损壳蛋自动检测分离装置的制作方法

本发明属农副产品加工机械类，具体涉及一种损壳蛋自动检测分离装置。

背景技术：

禽蛋富含蛋白质、脂肪、多种维生素和微量元素，是人们日常生活中重要的动物性食品。由于禽蛋蛋壳薄且易碎，一旦破损，细菌会很快侵入、繁殖，引起禽蛋腐败而变质，污染环境并殃及其它禽蛋，因此禽蛋的破损检测是禽蛋生产、经营和加工中的重要环节之一。目前，国内外主要依靠眼睛看或耳朵听等人工检测的方法来识别、剔除破损禽蛋，不仅劳动强度大、生产效率低，而且检测精度受工人注意力、体力、经验和工作态度的影响而得不到根本保证，而且检测效率不高。随着禽蛋加工业的发展和外贸出口的需要，研究高速、高效、高准确度的禽蛋破损自动化检测方法和设备，实现破损禽蛋的自动检测分剔，是农业现代化发展的必然趋势。因此，探寻科学实用的禽蛋破损检测技术是一项非常有意义的工作。我们知道，好壳蛋与损壳蛋在被其它物体碰撞时，蛋壳会发出不同的声音，好壳蛋蛋壳发出的声音清脆，而损壳蛋蛋壳发出的声音沙哑、沉闷。近三十年来，国内外许多专家学者通过采集敲击禽蛋的声音信号，再将敲击禽蛋的模拟信号转换成能被计算机处理的数字信号，然后对敲击禽蛋的声音信号进行频谱分析，通过频谱分析找出区分损壳蛋与好壳蛋的显著性因子，依据这些影响因子，分别建立好壳蛋与损壳蛋的判别模型，并依据判别模型判断禽蛋蛋壳是否破损。国内许多专家学者构建了拾音器声卡计算机检测系统，运用这种检测方法能够判别禽蛋蛋壳是否破损，将判别结果送至分级机构，从而能将损壳蛋剔除。试验结果统计表明，所设计的系统对好壳蛋的检测的准确率可达到93％左右，对损壳蛋的检测准确率也可达到91％左右。利用禽蛋的声学特性进行破损检测是一条有效的途径。学者王树才等研究了损壳鸭蛋和未损壳鸭蛋的声学特性差异，采取模糊聚类的方法获得损壳蛋和未损壳蛋隶属函数式，计算两个模糊集的隶属度，按照最大隶属度原则就可准确区分损壳蛋。用此方法设计的鸭蛋破损检测系统，其好壳蛋检测准确率为85％，损壳蛋检测准确率为90％。华中农业大学2002届一位硕士在论文中写到：将损壳鸭蛋的声信号波形与好壳蛋声信号波形作比较，可以看出，损壳鸭蛋的波形不是很规则的指数衰减正弦信号波形，好壳蛋的共振峰频率比较突出，而且处于中间位置；损壳蛋共振峰频率不是那么突出，而且峰值点对应的频率很低。这与蛋壳破损后敲击的声音比较沉闷的现象是一致的。从实验中可知，大约有98％的好壳鸭蛋的各点共振峰频率值处在一个范围(4005-5340hz)，而损壳鸭蛋各点共振峰频率值比较分散，有一些也落在这个范围内，有一些不落在这个范围内。从实验中还发现少许钢壳鸭蛋和尖嘴薄壳鸭蛋，前者共振峰频率特高，一般在6000hz以上；后者因各点厚度不同，导致共振峰频率差异特别大。