核桃检测设备制造技术

本发明专利技术属于农业机械领域，具体涉及核桃检测设备。该设备用于核桃的无损检测与分类，包括显示器、运算器、水平光线、竖直光线、定位槽、挡块、立式光接收板、称重传感器、卧式光接收板、保护板、V形块。核桃放置于V形块上，由称重传感器得到核桃的重量G，运算器求得核桃重量G与核桃加权面积之比γ；求得核桃重量G与其估算体积VG之比ρ。由γ或ρ的临界值决定核桃的等级。设备发出核桃所属级别的语音，人员根据语音将核桃放入不同容器内。核桃的γ或ρ值及其统计结果，按日、周、月、年或批次储存于运算器中。利用该设备在不破坏核桃外壳的情况下，可以推断核桃内部质量情况，能实现无损检测。光敏传感器分布在特定区域，使计算简化。

Walnut Detection Equipment

【技术实现步骤摘要】
核桃检测设备
本专利技术属于农业机械领域，具体涉及核桃检测设备。
技术介绍
核桃是重要的坚果品种之一，具有很高的经济价值和营养价值。我国栽培核桃历史悠久，其种植面积和产量均居世界前列。近年来，随着农业产业结构调整，我国林果业种植面积扩大，其中核桃的产量得到迅猛发展。核桃为山西、陕西、新疆等地的农民增收、出口创汇、经济发展、社会发展发挥了巨大作用。目前核桃的检测与分级一般依靠人力或比较简单的机械设备完成。比如，依靠不同直径的筛网可以对成批的核桃进行筛选。现有方法的优点是：适用范围广、分类速度快、设备价格低，容易调整。现有方法的缺点是：缺乏对核桃内部质量的分析。因此，消费者在商店，甚至大型超市所购买的核桃，不少情况下存在内部质量问题。例如，脱壳后发现部分核桃不够饱满、有黑斑、变质、完整性差或其他瑕疵。现有相关研究工作取得了一定进展。新疆农业大学机械交通学院刘航、郭俊先和新疆维吾尔自治区农牧业机械产品质量监督管理站王勇，研究了基于机器视觉的核桃大小分级方法，并进行了核桃大小分级的初步测试。该研究与本专利技术的技术重点有所不同，但可以为本专利技术提供参考。蔡建等利用机器视觉的方法代替人工方法对核桃仁进行分级，包括依据颜色与完整度的核桃分级。市面上鉴别核桃仁的品质主要以观察为主。仁衣色泽以黄白为上，暗黄为次，褐黄更次，而泛油、色黑褐的已严重变质，不能食用。蔡建等研究者对核桃仁图像进行预处理与分割，并提取色调、饱和度、核桃仁轮廓面积与最小外接圆面积之比等特征，通过机器学习的方法建立决策树模型。该研究比较新颖、先进。但该研究所针对的是核桃仁，本专利技术针对的是未脱壳的核桃。研究对象有所不同。
技术实现思路
本专利技术的目的：在不损坏核桃壳的情况下，检测核桃质量，对核桃进行分级，并剔除不宜食用的核桃。本专利技术采用以下技术方案。1.核桃的放置核桃检测设备包括显示器1、运算器2、水平光线3、竖直光线5、定位槽6、挡块7、立式光接收板8、称重传感器9、卧式光接收板10、保护板11、V形块12。核桃4放置于V形块12上。核桃剖分脊14的下侧对准V形块的中间槽，核桃剖分脊的顶端放置于挡块7的定位槽6内。V形块12和挡块7位于保护板11上。V形块12位于人眼13和挡块7中间，人眼可以观察V形块的中间槽和挡块7的定位槽，操作者能够将核桃放于上述位置，即使核桃处于正确的位置。为了提高核桃检测与分级效率，为每位员工操作2台以上检测设备。2.光线与核桃的投影及核桃大小水平光线3照射在核桃上，在立式光接收板8上得到一个核桃的投影，其面积为SV；竖直光线5照射在核桃上，在卧式光接收板10上得到一个投影，其面积为SH。当核桃较大时，核桃在光接收板上投影较大；当核桃较小时，其投影面积较小。反过来，根据投影的面积可以推知核桃的大小。3.光敏传感器与核桃投影面积的计算在立式光接收板8上，在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器，参见说明书附图1和附图2；在卧式光接收板10上，在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器，参加说明书附图1和附图3。