基于機器視覺和近紅外光譜儀的蘋果分級裝置制造方法
【專利摘要】本發明采用機器視覺以及近紅外光譜技術檢測蘋果的外觀質量(大小、缺陷等)與內部品質(含糖量、酸度等)。裝置采用轉輪的方式，保證了蘋果的流水線檢測，并通過摩擦帶輪帶動蘋果旋轉，然后采用四臺相機對蘋果進行全方位檢測，檢測無死角；采用近紅外光譜儀無損檢測蘋果內部品質。該裝置輸入和輸出信號都通過工控機實現。工控機首先處理圖像和光譜數據，判斷蘋果的等級，然后控制執行機構對蘋果進行分類處理。蘋果的檢測流程全部在線進行，不需要人工干預，檢測效率高，且適合蘋果的流水線檢測。
【專利說明】基于機器視覺和近紅外光譜儀的蘋果分級裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對蘋果進行評價分級的裝置，裝置采用機器視覺方式檢測蘋果的外觀質量(大小、形狀、缺陷等)，采用近紅外光譜儀分析蘋果的內部品質(含糖量、酸度等)，并根據檢測值對蘋果進行分級處理。
【背景技術】
[0002]我國是蘋果生產和消費大國，同時也是出口大國。伴隨著嚴格的出口檢驗以及國內市場檢驗的逐步完善，對蘋果的檢測分級越來越受到重視。我國傳統的蘋果分級一般采取人工方式，操作人員根據蘋果的大小、形狀以及缺陷等，對蘋果進行分級，生產率低下，分級效果不穩定。同時，蘋果的食品屬性決定了對其內在品質進行量化檢測至關重要，傳統方法往往依賴抽樣化學分析等有損檢測來確定蘋果的含糖量、酸度等內在品質，檢測效率低，無法實現流水線操作，并且也無法對蘋果進行全檢。近年來，光譜技術以及機器視覺技術的發展，使采用相機采集蘋果圖像并通過計算機分析蘋果外觀質量，以及根據蘋果對光譜的吸光度無損檢測蘋果內在品質等成為可能。但是，目前，國內關于蘋果的檢測分級裝置往往只具備單一的檢測功能或分級功能，比如有的設備具有含糖量檢測的功能，有的具有外觀尺寸的檢測功能，但是無法同時檢測蘋果內外部質量。另一方面，這些檢測裝置僅僅針對蘋果個體的檢測，無法實現檢測的流水線操作。
【發明內容】
[0003]本發明綜合考慮蘋果的內外部質量檢測的需求，采用機器視覺和近紅外光譜的方式對蘋果進行分級檢測，檢測裝置包含四臺相機、一臺近紅外光譜儀、一臺工控機、一套執行機構、一個光電開關、一套轉盤等，其中，檢測轉盤由電機驅動，光電開光用于蘋果定位，四臺相機用于對蘋果全方位的外觀質量檢測，近紅外光譜儀用于對蘋果的內部品質進行檢測，檢測的結果發送給工控機，工控機經過對圖像和光譜數據的處理，給蘋果定級，并驅動執行機構將蘋果放入指定的分級區。
[0004]本發明的優點是:本發明通過機器視覺以及近紅外光譜技術將蘋果的外觀質量與內部品質檢測集成在一臺裝置中，四臺相機的使用保證了對蘋果外觀的檢測無死角，而近紅外光譜儀則能實現對蘋果內部品質的無損檢測，該裝置通過工控機處理圖像和光譜數據，從而對蘋果分級，并控制執行機構對蘋果進行分類處理。蘋果的檢測程序全部在線進行，不需要人工干預，檢測效率高，且適合蘋果的流水線檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0005]圖1是本發明結構平面圖，圖2為發明的結構剖面圖。
【具體實施方式】
