一种果蔬智能涂膜装置及方法

摘要

本发明提供一种果蔬智能涂膜装置及方法，包括物料输送模块、实时感知模块、靶向喷涂模块、动态干燥模块和电控控制模块；实时感知模块安装在物料输送模块上，用于采集涂膜的目标果蔬图像，并进行图像处理，得到涂膜的目标果蔬区域的尺寸、方位信息以及到达靶向喷涂模块的时间；通过靶向喷涂模块实现靶向喷涂过程；通过动态烘干模块实现涂层中水分的快速烘干。本发明实现了涂膜过程的自动化、信息化和智能化，为工业生产节省了大量的人力、物力和财力。果蔬表面形成的均匀且牢固的涂层延缓了果蔬生产销售过程中的品质下降，极大的延长了其货架期。同时，也避免了传统浸液槽细菌滋生和膜液浪费的问题。

权利要求

1.一种果蔬智能涂膜装置，其特征在于，包括物料输送模块、实时感知模块、靶向喷涂模块、动态干燥模块和电控控制模块；

所述物料输送模块用于输送涂膜的目标果蔬；所述实时感知模块安装在物料输送模块上，用于采集涂膜的目标果蔬图像，并进行图像处理，得到涂膜的目标果蔬区域的尺寸、方位信息以及到达靶向喷涂区域的时间；所述实时感知模块包括暗箱(9)、LED光源(10)、光电传感器(11)、CCD相机(12)、图像采集卡(13)和工业计算机(14)；所述暗箱(9)安装在物料输送模块上，所述CCD相机(12)和LED光源(10)安装于暗箱(9)内，所述CCD相机(12)用于采集暗箱(9)内目标果蔬图像，所述图像采集卡(13)与CCD相机(12)相连，用于接收和储存CCD相机(12)所拍摄的图像，并将图像信号传送到工业计算机(14)，所述工业计算机(14)接收图像采集卡(13)的图像信号后进行图像处理，得到涂膜的目标果蔬区域的尺寸、方位信息以及到达靶向喷涂区域的时间；

所述靶向喷涂模块包括喷涂室(15)、若干台静电喷枪(17)和电磁铁(18)；所述喷涂室(15)安装在物料输送模块上，且位于实时感知模块的后面，所述静电喷枪(17)安装于喷涂室(15)内，静电喷枪(17)与高压静电发生器连接，静电喷枪(17)的进气口与空气压缩机连接，静电喷枪(17)的进料口与涂料桶连接，所述电磁铁(18)安装于静电喷枪(17)的喷嘴正前方；所述动态干燥模块安装在物料输送模块上，且位于喷涂室(15)的后面，用于对涂膜后的果蔬进行烘干；所述电控控制模块包括PLC控制柜(26)，所述PLC控制柜(26)与实时感知模块、静电喷枪(17)和电磁铁(18)连接。

2.根据权利要求1所述的果蔬智能涂膜装置，其特征在于，所述物料输送模块包括依次连接的第一物料输送装置(1)、第二物料输送装置(2)和第三物料输送装置(3)；所述实时感知模块和靶向喷涂模块沿果蔬的输送方向依次安装在第一物料输送装置(1)上；所述第二物料输送装置(2)沿果蔬的输送方向倾斜；所述动态干燥模块安装在第三物料输送装置(3)上。

3.根据权利要求1所述的果蔬智能涂膜装置，其特征在于，所述物料输送模块的传送链条(7)之间设有多个转动连接的圆辊。

4.根据权利要求1所述的果蔬智能涂膜装置，其特征在于，所述实时感知模块还包括光电传感器(11)；所述光电传感器(11)安装在暗箱(9)的出口并与CCD相机(12)相连，光电传感器(11)检测到暗箱(9)内有果蔬通过作为CCD相机(12)的拍摄启动信号。

5.根据权利要求1所述的果蔬智能涂膜装置，其特征在于，所述动态干燥模块包括烘干室(22)、第二鼓风装置(23)、若干根快中波红外加热管(24)和控制系统(25)；所述烘干室(22)安装在物料输送模块上，所述第二鼓风装置(23)和快中波红外加热管(24)安装在烘干室(22)内；所述控制系统(25)分别与第二鼓风装置(23)和快中波红外加热管(24)的控制器连接。

