基于线结构光扫描的烟支表面缺陷检测方法研究

在烟支表面缺陷检测时,为解决传统二维图像方法无法获得深度信息的问题,提出一种基于线结构光传感器旋转扫描的检测方法。烟支在两同向辊轮的旋转带动下实现自转,通过线结构光视觉传感器获取物体轴向轮廓线,使用随机采样一致性拟合轮廓线,通过计算原始点到拟合轮廓的距离判断缺陷点。选取某品牌烟支在检测过程中得到的原始数据,其中多组样本的Kappa值均达到0.97,重复性达到99.3%。研究为烟支缺陷检测提供参考。

基于TRIZ理论的多工位柔性压曲机设计

针对压曲机单点单次压制曲块质量不稳定、提浆效果差等问题,采用TRIZ理论对压曲机进行总体方案创新设计。利用分割、多维化原理设计多工位压曲装置,包括落料、预压整形、3次捶打和脱模输出等6个工位,平均产量为500块/h。采用复制、动态化、改变参数、近似化原理设计锤头装置,每个模盒均对应包含8个可独立捶打的柔性锤头装置,实现24次/周期的多点、多频次柔性捶打。运用SolidWorks进行设备虚拟建模,通过样机验证方案。试验结果表明,设备压制的曲块含水率约为12%,曲块表面提浆效果面积比约为82%,曲皮厚度约为0.96 cm,曲块中间松、四周紧,断面整洁。研究为压曲机的创新设计提供新的思路。

草莓悬挂输送无损分级系统的设计与试验

为解决目前鲜食草莓人工分级效率低,自动化分级易损伤的问题,设计一套草莓悬挂输送无损分级系统。在要求草莓留梗采摘的基础上,设计果梗夹持机构;根据分级功能需求,设计转移上料机构、双链循环输送机构、缓存下料机构,以实现草莓的无损输送。再配合内、外观品质检测模块,即可实现草莓品质分级。以直径30~50 mm,质量20~50 g的草莓为研究对象,根据内、外品质检测结果,将其划分为7个等级,并分别下料包装。草莓外部品质检测采用机器视觉,提取草莓大小、颜色、形状等外观信息;内部品质检测采用近红外光谱,检测可溶性固形物含量;根据分级结果,将其分别输送至对应下料机构进行下料包装。研究为草莓类柔嫩果皮果实的无损分级装备开发提供新的解决方案。

果蔬隧道式气流冲击干燥流场模拟及其设备结构优化

为解决隧道式气流冲击干燥设备中风速流场不均匀的问题,利用计算流体动力学对气流冲击干燥过程的流场进行模拟分析,提出2种改进方案,并且每种方案选择9组模型,通过对比分析每组模型的速度均匀性和流场分布情况,以速度不均匀性为指标,得到结构参数为高度H=630 mm、半径R=60 mm圆柱扰流装置,并在此基础上,进行气流分配口大小调整,将上层和下层气流分配口调整为25 mm,中层气流分配口调整为20 mm的模型为最优结构。最优结构气流分配口速度不均匀系数减小到20.4%,物料层截面速度不均匀系数减小到16.89%,极大地改善气流冲击干燥的均匀性。对改进的模型进行试验验证,模拟值与试验测量值的相对误差均在11%以内。研究为相关干燥设备的结构优化提供参考。

哈密瓜物流堆码运输包装件共振传递特性研究

为优化设计缓冲包装件,以及减缓运输过程中由共振引起的哈密瓜贮藏品质下降,采用哈密瓜及其包装瓦楞纸箱作为研究对象,设置5层堆码高度,进行模拟运输变频振动试验,结合频谱分析加汉宁窗函数测定各堆码包装件的固有频率,随后进行模拟运输定频振动试验。结果表明,加汉宁窗函数有效提高了频谱分析精度,获得5层包装件的固有频率分别为9.88,54.75,10.06,10.31,10.42 Hz;10 Hz定频振动下,5层包装件的峰值加速度分别为5.99,3.18,6.37,6.56,6.81 g,振动传递率分别为53.61%,28.52%,57.07%,58.76%,61.02%;54.75 Hz定频振动下,5层包装件的峰值加速度分别为1.29,6.34,0.99,0.87,0.23 g,振动传递率分别为8.38%,45.04%,6.47%,6.04%,0.75%。研究为其他包装件寻求更精确的共振频率,从而为运输过程中有效避开共振频率,达到内装果品减损目的提供参考。

