CN114324034B - 一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，包括定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统、传送带、数据处理系统；沿着传送带的输送方向，定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统依次设置；硬度检测系统和粗糙度检测系统均与数据处理系统相接，完成机械剥壳后的对虾剥壳合格率检测。本发明通过多触感方式获取对虾肉壳特征，保证了对虾剥壳合格率检测的准确性，属于水产品加工领域。

Description

一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置

技术领域

本发明涉及水产品加工领域，具体涉及一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置。

背景技术

对虾剥壳是对虾深加工过程中最重要的环节之一。采用手工剥壳劳动强度大、生产效率低。现阶段更多采用对虾脱壳设备，有效提高了对虾制品生产率，降低了生产成本。然而，由于现有剥虾设备技术及设备还不够完善，剥壳性能还不够稳定，需要人工将未脱皮的不合格虾进行分选，但手工操作易使虾体受细菌污染，影响产品鲜度和品质。因此，实现对虾剥壳合格率自动检测具有重要意义。

剥壳处理后虾肉与虾壳准确辨识是合格率检测的关键。目前，常采用机器视觉方式，通过形状、颜色、纹理等特征实现对象识别。针对形态特征，按对虾剥壳要求不同，有带尾虾、蝴蝶虾、西式带尾虾、全剥壳虾等，导致形态特征难以全面表征剥壳对虾的种类，对虾肉壳辨识需要根据具体要求选用不同的特征，普适性较差；针对颜色特征，虾肉与虾壳颜色相似，且随对虾品种、处理方法、新鲜度等不同而有所差异，难以获得准确的辨识阈值进行有效区分，识别准确率较低；针对纹理特征，对虾剥壳环境较为特殊，生产处理水的反光、输送机械的不确定振动、对虾位置、姿态的动态变化等作业环境影响，难以获得高质量的对虾纹理特征。

综上所述，视觉感知方式在对虾肉壳辨识方面，易受对虾品种、环境等因素的干扰，不具有普适性。因此，针对常规视觉感知在对虾肉壳辨识方面存在的问题。本发明采用触觉感知方法，基于多触感的数据特征完成肉壳辨识，实现对虾剥壳合格率自动检测。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，通过触觉感知的方式对机械剥壳后的对虾剥壳合格率检测，保证了对虾剥壳合格率检测的准确性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，包括定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统、传送带、数据处理系统；沿着传送带的输送方向，定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统依次设置；硬度检测系统和粗糙度检测系统均与数据处理系统相接，完成机械剥壳后的对虾剥壳合格率检测。

作为一种优选，定量导入装置包括第一挡板、第二挡板、喂入辊；第一挡板的数量为两块，左右对称布置，两块第一挡板的围挡区域截面呈逐渐减小的梯形结构；第二挡板的数量为两块，左右对称布置，两块第二挡板的围挡区域截面呈矩形结构；喂入辊的数量为两个，左右对称布置，喂入辊设置在第一挡板和第二挡板之间。

作为一种优选，喂入辊包括圆柱辊，圆柱辊的轴线方向沿着竖直方向设置，圆柱辊的侧壁加工有一圈凹槽，凹槽内设置有多片喂入片，每片喂入片均水平设置，沿着凹槽闭合成环，喂入片的外边缘成波浪形，多片喂入片之间上下排列，喂入片之间留有间隙；喂入辊的数量为两个，两个圆柱辊的半径相等。

作为一种优选，喂入辊包括振动齿轮盘，振动齿轮盘设置在圆柱辊的上端，振动齿轮盘的外周设有圆周均布的间歇式振动齿；第一挡板的一端与检测装置的机架转动式连接，且第一挡板的一端和机架之间装有扭转弹簧，第一挡板的另一端装有半圆柱形柔性振动块；喂入辊转动时，间歇式振动齿通过半圆柱形柔性振动块推动对应侧第一挡板间歇式摆动；两振动齿轮盘上的间歇式振动齿相互错开。

