CN113495039B - 管道式水果品质无损检测装置和无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无损检测领域，其公开了一种管道式水果品质无损检测装置，包括水平布置的管道、若干个布置在不同水平高度上的光源和接收光源发出信号的光能接收器、数据处理器，还包括位于光源与光能接收器之间的供果体竖立放置的固定座、设置固定座上的驱动果体绕竖直轴线转动的驱动模块；所述光源和光能接收器分设在管道内壁相对两侧；同时，本方案还提供了一种管道式水果品质无损检测方法；本方案可实现提高大体积水果如菠萝、柚子等水果的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测领域，特别是一种管道式水果品质无损检测装置和无损检测方法。
背景技术
CN201510645453.4公开了一种类球形水果透射高光谱成像无损检测装置，涉及农产品品质无损检测技术领域。本装置是：在箱体内的底部设置有电动位移台，在电动位移台的上部设置有样品室，在箱体内的顶部设置有高光谱成像仪；电动位移台和高光谱成像仪分别与箱体外的电脑连接；水果样品置于样品室内，对准高光谱成像仪。该装置设计合理，调节方便，功能全面，适用于苹果、柿子、梨、桃子、柑橘、西瓜等类球形水果的无损检测和试验研究。
CN202010823837.1公开了一种基于硅基多光谱芯片的水果糖度无损检测装置及方法，涉及苹果糖度无损检测技术领域。检测装置上方设置水果支架，可放置待测水果样品,检测装置内部设置光源、采用硅基多光谱芯片的多光谱相机、检测模块，多光谱相机与检测模块连接并与光源形成一个夹角，多光谱相机采集待测水果样品后的散射多光谱图像数据并输入检测模块，检测模块根据接收的多光谱图像数据检测待测水果样品的糖度。本发明采用的硅基多光谱芯片由硅基晶元制成，具有体积小、重量轻、结构简单、成本低等优点，糖度检测装置操作更为便捷、检测速度更快。该发明的水果糖度检测方法，无需复杂的数学模型和长时间的运算，即可对水果糖度进行相对可靠的分级。
上述方法存在的问题在于，对于大体积的水果检测可靠性不佳。
所以，本技术方案所要解决的首要问题是：如何提高大体积水果如菠萝、柚子等水果的检测精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道式水果品质无损检测装置，该装置能够使水果在通道内实现多角度转动，结合AI视频分析和光学检测，提高水果甜度检测精度，同时，本发明还结合了水果的各种变量，进行AI学习，提出了一种无损检测方法。
本发明提供的技术方案为：一种管道式水果品质无损检测装置，包括水平布置的管道、若干个布置在不同水平高度上的光源和接收光源发出信号的光能接收器、数据处理器，还包括位于光源与光能接收器之间的供果体竖立放置的固定座、设置固定座上的驱动果体绕竖直轴线转动的驱动模块；所述光源和光能接收器分设在管道内壁相对两侧；
所述管道内设有沿管道轴向延伸的输送带，所述固定座设有若干个，且依次排布在输送带上；所述管道的进料端设有用于采集水果图像的摄像头；所述固定座上设有压力传感器；
所述数据处理器分别与光源、驱动模块、输送带电连接，所述数据处理器通过串口分别与光能接收器、摄像头、压力传感器数据传输。
本发明的光源一般是指红外光纤，但是并不排斥激光、X光等。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述固定座中部设有将果体悬空撑起的支撑架；所述支撑架设置在驱动模块的外侧，且与果体底部滑动配合；所述压力传感器位于支撑架与固定座之间，所述驱动模块贯穿压力传感器。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述支撑架由若干个环绕排布在驱动模块外侧的支撑杆组成；所述支撑杆的上端朝向支撑架外侧倾斜延伸，且套设有可转动的辊轴；所述支撑杆固定连接在压力传感器上侧。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述驱动模块包括与果体底部连接的夹具、驱动夹具转动的第一伺服电机；所述夹具设置在支撑架中部，且与固定座转动配合；所述夹具贯穿压力传感器。