基于食品冻结曲线的小龙虾液氮速冻装备设计与试验

针对液氮速冻产品冻裂率高、液氮损耗量大的问题,基于食品冻结曲线,设计三腔体液氮速冻设备,包括预冷腔(4.2 m,-70℃)、结晶腔(5.8 m,-100℃)和深冷腔(5.0 m,-120℃)。相较于单腔体液氮速冻设备(15.0 m,-100℃),三腔体液氮速冻设备使预包装调理小龙虾的冻结时间缩短10.0%,冻裂率降低40.4%,液氮节约15.0%;质构(硬性、弹性、内聚性、回复性、咀嚼性)和色泽(L*,b*)显著改善,挥发性盐基氮显著降低,水分、盐溶性蛋白和感官(色泽和质地)品质显著提高。研究为液氮速冻技术和装备的改进提供参考和借鉴。

近红外光谱及成像在果品无损检测中的应用

近红外光谱及成像技术作为新兴传感无损检测技术,具有绿色、无污染、非破坏性等优势,为果品品质领域的快速、无损检测提供新的方法和手段。文章综述近红外光谱及成像技术在果品品质检测中的研究进展,介绍近红外光谱和成像技术的基本原理,分析近红外光谱技术在果品品质检测中的化学组成、成熟度评估和小型化设备开发的应用现状,探析近红外光谱成像技术在果品外观和质量、病虫害诊断中的应用现状,阐述其在果品组分分布和缺陷识别等方面的技术优势。同时,探讨近红外光谱及成像技术与人工智能、物联网结合应用的巨大潜力,以及对提高果品检测效率、精度和改善供应链智能管控等方面的应用前景做出展望,以期为果品无损检测的应用研究提供参考。

基于视觉的草莓品质特征提取与评价模型

为提高草莓分选效率、增加草莓品质评价方法的数据区分度,提出一种基于视觉的草莓品质评价模型。以行业标准的草莓品质传统评价方法为基础,通过图像处理方法提取草莓颜色、尺寸和形状,从而对草莓的成熟度、缺陷、质量和形状特征进行量化,实现对草莓的等级评价和规格评价。进一步采用熵权法,引入权重因子,建立草莓品质综合评价模型,实现对草莓品质的自动分级。设计草莓品质分选装置,验证该模型的有效性。测试结果表明,草莓等级和规格自动分级准确率分别达96.7%和98.4%,品质综合分级准确率达到96.3%,草莓分选成功率达到95.3%,每幅草莓图像品质分级平均耗时37 ms,每颗草莓分选平均耗时0.87 s。研究为基于机械手的草莓自动分选提供参考。

高精度液体注配料控制方法研究

为提高香精研发过程中配方试制精度,保证配方生产一致性,提出一种液体注配料控制方法。设计撞针行程可调节注料阀,通过常开和单点双模式注料以适应配料质量要求。常开模式采用顺馈+模糊PID控制;单点质量模式依据供给压力和撞针行程对单点质量的影响,建立单点质量控制模型。并分别进行仿真验证及模型优化。试验结果表明,当撞针行程和供给压力分别为0.1 mm和0.3 MPa时,单点质量为1.8 mg,配方试制过程中,常开控制偏差在5%以内,注料整体偏差在0.2%以内,重复精度<0.2%,满足实验室配方试制研发需求。研究对保证液体注配料精度具有重要意义。

响应面法优化羊肚菌菌丝体发酵培养基及培养条件

为得到更多羊肚菌菌丝体,优化羊肚菌菌丝体发酵培养基及培养条件。采用单因素和响应面优化方法对羊肚菌菌丝体液体发酵培养基成分及培养条件进行优化研究。结果表明,通过单因素试验,最佳碳源选取蔗糖20 g/L;最佳氮源选取酵母膏25 g/L;最佳无机盐选取KH2PO42.0 g/L;最佳pH值7,温度28℃。通过响应面优化试验,在蔗糖25 g/L、酵母膏15 g/L、KH2PO42.5 g/L、温度24℃时,菌丝体干重达17.71 g/L,比原有培养基培养的菌丝体干重提升22%。研究为羊肚菌液体高效生产菌丝体,开发羊肚菌发酵类产品奠定基础。