作为一种优选，粗糙度检测系统包括安装轴、横梁、振动传感器，振动传感器安装在横梁上，横梁通过安装轴固定在检测装置的机架上，从而振动传感器架设在传送带的上方；振动传感器包括碳纤维垫片和压电薄膜；碳纤维垫片包括多片紧密叠放的碳纤维片，碳纤维垫片与传送带输送方向呈钝角倾斜安装，碳纤维垫片的下端与传送带之间设有供对虾通过的间隙；压电薄膜安装在碳纤维垫片上。

作为一种优选，碳纤维垫片中，每片碳纤维片长度均不相同，且长度呈等差比例，按叠放次序，长碳纤维片在上，短碳纤维片在下，按对齐部位，碳纤维片上端对齐，下端错开，在竖直方向上，各碳纤维片下端与传送带留有的间隙相等；压电薄膜的数量为两片，且每片压电薄膜的一端都镶嵌有金属铜块；其中一片压电薄膜沿着碳纤维片的长度方向竖向安装在最长碳纤维片的表面中部位置；另一片压电薄膜横向安装在最长碳纤维片的表面上部位置，且横向安装的压电薄膜嵌有金属铜块的一端伸出碳纤维片外，呈悬空状态。

作为一种优选，硬度检测系统包括柔性夹层气囊辊、气压传感器、触点；柔性夹层气囊辊包括侧板、总充气口、气囊、转辊；气囊内部中空，整体呈环状结构，套接在转辊上，侧板固定在转辊上，位于气囊的端部，侧板上开设总充气口，总充气口的内端与气囊连通，总充气口的外端与气压传感器连通；气囊的外周表面设置多个触点。

作为一种优选，气囊内部设有多个隔层从而将气囊内部分成多个周向均匀布置的独立气囊腔，每个独立气囊腔均设置一个分充气口；侧板的内侧设有接气管，总充气口和各分充气口通过接气管连接。

作为一种优选，触点包括半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点；半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点均沿着周向排列成圈；沿着轴向方向，一圈半圆型凸起触点和一圈圆锥型凸起触点交替排列，且等距排列；沿着周向方向，半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点相互错开；半圆型凸起触点径向凸起高度略低于圆锥型凸起触点径向凸起高度。

作为一种优选，机械剥壳后的对虾经过传送带的输送，先经过定量导入装置以单个定量的方式输入，随后输送至硬度检测系统和粗糙度检测系统获取基于触感的数据，将数据输送至数据处理系统进行合格的裸肉虾或不合格的带壳虾粗糙度及硬度触感数据处理，基于多触感数据特征实现虾肉或虾壳辨识，完成对虾剥壳合格率检测。

本发明的原理是：

对虾机械剥壳处理后，合格虾为完全脱皮的裸肉虾，不合格虾为未完全脱皮的带壳虾，为了实现自动化分选，需进行对虾剥壳合格率检测。首先，定量输送装置将待检对虾以单个定量方式依次输送到硬度检测系统和粗糙度检测系统，获取虾肉或虾壳的触感数据。然后，数据处理系统对硬度和粗糙度等对虾的触感数据进行有效融合及处理，基于数据特征实现对虾肉壳辨识。最后，根据触感辨识结果，完成对虾剥壳合格率检测。本发明通过多触感方式获取对虾肉壳特征，保证了对虾剥壳合格率检测的准确性。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.采用粗糙度和硬度检测系统相结合方法，提取虾体肉或壳的多种触感特征，并基于数据特征，实现对虾剥壳合格率检测。

