CN114391570A - 一种交错内爪齿式虾去头方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交错内爪齿式虾去头方法及系统，该方法包括：S1：虾只经过进料口进入输送滚筒内输送；S2：获取虾只的图像信息，并根据虾只的图像信息识别该批次虾的虾只信息，虾只信息包括虾只种类、虾身长度、虾身直径及虾身与虾头连接的薄弱位置；S3：根据获取的虾只信息调节输送滚筒内的内拨齿与其相邻外耙齿之间的间距；S4：外耙齿与内拨齿形成交叉剪切运动；S5：虾只在输送滚筒内输送的过程中，虾头与虾身连接的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。本发明能够自动实现虾头与虾身的高效低损分离，不需要人工摆料，实现连续式自动加工，同时本发明能够调节最合适的内拨齿与外耙齿之间间距，实现98％以上的去头率。

Description

一种交错内爪齿式虾去头方法及系统
技术领域
本发明涉及虾类加工技术领域，更具体的说，是一种交错内爪齿是虾去头方法及系统。
背景技术
虾只加工成如虾仁、面包虾、麻辣虾等食品时，一般均需虾只进行去头、去肠线、剥壳等初加工处理。目前大部分虾加工企业，在虾去头环节多采用人工处理方式，少量规模化企业采用机械化的虾去头设备，主要有刀切式去头设备、剥齿式去头设备和辊轴式去头设备三种。
但是发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中存在如下问题：
1、手工去虾头需要大量人工，且在操作时增加了人和虾的交叉污染风险。
2、刀切式去头设备和剥齿式去头设备，需要人工手动上料，手动摆放虾只至合适位置，由于虾背多呈弯曲状，采用刀切式处理虾头时容易切掉过多的虾肉，造成较大的浪费。辊轴式去头设备无需人工摆虾，通过揉搓方式，使得虾头与虾身分离，但该方式会导致虾身与虾尾分离，不适于后续加工成蝴蝶虾、凤尾虾等产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交错内爪齿式虾去头方法及系统，本发明能够实现虾头与虾身的高效低损分离，节约人工成本，同时在虾只去头的过程中不会导致虾身与虾尾的分离，明显降低虾肉的浪费。
其技术方案如下：
本发明在一实施例中公开一种交错内爪齿式虾去头方法，包括以下步骤：
S1：虾只经过进料口进入输送滚筒内输送；
S2：虾只经过进料口时获取虾只的图像信息，并根据虾只的图像信息识别该批次虾的虾只信息，虾只信息包括虾只种类、虾身长度、虾身直径及虾身与虾头连接的薄弱位置；
S3：根据获取的虾只信息调节输送滚筒内的内拨齿与其相邻外耙齿之间的间距；
S4：内拨齿在输送滚筒中部做逆时针旋转，输送滚筒带动外耙齿做顺时针旋转，从而令外耙齿与内拨齿形成交叉剪切运动；
S5：虾只在输送滚筒内输送的过程中，虾头与虾身连接的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。
进一步地，在步骤S3中，具体包括以下步骤：
根据获取的虾只信息，计算该批次虾的虾只的中心长度L、虾身中心直径D，并根据虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D调出预先存储的抗剪切强度Rt，抗剪切强度Rt为虾头与虾身连接的薄弱位置的抗剪切强度；
根据抗剪切强度Rt计算虾只在输送滚筒内应受到的设计剪切力R；
根据设计剪切力R计算输送滚筒内内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距a及间距b；
根据间距a及间距b调节内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距。
进一步地，根据以下公式计算虾只在输送滚筒内应受到的设计剪切力R：
Figure BDA0003469494240000031
其中，l＝a+b,l为相邻两个外耙齿之间的间距，v1为外耙齿顺时针转动的线速度，v2为内拨齿逆时针转动的线速度，E为虾只弹性模量，虾只截面近似为圆柱，I为惯性矩，
Figure BDA0003469494240000032
进一步地，根据虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D调出预先存储的抗剪切强度Rt，具体包括以下步骤：
