CN203120696U - 一种血斑蛋在线无损检测分选设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种血斑蛋在线无损检测分选设备，涉及禽蛋检测技术领域。本设备包括送蛋装置、照蛋装置、推蛋装置、出蛋装置、感应模块、采集模块、执行模块及控制模块；送蛋装置、照蛋装置、推蛋装置和出蛋装置依次连接。本方法运用光谱技术和机械执行机构相配合，通过对禽蛋透射光的光谱分析与处理，实现对流水线上禽蛋的无损检测并自动分选。本实用新型设计合理可行，结构简单，效果明显，适用于禽蛋品质检测分级行业，填补了国内血斑蛋在线无损检测的空白，具有良好的应用前景。

Description

一种血斑蛋在线无损检测分选设备

技术领域

本实用新型涉及禽蛋检测技术领域，尤其涉及一种血斑蛋在线无损检测分选设备。为禽蛋加工企业提供了一种在线、无损、高效的血斑蛋检测分选设备。

背景技术

中国是世界上禽蛋产量最大的国家，同时也是禽蛋消费大国。随着人们生活水平的提高，消费者对禽蛋的品质要求越来越高，血斑蛋作为一种不健康蛋，严重影响着禽蛋品质。因此，在禽蛋加工中心将血斑蛋检测分选出来，提高市场上禽蛋的品质，对于提高人们的生活质量具有重要意义。然而，国内对于血斑蛋的检测分级尚未见相关报道。

有关血斑蛋的检测技术，日本学者Kazuhiro NAKANO（一広中野）和Kiyoshi SASAOKA（清志笹冈）在相关文献中介绍了利用图像处理法检测蛋中血液成分的方法，文中提到运用多光谱照相机（MSC）获取蛋的图像，计算图像各点的R-G-B三原色，并用神经网络系统进行识别。该方法对白壳蛋的检测十分有效，但对褐壳蛋效果不明显。经检索，国内尚未发现有关血斑蛋在线无损检测技术及分选设备的研究。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服现有国内传统人工照蛋法的缺点和不足，提供一种血斑蛋在线无损检测分选设备。

为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种血斑蛋在线无损检测分选设备，包括送蛋装置、照蛋装置、推蛋装置、出蛋装置、ARM系统,其特征在于：

送蛋装置包括主机架、凹形滚轮、平行双链条、同步链轮、传动链轮、减速链、减速器、联轴器和主电机；

在主机架上下四个支点设有四对同步链轮，平行双链条绕在同步链轮上，细光杆等间距插在平行双链条的销孔中，每根细光杆上串有凹形滚轮，蛋放在送蛋装置的凹形滚轮上；

平行双链条上最左端的凹形滚轮为上料口；

主电机、联轴器、减速器、减速链、传动链轮、同步链轮和平行双链条依次相连，传动链轮与一对同步链轮同轴且设置在其中间。

照蛋装置包括照蛋箱、光源架、光源、光室；

照蛋箱是一与主机架等宽的无底矩形箱体，固定在主机架上，箱体两侧设有供蛋通过的小开口，开口挂有黑布以构造光室，光室经照蛋箱的敞口底与主机架内部空间相通，箱体顶面内侧中央固定有准直透镜，光源架固定在主机架内侧，光源安装在光源架上，并处于两凹形滚轮间隙正下方1.0~1.5厘米处；