通过光敏传感器可以求出核桃的投影面积。这里通过一个简单易懂的例子，介绍由光敏传感器求投影面积的原理之一。例如，选择光敏电阻作为光敏元件，当光敏电阻未收到光的照射时，其电阻的数值较大，与其相连接的电路不通；当光敏电阻承受光的照射时，其电阻的数值变小，与其相连接的电路导通。设核桃投影所对应的光敏电阻有n个，而每个光敏电阻的面积为S，则得到核桃投影面积为nS。以上是求投影面积的简单实例，通过目前的很多技术方法和手段，都可以求出核桃光斑面积。按不同方式计算得到的核桃的投影面积SV、SH可以储存于运算器2中，人员可以从显示器1中读出。4.为简化投影计算所进行的设计图1中挡板7较小，当光照射在核桃上，核桃遮挡了光线，因此，在立式光接收板8上粗线所围成的范围内，仅有核桃的投影，没有挡板7的投影。同样，图1中V形块较小，当光照射在核桃上，核桃遮挡了光线，因此，在卧式光接收板10上粗线所围成的范围内，仅有核桃的投影，没有V形块的投影。在图2中，在立式光接收板8上，仅在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器(参见附图1)。水平光线3照射时，在立式光接收板8上，有核桃的投影和V形块的投影，但V形块的投影落在粗线所围成的范围以外。因此，计算时仅涉及核桃的投影面积，不必计算V形块的投影面积，使计算得到简化。同样，在图3中，在卧式光接收板10上，仅在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器(参见附图1)。竖直光线5照射时，在卧式光接收板10上，有核桃的投影和挡块7的投影，但挡块7的投影落在粗线所围成的范围以外。因此，计算时仅涉及核桃的投影面积，不必计算挡块7的投影面积，使计算得到简化。5.核桃体积的估算准确计算核桃的体积是可以的，但核桃外表不光滑，凹凸较多，准确计算其体积，所需检测与运算的时间较长。本专利技术中采用近似方法计算核桃体积。前文已介绍：水平光线3照射在核桃上，在立式光接收板8上得到一个核桃的投影，其面积为SV；竖直光线5照射在核桃上，在卧式光接收板10上得到一个投影，其面积为SH。本专利技术中将核桃近似为3种立体形状：椭球体、由心脏线旋转所得到的几何体、由阿基米德螺旋线旋转得到的几何体。首先考虑将核桃近似为椭球体的情况。依据卧式光接收板10上得到的投影SH及其轮廓，根据椭圆的标准方程，拟合出一个椭圆，以此代替核桃在水平内的投影，该椭圆的长轴为2a、短轴为2b。依据立式光接收板8上得到的投影SV及其轮廓，根据椭圆的标准方程，拟合出一个椭圆，以此代替核桃在竖直平面内的投影，该椭圆的长轴为2b、短轴为2c。以椭球体体积Vtq近似代表核桃的体积。Vtq＝πabc。其次考虑将核桃近似为由心脏线旋转所得到的几何体。心脏线的方程为：r＝l(1-cosθ)依据卧式光接收板10上得到的投影及其轮廓，根据心脏线的标准方程，拟合出一个心脏线，以此代替核桃在水平内的投影轮廓，该心脏线的基本参数为l。以心脏线绕极轴旋转一周得到的体积Vxz近似代表核桃的体积。Vxz＝(16+1/32)πl3。最后考虑将核桃近似为由阿基米德螺旋线旋转得到的几何体。阿基米德螺旋线的方程为r＝kθ，k为常数。依据卧式光接收板10上得到的投影及其轮廓，根据上述标准方程，拟合出一个基米德螺旋线，以此代替核桃在水平内的投影轮廓，该基米德螺旋线的基本参数为k。以基米德螺旋线绕极轴旋转一周得到的体积Vlx近似代表核桃的体积。按不同方式估算得到的核桃的体积可以储存于运算器2中，人员可以从显示器1中读出。6.核桃重量的检测称重传感器9可测出位于其上的包括核桃在内的所有物体的重量。