2.采用的柔性夹层气囊辊内部分为多个独立气囊腔，使每个独立气囊腔的容积更小，保证了囊内气压变化的敏感性，提高了气囊内部气压数据获取的可靠性。

3.采用多片碳纤维板紧密叠放装配，增加了对虾接触强度及接触次数，使获取的虾体触感具有更为显著的振动特征，提高了虾肉或虾壳的辨识精度。进一步，振动传感器上的碳纤维垫片采用多片倾斜结构，且与对虾接触的末端与传送带的间距相等，此结构可让每一片碳纤维垫片都与对虾发生触觉接触，使压电薄膜产生的触感信号更为显著，更具辨识性。

4.具有普适性，不受对虾品种、大小、颜色等制约，均能实现准确检测。

5.为了防止对虾在第一挡板处堆积，采用振动齿轮盘和摆动式第一挡板结构，同时，为了增大摆振频率，提高虾堆分散效果，左右振动齿轮盘的间歇式振动齿相互错开。

6.在喂入辊的侧面设置凹槽和喂入片，可使对虾顺利通过喂入辊，同时，喂入片外边缘不规则的波浪形设置，变化的通道截面可满足不同个体大小的对虾喂入要求，使对虾能以单个定量方式进入到第二挡板的矩形区域。

7. 设置半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点，可提高对虾肉壳触感辨识度。进一步，由于两种类型的触点在受力及形变规律不同，导致柔性夹层气囊辊内部产生的气压数据（触感数据）存在差异，能获取更丰富的触感信息。进一步，两种触点的布置方式能保证每个独立气囊腔能蕴含更为丰富的触感信息，可更好的利用硬度触感增强对虾肉壳辨识能力。

8. 先经过硬度检测系统，再经过粗糙度检测系统，采用此次序布置是为了使对虾先经过硬度检测系统的碾压，使对虾能以更平整的姿态经过粗糙度检测系统，更有利于粗糙度检测系统获取对虾表面的触感数据。

附图说明

图1是一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置的结构图。

图2是喂入辊的结构图。

图3是振动传感器的结构图。

图4是柔性夹层气囊辊的结构图。

图5是柔性夹层气囊辊的剖视图。

图中：1.扭转弹簧；2-1第一挡板；2-2第二挡板；3.振动传感器；4.柔性夹层气囊辊；5.喂入辊；6.半圆柱形柔性振动块；7.机架；8.振动齿轮盘；9.喂入片；10-1.横放的压电薄膜；10-2.竖放的压电薄膜；11.碳纤维垫片；12. 侧板；13. 总充气口；14. 转辊；15. 半圆型凸起触点；16.圆锥型凸起触点；17.独立气囊腔；18.接气管。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，包括定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统、传送带、数据处理系统；沿着传送带的输送方向，定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统依次设置；硬度检测系统和粗糙度检测系统均与数据处理系统相接，完成机械剥壳后的对虾剥壳合格率检测。

定量导入装置包括第一挡板、第二挡板、喂入辊；第一挡板的数量为两块，左右对称布置，两块第一挡板的围挡区域截面呈逐渐减小的梯形结构；第二挡板的数量为两块，左右对称布置，两块第二挡板的围挡区域截面呈矩形结构；喂入辊的数量为两个，左右对称布置，喂入辊设置在第一挡板和第二挡板之间。

喂入辊包括圆柱辊，圆柱辊的轴线方向沿着竖直方向设置，圆柱辊的侧壁加工有一圈凹槽，凹槽内设置有多片喂入片，每片喂入片均水平设置，沿着凹槽闭合成环，喂入片的外边缘成波浪形，多片喂入片之间上下排列，喂入片之间留有间隙；喂入辊的数量为两个，两个圆柱辊的半径相等。

喂入辊包括振动齿轮盘，振动齿轮盘设置在圆柱辊的上端，振动齿轮盘的外周设有圆周均布的间歇式振动齿；第一挡板的一端与检测装置的机架转动式连接，且第一挡板的一端和机架之间装有扭转弹簧，第一挡板的另一端装有半圆柱形柔性振动块；喂入辊转动时，间歇式振动齿通过半圆柱形柔性振动块推动对应侧第一挡板间歇式摆动；两振动齿轮盘上的间歇式振动齿相互错开。