将该批次虾的虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D与预存的虾只信息进行比对；
若预存的虾只信息与该批次虾的虾只信息相同或相近，则获取预存的虾只信息对应的抗剪切强度，并将该抗剪切强度作为虾头与虾身连接位置的抗剪切强度Rt。
进一步地，进料口处设置有摄像头，虾只经过进料口时，通过摄像头对虾只进行拍照，通过拍摄的图片获取虾只的图像信息。
进一步地，在步骤S3中，通过向左或向移动外耙齿，实现内拨齿与其相邻外耙齿之间间距的调节。
本发明在另一实施例中公开一种交错内爪齿式虾去头系统，该系统执行如上述任一项所述的方法，该系统包括：
输送滚筒，用于虾只的输送，所述输送滚筒的一端设有进料口，虾只经过进料口进入输送滚筒内；
图像获取模块，设置于进料口处，用于在虾只经过进料口时获取虾只的图像，并将获取的图像传输至处理模块；
处理模块，与图像获取模块相连，用于获取图像信息，并根据获取的图像信息获取虾只信息；
控制模块，与处理模块相连，根据获取的虾只信息调节输送滚筒内的内拨齿与其相邻的外耙齿之间的间距；
其中，输送滚筒内设有多个内拨齿，多个内拨齿置于输送滚筒的中部，输送滚筒内设有多个外耙齿，多个外耙齿固定于输送滚筒内壁上，多个外耙齿与多个内拨齿形成交叉剪切运动，虾只头与虾身的连接的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。
进一步地，还包括调节机构，调节机构与输送滚筒相连，调节机构还与控制模块相连，调节机构根据控制模块发送的内拨齿与其相邻外耙齿之间的间距带动输送滚筒向左或向右移动。
进一步地，还包括内拨齿驱动模块及外耙齿驱动模块，所述内拨齿驱动模块与内拨齿相连，外耙齿驱动模块与输送滚筒相连，内拨齿驱动模块、外耙齿驱动模块分别与控制模块相连。
进一步地，还包括存储模块，所述存储模块与处理模块及控制模块相连，存储模块上预存有虾只信息，虾只信息包括有虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D、虾头与虾身连接位置的抗剪切强度Rt、外耙齿的旋转速度v1、内拨齿的旋转速度v2、相邻外耙齿之间的间距l以及虾只最大剪切许用系数n。
下面对本发明的优点或原理进行说明：
1、采用本发明的方法在虾只去头时，首选获取虾只的图像信息，并根据虾只的图像信息判断虾只种类、虾身长度、虾身直径及虾头与虾身连接的薄弱位置，然后根据获取的上述信息调节内拨齿与外耙齿之间的间距。当虾只在输送滚筒内输送时，通过内拨齿与外耙齿的旋转形成交叉剪切运动，虾身与虾头连接处的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。本发明能够实现虾头与虾身的高效低损分离，节约人工成本，同时在虾只去头的过程中不会导致虾身与虾尾的分离，明显降低虾肉的浪费。
2、本发明预先存储有虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D及其对应的抗剪切强度Rt。从拍摄的图像中提取虾只的信息，并将提取的虾只的信息与预存的虾只的信息进行比对，从而确定虾身与虾头的连接位置及对应的抗剪切强度Rt。通过获取的上述信息即可对内拨齿与外耙齿的间距进行调节，令内拨齿与外耙齿之间间距的调节更加准确，去虾头效果更好，虾只去头率可达98％。
附图说明
图1是本发明的交错内爪齿式虾去头方法总的流程图；
图2是在输送时虾只侧面受到的剪切力的结构示意图；
图3是在输送时虾只侧面受力分析示意图；
图4是虾只受到的剪切力R的示意图；
图5是本发明的虾只弯矩的示意图；
图6是本发明的虾只挠度示意图；
图7是本发明的交错内爪齿式虾去头系统的结构示意图；
图8是本发明的内拨齿与外耙齿的结构示意图；
图9是本发明的内拨齿与外耙齿旋转时的示意图；
附图标记说明：
10、输送滚筒；20、图像获取模块；30、内拨齿；40、旋转轴；50、外耙齿；60、调节机构；70、内拨齿驱动模块；80、外耙齿驱动模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明在一实施例中公开一种交错内爪齿式虾去头方法，该方法包括以下步骤：
S1：虾只经过进料口进入输送滚筒内输送。
本实施例在输送滚筒的一端设有进料漏斗，进料漏斗的上方设有进料口，虾只通过进料漏斗的进料口进入输送滚筒，并由输送滚筒将虾只输送至输送滚筒的另一端。