序言

中国机械工程学会包装与食品工程分会(简称“分会”)于1989年成立,挂靠单位为中国农业机械化科学研究院集团有限公司。分会是中国机械工程学会直属的专业学术组织,是从事包装和食品工程专业科研、设计、制造、应用、教学等科学技术工作者的学术性群众团体。主要任务是开展国内外学术交流、编辑出版、教育培训、标准制修订、技术咨询、会员服务等。分会连续多年被评为“中国机械工程学会先进分会”,是国际食品工程协会中国代表。

抓斗式散粮卸料过程逸尘机理探究

为探究抓斗卸料过程中的逸尘机理,解决当前港口物料转运过程中存在粉尘外逸严重的难题,搭建抓斗卸料逸出气流在线测试实验平台。采用试验与数值计算相结合的方式,以典型主粮散体颗粒为卸料对象,基于气固两相流理论,探究卸料高度和卸料质量流量对料斗内逸出气流速度的影响映射耦合关系,结合粉尘颗粒逸出过程的运动特性和规律推导出粉尘逸出的临界粒径。结果表明:逸出气流速度峰值与卸料高度成正相关,同一卸料高度下,逸出气流峰值与质量流量成幂函数关系;基于粉体颗粒受力,推导出粉尘颗粒逸出的临界粒径计算公式,并验证公式的计算误差在11%以内;大豆、玉米和小麦卸料时,粉尘颗粒逸出的临界粒径范围分别为160.9~292.5,182.6~359.6,95.1~196.1μm。研究为抓斗式散粮卸料过程中的粉尘控制和抑尘装置设计提供理论支撑。

新型连杆式双料分装供送机构的设计及应用

为实现双物料缓急有度地输出并分装入容器,提出一种新型连杆式供送机构。由1个能生成对称、自切且带有鲍尔点的特殊连杆曲线的四连杆机构,驱动2个阀门推杆执行带停歇的直线往复运动,以控制2个阀门交替开启和闭合。四连杆机构中曲柄、连杆、摇杆及机架杆的杆长比为1:1.8371:1.8371:2,连接杆与连杆等长,夹角为109.47°。分装过程的仿真结果表明:锥形阀门在开启/闭合阶段,其运动位置对出料区域的控制可使落料量变化平稳;在1个运动周期内完成双物料的分装,提高装料的效率。研究为包装机械中的其他推送装置的设计提供新思路。

Ag/TiO_(2)/Ag_(3)PO_(4)-LNCF/淀粉复合膜的制备与保鲜性能研究

为改善果蔬保鲜中的微生物侵染和乙烯催熟问题,采用原位沉淀和辐照法合成Ag/TiO_(2)/Ag_(3)PO_(4)(ATAP)三元异质结光催化剂,利用流延法制备ATAP-木质纳米纤维素(LCNF)/淀粉复合膜。探究ATAP负载条件、光催化剂类型对乙烯的吸附、分解性能,以及抑菌效果的影响。利用SEM观察复合薄膜的微观形貌,评估不同光催化薄膜对南瓜的保鲜效果。结果表明,适宜的ATAP掺杂量能使光催化剂均匀分散在淀粉膜基质中,从而提升其光催化性能;当ATAP外掺杂量为3%、内掺杂量为2%时,复合膜具有最佳的乙烯分解性能和抑菌效果,其分解率为7.73%,抑菌圈直径为11.46 mm。复合膜具有较好的南瓜保鲜作用,保鲜7 d后的南瓜表面与内部的霉菌覆盖面积显著降低,失重率减小至28.27%;复合膜对金黄色葡萄球菌和霉菌均具有显著的抑制效果,其菌落总数、金黄色葡萄球菌数和霉菌数分别为5.55×10~4,4.95×10~4,3.00×10~4 CFU/g,均优于其他材料及对照组。研究为果蔬保鲜新材料的开发提供理论参考。

多材料食品3D打印设备的工艺参数试验研究

为研制一种圆柱坐标式多材料食品3D打印设备,对其挤出、成型及多材料等工艺参数进行试验研究。以马铃薯泥混合材料为打印原材料,利用搭建的样机进行工艺参数试验。结果表明:打印喷嘴高度在1.1~1.6 mm,喷嘴直径大于0.8 mm,挤出速度与打印速度相匹配,具有良好的挤出特性;打印速度对产品成型尺寸偏差的影响最大,单层层厚对产品表面质量及成型效率的影响最大;快速、均衡及高精3种工况下,多材料的最佳回抽时间分别为12.5,14.5,15.0 s。研究为确定及优化圆柱坐标式多材料食品3D打印设备的工艺参数提供指导。

