本實(shí)用新型涉及農(nóng)產(chǎn)品智能無損檢測(cè)和農(nóng)產(chǎn)品機(jī)械設(shè)備，尤其涉及一種基于光譜技術(shù)的球狀農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)分級(jí)設(shè)備。

背景技術(shù)：

農(nóng)產(chǎn)品智能無損檢測(cè)技術(shù)是我國(guó)長(zhǎng)期以來面臨的重要而又艱巨的重要研究課題，農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分級(jí)不僅在農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸上有著非常重要的意義，而且對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著直接的影響。

在農(nóng)產(chǎn)品智能無損的檢測(cè)領(lǐng)域中比較常見的主要有五大類技術(shù)：光譜技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、生化技術(shù)、聲音信號(hào)以及震動(dòng)信號(hào)技術(shù)。生化技術(shù)檢測(cè)周期長(zhǎng)，而且經(jīng)常需要做破壞性的檢測(cè)；機(jī)器視覺技術(shù)適合一些外部品質(zhì)檢測(cè)，比如大小、瑕疵、文字、二維碼等；聲音信號(hào)和震動(dòng)信號(hào)適合檢測(cè)表面裂紋和內(nèi)部裂紋，而且對(duì)周圍環(huán)境要求極高；光譜技術(shù)也是近十幾年在我國(guó)興起的一門智能無損檢測(cè)技術(shù)，它主要是根據(jù)不同品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品在相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)所獲得的透射、反射光譜的差異而進(jìn)行檢測(cè)的，它同樣也對(duì)周圍的環(huán)境非常的敏感，尤其是機(jī)器的震動(dòng)和漏光兩大因素。

目前隨著光譜技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，越來越多的研究者將其應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行無損檢測(cè)。周竹，李小昱等研究者利用高光譜漫反射和透射光譜檢測(cè)黑心病的馬鈴薯，采用光譜透射的方式模型所預(yù)測(cè)的精度達(dá)到98.46％，采用反射方式模型所預(yù)測(cè)的精度達(dá)到90.77％【周竹，李小昱，高海龍，陶海龍，李鵬。漫反射和透射光譜檢測(cè)馬鈴薯黑心病的比較[J]，2012，28(11)】。徐惠榮、徐文豪利用微型光譜儀去檢測(cè)血斑蛋，模型所預(yù)測(cè)的正常蛋的精度達(dá)到90％，血斑蛋的精度達(dá)到91.7％?！拘旎輼s，徐文豪，陳華瑞，姚洋，張安紅。基于光譜技術(shù)的褐殼血斑蛋鑒別方法研究[J]，2014，45(02)】。李順峰，張麗華利用近紅外反射光譜去鑒別蘋果的霉心病，最后所獲得檢測(cè)模型訓(xùn)練集的正確率為89.9％，驗(yàn)證集的準(zhǔn)確率為87.8％?！纠铐樂?，張麗華，劉興華，李光輝基于主成分分析的蘋果霉心病近紅外漫反射光譜判別[J]，2011，42(10)】。郭文川，王銘海等人利用近紅外光譜技術(shù)去檢測(cè)獼猴桃內(nèi)部損傷，所建立的檢測(cè)模型預(yù)測(cè)獼猴桃損傷的正確識(shí)別率達(dá)到92.4％?！竟拇?，王銘海，谷靜思，朱新華近紅外光譜結(jié)合極限學(xué)習(xí)機(jī)識(shí)別貯藏期的損傷獼猴桃[J],2013，21[10]】。

經(jīng)過相關(guān)技術(shù)檢索：

①絕大部分的光譜檢測(cè)技術(shù)都是基于靜態(tài)方式進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)；

②國(guó)內(nèi)目前絕大部分的光譜檢測(cè)技術(shù)都是基于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而非專業(yè)工廠設(shè)備；

③國(guó)內(nèi)絕大部分研究者都從算法上進(jìn)行優(yōu)化模型，而尚未檢索到有學(xué)者設(shè)法從硬件裝置進(jìn)行優(yōu)化。

基于上述的各個(gè)學(xué)者利用光譜技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的內(nèi)部品質(zhì)的研究，能夠得出光譜檢測(cè)技術(shù)仍然有著很大的提升空間的結(jié)論，大部分研究者在檢測(cè)模型上進(jìn)行優(yōu)化從而提高準(zhǔn)確率，但是受地點(diǎn)、樣本、時(shí)間等因素影響較大，所以存在著可移植性差的缺陷。本實(shí)用新型主要是針對(duì)光譜檢測(cè)技術(shù)而設(shè)計(jì)的一種設(shè)備，是一種提高光譜檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)準(zhǔn)確率的另一條途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就在于解決目前光譜檢測(cè)技術(shù)所存在的部分困難，提供一種基于光譜技術(shù)的球狀農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)分級(jí)設(shè)備，讓類似球狀農(nóng)產(chǎn)品能夠在線獲得較為理想的光譜圖，間接地使得檢測(cè)模型更加穩(wěn)健。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)過程如下：