损壳鸭蛋在远离裂纹处敲击发声的共振峰频率可能也落在好壳鸭蛋共振峰频率范围内，只有在接近裂纹处敲击发声时的共振峰频率才具有损壳鸭蛋共振峰频率特征。实验结果分析，好壳鸭蛋检测准确率为85％。损壳鸭蛋检测准确率为90％。事实上，对损壳鸭蛋裂纹稍大的，可以百分之百地准确检测，而敲击装置不可能对每个鸭蛋都刚好敲到裂纹处或离裂纹很近的地方，再加上损壳鸭蛋裂纹有大有小，敲击三次发声差异，是导致此检测装置误差的主要原因。浙江大学2015一位博士在论文“鸡蛋壳裂纹检测技术与装置的研发”中写到：研究利用禽蛋滚动所产生的冲击力进行蛋壳裂纹检测的声学方法装置，并对装置的结构和参数进行初步的优化。对蛋壳的不同部位进行静载荷测试，结果表明鸡蛋赤道附近较易破损产生裂纹。研究结果及日常检测中可以看出，损壳蛋裂纹检测应注意对赤道附近蛋壳裂纹进行检测。他通过对现有声学检测方法的研究，提出了一种基于7阶梯波纹板的鸡蛋检测方法与之配合使用的检测装置。实验证明这种方法具有对赤道附近蛋壳裂纹检测能力。尽管现今对于禽蛋蛋壳质量的研究，使用声学技术和机器视觉技术这些已经比较成熟的技术来对其研究已经取得初步的研究成果，但诸多问题依然存在。对于声学技术而言，禽蛋壳质量存在较大差异，蛋壳厚度不一，大小不一，这导致蛋壳被敲击得到的频率信号有较大差异，导致系统识别准确率降低。同时对环境要求较高的声学技术，冲击信号的频率会纳入一些环境噪音，干扰识别系统。华中农业大学一位硕士学位论文“好壳蛋与损壳蛋振动特性的研究”：早期研究发现，对于好壳蛋，激励点的位置、测点数目，均对响应主频率影响较小。相反，裂纹蛋，由于裂纹位置不确定，当测点距离裂纹较远时，其响应主频率与测点接近裂纹时的响应主频率差异很大，且距离裂纹较远处，其响应主频率范围接近好壳蛋响应主频率范围。从不同部位敲击同一个鸡蛋时响应主频率值相差不大，即频差不大；用不同的敲击速度对同一个鸡蛋的同一个测点的响应主频率值影响不大。对响应主频率影响显著的有蛋壳强度和蛋壳质量。而蛋形指数、激励点、敲击材料、测点、敲击速度等因素对响应主频率的影响均不显著。三点敲击，敲击部位与裂纹位置较远，导致检测结果误差较大，建议增加对蛋壳的敲击次数，即多点检测。本人在他人研究的基础上，设计损壳蛋自动检测分离装置，能组装成检测分剔损壳蛋生产流水线。本装置结构简单科学，例如：禽蛋间歇入口器结构智能化，在上一个禽蛋滚过一个碰擦口及一个阶梯板后，才准入下一个禽蛋进行检测；又如碰擦发声器结构设计的是六级阶梯，一个禽蛋从最初级阶梯滚落到最后一级阶梯共有24个碰擦点，碰擦点覆盖率可达100％，可无限接近裂纹处。每级阶梯板及碰擦口下面安装一个隔音箱，每个隔音箱中的拾音传感器在碰擦口下面并针对碰擦口，具有完美地克服环境噪音功效。拾音识别器结构具有人工智能特征，取代计算机声卡和频普分析，具有自动完成识别和分剔功能。

