一种西瓜空心的无损检测系统和方法

技术特征：
1.一种西瓜空心的无损检测系统，其特征在于：包括铝型材支架、传输带(500)、托盘(600)、脉冲式喷气装置(300)和激光多普勒测振仪(800)；所述铝型材支架上端面沿西瓜输送方向水平安装有传输带(500)，传输带(500)的中部位置设置有检测工位，所述检测工位的两侧分别设有脉冲式喷气装置(300)和激光多普勒测振仪(800)；所述传输带(500)上运输有托盘(600)，所述托盘(600)上放置有西瓜(400)；所述的脉冲式喷气装置(300)包括竖直框架、气泵(301)、油水分离器(302)、步进电机(303)、不锈钢丝杆(304)、移动滑块(305)、气嘴(306)和电磁阀(307)；所述竖直框架位于检测工位的侧方，所述步进电机(303)机体固定在竖直框架的上端面，所述步进电机(303)的输出轴朝下通过联轴器与竖直的不锈钢丝杆(304)同轴相连，所述不锈钢丝杆(304)的中部通过螺纹套装有移动滑块(305)，移动滑块(305)的两侧各活动穿设有一根竖直的导向杆，所述导向杆固定竖直地安装于竖直框架的底部和顶部之间，从而形成丝杠螺母滑动副；所述移动滑块(305)面向检测工位的侧面设有一个气嘴(306)，所述气泵(301)的输出端依次经油水分离器(302)、电磁阀(307)、移动滑块(305)内部通道与气嘴(306)进行连接。2.根据权利要求1所述的一种西瓜空心的无损检测系统，其特征在于：还包括升降平台(700)，所述的升降平台(700)设置在激光多普勒测振仪(800)的下端且固定安装在铝型材支架上。3.根据权利要求1所述的一种西瓜空心的无损检测系统，其特征在于：所述铝型材支架的一端设置有传动装置；所述传动装置包括传动轴(200)和步进电机(100)；所述传动轴(200)穿过铝型材支架后一端与传输带(500)传动连接，所述步进电机(100)的机体固定安装在铝型材支架上，所述传动轴(200)的另一端通过皮带和步进电机(100)的输出轴传动连接。4.根据权利要求1所述的一种西瓜空心的无损检测系统，其特征在于：还包括有plc控制器，所述检测工位旁设置有光电传感器；所述步进电机(303)、电磁阀(307)、激光多普勒测振仪(800)、光电传感器均与plc控制器电相连。5.一种西瓜空心的无损检测方法，其特征在于，所述方法采用空心西瓜无损检测系统，方法包括以下步骤：s1.当西瓜(400)样品被运输到检测工位时，采用脉冲式喷气装置(300)向西瓜(400)样品喷射高压空气射流来激励西瓜(400)样品，并采用激光多普勒测振仪(800)采集西瓜(400)样品的原始振动响应信号；s2.对原始振动响应信号进行小波变换处理，提取时频域振动特征参数，并建立预测模型；s3.运用预测模型对待测西瓜(400)进行检测，筛选出空心的西瓜。6.根据权利要求5所述的一种西瓜空心的无损检测方法，其特征在于：所述步骤s2具体为：s2.1.先对原始振动响应信号采用多贝西小波db5且分解层数j为5进行小波变换去噪处理，然后从小波变换去噪后的振动响应信号中提取13个时域振动特征参数，主要包括平均值x
mean
、平均幅值x
arv
、均方根x
rms
、峰峰值x
peak
、方差s2、偏态系数s
k
、峰度k
u
、波形因子w、脉冲因子i、峰值因子c、裕度因子m、衰减系数α和波形指数β；s2.2.再次用小波变换的滤波器功能对所述的13个时域振动特征参数进行滤波，具体
为：调节小波变换中的分解层数j获取指定频率范围内的近似系数a
j
，并对近似系数a
j
采用快速傅立叶变换获取频域振动响应信号，然后从频域振动响应信号中提取5个初步频域振动特征参数，主要包括第二至第四阶共振频率f2、f3和f4，第二阶共振频率幅值a2以及85
–
160hz之间的频带幅值bm
85-160
；s2.3.利用频域振动特征参数中的一部分按照以下计算公式消除西瓜(400)样品质量对共振频率的影响：f
in
＝(m/m0)
1/3
f
i
其中，f
in
是第i阶标准化共振频率；m是样本质量；m0是一固定质量；f
i
是谐响应分析得到的第i阶共振频率，其中i＝2，3，4；由三个标准化共振频率和5个初步频域振动特征参数中的第二阶共振频率幅值a2和频带幅值bm
85-160
共同构成5个频域振动特征参数；s2.4.采用钢珠填埋法测量西瓜的空心体积，并计算空心率h：首先将西瓜从赤道面切开，并将1mm直径的钢珠不断填充西瓜(400)样品的空心部分，直至填平空心部分并与西瓜(400)样品赤道面平齐，计算填入的钢珠总体积v0，其中，无空心部分的西瓜(400)样品不予填充，无空心部分的西瓜(400)样品的钢珠总体积v0为0，西瓜(400)样品的空心率h计算公式如下所示：h＝v0/v
样品体积
s2.5.将所有西瓜(400)样品的13个时域振动特征参数和5个频域振动特征参数构成的原始数据集，通过基于x-y距离的样本集划分方法spxy算法按照2：1划分为校正集和验证集；根据逐步多元线性回归方法从所述的时频域振动特征参数中筛选部分振动特征参数作为预测模型的自变量，然后利用不同的建模方法依次基于校正集建立多个不同的预测模型，之后依次基于验证集来验证建立的多个所述的预测模型的优缺点。7.根据权利要求6所述的一种西瓜空心的无损检测方法，其特征在于：所述的不同的建模方法为逐步多元线性回归方法、偏最小二乘回归方法和bp神经网络回归分析法。8.根据权利要求5所述的一种西瓜空心的无损检测方法，其特征在于：所述步骤s3具体为：当装有待测西瓜(400)的托盘(600)被传输带(500)输送到检测工位时，分别通过步进电机(303)和升降平台(700)调节气嘴和激光多普勒测振仪(800)探头高度至待测西瓜(400)的赤道面，利用光电传感器将位置信号传递给plc控制器，并驱动脉冲式喷气装置(300)向待测西瓜(400)喷射高压空气射流来激励待测西瓜(400)，同时利用激光多普勒测振仪(800)采集待测西瓜(400)的振动响应信号；然后对采集到的原始振动响应信号进行和步骤s2中的小波变换去噪以及小波变换的滤波器功能中相同的方法进行处理，得到时频域振动特征参数，再根据时频域振动特征参数利用预测模型得到待测西瓜(400)的空心率h，最后筛选出空心的西瓜。

技术总结
本发明公开了一种西瓜空心的无损检测系统和方法。系统包括铝型材框架、传输带、托盘、脉冲式喷气装置和激光多普勒测振仪；西瓜经过检测工位时，脉冲式喷气装置激励西瓜振动，激光多普勒测振仪检测西瓜的振动响应信号；通过小波变换的去噪功能获取高信噪比的时域振动响应信号，同时提取时域振动特征参数；接着，利用小波变换的滤波器功能处理上述时域振动响应信号，并通过快速傅立叶变换获取指定频率范围内的频域振动响应信号，同时提取频域振动特征参数；基于上述获取的时频域振动特征参数，建立空心西瓜的预测模型。本发明能够更加准确地无损检测出西瓜的空心缺陷，适用于现场检测。测。测。


技术研发人员：崔笛 丁城桥 王大臣
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/6/1