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述夹具为真空吸盘或机械爪。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述压力传感器为环状结构，所述传感器内嵌在固定座的上表面，所述夹具位于压力传感器内圈中。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述数据处理器包括相互电连接的运算模块、屏幕、存储模块、控制模块；所述控制模块分别与光源、第一伺服电机、输送带电连接，所述存储模块通过串口分别与摄像头、压力传感器、光能接收器数据传输。
在上述的管道式水果品质无损检测装置中，所述输送带包括与固定座的下侧固定连接的输送链板、与输送链板固定连接的输送皮带、与输送皮带转动配合的辊轴、驱动辊轴转动的第二伺服电机；所述输送皮带分设在输送链板的相对两侧，所述第一伺服电机贯穿输送链板。
同时，本发明还公开了一种管道式水果品质无损检测方法，包括如上任一所述的管道式水果品质无损检测装置，还包括以下步骤：
步骤一：将果体竖直放置在固定座的支撑架上，由输送带驱动固定座移动至管道的进料端并通过支撑架使水果转动，压力传感器和摄像头分别测量出果体的重量和多角度的图像，并传输至数据处理器，所述数据处理器根据多角度的图像绘制出水果的立体图像并计算水果的体积；
步骤二：输送带驱动固定座移动至管道内，光源发射光源信号穿透果体，伺服电机驱动夹具按预设角度依次转动，若干个光能接收器同步收集夹具转动后的光源发出信号，并传输至数据处理器；
步骤三：数据处理器将果体重量、体积计算出密度ρ和第一糖度β1，通过光源信号计算出第二糖度β2，根据第一糖度和第二糖度计算加权糖度β3，β3=α*β1+γβ2，其中，α+γ=1；
步骤四：对经步骤3处理后的水果进行破坏性处理，得到实际甜度β；
步骤五：设β=β3，计算ρ和α与γ的对应关系；
步骤六：重复步骤一至步骤五，得出不同密度的ρ和α与γ的对应关系的模型；
步骤七：在检测过程中，采用步骤六的模型，根据β1和β2计算得到水果的加权甜度β3。
本发明在采用上述技术方案后，其具有的有益效果为：
本技术方案中的固定座支撑着果体，固定座上的压力传感器测出果体重量，固定座上的驱动模块驱动果体绕竖直轴线转动，光源发出红外或远红外光线，光线穿透果体能量产生衰减，光能接收器接收到已衰减的光线，配合摄像头测算水果的体积，数据处理器光能接收器接收到的光信号以及计算水果密度，根据不同的模型计算出不同的甜度，然后对两个甜度进行加权，通过大量的水果计算，得到不同密度下的加权系数，可对后续的水果的甜度测量提供较为科学的指导。
附图说明
图1是本发明的实施例1的管道式水果品质无损检测装置的正视示意图；
图2是本发明的实施例1的管道式水果品质无损检测装置的侧视示意图；
图3是本发明的实施例1的管道式水果品质无损检测装置的俯视示意图；
图4是本发明的图1的A的局部放大图；
图5是本发明的图2的B的局部放大图；
图6是本发明的图3的C的局部放大图。
附图标记：1、管道；2、光源；3、摄像头；4、输送带；5、光能接收器；6、辊轴；7、支撑杆；8、压力传感器；9、固定座；10、第一伺服电机；11、夹具；401、输送链板；402、输送皮带。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1：
如图1-6所示，一种管道式水果品质无损检测装置，包括水平布置的管道1、若干个布置在不同水平高度上的光源2和接收光源2发出信号的光能接收器5、数据处理器，还包括位于光源2与光能接收器5之间的供果体竖立放置的固定座9、设置固定座9上的驱动果体绕竖直轴线转动的驱动模块；所述光源2和光能接收器5分设在管道1内壁相对两侧；
所述管道1内设有沿管道1轴向延伸的输送带4，所述固定座9设有若干个，且依次排布在输送带4上；所述管道1的进料端设有位于输送带4水平一侧和顶部的摄像头3；所述固定座9上设有压力传感器8；
所述数据处理器分别与光源2、驱动模块、输送带4电连接，所述数据处理器通过串口分别与光能接收器5、摄像头3、压力传感器8数据传输。