粗糙度检测系统包括安装轴、横梁、振动传感器，振动传感器安装在横梁上，横梁通过安装轴固定在检测装置的机架上，从而振动传感器架设在传送带的上方；振动传感器包括碳纤维垫片和压电薄膜；碳纤维垫片包括多片紧密叠放的碳纤维片，碳纤维垫片与传送带输送方向呈钝角倾斜安装，碳纤维垫片的下端与传送带之间设有供对虾通过的间隙；压电薄膜安装在碳纤维垫片上。

碳纤维垫片中，每片碳纤维片长度均不相同，且长度呈等差比例，按叠放次序，长碳纤维片在上，短碳纤维片在下，按对齐部位，碳纤维片上端对齐，下端错开，在竖直方向上，各碳纤维片下端与传送带留有的间隙相等；压电薄膜的数量为两片，且每片压电薄膜的一端都嵌有金属铜块；其中一片压电薄膜沿着碳纤维片的长度方向竖向安装在最长碳纤维片的表面中部位置；另一片压电薄膜横向安装在最长碳纤维片的表面上部位置，且横向安装的压电薄膜嵌有金属铜块的一端伸出碳纤维片外，呈悬空状态。其中，金属铜块的作用是增大压电薄膜振动幅度，使其产生的振动信号更清晰。

硬度检测系统包括柔性夹层气囊辊、气压传感器、触点；柔性夹层气囊辊包括侧板、总充气口、气囊、转辊；气囊内部中空，整体呈环状结构，套接在转辊上，侧板固定在转辊上，位于气囊的端部，侧板上开设总充气口，总充气口的内端与气囊连通，总充气口的外端与气压传感器连通；气囊的外周表面设置多个触点。

气囊内部设有多个隔层从而将气囊内部分成多个周向均匀布置的独立气囊腔，每个独立气囊腔均设置一个分充气口；侧板的内侧设有接气管，总充气口和各分充气口通过接气管连接。

触点包括半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点；半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点均沿着周向排列成圈；沿着轴向方向，一圈半圆型凸起触点和一圈圆锥型凸起触点交替排列，且等距排列；沿着周向方向，半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点相互错开。半圆型凸起触点径向凸起高度略低于圆锥型凸起触点径向凸起高度。

一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置的使用方法如下：

剥壳处理后的对虾经传送带输送到第一挡板2-1的梯形结构区域，在其梯形结构引导下对虾向中央集中，在第一挡板2-1与第二挡板2-2之间设置一对喂入辊5，使对虾以单个定量方式进入到第二挡板2-2的矩形区域，并在其矩形结构引导下使对虾呈线性运动。为了防止对虾在挡板处堆积，在喂入辊5上布置有振动齿轮盘8，并在第一挡板2-1与机架7之间安装扭转弹簧1，通过振动齿轮盘8与第一挡板2-1外侧的半圆柱形柔性振动块6的周期性触碰，使第一挡板2-1左右两侧形成间歇性摆振，使堆积的对虾散开。同时，为了增大摆振频率，提高虾堆分散效果，左右两侧振动齿轮盘8上的齿彼此间具有一定的相位差，以增加振动频次，提高对虾群体的流动性。为了使对虾顺利通过喂入辊5，在左右两个喂入辊5侧面凹槽内加工有多层的、波浪形结构的喂入片9，多层结构的喂入片9，可增大喂入辊5两侧凹槽与虾体之间的摩擦力。同时，由于左右两个喂入辊5为同步转动，喂入片9的波浪形结构会随喂入辊5的转动而使喂入通道的截面呈大小交替变化，即浪峰与浪峰相对时通道截面较小，浪谷与浪谷相对时通道截面较大，变化的通道截面可满足不同个体大小的对虾喂入要求，使对虾能以单个定量方式进入到第二挡板2-2的矩形区域。

