固体单粒无损检测与自动化分选系统及固体单粒分选方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动化检测技术领域，尤其涉及一种固体单粒无损检测与自动化分选 系统及固体单粒分选方法。
【背景技术】
[0002] 在农业、食品、药品等领域经常需要对固体籽粒进行分选。如，为了提升玉米、水 稻、小麦、大豆等农作物种子的质量，需要筛选出种子中的杂质和异种种子；为了保证食品 的安全，需要保证其原材料的质量，因此也需要对玉米等各类谷物进行筛选，保证食品安 全；药品安全一直是公众十分关注的问题，对于固体药品颗粒，往往也需要进行鉴定和筛 选，保证药品的质量。现有的基于生物化学的种子、药品质量检测方法会对样品造成损伤， 而且成本高昂，用时较长。
[0003] 近红外透射光谱分析技术拥有快速、无损、操作简单、成本低的优点，近年来在农 作物种子的定量和定性分析、食品和药品的质量检测领域有着广泛的应用，取得了很大的 成功。
[0004] 近红外透射光谱检测种子主要有群体分析和单籽粒分析两种方式。在固体籽粒的 质量的检测和筛选过程中，单粒无损分析技术更加实用，目前常用的单粒无损分析是漫反 射光谱分析技术。
[0005] 漫反射光谱分析技术只能采集到籽粒的表面部分信息。对于成分分布均匀的固体 颗粒，漫反射光谱分析技术可以取得较好的效果，但是对于农作物种子等结构复杂的非均 匀样品，漫反射光谱分析技术分析样品时分析光未能通过籽粒，不能采集固体单粒的内部 信息，无法采集籽粒的整体信息，无法实现固体颗粒的内部成分分析；种子样品摆放位置、 籽粒的姿态严重影响光谱采集质量，影响分析结果，并使分析模型无法稳定使用。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决或 者减缓上述问题的固体单粒无损检测与自动化分选系统及固体单粒分选方法，实现了固体 单粒进样、鉴别、分选流程的自动化，提高了分选效率和精度。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种固体单粒无损检测与自动化分选系统，该系 统包括：固体单粒进样装置、籽粒传送装置、光谱数据采集装置、籽粒分选装置、PLC控制部 件以及分别与所述光谱数据采集装置和PLC控制部件相连接的上位机；
[0008] 所述固体单粒进样装置，用于将待测籽粒放置到所述籽粒传送装置上；
[0009] 所述籽粒传送装置，用于承载所述待测籽粒沿着从所述光谱数据采集装置到所述 籽粒分选装置的方向移动；
[0010] 所述光谱数据采集装置，用于采集放置在所述籽粒传送装置上的固体籽粒的近红 外透射光谱，并将光谱数据上传到所述上位机；
[0011] 所述籽粒分选装置，用于对所述籽粒传送装置上的固体籽粒进行分选；
[0012] 所述PLC控制部件，与所述固体单粒进样装置、籽粒传送装置和籽粒分选装置连 接，用于根据所述上位机的指令对所述固体单粒进样装置、籽粒传送装置和籽粒分选装置 进行控制；
[0013] 所述上位机，用于根据所述光谱数据采集装置上传的光谱数据建立固体籽粒类别 鉴别模型，根据所述模型对待测籽粒进行定性鉴别，当待测籽粒移动到籽粒分选装置时，根 据鉴别结果通知PLC控制部件控制籽粒分选装置进行分选。
[0014] 可选的，所述固体单粒进样装置位于所述籽粒传送装置的上方，所述光谱数据采 集装置以及所述籽粒分选装置依次设置在所述籽粒传送装置的转动方向上，所述籽粒传送 装置依次沿着从所述光谱数据采集装置到所述籽粒分选装置的方向移动，以实现对放置在 所述籽粒传送装置上的固体籽粒的光谱数据采集和分选。
[0015] 可选的，所述固体单粒进样装置，包括传动部件、第一驱动部件和末端抓取部件， 所述第一驱动部件与PLC控制部件连接，通过所述传动部件驱动所述末端抓取部件进行抓 取。
[0016] 可选的，所述籽粒传送装置包括第二驱动部件和圆形转盘，所述第二驱动部件与 所述PLC控制部件连接，用于驱动所述圆形转盘沿着从所述光谱数据采集装置到所述籽粒 分选装置的方向移动。
[0017] 可选的，所述圆形转盘边缘等间隔的分布着圆形的孔洞，用于放置待测籽粒，所述 孔洞的一侧设有用于调整孔洞大小的调整部件。
[0018] 可选的，所述光谱数据采集装置包括近红外光源和光谱仪；
