固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)及固體單粒分選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選 系統(tǒng)及固體單粒分選方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在農(nóng)業(yè)、食品、藥品等領(lǐng)域經(jīng)常需要對(duì)固體籽粒進(jìn)行分選。如，為了提升玉米、水 稻、小麥、大豆等農(nóng)作物種子的質(zhì)量，需要篩選出種子中的雜質(zhì)和異種種子；為了保證食品 的安全，需要保證其原材料的質(zhì)量，因此也需要對(duì)玉米等各類(lèi)谷物進(jìn)行篩選，保證食品安 全；藥品安全一直是公眾十分關(guān)注的問(wèn)題，對(duì)于固體藥品顆粒，往往也需要進(jìn)行鑒定和篩 選，保證藥品的質(zhì)量?，F(xiàn)有的基于生物化學(xué)的種子、藥品質(zhì)量檢測(cè)方法會(huì)對(duì)樣品造成損傷， 而且成本高昂，用時(shí)較長(zhǎng)。
[0003] 近紅外透射光譜分析技術(shù)擁有快速、無(wú)損、操作簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在農(nóng) 作物種子的定量和定性分析、食品和藥品的質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，取得了很大的 成功。
[0004] 近紅外透射光譜檢測(cè)種子主要有群體分析和單籽粒分析兩種方式。在固體籽粒的 質(zhì)量的檢測(cè)和篩選過(guò)程中，單粒無(wú)損分析技術(shù)更加實(shí)用，目前常用的單粒無(wú)損分析是漫反 射光譜分析技術(shù)。
[0005] 漫反射光譜分析技術(shù)只能采集到籽粒的表面部分信息。對(duì)于成分分布均勻的固體 顆粒，漫反射光譜分析技術(shù)可以取得較好的效果，但是對(duì)于農(nóng)作物種子等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非均 勻樣品，漫反射光譜分析技術(shù)分析樣品時(shí)分析光未能通過(guò)籽粒，不能采集固體單粒的內(nèi)部 信息，無(wú)法采集籽粒的整體信息，無(wú)法實(shí)現(xiàn)固體顆粒的內(nèi)部成分分析；種子樣品擺放位置、 籽粒的姿態(tài)嚴(yán)重影響光譜采集質(zhì)量，影響分析結(jié)果，并使分析模型無(wú)法穩(wěn)定使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決或 者減緩上述問(wèn)題的固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)及固體單粒分選方法，實(shí)現(xiàn)了固體 單粒進(jìn)樣、鑒別、分選流程的自動(dòng)化，提高了分選效率和精度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括：固體單粒進(jìn)樣裝置、籽粒傳送裝置、光譜數(shù)據(jù)采集裝置、籽粒分選裝置、PLC控制部 件以及分別與所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置和PLC控制部件相連接的上位機(jī)；
[0008] 所述固體單粒進(jìn)樣裝置，用于將待測(cè)籽粒放置到所述籽粒傳送裝置上；
[0009] 所述籽粒傳送裝置，用于承載所述待測(cè)籽粒沿著從所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置到所述 籽粒分選裝置的方向移動(dòng)；
[0010] 所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集放置在所述籽粒傳送裝置上的固體籽粒的近紅 外透射光譜，并將光譜數(shù)據(jù)上傳到所述上位機(jī)；
[0011] 所述籽粒分選裝置，用于對(duì)所述籽粒傳送裝置上的固體籽粒進(jìn)行分選；
[0012] 所述PLC控制部件，與所述固體單粒進(jìn)樣裝置、籽粒傳送裝置和籽粒分選裝置連 接，用于根據(jù)所述上位機(jī)的指令對(duì)所述固體單粒進(jìn)樣裝置、籽粒傳送裝置和籽粒分選裝置 進(jìn)行控制；
[0013] 所述上位機(jī)，用于根據(jù)所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置上傳的光譜數(shù)據(jù)建立固體籽粒類(lèi)別 鑒別模型，根據(jù)所述模型對(duì)待測(cè)籽粒進(jìn)行定性鑒別，當(dāng)待測(cè)籽粒移動(dòng)到籽粒分選裝置時(shí)，根 據(jù)鑒別結(jié)果通知PLC控制部件控制籽粒分選裝置進(jìn)行分選。
[0014] 可選的，所述固體單粒進(jìn)樣裝置位于所述籽粒傳送裝置的上方，所述光譜數(shù)據(jù)采 集裝置以及所述籽粒分選裝置依次設(shè)置在所述籽粒傳送裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，所述籽粒傳送 裝置依次沿著從所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置到所述籽粒分選裝置的方向移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)放置在 所述籽粒傳送裝置上的固體籽粒的光譜數(shù)據(jù)采集和分選。
[0015] 可選的，所述固體單粒進(jìn)樣裝置，包括傳動(dòng)部件、第一驅(qū)動(dòng)部件和末端抓取部件， 所述第一驅(qū)動(dòng)部件與PLC控制部件連接，通過(guò)所述傳動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)所述末端抓取部件進(jìn)行抓 取。
[0016] 可選的，所述籽粒傳送裝置包括第二驅(qū)動(dòng)部件和圓形轉(zhuǎn)盤(pán)，所述第二驅(qū)動(dòng)部件與 所述PLC控制部件連接，用于驅(qū)動(dòng)所述圓形轉(zhuǎn)盤(pán)沿著從所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置到所述籽粒 分選裝置的方向移動(dòng)。
