一种基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置的制作方法

本实用新型涉及粮食检测技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置。

背景技术：

粮食的化验方法中有许多基于颜色变化的滴定反应，诸如：粮食脂肪酸、还原糖、酸度和油脂酸值和过氧化值等，但是目前各粮油、饲料、食品检测分析室大多使用一般的玻璃滴定管，大都采用手工滴定，目视确定终点，虽然设备简单、利于推广，但是由于外界光照和操作人员经验的差异，导致人为误差较大，特别是在脂肪酸值和过氧化值测定方面反应得尤为严重，测定结果没有可比性，给判定粮油品质带来困难，急需可观的检验仪器设备。市面上的自动滴定装置也多为电位滴定仪，由于直接测量方式中传感器(电极)的清洗维护工作繁琐，导致应用较少，国内现有基于单色光的光度滴定仪只能检测一种指标，还没有能同时测定多个指标的光度滴定仪。

技术实现要素：

本实用新型的目的提供一种高效便捷、客观公正的基于机器视觉的自动滴定装置和方法，为粮油质量检验提供技术支持。

基于上述目的，本实用新型提供一种基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置，包括壳体及设置在所述壳体内的检测平台和滴定杯，其特征在于：在所述壳体内还包括

机器视觉装置、用于接收溶液颜色变化的图像信号，并将所述图像信号转换成数字信号；

滴定组件，用于向所述滴定杯中滴定滴定剂；

搅拌装置，包括用于搅拌待测溶液的搅拌件，还包括图像反馈装置、带动所述搅拌件进行搅拌的调速装置，所述图像反馈装置与所述调速装置信号连接以便调整所述搅拌件的搅拌速度；

工控装置，用于控制所述机器视觉装置、滴定组件、搅拌装置工作，并接收所述机器视觉装置的数字信号，计算所述滴定杯中待测品的成分。

优选的，所述的机器视觉装置包括：

光照箱体，其顶端开设有滴定孔，内部顶端设置有光源，侧壁开设有图像收集窗口；所述滴定杯设置于所述光照箱体内；

设置于所述光源与滴定杯之间的光罩；

一端与所述滴定孔连接且另一端与所述滴定杯的杯口相对设置的滴定管；

与所述图像收集窗口相对设置的用于采集所述滴定杯内滴定液图像的图像传感器。

优选的，

还包括与所述图像传感器固定连接的第一支架。

优选的，还包括开设有竖直长条安装孔的第二支架，所述第一支架通过所述竖直长条安装孔与所述第二支架螺栓连接。

优选的，还包括开设有水平长条安装孔的第三支架，所述第二支架通过所述水平长条安装孔与所述第三支架螺栓连接。

优选的，所述光照箱体的底部开设有水平长条安装孔，所述第三支架通过所述水平长条安装孔与所述光照箱体的底部螺栓连接。

优选的，所述搅拌件为放置在所述滴定杯内的磁力搅拌子，所述调速装置上相应的设置有永磁铁，通过磁力带动所述磁力搅拌子进行搅拌旋转。

优选的，所述滴定杯的底部设置有杯座，所述杯座上设置有用于放置所述滴定杯的凹槽，所述滴定杯经所述凹槽与所述杯座接。

优选的，所述的工控装置包括数据处理单元、发送数据接口和接收数据接口，所述数据处理单元用于通过所述接收数据接口接收所述数字信号，将比对结果对应的控制参数分别通过不同的接收数据接口发送给滴定装置和搅拌装置。

优选的，所述滴定组件包括滴定泵；所述滴定泵通过所述工控装 置进行控制，实现滴定的停止和启动；

滴定剂容器，内注有滴定液；

所述滴定液通过所述滴定泵吸出所述滴定剂容器并滴入所述滴定杯。

本实用新型的基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置，高效便捷，图像采集光照环境稳定，DSP处理图像数据高速稳定，非接触式测量方式的传感器无需维护，根据溶液颜色变化控制滴定过程，实现滴定终点的自动判定。采用本实用新型的装置检测粮油品质指标的方法，客观公正，极大地避免外界光照差异和人为误差对滴定终点的干扰，为粮油品质判定提供技术支持。