[0019] 所述近红外光源和光谱仪设置在所述籽粒传送装置的上下两侧，所述近红外光源 和光谱仪同轴设置。
[0020] 可选的，所述籽粒分选装置包括分选刷，分选臂和第三驱动部件，所述第三驱动部 件与所述PLC控制部件连接，通过所述分选臂驱动所述分选刷对待测籽粒进行分选。
[0021] 根据本发明的另一个方面，提供了一种基于如上任一实施例所述的固体单粒无损 检测与自动化分选系统的固体单粒分选方法，该方法包括：
[0022] 当检测到固体单粒进样装置将待测籽粒放置到籽粒传送装置上时，上位机向PLC 控制部件发送第一指令，以控制籽粒传送装置承载所述待测籽粒沿着从所述光谱数据采集 装置到所述籽粒分选装置的方向移动；
[0023] 光谱数据采集装置采集放置在所述籽粒传送装置上的固体籽粒的近红外透射光 谱，并将该近红外透射光谱上传到所述上位机；
[0024] 上位机根据预先建立的鉴别模型对接收到的近红外透射光谱进行定性鉴别；
[0025] 当所述待测籽粒移动至所述籽粒分选装置时，上位机根据鉴别结果通知PLC控制 部件控制所述籽粒分选装置进行分选。
[0026] 可选的，所述方法还包括：预先建立不同类别固体籽粒的鉴别模型，具体为：
[0027] 采集不同类别固体籽粒的近红外透射光谱；
[0028] 对各个类别固体籽粒的近红外透射光谱进行数据预处理；
[0029] 对预处理后的近红外透射光谱进行特征提取，得到各个类别固体籽粒的光谱特 征；
[0030] 根据所述各个类别固体籽粒的光谱特征建立不同类别固体籽粒的鉴别模型。
[0031] 可选的，所述数据预处理的方法包括平滑滤波法、差分导数、数据中心化、标准化 中至少一种；所述特征提取的方法包括主成分分析法、偏最小二乘分析法以及正交化线性 判别分析法中至少一种。
[0032] 本发明的有益效果为：
[0033] 本发明提供的固体单粒无损检测与自动化分选系统及固体单粒分选方法，实现了 进样、鉴别和分选各个过程的自动化，系统工作过程中不用人为干预，节省了人力和时间； 采用近红外光谱漫透射分析方法，可以采集到固体籽粒完整的内部信息，克服了固体籽粒 位置效应对光谱信号的影响，可以准确对固体籽粒的性质进行分析；提出了一整套光谱信 号预处理、特征提取和鉴别模型建立方法，为固体籽粒的正确分选提供了保证。
【附图说明】
[0034] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0035] 图1为本发明实施例提出的一种固体单粒无损检测与自动化分选系统的结构示 意图；
[0036] 图2为本发明实施例提出的一种基于固体单粒无损检测与自动化分选系统的固 体单粒分选方法流程图。
【具体实施方式】
[0037] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0038] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式"一"、"一 个"、"所述"和"该"也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措 辞"包括"是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加 一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0039] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术 术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应 该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中 的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0040] 图1示出了本发明实施例的一种固体单粒无损检测与自动化分选系统的结构示 意图。
[0041] 参照图1，本发明实施例提出的固体单粒无损检测与自动化分选系统包括：固体 单粒进样装置1、籽粒传送装置2、光谱数据采集装置、籽粒分选装置4、PLC控制部