首先調(diào)整好光譜儀器的各個(gè)參數(shù)，將球狀農(nóng)產(chǎn)品放入傳送帶的杯狀結(jié)構(gòu)中，當(dāng)杯狀結(jié)構(gòu)的上升桿觸發(fā)到光電傳感器時(shí)候，此時(shí)采集球狀農(nóng)產(chǎn)品的光譜圖，然后通過計(jì)算機(jī)模型運(yùn)算后的結(jié)果發(fā)送給可編程控制器,可編程控制器將其轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的分級(jí)信號(hào)，最后根據(jù)控制器的分級(jí)信號(hào)將農(nóng)產(chǎn)品在分級(jí)執(zhí)行模塊處進(jìn)行分級(jí)。

本實(shí)用新型主要針對(duì)上述的球狀農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行無損檢測(cè)，從而設(shè)計(jì)了有關(guān)其運(yùn)輸裝置、檢測(cè)裝置和分級(jí)裝置。與其它相關(guān)有所不同的是，本實(shí)用新型考慮到采集農(nóng)產(chǎn)品光譜所遇到的各個(gè)障礙，從而進(jìn)行自主設(shè)計(jì)的一種防干擾、防漏光的簡(jiǎn)易裝置。本實(shí)用新型主要完成以下幾點(diǎn)工作：

1、傳送裝置，該傳送裝置分為主傳送裝置和分級(jí)傳送裝置，需分別設(shè)計(jì)傳送的方式，同時(shí)需要考慮如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)類似球狀農(nóng)產(chǎn)品跟隨著流水線體一同運(yùn)動(dòng)。

2、檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置需設(shè)計(jì)檢測(cè)環(huán)境、檢測(cè)儀器之間的連接與固定、重要檢測(cè)設(shè)備的防盜和防隨意觸摸。

3、分級(jí)裝置，需要設(shè)計(jì)合理的分級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分級(jí)通道、分級(jí)防碰傷。

具體地說，本設(shè)備包括被測(cè)對(duì)象——球狀農(nóng)產(chǎn)品，設(shè)置有傳送裝置、光譜檢測(cè)裝置和分級(jí)裝置；

其位置和連接關(guān)系是：

在傳送裝置的左上方設(shè)置有光譜檢測(cè)裝置，在傳送裝置的上方和光譜檢測(cè)裝置的右方設(shè)置有分級(jí)裝置；

球狀農(nóng)產(chǎn)品置于傳送裝置內(nèi)，傳輸至光譜檢測(cè)裝置被檢測(cè)，再由分級(jí)裝置完成分級(jí)。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

①利用類似杯狀結(jié)構(gòu)放置球狀農(nóng)產(chǎn)品，能夠有效地減少光的散射，同時(shí)也保證每次透射到杯中的光能量幾乎相同；

②為避免設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中對(duì)整個(gè)光譜檢測(cè)儀器的影響，將其安裝到橫跨在流水線且不接觸的檢測(cè)箱中；

③適用于各類光譜在線檢測(cè)球狀農(nóng)產(chǎn)品的內(nèi)部品質(zhì)，能夠有效代替人工的靜態(tài)檢測(cè)，操作簡(jiǎn)便，有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明：

圖1為本設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖(立體)；

圖2.1是傳送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(立體)，

圖2.2是傳送裝置的傳動(dòng)示意圖(主視)，

圖2.3是傳送裝置的傳送杯的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)；

圖3是光譜檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)；

圖4.1是分級(jí)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(立體)；

圖4.2分級(jí)箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖(立體)；

圖4.3分級(jí)裝置的傳動(dòng)示意圖(主視)。

圖中：

000—球狀農(nóng)產(chǎn)品

100—傳送裝置；

101—電機(jī)箱，102—主電機(jī)，103—連軸器，104—第1鏈輪，105—第1鏈條，106—第2主鏈輪，107—傳送支架，108—高度調(diào)節(jié)螺釘，109—傳送杯，110—第2鏈條，111—第3主鏈輪，112—張緊輪，113—從動(dòng)鏈輪，1091—分級(jí)杯蓋，1092—導(dǎo)向移動(dòng)桿，1093—限位螺母，1094—彈簧，1095—連桿，1096—分級(jí)杯底；

200—光譜檢測(cè)裝置，

201—檢測(cè)箱，202—可調(diào)節(jié)燈源，203—玻璃光纖，204—接收器，205—光譜儀器，206—可編程控制器和207—計(jì)算機(jī)；