[0017] 可選的，所述圓形轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣等間隔的分布著圓形的孔洞，用于放置待測(cè)籽粒，所述 孔洞的一側(cè)設(shè)有用于調(diào)整孔洞大小的調(diào)整部件。
[0018] 可選的，所述光譜數(shù)據(jù)采集裝置包括近紅外光源和光譜儀；
[0019] 所述近紅外光源和光譜儀設(shè)置在所述籽粒傳送裝置的上下兩側(cè)，所述近紅外光源 和光譜儀同軸設(shè)置。
[0020] 可選的，所述籽粒分選裝置包括分選刷，分選臂和第三驅(qū)動(dòng)部件，所述第三驅(qū)動(dòng)部 件與所述PLC控制部件連接，通過(guò)所述分選臂驅(qū)動(dòng)所述分選刷對(duì)待測(cè)籽粒進(jìn)行分選。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于如上任一實(shí)施例所述的固體單粒無(wú)損 檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)的固體單粒分選方法，該方法包括：
[0022] 當(dāng)檢測(cè)到固體單粒進(jìn)樣裝置將待測(cè)籽粒放置到籽粒傳送裝置上時(shí)，上位機(jī)向PLC 控制部件發(fā)送第一指令，以控制籽粒傳送裝置承載所述待測(cè)籽粒沿著從所述光譜數(shù)據(jù)采集 裝置到所述籽粒分選裝置的方向移動(dòng)；
[0023] 光譜數(shù)據(jù)采集裝置采集放置在所述籽粒傳送裝置上的固體籽粒的近紅外透射光 譜，并將該近紅外透射光譜上傳到所述上位機(jī)；
[0024] 上位機(jī)根據(jù)預(yù)先建立的鑒別模型對(duì)接收到的近紅外透射光譜進(jìn)行定性鑒別；
[0025] 當(dāng)所述待測(cè)籽粒移動(dòng)至所述籽粒分選裝置時(shí)，上位機(jī)根據(jù)鑒別結(jié)果通知PLC控制 部件控制所述籽粒分選裝置進(jìn)行分選。
[0026] 可選的，所述方法還包括：預(yù)先建立不同類(lèi)別固體籽粒的鑒別模型，具體為：
[0027] 采集不同類(lèi)別固體籽粒的近紅外透射光譜；
[0028] 對(duì)各個(gè)類(lèi)別固體籽粒的近紅外透射光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0029] 對(duì)預(yù)處理后的近紅外透射光譜進(jìn)行特征提取，得到各個(gè)類(lèi)別固體籽粒的光譜特 征；
[0030] 根據(jù)所述各個(gè)類(lèi)別固體籽粒的光譜特征建立不同類(lèi)別固體籽粒的鑒別模型。
[0031] 可選的，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法包括平滑濾波法、差分導(dǎo)數(shù)、數(shù)據(jù)中心化、標(biāo)準(zhǔn)化 中至少一種；所述特征提取的方法包括主成分分析法、偏最小二乘分析法以及正交化線性 判別分析法中至少一種。
[0032] 本發(fā)明的有益效果為：
[0033] 本發(fā)明提供的固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)及固體單粒分選方法，實(shí)現(xiàn)了 進(jìn)樣、鑒別和分選各個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化，系統(tǒng)工作過(guò)程中不用人為干預(yù)，節(jié)省了人力和時(shí)間； 采用近紅外光譜漫透射分析方法，可以采集到固體籽粒完整的內(nèi)部信息，克服了固體籽粒 位置效應(yīng)對(duì)光譜信號(hào)的影響，可以準(zhǔn)確對(duì)固體籽粒的性質(zhì)進(jìn)行分析；提出了一整套光譜信 號(hào)預(yù)處理、特征提取和鑒別模型建立方法，為固體籽粒的正確分選提供了保證。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明 的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：
[0035] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提出的一種固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提出的一種基于固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)的固 體單粒分選方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0038] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0039] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括技術(shù) 術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)），具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng) 該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)，應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中 的意義一致的意義，并且除非被特定定義，否則不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0040] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的一種固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0041] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明實(shí)施例提出的固體單粒無(wú)損檢測(cè)與自動(dòng)化分選系統(tǒng)包括：固體 單粒進(jìn)樣裝置1、籽粒傳送裝置2、光譜數(shù)據(jù)采集裝置、籽粒分選裝置4、PLC控制部