碾米质量控制设备、方法以及智能碾米系统与流程

本发明涉及食品机械技术领域，特别涉及一种碾米质量控制设备、方法以及智能碾米系统。

背景技术：

大米是将稻谷经清理、砻谷、碾削和抛光等加工工序后制成的成品。大米在加工过程中经常受到机械设备的损伤，导致碎米的产生，而碎米的价值仅有整米的50％左右，因此提高大米的加工质量是极其重要的。在去除米粒表皮的糠粉层的加工工序中，需要碾米机的碾磨，米粒不可避免地受到碾辊强烈的碾削力和应力作用，导致稻米的破碎比其他设备发生的几率更大。在现有碾米机中，每1-2小时需要专业的人工对碾米机的碾削效果进行一次检查，通常是将手伸入碾米机出米嘴的导流槽中取样，然后对米样的碾白度、碎米率和碾削精度等质量指标进行分析和判断，最后依据碾削工艺要求对碾米机进行合适地调整。

因此，现有的碾米机碾磨加工工序中，需要操作工人对碾米设备进行精准调节和操作，以保证成品米的质量和出品率。如何减少操作调整的时间，克服人为因素的干扰，精准控制大米的碾磨精度，是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种碾米质量控制设备、方法以及智能碾米系统，旨在解决现有的碾米机碾磨加工工序需要减少操作调整的时间、克服人为因素的干扰，以降低碎米率并精准控制大米的碾磨精度的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种应用于碾米机的碾米质量控制设备，所述碾米质量控制设备包括：

门体组件，包括门体和驱动装置，所述门体盖设于所述碾米机的出米嘴，所述驱动装置驱动所述门体按压所述出米嘴的压紧程度，以调节所述出米嘴受到的压力；

采样装置，与所述出米嘴连接设置，以获取自所述碾米机的出米嘴流出大米的采样米粒；

米样分散装置，设有测量工位，所述米样分散装置用于分散自所述采样装置输出的所述采样米粒，以使得所述采样米粒在所述测量工位处呈单颗粒离散状排布；

图像采集装置，用以拍摄位于所述测量工位处的所述采样米粒的采样图像；以及，

控制装置，电性连接所述图像采集装置和所述驱动装置，用于接收并处理所述采样图像，以对应控制所述驱动装置工作。

可选地，所述采样装置包括：

导流槽，与所述出米嘴连接设置；

外套管，两端分别设有外进样口和外出样口，所述外套管安装于所述导流槽，所述外进样口用以与所述导流槽连通，且呈朝向所述导流槽流出大米的流向设置；

内套管，两端分别设有内进样口和内出样口，所述内套管可转动地穿设于所述外套管内，且具有使所述内进样口连通所述外进样口的第一位置、所述内出样口连通所述外出样口的第二位置；以及，

旋转驱动装置，驱动连接所述内套管，以使得所述内套管在所述第一位置和所述第二位置之间切换。

可选地，在所述外进样口朝向所述外出样口的方向上，所述外套管呈逐渐朝下倾斜设置地安装于所述导流槽。

可选地，所述外套管对应所述外出样口处朝下凸设有导流嘴，在所述导流嘴的内腔从上至下呈渐缩设置。

可选地，所述米样分散装置包括：

储料斗，用以连接所述采样装置的输出口；

第一输送带和第二输送带，所述第一输送带与所述第二输送带呈连接设置，所述第一输送带安装于所述储料斗出料端的下方，用以将所述储料斗出料端掉落的所述采样米粒输送至所述第二输送带，其中，所述第二输送带的表面用以形成所述测量工位；以及，