位于称重传感器上的所有物体中，只有核桃的重量G是可以变化的，其它物体的重量是常量。因此，由测定的读数减去其它物体的重量，可以求得核桃的重量G。核桃的重量可以储存于运算器2中，人员可以从显示器1中读出。6.核桃质量的判别原则与分级人眼难以直接见到核桃的内部，核桃的无损检测是技术难题。有些核桃外观较好，但脱壳后发现不饱满、有虫害、色泽差、腐烂、变质、不完整。本专利技术所提出的判别核桃质量的基本原则是：如果核桃大，而其重量小，则此核桃质量差、等级低。如果核桃小，而其重量大，则此核桃质量好、等级高。依据上述基本判别原则，得到以下具体的判别方法。1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.核桃检测设备包括显示器、运算器、水平光线、竖直光线、定位槽、挡块、立式光接收板、称重传感器、卧式光接收板、保护板、V形块，其特征在于：核桃放置于V形块上，核桃剖分脊的下侧对准V形块的中间槽，核桃剖分脊的顶端放置于挡块的定位槽内，V形块和挡块位于保护板上，V形块位于人眼和挡块中间，人眼见到V形块的中间槽和挡块的定位槽；水平光线照射在核桃上，在立式光接收板上得到一个核桃的投影，其面积为SV；竖直光线照射在核桃上，在卧式光接收板上得到一个投影，其面积为SH；在立式光接收板和卧式光接收板上，在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器；当光照射在核桃上，核桃遮挡了光线，在立式光接收板上粗线所围成的范围内，仅有核桃的投影，没有挡板的投影，在卧式光接收板上，仅有核桃的投影，没有V形块的投影；核桃的加权投影面积为：Sj＝k1SH+k2SV，其中k1、k2为权重系数；由称重传感器得到核桃的重量G，核桃重量G与核桃加权面积之比为单位面积重量γ，运算器求得每个核桃的γ。

【技术特征摘要】
1.核桃检测设备包括显示器、运算器、水平光线、竖直光线、定位槽、挡块、立式光接收板、称重传感器、卧式光接收板、保护板、V形块，其特征在于：核桃放置于V形块上，核桃剖分脊的下侧对准V形块的中间槽，核桃剖分脊的顶端放置于挡块的定位槽内，V形块和挡块位于保护板上，V形块位于人眼和挡块中间，人眼见到V形块的中间槽和挡块的定位槽；水平光线照射在核桃上，在立式光接收板上得到一个核桃的投影，其面积为SV；竖直光线照射在核桃上，在卧式光接收板上得到一个投影，其面积为SH；在立式光接收板和卧式光接收板上，在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器；当光照射在核桃上，核桃遮挡了光线，在立式光接收板上粗线所围成的范围内，仅有核桃的投影，没有挡板的投影，在卧式光接收板上，仅有核桃的投影，没有V形块的投影；核桃的加权投影面积为：Sj＝k1SH+k2SV，其中k1、k2为权重系数；由称重传感器得到核桃的重量G，核桃重量G与核桃加权面积之比为单位面积重量γ，运算器求得每个核桃的γ。2.核桃检测设备包括显示器、运算器、水平光线、竖直光线、定位槽、挡块、立式光接收板、称重传感器、卧式光接收板、保护板、V形块，其特征在于：核桃放置于V形块上，核桃剖分脊的下侧对准V形块的中间槽，核桃剖分脊的顶端放置于挡块的定位槽内，V形块和挡块位于保护板上，V形块位于人眼和挡块中间，人眼见到V形块的中间槽和挡块的定位槽；水平光线照射在核桃上，在立式光接收板上得到一个核桃的投影，其面积为SV；竖直光线照射在核桃上，在卧式光接收板上得到一个投影，其面积为SH；在立式光接收板和卧式光接收板上，在其粗线所围成的范围内，分布有光敏传感器；当光照...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊元，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14