经第二挡板2-2矩形区域的结构约束，单个对虾呈线性运动方式进入到硬度检测系统。当柔性夹层气囊辊4与虾体辊压接触时，虾肉或虾壳使独立气囊腔17发生局部形变，引起囊腔内气压变化，通过接气管18将气压导出，再通过设置在侧板12上的总充气口13的气压传感器获得对应的气压数据，作为对虾肉壳触感辨识的基础数据。为提高对虾肉壳触感辨识度，在柔性夹层气囊辊4外表面布置有半圆型凸起触点15和圆锥型凸起触点16，由于两种类型的触点在受力及形变规律不同，导致柔性夹层气囊辊4内部产生的气压数据（触感数据）存在差异。相比较，半圆型凸起触点15较短，作用时变形小，与对虾肉或壳接触时，形成的触感数据（气压电位数值）主要体现在幅值变化上；圆锥型凸起触点16较长，辊压作用时更易形变，使触感数据的变化更多体现在对虾肉壳的频率响应上。另外，为了更清晰、更准确地检测到微小的气压变化，柔性夹层气囊辊4分成若干大小相等的独立气囊腔17，缩小了气压检测空间，使气压传感器能捕捉到更细微的气压变化，且两种触点相间排列，周向线性排列，此布置方式能保证每个独立气囊腔17能蕴含更为丰富的触感信息，可更好的利用硬度触感增强对虾肉壳辨识能力。

为了进一步提高对虾肉壳辨识精度，对虾经过硬度检测系统检测后还要进入粗糙度检测系统，利用虾肉与虾壳表面粗糙度的触感差异实现肉壳辨识。在本发明中，利用振动敏感的横放的压电薄膜10-1和竖放的压电薄膜10-2作为粗糙度数据获取的重要元件，共2片分别布置在振动传感器3上的碳纤维垫片11的中间部位，其中，采用竖放的压电薄膜10-2采集虾肉表面构型，将接触摩擦过程中对虾肉体或壳体表面构型，通过竖放的压电薄膜10-2的微振动形变转换为电压数据，并进行数据处理，实现肉壳辨识。为了获取更细微的振动数据，另一片压电薄膜采用横向放置，并将带有金属铜块的部分伸出碳纤维垫片11呈悬臂梁结构，此结构可获取对虾肉体或壳体表面摩擦产生的微振动信息。另外，振动传感器3上的碳纤维垫片11采用多片倾斜结构，且与对虾接触的末端与传送带的间距相等，此结构可让每一片碳纤维垫片都与对虾发生触觉接触，使横放的压电薄膜10-1产生的触感信号更为显著，更具辨识性。

按传送带输送方向剥壳后的对虾先经过硬度检测系统，再经过粗糙度检测系统，采用此次序布置是为了使对虾先经过硬度检测系统的碾压，使对虾能以更平整的姿态经过粗糙度检测系统，更有利于粗糙度检测系统获取对虾表面的触感数据。最终，通过硬度检测系统和粗糙度检测系统的触感数据融合实现虾肉与虾壳的辨识，为对虾剥壳合格率检测提供决策信息。

粗糙度检测系统与硬度检测系统均通过蓝牙技术与数据处理系统进行信息传递。

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，其他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 (8)

1.一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：包括定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统、传送带、数据处理系统；沿着传送带的输送方向，定量导入装置、硬度检测系统、粗糙度检测系统依次设置，定量输送装置将待检对虾以单个定量方式依次输送到硬度检测系统和粗糙度检测系统；硬度检测系统和粗糙度检测系统均与数据处理系统相接，完成机械剥壳后的对虾剥壳合格率检测；

粗糙度检测系统包括安装轴、横梁、振动传感器，振动传感器安装在横梁上，横梁通过安装轴固定在检测装置的机架上，从而振动传感器架设在传送带的上方；振动传感器包括碳纤维垫片和压电薄膜；碳纤维垫片包括多片紧密叠放的碳纤维片，碳纤维垫片与传送带输送方向呈钝角倾斜安装，碳纤维垫片下端与传送带之间设有供对虾通过的间隙；压电薄膜安装在碳纤维垫片上；

