水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法和裝置的製作方法
2023-06-07 17:05:46
專利名稱：水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法和裝置，尤其是指對球形水果或球形農產品進行在線檢測的方法和裝置。
背景技術：
基於水果內部品質光特性的在線無損檢測已經受到越來越多人們的關注，因為其無損傷，檢測速度快，可以很好的滿足工廠化水果產後處理分級的要求，成為水果在線內部品質檢測分級的重要方法之一。目前水果內部品質在線無損檢測裝置還不成熟且存在著較多問題如檢測精度和檢測速度的有待提高。對於這些問題的解決，許多是通過改善在線預測模型的穩定性和適應性，另外是考慮在線檢測的環境因素提出相應的模型補償算法。而對於一個在線檢測裝置來說，好的模型可以提高在線檢測的準確性，但是通過一定的補償方法和裝置準確定位水果的檢測位置，以提高光信號的有效性，提高在線檢測精度。
美國專利US65635791 B1介紹了一個可調節的紅外發射和接收裝置，但是其結構複雜，具體實施存在一定的困難，只考慮了對於由於水果尺寸引起的水果檢測位置變化對檢測精度的影響，而對檢測探頭與水果表面之間的距離的進行補償沒有考慮。其它基於水果內部品質光特性的在線無損檢測裝置沒有考慮水果滾動時檢測水果的尺寸的方法，也就沒有考慮對水果尺寸引起的檢測誤差予以補償。使用一種有效的檢測尺寸補償方法和裝置，結合水果特有的外觀形狀特徵，提高在線檢測的精度，實現水果內部品質在線檢測的準確性是非常必要的。
對於不同的水果而言，其內部品質精度會因為檢測位置的不同而變化，這樣要求對同一種水果進行內部品質檢測時，水果的檢測位置相同才可以準確反映其的內部品質。
目前，利用水果光特徵檢測水果內部品質方法基本上可分為反射法和透射法。
反射法檢測時由檢測裝置向檢測水果發射檢測光線，檢測裝置在同側檢測反射光線，通過分析得到水果內部品質信息。目前的檢測方法存在一定的問題這類裝置照射光的高度和檢測探頭是固定的，如果被測水果的尺寸不均勻會導致對於每個水果的檢測位置不盡相同，因此不同水果檢測時的檢測位置與建模時水果的檢測位置不盡一致，從而引起較大的檢測誤差。
透射法檢測時由檢測裝置向檢測水果發射檢測光線，檢測裝置在另一側檢測透射光線，通過分析得到水果內部品質信息。由於透射光信號很弱，如果檢測探頭是固定的，那麼在檢測進行時檢測探頭與水果的表面之間的距離受水果尺寸影響，檢測到光信號強度也隨之發生變化，影響檢測精度，而對於因水果的尺寸變化導致的水果檢測位置變化引起的檢測精度變動，在透射法中依然存在。
綜上所述，在利用水果光特性進行水果內部品質在線檢測時，由於水果尺寸變化，會引起的水果檢測位置變化，進而引起檢測精度變化；而對於透射法還應考慮水果尺寸變化後，檢測探頭與水果表面之間的距離變化引起的光信號傳輸損失及其引起檢測精度變化。
總之，在利用水果光特性進行水果內部品質在線檢測時，應考慮水果尺寸對檢測的精度的影響。
發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種服務於水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法和裝置，通過檢測水果尺寸，並進行適當的補償，以保證檢測時水果的檢測位置與水果內部品質檢測模型建立的檢測位置基本相同，從而保證檢測精度。