300—分級(jí)裝置，301—分級(jí)箱，3011—電磁閥，3012—電磁閥推桿，302—第1分級(jí)架，303—分級(jí)側(cè)板，304—分級(jí)框，305—分級(jí)電機(jī)，306—第2分級(jí)架，307—分級(jí)支架，308—分級(jí)主鏈輪，309—傳送軟軸，310—分級(jí)鏈條，311—分級(jí)從動(dòng)輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明；

一、設(shè)備

如圖1，本設(shè)備包括被測(cè)對(duì)象——球狀農(nóng)產(chǎn)品000，設(shè)置有傳送裝置100、光譜檢測(cè)裝置200和分級(jí)裝置300；

其位置和連接關(guān)系是：

在傳送裝置100的左上方設(shè)置有光譜檢測(cè)裝置200，在傳送裝置100的上方和光譜檢測(cè)裝置200的右方設(shè)置有分級(jí)裝置300；

球狀農(nóng)產(chǎn)品000置于傳送裝置100內(nèi)，傳輸至光譜檢測(cè)裝置200被檢測(cè)，再由分級(jí)裝置300完成分級(jí)。

二、功能裝置

1、傳送裝置100

如圖2.1、2.2、2.3，傳送裝置100包括電機(jī)箱101、主電機(jī)102、連軸器103、第1鏈輪104、第1鏈條105、第2鏈輪106、傳送支架107、高度調(diào)節(jié)螺釘108、傳送杯109、分級(jí)杯蓋1091、導(dǎo)向移動(dòng)桿1092、限位螺母1093、彈簧1094、連桿1095、分級(jí)杯底1096、第2鏈條110、第3鏈輪111、張緊輪112、從動(dòng)鏈輪113；

其位置與連接關(guān)系是：

傳送支架107是一種長(zhǎng)方形的由鋁方材搭建起來的支架(水平放置)，在傳送支架107底面的四角分別設(shè)置有高度調(diào)節(jié)螺釘108，將傳送支架107調(diào)平；

在傳送支架107的左上方設(shè)置有電機(jī)箱101，在電機(jī)箱101內(nèi)設(shè)置有主電機(jī)102和第3鏈輪111，在傳送支架107的右上方設(shè)置有從動(dòng)鏈輪113，主電機(jī)102、連軸器103、第1鏈輪104、第1鏈條105、第2鏈輪106和第3鏈輪111依次連接，從而實(shí)現(xiàn)由主電機(jī)102為源頭的動(dòng)力帶動(dòng)第3鏈輪111轉(zhuǎn)動(dòng)；第2鏈條110包羅左邊的第3主鏈輪111和右邊從動(dòng)鏈輪113以及兩個(gè)張緊輪112，帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪113轉(zhuǎn)動(dòng)；

在第2鏈條110上設(shè)置有若干傳送杯109；

所述的傳送杯109包括分級(jí)杯蓋1091、導(dǎo)向移動(dòng)桿1092、限位螺母1093、彈簧1094、連桿1095和分級(jí)杯底1096；

分級(jí)杯蓋1091通過兩端螺紋孔固定在主鏈條110上；

在分級(jí)杯蓋1091左右上方設(shè)置有兩個(gè)對(duì)稱的通孔，在每個(gè)通孔內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向移動(dòng)桿1092，在導(dǎo)向移動(dòng)桿1092的上方設(shè)置有彈簧1094和限位螺母1093，在導(dǎo)向移動(dòng)桿1092的下端連接有連桿1095的一端，在連桿1095的另一端連接有分級(jí)杯底1096，在兩個(gè)對(duì)稱的分級(jí)杯底1096之間放置球狀農(nóng)產(chǎn)品000。

傳送裝置100的工作原理：

如圖2.1、2.2，傳送裝置100的框架主要由傳送支架107鋁方材搭建起來的，底部的高度調(diào)節(jié)螺釘108連接在支架107的支撐腿上，可以調(diào)節(jié)傳送裝置100的高度；電機(jī)箱101固定在傳送裝置100的上方，主電機(jī)102安裝在電機(jī)箱101內(nèi)，主電機(jī)102通過連軸器103連接第1鏈輪104，然后通過第1鏈條105連接第2鏈輪106，第2鏈輪和第3鏈輪固定在同一根傳動(dòng)軸上，第3鏈輪106通過傳動(dòng)鏈輪113、張緊輪112和第2鏈條110來實(shí)現(xiàn)傳送裝置100的運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖2.2、2.3，該傳送杯109的內(nèi)部設(shè)計(jì)為一個(gè)杯式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)適合類似球狀農(nóng)產(chǎn)品000的運(yùn)輸，而且在檢測(cè)過程中能夠有效的減少漏光，從而間接使得獲得的光譜更加的穩(wěn)??；分級(jí)杯蓋1091兩側(cè)設(shè)計(jì)有螺紋孔可以安裝在第2鏈條110上，通過上下移動(dòng)導(dǎo)向移動(dòng)桿1092，帶動(dòng)從動(dòng)連桿1095，使得分級(jí)杯底1096左右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)分級(jí)杯底1096的張開與閉合，其中限位螺母1093控制向下的移動(dòng)距離，彈簧1094可以在彈力的作用下使分級(jí)杯底1096打開后自動(dòng)地閉合恢復(fù)到原始狀態(tài)。

