基于红外图像的茶叶加工设备控制方法与流程

本发明涉及茶叶加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种基于红外图像的茶叶加工设备控制方法。

背景技术：

茶树的起源距今已有六到七万年漫长的历史，最初茶的利用是在原始社会中野生采集中发生的。中国是茶树的发源地，4000多年前，我国就开始利用茶叶，被人们作为解暑的良品。茶叶通过深加工后，可以作为食品或者医药的添加原材料。一般茶叶的加工过程主要分为三部分：茶叶的初制加工、茶叶的精制加工和茶叶的深加工。

茶叶初制加工过程中，翻炒成形是一道非常重要的工序，将很大程度上影响茶叶品质及茶叶成形效果的优劣。茶叶在翻炒过程中，将会发生一系列的物理、化学变化，茶叶在翻炒过程中被加工成球形，翻炒成形是茶叶成形、成味、成香、成色的协同工作。

现有翻炒茶叶成形过程中，炒锅内茶叶温度和电机转速控制全有工人凭经验控制，导致了每一次茶叶炒制完成后，茶叶的色泽，整碎程度，香味等影响茶叶品质的关键因素不一致。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服在茶叶加工设备炒制茶叶时，由于炒板作用于茶叶的力的大小无法控制，导致茶叶受力过大或过小，进而导致茶叶品质下降的情况，提出了一种基于红外图像的茶叶加工设备控制方法，能够通过摄像头准确控制茶叶每次翻炒的高度和电热丝的温度，以此来控制茶叶的品质。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于红外图像的茶叶加工设备控制方法，用于对茶叶加工设备进行分段控制，所述茶叶加工设备包括机架、检测装置、电机、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、传动轴、炒锅、电热丝、炒板、速度传感器和温度传感器；所述电机和炒锅均固定在机架上，所述电机的输出轴依次连接第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器，第二联轴器的输出轴通过曲柄摇杆机构连接传动轴，炒板固定在传动轴上，炒板下半部分的形状为与炒锅形状相配合半圆形，电机运动时通过第一联轴器、扭矩传感器带动第二联轴器的输出轴转动，进而通过曲柄摇杆机构带动炒板绕着传动轴在炒锅内往复摆动；所述温度传感器和速度传感器固定在炒板底部靠近炒锅的位置，电热丝均匀分布在炒锅的锅底；所述检测装置包括万向磁力表座和红外摄像头，万向磁力表座安装在炒锅旁的机架上，红外摄像头安装在万向磁力表座上，红外摄像头正对炒板翻炒茶叶时茶叶的腾空方向；

所述茶叶加工设备控制方法包括如下步骤：

1)将红外摄像头安装在万向磁力表座上，万向磁力表座安装在炒锅旁的机架上，调整万向磁力表座上红外摄像头的方向，使其正对炒锅中茶叶腾空的方向；

2)调整加热丝的加热温度，以此实现炒锅的温度调节，使炒锅处于合适的温度区间；

3)样品茶叶放入炒锅中，启动电机，通过曲柄摇杆机构带动炒板做往复运动，翻炒样品茶叶，翻炒的过程中扭矩传感器不断的获取电机的扭矩值；电机启动的同时启动红外摄像头，红外摄像头拍摄样品茶叶每次被翻炒腾空时的最高腾空高度时的红外图片，获取每次样品茶叶腾空时高度最高时的扭矩传感器获取的扭矩值和红外摄像头读数；直至完成整个样品茶叶的加工，获取每次样品茶叶腾空时高度最高时的扭矩传感器获取的扭矩值和红外摄像头的拍摄图片中的茶叶翻炒最高点的高度和茶叶的温度，获得完成加工时扭矩的设定值和红外摄像头拍摄的图片的设定值；

4)设定茶叶翻炒高度两个设定值h1和h2，h2的高度为样品茶叶完成加工时红外摄像头拍摄到的图片中样品茶叶翻炒最高点高度，h1为样品茶叶开始加工时的高度；样品茶叶翻炒到h1高度时对应扭矩传感器的力矩值为m1，设定茶叶温度有三个设定值t1、t2和t3，t3为加工完成时的茶叶温度；

5)进行茶叶加工时，将待加工茶叶放入炒锅中，电热丝通电进行恒温加热，启动电机，通过曲柄摇杆机构带动炒板做往复运动，翻炒待加工茶叶，翻炒时通过调节电机转速保证翻炒腾空高度保持不变，即通过红外摄像头拍摄待加工茶叶的图片并判断茶叶的翻炒腾空高度，以红外摄像头拍摄的图片中茶叶的翻炒腾空高度对电机进行反馈调节，此时通过扭矩传感器实时监测电机输出的扭矩值，由于翻炒过程中被翻炒的待加工茶叶中水封逐渐受热蒸发，扭矩传感器所测的扭矩值逐渐变化，直至所测扭矩值达到设定值m1；