米粒刷，设于所述第一输送带与所述第二输送带的连接处，用以拨刷所述采样米粒，以使得所述采样米粒呈单颗粒离散状地进入所述第二输送带。

可选地，所述驱动装置包括：

座体，固定安装于所述出米嘴，用以安装所述门体，所述座体内部设有安装腔；

弹性伸缩机构，安装于所述安装腔，所述弹性伸缩机构的一端与所述门体连接，用以沿靠近和远离所述出米嘴的方向活动；以及，

电机，安装于所述座体，且与所述弹性伸缩机构驱动连接，用以控制所述弹性伸缩机构活动而调整所述出米嘴的压力。

可选地，所述弹性伸缩机构包括：

连杆，一端伸出所述安装腔，用以连接所述门体；

螺套，贯设有螺孔；

弹簧，两端分别与所述螺套和所述连杆连接；

螺杆，可转动地插设于所述螺孔，用以与所述螺套相配合，所述螺杆的一端与所述电机连接，用以在所述电机的驱动下转动。

此外，本发明还提出一种智能碾米系统，所述智能碾米系统包括：

碾米机；以及，

如本发明所述的碾米质量控制设备，所述碾米质量控制设备安装于所述碾米机。

此外，本发明还提出一种碾米质量控制方法，应用于如本发明所述的碾米质量控制设备，所述方法包括如下步骤：

基于所述碾米质量控制设备从所述碾米机出米嘴处获取的采样米粒，获取所述采样米粒的采样图像；

根据所述采样米粒的采样图像，获取所述采样米粒的质量特征信息；

建立模糊推理系统，所述模糊推理系统的输入量包括所述采样米粒的质量特征信息，输出量包括所述碾米机出米嘴的压力控制量；

根据所述模糊推理系统的推理规则，计算生成所述压力控制量的执行命令，并控制所述质量控制设备的驱动装置控制所述碾米机出米嘴的压力。

可选地，所述采样米粒的质量特征信息包括但不限于所述采样米粒的碾白度和破碎率；和/或，

在所述建立模糊推理系统中，所述采样米粒的质量特征变量和所述压力控制变量的分级均采用非常低、低、中、高和非常高5个同名的隶属函数，并按照5个同名的所述隶属函数进行模糊运算和推理。

本发明的技术方案中，碾米质量控制设备可以实现从出米嘴取样、对采样米粒进行质量评价到调整碾米机的闭环控制，其自动化程度高，而且没有人为因素的干扰，对碾米机的调整非常精准，进而使碾米机能产出碾磨精度更高的大米。本发明通过对出米嘴压力的不同程度的调节，可以产出糙米、胚芽米、留胚米等不同类型的绿色营养食品，在稻谷加工过程中，可设置多个碾米机组成碾米机组，控制碾米机组中的碾米机进行多级分级轻碾，使每一道碾米的碾削度都满足工艺要求，这样大米以营养保存最为完好的方式到达用户的手中，可极大地提升用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明提供的碾米质量控制设备的一实施例的结构示意图；

图2为图1中的取样装置中内套管在第一位置时的结构示意图；

图3为图1中的取样装置中内套管在第二位置时的结构示意图；

图4为图1中的门体组件的结构示意图；

图5为图1中的图像采集装置拍摄的采样图像的示意图；

图6为本发明提供的碾米质量控制方法的具体实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为解决上述问题，本发明提出一种应用于碾米机的碾米质量控制设备，请参阅图1-图5，所述碾米质量控制设备包括门体组件、采样装置2、米样分散装置、图像采集装置以及控制装置，门体组件包括门体11和驱动装置12，门体11盖设于碾米机的出米嘴102，驱动装置12驱动门体11按压出米嘴102的压紧程度，以调节出米嘴102受到的压力，采样装置2与出米嘴102连接设置，以获取自碾米机的出米嘴102流出大米的采样米粒200，米样分散装置设有测量工位，米样分散装置用于分散自采样装置2输出的采样米粒200，以使得采样米粒200在测量工位处呈单颗粒离散状排布，图像采集装置用以拍摄位于测量工位处的采样米粒200的采样图像300，控制装置电性连接图像采集装置和驱动装置12，用于接收并处理采样图像300，以对应控制驱动装置12工作。

本发明的碾米质量控制设备可以实现从出米嘴102取样、对采样米粒200进行质量评价到调整碾米机的闭环控制。本发明自动化程度高，而且没有人为因素的干扰，对碾米机的调整非常精准，进而使碾米机提高整出米率，能产出碾磨精度更高的大米。

请参阅图1，稻谷从碾米机的进料口101进入碾米机的碾米室内，然后经碾削从出米嘴102流出，而本发明的驱动装置12用于调节碾米机的出米嘴102的压力，是调节碾米室内部压力的其中一种方式，因此，如果将驱动装置12应用于其他用于调节碾米室内部压力的装置，也是可行的。

