自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，包括光源系统、光谱采集系统，传输系统和参比自动进给系统；光源系统包括对称布置在传送带两侧的卤钨灯和灯筒；光谱采集系统包括准直镜，光纤，光谱仪，位置传感器以及计算机组成，当果盘装载待检测水果由传输系统送至准直镜上方，同时触发位置传感器时，光谱仪响应进行光谱采集；参比自动进给系统由电动伸缩杆，参比夹持装置，参比球以及PLC控制器组成，PLC控制器控制电动伸缩杆带动参比夹持装置上下运动，进行参比光谱自动采集。本发明在实现水果光谱实时检测的同时，实现了参比的自动放置与参比光谱的自动采集，减少人为干扰，提高水果品质检测的精度和自动化程度。
【专利说明】
自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统
技术领域
[0001]本发明涉及水果品质在线检测的装置，尤其是涉及一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统。
【背景技术】
[0002]我国是一个水果生产大国，我国的水果总产量居世界第一，但我国并不是水果生产强国，主要原因是我国水果产后商品化处理的水平较低，发达国家对即将上市的水果要进行清洗、打蜡、防腐保鲜、精选、分级、包装等商品化处理，外观质量均匀一致，市场竞争力强。
[0003]以苹果鲜果为例，目前国家标准分为AAA级、AA级和A级三个出口标准，具体从果形、色泽、果实横径、成熟度以及缺陷与损伤这五个方面来进行评价和筛选，其中，糖度含量是水果成熟度分级检测的重要指标。目前，水果糖度检测主要依靠破坏性取样进行，不但工作量大，而且难以实现快速、准确和连续测量。为了实现水果糖度的无损检测，从20世纪开始，研究人员已经将近红外光谱技术应用到水果内部品质检测中来。
[0004]可见/近红外光谱检测技术由于具有快速、无损的特点，已成为一种非常受欢迎的检测技术，它适用于规模化、自动化的工业生产，可用于水果的在线检测与自动分级。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，在保证实时在线获取水果内部品质光谱信息的前提下，通过参比自动放置实现参比光谱自动米集，提尚自动化程度和检测精度。
[0006]本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明包括光源系统、光谱采集系统，传输系统和参比自动进给系统;光源系统中的光照箱底面横跨在传输系统的两侧，光谱采集系统和参比自动进给系统均位于光照箱内，光照箱底面安装在光照箱支架上。
[0008]所述传输系统，包括电机、链传动、皮带轴、同步带、果盘、两条导轨、张紧调节支架和输送线支架;两条导轨平行安装在输送线支架上，两根皮带轴分别安装在两条导轨两端，电机安装在输送线支架一侧下方，电机通过链传动带动主动皮带轴转动，经同步带带动被动皮带轴转动，安装在导轨一侧的张紧调节支架通过调节皮带轴的轴距实现同步带的张紧，载有水果的果盘置于同步带上，能随同步带一起向前实现水果的输送。
[0009]所述光源系统，包括光照箱、光照箱风扇和两个结构相同的光源系统;光照箱顶部装有光照箱风扇，光照箱两侧下边开有缺口，在底面正中间形成轴向通道，在光照箱中部内壁四周装有型材框架，与导轨平行的两侧型材框架上分别装有光源系统型材架，每根光源系统型材架分别装有结构相同的光源系统，每个结构相同的光源系统，均包括灯筒、卤钨灯、光源安装座、光源风扇和透镜;光源安装板座一直角边安装在光源系统型材架下端朝向主动皮带轴的侧面，卤钨灯固定在光源安装座的另一直角边上，光源风扇安装在光源安装座的一侧板上，位于齒钨灯的上方，齒钨灯前方光源安装座上装有灯筒，透镜固定在灯筒前端内，两个光源系统对称布置在传输系统两侧，且与被测水果中心同一高度。
[0010]所述光谱采集系统，包括准直镜安装架、准直镜、位置传感器、传感器支架、光谱仪和计算机;准直镜通过准直镜安装架固定在两条导轨之间的遮光板上，位于光照箱的正下方，准直镜通过光纤与光谱仪连接，光谱仪通过数据线与计算机连接，位置传感器通过传感器支架安装在朝被动皮带轴一侧的光照箱底板上，放在果盘上的水果通过同步带能从光源系统中间通过，果盘触发位置传感器来实现水果光谱的自动采集。
