基于机器视觉与光谱融合的柑橘品质无损检测分级系统设计与试验

针对柑橘果径、着色率和内部糖度3项关键品质指标,基于双锥滚子式果杯传输线设计了一套柑橘综合品质无损检测分级系统,该系统主要包括喂料部分、机器视觉检测模块、近红外光谱检测模块和分级执行部分.机器视觉检测模块采用单相机拍摄不断翻滚的柑橘视频来获取大量不同姿态的柑橘图像,并进行轮廓提取,以单个柑橘所有帧图像的最小外接圆直径的平均值计算果径,以每一帧图像得到的其二维黄色占比的平均值作为全表面着色率.在近红外光谱检测模块中设计了透射式光路,采集柑橘透射率光谱,并按在线检测时柑橘出现的两种高频姿态建立了混合姿态糖度检测模型,对比不同预处理方法下的建模结果,选取应用效果较优的多元散射校正(MSC)后建立的偏最小二乘法(PLS)模型.在线试验结果表明:果径检测的最大绝对误差为-1.42 mm,着色率检测的最大绝对误差为0.048,糖度检测结果的相关系数为0.817,均方根误差为0.658%.内外品质的联合检测分级按判别树决策方法确定了3种品质的联合分级方式,在分选速度为5个/s时,综合分级的平均准确率可达到91.16%,该检测分级系统整体结构简单,对于类球形水果具有较强的适用性,在产业化应用上有很大的潜力.

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。

动态称重式果品分选机设计与试验

目的:解决中国鲜果人工分选准确率低、效率低、劳动强度大和生产成本高的问题。方法:基于果品质量分类法研制一款新型动态称重式果品分选机,该机具基于高精度称重单元采集的果品质量,然后经信号处理模块和PLC协同对采集的数据进行处理并控制起弹器,根据水果质量实现果品的分级。该机具可连续实现果品(直径≤126 mm)的上料、称重、分选作业。结果:当分选效率分别为18327,14400,10473个/h时,分选准确率平均值分别为95.31%,96.12%,97.13%,损伤率分别为1.09%,1.11%,1.15%;水果分选速度显著影响分选的准确率,对果品损伤率影响不明显。结论:该新型动态称重式果品分选机能够在保持分选准确率>95%的前提下有效提升果品分选的效率且对果品损伤较小。

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。

芽菜加工机械与设备自动化技术的实践应用

由李良主编,中国轻工业出版社出版的《食品机械与设备》一书,系统介绍了食品机械与设备的基本知识、理论以及实用技术。该书共13个章节,可分为3个部分:首先概述了食品机械与设备的历史、现状、分类与发展趋势等内容;其次分章节阐释了输送、清理、分选、粉碎、分离、混合等11种食品机械设备;最后介绍了肉制品、乳制品、果蔬类和谷物类4种典型食品生产线实例。(1)机械与设备自动化技术的应用对芽菜加工产业的影响。目前,在芽菜加工过程中,机械设备的应用贯穿在各个环节(清洗设备、漂烫设备、冷却设备、烘干设备、包装设备等)。该书指出:“全新的具有智能化、自动化功能的食品机械机型将逐步替代传统自动化机械成为未来的主流。这是食品机械企业获得可持续发展的有效途径,也是其进行技术改革的终极目标。”因此,机械与设备自动化技术的应用对芽菜加工产业有着深远的影响。

枸杞烘干箱温度场优化及仿真

目的:提高枸杞干制品品质。方法:采用标准Realizable k-ε湍流模型进行理论分析,利用Fluent软件仿真运算并结合实验验证,探究烘干室换热温度场分布规律,并对换热参数进行优化。以温度均匀性系数以及温度分布云图为评价标准,分析换热板入口流速、换热板流道宽度、换热板流道高度、换热板间距对烘干箱温度场均匀性的影响。结果:对烘干室结构参数进行优化后,温度云图显示出的高温区面积大且比较集中,两端和中间的温度梯度小。优化后的温度标准偏差比优化前降低了0.64%,模拟值与试验值的整体趋势大体相同,其误差值为2.56%。结论:枸杞烘干温度分布均匀性最佳的工艺条件为热水入口流速0.18 m/s,流道高度22 mm,流道宽度35 mm,换热板间距85 mm。

