苹果分级机分级装置的设计

本科毕业论文（设计）题目：苹果分级机分级装置的设计学指所专年生导在姓教学名师院业级毕业论文(设计)开题报告苹果分级机分级装置的设计课题名称：学生姓名：学号：学院：专业、年级：指导教师：职称：毕业论文(设计)起止时间：一、课题来源的项目名称及项目来源项目名称：苹果分级机分级装置的设计项目来源：二、课题的立项依据（一）选题背景和研究意义我国是苹果生产大国，苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富。

但目前我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争力很弱。

目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。

在苹果品质检测方面，国外除了进行外部品质（如大小、形状、颜色、表面缺陷等）检测外，还进行其内部品质的无损检测，有些检测项目已经商品化，且能达到实时速度。

在国内，苹果的品质检测研究从90年代才开始，仅停留在外部的品质检测上，且远没达到实时检测分级的水平，我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的比例，是重要的外贸出口产品。

但由于生产后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证，在国际市场上缺乏竞争力。

其原因首先是检测与分选的手段落后。

在我国，苹果分级基本上仍由人工完成。

人工分级的缺点主要有：劳动量大，生产率低，分级标准难以实现，分级精度不稳定。

因为在苹果分级标准中，着色面积和缺陷面积的度量，仅凭人的视觉难以精确区分，且人长时间用眼，会造成疲劳及情绪的不稳定，从面造成分级误差的波动，其次，苹果的内部品质缺乏检测手段，使苹果的内外品质无法保证。

因此，研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的苹果，为国家创取外汇，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前景[1]。

随着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，对水果质量的要求越来越高，水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强，作业质量标准高，因此，实现机械化、自动化作业势在必行。

水果采后商品化处理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装。

挑选是水果采后处理的第一个环节。

目的是剔除有机械伤、病虫危害、着色度不够、外观畸形等不符合商品要求的产品，以利于下一步的分级、包装和贮运。

挑选由于涉及到病虫、伤、残、色、畸形等多项指标，综合判断较复杂，目前还难做到机械化操作，所以无论是技术先进的国家还是发展中国家，基本靠手工完成，但必须根据不同水果的特点制定相应的标准清洗是商品化处理中的重要环节，是采用浸泡、冲洗、喷淋等方式水洗或用干（湿）毛巾、毛刷等清除果品表面污物，减少病菌和农药残留，使之清洁、卫生，符合商品要求和卫生标准，提高商品价值。

打蜡（涂膜）是在果品表面涂上一层薄而均匀的透明薄膜，也称涂膜。

涂膜多用于苹果、柑桔、油桃、李子等。

经涂膜处理后，不仅可抑制水果的呼吸、减少水分蒸发和营养物质消耗，还可抑制病原菌侵染、减少腐烂，而且还可以增进果品表面光泽，使外皮洁净、美观、漂亮，提高商品价值。

分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。

不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。

此外还制定了一些行业标准。

随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善。

良好的包装，可以保证产品安全运输和贮藏、减少产品间的磨擦、碰撞和挤压造成的机械伤，减少病虫害的蔓延和水分蒸发，使水果在流通中保持良好的稳定性。

设计精美的包装也是商品的重要组成部分，是贸易的辅助手段，为市场交易提供标准规格单位，并有利于充分利用仓储空间和合理堆放。

水果分级是水果进入流通的第一个环节，并直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售的效果和效益。

果树果实有优劣之分，形状、大小、着色程度等也不完全一致，甚至还有风蚀、病虫害等，采后如混在一起既不便于贮藏运输，也不便以质论价销售。

在市场商品经济高度发达的今天，异地销售大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化，而今水果分级就是实现水果商品标准化的最基础的一步[2]。

在作物生产和科研中，大量的工作而借助于对形态、色泽、纹理等外部特征的判断，如作物生长状况监测、形态识别与分类、病虫草害诊断等。

对这些特征信息的获取目前主要靠人工记数、测量和目测。

存在着速度馒、强度大、主观性强、误差大、适时性差等缺陷。

且一些特征还难以定量描述，制约了作物科学研究和生产上因苗分类管理及先进生产技术的推广，是实现农业信息化迫切需要研究和解决的问题。

近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及．图像技术及机器(计算机)视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展．并展示了广阔的应用前景。

分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。

不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。

此外还制定了一些行业标准。

随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善。

因此，水果分级有着很强的重要性。

该系统依据规定的质量品质分类标准，自动完成苹果的等级分类。

该分组系统具有以下意义：降低劳动者的劳动强度；提高劳动生产率；提高产品分类质量；降低生产成本。

（二）国内外研究现状及发展趋势1、国外研究现状国外在最初的果蔬自动分级方法主要是通过相机进行拍照和分析，集合了图像处理技术，计算机软件分析技术，无损检测技术，传感器技术等一系列的方法对果蔬的分级设计方案做贡献。