本發明採用的技術方案如下一種水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法，包括下列步驟水果依靠輸送單元輸送，以滾動狀態向檢測位置運動；布置在輸送單元上的編碼器獲取滾動水果的位置信息並傳輸給控制單元；同時，水果經過輸送單元上先後布置的兩個尺寸檢測單元時，兩個尺寸檢測單元分別獲取水果的尺寸信息並傳輸給控制單元；控制單元對收到的位置信息和尺寸信息進行分析處理，轉化為控制信號發給驅動單元；驅動單元根據控制信號驅動尺寸補償單元對到達檢測位置的水果實施尺寸補償。
用於實現上述方法的水果尺寸補償裝置，包括輸送單元，尺寸補償單元，尺寸檢測單元，編碼器，控制單元和驅動單元；編碼器、尺寸檢測單元和尺寸補償單元依次布置在輸送單元上；編碼器通過導線連接尺寸檢測單元；編碼器和尺寸檢測單元分別連接控制單元，控制單元連接驅動單元，驅動單元連接尺寸補償單元。
所述輸送單元包括驅動鏈輪、摩擦帶、鏈條、滾子、小軸、摩擦帶滾筒、張緊輪和調速電機，鏈條環繞在兩個驅動鏈輪上，兩根鏈條之間有支撐連接架連接，構成輸送帶的骨架結構；滾子通過小軸安裝在鏈條上；摩擦帶環繞在摩擦滾筒和張緊滾輪上，滾子壓在摩擦帶上，調速電機與摩擦滾筒連接。
所述尺寸補償單元包括橋架，齒條一，照射裝置，滑塊一，支架一，x軸驅動齒輪，滑塊三，支架三，齒輪二，z軸驅動齒輪，滑塊二，支架二，檢測探頭，步進電機一和步進電機二；支架一與支架三固定連接，支架一和支架二通過橋架三者固接，支架二與滑塊三固接，支架一、橋架、支架二和支架三構成「口」字形狀；照射裝置與滑塊一固接，檢測探頭與滑塊二固接；滑塊一可以在支架一的燕尾槽中移動，滑塊二可以在支架二的燕尾槽中移動，滑塊三可以在支架三的燕尾槽中移動；齒條一固接在滑塊一外側，齒條二固接在滑塊三下側；z軸驅動齒輪與齒條一嚙合，x軸驅動齒輪與齒條二嚙合；z軸驅動齒輪通過軸與z軸驅動步進電機連接，x軸驅動齒輪通過軸與x軸驅動步進電機連接；z軸驅動步進電機和x軸驅動步進電機通過導線連接在驅動單元上。
所述尺寸檢測單元包括光發射器，光檢測器和尺寸檢測控制器；光發射器包括一組發光二極體，光檢測器包括一組光敏感元件；光發射器和光檢測器分別通過導線與尺寸檢測控制器連接，編碼器和控制單元分別通過導線連接尺寸檢測控制器。
所述控制單元包括用於x軸方向水果尺寸補償單元和z軸方向水果尺寸補償單元，控制單元分別與編碼器、尺寸檢測單元的尺寸檢測控制器相連接。
本發明的有益效果是本發明實現了自動調整尺寸補償單元的照射裝置和檢測探頭，不論水果尺寸變動讓照射光始終照射水果的赤道位置，讓檢測探頭自動調節到與水果赤道表面之間的最佳檢測位置，有效採集透射光。通過保證檢測條件的一致性，有效提取快速運動水果的透射光，提高水果在線檢測精度，提高基於水果光特性的內部品質在線無損檢測自動化水平。
圖1是整體示意圖；圖2是輸送單元結構圖；圖3是圖1的B向放大圖；
圖4小軸結構示意圖；圖5是滾子結構示意圖；圖6尺寸補償單元結構示意圖；圖7是圖6的C向圖；圖8是尺寸補償單元工作流程圖；圖9是尺寸檢測單元原理圖。
附圖標記1、輸送單元；2、尺寸補償單元；3、尺寸檢測單元；4、水果；5、編碼器；6、控制單元；7、驅動單元；8、檢測位置；101、驅動鏈輪；102、摩擦帶；103、鏈條；104、滾子；105、摩擦帶滾筒；106、張緊輪；107、調速電機；108、小軸；109、支撐連接架；201、橋架；202、齒條一；203、照射裝置；204、滑塊一；205、支架一；206、z軸驅動齒輪；207、z軸驅動步進電機；208滑塊三；209、支架三；2010、x軸驅動齒輪；2011、x軸驅動步進電機；2012、齒條二；2013、滑塊二；2014、支架二；2015、檢測探頭；301、光發射器；302、檢測光束；303、光檢測器；304、尺寸檢測控制器。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例進一步詳細描述本發明。