新疆鲜杏雾化熏蒸保鲜设备的改进和应用

该研究以工业雾化装置为基础,通过对雾化熏蒸设备硬件及软件方面的改制及工艺设计,提高了雾化熏蒸效率。结果表明:通过增加3组药箱和熏蒸剂箱,采用高压雾化主机和超微雾化喷头实现了雾化熏蒸选择的多样性和熏蒸剂的自动配比(配比范围1:1~1:200)。采用亚克力熏蒸箱,高压雾化主机的最佳压力是5.0 MPa,最佳工作方式为间歇雾化75 s;在550 m3保鲜库中,高压雾化主机的最佳设定压力是6.5 MPa,装置最佳工作方式为连续雾化7 min,再经熏蒸剂自然沉降3 min,雾化喷头安装方式为“1米一间隔”,雾化熏蒸试材摆放区域距离保鲜库四周墙壁50 cm,摆放高度距离雾化喷头安装位置垂直向下0.5~1.0 m。采用40 mmol/L SA雾化熏蒸处理能有效保持小白杏、赛买提杏贮藏品质。贮藏至第7天时,小白杏的硬度为8.72 N、可溶性固形物为15.9%、可滴定酸含量为0.49%、发病率为0,分别是对照组的1.66、1.10、1.58倍;赛买提杏的硬度为9.01 N、可溶性固形物为13.5%、可滴定酸含量为0.67%、发病率为0,分别是对照组的1.57、1.69、1.60倍。该研究旨在为雾化熏蒸技术在鲜杏贮藏保鲜中的应用提供技术支撑。

流体/半流体物料连续流射频加热辅助装置设计与试验

针对流体/半流体物料在流动状态下开展射频杀菌、钝酶、提取时加热不均匀的问题,该研究设计了一套适用于英国Strayfield SO6B型射频加热系统的流体/半流体物料连续流辅助装置。该装置主要由蠕动泵、电动机、料槽和控制系统等组成,料槽内部装有一组剪切折叠满面式螺旋桨实现对物料的混合搅拌。选取生牛乳、羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose,CMC)溶液以及苹果渣-柠檬酸混合溶液(PS)3种物料分别进行射频处理,结果显示,相同条件下3种物料的升温速率从大到小依次为生牛乳、CMC溶液、PS,且在20 min内所有物料即可达到目标温度,证实该装置可以辅助不同特性流体/半流体物料实现射频连续均匀加热。与无螺旋搅拌相比,在物料静止状态,螺旋搅拌可以改善射频加热均匀性,其中CMC溶液改善最为明显,其射频加热均匀性指数由0.139降为0.068;在物料流动状态,螺旋搅拌可以改善CMC溶液与果渣粒径为5 mm的苹果渣-柠檬酸混合溶液(PS5)的加热均匀性,CMC溶液和果渣粒径PS5的最大温差分别下降了13.4和11.4℃,但在低速搅拌时固液混合物料易因颗粒漂浮而降低加热均匀性。整体来看,该装置可以实现流体/半流体物料的射频连续均匀化处理,可为该类物料的射频连续化加热及工业化处理提供技术与理论支持。

筛辊间隙可调的螺旋挤压式油茶果脱壳机设计与研究

为改进油茶果脱壳机性能,提高脱净率、降低破籽率,基于油茶果的生物特性和常见脱壳机工作原理及结构特点,采用挤压、揉搓原理,提出一种螺旋挤压式脱壳间隙可调的高效低损脱壳方式,并通过EDEM构建油茶脱壳仿真模型,对脱壳过程进行可行性分析。选取脱壳辊筒转速、筛辊间隙、含水率3个因素,以脱净率和破籽率的综合加权评分为指标进行正交优化试验。研究结果表明:对综合指标影响的显著顺序为辊筒转速、含水率、筛辊间隙,优化后的辊筒转速350 r/min、筛辊间隙30 mm、含水率55%,此条件下进行8次验证试验,脱净率为97.19%,破籽率为2.85%,处理量可达到2 t/h。研究结果为油茶果脱壳加工提供参考。