国外目前的状况是，他们对于基于视觉系统的果蔬分拣比较感兴趣，除了利用信息处理技术以外，他们还积极地利用红外线检验等物理检验的先进光谱技术来进行水果的无损检测。

国外利用核磁共振[3]，X射线，热红外线等先进的技术来检测蔬果的成熟度和是否有损伤，工程师们利用X 射线可以识别出水果的核内是否变质，同时利用X射线还可以计算出苹果的损伤程度。

比如国外的科学家利用单脉冲核磁共振来对梨子进行分级。

像这样的分级方法不但能够准确的测出梨子的成熟度，还能检测损伤的新旧程度。

实验表明了，在水果损伤了几分钟之内，擦伤处和正常部位存在很大的温差，热成像技术能够准确的进行检测。

国外50%以上的水果实现了分级的完全自动化。

近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及。

图像技术及机器(计算机)视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展，并展示了广阔的应用前景。

目前较先进的微机控制的重量分级机，采用最新电子仪器测定重量，可按需选择准确的分级基准，分级精度高，使用特别的滑槽，落差小，水果不受冲击、不损伤。

分级、装箱所需时间为传统的1/2。

日本消费者对水果的消费是非常挑剔的，其水果上市前都要经过分级包装。

有些价值较高的水果，如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值。

目前，在日本许多高新技术在水果检测领域得到应用。

计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检测技术提供了广阔的空间，使分级检测技术正在由半自动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格标准的文字化向数字化、机械设备结构的复杂化向简单化、数据化的人工管理向计算机管理方向转化。

在意大利的果品贮藏加工业生产中，使用颜色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分级，其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。

工作时，果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位，这样就避免了水果单面被照射。

反射光传递给电脑，由电脑按照反射率的不同来将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别。

美国Penwalt公司Decco型分级机是一种新型果实分级机，具有速度快、性能好、通用性强的特点。

它根据“体积”分级的原理进行工作，综合了大小和重量分级机最突出的优点，同时消除了二者的缺点，使分级作业真正得以柔和平缓地进行。

Decco分级机工作原理是：提升机辊子将待分级的果实送入四星装料斗，星轮与提升机以链条驱动的各对定距辊子同步，辊子承载水果通过分级全程，这样的装置，星轮可以很柔和地将水果从提升机传送到由一对滚子形成的凹槽中。

根据选用分级机规格的不同，分级部分包括6-9行高度可调的“摩擦指”，滚子从摩擦指下通过，缓缓地作反时针回转，水果则作顺时针转动，当水果遇到摩擦指（最大的水果首先接触摩擦指），由于转动与摩擦的组合，水果极柔和地从滚子上移动并落入弹性的摆动活动门上，水果自重足够使其滑出并滚到输送皮带上，然后由皮带送入包装槽中。

由于水果没有摔落，也没有其他任何典型的引起损伤的动作，分级柔和。

水果分级只有综合形状、大小、色泽、果面缺陷等各种因素，甚至是内部品质，才能排除其他因素，使分级质量得到保证[4]。

法国的MAF France公司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬进行分级包装，还可以利用电子、光学原理对果蔬表皮的瑕疵进行分选，全电脑监控，自动化程度相当高。

2、国内发展状况回到国内，我国的水果自动分级机设计和研究起源于上世纪90年底后期，而且也是主要集中在水果外在品质检测方面。

由于我国先进技术的限制，我们利用高科技的成像技术来针对水果的内部品质检测并不多。

因此，我们目前的对水果分级的方法还是最简单的基于重量和大小的初步分级。

比如本课题是基于重量分级的，原理如下：我们在分级出口处所对应的导轨上安装可以往复运动的挡板，同时将挡板固定在电磁铁上，通过PLC电磁铁的动作控制挡板来回移动。

当电磁铁上电时，电磁铁带动挡板朝远离托盘方向运动，使导轨上出现缺口，托盘中的苹果经过缺口处时，自动掉落到分级框内。

分级操作过程如下：苹果经称重传感器称重后，电压比较器控制系统判断其等级，确定其分级出口。

然后经链输送到其分级出口。

在正常输送过程中，托盘左端在导轨的挡板作用下保持水平平衡。

当苹果输送到其等级出口时，PLC控制系统就发出信号使电磁铁上电，控制活动挡板作直线往返运动，使导轨上出现缺口，此时正好运动到该托盘的位置，此时苹果在重力作用下，托盘会自动倾斜，苹果将滚入相应分级出口，实现了分级的目的。

[5]我国国内的自动分级设备基本还处于实验室阶段[6]。

目前我们国家在进行水果分级的时，很多时候是买国外的技术和设备，但是我们没有考虑到，国外的技术是正对他们自己的大农场的模式来设计和开发的，但是对我们来说，这样的技术并不是合理的。

同时，我国农业大学的籍保平教授带领的专家学者团队，就中国水果生产的现状，开发出了一条基于水果视觉分级系统，这套系统可以同时对水果的外部缺陷，颜色，大小和形状进行检测。

我们在处理数据的时候，利用了数学工具，在水果的大小、颜色的处理中采取了简单的算法，因此提高了分级速度。

相对于国外的分级水平，国内水果分级市场比较落后。

国内水果分级大部分还采用人工分级方法，只有少数企业采用半自动及自动化水果分级。