6.根据权利要求1所述的果蔬智能涂膜装置，其特征在于，所述电磁铁(18)为U型电磁铁。

7.一种采用权利要求1‑6任意一项所述的装置对果蔬涂膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述物料输送模块将目标涂膜的果蔬依次输送到实时感知模块、靶向喷涂模块和动态干燥模块；所述实时感知模块采集涂膜的目标果蔬图像，并进行图像处理，工业计算机(14)得到涂膜的目标果蔬区域的尺寸、方位信息以及到达靶向喷涂区域的时间发送给所述电控控制模块的PLC控制柜(26)，所述PLC控制柜(26)根据实时感知模块的图像处理结果发出指令，控制静电喷枪(17)和电磁铁(18)的工作，对目标涂膜的果蔬进行靶向喷涂；所述动态干燥模块对涂膜后的果蔬进行烘干。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述PLC控制柜(26)根据实时感知模块的图像处理结果控制静电喷枪(17)和电磁铁(18)的工作具体为：当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S＝0时，即未检测到涂膜目标果蔬，PLC控制柜(26)保持静电喷枪(17)和电磁铁(18)为关闭状态；

当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S大于所设定的临界值ΔS时，此时不考虑方位信息，PLC控制柜(26)启动静电喷枪(17)采用大喷幅工作，保持电磁铁(18)为关闭状态，对整个输送区域实施全方位喷涂；

当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S小于所设定的临界值ΔS时，此时静电喷枪(17)的喷幅改为小喷幅工作，根据目标果蔬的方位信息控制电磁铁(18)工作，对目标果蔬进行靶向喷涂。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述动态干燥模块内的温度和空气流速根据物料输送模块的速度来确定。

说明书

一种果蔬智能涂膜装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于果蔬保鲜技术领域，尤其涉及一种果蔬智能涂膜装置及方法。

背景技术

[0002] 果蔬涂膜保鲜是指涂膜保鲜剂在果实表面形成一层致密的保鲜膜，为其创造一个适宜的“微环境”，防止病原菌的侵染，减少营养物质的消耗，最终保持果蔬品质及延长其货架期的一种保鲜方法。

[0003] 目前，行业内通常采用涂膜设备作业代替手工涂膜，所涉及的涂膜方法主要有浸涂法、滴涂法和喷涂法三种。例如，申请号为CN201821141348.2的中国实用新型专利公开申请了一种水果保鲜用涂膜机，使水果逐个经过浸涂槽，实现对水果的涂膜；申请号为
CN201620437422.X的中国实用新型专利公开申请了一种果蔬真空涂膜机，采用箱状的浸涂
架装载果蔬，以浸涂架为单位对果蔬进行涂膜。总体而言，由于浸涂法操作简单，能够对果蔬完全浸涂，运用较为广泛。虽然这些涂膜机提高了涂膜效率和机械化程度，但是浸液槽内膜液重复使用，容易滋生细菌，且涂膜过程中带走了大量的膜液，造成了涂料的浪费。除此之外，现有的涂膜机自动化和智能化程度低也是需要解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了克服以上不足，提供了一种果蔬智能涂膜装置及方法，该果蔬智能涂膜装置能够实时感知输送装置上的果蔬数量和方位，通过靶向喷涂模块实现靶向
喷涂过程。本发明实现了涂膜过程的自动化、信息化和智能化，为工业生产节省了大量的人力、物力和财力。果蔬表面形成的均匀且牢固的涂层延缓了果蔬生产销售过程中的品质下
降，极大的延长了其货架期。同时，也避免了传统浸液槽细菌滋生和膜液浪费的问题。

[0005] 本发明的技术方案是：一种果蔬智能涂膜装置，包括物料输送模块、实时感知模块、靶向喷涂模块、动态干燥模块和电控控制模块；

[0006] 所述物料输送模块用于输送涂膜的目标果蔬；所述实时感知模块安装在物料输送模块上，用于采集涂膜的目标果蔬图像，并进行图像处理，得到涂膜的目标果蔬区域的尺
寸、方位信息以及到达靶向喷涂模块的时间；所述靶向喷涂模块包括喷涂室、若干台静电喷枪和电磁铁；所述喷涂室安装在物料输送模块上，且位于实时感知模块的后面，所述静电喷枪安装于喷涂室内，静电喷枪与高压静电发生器连接，静电喷枪的进气口与空气压缩机连
接，静电喷枪的进料口与涂料桶连接，所述电磁铁安装于静电喷枪的喷嘴正前方；所述动态干燥模块安装在物料输送模块上，且位于喷涂室的后面，用于对涂膜后的果蔬进行烘干；所述电控控制模块包括PLC控制柜，所述PLC控制柜与实时感知模块、静电喷枪和电磁铁连接。

