CN114682512A - 一种基于高光谱技术的莲芯检测装置 - Google Patents

一种基于高光谱技术的莲芯检测装置 Download PDF

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黄俊宝
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Abstract

本发明公开了一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，包括莲子收集装置、圆盘输送装置、检测杯、高光谱检测室、分选装置、传送带、前置分选收集箱、后置分选收集箱。其特征在于，莲子倒入莲子收集装置中，经过圆盘型输送装置后单个地落入检测杯中，检测杯经传送带运输至高光谱检测室中以获取莲子的高光谱图像，并输送至计算机控制系统中判断莲子是否包含莲芯，在检测杯输送到分选装置时，根据莲芯检测结果决定是否启动分选。本发明结构设计简约，使用方便，能够对莲子通芯效果进行有效检测，满足了市场上对莲子通芯率的严格要求，弥补了现有莲子通芯设备通芯效果不足的问题。

Description

一种基于高光谱技术的莲芯检测装置
技术领域
本发明涉及一种莲芯检测装置，尤其是涉及一种基于高光谱技术的莲芯检测装置。
背景技术
莲子产于我国南北各省，种植于池塘或水田中，已有一千多年的种植历史。莲子具有药食两用功能应用十分广泛，消费者认知和接纳程度较高。莲子含高蛋白、多种氨基酸、维生素、糖以及钙、磷、锌等多种元素。还具有“莲眯”和“氧化黄心树宁碱”等药用成分。同时，莲芯含有生物碱、黄酮、谷甾醇和微量元素等化学成分，具有降血压、抗心律异常、抗脂质过氧化等保健功能。但莲芯具有苦味，一般将莲芯单独取出晾干作为莲芯茶。目前，市场销售的多为通芯莲子，即销售前需将莲芯取出。为了提高莲子的经济价值，对莲子进行等级划分，其中通芯率作为一个重要的指标，即抽样中，莲子去芯的比例越高越好。传统的去芯方式为人工去芯，一天作业仅为15斤左右，大大影响了莲子的市场化。
近年来，随着科技的进步，市场上逐渐出现了机械化的莲子通芯装备，极大的推动了莲子通芯的生产效率。
现有技术如公开号为CN201820664765的中国专利文献公开了一种莲子通芯机，包括机架，机架上设有料斗、装盘和第一通芯机构等。具有加工效率高、莲子不易破损、整体结构简单等优点。
然而，对莲子企业调研的过程中发现，一些面向高端市场的莲子生产企业在购买通芯装置进行通芯处理后，仍然需要人工进行筛选，分拣出未通芯或者通芯不完整的部分，从而保证产品的通芯率达到行业标准。但是，对市场上莲子加工装备调研发现，暂时还没有发现有形成市场规模的莲芯检测装备出现。因此，莲芯检测装置的研发具有强大的市场价值，可以推动莲子走向高端市场，促进莲子的品质分级。
近十几年来，随着高光谱技术的兴起，使得农产品的内外部品质无损检测成为可能。高光谱技术具有非接触、无损、快速等优点，广泛的应用于各种农产品品质检测领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，适用于通芯莲品质提升的基于高光谱技术的莲芯检测装置，解决了传统通芯机械通芯率不足，需要人工进行二次筛选的问题，提升了作业效率，推动了莲子加工自动化的进程。
本发明公开了一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，包括莲子收集装置、圆盘输送装置、检测杯、高光谱检测室、分选装置、传送带、前置分选收集箱、后置分选收集箱。
优选地，所述莲子收集装置设计应呈漏斗状，底部设计成只允许单个莲子通过。
优选地，所述圆盘输送装置安装在莲子收集装置下方，用于从中有规律地移取出单个莲子；所述圆盘输送装置结构设计上由两个圆盘组成，上圆盘可以转动并有四个孔，下圆盘固定且只有一个孔，当上圆盘从莲子收集器中获取莲子逆时针转动到下圆盘孔处时，莲子受重力从下圆盘孔中掉落。
优选地，所述检测杯安装在传送带上，有规律的接住从圆盘输送装置掉落的莲子；所述检测杯承载着莲子随着传送带运动完成后续的检测、分选任务。
优选地，所述高光谱检测室顶端装有CCD相机、光栅光谱仪、成像镜头、激光装置，所述CCD相机通过线路与计算机控制系统相连，当检测杯运输到高光谱检测室时，触发激光装置发射具有一定穿透性的激光照射在检测杯中的莲子上，产生的反射光线经过成像镜头、光栅光谱仪、CCD相机生成高光谱数据图像，并保存至计算机控制系统中，事先建立好的高光谱莲芯检测模型根据输入的高光谱图像进行判断莲子中是否包含莲芯。
优选地，所述分选装置内包含电机和毛刷，在计算机控制系统判别输送到分选装置内检测杯中的莲子包含莲芯时，发送电流信号给电机，电机带动毛刷转动把莲子推出检测杯，最终掉入后置分选收集箱中。
进一步地，所述莲子收集装置设计成漏斗状，下方出口部分尺寸应满足只允许单个莲子通过，但又不容易堵塞。