2、檢測(cè)裝置200

如圖1、3，檢測(cè)裝置200包括檢測(cè)箱201、可調(diào)節(jié)燈源202、玻璃光纖203、接收器204、光譜儀器205、可編程控制器206和計(jì)算機(jī)207；

其位置與連接關(guān)系是：

檢測(cè)箱201是一種長(zhǎng)方形的由鋁方材搭建起來的封閉黑暗箱(垂直放置)；

在檢測(cè)箱201內(nèi)設(shè)置有接收器204，接收器204設(shè)置在球狀農(nóng)產(chǎn)品000的上方；

可調(diào)節(jié)燈源202通過玻璃光纖203使光照射在球狀農(nóng)產(chǎn)品000的下方，在球狀農(nóng)產(chǎn)品000的上方放置有接收器204，接收器204、光譜儀器205、計(jì)算機(jī)207和可編程控制器206依次連接。

檢測(cè)裝置200的工作原理：

當(dāng)球狀農(nóng)產(chǎn)品000經(jīng)過玻璃光纖203的上方和接收器204下方的時(shí)候，此時(shí)計(jì)算機(jī)207控制光譜儀器205采集球狀農(nóng)產(chǎn)品000的透射光譜，然后計(jì)算機(jī)207通過檢測(cè)模型運(yùn)算從而識(shí)別出球狀農(nóng)產(chǎn)品000的品質(zhì)等級(jí)，并將其品質(zhì)等級(jí)信號(hào)傳送到可編程控制器206完成檢測(cè)；該檢測(cè)箱201為封閉黑暗箱，為光譜檢測(cè)提供良好的檢測(cè)條件，整個(gè)檢測(cè)箱201與傳送裝置100不進(jìn)行直接接觸，以防止設(shè)備的震動(dòng)影響光譜儀器205的穩(wěn)定性。

3、分級(jí)裝置300

如圖4.1、4.2、4.3，分級(jí)裝置300包括分級(jí)箱301、電磁閥3011、電磁閥推桿3012、第1分級(jí)架302、分級(jí)側(cè)板303、分級(jí)框304、分級(jí)電機(jī)305、第2分級(jí)架306、分級(jí)支架307、分級(jí)主鏈輪308、傳送軟軸309、分級(jí)鏈條310和分級(jí)從動(dòng)輪311；

其位置和連接關(guān)系是：

分級(jí)支架307是一種右邊有4個(gè)長(zhǎng)腳的和左邊懸空的由鋁方材搭建起來的支架；

在分級(jí)支架307的上方設(shè)置有分級(jí)框304，在分級(jí)框304的上方設(shè)置有4個(gè)分級(jí)側(cè)板303，構(gòu)成3條分級(jí)通道；

在分級(jí)支架307的左上方設(shè)置有由第1分級(jí)架302、第2分級(jí)架306、分級(jí)電機(jī)305、傳送軟軸309、分級(jí)鏈條310、分級(jí)主鏈輪308和分級(jí)從動(dòng)輪311構(gòu)成的傳送機(jī)構(gòu)；

在傳送裝置100的上方設(shè)置有分級(jí)箱301，在分級(jí)箱301安裝有3組前后連接的電磁閥3011和電磁閥推桿3012，電磁閥推桿3012設(shè)置在傳送杯109的導(dǎo)向移動(dòng)桿1092的正上方。

分級(jí)裝置300的工作機(jī)理：

當(dāng)球狀農(nóng)產(chǎn)品000傳送到分級(jí)箱301中，可編程控制器206根據(jù)檢測(cè)結(jié)果所轉(zhuǎn)換的分級(jí)信號(hào)去控制不同的電磁閥3011，電磁閥推桿3012在下降的過程中會(huì)推動(dòng)傳送杯109的導(dǎo)向移動(dòng)桿1092，從而打開分級(jí)杯底1096將球狀農(nóng)產(chǎn)品000下放到相對(duì)應(yīng)的品質(zhì)等級(jí)通道，實(shí)現(xiàn)了不同品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品流向不同的分選通道。