CN110987826B - 一种肉类品质检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种肉类品质检测装置，包括箱体，箱体内放置有视觉平台，视觉平台的顶端固定有万向支架，万向支架由下而上依次设置有光源固定架、光源保持架、相机调节架和相机固定架，光源固定架的两端分别轴接有光源支撑臂，光源支撑臂远离光源固定架的一端轴接有另一个完全相同的光源支撑臂，靠近光源保持架的光源支撑臂轴接在光源保持架的端部，光源保持架上夹持有环形光源，相机调节架上夹持有相机，相机调节架与相机固定架间隙配合，箱体的侧壁上设有调节斜齿，调节斜齿上活动连接有光纤调节轴，光纤调节轴垂直于万向支架，箱体的箱盖上嵌设有工控机，工控机与相机通过千兆网线连接，工控机与可见/近红外光谱仪电性连接。
Description
技术领域
本发明涉及肉类品质智能化检测领域，特别是涉及一种肉类品质检测装置。
背景技术
中国是全球猪肉生产和消费大国。在现代肉及肉制品加工中，冷冻肉是许多食品企业的原材料，调节肉食品市场的重要产品。肉类在低温条件下冷冻，可以为肉品有效的延长货架期，对于异地运输、进出口贸易、国家战略储备等起着极其重要的作用，冷冻肉的传统理化检测方法虽然准确度高，但操作复杂、检测耗时，无法快速反馈冷冻肉品质信息，因此研究冷冻肉品质的实时预警***对保障肉类品质安全具有重要的意义。目前肉类新鲜度的判断主要从三个方面开展：感官性状、腐败分解产物的特性及含量、细菌总数。感官性状从猪肉的肉色、气味、纹理等指标进行判别；腐败分解产物的检测指标主要有酸价、过氧化值、挥发性盐基氮、丙二醛含量、蛋白质羰基含量等；细菌数量可以采用平板计数法测得肉制品中的菌落总数。但感官性状的评定易受感官评定人员的主观因素以及评定时的周围环境影响。腐败分解产物的特性及含量、细菌总数的测定需要大量的化学实验，检测过程繁琐、时间长，具有滞后性、破坏样本等不足之处。近红外光谱检测技术的主要优点有：(1)光谱仪操作简单，检测成本低，无需化学试剂；(2)对待检测样本几乎没有破坏，检测前样本一般也不需要预处理；(3)检测速度快、容易实现在线监测；(4)可以同时检测样本的多个指标。计算机视觉技术是依靠相机、图像卡获取图像，计算机及相关处理方法提取图像特征，从而模拟肉眼获得事物的相关特性及信息，主要优点有：(1)无损检测；(2)检测速度快，自动化程度高；(3)检测精度高。近红外光谱技术和计算机视觉检测技术因其诸多优点已在食品领域进行了广泛应用。研究表明，采用光谱和计算机视觉技术检测肉类的新鲜度准确率较高，具有可行性，但是目前大多研究是基于冷鲜肉的品质检测，对于冷冻肉的研究较少，尤其是用于检测的预警***开发较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种肉类品质检测装置，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种肉类品质检测装置，包括箱体，所述箱体内放置有视觉平台，所述视觉平台的顶端固定有万向支架，所述万向支架由下而上依次设置有光源固定架、光源保持架、相机调节架和相机固定架，所述光源固定架的两端分别轴接有光源支撑臂，所述光源支撑臂远离光源固定架的一端轴接有另一个完全相同的光源支撑臂，靠近光源保持架的所述光源支撑臂轴接在光源保持架的端部，所述光源保持架上夹持有环形光源，所述相机调节架上夹持有相机，所述相机与环形光源上下对应设置，所述相机调节架与相机固定架间隙配合，所述箱体的侧壁上设有调节斜齿，所述调节斜齿上活动连接有光纤调节轴，所述光纤调节轴垂直于万向支架，所述光纤调节轴固接有光纤固定头，所述光纤固定头上设有光纤，所述箱体的侧壁上固定有固定架和固定扣，所述固定架与固定扣上下对应设置，所述固定扣与调节斜齿上下对应设置，所述固定扣上可拆卸连接有可见/近红外光谱仪，所述固定架上可拆卸连接有卤钨光源，所述箱体的箱盖上嵌设有工控机，所述工控机与相机通过千兆网线连接，所述工控机与可见/近红外光谱仪电性连接。