水果在線檢測裝置中水果尺寸補償裝置設計如圖1至圖8所描述。
如圖1所示，該尺寸補償裝置由輸送單元1，尺寸補償單元2，尺寸檢測單元3，編碼器5，控制單元6，驅動單元7等組成。
如圖2、圖3所示，輸送單元包括驅動鏈輪101，摩擦帶102，鏈條103，滾子104，摩擦帶滾筒105，張緊輪106，調速電機107，小軸108和支撐連接架109。
鏈條103環繞在兩個驅動鏈輪101上，兩根鏈條之間有支撐連接架109連接構成輸送帶的骨架結構；滾子104通過小軸108安裝在鏈條103上，摩擦帶102環繞在摩擦帶滾筒105和張緊輪106上，滾子104壓在摩擦帶102上，調速電機107與摩擦帶滾筒105連接。
如圖3所示，小軸108穿過滾子104的中軸線與滾子104連接，小軸兩端分別與鏈條連接，小軸兩端裝在鏈條103對應的小孔上，可以在鏈條103上轉動；如圖4所示，小軸108結構為兩端是圓軸，中間部分是方軸。
如圖5所示，滾子104軸線位置是方孔的，滾子104通過方孔與小軸連接，兩者為間隙配合。
如圖6、圖7所示，尺寸補償單元2由橋架201，齒條一202，照射裝置203，滑塊一204，支架一205，z軸驅動齒輪206，進電機207，滑塊三208，支架三209，x軸驅動齒輪2010，x軸驅動步進電機2011，齒條二2012，滑塊二2013，支架二2014，檢測探頭2015等組成。
支架一205與支架三209固定連接，支架一205和支架二2014通過橋架201三者固接，支架二2014與滑塊三208固接，支架一205、橋架201、支架二2014和支架三209構成「口」字形狀；照射裝置203與滑塊一204固接，檢測探頭2015與滑塊二2013固接；滑塊一204可以在支架一205的燕尾槽中沿z軸方向移動，滑塊二2013可以在支架二2014的燕尾槽中沿z軸方向移動，滑塊三208可以在支架三209的燕尾槽中沿x軸方向移動；齒條一202固接在滑塊一204外側，齒條二2012固接在滑塊三208下側；z軸驅動齒輪206與齒條一202嚙合，x軸驅動齒輪2010與齒條二2012嚙合；z軸驅動齒輪206通過軸與z軸驅動步進電機207連接，x軸驅動齒輪2010通過軸與x軸驅動步進電機2011連接；z軸驅動步進電機207和x軸驅動步進電機2010通過導線連接在驅動單元7上。
如圖9所示，尺寸檢測單元3包括光發射器301，光檢測器303和尺寸檢測控制器304；光發射器301包括一組發光二極體，光檢測器303為一組光敏感元件。光發射器301和光檢測器303分別通過電線與尺寸檢測控制器304連接。每一個光檢測器303所對應的水果尺寸通過試驗確定，並以表格形式存放於尺寸檢測控制器304。
編碼器5安裝在一個驅動鏈輪101的軸心。編碼器5的輸出信號分別通過電線與尺寸檢測控制器304和控制單元6連接。
控制單元6包括用於x軸方向水果尺寸補償單元和z軸方向水果尺寸補償單元，用來實現輸入、輸出控制信號的處理和整合的程序；其中預先存儲了一組檢測前預設的值；控制單元6分別與編碼器5、尺寸檢測單元3的檢測控制器相連接；下面結合圖8介紹工作過程①水果4沿輸送方向檢測開始之前，預設照射裝置203和檢測探頭2015的位置高度值，預設檢測探頭2015與檢測中心位置的距離值。