S2：虾只经过进料口时获取虾只的图像信息，并根据虾只的图像信息识别该批次虾的虾只信息，虾只信息包括虾只种类、虾身长度、虾身直径以及虾身与虾头连接的薄弱位置。
为了获取虾只的图像信息，在进料口处设置有摄像头，虾只经过进料口时，通过摄像头对虾只进行拍照，通过拍摄的图片获取虾只的图像信息。
S3：根据获取的虾只信息调节输送滚筒内的内拨齿与其相邻外耙齿之间的间距。
S4：内拨齿在输送滚筒中部做逆时针旋转，输送滚筒带动外耙齿做顺时针旋转，从而令外耙齿与内拨齿形成交叉剪切运动。
S5：虾只在输送滚筒内输送的过程中，虾头与虾身连接的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。
输送滚筒内设有多个内拨齿及多个外耙齿，多个内拨齿置于输送滚筒的中部，多个外耙齿置于输送滚筒的内壁上。多个内拨齿能够在输送滚筒的中部做逆时针旋转，输送滚筒能够带动外耙齿做顺时针旋转，从而令外耙齿与内拨齿之间形成剪切运动。由于虾头与虾身的连接位置相对较为薄弱，通过对虾头与虾身连接位置的剪切即可实现虾头与虾身的分离。
在上述步骤S3中具体包括以下步骤：
根据获取的虾只信息，通过聚类分析方法计算该批次虾的虾只的中心长度L、虾身中心直径D，并根据虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D调出预先存储的抗剪切强度Rt，抗剪切强度Rt为虾头与虾身连接的薄弱位置的抗剪切强度；
根据抗剪切强度Rt计算虾只在输送滚筒内应受到的设计剪切力R；
根据设计剪切力R计算输送滚筒内内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距a和间距b；
根据间距a和间距b调节内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距。
其中，根据虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D调出预先存储的抗剪切强度Rt，具体包括以下步骤：
将该批次虾的虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D与预存的虾只信息进行比对；
若预存的虾只信息与该批次的虾只信息相同或相近，则获取预存的虾只信息对应的抗剪切强度，并将该抗剪切强度作为虾头与虾身连接位置的抗剪切强度Rt。
在本实施例中，根据以下公式计算虾只在输送滚筒内应受到的设计剪切力R：
Figure BDA0003469494240000091
其中，在上述公式中，l＝a+b，l为相邻两个外耙齿之间的间距，为已知数值。v1为外耙齿顺时针转动的线速度，v2为内拨齿逆时针转动的线速度，v1与v2均为固定已知数值。E为虾只弹性模量，E的取值为157.17N/mm2；虾只的截面近似为圆柱，I为其惯性矩，
Figure BDA0003469494240000092
D为虾身中心直径。
抗剪切强度Rt预先通过实验获得，当抗剪切强度Rt在已知的情况下，根据上述公式即可计算得到内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距a及间距b，根据间距a及间距b即可向左或向右移动外耙齿，从而实现内拨齿与其两个相邻的外耙齿之间间距的调节。
在本实施例中，用于计算抗剪切强度Rt的计算公式通过以下方式获得：
虾只进入输送滚筒内受到外耙齿和内拨齿的交叉剪切，其内拨齿位置固定，外耙齿可随输送滚筒移动，从而改变外耙齿与内拨齿之间的横向间距a及间距b。虾只在输送滚筒内循环多次被剪切，可将单次剪切运动单独分析，其受力结构如图2所示。在图2中，内拨齿置于外耙齿1与外耙齿2之间，外耙齿1至内拨齿之间的距离为a，外耙齿2至内拨齿之间的距离为b。当外耙齿1与外耙齿2顺时针带动虾只旋转到输送滚筒的下半圈时，若此时内拨齿做逆时间旋转，虾只侧面即受到剪切力，从虾只侧面方向可将受力情况简化简支梁受力分析图，如图3所示。通过简支梁受力模型及图3所示的受力分析可以计算得到虾只受到的剪切力图及虾只的弯矩图，如图4、图5所示。
在输送滚筒内，虾只受到的剪切力为：
Figure BDA0003469494240000101
Figure BDA0003469494240000102
l＝a+b； (3)
其中，F为虾只侧面受到的挤压力。
如图6所示，在输送滚筒中，虾只的弯矩为：
Figure BDA0003469494240000103