优选的，所述光源固定架包括第一固定块，所述第一固定块中心开设有连接孔，所述第一固定块通过连接孔与套接在万向支架上并通过第一固定块后方螺栓固定，所述第一固定块的侧壁上固定有两根第一长轴，所述第一长轴与第一固定块间隙配合并通过第一固定块左侧螺栓固定。
优选的，靠近光源固定架一端的所述光源支撑臂通过螺栓固定在第一固定块的侧壁上。
优选的，所述光源保持架包括相互轴接的两个夹持片，所述环形光源夹持在两个夹持片之间，所述夹持片上胶接有第一垫片，两个夹持片之间***有第一螺杆，所述第一螺杆远离夹持片的一端螺纹连接有第一调节旋钮，靠近光源保持架的所述光源支撑臂轴接在夹持片的侧壁上。
优选的，所述相机固定架包括相互垂直固定的第二固定块和第三固定块，所述第三固定块上开设有连接孔，所述第三固定块通过连接孔与万向支架间隙配合并通过螺栓固定，所述第二固定块与第三固定块的连接处设有斜齿，所述斜齿上啮合有第二螺杆，所述第二螺杆的一端伸出第二固定块固定有第三调节旋钮。
优选的，所述相机调节架包括第四固定块，所述第四固定块上开设有开口，所述第四固定块的开口上固定有调节螺柱和两个固定轴，所述调节螺柱在两个固定轴之间，所述调节螺柱的一端伸出第四固定块轴接有第二调节旋钮，所述调节螺柱两端开设有反向螺纹，所述调节螺柱中部为光滑轴，所述调节螺柱上设有两个对称设置的夹板，所述夹板与调节螺柱的螺纹段啮合，所述夹板与固定轴间隙配合，所述夹板上胶接有第二垫片，所述相机夹持在两个夹板之间，所述第四固定块与其开口相对的侧壁上固定有第二长轴，所述第二长轴与第三固定块间隙配合。
优选的，所述箱体底端轴接有车轮，所述箱体的箱盖上设有把手。
优选的，所述视觉平台的顶面上覆有黑色涂层。
本发明公开了以下技术效果：本发明的各个器件内部连接合理有效、仪器性能正常，装配各组件时，相机镜头和环形光源应在Z向上同轴，Y型光纤在保证正常工作的同时使其运动路径不会干涉图像采集装置，通过本发明设计的光源固定架、光源调节架，相机固定架、相机调节架，光谱仪固定架等机械装置，得到耦合各仪器的整套光谱视觉融合检测设备，光谱视觉融合检测***设备，整体被箱体封装，在设计的过程中，合理布置各模块的位置，使其便于拆卸和调整等，也可实时监控样品品质信息，使得该装置能够对冷鲜肉和冷冻肉的腐败程度进行检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明肉类品质检测装置的结构示意图；
图2为本发明光源固定架的结构示意图；
图3为本发明光源支撑臂的结构示意图；
图4为本发明光源调节架的结构示意图；
图5为本发明相机固定架的剖面图；
图6为本发明相机调节架的结构示意图；
图7为本发明固定有光纤调节轴的箱体侧壁的结构示意图；
图8为本发明箱体的主视图；
