，多光谱相机61与传送带高度可调，视场大小和空间分辨率也可调。多光谱相机61固定25个波段的图像，覆盖波长范围800-3000nm。多光谱相机61采集光谱数据信息，实时传输到外部PC67，通过建模分析方法，实时检测样品的品质(异物)，抽检样品切割形状(切割的长度、宽度和厚度)。
使用时，可根据产品调节红外加热管24的功率和耐高温传送提升装置1速度，保证产品软化。调整多光谱相机61高度，改变相机视场68大小能保证不同产品品质的有效检测。本发明能实现果蔬的多功能切割，如：快速普通切割(切片、切丝和切丁)、无菌切割、红外增效精密切割和成品异物检测，设备能满足各种生产需求，有效提高加工自动化和保障产品质量。
所述红外增效精密切割，在温度为40-70℃时，与传统电热管水浴加热相比节约能源40％-45％，加热速度提升20％。短时间加热深度高于电热管水浴加热，在切割藕过程中，红外增效切割方法有效的保证切割完整度。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，包括PLC控制器(42)、水槽(12)、耐高温传送提升装置(1)、红外增效装置(2)、紫外杀菌装置(3)、动力系统(4)、切割装置(5)和多光谱检测装置(6)；
所述的PLC控制器(42)分别与固态继电器A(23)、固态继电器B(33)、动力系统(4)相连和传感器(66)；
所述的耐高温传送提升装置(1)采用特氟龙传送带(11)，具有耐高温、耐腐蚀和沥水功能，包括传送段和提升段；其中，传送段覆盖在水槽(12)底部上方，能够确保传送段上的果蔬浸没到水槽(12)的水中，传送段相应的水槽(12)上下位置处均布设红外增效装置(2)，传送段上方的红外增效装置(2)用于照射果蔬表面，软化果蔬表皮，传送段下方的红外增效装置(2)用于加热水槽(12)中的水；提升段以一定倾斜角延伸至水槽(12)的顶部，提升段相应的水槽(12)上方布设紫外杀菌装置(3)；
所述的红外增效装置(2)包括红外管负极线路(21)、红外管正极电路(22)、固态继电器A(23)和红外加热管(24)；固态继电器A(23)与PLC控制器(42)相连，通过PLC控制器(42)控制占空比调节固态继电器A(23)，进而调整红外加热管(24)的功率，红外加热管(24)分布在水槽(12)上下两侧，保证受热均匀，使得果蔬表层软化，以便提高后续的切割效果；
所述的紫外杀菌装置(3)包括紫外管负极线路(31)、紫外管正极电路(32)、固态继电器B(33)和紫外杀菌管(34)；固态继电器B(33)与PLC控制器(42)相连，通过PLC控制器(42)控制固态继电器B(33)，进而调整紫外杀菌管(34)的功率，使得果蔬在提升段时同时进行沥水和紫外杀菌；
所述的切割装置(5)的入口和出口分别与耐高温传送提升装置(1)的尾端以及多光谱检测装置(6)的传动装置(63)相连；切割装置(5)的入口在上，出口在下，果蔬切割后自由下落到传动装置(63)；
所述的多光谱检测装置(6)包括多光谱相机(61)、聚焦透镜(62)、传动装置(63)、卤素灯(64)、卤素灯光源(65)、传感器(66)、外部PC(67)、相机视场(68)和封闭机箱(69)；所述的封闭机箱(69)罩设于传动装置(63)上部，为多光谱检测装置(6)的检测提供封闭环境；传动装置(63)的上方两侧均设置卤素灯(64)，卤素灯(64)与外部的卤素灯光源(65)相连，卤素灯(64)照在传动装置(63)上相机视场(68)区域；传动装置(63)的上方中间自下而上依次设置聚焦透镜(62)、多光谱相机(61)，多光谱相机(61)与外部PC(67)相连；在相机视场(68)中点、传动装置(63)末端分别设置传感器(66)，用于检测果蔬是否到达相机视场(68)，以启动多光谱相机(61)拍摄；
所述的动力系统(4)为耐高温传送提升装置(1)、切割装置(5)、多光谱检测装置(6)的传动装置(63)提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，红外增效装置(2)及水槽(12)外设置封闭保温箱体。
3.根据权利要求1所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，切割装置(5)的切割刀具包括切片、切丝和切丁刀具。
4.根据权利要求1所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，卤素灯(64)分布均匀，保证果蔬各个方位和角度受光均匀。
5.根据权利要求1所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，相机视场(68)是传动装置(63)表面的30×30cm的空间平面范围，空间分辨率为0.5mm/pixel。
6.根据权利要求1所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，多光谱相机(61)与传动装置(63)高度可调，视场大小和空间分辨率也可调。
7.根据权利要求1所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统，其特征在于，多光谱相机(61)固定25个波段的图像，覆盖波长范围600-1000nm；多光谱相机(61)采集光谱数据信息，实时传输到外部PC(67)，实时检测样品的品质，抽检样品切割形状。
8.采用权利要求1-7任一所述的一种基于红外增效的多功能果蔬切割检测系统进行检测的方法，其特征在于，步骤如下：
耐高温传送提升装置(1)运输果蔬先经过传输段，此时，果蔬完全浸没到水槽(12)的水中，上方的红外增效装置(2)对果蔬进行红外加热，下方的红外增效装置(2)对水槽(12)中的水进行加热，通过PLC控制器(42)对固态继电器A(23)的控制，进而调整上、下方红外加热管(24)的功率，上、下方红外加热管(24)对不同种类的果蔬进行不同程度的表层软化，避免了果蔬表皮的过度干燥，既能保证表皮的软化效果，又能保证不损伤果蔬；
之后，耐高温传送提升装置(1)运输果蔬经过提升段，此时，提升段的耐高温传送提升装置(1)与紫外杀菌装置(3)协同作用，同时进行沥水和紫外杀菌；紫外杀菌后的果蔬进入切割装置(5)，对于不同种类、不同需求的果蔬，切割装置(5)选用不同的刀具进行切割，切割后的果蔬自由下落到多光谱检测装置(6)的传动装置(63)上；
传感器(66)检测到传动装置(63)将果蔬运输到相机视场(68)范围内，两侧的卤素灯(64)照射在果蔬表面，启动多光谱相机(61)采集的光谱图像，传输到外部PC(67)进行分析和实时显示。
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