自下而上分别是光源架、光源、凹形滚轮、光室；

照蛋装置设置在送蛋装置最左端上料口与推蛋装置之间。

推蛋装置包括汽缸支架、气缸、推件、缓冲垫；

推蛋装置设置在照蛋装置和出蛋装置之间，汽缸支架固定在主机架侧面；

汽缸支架上固定有气缸，推件安装在气缸的气动杆上，缓冲垫覆盖在推件上，由气缸、推件和缓冲垫组成的推蛋部分的轴线与蛋的轴线在同一水平线上。

出蛋装置包括减速电机、传动链条、传动链轮、滚动轴承、转轮、收集盘和导引板；

减速电机设置在主机架侧面，传动链条与安装在转轮上的传动链轮啮合，滚动轴承安装在转轮上，转轮上设有防止蛋滚动越界的凸缘；

导引板固定在主机架上，与送蛋方向成30°~35°夹角，且不与凹形滚轮接触；

收集盘紧接转轮，盘沿略低于转轮且盘有5°~8°的斜度。

感应模块包括光电传感器，光电传感器安装在送蛋装置的主机架两侧，位于照蛋装置的光室内，靠近上料方向，其工作方向与凹形滚轮的运行方向垂直；

光电传感器通过电缆与ARM系统相连，将蛋位置信号传给ARM系统，实现电气连接。

采集模块包括依次连接的准直透镜、光纤和光谱仪；

准直透镜固定在照蛋箱顶面内侧中央，准直透镜的大端口距离蛋约4~6毫米，既保证蛋的行进不受阻，又确保穿透蛋的光尽可能多的进入准直透镜；光纤一端的探头伸进准直采透镜的小端口，一端与光谱仪相连；

光谱仪采集蛋的透射光信号，数据经RS-232接口送入ARM系统处理。

执行模块包括依次连接的空气压缩机、气压管道及电磁阀；

电磁阀与ARM系统通过电缆相连，ARM系统根据判别结果给电磁阀执行信号，控制电磁阀的打开或关闭。

一种血斑蛋在线无损检测分选方法，其步骤如下：

A、采样：

由鲜蛋加工分级中心通过传统人工照蛋法识别出的血斑蛋及正常蛋各100枚；

B、设置阈值：

将血斑蛋和正常蛋分两批置于照蛋处，采集模块每次采集一枚蛋的光谱信号，分类建立数据库，进行数据分析与处理，提取每枚蛋的透射光谱曲线在特定波长区间的特征参数，设置判定血斑蛋的阈值，并进行阈值检验与修正，最后将优化的阈值保存于控制模块的ARM系统；

C、检测：

感应模块的光电传感器感应到第一枚蛋到达信号，ARM系统接收蛋到达信号，立即触发采集模块的光谱仪采集蛋透射光信息，数据经RS-232接口送入控制模块的ARM系统进行分析处理，用步骤B设定的阈值进行判别，判别结果暂存在控制模块的ARM系统中；与此同时，ARM系统开始软件延时；

D、感应模块感应到第二枚蛋到达信号，重复步骤C；

E、分选：

当送蛋装置载第一枚蛋运动到推蛋装置时，ARM系统延时结束，控制模块按照预先判别结果控制执行模块的电磁阀通道打开或者关闭，进而驱动气缸动作；

F、收集：

被气缸推出的蛋进入出蛋装置，在转轮的转动下向前滚动，直至滚入收集盘；没有被气缸推出的蛋随着送蛋装置继续前进，在导引板的导引下进入出蛋装置，在转轮的转动下向前滚动，直至滚入收集盘；

G、其他蛋的检测与分选重复步骤C至F的操作。

上述步骤B设置阈值的方式为：

对采集的信号数据进行分析处理，提取并分析实验样本蛋的光谱透射率，摘取波长在563.449nm到576.509nm之间的18个透射率，求其差分及标准差并作乘积，得到样品蛋的m值：

