枸杞色选机

第一章　枸杞色选机

由于环境条件的限制、过程的差异及枸杞内部条件的不同，常常出现黑红色或棕色等其他颜色的枸杞，至使色泽混杂不一，严重影响枸杞的品质、等级和出口价格。为了保持枸杞色泽的一致性，提高其品位及等级，必需对枸杞颜色进行分选。长期以来，人们对物料颜色的分选主要使用眼和手来进行，但手工分选费用较高，且劳动率低。目前，随着光电技术的发展，许多工业发达国家已广泛地使用光电分选设备来代替繁重的手工操作。

一、颜色分选机发展现状

国外的颜色分选机起步较早，主要用于农业综合企业、农产品出口企业及食品加工企业，可以进行大米、香米、豆类、芝麻、番茄和苹果等的分选。美国ESM公司及Sortex公司分别于20世纪30年代和40年代研制了这种设备，并根据市场需要不断推出新机型；日本佐竹公司于1979年推出了这种产品；20世纪60年代，Mclure和他的同事在光波区域内分析近红外线光谱后，导致了各种商用近红外线的广泛应用。此外，机器识别系统得到了广泛的重视，如Rehkugler和Godimez已开发了一个能用于分离损伤苹果的系统。随着科学技术的发展，现在出现了最新的LED液晶、相机、激光、X射线及它们混合使用的色选机。

国内光电色选机已首先应用于剔除大米中的有色米粒和杂质，以提高大米的品质。碾米加工业已成为色选机的主要用户之一，其他农副产品加工业（如蔬菜加工业等）也正在推广应用。近几年光、电、色选技术及设备应用于枸杞的研制与推广必将进一步得到发展。

二、枸杞色选机的工作原理

枸杞色选机的基本工作原理是：通过面阵CCD摄像机摄像获取一定速度和规则运动的枸杞子图像，并经过高速图像采集卡将图像数字化后输入计算机；计算机通过可执行软件对图像进行预处理，自动识别后读出枸杞的像素值RGB（不同的枸杞由于颜色不同RGB值也不同）；再通过电控系统把来自光学系统的检测信号进行整形、放大和判断处理，将不同颜色物料的光电脉冲信号放大变成功率脉冲，去启动电磁气动快门，驱动喷射系统吹出异色粒子，完成分选操作。

图3-1-1　枸杞色选机的工作原理示意图

三、枸杞色选机的工作过程

颜色分选机工作过程如下：枸杞经过进料斗的缓冲后进入送料斗（贮料斗）中：贮料斗内的枸杞经过振动喂料器被送入水平溜槽，再进入竖直溜槽；两个溜槽都具有一定的长度，可使枸杞在下滑的过程中能够自动调整，形成单行成串有序流动，并使枸杞流动中的各个粒子的姿态与流速保持相对稳定，以获得较好的分选效果；枸杞颗粒在溜槽末端下滑过程中穿过分选区（竖直溜槽中间的水平开口状区），通过光箱中的白色背景区时枸杞受到荧光灯的照射，通过面阵CCD的摄像把信号传给计算机；经计算机的整形放大等到一系列处理后，开启电磁气动快门，将枸杞按颜色的不同分选出来。

四、枸杞色选机的结构

枸杞色选机由进料口、振动喂料器、斜槽总成、光电总成、下料斗、提升机和电控箱组成，见图3-1-2所示。

图3-1-2　枸杞色选机的结构示意图
1-进料斗；2-振动喂料器；3-斜槽总成；4-光电总成；5-异色颗粒斗；6-出料斗；7-电磁气动喷嘴总成；8-气动控制总成；9-机架总成

五、枸杞色选机各部分作用

（一）供料系统

该系统的作用是调节整理被测枸杞，使枸杞流速与个体姿态保持相对稳定，保证它在通过光学系统的观察区时能被逐个地观察检测。该系统主要由进料口、贮料斗、振动喂料器、水平V型溜槽和垂直U型溜槽等组成。

