徐邦國(guó) 徐邦國(guó) 吳華貴 郝健辰 張博宇 杜新宇

摘要：目前，國(guó)內(nèi)食品市場(chǎng)上對(duì)于膠原蛋白型肥腸衣的不穩(wěn)定長(zhǎng)剪切多數(shù)是采用自動(dòng)流水線式設(shè)計(jì)長(zhǎng)剪切，當(dāng)腸衣通過(guò)流水線計(jì)長(zhǎng)裝置時(shí)開始計(jì)長(zhǎng)，計(jì)長(zhǎng)長(zhǎng)度達(dá)到標(biāo)定長(zhǎng)度時(shí)，控制端就會(huì)給剪切裝置發(fā)送剪切命令，控制切刀進(jìn)行剪切。以一套光電自動(dòng)旋轉(zhuǎn)光纖編碼器、噴碼機(jī)、數(shù)字型彩色腸衣光纖噴碼傳感器為主要技術(shù)執(zhí)行檢測(cè)元件，結(jié)合一家企業(yè)公司現(xiàn)有的彩色腸衣定長(zhǎng)套緊收縮噴碼裝置、剪切噴碼裝置，設(shè)計(jì)研制開發(fā)了一套高標(biāo)準(zhǔn)精度的彩色膠原蛋白定長(zhǎng)腸衣套縮定長(zhǎng)光纖噴碼系統(tǒng)檢測(cè)原理系統(tǒng)。這套定長(zhǎng)腸衣噴碼系統(tǒng)檢測(cè)原理系統(tǒng)主要原理是基于光電自動(dòng)旋轉(zhuǎn)光纖編碼器的腸衣計(jì)長(zhǎng)掃描原理、噴碼機(jī)的定長(zhǎng)噴碼原理打標(biāo)工作原理和采用數(shù)字型彩色腸衣光纖噴碼傳感器的噴碼色標(biāo)原理檢測(cè)系統(tǒng)原理，實(shí)現(xiàn)腸衣精確的長(zhǎng)度檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：膠原蛋白腸子衣;定長(zhǎng)噴碼檢測(cè);噴碼機(jī);

引言

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)企業(yè)智能化生產(chǎn)的不斷推進(jìn)，企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)越來(lái)越高的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化要求。因此，產(chǎn)品在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，就需要進(jìn)行定長(zhǎng)切割、定長(zhǎng)拉伸、定長(zhǎng)截?cái)?、定長(zhǎng)熱處理、定長(zhǎng)剪切等規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，只有達(dá)到了標(biāo)定長(zhǎng)度，才能進(jìn)行后續(xù)相應(yīng)的加工處理等操作。所以，在整個(gè)生產(chǎn)加工過(guò)程中，第一步是要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行長(zhǎng)度標(biāo)定，然后是對(duì)長(zhǎng)度標(biāo)定進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)，最后才是在產(chǎn)品的標(biāo)定位置處進(jìn)行加工處理。

一、國(guó)內(nèi)膠原蛋白腸衣企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

膠原蛋白生產(chǎn)腸衣加工行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)壁壘非常高，我國(guó)廣西的梧州神冠集團(tuán)亦企業(yè)擁有多項(xiàng)膠原蛋白生產(chǎn)腸衣專業(yè)生產(chǎn)加工技術(shù)，是國(guó)內(nèi)最大的專業(yè)膠原蛋白生產(chǎn)腸衣技術(shù)提供者。目前，我國(guó)正逐步處于綠色肉制品生產(chǎn)加工經(jīng)營(yíng)企業(yè)轉(zhuǎn)型蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵階段，需求量非常大。另外，與天然生物腸衣產(chǎn)品相比，膠原蛋白生物腸衣同樣具有品種口徑大小規(guī)格完全統(tǒng)一、利于采用機(jī)械化工業(yè)灌腸設(shè)備生產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，非常適合大批量生產(chǎn)。

提高了該產(chǎn)品的包裝套縮填腸灌裝設(shè)備生產(chǎn)工作速度，使得該產(chǎn)品更好地具有穩(wěn)定的產(chǎn)品市場(chǎng)率和出品率，一定很大度的程度上也有效延長(zhǎng)了該產(chǎn)品的包裝使用期和保質(zhì)期，具有天然其他壓縮腸衣無(wú)法比擬的產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)。這種套縮包裝通常采用流水線計(jì)長(zhǎng)的剪切方式，即腸衣通過(guò)流水線計(jì)長(zhǎng)裝置時(shí)開始計(jì)長(zhǎng)，當(dāng)計(jì)長(zhǎng)長(zhǎng)度達(dá)到標(biāo)定長(zhǎng)度時(shí)，控制端就會(huì)給剪切裝置發(fā)送剪切命令，控制切刀進(jìn)行剪切。

