红薯分级分选机的设计开题报告.doc

湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名杨彪学号200841914307年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师及职称高英武教授开题时间年月日毕业论文（设计）题目红薯分级分选机的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）一、红薯概述及红薯分选机的研究意义红薯（学名：Ipomoeabatatas），又名番薯、甘薯、山芋、地瓜、红苕、线苕、白薯、金薯、甜薯、朱薯、枕薯等。常见的多年生双子叶植物，草本，其蔓细长，茎匍匐地面。块根，无氧呼吸产生乳酸，皮色发白或发红，肉大多为黄白色，但也有紫色，除供食用外，还可以制糖和酿酒、制酒精。世界红薯97.9%的面积集中在发展中国家。日本、美国、韩国等发达国家和地区栽培面积一直呈下降趋势。目前栽培面积仅相当于60年代的5%。据联合国粮农组织统计世界上共有111个国家栽培红薯.中国是世界最大的红薯生产国.中国薯类生产相对比较集中，以2003年为例，9个省份的产量就占全国的74%。红薯含有丰富的淀粉、膳食纤维、胡萝卜素、维生素A、B、C、E以及钾、铁、铜、硒、钙等10余种微量元素和亚油酸等，营养价值很高，被营养学家们称为营养最均衡的保健食品。食物纤维，对于现代人来说显得尤为宝贵。医学研究证实，缺乏具有通便作用的食物纤维，可诱发各种生活习惯病和大肠癌。红薯经过蒸煮后，部分淀粉发生变化，与生食相比可增加40%左右的食物纤维。多种不溶于水纤维的增加，可有效刺激肠道，促进排便。红薯广泛应用于食品、医药、化工、造纸等10多个行业，利用红薯可以制成数百种工业产品和数百种食品。在鲜红薯加工中，用于淀粉加工的比例最大，淀粉可以进一步加工成粉条、粉丝、粉皮等粉制品。另外用红薯淀粉还可以制成变性淀粉、柠檬酸、酒精等，在医药上可以用来生产医药用的包装塑料、药片填剂和青霉素及核苷类物质。红薯每加工一次就可以增值一次。加工成普通淀粉可以增值0.75倍，精制淀粉可以增值1倍，加工成粉条可以增值1.52倍，加工薯脯可增值3倍（但量有限）。另外加工后的薯渣可以造糖、酒精，综合利用后可以增值5-6倍，如果加工成方便粉丝、或精制粉丝、保健淀粉出售，可以增值10-15倍不等。还有红薯的茎尖、叶柄等制成蔬菜进行综合加工效益更高。总之，红薯是不耐存放的作物，只有深加工才可以增值。正因为红薯巨大的使用价值和良好的市场前景，所以它对促进我国相关食品行业的发展有着十分重要的意义，随着科学技术的进步，食品深加工已经越来越被世界重视，特别是便餐和方便食品的诞生，促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来，这更要求原料的深加工伴随着发展。其中红薯原料的深加工就是受到人们高度重视且发展较快的产业之一。我国是世界最大的红薯生产国。但在我国绝大部分红薯被直接用作饲料和食用，红薯的附加价值并没有得到很好的挖掘。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增加了越冬保鲜难度，也降低了它的营养价值。究其原因主要是缺少加工设备，特别是分选机械。而从国外引进设备价格昂贵，生产成本高，致使国内该产业发展缓慢。因此研究设计出一套成本低、结构简单实用以及分选效率高的红薯分选机是红薯深加工承上启下的关键设备，对红薯深加工流程有着重要的影响。二、红薯分选机国内外研究现状近年来，随着农业科技的发展和人民水平的提高，国内外红薯品种越来越多，人们对红薯的品质也有了更高的要求。为了提高红薯的加工质量和出品等级，需要对红薯进行严格的质量分级和大小分级。目前，我国具备先进红薯分选设备的企业很少，有大型生线的企业也仅仅是对质量和大小进行分选，装备比较落后。因此，市场上销售的红薯大多数依靠机械配合人工的方式实现分级。人工分级的主要缺点是：劳动量大、生产率低而且分选精度不稳定；红薯分选难以实现快速、准确和无损化。