[0011]所述参比自动进给系统，包括电动伸缩杆、参比球、PLC控制器、参比夹持装置；电动伸缩杆连接在参比夹持装置型材架上，参比夹持装置型材架安装在两根光源系统型材架之间位于光照箱的中心位置，位于准直镜的正上方，参比夹持装置固定在电动伸缩杆下端，参比球置于参比夹持装置中，电动伸缩杆上端的电缆线与PLC控制器相连，电动伸缩杆的行程预先设定，通过PLC控制器的控制来完成上下伸缩，实现参比球的自动放置，通过触发位置传感器来实现参比光谱的自动采集。
[0012]所述参比夹持装置由参比夹持装置上体和参比夹持装置下体组成，参比夹持装置上体与参比夹持装置下体通过螺栓固定，组合后中间形成球形空间放置参比球，两侧形成通光圆形孔，参比夹持装置下体底部开有通光孔。
[0013]所述两块光源安装座一直角边中均开有圆弧槽，圆弧槽固定在光源系统型材架中间的凹槽中，圆弧槽能调节安装在光源安装座上的灯筒的角度，从而调节光源照射角度。
[0014]本发明具有的有益效果是:
[0015]本发明可实现自动参比放置和参比光谱自动采集，减少了人为的干扰，提高了系统的自动化程度、稳定性和检测精度，可实现基于自动参比放置的水果内部品质近红外光谱的在线实时检测。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的整体结构示意图。
[0017]图2是本发明的光源系统及参比自动进给系统安装示意图。
[0018]图3是本发明的水果光谱检测示意图。
[0019]图4是本发明的自动参比检测示意图。
[0020]图5是本发明的自动参比夹持装置上体示意图。
[0021 ]图6是本发明的自动参比夹持装置下体示意图。
[0022]图中:1、电机，2、链传动，3、皮带轴，4、同步带，5、果盘，6、水果，7、光照箱，8、光照箱风扇，9、导轨，10、张紧调节支架，11、输送线支架，12、光照箱支架，13、灯筒，14、卤钨灯，15、光源安装座，16、光源风扇，17、透镜，18、参比夹持装置上体，19、电动伸缩杆，20、准直镜安装架，21准直镜，22、参比球，23、参比夹持装置下体，24、PLC控制器，25、传感器支架，26、位置传感器，27、光源系统型材架，28、参比夹持装置，29、参比夹持装置型材架，30、型材框架，31、遮光板，32光谱仪，33、计算机。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图本发明作进一步的说明。
[0024]如图1所示，本发明包括光源系统、光谱采集系统，传输系统和参比自动进给系统；光源系统中的光照箱底面横跨在传输系统的两侧，光谱采集系统和参比自动进给系统均位于光照箱内，光照箱底面安装在光照箱支架上。
[0025]如图1所示，所述传输系统，包括电机1、链传动2、皮带轴、同步带4、果盘5、两条导轨9、张紧调节支架10和输送线支架11;两条导轨9平行安装在输送线支架11上，两根皮带轴分别安装在两条导轨9两端，电机I安装在输送线支架11一侧下方，电机I通过链传动2带动主动皮带轴转动，经同步带4带动被动皮带轴转动，安装在两条导轨9一侧的张紧调节支架10通过调节皮带轴的轴距实现同步带4的张紧，载有水果6的果盘5置于同步带4上，能随同步带4 一起向前实现水果6的输送。
[0026]如图1、图2所示，所述光源系统，包括光照箱7、光照箱风扇8和两个结构相同的光源系统;光照箱7顶部装有光照箱风扇8，光照箱7两侧下边开有缺口，在底面正中间形成轴向通道，在光照箱7中部内壁四周装有型材框架30，与两条导轨9平行的两侧型材框架30上分别装有光源系统型材架27，每根光源系统型材架27分别装有结构相同的光源系统，每个结构相同的光源系统，均包括灯筒13、卤钨灯14、光源安装座15、光源风扇16和透镜17;光源安装座15—直角边安装在光源系统型材架27下端朝向主动皮带轴的侧面，卤钨灯14固定在光源安装座15的另一直角边上，光源风扇16安装在光源安装座15的一侧板上，位于卤钨灯14的上方，卤钨灯14前方光源安装座15上装有灯筒13，透镜17固定在灯筒13前端内，两个光源系统对称布置在传输系统两侧，且与被测水果6中心同一高度。