本实用新型提出的一种基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置，避免外界干扰和人为误差，采用非接触式检测方式，例如滴定搅拌及机器视觉等测量方式，传感器无需维护，可测量粮食脂肪酸、还原糖、酸度和油脂酸值和过氧化值等多项粮油指标，适用于粮油检化验、食品检验、化学分析等领域根据颜色变化判定终点的滴定反应的品质指标检测。

附图说明

图1是基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的自动滴定仪的搅拌装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种基于自动滴定的机器视觉装置示意图；

图4为本实用新型实施例提供的安装图像传感器的可调支架的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种基于自动滴定的机器视觉装置外观图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提供一种基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置，包括壳体及设置在所述壳体内的检测平台和滴定杯，其特征在于：在所述壳体内还包括

机器视觉装置、用于接收溶液颜色变化的图像信号，并将所述图像信号转换成数字信号；

滴定组件，用于向所述滴定杯中滴定滴定剂；

搅拌装置，包括用于搅拌待测溶液的搅拌件，还包括图像反馈装置、带动所述搅拌件进行搅拌的调速装置，所述图像反馈装置与所述调速装置信号连接以便调整所述搅拌件的搅拌速度；

工控装置，用于控制所述机器视觉装置、滴定组件、搅拌装置工作，并接收所述机器视觉装置的数字信号，计算所述滴定杯中待测品的成分。

参照图1，本实用新型的基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置，包括：搅拌电机1、滴定杯21、光照箱体31、滴定泵5、灯箱6、磁力搅拌子7、图像传感器8、DSP板卡9、工控装置10、液晶显示屏11、打印机12。

灯箱6内有白光源为光照箱3提供稳定的光照环境，光照箱3在滴定过程中保持封闭，避免外界光照的影响。图像传感器8与DSP(数字信号处理系统)板卡9相连，DSP板卡9与工控装置10相连，所述工控装置由数据处理单元和接口电路板组成，所述数据处理单元优选使用ARM处理器。图像传感器8采集光照箱体31内滴定杯21内 溶液的图像，并将图像信号输出至DSP板卡9，图像颜色数据经处理后由USB接口输出到预装滴定软件的ARM处理器，ARM处理器判断图像颜色是否达到软件预设值，并控制滴定泵5的滴定速度、启停和搅拌电机1的速度，根据溶液颜色变化控制滴定过程，实现滴定终点的自动判定。

按照本实用新型，请参阅图2，图2为本实用新型实施例提供的自动滴定仪的搅拌装置的结构示意图。

在一种具体的实施方式中，本实用新型提供的自动滴定仪的搅拌装置包括搅拌件，还包括图像反馈装置和调速装置。其中，调速装置带动搅拌件进行搅拌，图像反馈装置与调速装置信号连接以调整搅拌件的搅拌速度。将待测溶液倒入滴定杯21，溶液在滴定过程中开始发生化学反应，溶液的颜色开始变化，通过图像采集装置对溶液颜色进行采集，图像反馈装置根据采集的图像进行数据的分析对比，根据程序处理结果对调速装置发出信号，调速装置根据收到的信号对搅拌件的搅拌速度进行增加或减小。

基于图像分析的自动滴定仪在滴定过程中滴定速度会根据实验需要变化，为使滴定杯21内的待测溶液及时搅拌均匀，搅拌速度也需及时变化，同时避免形成漩涡和气泡影响图像的质量。该装置可以提供在10-500r/min范围内变化的搅拌速度，可及时根据实验需要变化搅拌速度，搅拌均匀待测溶液同时避免形成漩涡和气泡影响图像的质量。