其中，1为箱体，2为视觉平台，3为万向支架，4为光源固定架，4.1为第一固定块，4.2为第一长轴，5为光源保持架，5.1为夹持片，5.2为第一垫片，5.3为第一螺杆，5.4为第一调节旋钮，6为相机调节架，6.1为第四固定块，6.2为调节螺柱，6.3为固定轴，6.4为第二调节旋钮，6.5为夹板，6.6为第二垫片，6.7为第二长轴，7为相机固定架，7.1为第二固定块，7.2为第三固定块，7.3为斜齿，7.4为第二螺杆，7.5为第三调节旋钮，8为光源支撑臂，9为环形光源，10为相机，11为调节斜齿，12为光纤调节轴，13为光纤固定头，14为光纤，15为固定架，16为固定扣，17为卤钨光源，18为可见/近红外光谱仪，19为工控机，20为车轮，21为把手。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1-8，本发明公开了一种肉类品质检测装置，包括箱体1，所述箱体1内放置有视觉平台2，所述视觉平台2的顶端固定有万向支架3，所述万向支架3由下而上依次设置有光源固定架4、光源保持架5、相机调节架6和相机固定架7，所述光源固定架4的两端分别轴接有光源支撑臂8，所述光源支撑臂8远离光源固定架4的一端轴接有另一个完全相同的光源支撑臂8，靠近光源保持架5的所述光源支撑臂8轴接在光源保持架5的端部，所述光源保持架5上夹持有环形光源9，所述相机调节架6上夹持有相机10，所述相机10与环形光源9上下对应设置，所述相机调节架6与相机固定架7间隙配合，所述箱体1的侧壁上设有调节斜齿11，所述调节斜齿11上活动连接有光纤调节轴12，所述光纤调节轴12垂直于万向支架3，所述光纤调节轴12固接有光纤固定头13，所述光纤固定头13上设有光纤14，所述箱体1的侧壁上固定有固定架15和固定扣16，所述固定架15与固定扣16上下对应设置，所述固定扣16与调节斜齿11上下对应设置，所述固定扣16上可拆卸连接有可见/近红外光谱仪18，所述固定架15上可拆卸连接有卤钨光源17，所述箱体1的箱盖上嵌设有工控机19，所述工控机19与相机10通过千兆网线连接，所述工控机19与可见/近红外光谱仪18电性连接，工控机19为触控屏的win7***的电脑，目前相机10和工控机19是通过千兆网线连接，可见/近红外光谱仪18和工控机19通过USB连接，工控机19为嵌入式一体化设计、128GSSD、8G快速读写、带万兆网口、无线WIFI传输、3个独立供电USB3.0接口、2个RS232接口、2个HDMI接口、IP67三防标准、17英寸电容触控屏可集成光谱仪与成像传感器的采集软件。
进一步优化方案，所述光源固定架4包括第一固定块4.1，所述第一固定块4.1中心开设有连接孔，所述第一固定块4.1通过连接孔与套接在万向支架3上并通过第一固定块4.1后方螺栓固定，所述第一固定块4.1的侧壁上固定有两根第一长轴4.2，所述第一长轴4.2与第一固定块4.1间隙配合并通过第一固定块4.1左侧螺栓固定。
进一步优化方案，靠近光源固定架4一端的所述光源支撑臂8通过螺栓固定在第一固定块4.1的侧壁上。
进一步优化方案，所述光源保持架5包括相互轴接的两个夹持片5.1，所述环形光源9夹持在两个夹持片5.1之间，所述夹持片5.1上胶接有第一垫片5.2，两个夹持片5.1之间***有第一螺杆5.3，所述第一螺杆5.3远离夹持片5.1的一端螺纹连接有第一调节旋钮5.4，靠近光源保持架5的所述光源支撑臂8轴接在夹持片5.1的侧壁上。
进一步优化方案，所述相机固定架7包括相互垂直固定的第二固定块7.1和第三固定块7.2，所述第三固定块7.2上开设有连接孔，所述第三固定块7.2通过连接孔与万向支架3间隙配合并通过螺栓固定，所述第二固定块7.1与第三固定块7.2的连接处设有斜齿7.3，所述斜齿7.3上啮合有第二螺杆7.4，所述第二螺杆7.4的一端伸出第二固定块7.1固定有第三调节旋钮7.5。