6)调节电机转速使扭矩传感器所测的扭矩值保持在设定值m1，再利用红外摄像头拍摄待加工茶叶的图片并根据图片中茶叶温度反馈调节电热丝的温度，直至待加工茶叶的平均温度稳定在t1；

6)将提升电热丝的温度至t2，并控制电机以恒定转速转动，此时茶叶因为进一步蒸发重量减轻，翻炒腾空高度增加，直至茶叶的翻炒腾空高度到达设定值h2；

7)改变电机转速，使茶叶的翻炒腾空高度维持在设定值h2保持不变，电热丝进行恒温加热，茶叶温度逐渐改变，当茶叶温度达到设定值t3时，完成关闭电机和加热丝，完成加工过程。

进一步的，所述炒锅呈45度斜角固定在机架上。

进一步的，所述炒板的半圆形的下半部分边缘与炒锅的内壁贴合。

进一步的，所述炒板通过螺栓固定在传动轴上，传动轴通过两端的轴承安装在机架上。

本发明的有益效果在于：

1、本发明克服了在茶叶加工设备炒制茶叶时，由于炒板作用于茶叶力的大小无法控制，导致茶叶受力过大或者过小，进而造成茶叶品质下降的情况，使用扭矩传感器控制电机转速，使炒板作用力通过茶叶腾空高度来体现，不仅能够直观反映炒板作用于茶叶力的大小，更能通过扭矩传感器控制电机的转速，以一个完全不同的角度来实现茶叶翻炒时的控制，对茶叶加工具有深远的影响。

2、本发明红外摄像头由红外摄像头构成，通过红外摄像头拍摄的图片可以准确掌握并控制茶叶每次翻炒时的高度以及茶叶的温度，增加了控制电机转速的准确度和电热丝温度的准确度。

3、本发明的茶叶加工设备加工过程完全自动化，通过扭矩传感器测得的竖直判断加工是否结束，节省人力，降低了炒制成本。

4、本发明的茶叶加工设备采用曲柄摇杆机构作为驱动连接装置，由于曲柄摇杆机构固有特性，存在极位夹角，即摇杆具有急回运动特性，增加了每次茶叶与炒板和锅壁的接触行程，加快了炒板炒茶时的速度，提高了炒茶的效果。

5、本发明的茶叶加工设备对电机和电热丝的控制取决于扭矩传感器取得的具体数值，杜绝工人凭感觉操作导致茶叶炒制质量不稳定的问题，提高了加工茶叶的品质。

6、本发明的茶叶加工设备通过扭矩传感器测得数值计算出炒锅内茶叶的重量变化，进而计算出炒锅内茶叶的占比，进而控制并调整电热丝和电机的工作状况，形成闭环控制，更加精准控制茶叶炒制过程，提高了加工茶叶的品质。

附图说明

图1是本发明茶叶加工设备的结构示意图。

图中，1-电机、2-第一联轴器、3-扭矩传感器、4-第二联轴器、5-输出轴、6-炒锅、7-电热丝、8-炒板、9-速度传感器、10-温度传感器、11-传动轴、12-转动盘、13-传动杆、14-固定座、15-摆动杆、16-滑块、17-滑槽、18-机架、19-万向磁力表座、20-红外摄像头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种基于红外图像的茶叶加工设备控制方法，用于对茶叶加工设备进行分段控制，所述茶叶加工设备包括机架18、检测装置、电机1、第一联轴器2、扭矩传感器3、第二联轴器4、传动轴11、炒锅6、电热丝7、炒板8、速度传感器9和温度传感器10，所述电机1和炒锅6均固定在机架18上，所述电机1的输出轴5依次连接第一联轴器2、扭矩传感器3和第二联轴器4，第二联轴器4的输出轴5通过曲柄摇杆机构连接传动轴11，炒板8固定在传动轴11上，炒板8下半部分的形状为与炒锅6形状相配合半圆形，电机1运动时通过第一联轴器2、扭矩传感器3带动第二联轴器4的输出轴5转动，进而通过曲柄摇杆机构带动炒板8绕着传动轴11在炒锅6内往复摆动；所述温度传感器10和速度传感器9固定在炒板8底部靠近炒锅6的位置，电热丝7均匀分布在炒锅6的锅底；所述检测装置包括万向磁力表座19和红外摄像头20，万向磁力表座(19)安装在炒锅6旁的机架18上，红外摄像头20安装在万向磁力表座(19)上，红外摄像头20正对炒板翻炒茶叶时茶叶的腾空方向。