具体的，调速装置可以为步进电机26，步进电机26带动搅拌件旋转。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。在其他实施例中，也可以采取其他调速装置，只要能够实现搅拌装置的调速即可，对具体的调速装置的具体形式不作限定。

一般的，可以在步进电机26上连接控制装置，控制步进电机26的启停，具体的可以为电机控制器25，以免发生操作不当引起事故，也可以在整个装置的外侧设置箱体，将上述装置放置于内，防止在滴定过程中由于外界因素影响滴定结果。

进一步地，搅拌件可以为放置在滴定杯21内的磁力搅拌子22，调速装置上相应的设置有永磁铁27。磁力搅拌子22利用磁场和漩涡的原理，将待测溶液放入滴定杯21中后，将磁力搅拌子22同时放入液体中，调速装置上设置相应的永磁铁27，当永磁铁27产生磁场后，带动磁力搅拌子22成圆周循环运动从而达到搅拌液体的目的。一般的，磁力搅拌子22可以为圆柱型、橄榄型、八面型和椭圆型。具体的，可以自行选择磁力搅拌子22的形状，对其不作限定。在其他实施例中，也可以选择其他的能够产生磁场的装置，调速装置可以设置为通电螺旋线圈组，一般的调速装置设置在隔板24的下方，与滴定杯中的磁力搅拌子22相对应螺旋线圈通电产生旋转磁场，与磁力搅拌子22相互作用，完成对溶液的搅拌过程。

更进一步地，搅拌件可以为搅拌器，调速装置带动搅拌器在滴定杯1内旋转。在其他实施例中也可以为其他形式的搅拌件，如搅拌棒。对具体的搅拌件的形式不作限定，如上文所述，只要能够达到相应的技术效果即可，在此不再赘述。

在上述各实施例的基础上，滴定杯21的底座设置有杯座23，杯座23上设置有用于放置滴定杯21的凹槽，滴定杯21经凹槽与杯座23卡接。杯座23上的凹槽与滴定杯21过盈配合，使得在滴定杯21与杯座23的安装过程中得到固定，滴定杯21在搅拌过程中位置固定，使搅拌件在杯子中心位置旋转，避免与滴定杯21发生碰撞。

具体的，凹槽上可以设置有弹性元件28，滴定杯21经弹性元件28与杯座23卡接。凹槽上设置有凸起的弹性元件28，当滴定杯21放置在杯座23上的凹槽内时，滴定杯21挤压弹性元件28，二者过盈配合并相互作用，通过弹性元件28完成在杯座23上的固定。弹性元件8的具体材料可以为橡胶或塑料，具体的可根据弹性性能自行选择，均在本实用新型的保护范围内。

具体的，杯座23的个数为多个，多个杯座23上的凹槽的横截面积均不相同。根据不同的滴定杯的体积和横截面积的大小，可以相应的设置多个杯座23，根据滴定杯21的大小设定杯座23上的凹槽大小， 设置多个杯座23以满足不同尺寸的滴定杯21的滴定需要，具体的可根据实际滴定杯21的尺寸设定杯座23上凹槽的大小，以使滴定杯21能够放入至凹槽内。

进一步地，杯座23底部设置有与杯座23可拆卸的固定连接的隔板24。在杯座23的底部设置隔板24，使杯座23与隔板24可拆卸的固定连接，在杯座23需清洗或维修时，方便拆卸，在其他实施例中，也可以不设置隔板24，但不设置隔板24在滴定杯21的尺寸改变时，需更换自动滴定仪中支撑滴定杯21的装置，使得实验操作变得复杂。

更进一步地，杯座23上可以设置有卡槽29。隔板24上设置有与卡槽29相配合的凸台。在滴定杯21座底部设置卡槽29，卡槽29的形状不作限定，优选地可以为条形卡槽29，在隔板24上设置有相对应的条形凸起，二者相配合使得杯座23能够固定安装在隔板24上，在其他实施例中也可以为其他形状的卡槽29，只要能够对杯座23起到固定的作用即可。