设a>b，则：
Figure BDA0003469494240000111
设外耙齿顺时针转动线速度为v1m/s，内拨齿逆时针转动线速度为v2m/s，当外耙齿带动虾只首次与内拨齿接触，此时虾只侧面受到的挤压力F为0。当输送滚筒继续运动时，F逐渐变大，虾只变形挠度逐渐变大。虾只头身分离前，始终跟随外耙齿的拨动前进，并同时受到内拨齿的挤压，其变形挠度不断增大，直至头身分离，其最大变形挠度计算公式为：
Wmax＝(v1+v2)·t； (6)
为了保证加工产量以及虾只不受过大拉扯而影响口感，设定虾只在剪切作业中1S内完成去头操作，则通过公式(5)及公式(6)可推导出F的计算公式为：
Figure BDA0003469494240000112
由于虾头与虾身的连接部为的前强度作为薄弱，该部位的抗剪切强度为Rt。设a>b，RB为虾只在剪切运动中受到的最大剪切力。由此可知，只有当RB≥Rt，才能实现虾只的虾头与虾身的分离，即虾只的临界去头剪切强度为Rt。
通过公式(3)和公式(7)，虾只受到的最大剪切力RB为：
Figure BDA0003469494240000113
即虾只临界去虾头剪切强度Rt为：
Figure BDA0003469494240000121
在本实施例中，取虾只的最大剪切许用系数n为1.5，则设计剪切力R为：
Figure BDA0003469494240000122
采用本实施例的方法在虾只去头时，首选获取虾只的图像信息，并根据虾只的图像信息判断虾只的品种、体型大小及虾头与虾身的连接位置，然后根据获取的上述信息调节内拨齿与外耙齿之间的间距。当虾只在输送滚筒内输送时，通过内拨齿与外耙齿的旋转形成交叉剪切运动，对虾身与虾头连接处的薄弱位置进行剪切，实现虾头与虾身的分离。本实施例能够实现虾头与虾身的高效低损分离，节约人工成本，同时在虾只去头的过程中不会导致虾身与虾尾的分离，明显降低虾肉的浪费。
如图7至图9所示，本发明在另一实施例中公开一种交错内爪齿式虾去头系统，该系统执行如上述所述的方法，该系统包括：
输送滚筒10，用于虾只的输送，所述输送滚筒10的一端设有进料口，虾只经过进料口进入输送滚筒10内；
图像获取模块20，设置于进料口处，用于在虾只经过进料口时获取虾只的图像，并将获取的图像传输至处理模块；
处理模块，与图像获取模块相连，用于获取图像信息，并根据获取的图像信息获取虾只信息；
控制模块，与处理模块相连，根据虾只信息调节输送滚筒10内的内拨齿30与其相邻的外耙齿50之间的间距；
其中，输送滚筒10内设有多个内拨齿30，多个内拨齿30置于输送滚筒10的中部的旋转轴40上，输送滚筒10内设有多个外耙齿50，多个外耙齿50固定于输送滚筒10内部上，多个外耙齿50与多个内拨齿30形成交叉剪切运动，虾只头与虾身的连接位置不断剪切，实现虾头与虾身的分离。
为了实现对内拨齿30与外耙齿50之间间距的调节，该系统还包括调节机构60，调节机构60与输送滚筒10相连，调节机构60还与控制模块相连，调节机构60根据控制模块发送的内拨齿30与其相邻外耙齿50之间的间距带动输送滚筒10移动。调节机构60通过驱动气缸带动输送滚筒60移动。
为了驱动内拨齿30、外耙齿50的转动，该系统还包括内拨齿驱动模块70及外耙齿驱动模块80，所述内拨齿驱动模块70与内拨齿30相连，外耙齿驱动模块80与外耙齿50相连，内拨齿驱动模块70、外耙齿驱动模块80分别与控制模块相连。其中，内拨齿驱动模块70与外耙齿驱动模块80均通过电机、驱动链及驱动齿轮驱动转动。
该系统还包括存储模块，所述存储模块与处理模块及控制模块相连，存储模块上预存有虾只信息，虾只信息包括有虾只的品种、体型大小、虾头与虾身的连接位置、虾头与虾身连接位置的抗剪切强度Ft、外耙齿的旋转速度v1、内拨齿的旋转速度v2、以及虾只最大剪切许用系数。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或组合，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交错内爪齿式虾去头方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：虾只经过进料口进入输送滚筒内输送；
S2：虾只经过进料口时获取虾只的图像信息，并根据虾只的图像信息识别该批次虾的虾只信息，虾只信息包括虾只种类、虾身长度、虾身直径及虾身与虾头连接的薄弱位置；