进一步优化方案，所述相机调节架6包括第四固定块6.1，所述第四固定块6.1上开设有开口，所述第四固定块6.1的开口上固定有调节螺柱6.2和两个固定轴6.3，所述调节螺柱6.2在两个固定轴6.3之间，所述调节螺柱6.2的一端伸出第四固定块6.1轴接有第二调节旋钮6.4，所述调节螺柱6.2两端开设有反向螺纹，所述调节螺柱6.2中部为光滑轴，所述调节螺柱6.2上设有两个对称设置的夹板6.5，所述夹板6.5与调节螺柱6.2的螺纹段啮合，所述夹板6.5与固定轴6.3间隙配合，所述夹板6.5上胶接有第二垫片6.6，所述相机10夹持在两个夹板6.5之间，所述第四固定块6.1与其开口相对的侧壁上固定有第二长轴6.7，所述第二长轴6.7与第二固定块7.1间隙配合。
进一步优化方案，所述箱体1底端轴接有车轮20，所述箱体1的箱盖上设有把手21。
进一步优化方案，所述视觉平台2的顶面上覆有黑色涂层。
实施例2
采用本发明的肉类检测装置对比现有技术，针对不同贮藏期冷冻猪肉的光谱图像识别研究如下：
光谱采集核心部件：FLAME-T-VIS-NIR光谱仪(Ocean Optics公司)，HL-2000-LL光源(Ocean Optics公司)，QR400-7-VIS-NIR标准反射探头光纤(Ocean Optics公司)。图像采集核心部件：高速线扫描B1621M相机(IMPERX公司)，环形光源ILH-VNIR(上海五铃光电科技有限公司)。
连续跟踪10个月冻藏的冷冻肉品质，冻藏条件-18℃。每个月月初采集冷冻肉的光谱和图像信息。每个月分别采集100个样本的光谱和图像信息，每个样本的大小约为7cm×7cm×1cm，10个月共采集1000个样本。模型建立时，随机取60％的样本作为校正集用于建立模型，其余40％的样本作为预测集用于验证模型的预测能力。光谱采用标准正态变量变换(SNV)预处理，图像特征采用z-score函数标准化预处理；融合数据是指光谱采用SNV预处理之后与图像特征值融合，再进行z-score函数标准化预处理。采用线性判别分析(LDA)建立不同贮藏期冷冻肉的判别模型。
数据处理时，选取波段范围为408.46nm-1000.4nm的光谱，共3148个光谱数据点，对光谱进行SNV预处理，采用LDA建立模型，对10个月不同贮藏期的冷冻肉进行判别分析，预测集的正确判别率为95％。
提取冷冻肉图像的R(红)、G(绿)、B(蓝)、H(色调)、S(饱和度)、I(强度)、L*(亮度)、a*(红绿度)和b*(黄蓝度)的均值和方差等18个颜色特征参数，基于统计矩的6个纹理特征参数，以及基于灰度共生矩阵的16个纹理特征参数，共40个图像特征参数。图像信息结合LDA模型判别10个月不同贮藏期的冷冻肉时，预测集的正确判别率为63％。表明，冷冻肉在贮藏期表面的纹理和颜色发生了一定程度的改变，但是图像技术判别效果不是很理想，次于可见/近红外光谱技术。
融合光谱和图像信息，建立LDA模型对10个月不同贮藏期的冷冻肉进行判别时，预测集的正确判别率为97％。
结果表明，光谱信息对不同贮藏期冷冻肉的判别效果理想，优于图像信息判别效果；融合光谱和图像信息可提高模型的判别效果。
表1光谱和图像信息对不同贮藏期冷冻肉的LDA判别效果
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种肉类品质检测装置，其特征在于：包括箱体(1)，所述箱体(1)内放置有视觉平台(2)，所述视觉平台(2)的顶端固定有万向支架(3)，所述万向支架(3)由下而上依次设置有光源固定架(4)、光源保持架(5)、相机调节架(6)和相机固定架(7)，所述光源固定架(4)的两端分别轴接有光源支撑臂(8)，所述光源支撑臂(8)远离光源固定架(4)的一端轴接有另一个完全相同的光源支撑臂(8)，靠近光源保持架(5)的所述光源支撑臂(8)轴接在光源保持架(5)的端部，所述光源保持架(5)上夹持有环形光源(9)，所述相机调节架(6)上夹持有相机(10)，所述相机(10)