[0007] 上述方案中，所述物料输送模块包括依次连接的第一物料输送装置、第二物料输送装置和第三物料输送装置；所述实时感知模块和靶向喷涂模块沿果蔬的输送方向依次安
装在第一物料输送装置上；所述第二物料输送装置沿果蔬的输送方向倾斜；所述动态干燥
模块安装在第三物料输送装置上。

[0008] 上述方案中，所述实时感知模块包括暗箱、LED光源、光电传感器、CCD相机、图像采集卡和工业计算机；所述暗箱安装在物料输送模块上，所述CCD相机和LED光源安装于暗箱内，所述CCD相机用于采集暗箱内果蔬图像，所述图像采集卡与CCD相机相连，用于接收和储存CCD相机所拍摄的图像，并将图像信号传送到工业计算机，所述工业计算机接收图像采集卡的图像信号后进行图像处理，得到涂膜的目标果蔬区域的尺寸、方位信息以及到达靶向
喷涂区域的时间。

[0009] 进一步的，所述实时感知模块还包括光电传感器；所述光电传感器安装在暗箱的出口并与CCD相机相连，光电传感器检测到暗箱内有果蔬通过作为CCD相机的拍摄启动信
号。

[0010] 上述方案中，所述喷涂室包括绝缘箱体，所述绝缘箱体设有安全门和观察窗。

[0011] 上述方案中，所述动态干燥模块包括烘干室、第二鼓风装置、若干根快中波红外加热管和控制系统；所述烘干室安装在物料输送模块上，所述第二鼓风装置和快中波红外加热管安装在烘干室内；所述控制系统分别与第二鼓风装置和快中波红外加热管的控制器连
接。

[0012] 上述方案中，所述电磁铁为U型电磁铁。

[0013] 一种根据所述的果蔬智能涂膜装置的方法，包括以下步骤：

[0014] 所述物料输送模块将涂膜的目标果蔬依次输送到实时感知模块、靶向喷涂模块和动态干燥模块；所述实时感知模块采集涂膜的目标果蔬图像，并进行图像处理，工业计算机将涂膜的目标果蔬区域的尺寸、方位信息以及到达靶向喷涂模块的时间发送给所述电控控
制模块的PLC控制柜，所述PLC控制柜根据实时感知模块的图像处理结果发出指令，控制静
电喷枪和电磁铁的工作，对涂膜的目标果蔬进行靶向喷涂；所述动态干燥模块对涂膜后的
果蔬进行烘干。

[0015] 上述方案中，所述PLC控制柜根据实时感知模块的图像处理结果控制静电喷枪和电磁铁的工作具体为：

[0016] 当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S＝0时，即未检测到涂膜目标果蔬，PLC控制柜保持静电喷枪和电磁铁为关闭状态；

[0017] 当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S大于所设定的临界值ΔS时，此时不考虑方位信息，PLC控制柜启动静电喷枪采用大喷幅工作，保持电磁铁为关闭状态，对整个输送区域实施全方位喷涂；

[0018] 当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S小于所设定的临界值ΔS时，此时静电喷枪的喷幅改为小喷幅工作，根据目标果蔬的方位信息开启电磁铁工作，干预带电膜液的运动轨迹，对目标果蔬进行靶向喷涂。

[0019] 上述方案中，所述动态干燥模块内的温度和空气流速根据物料输送模块的速度来确定，以保证涂层中的水分能够完全被蒸发。

[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的果蔬智能涂膜装置可以将果蔬进行靶向涂膜和快速烘干，最后在果蔬表面形成一层均匀的涂层，缓解运输销售过程中的
机械损伤和延缓贮藏期间果品的品质下降，最大限度保持果蔬采后的完整度和新鲜度。在
整个涂膜的过程中，果蔬智能涂膜装置的实时感知模块可以将物料输送模块的涂膜果蔬的
尺寸和方位信息提前传输给靶向喷涂模块；靶向喷涂模块利用磁场实现对目标果蔬进行靶
向涂膜，利用静电力作用使膜液牢固的吸附在果蔬表面；物料输送模块上圆辊的自转能够
带动果蔬翻转以达到最佳的喷涂效果；动态干燥模块能够在短时间内将涂料中水分蒸发；
电控控制模块根据实时感知模块的图像处理结果控制静电喷枪和电磁铁的工作，对目标涂
膜的果蔬进行靶向喷涂。本发明果蔬表面形成的均匀且牢固的涂层延缓了果蔬生产销售过
程中的品质下降，极大的延长了其货架期。同时，也避免了传统浸液槽细菌滋生和膜液浪费的问题。本发明自动化、智能化程度高，操作简单，节省涂料，易于推广。