榛子高效破壳机的研制

目的:解决榛子机械脱壳效率低和碎仁率高等问题。方法:设计通过压簧实现自动调节间隙的立锥式破壳机,破壳机关键结构由立锥式内辊筒、板条筛式外辊筒、压簧装置3个核心部件组成,分析榛子在破壳机脱壳腔内的受力状况。结果:立锥式榛子破壳机的主要参数为匀料锥锥度30°,内辊筒母线倾角75°,半锥角15°,表面凹槽为螺旋纹,凹槽深度3 mm;外辊筒母线倾斜角73°,半锥角17°;压簧设计自由行程230 mm,中径160 mm,线径24 mm,有效圈数6,总圈数8,内辊筒有效转速范围为229.2~881.5 r/min。结论:该设计通过喂入量自动调节立锥式破壳机压缩量,调整破壳间隙,可适应不同榛子的果形尺寸,使榛子脱壳效率和整仁率得以提高。

新型鲜桃切分去核机设计与分析

[目的]解决鲜桃切片去核生产自动化的技术难题。[方法]设计新型鲜桃切分去核机,利用数学分析法对切片去核刀具进行简化和运动分析,得出该机构的运动特性方程和曲线图;利用SolidWorks Motion软件对切片去核刀具机构进行运动仿真分析,得出该机构的运动特性曲线图,验证数学分析的正确性,同时也验证切片去核刀具设计的合理性。[结果]该机利用PLC控制,包括鲜桃输送链上料、鲜桃定位、切片刀具运动等,通过现场试验结果分析,鲜桃切片去核机平均切分率达到99.39%,平均去核率达到99.15%,平均破坏率低于0.12%。[结论]该新型鲜桃切分去核机能够实现鲜桃的自动定位、切分、去核等。

超声微波协同提升贡柑片热风干燥效率的研究

借助动力学、热力学等方法,研究不同热风干燥温度下贡柑片在干燥过程中的干燥规律、动力学模型、水分迁移、热力学参数等,解析超声微波协同预处理对热风干燥贡柑片干燥效率的影响。结果表明:贡柑片的干燥过程遵循Two term exponential模型,干燥速率与干燥温度有关,且当干燥温度为80℃时,干燥速率最快;超声微波协同预处理可有效缩短贡柑片的干燥时间(缩短了0.5~1.5 h),并显著降低其水分扩散的活化能(降低了1.620 kJ/mol);同一热风干燥温度下,超声微波协同预处理组的ΔH^(≠)、ΔS^(≠)和ΔG^(≠)均低于对照组;超声微波协同预处理可提高贡柑片的水分扩散有效系数(4.333×10^(-7)~8.967×10^(-7)),使其表面形成更多孔道。因此,超声微波协同预处理可有效提高贡柑片的热风干燥效率。

基于深度学习的冬枣智能分选技术与装备研究

针对冬枣分选难、分选精度低等问题,设计一种基于深度学习的冬枣智能分选机,搭建卷积神经网络模型,对冬枣准确地识别分类;冬枣360°滚动至图像采集区域,采用颜色空间变换、二值处理、图像分割等方法提取冬枣目标,消除背景对检测效率的影响;由Arduino控制8路继电器通断完成冬枣的分选。试验结果表明,搭建的冬枣缺陷检测模型平均判别准确率达98.12%,其中畸形果的判别准确率100%、病果99.6%、优质果98.8%、裂果97.8%,每组平均测试时间149.32 ms;当传送速度为0.5 m/s时,检测准确率达98.01%。研究对冬枣分选工作有重要意义。

