专利名称：基于红外热成像技术的水果表面早期缺陷在线检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种红外热成像技术的水果表面早期缺陷在线检测装置
背景技术：
水果的早期缺陷检测一直是农产品加工中非常重要的步骤之一。水果早期缺陷常 包括外部缺陷和内部缺陷两个方面。水果的外部缺陷一般由两种情况造成的，一种是由于 受到自然条件的影响，如虫眼、疤痕、果锈、开裂等；另一种是由于人为因素造成的，如在采 摘时或采摘后由于外力的作用而造成的表皮划伤、机械损伤等，特别是早期机械损伤具有 轻微凹陷、色稍变暗、无汁液外溢，肉眼难于察觉，病原微生物容易入侵等特点，是导致水果 霉烂的最主要原因。对于较严重的损伤(如腐烂、破损等)可以通过肉眼或机器视觉技术 在可见光范围内较容易地检测出来，而对于早期轻微缺陷(如机械损伤、病虫害、表皮颜色 较深的缺陷果)，目前常用的方法很难识别，因而漏检率很高，对水果日后的存储及销售造 成极大的隐患。因此，对早期缺陷的检测是水果品质检测的一个重要内容。红外热成像技术对温度具有高敏感性，是一种非接触、不破坏、实时、快速检测方 法，能检测小于0. rc的温度变化，由于水果缺陷部位与正常部位的红外辐射特性在一定热 激励条件下存在明显差异，通过红外热像仪获取这种温度差异就可以进行处理分级，因而 可以采用红外热成像技术进行水果的早期缺陷检测。目前，从国内外研究情况来看，基于 红外热成像技术的水果早期缺陷检测主要还是离线研究，少量线检测研究也主要是多目成 像，将红外摄像机作为一种辅助手段与其它摄像机结合起来使用，增加了检测系统的成本 和复杂程度，并且采用辊子一边移动一边自转的传送装置，很难检测到完整果面，因此，有 必要研制出一种基于单摄影成像系统的水果早期缺陷在线检测装置，以满足水果深加工技 术的发展和人们对食品质量要求日益高涨的需求。
发明内容针对传统检测手段在水果表面早期缺陷检测方面的不足及现有红外热成像技术 发展基础，本发明的目的在于提供一种基于红外热图像处理技术的水果近表缺陷在线检测 装置，采用外部热激励后，水果近表正常部位与缺陷部位的热扩散率存在一定差异，这种差 异从获取的热图温度曲线上体现出来，经过信号放大处理后，依据波形理论并结合红外热 图像完成缺陷的检测。本实用新型采用的技术方案是一种基于红外热成像的水果近表缺陷在线检测装置，它包括带式输送系统，外部 热激励系统，定节拍系统，水果分度系统，检测系统；其中水果分度系统由固定底盘，分 度盘，步进电机，驱动器，控制器，托盘，以及电动马达组成，所述的检测系统包括红外热像 仪，计算机，以及水果缺陷检测软件；外部热激励系统安放在传送带两侧，定节拍系统位于 传送系统和分度系统之间，固定底盘装在分度盘下方，旋转托盘装在固定底盘环形槽内的 沉孔中间，热像仪固定在与旋转托盘水平相对的三角支架上，热像仪输出信号通过光缆与计算机相连。所述的带式输送系统包括传送带，带轮，调速电机，变频器；带式输送系统装置 包括进果传送机和出果传送机，水果靠相互推挤和皮带摩擦力以一定速度水平移动，水果 输送带的速度通过变频器调节。所述的外部热激励系统包括红外灯，控制器；红外灯分四组对称安放在进果传 送带两侧，其辐射时间和辐射功率由控制器调节。所述的定节拍系统包括底板，调节片和汽缸；通过控制气缸的开启节拍，实现水 果按分度盘的节拍输送到定位槽内。在所述的水果分度系统中，分度盘沿圆周方向均勻地开有8个分度口，其转动速 率以及停歇时间都要靠步进电机控制，步进电机通过联轴器和一对锥齿轮与分度盘主轴相 连；固定底盘装在分度盘下方，其水平面沿圆周方向开有一个跨度大于水果直径的环形槽， 用于支撑水果并防止水果因离心力脱离分度盘，槽内开有一个直径大于水果直径的沉孔； 托盘装在固定底盘环形槽内的沉孔中间，托盘主轴与电动马达通过联轴器相连，托盘与固 定底盘之间装有滚动轴承，用于将托盘及水果重量传递给固定底盘，电动马达通过法兰盘 立式安装在固定底盘底部。 