智能型果蔬保鮮分選成套設(shè)備的研制開發(fā)

智能型果蔬保鮮分選成套設(shè)備的研制開發(fā)0前言我國是果蔬生產(chǎn)大國，總產(chǎn)量和栽培面積均位居世界第一，但其消費市場主要在國內(nèi)，對果蔬業(yè)的國際貿(mào)易影響不大。究其原因，主要是欠缺采后商品化的處理技術(shù)手段。果蔬采后的商品化處理是提高果蔬上市質(zhì)量，增強市場競爭力的重要環(huán)節(jié)。目前國外發(fā)達國家的果蔬保鮮分選設(shè)備絕大多數(shù)已經(jīng)采用電子、光學(xué)技術(shù)，配合微電腦分析系統(tǒng)，屬于智能型，可有效地對果蔬進行清洗保鮮處理，以其質(zhì)量、大小、顏色、含糖量和瑕疵等特性進行有效檢測分選。與發(fā)達國家相比，國內(nèi)的果蔬保鮮、分級加工相對落后，工業(yè)化程度不高，設(shè)備性能單一，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備還基本停留在機械分級的形式上。機械分級不但效率低，而且易造成果蔬表皮損傷，令到商品化處理質(zhì)量難以保證，我國落后的果蔬處理技術(shù)制約著該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國際市場對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量要求不斷提高，增強我國農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力，開發(fā)適合我國國情的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測和分選技術(shù)設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急。廣東省農(nóng)業(yè)機械研究所正是基于果蔬加工的發(fā)展趨勢，借鑒國外知名廠商的技術(shù)，設(shè)計開發(fā)出一條全新的智能型果蔬保鮮分選級成套設(shè)備。該設(shè)備采用模塊化設(shè)計，集多功能于一體，形成一套完整的自動化果蔬潔凈加工、保鮮處理和智能分選設(shè)備。工藝流程智能型果蔬保鮮分選級成套設(shè)備為全新設(shè)計開發(fā)的一套技術(shù)先進的模塊化組合式設(shè)備，集多功能于一體，是一套完整的自動化果蔬潔凈加工、保鮮處理和智能分選生產(chǎn)線。其技術(shù)路線和設(shè)計方案如下：果蔬一提升輸送一分揀一清洗一噴涂保鮮液一拋光一除濕一排序分行一動態(tài)成像一綜合分析一按級分選。成套設(shè)備技術(shù)原理及設(shè)計智能型果蔬保鮮分選級成套設(shè)備為直線式布置，全線包括揀選輸送機、清洗保鮮機、溫控除濕機、排序分行裝置、智能分選機以及電控系統(tǒng)部分?？傮w布局如圖1所示。2．1揀選輸送機采后的新鮮果蔬被提升進入揀選輸送機，揀選輸送為鏈條帶動的輥軸式結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)果蔬有規(guī)律的分排和自轉(zhuǎn)輸送，方便操作工挑選殘次水果，結(jié)構(gòu)如圖2所示。揀選輸送機的前段是料框提升段，經(jīng)過試驗計算確定本機的提升角為30。，果蔬在料框中被輥軸帶動輸送上升，并且在輥軸的自轉(zhuǎn)作用下形成一排排依次上升。揀選機的后段是分揀段。在分揀段輥軸被鏈條拖動行進，同時在托軌摩擦帶的作用下，使其不斷滾動，致使輥軸間分排帶動的果蔬有規(guī)律的不斷自轉(zhuǎn)，操作工可輕易地觀察到果蔬的各個表面，把質(zhì)劣、殘次的果蔬挑揀剔除。2．2清洗保鮮機傳統(tǒng)工藝是在清洗保鮮工序配備清洗機、烘干機、保鮮機，這種設(shè)計方式導(dǎo)致果蔬處理流程過長，能耗大，效率低。本設(shè)備將清洗與保鮮處理進行一體化設(shè)計，把清洗與保鮮處理集中一臺機上完成，使工藝流程緊湊，高效節(jié)能。清洗保鮮機結(jié)構(gòu)如圖3所示。