如图2所示，步进电机26带动两个永磁铁27旋转产生旋转磁场，装待测溶液的滴定杯21内放置磁力搅拌子22，滴定杯21放置在杯座23上，杯座23上部有弹性元件28用于固定滴定杯21，杯座23安装在隔板24上，通过卡槽29固定。电机控制器25控制驱动步进电机26，使输出轴上的永磁铁27旋转产生旋转磁场，从而带动滴定杯21内磁力搅拌子22旋转，使滴定杯21内的待测溶液在滴定过程中搅拌均匀。根据滴定实验的需要选用配套的滴定杯21和杯座23，例如，测定粮食脂肪酸值的滴定实验选用100ml的滴定杯21和杯座23，测定油脂过氧化值的滴定实验选用150ml的滴定杯21和杯座23，在两个指标实验滴定过程中该装置的搅拌速度随滴定速度变化，搅拌速度在10-500r/min的范围内可调。

按照本实用新型，请参阅图3、图4和图5，图3为本实用新型实施例提供的一种基于自动滴定的机器视觉装置示意图。

在一种具体的实施方式中，提供了一种基于自动滴定的机器视觉装置，包括：内部设置有滴定杯21的光照箱体31，其顶端开设有滴 定孔，内部顶端设置有光源33，侧壁开设有图像收集窗口35；设置于所述光源33与滴定杯21之间的光罩310；一端与所述滴定孔连接且另一端与所述滴定杯21的杯口相对设置的滴定管34；与所述图像收集窗口35相对设置的用于采集所述滴定杯21内滴定液图像的图像传感器36。

由于在所述光源33与滴定杯21之间设置有光罩310，能够有效避免光源33的光线照射在滴定杯21上以及滴定过程中玻璃杯内运动液体产生的光影、光斑、反光以及变形现象，同时，由于光源33设置于光照箱体31顶部，图像传感器36设置于光照箱体31侧面，所以光源33的出射光线与被图像传感器36采集的经过滴定杯21以及运动的滴定液反射之后的光线相互垂直，使得图像传感器36采集到的图像不仅不出现光斑和反光，在滴定过程中准确检测溶液颜色，而且色彩饱和度高，图像质量清晰。

进一步的，在上述机器视觉装置中，还包括与所述图像传感器36固定连接的第一支架37。

进一步的，在上述机器视觉装置中，还包括开设有竖直长条安装孔的第二支架38，所述第一支架37通过所述竖直长条安装孔与所述第二支架38螺栓连接。

进一步的，在上述机器视觉装置中，还包括开设有水平长条安装孔的第三支架39，所述第二支架38通过所述水平长条安装孔与所述第三支架39螺栓连接。

进一步的，在上述机器视觉装置中，所述光照箱体31的底部开设有水平长条安装孔，所述第三支架39通过所述水平长条安装孔与所述光照箱体31的底部螺栓连接。

具体的，光照箱体31内的光源33为大功率白光LED或D65、D50、CWF、TL84标准光源33，LED光源33色温为3000K～7000K，光照箱的光照环境模拟自然光，同时确保图像采集过程中光照稳定。滴定杯21放置在光照箱里，在滴定过程中滴定液通过滴定管34滴入，滴定杯21内的待测溶液由于磁力搅拌子的旋转而搅拌混匀，近滴定终点 时溶液颜色发生变化。图像传感器36通过光照箱体31的窗口采集待测溶液的图像数据，图像传感器36安装在光照箱外的可调支架上，可调支架为第一支架37、第二支架38以及第三支架39的组合体，图像传感器36与第一支架37固定连接，第一支架37通过螺栓安装在第二支架38上，由于第二支架38上开有多个竖直长条安装孔，因此可以上下调整图像传感器36的位置；第二支架38通过螺栓安装在第三支架39上，由于第三支架39上开有多个水平长条安装孔，因此可以左右调整图像传感器36的位置；第三支架39通过螺栓安装在光照箱底板上，由于光照箱底板上开有水平长条安装孔，因此可以前后调整图像传感器36的位置。通过调节图像传感器36可以沿安装孔上下、左右、前后三个方向移动，将图像传感器36调整到最佳采样位置。同时，图像传感器36通过光照箱体31的图像收集窗口35采集待测溶液的图像数据，不受外界光照的干扰，光照箱体31为滴定过程提供了一个光源33稳定不受外界光照干扰的反应环境。