在所述的检测系统中，水果缺陷检测软件安装在计算机内。本发明的工作过程及有益效果是待测水果依靠相互推挤和皮带摩擦力向分度盘 靠近，并受到安置在传送带两侧的红外灯辐射加热，随后，在定节拍系统的调节下按一定频 率依个进入分度盘，并随之间歇转动，当水果转至托盘工位时，分度盘停歇，由电动马达带 动托盘上的水果勻速转动，与此同时，红外热像仪采集动态水果图像，由于热像仪的垂直测 温线对准水果表面，托盘旋转一周，就能实现检测到水果所有表面信息；本发明通过外部适 当热激励，将水果的表面信息转换为一维温度信息，并结合红外热图像，从信号处理的角度 去区别缺陷、果梗、花萼和完好表面，能够检测常规方法无法识别的缺陷，为水果的精细分 级创造了条件。

图1是本发明的总体结构示意图图2是本发明的分度系统结构示意图图3是本发明的定节拍系统结构示意图图4是本发明检测示意图图5是本发明固定底盘结构示意图图6是本发明分度盘结构示意图图7是水果表面早期缺陷检测软件流程图图8是水果表面缺陷——温度曲线图 图9是水果果梗——温度曲线图 图中，1、入料传送带；2、水果；3、红外灯；4、定节拍装置；5、调节片；6、汽缸；7、红 外热像仪；8、计算机；9、控制器；10、步进驱动器；11、步进电机；12、出料传送带；13、固定 底盘；14、分度盘；15、环形槽；16、分度口 ；17、托盘；18、电动马达；19、滚动轴承。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括传送带1、12，红外灯3，调节片5，汽缸6，红外热像仪7，计 算机8，控制器9，驱动器10，步进电机11，固定底盘13，分度盘14，托盘17，电动马达18，以 及水果缺陷检测软件；外部热激励系统3安放在传送带1两侧，固定底盘13装在分度盘14 下方，托盘17装在固定底盘13环形槽内的沉孔中间，红外热像仪7固定在与旋转托盘17 水平相对的三角支架上，红外热像仪7输出信号通过光缆与计算机8相连，计算机8内装有 水果表面早期缺陷检测软件。本发明对水果的早期缺陷检测具有通用性，针对不同种类对水果的特点，调整分 度口大小即可；现以红富士苹果的表面早期缺陷检测为例说明实施过程检测开始前，所有水果都置于环境温度为26°C，相对湿度为50%的储藏室中保存 1-2天，使水果表面温度均勻，便于后续检测；接下来，先挑选一批完好无损的红富士苹果 作为模板，置于本发明装置上在线采集每一个苹果的热图像，提取苹果表面的温度信息，建 立数据模型，并由此设定一个苹果正常表面温度标准值，作为后续缺陷提取分析的阈值。开始检测，将待测苹果2置于水平传送带1上，苹果在输送过程中受到置于传送带 1两侧的四组共八个红外灯3的红外辐射激励，在定节拍装置4的作用下，苹果单个依次按 一定节奏进入分度盘14的分度口 16中，并随之间歇转动，当苹果转至托盘17工位时，自动 停歇并在电动马达18的作用下随托盘勻速旋转，在此过程中，红外热像仪7的探测器开始 采集苹果的红外热图像，热像仪7的垂直温度线对准苹果表面，苹果旋转一周，得到待测 苹果表面近似的圆柱面展开辐射信息，通过图像处理系统，水果缺陷检测软件对采集的信 号进行平滑去噪处理，根据设定的阈值，得到温度异常区域，然后依据波形推理判断，原则 如下由于球形水果(以红富士苹果为例)在传送途中相互推挤滚动，最终达到环形槽 内15时，固定位置有两种情形一种是苹果沿垂直于中心轴线的面竖着停放，另一种是苹 果沿平行于中心的面轴线的表面卧着停放。