清洗保鮮機由30條自轉(zhuǎn)毛刷輥筒排列組成，果蔬在輥筒的自轉(zhuǎn)帶動下不斷滾動，后排推前排，依次連續(xù)向前遞進，在送進過程完成清洗、拋水、噴涂保鮮液和拋光程序。整機設(shè)計分3個功能區(qū)：第一個為清洗功能區(qū)，由9條毛刷輥筒組成，其上方配備噴淋水管。由于毛刷自轉(zhuǎn)，使果蔬毛刷之間不斷滾動，依靠自重與毛刷連續(xù)摩擦，并在噴淋水的沖洗下把把整個外表面都清潔干凈。第二個功能區(qū)為吸濕區(qū)，由4條海綿輥筒組成，每條海綿輥筒下面緊貼配置一條壓水輥。海綿輥筒的自轉(zhuǎn)帶動果蔬滾動，對其外表面進行擦拭，把水分吸干，而吸人海綿輥筒的水分由下方的壓水輥擠出排走。第三個功能區(qū)為噴涂保鮮區(qū)，該區(qū)由15條毛刷輥筒組成。在前3條毛刷輥筒位置配備自動噴霧裝置，進出口設(shè)置軟膠門簾，形成一個半封閉噴霧室，果蔬進入此室后在滾動中被噴上一層保鮮液。果蔬離開噴霧室后表面已涂滿保鮮液，但并不均勻，因此其后還需經(jīng)過12條毛刷輥筒的不斷刷涂拋光，使果蔬表面形成一層厚薄均勻的臘膜，確保達到最佳的保鮮效果。3個功能區(qū)由2條光輥筒分隔，設(shè)置在海綿輥筒的前后，隔開毛刷與海綿輥筒，使果蔬能順利過渡。本機的保鮮液噴霧裝置為新型設(shè)計，是一個自動清潔式保鮮液噴霧裝置?？赏ㄟ^程控實現(xiàn)保鮮液與清潔水自動撤換，對噴頭進行定時清理，避免堵塞噴頭。既能延長噴頭壽命，又能減少保鮮液的消耗量，更節(jié)能環(huán)保。2．3溫控除濕機溫控除濕機連接在清洗保鮮機與分級機之間，作用是確?？焖俑稍锕袒弑砻媾D膜，以利于保鮮效果和后道分級，結(jié)構(gòu)如圖4所示。本機設(shè)計為隧道式溫控氣流連續(xù)干燥形式。輸送帶為鏈條帶動的輥軸式結(jié)構(gòu)，輥軸由兩側(cè)鏈條拖動行進，同時受到托軌摩擦帶的作用，使其不斷滾動。當(dāng)噴涂保鮮液并拋光后的果蔬進入隧道，立即被輥軸帶動前進，在輥軸滾動的作用下形成分排并有規(guī)律的不斷自轉(zhuǎn)。果蔬在輸送自轉(zhuǎn)過程中，其表面充分接受熱氣流的作用，快速帶走水分，達到除濕和固化表面臘膜的目的。本機加熱裝置采用電加熱形式，設(shè)置3組加熱器，自動測溫調(diào)控，保證合適溫度的氣流，使果蔬表面充分而快速的除濕，確保效果良好而不損傷臘膜。2．4排序分行裝置清洗和保鮮處理后的果蔬在進入分選機前，須經(jīng)過排序分行裝置，形成列隊行進才能均勻送入分選果杯，結(jié)構(gòu)如圖5所示。排序分行裝置分為2部分：前部分為鏈條帶動的輥軸輸送提升機構(gòu)，提升角度為25。，輥軸在鏈條的拖動下上行，同時在托軌摩擦帶的作用下滾動使果蔬自轉(zhuǎn)分排均勻提升；后部分為平皮帶分行輸送裝置，設(shè)置導(dǎo)板形成雙通道V型槽結(jié)構(gòu)。果蔬由輥軸提升到高位，經(jīng)過渡槽導(dǎo)人雙通道V型槽，分成2行列隊，在平皮帶的帶動下前進。排序分行的前后部分有一定的差速，使果蔬提升進入分行輸送過程得到提速，拉開果蔬個體之間的間距，確保果蔬均勻列隊，基本定間距依次落入智能分選機的分選果杯。2．5智能分選機果蔬經(jīng)過前面的工序以后，就要進入智能分選機進行分選了。智能分選機是成套設(shè)備的核心機型，其技術(shù)含量高，涉及光機電以及成像、軟件編程等復(fù)雜配置，設(shè)計考慮因素眾多，是本生產(chǎn)線重點研發(fā)的設(shè)備。從效率和實際生產(chǎn)應(yīng)用需求考慮，并且參考國外機型，以一般橙為例，確定該機為雙通道8分選出口，分選速度在20ooo?40ooo個/h的范圍內(nèi)，其相應(yīng)產(chǎn)量在5?10t/h,滿足大多數(shù)大中企業(yè)的生產(chǎn)需要。分選工作流程為：果蔬入料一提升一預(yù)分行一傳輸入果杯定位一果蔬進入攝像區(qū)多次成像一CCD攝像機輸出視頻信號一圖像采集卡進行圖像處理一提取果蔬輪廓及表面特征數(shù)據(jù)一計算機對數(shù)據(jù)信號進行預(yù)運算一計算果蔬面積/輪廓直徑/顏色特征一進行數(shù)據(jù)對比分析判斷一確定果蔬的特征數(shù)據(jù)一與外部設(shè)定比較確定果蔬分選等級一輸出信號到PLC—PLC對果蔬進行堆棧排序，定位跟蹤一發(fā)出果蔬卸果指令一果杯傳送鏈前進一水果到達指定位置，電磁鐵動作果。