进一步地，本发明实施例中的驱动装置12通过对出米嘴102压力的不同程度的调节，可以减少碎米，并产出糙米、胚芽米、留胚米等不同类型的绿色营养食品，或者在稻谷加工过程中，设置多个碾米机组成碾米机组，控制碾米机组中的碾米机进行多级分级轻碾，使每一道碾米的碾削度都满足工艺要求，这样大米以营养保存最为完好的方式到达用户的手中，可极大地提升用户体验。

进一步地，请参阅图2-图3，所述采样装置2包括导流槽21、外套管22、内套管23以及旋转驱动装置24，导流槽21与出米嘴102连接设置，外套管22两端分别设有外进样口221和外出样口222，外套管22安装于导流槽21，外进样口221用以与导流槽21连通，呈朝向导流槽21流出大米的流向设置，内套管23两端分别设有内进样口231和内出样口232，内套管23可转动地穿设于外套管22内，且具有使内进样口231连通外进样口221的第一位置、内出样口232连通外出样口222的第二位置，旋转驱动装置24驱动连接内套管23，以使得内套管23在第一位置和第二位置之间切换。

本实施例中，内套管23处在第一位置时，内进样口231连通外进样口221，米粒进入到内套管23中，同时内出样口232和外出样口222不连通，方便采样装置2收集足够的采样米粒200，内套管23处在第二位置时，内出样口232连通外出样口222，同时内进样口231与外进样口221不连通，方便采样装置2将所述采样米粒200全部输出。本实施例的采样装置2不影响米粒在导流槽21中的流动，在需要采样时控制旋转驱动装置24转动内套管23即可。

进一步地，在外进样口221朝向外出样口222的方向上，外套管22呈逐渐朝下倾斜设置地安装于导流槽21，加快所述采样米粒200在内套管23中的流动。

请参阅图2-图3，外套管22对应外出样口222处朝下凸设有导流嘴25，在导流嘴25的内腔从上至下呈渐缩设置，由于内出样口232和外出样口222开设的较大，本实施例中，在采样米粒200流出时，将采样米粒200进行了收拢处理，方便米样分散装置收集采样米粒200。

本实施例中，米样分散装置包括储料斗31、第一输送带32和第二输送带33以及米粒刷34，储料斗31用以连接采样装置2的输出口，第一输送带32与第二输送带33呈连接设置，第一输送带32安装于储料斗31出料端的下方，用以将储料斗31出料端掉落的采样米粒200输送至第二输送带33，其中，第二输送带33的带面用以形成测量工位，米粒刷34设于第一输送带32与第二输送带33的连接处，用以拨刷采样米粒200，以使得采样米粒200呈单颗粒离散状地进入第二输送带33。通过第一输送带32和第二输送带33的输送，避免采样米粒200在储料斗31和第一输送带32中形成堆积，同时也便于米粒刷34将采样米粒200分隔开。本实施例中，第二输送带33位于第一输送带32的下方，通过重力的作用使分隔开的采样米粒200掉入第二输送带33的带面，使分隔开的采样米粒200呈现无规则的单颗粒离散状。

进一步地，第二输送带33的输出端设置有回收装置，使采样米粒200能回到碾米机100产出的米粒流中，避免产生浪费，本实施例所述回收装置为回收斗35。

进一步地，本实施例中，图像采集装置包括两个摄像机41和图像采集卡42，两个摄像机41的拍摄角度不相同，使采样图像300更准确地反映采样米粒200的真实形状，本实施例中还设置有用于拍摄的成像室43，将第二输送带33、两个摄像机41和图像采集卡42安装在成像室43内，其中两个摄像机41放置在第二输送带33上方约10-15cm处，在拍摄图像后，通过帧抓取器进行数字化，然后传输到图像处理算法进行进一步分析。本实施例中的控制装置包括计算机终端51和控制器52，其中计算机终端51用于执行图像处理算法，计算得到控制驱动装置12的指令，然后控制器52根据该指令控制驱动装置12，以调整出米嘴102的压力。