与环形光源(9)上下对应设置，所述相机调节架(6)与相机固定架(7)间隙配合，所述箱体(1)的侧壁上设有调节斜齿(11)，所述调节斜齿(11)上活动连接有光纤调节轴(12)，所述光纤调节轴(12)垂直于万向支架(3)，所述光纤调节轴(12)固接有光纤固定头(13)，所述光纤固定头(13)上设有光纤(14)，所述箱体(1)的侧壁上固定有固定架(15)和固定扣(16)，所述固定架(15)与固定扣(16)上下对应设置，所述固定扣(16)与调节斜齿(11)上下对应设置，所述固定扣(16)上可拆卸连接有可见/近红外光谱仪(18)，所述固定架(15)上可拆卸连接有卤钨光源(17)，所述箱体(1)的箱盖上嵌设有工控机(19)，所述工控机(19)与相机(10)通过千兆网线连接，所述工控机(19)与可见/近红外光谱仪(18)电性连接；
所述相机固定架(7)包括相互垂直固定的第二固定块(7.1)和第三固定块(7.2)，所述第三固定块(7.2)上开设有连接孔，所述第三固定块(7.2)通过连接孔与万向支架(3)间隙配合并通过螺栓固定，所述第二固定块(7.1)与第三固定块(7.2)的连接处设有斜齿(7.3)，所述斜齿(7.3)上啮合有第二螺杆(7.4)，所述第二螺杆(7.4)的一端伸出第二固定块(7.1)固定有第三调节旋钮(7.5)；
所述相机调节架(6)包括第四固定块(6.1)，所述第四固定块(6.1)上开设有开口，所述第四固定块(6.1)的开口上固定有调节螺柱(6.2)和两个固定轴(6.3)，所述调节螺柱(6.2)在两个固定轴(6.3)之间，所述调节螺柱(6.2)的一端伸出第四固定块(6.1)轴接有第二调节旋钮(6.4)，所述调节螺柱(6.2)两端开设有反向螺纹，所述调节螺柱(6.2)中部为光滑轴，所述调节螺柱(6.2)上设有两个对称设置的夹板(6.5)，所述夹板(6.5)与调节螺柱(6.2)的螺纹段啮合，所述夹板(6.5)与固定轴(6.3)间隙配合，所述夹板(6.5)上胶接有第二垫片(6.6)，所述相机(10)夹持在两个夹板(6.5)之间，所述第四固定块(6.1)与其开口相对的侧壁上固定有第二长轴(6.7)，所述第二长轴(6.7)与第三固定块(7.2)间隙配合；
所述箱体(1)底端轴接有车轮(20)，所述箱体(1)的箱盖上设有把手(21)。
2.根据权利要求1所述的肉类品质检测装置，其特征在于：所述光源固定架(4)包括第一固定块(4.1)，所述第一固定块(4.1)中心开设有连接孔，所述第一固定块(4.1)通过连接孔与套接在万向支架(3)上并通过第一固定块(4.1)后方螺栓固定，所述第一固定块(4.1)的侧壁上固定有两根第一长轴(4.2)，所述第一长轴(4.2)与第一固定块(4.1)间隙配合并通过第一固定块(4.1)左侧螺栓固定。
3.根据权利要求2所述的肉类品质检测装置，其特征在于：靠近光源固定架(4)一端的所述光源支撑臂(8)通过螺栓固定在第一固定块(4.1)的侧壁上。
4.根据权利要求3所述的肉类品质检测装置，其特征在于：所述光源保持架(5)包括相互轴接的两个夹持片(5.1)，所述环形光源(9)夹持在两个夹持片(5.1)之间，所述夹持片(5.1)上胶接有第一垫片(5.2)，两个夹持片(5.1)之间***有第一螺杆(5.3)，所述第一螺杆(5.3)远离夹持片(5.1)的一端螺纹连接有第一调节旋钮(5.4)，靠近光源保持架(5)的所述光源支撑臂(8)轴接在夹持片(5.1)的侧壁上。
5.根据权利要求1所述的肉类品质检测装置，其特征在于：所述视觉平台(2)的顶面上覆有黑色涂层。
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