进一步地，所述莲子收集装置与圆盘输送装置安装保证一定精度，保证莲子收集器中的莲子能够顺利的落入圆盘输送装置的孔中。
进一步地，所述圆盘输送装置中，下圆盘固定，上圆盘逆时针转动；莲子收集器中的单个莲子落入上圆盘的一个孔中，随着上圆盘做逆时针滚动，直到上圆盘的孔与下圆盘的孔对应，莲子经过下圆盘的孔掉入检测杯中。传送带的传动速度与圆盘输送装置的速度满足一定比例保证莲子顺利的从圆盘传送装置落入检测杯中。
进一步地，所述高光谱检测室的计算机控制系统对高光谱图像处理速度满足一定要求，保证检测杯输送到分选装置时，能够把电信号及时传递给电机。
进一步地，所述高光谱检测室中激光装置的安装角度、选用的激光频率与强度应同时满足对莲子具有一定的穿透性、无损性与保证操作人员使用的安全性。
进一步地，所述高光谱检测室检测时使用的高光谱莲芯检测模型建立时需采集大量实际莲子样本进行训练与测试，保证检测模型本身的准确率。
进一步地，所述分选装置中的电机与毛刷的安装高度有一定的要求，保证能够顺利的把莲子从检测杯中推出；所述毛刷在电机未接到计算机控制系统给出的电信号时应呈水平状态，保证未检测出莲芯的检测杯顺利通过分选装置。
进一步地，未检测出莲芯的检测杯随着传送带通过分选装置到达传送带的最左端，莲子因为重力从分选杯中掉落至前置分选收集箱中。
本发明基于高光谱技术的莲芯检测装置，相对于现有技术具有以下优点：1.本发明检测装置结构紧凑，各部分原理简单，易于生产制造：2.本发明检测装置的圆盘输送装置，能从莲子收集装置中有序地取单个莲子，为后续的分析处理提供方便；3.本发明检测装置利用莲子包含莲芯与不包含莲芯时生成的高光谱图像具有差异性的原理，通过采集被检测对象的高光谱图像来进行判断莲子是否通芯完整。具有非接触、无损等优点；4.本发明检测装置的分选装置采用电机带动毛刷从检测杯中将莲子推出，具有结构设计简单，无损等优点；5.本发明检测装置设计的检测杯内部巧妙，环形槽的设计，既可以让莲子滚动到中心位置，又方便毛刷转动时将莲子推出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明基于高光谱技术的莲芯检测装置的结构示意图；图2a、图2b、图2c为本发明检测装置莲子收集装置的主视图、侧视图、俯视图；图3a、图3b、图3c为本发明检测装置圆盘输送装置的整体结构示意图、上圆盘结构示意图、下圆盘结构示意图；图4a 、图4b、图4c分别为本发明检测装置检测杯的主视图、侧视图、俯视图；图5a、图5b 分别是本发明检测装置高光谱检测室的主视图与侧面剖视图;图6a、图6b、图6c分别是本发明检测装置分选室的主视图以及两个角度的剖视图。
图中，1. 莲子收集装置，2. 莲子，3. 圆盘输送装置，4. 检测杯，5. 高光谱检测室，6. 分选装置，7. 传送带，8. 前置分选收集箱、9. 后置分选箱，10. 上圆盘，11. 下圆盘，12. CCD相机，13. 光栅光谱仪，14. 成像镜头，15. 激光装置，16. 计算机控制系统，17. 电机，18. 毛刷。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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“安装”、“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，可以是两个元件内部的连通。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，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，包括莲子收集装置1、圆盘输送装置3、检测杯4、高光谱检测室5、分选装置6、传送带7、前置分选收集箱8、后置分选收集箱9，整个检测工序由右至左完成。
如图2a、图2b、图2c所示，莲子收集器1呈漏斗状，底部管道满足一定尺寸，保证莲子2只能逐个通过，但又不容易堵塞。
如图1，图3a、图3b、图3c所示，圆盘输送装置3包含上圆盘10和下圆盘11两部分，上圆盘10可以逆时针转动并有四个孔，下圆盘11固定且只有一个孔，莲子收集器1中的单个莲子2落入上圆盘10的一个孔中，并随着上圆盘10做逆时针滚动，直到上圆盘10的孔与下圆盘11的孔对应，莲子2经过下圆盘11的孔掉入下方的检测杯4中，为使得莲子2顺利从圆盘传送装置3落入检测杯4中，圆盘传送装置3安装保持一定精度，并且上圆盘10的转动速度与传送带7转动速度保持固定的比值。
如图1、图4a、图4b、图4c所示，检测杯4均匀地分布于传送带7表面，并随着传送带7匀速运动，检测杯4内部有弧形凹槽，有利于莲子2依据重心自动滚动到凹槽中央位置，也有利于毛刷18转动时把莲子顺利推出。