请参阅图4，本实施例中，驱动装置12包括座体121、弹性伸缩机构以及电机126，座体121固定安装于出米嘴102，用以安装门体121，，座体121内部设有安装腔，弹性伸缩机构安装于安装腔，弹性伸缩机构的一端与门体11连接，用以沿靠近和远离出米嘴102的方向活动，电机126安装于座体121，且与弹性伸缩机构驱动连接，用以控制弹性伸缩机构活动而调整出米嘴102的压力，本实施例中的电机126为步进电机。

进一步地，弹性伸缩机构包括连杆122、螺套123、弹簧124以及螺杆125，连杆122的一端伸出安装腔，用以连接门体11，连杆122和门体11之间设置有球铰127，使连杆122和门体11保持活动连接，螺套123贯设有螺孔，弹簧124的两端分别与螺套123和连杆122连接，螺杆125可转动地插设于螺孔，用以与螺套123相配合，螺杆125的一端与电机126连接，用以在电机126的驱动下转动。

此外，本发明还提出一种智能碾米系统，所述智能碾米系统包括碾米机和本发明的碾米质量控制设备，所述碾米质量控制设备安装于碾米机，本发明的智能碾米系统实现从出米嘴102取样、对采样米粒200进行质量评价到调整碾米机的闭环控制，使碾米机产出碾磨精度更高的大米。

本发明还提出一种碾米质量控制方法，应用于本发明的碾米质量控制设备，请参阅图1和图6，所述方法包括如下步骤：

s100：基于碾米质量控制设备从碾米机出米嘴处获取的采样米粒，获取采样米粒的采样图像；

s200：根据采样米粒的采样图像，获取采样米粒的质量特征信息；

s300：建立模糊推理系统，模糊推理系统的输入量包括采样米粒的质量特征信息，输出量包括碾米机出米嘴的压力控制量；

s400：根据模糊推理系统的推理规则，计算生成压力控制量的执行命令，并控制质量控制设备的驱动装置控制碾米机出米嘴的压力。

本发明的碾米质量控制方法可以实现从出米嘴取样、对采样米粒进行质量评价到调整碾米机的闭环控制，进而使碾米机产出碾磨精度更高的大米。

本发明采用模糊逻辑方法，基于产品质量评价的决策，对人工调整碾米机的方式进行仿真。模糊推理系统采用labview软件的模糊工具箱进行设计。

本发明的方法还可以通过改变输入的质量特征选项对稻谷进行不同程度的碾磨加工，产出糙米、胚芽米、留胚米等绿色营养食品。

进一步地，在得到采样图像后，对其进行预处理，忽略图像失真等影响，然后将采样图像转换为灰度图像进行强度分析，再根据预设的强度因子阈值将米粒与背景区分开，最后，使用bwlabel函数识别每颗米粒。本发明的碾米质量控制方法中，所述采样米粒的质量特征信息包括但不限于采样米粒的碾白度和破碎率，其中，碾白度是通过计算采样图像中米粒灰度强度的平均值得到的，破碎率是通过计算碎米粒占采样米粒的总颗粒数的百分比得到的，本实施例中判定米粒是否为碎米粒的方法是计算米粒的长轴长度，若其长轴长度小于采样米粒平均长度四分之三，则判定为碎米粒。

大米的产品质量的特征往往有多种，既可以从形状、尺寸和颜色分析判定其特征，又可以结合采样米粒的总颗粒数进行综合分析，例如糙米和不同精度的大米的区别是根据米粒表面的颜色来进行判定，通常碾削精度越低，其米粒表面的颜色就越深，而碾削精度不同，米粒的营养值就不同，基于用户对米粒营养值的需求，碾米机需要具有加工出不同碾削精度的米粒的能力。本发明的设备中设置有米样分散装置，将采样米粒分散后，便于后续的分析判定，进而实现对碾米机的碾削精度的精确控制。

此外，在所述模糊推理系统中，采样米粒的质量特征变量和压力控制变量均采用非常低(vl)、低(l)、中(m)、高(h)和非常高(vh)这5个同名的隶属函数，并按照5个同名的所述隶属函数进行模糊运算和推理，根据不同的原粮品种特性和碾米机的技术参数即可确定每个隶属函数的范围及其间隔，进行模糊推理运算。根据碾白度和破碎率，进行模糊推理以得到压力控制量的执行命令的推理规则如表1所示。

表1

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。