附图说明

[0021] 图1为本发明一实施方式的果蔬智能涂膜装置的结构示意图；

[0022] 图2为本发明一实施方式的果蔬智能涂膜装置俯视图；

[0023] 图3为图1中A部分的放大图；

[0024] 图4为本发明一实施方式的烘干模块另一视角下的结构示意图。

[0025] 图中：1.第一物料输送装置；2.第二物料输送装置；3.第三物料输送装置；4.主动链轮；5.从动链轮；6.传动轮；7.传送链条；8.转动轴；9.暗箱；10.LED光源；11.光电传感器；12.CCD相机；13.图像采集卡；14.工业计算机；15.喷涂室；16.第一鼓风装置；17.静电喷枪；
18.电磁铁；19.安全门；20.绝缘箱体；21.观察窗；22.烘干室；23.第二鼓风装置；24.红外加热管；25.控制系统；26.PLC控制柜。

具体实施方式

[0026] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0027] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为
对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0028] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0029] 图1所示为所述果蔬智能涂膜装置的一种较佳实施方式，所述果蔬智能涂膜装置包括物料输送模块、实时感知模块、靶向喷涂模块、动态干燥模块和电控控制模块。

[0030] 所述物料输送模块用于输送涂膜的目标果蔬；所述实时感知模块安装在物料输送模块上，用于采集涂膜的目标果蔬图像，并进行图像处理，得到涂膜的目标果蔬区域的尺
寸、方位信息以及到达靶向喷涂区域的时间；所述靶向喷涂模块包括喷涂室15、若干台静电喷枪17和电磁铁18；所述喷涂室15安装在物料输送模块上，且位于实时感知模块的后面，所述静电喷枪17安装于喷涂室15内，静电喷枪17与高压静电发生器连接，静电喷枪17的进气
口与空气压缩机连接，静电喷枪17的进料口与涂料桶连接，所述电磁铁18安装于静电喷枪
17的喷嘴正前方；所述动态干燥模块安装在物料输送模块上，且位于喷涂室15的后面，用于对涂膜后的果蔬进行烘干；所述电控控制模块包括PLC控制柜26，所述PLC控制柜26与实时
感知模块、静电喷枪17和电磁铁18连接。

[0031] 如图1和2所示，所述物料输送模块包括依次连接的第一物料输送装置1、第二物料输送装置2和第三物料输送装置3。所述第一物料输送装置1、第二物料输送装置2和第三物
料输送装置3均分别包括两个主动链轮4、两个从动链轮5、一个传动轮6、两条传送链条7、一块橡胶摩擦板、若干根固定于传送链条7之间的圆辊。所述两个主动链轮4和从动链轮5分别套接在固定在侧板之间的转动轴8上，主动链轮4和传动链轮5通过传送链条7相连，所述传
动轮6通过链条与变频电机相连，所述橡胶摩擦板固定于圆辊下方，通过摩擦作用使圆辊实现自转。

[0032] 如图1所示，优选的，所述实时感知模块包括安装在第一物料输送装置1上方的黑色暗箱9、LED光源10、光电传感器11、彩色的CCD相机12、图像采集卡13和工业计算机14。所述LED光源10呈45度角安装于黑色暗箱9的两侧，提供CCD相机12拍摄所需的光照条件，所述光电传感器11安装在黑色暗箱9的出口并与CCD相机12相连，光电传感器11将检测到暗箱9
内有果蔬通过作为CCD相机12的拍摄启动信号，所述CCD相机12固定于黑色暗箱9内的正上
方，用于涂膜的目标果蔬图像的采集，所述图像采集卡13与CCD相机12相连，用于接收和储存相机所拍摄的图像，并将图像信号传送到工业计算机14作进一步的处理，所述工业计算
机14负责接收图像采集卡13的图像信号后进行图像处理和信息传递，具体处理步骤如下：
首先将所拍摄的图像进行灰度化处理，将彩色图像转化成灰度图像，降低原始数据量；然后通过图像分割算法将目标果蔬区域从图像中提取出来；最后以像素为单位计算涂膜的目标
果蔬区域的尺寸，以背景中心点为参照确定果蔬的方位信息，并且根据物料输送装置的速
度计算出该区域到达靶向喷涂模块的时间。工业计算机14将以上图像处理结果通过RS485
通讯方式传递给PLC控制柜。