②檢測開始，水果4被輸送單元輸送，在輸送帶107上的滾子104上以一定的速度轉動，在滾動狀態下進行尺寸檢測；③經過編碼器5確定位置信息的水果先後經過尺寸檢測單元3的第一個和第二個尺寸檢測位置，得到的尺寸信息和位置信息輸入到控制單元6，得到準確的水果尺寸值；④控制單元6得到的水果尺寸信息結合預設初值和尺寸補償單元2的反饋信息，經過整合和計算輸出控制信號給驅動單元7，驅動單元7根據輸入的控制信號驅動補償單元2；⑤水果到達檢測位置時，尺寸補償單元2由驅動單元7根據控制信號通過z軸驅動步進電機207驅動用於調整照射裝置203高度的z軸驅動齒輪206，與z軸驅動齒輪206嚙合的齒條一202及與齒條一202固接在一起的滑塊一204隨著z軸驅動齒輪206的轉動可以沿z軸方向運動，安裝在滑塊一204上的照射裝置203隨著做z軸方向上的位置調整，使照射光照射在被測水果表面的赤道部位；通過橋架201固定連接在一起的檢測探頭2015同步進行z軸方向的位置調整，使檢測探頭2015始終收集來自於水果赤道位置透射光的信息；⑥一套與上面描述相同結構的補償裝置用來獨立對檢測探頭2015到水果表面的距離進行尺寸補償，水果到達檢測位置時，驅動單元7根據控制信號驅動用於調整檢測探頭2015與水果表面距離的x軸驅動齒輪2010，與x軸驅動齒輪2010嚙合的齒條二2012及與齒條固接在一起的滑塊三208隨著x軸驅動齒輪2010的轉動沿x軸方向運動，固接在滑塊三208上的支架二2014帶動檢測探頭2015隨著可以做相應的位置調整，使檢測探頭2015與水果赤道表面距離保持在最佳位置，從而對有效收集水果內部的透射光信息有極大的改善。
如圖9所示，水果尺寸檢測的原理為當被測水果到達傳感器檢測位置時，水果位於光發射器301和光檢測器303之間，部分阻擋了檢測光路，尺寸檢測控制器304自下而上檢測光檢測器303的信號，找到第一條沒有被水果阻擋的光檢測器303的光檢測信息時，根據該光檢測器303編號查表即可確定水果的尺寸。
控制單元6包括用於x軸方向水果尺寸補償單元和z軸方向水果尺寸補償單元。
z軸方向水果尺寸補償單元的補償原理為①檢測第一個水果z＝d/2-lz，當z＞0時向z的正方向移動補償，當z＜0時向z的負方向移動補償；②檢測第n個水果(n＞1)z＝(dn-dn-1)/2，當z＞0時向z的正方向移動補償，當z＜0時向z的負方向移動補償。
x軸方向水果尺寸補償單元的補償原理為①檢測第一個水果x＝d/2-lx，當x＞0時向x的正方向移動補償，當x＜0時向x的負方向移動補償；②檢測第n個水果(n＞1)x＝(dn-dn-1)/2，當x＞0時向x的正方向移動補償，當x＜0時向x的負方向移動補償。
其中，z為補償位移量，lz和lx為照射裝置和檢測探頭的初設值，d為水果的橫徑尺寸。
例如，水果在滾動狀態下得到的尺寸大小d為58mm。若第一個水果被檢測，根據預先設定的照射裝置的高度lx＝20mm(以傳送帶平面為基準)，計算得到z軸方向的補償量為z＝58mm/2-20mm＝9mm。若是第n個水果被檢測，z軸方向的補償量為已知第n-1個水果的尺寸是58mm，第n個水果的尺寸是75mm，則z＝(75-58)/2mm＝8.5mm。檢測探頭與水果表面距離的補償原理相同於上面的方法不作贅述。
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。
本發明可用其他的不違背本發明的精神和主要特徵的具體形式來概述。因此，無論從哪一點來看，本發明的上述實施方案都只能認為是對本發明的說明而不能限制本發明，權利要求書指出了本發明的範圍，而上述的說明並未指出本發明的範圍，因此，在與本發明的權利要求書相當的含義和範圍內的任何改變，都應認為是包括在權利要求書的範圍內。
權利要求