[0006]下面結合附圖1和實施例對本發明結構作進一步說明。[0007]圖1中設備之間的連接箭頭表示信號傳送的方向，圖2中箭頭表示旋轉方向。伺服電機帶動轉盤14旋轉，蘋果13放在支撐滾子8上隨轉盤旋轉，當一個新的蘋果進入檢測區域時，光電開關15產生開關信號傳送給工控機I,工控機I發出檢測命令給近紅外光譜儀2以及相機4，5,6, 7，近紅外光譜儀2通過紅外探頭3檢測蘋果的內部品質，而相機4和5檢測蘋果兩個側面的外觀質量，相機6檢測相機的正面外觀質量，相機7檢測相機的背面。在摩擦帶帶輪16處，由于摩擦帶17的作用,支撐滾子8開始旋轉，同時帶動蘋果旋轉，使蘋果由相機6位置到相機7位置時，正好旋轉180度。相機的圖像通過圖像采集卡傳送給工控機1，工控機I進行圖像處理，判斷蘋果的外觀質量；而近紅外光譜儀的檢測數據，通過OPC方式傳遞給工控機應用程序，工控機I根據光譜數據計算得到蘋果的含糖量、酸度等內部品質參數。工控機I根據內部品質和外部質量對蘋果進行分級，當蘋果到達執行機械手10處時，工控機控制執行機械手10將優等的蘋果放入蘋果儲存區11中，將普通蘋果放入蘋果儲存區12中。
[0008]本發明包括如下幾個部分:
[0009]蘋果內部品質的無損檢測:本發明采用近紅外光譜技術分析蘋果的內部品質，近紅外光譜儀通過采集近紅外光經過蘋果后的光譜數據，以及蘋果品質參數與吸光度之間的模型，實時估計出蘋果的含糖量、酸度等內部品質。該方法不需要對蘋果進行破壞性分析，且適合計算機實時處理。
[0010]蘋果外部無死角檢測:本發明通過兩臺相機檢測蘋果的兩個側面，然后通過摩擦帶帶輪帶動支撐滾子旋轉，進而帶動蘋果旋轉，使得蘋果正面和背面都可以通過另外兩臺相機檢測。因此，本發明對蘋果外觀的檢測，涉及了蘋果的側面以及正背面等全方位。
[0011]流水線檢測的實現:本發明采用轉盤的方式，蘋果在轉盤不同的部分，執行不同的操作。蘋果不斷進入轉盤待檢，經過機器視覺和近紅外光譜儀檢測后，通過計算機控制執行機械手不斷將蘋果進行分級，整個檢測過程采用流水線的方式，檢測效率高。
【權利要求】
1.基于機器視覺和近紅外光譜儀的蘋果分級裝置，其特征在于: 包括一套轉輪，用于對蘋果進行流水線操作，轉輪上的摩擦帶輪則用于對蘋果進行旋轉。 四個相機，分別用于檢測蘋果的各個表面，完成無死角拍照； 一臺近紅外光譜儀，用于通過吸光度的方式反映蘋果內部品質，比如含糖量、酸度等； 一個光電開關，用于對蘋果位置的判斷； 一個執行機構，用于將不同等級的蘋果放入不同的存儲區； 一臺工控機，用于接受光電開關的信號，控制相機拍照以及近紅外光譜儀的采集，并對圖像數據和光譜數據進行處理，從而判斷蘋果的等級，輸出分級的信號，控制執行機構進行分級；
2.根據權利要求1所述的蘋果分級裝置，其特征在于近紅外光譜和機器視覺聯合的蘋果檢驗方法，集成了近紅外光譜儀和機器視覺系統，能夠同時實現蘋果外部質量和內部品質的檢測，并綜合考慮內部和外部質量對蘋果進行分級。
3.根據權利要求1所述的蘋果分級裝置，其特征在于轉盤流水線檢測方式，對蘋果進行流水線分級處理，在流水線不同部位上，對蘋果進行不同檢測與處理。整個檢測過程涉及到轉盤旋轉定位，蘋果旋轉，蘋果檢測和數據處理，以及將蘋果從流水線上取下的分級處理。
4.根據權利要求1所述的蘋果分級裝置，其特征在于無死角蘋果外觀檢測系統，通過機器視覺的方式檢測蘋果外觀，采用了摩擦帶的方式，保證了蘋果180度旋轉，然后通過四臺相機對蘋果進行全方位無死角的圖像采集，實現對蘋果外觀質量全面的檢測。
5.根據權利要求1所述的蘋果分級裝置,其特征在于選用Thermo公司的AntarisMXProcess Analyzer近紅外光譜儀，能夠快速準確地檢測蘋果的內部品質。
6.根據權利要求1所述的蘋果分級裝置，其特征在于選用德國Basler公司的acA1300-30gc相機，像素高，價格便宜，能夠對蘋果的大小、色澤、缺陷等外觀進行檢測。
【文檔編號】B07C5/34GK103521457SQ201310517871
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】趙忠蓋, 李慶華, 劉飛 申請人:江南大學