截止到目前为止，国内外已有不少学者及科研人员在此领域取得了重大进展。根据红薯检测指标的不同，红薯分选机大致可分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品质分选机。2.1大小分选机的研究现状大小分选机是按照红薯大小进行分选，在红薯分选机中应用最为广泛。目前可用于红薯分选的方法有筛子分选法、回转带分选法、辊轴分选法、滚筒式分选法等。其中，前3种方法由于各自存在不同的缺点而未能推广使用。滚筒式分选法其分选装置主要由喂料机构、V型槽导薯板、分选滚筒、接薯盘及传动系统组成。工作时，红薯由倾斜输送器提升后，先经手选装置由人工剔除伤残果，然后通过输送带送人薯箱，打开料门，输送至导薯槽板。在此，红薯自然分行滚动，不会出现红薯堆积和阻碍现象。分选滚筒开有孔径逐级增大的圆孔，红薯从V型导薯槽板流至滚筒外边进行自动校径的分选。小于分选孔的红薯先从第一滚筒分选孔落人接薯盘，大于分选孔的则经V型导红薯槽继续向前滚动，直至遇到相应分选孔落下，于是在不同的接薯盘可得到不同等级的红薯。此分选装置结构简单，对红薯损伤小，成本较低，分选精度和效率较高，适用于球形和近似球形物料的分选，在国外应用较广。为了减少红薯碰撞，提高好薯率，有的大小分选机是利用浮力、振动和网格相配合的办法进行分选，但有关此方面的报道较少。由以上可知，红薯大小机械式分选法中，滚筒式分选法是最优的一种。另外，随着电子技术和计算机图像技术的发展，采用光电传感器或CCD摄像机对红薯的大小进行测量判别已成为此类分选机的机对红薯的大小进行测量判别已成为此类分选机的研究热点。因为它们是对红薯的大小进行不损伤的非接触性计量，适用于任何种类的红薯。冯斌、汪懋华研究了一种基于计算机视觉的红薯大小检测方法，试验表明该方法检测速度快、正确率高、适用范围宽，能够满足红薯自动检测要求。2.2重量分选机按重量进行分选的分选机械早期是利用杠杆原理进行分选的。目前，机械式重量分选机主要有固定衡量秤体、运动输送盘式和固定限位装置、运动衡量秤体式两种机型。机械式重量分选对红薯的损伤较小，而且具有较广的通用性，但是由于各种误差及摩擦影响等分选精度不是很高。近年来，随着计算机和称重传感技术的迅速发展和现代科学技术的相互渗透，电子称重技术及应用有了新的发展。基于此，国内外已开始研制电子称重式分选机。电子称重式分选机一般采用压力传感器称量红薯，微机系统对传感器输出信号进行采样、放大、滤波、模数转换、运算和处理，并控制机械执行机构进行分选。王新亭等在现有电子称重式红薯分选台的基础上，对其测控系统进行了重新研制，将原有的Pc机控制替代为单片机控制。由于系统采用微机控制，可按需选择准确的分选基准，具有更高精度和更高的控制灵活度，在实际中具有更广的应用前景。以色列ESHETEILON公司、美国AUTOLINE公司生产的电子称重式分选机，在分选检测技术上已经很成熟，工作效率高，并具有较高的分选精度。但是由于该设备操作较为复杂，而且设备成本较高，难以在我国推广使用。我国对该类型红薯分选机的研制尚处于起步阶段，需要科研人员充分利用国外已经取得的研究成果，研制适合于我国实际情况的电子称重式分选机。2.3外观品质分选机外观品质分选机是按红薯的大小、表面缺陷、色泽、形状、成熟度等进行分选的分选机。其分选方法包括：光电式色泽分选法和计算机图像处理分选法。色泽分选法是根据颜色不同反射光的波长就不同的原理对红薯颜色进行区分。而计算机图像处理分选法是利用计算机视觉技术一次性完成果梗完整性、果形、红薯尺寸、果面损伤、成熟度等检测，可以测得红薯大小、果面损伤面积等具体数值，并根据其数值大小进行分类。国内外学者在利用计算机视觉技术对红薯外部品质检测方面进行了大量的研究，并取得了重大进展。在缺陷检测方面，TaoY等研制出的基于计算机视觉的苹果缺陷检测系统，达到了快速和全面检测的效果。LeemansV等研究了一个基于缺陷特征的红薯实时分级方法。该方法的准确率可达73，其中错误发生的一部分情况是良性的，而另一部分则由于缺陷是晒伤或撞伤，或者缺陷太靠近果梗和花萼很难被检测到。在颜色检测方面，目前普遍采用色度直方图计算各色度的累计值作为分级特征，且识别的方法仍然是统计模式方法居多。