技术实现要素：

本发明的目的：使用更为简捷的设备，把损壳蛋从禽蛋中100％地自动检测分剔出来。

本发明的技术方案是：损壳蛋自动检测分离装置，由间歇入口器、碰擦发声器、拾音识别器、自动分离器四部分组成；间歇入口器结构如图2所示：阀门3两侧边分别安放在支架1的阀门槽2和阀门槽4中，阀门3两侧分别安装阶梯板6和盛蛋槽15，弹簧5和弹簧16下端分别固定在阀门3两侧边下端，弹簧5和弹簧16上端分别固定在支架1上，阀门3下侧边中央位置固定竖直连杆7，连杆7串过支架横杆上的圆环14，连杆7的另一端安装滚珠12，滚珠12可在曲边圆盘9周边上滚动；曲边圆盘9可围绕转轴10在竖直面内逆时针转动，电机通过齿轮啮合后控制曲边圆盘9转速ω，曲边圆盘9对称四等分，滚珠12在曲边圆盘圆孤边9上滚动时阀门3顶起关闭，阀门3关闭的时间t等于或稍大禽蛋滚过任何一级阶梯板的时间t′；滚珠12在较小曲率圆孤边13上滚动时阀门3缓慢下降，滚珠12在较大曲率圆孤边11上滚动时阀门3快速上升；碰擦发声器结构如图3、4所示：阶梯17与下级阶梯板20之间设置碰擦口18，碰擦口18处安装碰擦块；阶梯板20及碰擦口18下面设置隔音箱22，阶梯板20一侧支架1上安装分离阀19，六级碰擦发声器另一侧安装损壳蛋分离槽21；阶梯板的结构是：阶梯板20均为圆弧形面且凹面向上，阶梯板20圆弧形弓长略大于禽蛋长轴统计平均值的长度，阶梯板20的纵向长度约等于禽蛋赤道统计平均周长的整数倍，阶梯板20上表面均为软质材料。碰擦块的结构是：碰擦口18上下对称安装碰擦片24与碰擦片26，碰擦片29与碰擦片27，第一级碰擦块上面一对碰擦片间距与第四级碰擦块中上面一对碰擦片间距相等，第二级碰擦块上面一对碰擦片间距与第五级碰擦块中上面一对碰擦片间距相等，第三级碰擦块上面一对碰擦片间距与第六级碰擦块中上面一对碰擦片间距相等；碰擦片24、26、29、27一端分别固定在扭转簧23、25、30、28一端上，扭转弹簧23、25、30、28另一端固定在支架1上；碰擦片24、26、29、27均为圆孤面，碰擦片24与26凹面相对，碰擦片29与27凹面相对；拾音识别器结构如图5、6、7、8、9所示：拾音分频共振部分：拾音传感器k与绕在磁棒y上的电感线圈l9串连组成拾音回路；损壳蛋共振回路l1c1r1、l2c2r2、l3c3r3共振峰频率分别为f10、f20、f30，共振峰频率f10、f20、f30的通频带宽f3-f1覆盖损壳蛋蛋壳各点共振峰频率；钢壳蛋蛋壳共振回路l4c4r4的共振峰频率f40，通频带宽为f42-f41覆盖钢壳蛋蛋壳各点共振峰频率；好壳蛋共振回路l5c5r5、l6c6r6、l7c7r7、l8c8r8共振峰频率分别为f50、f60、f70、f80共振峰频率f50、f60、f70、f80通频带宽为f8-f5覆盖好壳蛋蛋壳各点共振峰频率；共振回路调谐电容旋钮33上刻有共振频率指针34，旋钮33上方配置刻度盘32，刻度盘32上刻有共振峰频率刻度31；共振信号分类放大部分：共振回路l1c1r1、l2c2r2、l3c3r3、l4c4r4的共振电流信号分别经过两级低频放大器m11和m12、m21和m22、m31和m32、m41和m42放大后，再分别输入桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4整流滤波；共振回路l5c5r5、l6c6r6、l7c7r7、l8c8r8的电流信号分别经一级低频放大器m5、m6、m7、m8放大后，再分别输入桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8整流滤波；电桥分析识别部分：桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4高电位输出端分别串连二极管d1、d2、d3、d4，二极管d1、d2、d3、d4另一端并连后再串接电阻r9、r10组成损壳蛋及钢壳蛋四或门电路，桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4低电位输出端分别接地；桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8高电位输出端分别串连二极管d5、d6、d7、d8，二极管d5、d6、d7、d8另一端并连后再串接电阻r9、r10组成好壳蛋四或门电路，桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8低电位输出端分别接地；电阻r9＝r10＝r11＝r12，电阻r10与电阻r12另一端并连后接地；二极管d10串连发绿光二极管led2所组成的支路的两端分别接在电阻r9与r10中间节点f及电阻r11与r12中间节点t上，计数器g与固态继电器ssr控制端并连后串连发红光二极管led1及二极管d9所组成的支路的两端分别接在节点f和节点t上，固态继电器ssr输出端串连电继电器s上的电感线圈和电源e；自动分离器结构如图10：轴承36和轴承37的轴安装在支架1的横杆上，衔铁35两侧边杆下端定在轴承36和轴37轴瓦上侧，分离阀19两侧边杆上端固定在轴承36和轴承37轴瓦下侧；扭转弹簧38一端固定在支架1横杆上，扭转弹簧38另一端固定在衔铁35上；分离阀19的宽度等于同级阶梯板20的长度，衔铁35外侧安装电磁继电器s；