S3：根据获取的虾只信息调节输送滚筒内的内拨齿与其相邻外耙齿之间的间距；
S4：内拨齿在输送滚筒中部做逆时针旋转，输送滚筒带动外耙齿做顺时针旋转，从而令外耙齿与内拨齿形成交叉剪切运动；
S5：虾只在输送滚筒内输送的过程中，虾头与虾身连接的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。
2.如权利要求1所述的交错内爪齿式虾去头方法，其特征在于，在步骤S3中，具体包括以下步骤：
根据获取的虾只信息，计算该批次虾的虾只的中心长度L、虾身中心直径D，并根据虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D调出预先存储的抗剪切强度Rt，抗剪切强度Rt为虾头与虾身连接的薄弱位置的抗剪切强度；
根据抗剪切强度Rt计算虾只在输送滚筒内应受到的设计剪切力R；
根据设计剪切力R计算输送滚筒内内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距a及间距b；
根据间距a及间距b调节内拨齿与其相邻的两个外耙齿之间的间距。
3.如权利要求2所述的交错内爪齿式虾去头方法，其特征在于，
根据以下公式计算虾只在输送滚筒内应受到的设计剪切力R：
Figure FDA0003469494230000021
其中，l＝a+b,l为相邻两个外耙齿之间的间距，v1为外耙齿顺时针转动的线速度，v2为内拨齿逆时针转动的线速度，E为虾只弹性模量，虾只截面近似为圆柱，I为惯性矩，
Figure FDA0003469494230000022
4.如权利要求2所述的交错内爪齿式虾去头方法，其特征在于，
根据虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D调出预先存储的抗剪切强度Rt，具体包括以下步骤：
将该批次虾的虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D与预存的虾只信息进行比对；
若预存的虾只信息与该批次虾的虾只信息相同或相近，则获取预存的虾只信息对应的抗剪切强度，并将该抗剪切强度作为虾头与虾身连接位置的抗剪切强度Rt。
5.如权利要求1至4任一项所述的交错内爪齿式虾去头方法，其特征在于，进料口处设置有摄像头，虾只经过进料口时，通过摄像头对虾只进行拍照，通过拍摄的图片获取虾只的图像信息。
6.如权利要求1至4任一项所述的交错内爪齿式虾去头方法，其特征在于，在步骤S3中，通过向左或向移动外耙齿，实现内拨齿与其相邻外耙齿之间间距的调节。
7.一种交错内爪齿式虾去头系统，其特征在于，该系统执行如权利要求1至6任一项所述的方法，该系统包括：
输送滚筒，用于虾只的输送，所述输送滚筒的一端设有进料口，虾只经过进料口进入输送滚筒内；
图像获取模块，设置于进料口处，用于在虾只经过进料口时获取虾只的图像，并将获取的图像传输至处理模块；
处理模块，与图像获取模块相连，用于获取图像信息，并根据获取的图像信息获取虾只信息；
控制模块，与处理模块相连，根据获取的虾只信息调节输送滚筒内的内拨齿与其相邻的外耙齿之间的间距；
其中，输送滚筒内设有多个内拨齿，多个内拨齿置于输送滚筒的中部，输送滚筒内设有多个外耙齿，多个外耙齿固定于输送滚筒内壁上，多个外耙齿与多个内拨齿形成交叉剪切运动，虾只头与虾身的连接的薄弱位置被不断剪切，实现虾头与虾身的分离。
8.如权利要求7所述的交错内爪齿式虾去头系统，其特征在于，还包括调节机构，调节机构与输送滚筒相连，调节机构还与控制模块相连，调节机构根据控制模块发送的内拨齿与其相邻外耙齿之间的间距带动输送滚筒向左或向右移动。
9.如权利要求7所述的交错内爪齿式虾去头系统，其特征在于，还包括内拨齿驱动模块及外耙齿驱动模块，所述内拨齿驱动模块与内拨齿相连，外耙齿驱动模块与输送滚筒相连，内拨齿驱动模块、外耙齿驱动模块分别与控制模块相连。
10.如权利要求7所述的交错内爪齿式虾去头系统，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块与处理模块及控制模块相连，存储模块上预存有虾只信息，虾只信息包括有虾只种类、中心长度L、虾身中心直径D、虾头与虾身连接位置的抗剪切强度Rt、外耙齿的旋转速度v1、内拨齿的旋转速度v2、相邻外耙齿之间的间距l以及虾只最大剪切许用系数n。
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