(1)当出现第一种情形时，由于果梗和花萼处分别于上下两表面，这时竖直测温线 基本不用考虑果梗和花萼的干扰，只要曲线中出现明显低于设定的温度阈值的波谷，就可 以判断水果存在表面缺陷(如图8)。(2)当出现第二种情形时，由于水果要随托盘沿勻速转动，因此果梗和花萼一定会 在某一时刻出现在红外热像仪设定的竖直温度线中央附近，当然二者不可能同时出现，这 时，只要将水果热图和温度曲线结合起来就可以消除果梗或花萼的影响，方法是果梗或花 萼出现时一般处于水果中间位置，且无论是果梗还是花萼都会形成类似“晕轮效应”，即在 中心一点温度最低(热图上显示一蓝色小点)，周围一圈温度值则较高，这与苹果的早期缺 陷尤其是早期机械损伤(如碰伤、挤压)形成的热图像特征存在明显的不同，早期缺陷在热 图上一般较模糊，区域温度值变化不大。以上差异反映到温度曲线上时，则更加容易识别， 即果梗或花萼会出现急剧的突变，波谷位置一般较低，形成一尖峰，左右成近似对称分布 (如图9)；而早期缺陷则不会出现那么明显的突变，波谷相对较平坦，有时甚至会持续水平 线状。依此原理即可完成缺陷、梗、萼的检测。随着分度盘14的步进转动，下一个苹果将进入托盘17工位，完成同样的操作，依 此类推，逐个完成所有待测苹果的早期缺陷的在线检测。
权利要求一种基于红外热成像技术的水果早期缺陷在线检测装置，其特征在于它包括带式输送系统，外部热激励系统，定节拍系统，水果分度系统，以及检测系统；其中，水果分度系统由固定底盘，分度盘，步进电机，驱动器，控制器，托盘，以及电动马达组成，所述的检测系统包括红外热像仪，计算机；外部热激励系统安放在传送带两侧，定节拍系统位于传送系统和分度系统之间，固定底盘装在分度盘下方，旋转托盘装在固定底盘环形槽内的沉孔中间，热像仪固定在与旋转托盘水平相对的三角支架上，热像仪输出信号通过光缆与计算机相连。
2.根据权利要求1所说的在线检测装置，其特征在于所述的带式输送系统装置包括 进果传送机和出果传送机，由传送带，带轮，调速电机以及变频器组成。
3.根据权利要求1所说的在线检测装置，其特征在于所述的外部热激励系统采用四 组共八个红外灯。
4.根据权利要求1所说的在线检测装置，其特征在于所述的定节拍系统包括底板，调 节片和汽缸。
5.根据权利要求1所说的在线检测装置，其特征在于所述的分度盘沿圆周方向均勻 地开有8个分度口，分度盘转速及停歇时间靠步进电机控制，步进电机通过联轴器和一对 锥齿轮与分度盘主轴相连。
6.根据权利要求1所说的在线检测装置，其特征在于所述的固定底盘，其水平面沿圆 周方向开有一个跨度大于水果直径的环形槽，槽内开有一个直径大于水果直径的沉孔。
7.根据权利要求1所说的在线检测装置，其特征在于所述的水果托盘主轴通过联轴 器与电动马达相连，托盘与固定底盘之间装有滚动轴承，用于将托盘及水果重量传递给固 定底盘，电动马达通过法兰盘立式安装在固定底盘底部。
专利摘要本实用新型公开了一种基于红外热成像技术的水果表面早期缺陷在线检测装置。它由带式传送系统，红外灯，定节拍系统，分度盘，固定底盘，步进电机，驱动器，控制器，托盘，电动马达，红外热像仪，计算机以及水果缺陷检测软件构成。水果在传送途中，受到受控红外灯的热光源激励，并在定节拍系统的调节下按一定频率依个进入分度系统；水果在检测时匀速旋转，红外热像仪动态采集水果360°表面的温度信息。水果缺陷检测软件将采集到的热图像和温度曲线信息去噪、增强处理后，根据波形推理判断水果表面早期缺陷。本实用新型装置能很好地实现水果表面早期缺陷及果梗花萼的检测，为水果的精细分级创造了条件。
文档编号G01N25/72GK201707309SQ20092024146
公开日2011年1月12日 申请日期2009年11月23日 优先权日2009年11月23日
发明者刘燕德, 周其显, 周建民, 尹洪妍, 杨超, 章海亮 申请人:华东交通大学