当样品蛋为血斑蛋时m值范围为：-0.00000036962≤m≤0.00002802800

当样品蛋为正常蛋时m值范围为：0.00002888800≤m≤0.00028090000

其中m为：18个透射率的差分与标准差之乘积；

设定判别血斑蛋的阈值为0.000028458；

m<=0.000028458时，判别为血斑蛋；

m>0.000028458时，判别为正常蛋。

上述步骤C检测步骤的具体流程为：

a、光电传感器感应蛋到达信号；

b、ARM系统接收蛋到达信号；

c、触发光谱仪采集蛋透射光信号；

d、数据由RS-232接口传输给ARM系统；

e、ARM系统分析处理数据；

f、ARM系统进行蛋品判别。

上述步骤E分选步骤的具体流程为：

a、光电传感器感应蛋到达信号；

b、ARM系统接收蛋到达信号；

c、触发光谱仪采集蛋透射光信号；

d、数据由RS-232接口传输给ARM系统；

e、ARM系统进行数据分析处理、特征参数提取及蛋品判别；

f、光电传感器感应下一枚蛋到达，于是步骤跳转到b；

g、延时结束后ARM系统根据判别结果给电磁阀信号，控制其通道的打开或关闭；

h、电磁阀的开、关控制气缸动作，若打开，气缸做单次伸缩运动实现血斑蛋的分选；若保持关闭，气缸不动作，蛋继续前进直至被导引入出蛋装置。

本发明的工作原理：

本发明利用微型光谱仪采集经过照蛋箱的每一枚蛋的透射光信号，ARM系统对数据分析处理后依据设定阈值进行蛋品判别，并将判别结果反馈给执行模块，执行模块驱动推蛋装置动作，从而将血斑蛋分选出来。

将蛋放在送蛋装置的凹形滚轮上，由感应模块的光电传感器感应蛋到达信号，ARM系统接收蛋到达信号，立即触发光谱仪采集蛋透射光信号，ARM系统分析处理数据后进行蛋品判别，将结果暂存，软件延时开始，当与延时对应的蛋运动到推蛋装置时延时结束，控制模块通过控制电磁阀，进而驱动汽缸做伸缩运动，将蛋推出到出蛋装置的转轮，转轮带动蛋滚向收集盘，达到分选的目的。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、依据生物质的光学特性，蛋的透射光信号能很好的反映蛋的内容物，因而准确度高；

2、与国内传统的人工肉眼照蛋法相比，光谱仪采集处理信号无疲劳，无人为失误，因而准确性好，精度高；

3、设计合理可行，结构简单，效果明显；

4、把蛋透射光信号的采集、分析处理、蛋品判别与机械自动分选有效结合，实现了在线无损自动检测，适用于禽蛋品质检测及分级行业，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是一种血斑蛋在线无损检测分选设备的结构方框图；

图2是一种血斑蛋在线无损检测分选设备主要硬件的分布示意图；

图3是一种血斑蛋在线无损检测分选设备送蛋装置的结构示意图；

图4是一种血斑蛋在线无损检测分选设备照蛋和采集部分的结构示意图；

图5是一种血斑蛋在线无损检测分选设备推蛋装置的结构示意图；

图6是一种血斑蛋在线无损检测分选设备出蛋装置的结构示意图；

图7是一种血斑蛋在线无损检测分选方法检测步骤流程图；

图8是一种血斑蛋在线无损检测分选方法分选步骤流程图；

其中

000—蛋； 

100—送蛋装置，

110—主机架，120—凹形滚轮，121—细光杆，130—平行双链条，

140—同步链轮， 150—传动链轮，160—减速链，170—减速器，

180—联轴器，190—主电机；

200—照蛋装置，

   210—照蛋箱，220—光源架，230—光源，240—光室；

300—推蛋装置，

   310—汽缸支架，320—汽缸，330—推件，340—缓冲垫；

400—出蛋装置，

   410—减速电机，420—传动链条，430—传动链轮，440—滚动轴承， 

   450—转轮，451—凸缘，460—收集盘，470—导引板； 

500—感应模块，

   510—光电传感器；

600—采集模块，

   610—准直透镜， 620—光纤，630—光谱仪；

700—执行模块，

   710—空气压缩机，720—气压管道，730—电磁阀；

800—控制模块，

   810—ARM系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一种血斑蛋在线无损检测分选设备，包括送蛋装置100、照蛋装置200、推蛋装置300、出蛋装置400、ARM系统810,其特征在于：