新型复合式蔬菜自动清洗设备的设计

为适应不同类型的蔬菜,提高清洗工作的质量,设计一款家用或小型餐厅使用的新型复合式蔬菜自动化清洗设备。通过对市场的调研,在现有解决方案的基础上进行创新优化设计。完成了“流水线式单腔多模”式创新结构的设计方案。设备整体采用流水线式布置,方便结构布置,使清洗工作有序进行。清洗腔将多种功能集成化,不同类型的蔬菜均在单个多功能清洗腔完成清洗工作,使设备体积有效减小。控制器根据蔬菜的类别自动调节清洗执行模块的参数,采取不同的清洗策略,满足了智能化的要求。设备左右两侧均布置蔬菜暂存点,通过合理的清洗工作调度,极大程度提高清洗效率,避免过度依赖人工操作。蔬菜在不同工位之间的移动主要靠电机和推杆配合完成。清洗完成后,将蔬菜沥干并送回起点完成工作。经过分析、验证与优化,该方案设计完整,结构布置合理,符合运行要求,可使设备轻松完成清洗工作。

基于山楂去核机扶正机构的自适应控制方法

山楂去核机是当前中国给山楂及其他水果去核的重要设备。针对山楂去核机扶正机构中由于山楂随机形态导致无法扶正的问题,提出了一种自适应控制方法,采用PID山楂进口矫正、孔径自适应控制、孔径协调及检测反馈4个步骤编制了相应的控制程序,并应用于山楂去核机扶正机构。结果表明,该控制方法较好地达到了最优扶正效果,具有良好的适用性,对类似的物料随机性过强的产品设计与控制具有一定的借鉴归纳意义。

‘皇冠’梨断柄去袋装置设计与试验

针对‘皇冠’梨采摘后人工剪柄、去袋劳动强度大等问题,设计了1种‘皇冠’梨断柄去袋装置。通过Matlab软件拟合出了纸袋撕裂曲线并计算出了撕袋机械手撕袋运动路径;为优化装置结构参数,设计了3因素Box-Behnken试验,利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,建立了显著参数的回归模型,获得了‘皇冠’梨断柄去袋装置的最优结构参数:切割间隙为0.89 mm,定位板“V”形定位口角度为36.5°,旋转平台转速为7.8 r/min。此组合下断柄率为90.15%,纸袋撕口平均宽度为50.63 mm,研究结果可为‘皇冠’梨断柄去袋装置设计与改进提供理论基础。

基于光谱的橘小实蝇侵染柑橘检测系统设计

为实现可见/近红外光谱对橘小实蝇侵染柑橘的准确检测。针对侵染位置的未知问题,设计一套橘小实蝇侵染柑橘多光路无损检测分级系统。采集四个检测光路的半透射光谱信息,利用偏最小二乘判别法建立并比较单一检测光路和混合四个检测光路的分类模型。结果显示,混合所有检测光路的模型取得较优的分类结果。利用竞争性自适应重加权采样法筛选的47个特征波长变量建模,四个检测光路中分类效果最佳地预测集的准确率和特异性分别达到93.5%和95.2%。利用四个检测光路的柑橘样本建立的PLS-DA混合分类模型,结合CARS算法进行有效特征波长变量筛选,可提高橘小实蝇侵染柑橘分类模型的精度,实现橘小实蝇侵染柑橘的准确分类。研究结果可为在线检测橘小实蝇侵染柑橘提供参考。

西班牙:清洗设备助力柑桔加工厂节水

Fontestad是一家处理和分销柑桔的西班牙家族企业,通过实施AgroFresh Control-Tec Eco设备,实现了超过70%的年度节水。该技术有助于在西班牙持续干旱期间利用有限的水资源,使Fontestad能够大幅减少水果清洗过程中的用水量,展示了其对环境管理和资源效率的贡献。公司的技术经理强调了该设备对节水的重大影响,这种清洗设备每年节约超过70%的用水消耗。

机械连冲式红枣去核设备的设计及研究

研究设计了一种高效、适应性强且能有效解决红枣去核过程中粘枣核问题的机械连冲式红枣去核设备。经样机检测,该设备对于枣去核的合格率达到96%,噪声也较小,能够满足预期要求且运行良好。

一种挤压式核桃破壳机的设计与试验

针对现有核桃破壳机核仁破损率高、半仁率低的问题,通过核桃的挤压试验、整机结构设计和计算,设计了一种挤压式核桃破壳机,并对样机进行了破壳试验。试验结果表明:设计的破壳机有效提高了破壳质量,半仁率达到85.46%,对于促进核桃产业发展具有重要意义。