硬度检测系统包括柔性夹层气囊辊、气压传感器、触点；柔性夹层气囊辊包括侧板、总充气口、气囊、转辊；气囊内部中空，整体呈环状结构，套接在转辊上，侧板固定在转辊上，位于气囊的端部，侧板上开设总充气口，总充气口的内端与气囊连通，总充气口的外端与气压传感器连通；气囊的外周表面设置多个触点。

2.按照权利要求1所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：定量导入装置包括第一挡板、第二挡板、喂入辊；第一挡板的数量为两块，左右对称布置，两块第一挡板的围挡区域截面呈逐渐减小的梯形结构；第二挡板的数量为两块，左右对称布置，两块第二挡板的围挡区域截面呈矩形结构；喂入辊的数量为两个，左右对称布置，喂入辊设置在第一挡板和第二挡板之间。

3.按照权利要求2所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：喂入辊包括圆柱辊，圆柱辊的轴线方向沿着竖直方向设置，圆柱辊的侧壁加工有一圈凹槽，凹槽内设置有多片喂入片，每片喂入片均水平设置，沿着凹槽闭合成环，喂入片的外边缘成波浪形，多片喂入片之间上下排列，喂入片之间留有间隙；两个圆柱辊的半径相等。

4.按照权利要求3所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：喂入辊包括振动齿轮盘，振动齿轮盘设置在圆柱辊的上端，振动齿轮盘的外周设有圆周均布的间歇式振动齿；第一挡板的一端与检测装置的机架转动式连接，且第一挡板的一端和机架之间装有扭转弹簧，第一挡板的另一端装有半圆柱形柔性振动块；喂入辊转动时，间歇式振动齿通过半圆柱形柔性振动块推动对应侧第一挡板间歇式摆动；两振动齿轮盘上间歇式振动齿相互错开。

5.按照权利要求1所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：碳纤维垫片中，每片碳纤维片长度均不相同，且长度呈等差比例，按叠放次序，长碳纤维片在上，短碳纤维片在下，按对齐部位，碳纤维片上端对齐，下端错开，在竖直方向上，各碳纤维片下端与传送带留有的间隙相等；压电薄膜的数量为两片，且每片压电薄膜的一端都镶嵌有金属铜块；其中一片压电薄膜沿着碳纤维片的长度方向竖向安装在最长碳纤维片的表面中部位置；另一片压电薄膜横向安装在最长碳纤维片的表面上部位置，且横向安装的压电薄膜嵌有金属铜块的一端伸出碳纤维片外，呈悬空状态。

6.按照权利要求1所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：气囊内部设有多个隔层从而将气囊内部分成多个周向均匀布置的独立气囊腔，每个独立气囊腔均设置一个分充气口；侧板的内侧设有接气管，总充气口和各分充气口通过接气管连接。

7.按照权利要求1所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：触点包括半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点；半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点均沿着周向排列成圈；沿着轴向方向，一圈半圆型凸起触点和一圈圆锥型凸起触点交替排列，且等距排列；沿着周向方向，半圆型凸起触点和圆锥型凸起触点相互错开；半圆型凸起触点径向凸起高度略低于圆锥型凸起触点径向凸起高度。

8.按照权利要求1所述的一种基于多触感辨识的对虾剥壳合格率检测装置，其特征在于：机械剥壳后的对虾经过传送带的输送，先经过定量导入装置以单个定量的方式输入，随后输送至硬度检测系统和粗糙度检测系统获取基于触感的数据，将数据输送至数据处理系统进行合格的裸肉虾或不合格的带壳虾粗糙度及硬度触感数据处理，基于多触感数据特征实现虾肉或虾壳辨识，完成对虾剥壳合格率检测。