送蛋装置100包括主机架110、凹形滚轮120、平行双链条130、同步链轮140、传动链轮150、减速链160、减速器170、联轴器180和主电机190；

在主机架110上下四个支点设有四对同步链轮140，平行双链条130绕在同步链轮140上，细光杆121等间距插在平行双链条130的销孔中，每根细光杆121上串有凹形滚轮120，蛋000放在送蛋装置100的凹形滚轮120上；

平行双链条130上最左端的凹形滚轮120为上料口；

主电机190、联轴器180、减速器170、减速链160、传动链轮150、同步链轮140和平行双链条130依次相连，传动链轮150与一对同步链轮140同轴且设置在其中间。

照蛋装置200包括照蛋箱210、光源架220、光源230、光室240；

照蛋箱210是一与主机架110等宽的无底矩形箱体，固定在主机架110上，箱体两侧设有供蛋通过的小开口，开口挂有黑布以构造光室240，光室240经照蛋箱210的敞口底与主机架110内部空间相通，箱体顶面内侧中央固定有准直透镜610，光源架220固定在主机架110内侧，光源230安装在光源架220上，并处于两凹形滚轮120间隙正下方1.0~1.5厘米处；

自下而上分别是光源架220、光源230、凹形滚轮120、光室240；

照蛋装置200设置于送蛋装置100最左端上料口与推蛋装置300之间。

推蛋装置00包括汽缸支架310、气缸320、推件330、缓冲垫340；

推蛋装置300设置在照蛋装置200和出蛋装置400之间，汽缸支架310固定在主机架110侧面；

汽缸支架310上固定有气缸320，推件330安装在气缸320的气动杆上，缓冲垫340覆盖在推件330上，由气缸320、推件330和缓冲垫340组成的推蛋部分的轴线与蛋的轴线在同一水平线上。

出蛋装置400包括减速电机410、传动链条420、传动链轮430、滚动轴承440、转轮450、收集盘460和导引板470；

减速电机410设置在主机架110侧面，传动链条420与安装在转轮450上的传动链轮430啮合，滚动轴承440装在转轮450上，转轮450上设有防止蛋滚动越界的凸缘451；

导引板470固定在主机架110上，与送蛋方向成30°~35°夹角，且不与凹形滚轮120接触；

收集盘460紧接转轮（450），盘沿略低于转轮450且盘有5°~8°斜度。

感应模块500包括光电传感器510，光电传感器510安装在送蛋装置100的主机架110两侧，位于照蛋装置200的光室240内，靠近上料方向，其工作方向与凹形滚轮120的运行方向垂直；

光电传感器510通过电缆与ARM系统810相连，将蛋位置信号传给ARM系统810，实现电气连接。

采集模块600包括依次连接的准直透镜610、光纤620和光谱仪630；

准直透镜610固定在照蛋箱210顶面内侧中央，准直透镜610的大端口距离蛋000约4~6毫米，既保证蛋的行进不受阻，又确保穿透蛋的光尽可能多的进入准直透镜610；光纤620一端的探头伸进准直采透镜610的小端口，一端与光谱仪630相连；

光谱仪630采集蛋的透射光信号，数据经RS-232接口送入ARM系统810处理。

执行模块700包括依次连接的空气压缩机710、气压管道720及电磁阀730；

电磁阀730与ARM系统810通过电缆相连，ARM系统810根据判别结果给电磁阀730执行信号，控制电磁阀730的打开或关闭。

一种血斑蛋在线无损检测分选方法，其步骤如下：

A、采样：

由鲜蛋加工分级中心通过传统人工照蛋法识别出的血斑蛋及正常蛋各100枚；

B、设置阈值：

将血斑蛋和正常蛋分两批置于照蛋处，采集模块600每次采集一枚蛋的光谱信号，分类建立数据库，进行数据分析与处理，提取每枚蛋的透射光谱曲线在特定波长区间的特征参数，设置判定血斑蛋的阈值，并进行阈值检验与修正，最后将优化的阈值保存于控制模块800的ARM系统810；