本发明有益效果是：1、使用本设计方案组装成损壳蛋自动检测分离装置，取代计算机参与频普分析及红处线定位敲击设备，降低了设备制造成本；2、使用本设计方案组装成损壳蛋自动检测分离装置，分剔损壳蛋准确率可达100％。

附图说明

图1是损壳蛋自动检测分离装置流程示意图。图中：

a、禽蛋间歇入口；b、禽蛋碰擦发声；q、拾音识别；j、自动分离；z、损壳蛋进入分离槽

图2是间歇入口器立体结构示意图。图中：

1、支架；2、阀门槽；3、阀门；4、阀门槽；5、弹簧；6、阶梯板；7、连杆；8、圆孤；9、曲边圆盘；10、转轴；11、圆孤；12、滚珠；13、圆孤；14、圆环；15、盛蛋槽；16、弹簧；

图3是碰擦发声器立体结构示意图。图中：

17、阶梯；18、碰擦口；19、损壳蛋分离阀；20、阶梯板；21、损壳蛋分离槽；22、隔音箱；

图4是碰擦块立体结构示意图。图中：

23、弹簧；24、碰擦片；25、弹簧；26碰擦片；27、碰擦片；28弹簧；29碰擦片；30、弹簧；

图5是拾音识别器电磁线路示意图。图中：

k、拾音传感器；l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9、电感线圈；c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、调谐电容；c1′、c2′、c3′、c4′、c5′、c6′、c7′、c8′、电容；m11、m12、m21、m22、m31、m32、m41、m42、m5、m6、m7、m8低频放大器；n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8桥式整流滤波器；r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、电阻；d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、二极管；led1、发红光二极管；led2、发绿光二极管；g、计数器；ssr、固态继电器；s、电磁继电器；e、电源；f、t、节点；y、磁棒；

图6是禽蛋壳共振峰频率及通频带宽示意图。图中：

f1、f10、f20、f30、f3、f5、f50、f60、f70、f80、f8、f41、f40、f42频率；坐标系中：横坐标f、频率；纵坐标i、电流；

图7是损壳蛋及钢壳蛋桥式整流四或门电路图。图中：

r1′、r2′、r3′、r4′、电阻；

图8是好壳蛋桥式整流四或门电路图。图中：

r5′、r6′、r7′、r8′、电阻；

图9是调谐电容调谐装置结构示意图。图中：

31、共振频率刻度；32、刻度盘；33、旋钮；34、指针；

图10是自动分离器立体结构示意图。图中：

35、衔铁；36、轴承；37、轴承；38、扭转弹簧；

具体实施方案

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

以禽蛋中损壳鸭蛋自动检测分离为例加以说明。

损壳蛋自动检测分离装置，主要包括支架、弹簧、轴承、连杆、滚珠、电机、齿轮、旋钮、刻度盘、曲边圆盘、阶梯板、碰擦口、碰擦片、隔音箱、分离阀、分离槽、拾音传感器、磁棒、线圈、电容、电阻、二极管、发光二极管、计数器、衔铁、电磁继电器、低频放大器、整流滤波器、固态继电器；它是由间歇入口器、碰擦发声器、拾音识别器、自动分离器四个部分构成。