[0027]如图1所示，所述光谱采集系统，包括准直镜安装架20、准直镜21、位置传感器26、传感器支架25、光谱仪32和计算机33;准直镜21通过准直镜安装架20固定在两条导轨9之间的遮光板31上，位于光照箱7的正下方，准直镜21通过光纤与光谱仪32连接，光谱仪32通过数据线与计算机33连接，位置传感器26通过传感器支架25安装在朝被动皮带轴一侧的光照箱7底板上，放在果盘5上的水果6通过同步带4能从光源系统中间通过，果盘5触发位置传感器26来实现水果光谱的自动采集。
[0028]如图3、图4所示，所述参比自动进给系统，包括电动伸缩杆19、参比球22、PLC控制器24、参比夹持装置28;电动伸缩杆19连接在参比夹持装置型材架27上，参比夹持装置型材架27安装在两根光源系统型材架之间位于光照箱7的中心位置，位于准直镜21的正上方，参比夹持装置28固定在电动伸缩杆19下端，参比球22置于参比夹持装置28中，电动伸缩杆19上端的电缆线与PLC控制器24相连，电动伸缩杆19的行程预先设定，通过PLC控制器24的控制来完成上下伸缩，实现参比球的自动放置，通过触发位置传感器26来实现参比光谱的自动米集。
[0029]初始状态时，电动伸缩杆19处于最小行程位置，水果6可以从参比夹持装置28下方正常通过，需要进行参比光谱采集时，PLC控制器24根据输入信号，控制电动伸缩杆19向下伸长至最大行程位置，将参比夹持装置28输送至两侧光源系统之间，实现参比球22的自动放置，并通过触发位置传感器26来实现参比光谱的自动采集，采集完成后，电动伸缩杆19回到初始状态，进行水果的输送与水果光谱的采集。
[0030]如图3、图4、图5、图6所示，所述参比夹持装置28由参比夹持装置上体18和参比夹持装置下体23组成，参比夹持装置上体18与参比夹持装置下体23通过螺栓固定，组合后中间形成球形空间放置参比球22，两侧形成通光圆形孔，参比夹持装置下体23底部开有通光孔。
[0031 ]如图2、图3所示，所述两块光源安装座15—直角边中均开有圆弧槽，圆弧槽固定在光源系统型材架27中间的凹槽中，圆弧槽能调节安装在光源安装座15上的灯筒13的角度，从而可调节光源照射角度。
[0032]下面结合以皇冠梨为例，具体阐述如下:
[0033]准备工作:启动传输系统、打开光源，预热30分钟，打开计算机光谱采集软件中设置对应的检测参数。
[0034]进行参比光谱自动采集:按下参比采集按钮，PLC控制器(西门子PLC_S7_200)根据输入信号控制电动伸缩杆向下伸长至最大行程位置，使参比夹持装置位于两侧光源系统之间，实现参比球的自动放置，此时位置传感器被触发，光源发出的光线由参比夹持装置左右两侧通光圆形孔射入，透过参比球，被位于参比夹持装置下方的准直镜接收并传递给光谱仪(QE65PR0)，光谱仪将得到的光谱信号进一步传递给计算机，由计算机中的光谱采集软件进行处理并保存，然后PLC控制器控制电动伸缩杆向上收缩至最小行程位置，即回到初始状态，至此参比光谱采集完成。
[0035]进行水果光谱的采集:皇冠梨放在果盘上，将果盘置于同步带上，载有水果的果盘由同步带输送至两侧光源系统之间，光线照射到水果上，此时位置传感器被触发，载有皇冠梨内部品质信息的透射光通过果盘下方的准直镜和光纤传送给光谱仪，光谱仪将得到的光谱信号发送给计算机，通过计算机内的光谱采集软件进行光谱数据处理与分析，便可以得到皇冠梨的内部品质信息(糖度、酸度等)，载有皇冠梨的果盘继续向前移动，完成一个水果的检测。
[0036]以上检测均在黑色光照箱中进行。
[0037]检测完成后，依次关闭光源，传输系统，计算机，并切断其他电源。
[0038]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:包括光源系统、光谱采集系统，传输系统和参比自动进给系统;光源系统中的光照箱底面横跨在传输系统的两侧，光谱采集系统和参比自动进给系统均位于光照箱内，光照箱底面安装在光照箱支架上。2.