如图5所示，高光谱检测室5顶端装有CCD相机12、光栅光谱仪13、成像镜头14、激光装置15，所述CCD相机13通过线路与计算机控制系统16相连，当检测杯4运输到高光谱检测室5时，触发两台特定角度安装的激光装置15发射具有一定穿透性的激光照射在检测杯4中的莲子2上，产生的反射光线经过成像镜头4、光栅光谱仪13、CCD相机12生成高光谱数据图像，并保存至计算机控制系统16中，继续输入到事先建立好的高光谱莲芯检测模型进行判断莲子2中是否包含莲芯。检测杯4继续移动被运输到分选装置6中等待处理。
如图6所示，分选装置6内包含电机17和毛刷18，在计算机控制系统16判别输送到分选装置6内检测杯4中的莲子2包含莲芯时，发送电流信号给电机17，电机17带动毛刷18转动把莲子2推出检测杯4，最终掉入后置分选收集箱9中；所述分选装置6中的电机17与毛刷18的安装高度有一定的要求，保证毛刷18转动时能够顺利地把莲子2从检测杯4中推出；所述毛刷18在电机17未接到计算机控制系统16给出的电信号时，毛刷18应呈水平状态，保证未检测出莲芯的检测杯4顺利通过分选装置6；未检测出莲芯的检测杯4随着传送带7继续运动到传送带7的最左端，检测杯4出现翻转，莲子2因为重心从检测杯4中掉出，落入到前置分选收集箱8中。
本发明具体实施流程如下：大量被检测的莲子2放置在莲子收集器1中，经过莲子收集器1漏斗状的底部出口逐个掉落至圆盘输送器3上圆盘10的单个孔中，圆盘输送器3的上圆盘10带动莲子2转动，直至上圆盘10的孔与下圆盘11的孔对应时，莲子2即通过下圆盘11的孔掉入检测杯4中，检测杯4带动莲子2随着传送带7移动到高光谱检测室5中，触发激光装置15发射具有一定穿透性的激光照射在检测杯4中的莲子2上，产生的反射光线经过成像镜头4、光栅光谱仪13、CCD相机12生成高光谱图像，并保存至计算机控制系统16中，事先建立好的高光谱莲芯检测模型根据输入的高光谱图像进行判断莲子2中是否包含莲芯，当检测杯4继续移动到分选室6时，如果判断有莲芯，则电机17带动毛刷18转动，将莲子2从检测杯4推入到后置收集箱9中，没有检测出莲芯，则电机17与毛刷18不转动，检测杯4继续向左移动，直至到达传送带7最左端时，莲子2因为重力而掉入前置分选收集箱8中。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.本发明公开了一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，包括莲子收集装置（1）、圆盘输送装置（3）、检测杯（4）、高光谱检测室（5）、分选装置（6）、传送带（7）、前置分选收集箱（8）、后置分选收集箱（9）。
2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，其特征在于，所述莲子收集装置（1）设计应呈漏斗状，底部设计成只允许单个莲子（2）通过。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，其特征在于，所述圆盘输送装置（3）安装在莲子收集装置（1）下方，用于从中有规律地移取出单个莲子（2）；所述圆盘输送装置（3）结构设计上由两个圆盘组成，上圆盘（10）可以转动并有四个孔，下圆盘（11）固定且只有一个孔，当上圆盘（10）从莲子收集器（1）中获取莲子（2）逆时针转动到下圆盘（11）孔处时，莲子（2）即受重力作用从下圆盘（11）的孔中掉落。
4.根据权利要求1-4任一所述的一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，其特征在于，所述检测杯（4）均匀地安装在传送带（7）上，有规律的接住从圆盘输送装置（3）掉落的莲子（2）；所述检测杯（4）承载着莲子（2）随着传送带（7）匀速运动完成后续的检测、分选任务。
5.根据权利要求1-5任一所述的一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，其特征在于，所述高光谱检测室（5）顶端装有CCD相机（12）、光栅光谱仪(13)、成像镜头(14)、激光装置（15），所述CCD相机（13）通过线路与计算机控制系统（16）相连，当检测杯（4）运输到高光谱检测室（5）时，触发激光装置（15）发射具有一定穿透性的激光照射在检测杯（4）中的莲子（2）上，产生的反射光线经过成像镜头（14）、光栅光谱仪（13）、CCD相机（12）生成高光谱数据图像，并保存至计算机控制系统（16）中，继续输入到事先建立好的高光谱莲芯检测模型进行判断莲子（2）中是否包含莲芯。
6.根据权利要求1-6任一所述的一种基于高光谱技术的莲芯检测装置，其特征在于，所述分选装置（6）内包含电机（17）和毛刷（18），在计算机控制系统（16）判别输送到分选装置（6）内检测杯（4）中的莲子（2）包含莲芯时，发送电流信号给电机（17），电机（17）带动毛刷（18）转动把莲子（2）推出检测杯（4），最终掉入后置分选收集箱（9）中。
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