1、间歇入口器。如图2所示：阀门3两侧边分别安放在支架1的阀门槽2和阀门槽4中，阀门3两侧分别安装阶梯板6和盛蛋槽15，弹簧5和弹簧16下端分别固定在阀门3两侧边下端，弹簧5和弹簧16上端分别固定在支架1上，阀门3下侧边中央位置固定竖直连杆7，连杆7串过支架横杆上的圆环14，连杆7的另一端安装滚珠12，曲边圆盘9逆时针转动，相当于滚珠12在曲边圆盘9周边上顺时针滚动；曲边圆盘9可围绕转轴10在竖直面内逆时针转动，电机通过齿轮啮合比来控制曲边圆盘9转速ω，曲边圆盘9对称四等分，每等分均有三个圆孤组成，滚珠12在曲边圆盘圆孤边9上滚动时阀门3顶起关闭，阻止鸭蛋进入阶梯板，让前一个鸭蛋进入碰擦发声器进行检测，阀门3关闭的时间t等于或稍大鸭蛋滚过任何一级阶梯板的时间t′，以利于前一个鸭蛋碰擦发声、拾音检测、分离；滚珠12在较小曲率圆孤边13上滚动时阀门3缓慢下降，在阀门3缓慢下降的同时，下一个鸭蛋缓慢滚过阀门3而进入阶梯板6，与此同时盛蛋槽中的鸭蛋也缓慢地向前滚动；滚珠12在较大曲率圆孤边11上滚动时阀门3快速上升，防止后一个鸭蛋越过阀门3；

2、碰擦发声器。如图3、4所示：阶梯17的阶梯高度以鸭蛋滚落到碰擦口绝对完好无损为宜，过高会造成鸭蛋新的蛋壳破损，过低会影响鸭蛋与碰擦片碰擦发声及滑擦发声；阶梯17与下级阶梯板20之间设置碰擦口18，碰擦口18的横向宽度大于鸭蛋长轴长度，碰擦口18的纵向长度大于鸭蛋短轴长度与鸭蛋滚落阶梯17水平距离之和；阶梯板20及碰擦口18下面设置隔音箱22，阶梯板20一侧支架1上安装分离阀19，六级碰擦发声器另一侧安装损壳蛋分离槽21；阶梯板的结构是：阶梯板20均为圆弧形面且凹面向上，阶梯板20圆弧形弓长略大于禽蛋长轴统计平均值的长度，维持鸭蛋在阶梯板20上作直线滚动；阶梯板20的纵向长度约等于禽蛋赤道统计平均周长的整数倍，由于鸭蛋滚落阶梯及滑擦影响，保证鸭蛋在这级阶梯碰擦点与下级阶梯碰擦点的不同；阶梯板20上表面均为软质材料，保证鸭蛋在阶梯板上滚动时不发声，消除环境噪音对碰擦发声的影响。碰擦口18处安装碰擦块，碰擦块的结构是：碰擦口18上下对称安装碰擦片24与碰擦片26，碰擦片29与碰擦片27，第一级碰擦块上面一对碰擦片间距与第四级碰擦块中上面一对碰擦片间距相等，第二级碰擦块上面一对碰擦片间距与第五级碰擦块中上面一对碰擦片间距相等，第三级碰擦块上面一对碰擦片间距与第六级碰擦块中上面一对碰擦片间距相等；碰擦片24、26、29、27一端分别固定在扭转簧23、25、30、28一端上，扭转弹簧23、25、30、28另一端固定在支架1上；碰擦片24、26、29、27均为圆孤面，碰擦片24与26凹面相对，碰擦片29与27凹面相对；保证碰擦点的覆盖面及碰擦面的大小