根据权利要求1所述的一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:所述传输系统，包括电机(1)、链传动(2)、皮带轴、同步带(4)、果盘(5)、两条导轨(9)、张紧调节支架(10)和输送线支架(11);两条导轨(9)平行安装在输送线支架(11)上，两根皮带轴分别安装在两条导轨(9)两端，电机(I)安装在输送线支架(11)一侧下方，电机(I)通过链传动(2)带动主动皮带轴转动，经同步带(4)带动被动皮带轴转动，安装在导轨一侧的张紧调节支架(10)通过调节皮带轴的轴距实现同步带(4)的张紧，载有水果(6)的果盘(5)置于同步带(4)上，能随同步带(4) 一起向前实现水果(6)的输送。3.根据权利要求1所述的一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:所述光源系统，包括光照箱(7)、光照箱风扇(8)和两个结构相同的光源系统;光照箱(7)顶部装有光照箱风扇(8)，光照箱(7)两侧下边开有缺口，在底面正中间形成轴向通道，在光照箱(7)中部内壁四周装有型材框架(30)，与导轨平行的两侧型材框架(30)上分别装有光源系统型材架(27)，每根光源系统型材架(27)分别装有结构相同的光源系统，每个结构相同的光源系统，均包括灯筒(13)、卤钨灯(14)、光源安装座(I5)、光源风扇(16)和透镜(17);光源安装板座(15) —直角边安装在光源系统型材架(27)下端朝向主动皮带轴的侧面，卤钨灯(14)固定在光源安装座(15)的另一直角边上，光源风扇(16)安装在光源安装座(15)的一侧板上，位于卤钨灯(14)的上方，卤钨灯(14)前方光源安装座(15)上装有灯筒(13)，透镜(17)固定在灯筒(13)前端内，两个光源系统对称布置在传输系统两侧，且与被测水果(6)中心同一高度。4.根据权利要求1所述的一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:所述光谱采集系统，包括准直镜安装架(20)、准直镜(21)、位置传感器(26)、传感器支架(25)、光谱仪(32)和计算机(33);准直镜(21)通过准直镜安装架(20)固定在两条导轨(9)之间的遮光板(31)上，位于光照箱(7)的正下方，准直镜(21)通过光纤与光谱仪(32)连接，光谱仪(32)通过数据线与计算机(33)连接，位置传感器(26)通过传感器支架(25)安装在朝被动皮带轴一侧的光照箱(7)底板上，放在果盘(5)上的水果(6)通过同步带(4)能从光源系统中间通过，果盘(5)触发位置传感器(26)来实现水果光谱的自动采集。5.根据权利要求1所述的一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:所述参比自动进给系统，包括电动伸缩杆(19 )、参比球(22)、PLC控制器(24)、参比夹持装置(28);电动伸缩杆(19)连接在参比夹持装置型材架(27)上，参比夹持装置型材架(27)安装在两根光源系统型材架之间位于光照箱(7)的中心位置，位于准直镜(21)的正上方，参比夹持装置(28)固定在电动伸缩杆(19)下端，参比球(22)置于参比夹持装置(28)中，电动伸缩杆(19)上端的电缆线与PLC控制器(24)相连，电动伸缩杆(19)的行程预先设定，通过PLC控制器(24)的控制来完成上下伸缩，实现参比球的自动放置，通过触发位置传感器(26)来实现参比光谱的自动采集。6.根据权利要求5所述的一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:所述参比夹持装置(28)由参比夹持装置上体(18)和参比夹持装置下体(23)组成;参比夹持装置上体(18)与参比夹持装置下体(23)通过螺栓固定，组合后中间形成球形空间放置参比球(22)，两侧形成通光圆形孔，参比夹持装置下体(23)底部开有通光孔。7.根据权利要求3所述的一种自动放置参比的近红外光谱水果品质在线检测系统，其特征在于:所述两块光源安装座(15)—直角边中均开有圆弧槽，圆弧槽固定在光源系统型材架(27)中间的凹槽中，圆弧槽能调节安装在光源安装座(I5)上的灯筒(I3)的角度，从而调节光源照射角度。
【文档编号】G01N21/3563GK105911018SQ201610406059
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】徐惠荣, 李青青, 张卢锐, 应义斌, 郎雷, 饶秀勤, 张剑, 张剑一
【申请人】浙江大学