Kazuhiro采用二级神经网络对苹果进行颜色分级，通过将苹果果面沿花萼梗方向分区并分别进行处理，解决了因苹果果面曲率不同而引起的反射梯度不同的问题。在国内，为实现苹果颜色的在线检测，李庆中等设计了苹果颜色自动分级系统，基本上实现了实时分级的要求。在果形检测方面，目前描述苹果形状的方法有多种，包括编码法、统计法、几何结构法和光谱法等。边界编码法虽然能够准确地描述苹果的形状，但数据量大而且压缩困难。2.4内部品质分选机内部品质包括红薯的糖度、硬度、酸度和内部缺陷等指标，通常红薯内部品质主要依靠破坏性检验方法。目前用于红薯硬度的检测方法主要有变形法和声学法。但由于变形法只能测量红薯的局部硬度，声学法易受噪音和机械振动的影响等而限制了其应用。而近红外法和核磁共振法可用于红薯糖度、硬度的检测。近红外光谱技术在农产品内部品质检测方面发展较快，具有检测速度快、可同时检测多种内部成分等优点。其基本原理是当用近红外光照射红薯时，不同的红薯内部成分对于不同波长的光学吸收和散射程度不同，而内部光谱也会随着红薯内部成分质量分数的不同而发生变化。利用这一特性，即可根据近红外光谱特征分析红薯中的主要成分及其质量分数。何东健等。利用近红外分光法检测红薯内部品质，结果表明：近红外分光法不但能检测红薯糖度、酸度，而且能检测内部缺陷，完全满足在线检测红薯内部品质的要求。刘燕德等应用近红外漫反射光谱分析技术设计了一种近红外光谱红薯内部品质自动检测系统，该系统能够快速地用于红薯内部品质的无损检测和分级。核磁共振技术作为一项新的检测技术在红薯内部品质检测方面也有着较大的发展潜力。Kim等设计了1台NMR在线分级设备并进行了测试，发现鳄梨在带50mmS的状态下，所得油水的共振峰值比值与成熟度的相关系数高达0970。Chaughule等使用自由感应衰减(FID)谱的方法对人参果中的可溶性碳水化合物进行了测定。Zion等提出一种基于MRI进行计算机检测的快速方法，并对不同品种的苹果进行损伤检测，取得了较好的试验结果。另外，用超声波检测西瓜的内部空心已比较成熟。其它缺陷的检测目前有：x射线分析法、计算机视觉检测方法、介电特性检测方法、电子鼻技术等。利用计算机视觉技术对农产品内部品质进行无损检测也是近几年研究的一个热门课题，到目前该技术已比较成熟，应用也日趋广泛。随着嗅觉传感技术的不断发展，电子鼻技术也得到了广泛的研究与应用。Lakshmi等通过对变化的电子鼻传感器数据进行了多元分析，把苹果按成熟度分成未成熟、成熟和过成熟3种等级。通过判别式分析法，电子鼻技术的正确分级率达83。三、主要参考文献1曹其新，吕恬生，永田雅辉日本蔬菜和红薯拣选机器人的发展状况J机械设计与研究，1998(4)：9112沈林生农产品加工机械M北京：机械工业出版社，1988：89953沈再春农产品加工机械与设备M北京：中国农业出版社，1993：51534冯斌，汪懋华基于计算机视觉的红薯大小检测方法J农业机械学报，2003，34(1)：73755王莉FJZ一500型红薯重量分级机称量误差理论分析J农业机械学报，1997，28(1)：89936王新亭，张东兴红薯分选台单片机测控系统的研究J中国农业大学学报，2003，8(4)：41-437应义斌，景寒松，马俊福，等黄花梨品质检测机器视觉系统J农业机械学报，2000，31(2)：1131158应义斌，饶秀勤，黄永林，等运动红薯图像的实时采集方法与系统研究J农业机械学报，2004，35(3)：1791839蒋焕煜，应义斌，王剑平，等红薯品质智能化实时检测分级生产线的研究J农业工程学报，2002，18(6)：15816010杨秀坤，陈晓光，马成林，等用遗传神经网络方法进行苹果颜色自动检测的研究J农业工程学报，1997(2)：17317611何东健，杨青，薛少平，等果实表面颜色计算机视觉分级技术研究J农业工程学报，1998，14(3)：20220512冯斌，汪懋华基于颜色分形的红薯计算机视觉分级技术J农业工程学报，2002，18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