所述茶叶加工设备控制方法包括如下步骤：

1)将红外摄像头安装在万向磁力表座上，万向磁力表座安装在炒锅旁的机架上，调整万向磁力表座上红外摄像头的方向，使其正对炒锅中茶叶腾空的方向；

2)调整加热丝的加热温度，以此实现炒锅的温度调节，使炒锅处于合适的温度区间；

3)样品茶叶放入炒锅中，启动电机，通过曲柄摇杆机构带动炒板做往复运动，翻炒样品茶叶，翻炒的过程中扭矩传感器不断的获取电机的扭矩值；电机启动的同时启动红外摄像头，红外摄像头拍摄样品茶叶每次被翻炒腾空时的最高腾空高度时的红外图片，获取每次样品茶叶腾空时高度最高时的扭矩传感器获取的扭矩值和红外摄像头读数；直至完成整个样品茶叶的加工，获取每次样品茶叶腾空时高度最高时的扭矩传感器获取的扭矩值和红外摄像头的拍摄图片中的茶叶翻炒最高点的高度和茶叶的温度，获得完成加工时扭矩的设定值和红外摄像头拍摄的图片的设定值；

4)设定茶叶翻炒高度两个设定值h1和h2，h2的高度为样品茶叶完成加工时红外摄像头拍摄到的图片中样品茶叶翻炒最高点高度，h1为样品茶叶开始加工时的高度；样品茶叶翻炒到h1高度时对应扭矩传感器的力矩值为m1，设定茶叶温度有三个设定值t1、t2和t3，t3为加工完成时的茶叶温度；

5)进行茶叶加工时，将待加工茶叶放入炒锅中，电热丝通电进行恒温加热，启动电机，通过曲柄摇杆机构带动炒板做往复运动，翻炒待加工茶叶，翻炒时通过调节电机转速保证翻炒腾空高度保持不变，即通过红外摄像头拍摄待加工茶叶的图片并判断茶叶的翻炒腾空高度，以红外摄像头拍摄的图片中茶叶的翻炒腾空高度对电机进行反馈调节，此时通过扭矩传感器实时监测电机输出的扭矩值，由于翻炒过程中被翻炒的待加工茶叶中水封逐渐受热蒸发，扭矩传感器所测的扭矩值逐渐变化，直至所测扭矩值达到设定值m1；

6)调节电机转速使扭矩传感器所测的扭矩值保持在设定值m1，再利用红外摄像头拍摄待加工茶叶的图片并根据图片中茶叶温度反馈调节电热丝的温度，直至待加工茶叶的平均温度稳定在t1；

6)将提升电热丝的温度至t2，并控制电机以恒定转速转动，此时茶叶因为进一步蒸发重量减轻，翻炒腾空高度增加，直至茶叶的翻炒腾空高度到达设定值h2；

7)改变电机转速，使茶叶的翻炒腾空高度维持在设定值h2保持不变，电热丝进行恒温加热，茶叶温度逐渐改变，当茶叶温度达到设定值t3时，完成关闭电机和加热丝，完成加工过程。

所述步骤4)中的茶叶翻炒高度和茶叶温度可以根据需要设定多个设定值，根据设定值的数量多个对应的扭矩传感器的扭矩值和电热丝的加热值，加工时保证每一阶段茶叶翻炒高度的设定值和扭矩传感器的扭矩值均达到设定值即判断为完成某一阶段的加工。

所述炒锅6既可以是水平固定在机架18上，也可以呈45度斜角固定在机架18上，炒锅6呈45度斜角固定在机架18上时茶叶放在炒锅内高的一侧，炒板8小范围摆动即可带动茶叶较大幅度运动。

所述炒板8的半圆形的下半部分边缘与炒锅6的内壁贴合，炒板8运动时茶叶不会因为炒板8底部与炒锅6的内壁存在缝隙而落入炒锅6的另外一侧。

所述炒板8通过螺栓固定在传动轴11上，传动轴11通过两端的轴承安装在机架18上。

所述曲柄摇杆机构包括转动盘12、传动杆13、固定座14、摆动杆15和滑块16，转动盘12固定在第二联轴器的输出轴上，转动盘12的盘边铰接在传动杆13的中部，传动杆13的下端铰接在固定座14上，传动杆13的上端套装有滑块16，且摆动杆15上设置有供滑块16滑动的滑槽17，滑块16套装在滑槽17内部，摆动杆15的上端与传动轴固定连接，第二联轴器的输出轴转动时带动转动盘12转动，进而带动传动杆13绕着下端的固定座14左右摆动，设置在传动杆13上端的滑块16绕着传动杆13下端的固定座14左右摆动，进而带动传动杆13绕着传动轴左右摆动，从而使炒板在炒锅内左右摆动翻炒炒锅内的茶叶。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。