C、检测：

感应模块500的光电传感器510感应到第一枚蛋到达信号，ARM系统810接收到达信号，立即触发采集模块600的光谱仪630采集蛋透射光信息，数据经RS-232接口送入控制模块800的ARM系统810进行分析处理，用步骤B设定的阈值进行判别，判别结果暂存在控制模块800的ARM系统810中；与此同时，ARM系统810开始软件延时；

D、感应模块500感应到第二枚蛋到达信号，重复步骤C；

E、分选：

当送蛋装置100载第一枚蛋运动到推蛋装置300时，ARM系统810延时结束，控制模块800按照预先判别结果控制执行模块700的电磁阀730通道打开或者关闭，进而驱动气缸320动作；

F、收集：

被气缸320推出的蛋进入出蛋装置400，并在转轮450的转动下向前滚动，直至滚入收集盘460；没有被气缸320推出的蛋随着送蛋装置100继续前进，在导引板470的导引下进入出蛋装置400，在转轮450的转动下向前滚动，直至滚入收集盘460；

G、其他蛋的检测与分选重复步骤C至F的操作。

上述步骤B设置阈值的方式为：

对采集的信号数据进行分析处理，提取并分析实验样本蛋的光谱透射率，摘取波长在563.449nm到576.509nm之间的18个透射率，求其差分及标准差并作乘积，得到样品蛋的m值：

当样品蛋为血斑蛋时m值范围为：-0.00000036962≤m≤0.00002802800

当样品蛋为正常蛋时m值范围为：0.00002888800≤m≤0.00028090000

其中m为：18个透射率的差分与标准差之乘积；

设定判别血斑蛋的阈值为0.000028458；

m<=0.000028458时，判别为血斑蛋；

m>0.000028458时，判别为正常蛋。

上述步骤C检测步骤的具体流程为：

a、光电传感器510感应蛋000到达信号；

b、ARM系统810接收蛋到达信号；

c、触发光谱仪630采集蛋透射光信号；

d、数据由RS-232接口传输给ARM系统810；

e、ARM系统810分析处理数据；

f、ARM系统810进行蛋品判别。

上述步骤E分选步骤的具体流程为：

a、光电传感器510感应蛋000到达信号；

b、ARM系统810接收蛋到达信号；

c、触发光谱仪630采集蛋透射光信号；

d、数据由RS-232接口传输给ARM系统810； 

e、ARM系统810进行数据分析处理、特征参数提取及蛋品判别；

f、光电传感器510感应下一枚蛋000到达，于是步骤跳转到b；

g、延时结束后ARM系统810根据判别结果给电磁阀730信号，控制其通道的打开或关闭；

h、电磁阀730的开、关控制气缸320动作，若打开，气缸320做单次伸缩运动实现血斑蛋的分选；若保持关闭，气缸320不动作，蛋000继续前进直至被导引入出蛋装置400。

本发明的工作原理：

本发明利用微型光谱仪采集经过照蛋箱的每一枚蛋的透射光信号，ARM系统对数据分析处理后依据设定阈值进行蛋品判别，并将判别结果反馈给执行模块，执行模块驱动推蛋装置动作，从而将血斑蛋分选出来。

将蛋放在送蛋装置的凹形滚轮上，由感应模块的光电传感器感应蛋到达信号，ARM系统接收蛋到达信号，立即触发光谱仪采集蛋透射光信号，ARM系统分析处理数据后进行蛋品判别，将结果暂存，软件延时开始，当与延时对应的蛋运动到推蛋装置时延时结束，控制模块通过控制电磁阀，进而驱动汽缸做伸缩运动，将蛋推出到出蛋装置的转轮，转轮带动蛋滚向收集盘，达到分选的目的。

Claims (1)

1.一种血斑蛋在线无损检测分选设备，包括送蛋装置（100）、照蛋装置（200）、推蛋装置（300）、出蛋装置（400）、ARM系统（810）,其特征在于：

送蛋装置（100）包括主机架（110）、凹形滚轮（120）、平行双链条（130）、同步链轮（140）、传动链轮（150）、减速链（160）、减速器(170)、联轴器（180）和主电机（190）；