1.一種水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法，包括下列步驟水果依靠輸送單元輸送，以滾動狀態向檢測位置運動；布置在輸送單元上的編碼器獲取滾動水果的位置信息並傳輸給控制單元；同時，水果經過輸送單元上先後布置的兩個尺寸檢測單元時，兩個尺寸檢測單元分別獲取水果的尺寸信息並傳輸給控制單元；控制單元對收到的位置信息和尺寸信息進行分析處理，轉化為控制信號發給驅動單元；驅動單元根據控制信號驅動尺寸補償單元對到達檢測位置的水果實施尺寸補償。
2.一種用於實現權利要求1的方法的水果尺寸補償裝置，包括輸送單元，尺寸補償單元，尺寸檢測單元，編碼器，控制單元和驅動單元；編碼器、尺寸檢測單元和尺寸補償單元依次布置在輸送單元上；編碼器通過導線連接尺寸檢測單元；編碼器和尺寸檢測單元分別連接控制單元，控制單元連接驅動單元，驅動單元連接尺寸補償單元。
3.根據權利要求2所述的水果尺寸補償裝置，其特徵是所述輸送單元包括驅動鏈輪、摩擦帶、鏈條、滾子、小軸、摩擦帶滾筒、張緊輪和調速電機，鏈條環繞在兩個驅動鏈輪上，兩根鏈條之間有支撐連接架連接，構成輸送帶的骨架結構；滾子通過小軸安裝在鏈條上；摩擦帶環繞在摩擦滾筒和張緊滾輪上，滾子壓在摩擦帶上，調速電機與摩擦滾筒連接。
4.根據權利要求2所述的水果尺寸補償裝置，其特徵是所述尺寸補償單元包括橋架，齒條一，照射裝置，滑塊一，支架一，x軸驅動齒輪，滑塊三，支架三，齒輪二，z軸驅動齒輪，滑塊二，支架二，檢測探頭，步進電機一和步進電機二；支架一與支架三固定連接，支架一和支架二通過橋架三者固接，支架二與滑塊三固接，支架一、橋架、支架二和支架三構成「口」字形狀；照射裝置與滑塊一固接，檢測探頭與滑塊二固接；滑塊一可以在支架一的燕尾槽中移動，滑塊二可以在支架二的燕尾槽中移動，滑塊三可以在支架三的燕尾槽中移動；齒條一固接在滑塊一外側，齒條二固接在滑塊三下側；z軸驅動齒輪與齒條一嚙合，x軸驅動齒輪與齒條二嚙合；z軸驅動齒輪通過軸與z軸驅動步進電機連接，x軸驅動齒輪通過軸與x軸驅動步進電機連接；z軸驅動步進電機和x軸驅動步進電機通過導線連接在驅動單元上。
5.根據權利要求2所述的水果尺寸補償裝置，其特徵是所述尺寸檢測單元包括光發射器，光檢測器和尺寸檢測控制器；光發射器包括一組發光二極體，光檢測器包括一組光敏感元件；光發射器和光檢測器分別通過導線與尺寸檢測控制器連接，編碼器和控制單元分別通過導線連接尺寸檢測控制器。
6.根據權利要求2所述的水果尺寸補償裝置，其特徵是所述控制單元包括用於x軸方向水果尺寸補償單元和z軸方向水果尺寸補償單元，控制單元分別與編碼器、尺寸檢測單元的尺寸檢測控制器相連接。
全文摘要
本發明涉及了一種水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法和裝置，裝置由輸送單元、尺寸檢測單元、尺寸補償單元、控制單元和驅動單元組成。水果在輸送單元以滾動狀態運動，尺寸檢測單元獲取水果的尺寸信息，編碼器獲取水果的位置信息，位置信息和尺寸信息傳輸給控制單元進行分析處理後，控制信息傳輸到驅動單元，驅動尺寸補償單元實施尺寸補償。所採用的通過水果內部品質光特性在線檢測的水果尺寸補償方法和裝置可以使水果的檢測位置始終在水果的赤道表面，並且檢測裝置始終能夠在距水果最佳的位置獲得檢測信息，可以提高在線水果內部品質檢測的快速、準確、有效性，提高水果內部品質無損檢測的自動化水平。
文檔編號G01N21/95GK1731160SQ20051005069
公開日2006年2月8日 申請日期2005年7月13日 優先權日2005年7月13日
發明者應義斌, 陸輝山, 徐惠榮, 劉燕德, 饒秀勤, 傅霞萍 申請人:浙江大學