其运作过程为，将果体放置在固定座9上，固定座9利用压力传感器8得知果体的重量，驱动模块驱动果体转动，通过摄像头3绘制水果的立体图形，计算水果的体积，根据水果的体积和重量可得到水果的密度，输送带4驱动固定座9移动，带动果体进入管道1内，果体在经过管道1的进料端，摄像头3得知果体的高度，果体在管道1内，固定座9上设有驱动模块，驱动模块驱动果体在固定座9上绕竖直轴线转动，在果体转动的过程中，光源2同步发出红外线，光能接收器5接收穿透果体的红外线，根据红外线的衰减情况，可计算第二糖度β2，类似的处理方案可见CN201210459001.3所公开的基于近红外 / 可见光的水果品质快速无损在线检测系统，或，CN201310427643.X 所公开的一种光照参数可调的近红外水果糖度无损检测装置。
同理，数据处理器根据果体的体积和重量，得出果体密度ρ，利用果体密度ρ与甜度的关系，分析出果体的甜度第一糖度β1；第一糖度β1可参考《基于偏最小二乘法设计的蜜柚糖度无损检测装置》，安徽农业科学，2016年第44期，262-264页，其记载了通过ρ计算第一糖度β1的具体方法。
根据第一糖度和第二糖度计算加权糖度β3，β3=α*β1+γβ2，其中，α+γ=1；
对经上述处理后的水果进行破坏性处理，得到实际甜度β；
步骤五：设β=β3，计算ρ和α与γ的对应关系；
设β=β3，计算ρ和α与γ的对应关系；
将上述操作重复若干次，得出不同密度的ρ和α与γ的对应关系的模型；
当模型经过多次数据整合后，得到一个最终的模型，在正常的测量过程中，根据β1和β2计算得到水果的加权甜度β3。
该方法弥补传统方法检测精度低的缺陷，提高大体积水果如菠萝、柚子等水果的检测精度。
固定座9的具体结构为，所述固定座9中部设有将果体悬空撑起的支撑架；所述支撑架设置在驱动模块的外侧，且与果体底部滑动配合；所述压力传感器8位于支撑架与固定座9之间，所述驱动模块贯穿压力传感器8。
固定座9利用支撑架，将果体悬空撑起，果体此时为倒立放置，即果体面积较小的一端位于面积较大的一端的下侧，支撑架支撑果体顶部的边缘，果体底部的中心与固定座9的上表面存在空间，以供安放驱动模块，驱动模块与果体的底部连接，驱动果体旋转；采用环状结构的压力传感器8，避免与驱动模块产生干涉，使两者分别独立稳定的运作，果体下压支撑架，压力透过支撑架传递到压力传感器8上，进行果体的称重。
支撑架的具体结构为，所述支撑架由若干个环绕排布在驱动模块外侧的支撑杆7组成；所述支撑杆7的上端朝向支撑架外侧倾斜延伸，且套设有可转动的辊轴6；所述支撑杆7固定连接在压力传感器8上侧。
若干个支撑杆7环绕排布成圆形布置，支撑杆7的上端倾斜延伸，支撑着果体顶部的边缘，支撑杆7上设有辊轴6，降低支撑杆7与果体之间的摩擦力，果体转动更加顺畅；支撑杆7固定在压力传感器8的上侧，果体透过支撑杆7传递至压力传感器8上。
驱动模块的具体结构为，所述驱动模块包括与果体底部连接的夹具11、驱动夹具11转动的第一伺服电机10；所述夹具11设置在支撑架中部，且与固定座9转动配合；所述夹具11贯穿压力传感器8。
第一伺服电机10按照单次转动的预设角度范围，驱动夹具11转动，夹具11与果体的底部连接，带动果体转动，以供红外线从不同角度穿透果体，多次单向转动后，光能接收器5收集到在不同角度下穿透果体的红外线，进行数据分析。
夹具11的具体结构为，所述夹具11为真空吸盘或机械爪。
压力传感器8的具体结构为，所述压力传感器8为环状结构，所述传感器内嵌在固定座9的上表面，所述夹具11位于压力传感器8内圈中。
数据处理器的具体结构为，所述数据处理器包括相互电连接的运算模块、屏幕、存储模块、控制模块；所述控制模块分别与光源2、第一伺服电机10、输送带4电连接，所述存储模块通过串口分别与摄像头3、压力传感器8、光能接收器5数据传输。