进一步的，在上述机器视觉装置中，所述光罩310为半透明塑料光罩310。光罩310包括但不限于半透明塑料材料的光罩310，还可以为白色布料等，只要保证能够避免光源33照射至滴定杯21上或者滴定杯21内的滴定液时不会出现光斑、反光、变形现象，提高图像采集过程中图像的清晰度。

进一步的，光照箱体31为白色塑料光照箱体。

进一步的，光照箱体31内壁设置有铝金属层。

需要指出的是，光照箱体31包括但不限于白色塑料光照箱体，光照箱体31内壁包括但不限于铝金属层，只要金属层为灰色，就能够防止采样背景色对待测溶液颜色检测的干扰。

本实用新型提供的机器视觉装置，光照箱在滴定过程中保持封闭，避免外界光照的影响，图像采集光照环境稳定，该装置采集滴定过程中滴定玻璃杯内运动液体的图像，不会出现光斑和反光图像，色彩饱和度高，图像质量清晰，准确检测滴定过程中待测溶液的颜色变化，极大地避免外界光照差异和人为误差对滴定终点的干扰，提高粮油品 质判定。

ARM与输入输出装置相连，液晶显示器或触摸屏显示器11和打印机12，无需配置计算机，还可以将滴定结果通过网络接口输出到服务器。

滴定泵5与ARM相连，试剂瓶4内的滴定剂由ARM控制滴定泵5驱动滴入滴定杯21，ARM计算滴定剂滴入的体积，滴定泵5是注射泵。

一种粮油品质的检测方法，包括如下步骤：

1)将包含有待测样品的滴定杯置于机器视觉装置内，开始滴定检测；所述机器视觉装置接收待测样品溶液颜色变化的图像信号，并将所述图像信号转换成数字信号，并发送给工控装置；

2)工控装置接收所述数字信号，并与数据库中预设的图像进行比对，将比对结果对应的控制参数分别发送给滴定装置和搅拌装置，控制所述滴定装置的滴定速率和搅拌装置的搅拌速率；

3)通过滴定剂加入的体积计算是否达到滴定终点，如果是，则滴定结束，如果否，则重复步骤2)操作。

优选的，步骤1)具体为：

11)将待测样品置于检测杯中，放置于检测平台上，所述检测平台位于光照箱内，提供白光光源，并开始滴定检测；

图像传感器接收溶液颜色变化的图像信号；

DSP板卡，将所述图像信号转换为数字信号，并发送给所述工控装置。

优选的，步骤2)具体为：

21)数据处理单元通过接收数据接口接收所述数字信号，并与数据库中预设的图像进行比对；

22)所述数据处理单元将比对结果对应的控制参数分别通过所述数据接口发送给滴定装置和搅拌装置。

本实用新型的基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置，高效便捷，图像采集光照环境稳定，DSP处理图像数据高速稳定， 非接触式测量方式的传感器无需维护，根据溶液颜色变化控制滴定过程，实现滴定终点的自动判定。采用本实用新型的装置检测粮油品质指标的方法，客观公正，极大地避免外界光照差异和人为误差对滴定终点的干扰，为粮油品质判定提供技术支持。

以上公开的仅为本专利的具体实施例，但本专利并非局限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，做出的变形应视为属于本实用新型保护范围。

以上对本实用新型所提供的一种基于机器视觉的检测溶液颜色变化的自动滴定装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。