在計算機視覺系統(tǒng)和分析軟件的設(shè)計過程，重點以柑橘、洋蔥等果蔬為對象，研究計算機視覺分選中果蔬圖像采集和圖像信息處理方法。利用單個異步復(fù)位攝像機實現(xiàn)雙通道果蔬的定位觸發(fā)采集圖像，每幀圖像包含6個果蔬圖像，且每個果蔬被連續(xù)采集3個不同表面的信息?；诠麖酱笮『捅砻骖伾墓邎D像快速處理分選技術(shù)，建立PC機、PLC、攝像機、圖像采集卡和接近開關(guān)等組成的視覺分選自動化系統(tǒng)，編寫分析控制軟件。視覺識別和分析控制系統(tǒng)如圖6所示。要實現(xiàn)果蔬的智能分選，不但要設(shè)計合理的計算機視覺識別和分析控制系統(tǒng)，而且必須設(shè)計理想的分選果杯。針對雙通道分選機型，本設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計了“并聯(lián)式雙果杯”。在該果杯結(jié)構(gòu)中，2承托滾輪之間與翻果桿共同形成腰型凹位，正好承托1個球形果蔬。雙通道的果杯通過軸聯(lián)接形成穩(wěn)固一體式機構(gòu)，在雙鏈條的驅(qū)動下運行、檢測、自轉(zhuǎn)、翻果更平穩(wěn)更可靠。分選果杯綜合定位、承托、輸送、自轉(zhuǎn)和翻果卸料功能于一體。果蔬進入果杯后，無需在成像檢測后再過渡轉(zhuǎn)換至卸料輸送帶，即可連續(xù)自動實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測和按級別卸料等一系列動作。通過一系列的試驗研究，系統(tǒng)軟件完善和整機的設(shè)計，最終確定本機機型為雙通道8分選出口，可設(shè)置進行8級大小分級或4級大小同時每級分選兩種顏色等。設(shè)計機型可同時檢測分選水果大小和顏色等特性，單通道分選速度達到20000個/h,其速度和精確率較高，檢測分選響應(yīng)迅速，而且工作平穩(wěn)。在本機的鏈條下回程處設(shè)置了靈活高效的果杯回程清洗裝置，在回程段對果杯進行徹底的清洗，避免長期運行時導(dǎo)致果杯表面粘附大量的蠟液與灰塵混合污跡，從而確保檢測成像精度與動作響應(yīng)靈敏度。智能分選機采用計算機視覺識別技術(shù)，配合計算機分析控制軟件及高效終端自動執(zhí)行機構(gòu)，按需對果蔬進行形狀、大小、顏色等特性的綜合分選處理。檢測分選速度大30000—40ooo+/h，大小分級精度達±1mm。實際生產(chǎn)檢驗效率約80%。特色和創(chuàng)新之處與國內(nèi)外同類型的機型比較，本設(shè)備具以下特色和創(chuàng)新之處：1）清洗與保鮮處理一體化設(shè)計。果蔬經(jīng)過噴淋毛刷清洗后隨即進入拋水毛刷輥筒段，被擦除表面水分，緊接著進行噴涂保鮮處理。與傳統(tǒng)清洗后經(jīng)過烘干機再進入打蠟機的方式比較，本設(shè)備設(shè)計更緊湊更高效更節(jié)能。2）設(shè)計了自動清潔式保鮮液噴霧裝置。程控實現(xiàn)保鮮液與清潔水的自動撤換，對噴頭進行定時清理，避免噴頭堵塞。既能延長噴頭壽命，又能減少保鮮液的消耗量，更節(jié)能環(huán)保。3）并聯(lián)式雙杯設(shè)計。雙通道的果杯通過軸聯(lián)接形成穩(wěn)固一體式機構(gòu)，在雙鏈條的驅(qū)動下運行、檢測、自轉(zhuǎn)、翻果更平穩(wěn)可靠。4）果杯綜合定位、承托、輸送、自轉(zhuǎn)和翻果卸料功能于一體。果蔬進入果杯后，無需在成像檢測后再過渡轉(zhuǎn)換至卸料輸送帶，即可連續(xù)自動實現(xiàn)動態(tài)檢測和按級別卸料等一系列動作。5）應(yīng)用計算機視覺識別技術(shù)，配合軟件分析系統(tǒng)，按需進行不同種類果蔬的大小、顏色等特性的綜合分選處理。結(jié)語本