[0033] 如图1和3所示，所述靶向喷涂模块包括固定在第一物料输送装置1上的喷涂室15、第一鼓风装置16、若干台静电喷枪17和电磁铁18。优选的，所述电磁铁18为U型电磁铁。所述喷涂室15包括一个前表壁设有转轴转动连接的安全门19和观察窗21的绝缘箱体20，所述安
全门19能够在停机时打开进行相应操作，所述观察窗21均固定安装有观测玻璃，所述第一
鼓风装置16安装在喷涂室15的侧壁上，为喷涂室15提供适宜的风场，所述静电喷枪17呈45
度角安装于喷涂室15内的第一输送装置1两侧的架体上，静电喷枪17电源线连接有高压静
电发生器，进气口通过空气管连接有空气压缩机，进料口通过导管与涂料桶相连，所述U型电磁铁两块为一组固定于静电喷枪喷嘴17正前方，利用线圈通电后产生的电磁场对运动电
荷的洛伦兹力来实现对带电膜液运动轨迹(向左、向右)的干预。进一步说，两块U型电磁铁上线圈的电流方向相反，即对带电膜液的作用力相反，根据目标果蔬的方位信息，通过控制两块U型电磁铁的开启和关闭，从而实现对膜液左右运动方向的双向控制。

[0034] 如图1和4所示，所述动态干燥模块包括安装在第三输送装置3上方的烘干室22、第二鼓风装置23、若干根快中波红外加热管24和控制系统25，所述第二鼓风装置23包括固定
在烘干室22内的若干台嵌入式风机和过滤网，过滤网位于嵌入式风机下方，所述快中波红
外加热管24固定在烘干室内上壁等距设置的夹具中，所述控制系统25安装在烘干室22的前
表壁上，用来控制嵌入式风机的功率和烘干室22内的温度。

[0035] 所述电控控制模块包括PLC控制柜26，所述PLC控制柜26与工业计算机14、静电喷枪17和U型的电磁铁18相连。所述PLC控制柜26根据工业计算机14的处理结果控制静电喷枪
17的开关和喷幅以及U型电磁铁18的开关。

[0036] 本发明实施例果蔬智能涂膜装置工作流程如下：所述光电传感器11检测到暗箱9内有果蔬通过作为CDD相机12的触发信号，CCD相机12采集的图像经图像采集卡13传输给工
业计算机14，由工业计算机14对图像进行处理并且计算出处理后图像的面积和方位信息，
然后将处理结果通过RS485通讯方式发送给PLC控制柜26，PLC控制柜26根据图像处理结果
对靶向喷涂模块做出相应的指令。具体指令如下：

[0037] 当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S＝0时，即未检测涂膜目标果蔬，PLC控制柜26保持静电喷枪17和U型的电磁铁18为关闭状态。

[0038] 当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S大于所设定的临界值ΔS时，此时不考虑方位信息，PLC控制柜26启动静电喷枪17采用大喷幅工作，保持U型的电磁铁
18为关闭状态，对整个传送区域实施全方位喷涂。

[0039] 当所述实时感知模块得到涂膜的目标果蔬区域的面积S小于所设定的临界值ΔS时，此时静电喷枪17的喷幅改为小喷幅工作，根据果蔬的方位信息开启U型的电磁铁18工
作，干预带电膜液的运动轨迹，调整喷涂角度，对输送模块上的果蔬进行靶向喷涂。

[0040] 目标果蔬完成喷涂工作后随即进入动态干燥模块，烘干室22内温度和空气流速根据传送带的速度来确定，确保果蔬经过烘干模块后能够蒸发掉膜液中的水分，在其表面形
成一层均匀的涂层，同时在烘干的过程中不能对果蔬表面造成任何的高温烫伤。

[0041] 综上所述，本发明实现了涂膜过程的自动化、信息化和智能化，为工业生产节省了大量的人力、物力和财力。果蔬表面形成的均匀且牢固的涂层延缓了果蔬生产销售过程中的品质下降，极大的延长了其货架期。同时，也避免了传统浸液槽细菌滋生和膜液浪费的问题。

[0042] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说
明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以
理解的其他实施方式。

[0043] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更
均应包含在本发明的保护范围之内。