输送带4的具体结构为，所述输送带4包括与固定座9的下侧固定连接的输送链板401、与输送链板401固定连接的输送皮带402、与输送皮带402转动配合的辊轴6、驱动辊轴6转动的第二伺服电机；所述输送皮带402分设在输送链板401的相对两侧，所述第一伺服电机10贯穿输送链板401。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种管道式水果品质无损检测方法，其特征在于，所述方法通过管道式水果品质无损检测装置实现，所述管道式水果品质无损检测装置包括水平布置的管道、若干个布置在不同水平高度上的光源和接收光源发出信号的光能接收器、数据处理器，还包括位于光源与光能接收器之间的供果体竖立放置的固定座、设置固定座上的驱动果体绕竖直轴线转动的驱动模块；所述光源和光能接收器分设在管道内壁相对两侧；
所述管道内设有沿管道轴向延伸的输送带，所述固定座设有若干个，且依次排布在输送带上；所述管道的进料端设有用于采集水果图像的摄像头；所述固定座上设有压力传感器；
所述数据处理器分别与光源、驱动模块、输送带电连接，所述数据处理器通过串口分别与光能接收器、摄像头、压力传感器数据传输；
所述固定座中部设有将果体悬空撑起的支撑架；所述支撑架设置在驱动模块的外侧，且与果体底部滑动配合；所述压力传感器位于支撑架与固定座之间，所述驱动模块贯穿压力传感器；
所述支撑架由若干个环绕排布在驱动模块外侧的支撑杆组成；所述支撑杆的上端朝向支撑架外侧倾斜延伸，且套设有可转动的辊轴；所述支撑杆固定连接在压力传感器上侧；
所述驱动模块包括与果体底部连接的夹具、驱动夹具转动的第一伺服电机；所述夹具设置在支撑架中部，且与固定座转动配合；所述夹具贯穿压力传感器；
所述方法包括以下步骤：
步骤一：将果体竖直放置在固定座的支撑架上，由输送带驱动固定座移动至管道的进料端并通过支撑架使水果转动，压力传感器和摄像头分别测量出果体的重量和多角度的图像，并传输至数据处理器，所述数据处理器根据多角度的图像绘制出水果的立体图像并计算水果的体积；
步骤二：输送带驱动固定座移动至管道内，光源发射光源信号穿透果体，第一 伺服电机驱动夹具按预设角度依次转动，若干个光能接收器同步收集夹具转动后的穿透果体的光源信号，并传输至数据处理器；
步骤三：数据处理器将果体重量、体积计算出密度ρ和第一糖度β1，通过光源信号计算出第二糖度β2，根据第一糖度和第二糖度计算加权糖度β3，β3=α*β1+γβ2，其中，α+γ=1；
步骤四：对经步骤三处理后的水果进行破坏性处理，得到实际甜度β；
步骤五：设β=β3，计算ρ和α与γ的对应关系；
步骤六：重复步骤一至步骤五，得出不同密度的ρ和α与γ的对应关系的模型；
步骤七：在检测过程中，采用步骤六的模型，根据β1和β2计算得到水果的加权甜度β3。
2.根据权利要求1所述的管道式水果品质无损检测方法，其特征在于，所述夹具为真空吸盘或机械爪。
3.根据权利要求2所述的管道式水果品质无损检测方法，其特征在于，所述压力传感器为环状结构，所述传感器内嵌在固定座的上表面，所述夹具位于压力传感器内圈中。
4.根据权利要求3所述的管道式水果品质无损检测方法，其特征在于，所述数据处理器包括相互电连接的运算模块、屏幕、存储模块、控制模块；所述控制模块分别与光源、第一伺服电机、输送带电连接，所述存储模块通过串口分别与摄像头、压力传感器、光能接收器数据传输。
5.根据权利要求1所述的管道式水果品质无损检测方法，其特征在于，所述输送带包括与固定座的下侧固定连接的输送链板、与输送链板固定连接的输送皮带、与输送皮带转动配合的辊轴、驱动辊轴转动的第二伺服电机；所述输送皮带分设在输送链板的相对两侧，所述第一伺服电机贯穿输送链板。
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2021
- 2021-09-06 CN CN202111037016.6A patent/CN113495039B/zh active Active
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| 基于偏最小二乘法设计的蜜柚糖度无损检测装置;冯荣华 等;《安徽农业科学》;20160610;第44卷(第17期);第262-264页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113495039A (zh) | 2021-10-12 |
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