3、拾音识别器。如图5、6、7、8、9所示：

(1)拾音分频共振部分：拾音传感器k与绕在磁棒y上的电感线圈l9串连组成拾音回路，拾音传感器k使用灵敏度较高、方向性好的的驻极式话筒；损壳蛋共振回路l1c1r1、l2c2r2、l3c3r3共振峰频率分别为f10、f20、f30，共振峰频率f10、f20、f30的通频带宽f3-f1覆盖损壳蛋蛋壳各点共振峰频率；钢壳蛋蛋壳共振回路l4c4r4的共振峰频率f40＝6000hz，通频带宽为f42-f41覆盖钢壳蛋蛋壳各点共振峰频率；好壳蛋共振回路l5c5r5、l6c6r6、l7c7r7、l8c8r8共振峰频率分别为f50、f60、f70、f80共振峰频率f50、f60、f70、f80通频带宽为f8-f5＝5340hz-4005hz覆盖好壳蛋蛋壳各点共振峰频率；共振回路中的调谐电容旋钮33上刻有共振频率指针34，旋钮33上方配置刻度盘32，刻度盘32上刻有共振峰频率刻度31；便于对不同鸭种、不同饲养方式、不同饲料配比、不同生蛋期、不同季节情况下的鸭蛋蛋壳共振峰频率情况，作统一调试及比对。

(2)共振信号分类放大部分：损壳蛋及钢壳蛋的共振回路l1c1r1、l2c2r2、l3c3r3、l4c4r4的共振电流信号分别经过两级低频放大器m11和m12、m21和m22、m31和m32、m41和m42放大后，再分别输入桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4整流滤波；好壳蛋共振回路l5c5r5、l6c6r6、l7c7r7、l8c8r8的电流信号分别经一级低频放大器m5、m6、m7、m8放大后，再分别输入桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8整流滤波；保证损壳蛋及钢壳蛋共振电流信号放大的倍数大于好壳蛋共振电流信号放大倍数，也就是说在四点同样碰擦及滑擦发声的情况下，损壳蛋及钢壳蛋桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4整流滤波后的电压信号，高于好壳蛋桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8整流滤波后的电压信号。

(3)电桥分析识别部分：桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4高电位输出端分别串连二极管d1、d2、d3、d4，二极管d1、d2、d3、d4另一端并连后再串接电阻r9、r10组成损壳蛋及钢壳蛋四或门电路，桥式整流滤波器n1、n2、n3、n4低电位输出端分别接地；桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8高电位输出端分别串连二极管d5、d6、d7、d8，二极管d5、d6、d7、d8另一端并连后再串接电阻r9、r10组成好壳蛋四或门电路，桥式整流滤波器n5、n6、n7、n8低电位输出端分别接地；电阻r9＝r10＝r11＝r12，电阻r10与电阻r12另一端并连后接地；二极管d10串连发绿光二极管led2所组成的支路的两端分别接在电阻r9与r10中间节点f及电阻r11与r12中间节点t上，计数器g与固态继电器ssr控制端并连后串连发红光二极管led1及二极管d9所组成的支路的两端分别接在节点f和节点t上，固态继电器ssr输出端串连电继电器s上的电感线圈和电源e；一个鸭蛋从第一级碰擦发声至第六级碰擦发声共二十四个碰擦点及二十四个碰擦声，点点发声均为好壳蛋蛋壳发声或是有部分点发声频率介于好壳蛋与损壳蛋之间，电桥中的t点电位均高f点电位，一路led2绿灯亮；一个鸭蛋从第一级碰擦发声至第六级碰擦发声计二十四个碰擦声中，只要有一点发声具有损壳蛋、钢壳蛋、软壳蛋发声频率特征，在那一级碰擦发声中被拾音识别，则在那一级拾音识别器中，电桥中的f点电位绝对高于t点的电位，计数器g计数一个剔去蛋电流脉冲信号，led1亮，固态继电器ssr控制端一个电流脉冲信号，固态继电器ssr输出端导通，电磁继电器s线圈中有电流通过。

4、自动分离器。如图10所示：轴承36和轴承37的轴安装在支架1的横杆上，衔铁35两侧边杆下端定在轴承36和轴37轴瓦上侧，分离阀19两侧边杆上端固定在轴承36和轴承37轴瓦下侧；扭转弹簧38一端固定在支架1横杆上，扭转弹簧38另一端固定在衔铁35上；分离阀19的宽度等于同级阶梯板20的长度，衔铁35外侧安装电磁继电器s；当电磁继电器s中有电流通过时，电磁继电器s磁性并吸引衔铁35，阀门19将损壳蛋弹进损壳蛋分离槽21。