二、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)法

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)法是利用相機(jī)和圖像處理來(lái)代替或輔助人工檢查和測(cè)量的技術(shù)。現(xiàn)代化的工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)包括：系統(tǒng)、鏡頭、一個(gè)或多個(gè)采集圖像的攝像機(jī)、將圖像傳輸?shù)教幚砥?計(jì)算機(jī)的接口設(shè)備、圖像處理器/計(jì)算機(jī)和超出處理速度和質(zhì)量的接口。它的一個(gè)完整檢測(cè)過(guò)程可以分為圖形采集、圖像處理和分析、結(jié)果傳遞和命令執(zhí)行四個(gè)步驟。

隨著產(chǎn)品生產(chǎn)速度和生產(chǎn)質(zhì)量的不斷提高，人工檢測(cè)已經(jīng)跟不上現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化的步伐。因?yàn)槿嗽诠ぷ鲝?qiáng)度大的時(shí)候容易疲倦和犯錯(cuò)，在檢測(cè)過(guò)程不可避免的會(huì)存在主觀性。另外，在有些情況下，由于環(huán)境因素的影響人工操作完不成檢測(cè)任務(wù)的。相反，由攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)精確測(cè)量和檢測(cè)。這些優(yōu)點(diǎn)使得世界各地越來(lái)越多的行業(yè)被機(jī)器視覺(jué)所取代。

三、膠原蛋白腸衣定長(zhǎng)噴碼檢測(cè)法

基于定長(zhǎng)噴碼技術(shù)和噴碼檢測(cè)技術(shù)，具體的工作原理：

首先，腸衣沿著紅色和黑色紅白兩條圓形箭頭和直線的不同方向快速旋轉(zhuǎn)傳送，光電快速驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)控制驅(qū)動(dòng)器使編碼器在快速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)腸衣的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)下立即停機(jī)開始生產(chǎn)進(jìn)行定短計(jì)長(zhǎng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)腸衣定短計(jì)長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)值已經(jīng)達(dá)到此時(shí)需要開始生產(chǎn)時(shí)的定短定長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)值，也就立即開始生產(chǎn)需要定長(zhǎng)定短標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，控制系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)立即向腸衣操作員和噴碼機(jī)技術(shù)人員分別發(fā)出命令停止操作噴碼的司機(jī)重新敲打定短標(biāo)記的計(jì)長(zhǎng)命令，同時(shí)通過(guò)電機(jī)控制光電快速驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)控制驅(qū)動(dòng)器使編碼器將其自動(dòng)清零并重新停機(jī)開始進(jìn)行計(jì)長(zhǎng)。

其次，當(dāng)兩個(gè)環(huán)在腸衣內(nèi)部經(jīng)過(guò)一次強(qiáng)力擠壓套縮充氣杠桿耦合裝置時(shí)，套裝裝置伸縮后的杠桿就有機(jī)會(huì)對(duì)兩個(gè)環(huán)在腸衣內(nèi)部的環(huán)進(jìn)行一次強(qiáng)力伸縮充氣，腸衣由一個(gè)環(huán)形帶狀的橢圓形環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)環(huán)形圓柱狀并自然然地緊貼兩個(gè)腸衣外部?jī)?nèi)螺紋，在兩個(gè)腸衣內(nèi)部外力的雙重推動(dòng)耦合作用下，轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)腸衣通過(guò)內(nèi)螺紋對(duì)兩個(gè)環(huán)在腸衣內(nèi)部的環(huán)進(jìn)行一次強(qiáng)力充氣套縮，將兩個(gè)環(huán)在腸衣內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)力折疊后再組合在一起來(lái)，噴碼標(biāo)記套縮前的長(zhǎng)度約為8cm，套縮后的長(zhǎng)度約為1.1-1.2mm。