1.进料斗和贮料斗。进料斗是枸杞进入的地方，是一个开口斗型给料槽。枸杞落在凸型的分料盘上落入贮料斗，能够破坏枸杞的自动分级，使各色枸杞比较均匀地混合在一起。贮料斗是一个敞口圆筒型，筒底呈锥状。

2.振动喂料器。振动喂料器是供料系统的核心部分，是一个可控半波整流激磁的电磁振动给料器。实验结果表明：电磁激振器和隔振装置的频率比为3∶9，工作频率与主振系统的固有频率比以0.85∶0.95为最佳。主振系统工作在低临界近共振状态，消耗电能少，可方便地无级调节给料量。从贮料斗出来的枸杞进入水平V型槽后，溜槽根据枸杞的开关和大小被设计为宽度是22毫米的水平V状型槽。由于受到一个加速度的作用，使原来还粘在一起的枸杞被有序地分开。

（二）光学系统

光学系统是色选机的关键部分，其作用是对枸杞进行观察检测，以获得准确无误的分选信息。其光路结构、观察方式和接收器种类直接影响整机的性能、特点、成本及寿命等。光学系统主要由背景板、光源、清洁器和光电接收器面阵CCD等组成。

1.光源。枸杞色选机观察区内对受测产品的光线照射十分重要，光射线可帮助传感器进行有效的分辨。由于日光灯发光的光谱功率分布接近于日光的光谱功率分布，因此该机采用的是普通荧光灯。

2.背景板。被测物置于一个背景（即幕准色）中进行检测，因此一般光学系统中都有专设的背景板或其代用物（如输送带表面、样品或内壁表面等）。该机所选用的背景板是白色。

3.接收器。接收器又称光电接收器或传感器，它布置于光学系统的像面上，可将投射到其接收面上的光信号转换成电信号，充分利用光信号中的光强（振幅）、色度（频率）、相位和偏振方向等信息参数，通过和、差、比、积、处理，可获得高质量的电信号。本色选机选用CCD是通过光学系统将景物图像投在CCD的像敏面上，像敏面将照在每个单元的图像照度信号转变为少数载流子，按密度信号存储于像敏单元中；然后在转移脉冲的作用下，再转移到CCD的移位寄存器中，并在驱动脉冲的作用下顺序的移出器件，成为视频信号；视频信号再由后部处理电路进行处理或计算，成为电视信号或检测信号。

4.电控系统。电控系统除控制各机构外，其重要作用是把来自光学系统的检测信号整形和放大，并送到判断电路；判断电路把信号分为两大类不同的信号，通过计算机处理将产品的光电脉冲信号放大变成功率脉冲信号，去启动电磁气快门，从而完成分选操作。

5.枸杞图像处理。数字处理的内容包括图像处变换、图像增强、图像分割、图像编码与压缩以及图像识别。选择图像处理方法对图像进行特殊的处理，并把结果显示出来。CCD摄像机的成像系统是目前使用最为广泛的一种。它主要由镜头、CCD芯片及驱动器组成。连续的视频信号在时间上进行间隔采样，把CCD视频信号变成离散的模拟信号，由A/D转换器再将模拟信号转变成数字量。具体方法是：先求出枸杞子图像像素值分值RGB的大小，找出适合枸杞子图像处理的算法平均值，求出枸杞子图像的位置；然后把枸杞子图像的结果平均值与设定的参考值相比较，根据数值大小的差异去判断颜色，最后输出不符合颜色的标准信号。

6.色选精度控制

（1）由于枸杞晾晒后粘结严重，因此必须保证枸杞子的干燥度，同时在分离的过程中经过二次分离效果较好。V型斜槽传输方式和高灵敏的CCD图像的识别，使该机具具有很高的异色粒子检出率，与人工分离比较接近，达95％以上。

（2）压缩空气必须清洁、干燥与稳定。安装空压机应当与色选机有一定的距离，避免振动干扰，否则易导致色选的带出比增加，色选精度降低。

（3）设备周围不允许有强的电磁干扰，否则会影响色选机的正常工作。