在主机架（110）上下四个支点设有四对同步链轮（140），平行双链条（130）绕在同步链轮（140）上，细光杆（121）等间距插在平行双链条（130）的销孔中，每根细光杆（121）上串有凹形滚轮（120），蛋（000）放在送蛋装置（100）的凹形滚轮（120）上；

平行双链条（130）上最左端的凹形滚轮（120）为上料口；

主电机（190）、联轴器（180）、减速器(170)、减速链（160）、传动链轮（150）、同步链轮（140）和平行双链条（130）依次相连，传动链轮（150）与一对同步链轮（140）同轴且设置在其中间；

照蛋装置（200）包括照蛋箱（210）、光源架（220）、光源（230）、光室（240）；

照蛋箱（210）是一与主机架（110）等宽的无底矩形箱体，固定在主机架（110）上，箱体两侧设有供蛋通过的小开口，开口挂有黑布以构造光室（240），光室（240）经照蛋箱（210）的敞口底与主机架（110）内部空间相通，箱体顶面内侧中央固定有准直透镜（610），光源架（220）固定在主机架（110）内侧，光源（230）安装在光源架（220）上，并处于两凹形滚轮（120）间隙正下方1.0~1.5厘米处；

自下而上分别是光源架（220）、光源（230）、凹形滚轮（120）、光室（240）；

照蛋装置（200）设置于送蛋装置（100）最左端上料口与推蛋装置（300）之间；

推蛋装置（300）包括汽缸支架（310）、气缸（320）、推件（330）、缓冲垫（340）；

推蛋装置（300）设置在照蛋装置（200）和出蛋装置（400）之间，汽缸支架（310）固定在主机架（110）侧面；

汽缸支架（310）上固定有气缸（320），推件（330）安装在气缸（320）的气动杆上，缓冲垫（340）覆盖在推件（330）上，由气缸（320）、推件（330）和缓冲垫（340）组成的推蛋部分的轴线与蛋的轴线在同一水平线上；

出蛋装置（400）包括减速电机（410）、传动链条（420）、传动链轮（430）、滚动轴承（440）、转轮（450）、收集盘（460）和导引板（470）；

减速电机（410）设置在主机架（110）侧面，传动链条（420）与安装在转轮（450）上的传动链轮（430）啮合，滚动轴承（440）装在转轮（450）上，转轮（450）上设有防止蛋滚动越界的凸缘（451）；

导引板（470）固定在主机架（110）上，与送蛋方向成30°~35°夹角，且不与凹形滚轮（120）接触；

收集盘（460）紧接转轮（450），盘沿略低于转轮（450）且盘有5°~8°斜度；

感应模块（500）包括光电传感器（510），光电传感器（510）安装在送蛋装置（100）的主机架（110）两侧，位于照蛋装置（200）的光室（240）内，靠近上料方向，其工作方向与凹形滚轮（120）的运行方向垂直；

光电传感器（510）通过电缆与ARM系统（810）相连，将蛋位置信号传给ARM系统（810），实现电气连接；

采集模块（600）包括依次连接的准直透镜（610）、光纤（620）和光谱仪（630）；

准直透镜（610）固定在照蛋箱（210）顶面内侧中央，准直透镜（610）的大端口距离蛋（000）约4~6毫米，既保证蛋的行进不受阻，又确保穿透蛋的光尽可能多的进入准直透镜（610）；光纤（620）一端的探头伸进准直采透镜（610）的小端口，一端与光谱仪（630）相连；

光谱仪（630）采集蛋的透射光信号，数据经RS-232接口送入ARM系统（810）处理；

执行模块（700）包括依次连接的空气压缩机（710）、气压管道（720）及电磁阀（730）；

电磁阀（730）与ARM系统（810）通过电缆相连，ARM系统（810）根据判别结果给电磁阀（730）执行信号，控制电磁阀（730）的打开或关闭。

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