基于点云聚类分析的烟支表面三维缺陷检测

针对褶皱、布带纹等烟支表面缺陷在识别中无法量化、主观性强的问题,提出一种基于点云聚类分析的烟支表面缺陷检测方法。采用线结构光扫描采集烟支表面点云数据,利用自适应参数的密度聚类分析方法将缺陷点进行聚类;通过聚类思想将缺陷点云分为不同点簇,计算出聚类后的点簇尺寸,为标准化缺陷的尺寸评估提供可量化的缺陷度量。采集1200支烟支样本的点云数据进行缺陷检测试验,结果表明,所提方法对烟支表面缺陷检测的准确率为98.25%。研究可为烟支表面缺陷检测提供参考。

新型底推式双烟包包装工艺及机构设计

为适应市场对香烟包装风格多样性的需求、满足烟支保润保香的要求,设计一种新型的双烟包底推盒型包装工艺及自动化包装机构。通过双内盒并一盒的单包包装形式,实现双包包装后的硬盒无翻盖包装,自动化包装机构主要由烟包夹持机构、外半圆架、内半圆架、外折叠环、内折叠环、连杆等部件组成,实现双内盒并包后自动包裹外盒商标纸等动作。以某品牌香烟为对象进行测试,结果表明,设备运行稳定,包装速度为200包/分钟,包装合格率为99.5%,实现设计目标。研究为卷烟包装的全自动生产提供参考。

基于EDEM的茶叶平面圆筛机仿真模拟与参数优化

为解决茶叶的筛分精加工机械设备技术落后的问题,采用EDEM对茶叶平面圆筛机的筛分过程进行仿真模拟分析,以筛分效率和误筛率为评估指标,设计单因素试验验证仿真结果。采用筛分效率和误筛率为性能指标,设计正交试验得出其主要技术参数的回归方程,并利用MATLAB软件对筛网水平倾角、曲柄曲距和筛床转速等主要技术参数进行优化,最佳参数组合为筛网水平倾角5.9°,曲柄曲距37 mm,筛床转速195 r/min。试验结果表明:在最佳参数组合下,平面圆筛机的实际筛分效率和误筛率与仿真结果误差分别为1.89%和1.83%,说明仿真参数的可靠性。研究为提高茶叶平面圆筛机的筛分性能提供参考。

全降解纤维素食品包装的制备及保鲜性能研究

为探究纤维素在食品保鲜中的应用,通过[Emim]EDP离子液体实现纤维素均相改性,制备得到不同季铵化程度的纤维素膜,考察其抗菌、耐水、阻气、力学性能以及对草莓的保鲜效果。结果表明,当季铵化程度为0.8时,得到的纤维素膜具有优异的广谱抗菌、耐水和阻气性能,以及最佳的力学性能,抗拉强度和拉伸率分别为6.99 MPa和122%。QCL0.8膜包装的草莓分别比无包装、PE包装的草莓延长3,6 d货架期,可以在土壤中经23 d完全降解。研究为替代不可降解的石化塑料包装材料提供新的选择。

带壳板栗含水率的可见/近红外与中短波近红外光谱检测对比研究

为实现带壳板栗含水率的无损快速检测与评价,利用可见/近红外和中短波近红外光谱技术进行定量预测方法探索与对比研究。应用不同光谱预处理方法在波段Ⅰ和波段Ⅱ建立全光谱PLSR模型,结果显示,标准正态变量变换预处理的波段Ⅰ模型及归一化预处理的波段Ⅱ模型为优选,预测集相关系数分别达0.882和0.856,预测均方根误差为1.389%和1.665%。进一步对优选预处理光谱应用iPLSR,BiPLSR和SiPLSR建模预测并对比,研究结果表明,波段Ⅰ总体优于波段Ⅱ,且iPLSR模型的预测效果最优,Rp和RMSEP分别可达0.910及1.180%,明确了近红外光谱检测带壳板栗含水率的优选波段、预处理及建模方法。研究为后续板栗含水率高通量在线快检提供技术与方法支撑。