最后，當(dāng)一條腸衣經(jīng)過(guò)檢測(cè)噴碼裝置檢測(cè)檢查裝置時(shí)，如果腸衣探頭通過(guò)檢測(cè)器接到腸衣噴碼檢查標(biāo)記，則經(jīng)過(guò)檢測(cè)噴碼裝置探頭會(huì)向腸衣控制管理系統(tǒng)探頭發(fā)送噴碼標(biāo)記上的檢測(cè)噴碼命令，控制管理系統(tǒng)探頭會(huì)立即向腸衣切刀切割剪切切削裝置探頭發(fā)送切刀剪切切削命令，控制系統(tǒng)切刀切削裝置在接到噴碼檢測(cè)標(biāo)記處自動(dòng)展開、進(jìn)行切刀剪切。

四、系統(tǒng)各部分原理介紹

定長(zhǎng)噴碼檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案主要是基于光電旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)長(zhǎng)原理、噴碼機(jī)的噴碼原理和數(shù)字型彩色光纖傳感器的檢測(cè)原理，具體的工作原理如下。

4.1光電旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)長(zhǎng)原理

光電轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)編碼器系統(tǒng)是一種集光、機(jī)、電于機(jī)為一體的光電運(yùn)動(dòng)傳感器，用于測(cè)量檢測(cè)電動(dòng)機(jī)械的光電運(yùn)動(dòng)和物體位移，主要由一塊安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)軸上的光電旋轉(zhuǎn)控制板和光電運(yùn)動(dòng)檢測(cè)機(jī)械裝置部分組成。其中當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)軸在被檢檢測(cè)機(jī)械物體的重力帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)板與其他軸同步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，光源磁盤發(fā)出的可見光經(jīng)光電旋轉(zhuǎn)板對(duì)磁盤上的光電縫隙進(jìn)行調(diào)制，并由光敏傳感器件進(jìn)行接收轉(zhuǎn)換成為光電信號(hào)。但是腸衣在傳送過(guò)程中，由于受到張力以及打滑等因素的影響，光電旋轉(zhuǎn)編碼器可能會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，給測(cè)量帶來(lái)誤差。

4.2噴碼機(jī)的噴碼原理

激光噴碼打標(biāo)的工作原理比較簡(jiǎn)單，它是是利用激光的高功率在基板上瞬間汽化實(shí)現(xiàn)打標(biāo)的。它的優(yōu)點(diǎn)是不需要噴墨材料、無(wú)污染、打標(biāo)線寬窄;缺點(diǎn)是打印速度慢、成本高

腸衣的定長(zhǎng)噴碼檢測(cè)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)噴碼檢測(cè)功能，我們必須設(shè)計(jì)出一個(gè)良好的硬件電路。

系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括 MCU、開發(fā)板、液晶屏等主要器件的選型，功能電路的設(shè)計(jì)和人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

五、檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)

MCU 是硬件電路設(shè)計(jì)的核心，必須在滿足系統(tǒng)功能的前提下，極大的簡(jiǎn)化外圍接口的硬件電路設(shè)計(jì)。它的選擇主要考慮芯片的內(nèi)核和集成外設(shè)。

（1）芯片內(nèi)核的選擇

考慮到系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)在線測(cè)量腸衣的長(zhǎng)度、即時(shí)控制噴碼機(jī)噴碼、快速響應(yīng)色度檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果和及時(shí)控制切刀裝置進(jìn)行剪切，因此，本項(xiàng)目的內(nèi)核選用了基于內(nèi)核的處理器，它具有功耗低、運(yùn)算能力強(qiáng)、中斷優(yōu)先級(jí)多、廣泛之處第三方工具等特點(diǎn)。

（2）片上集成外設(shè)的選擇

由于檢測(cè)系統(tǒng)需要通過(guò)輸入輸出口與基于液晶觸摸屏設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面通信，片上需要集成接口和轉(zhuǎn)換模塊;同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)需要通過(guò)光電旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)長(zhǎng)、控制噴碼機(jī)定長(zhǎng)噴碼、對(duì)定長(zhǎng)噴碼進(jìn)行檢測(cè)和剪切，片上需要集成定時(shí)器等外設(shè)。另外，考慮到本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)主要是用于工業(yè)在線檢測(cè)，必須保證系統(tǒng)的低功耗、高穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。

結(jié)束語(yǔ)

在腸衣的定長(zhǎng)剪切生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性是最重要的，其次是提高腸衣的剪切精度。因此，在本次的項(xiàng)目研究中，當(dāng)定長(zhǎng)噴碼檢測(cè)系統(tǒng)在生產(chǎn)線上長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，色度檢測(cè)裝置是否會(huì)出現(xiàn)誤判、剪切后的腸衣長(zhǎng)度是否長(zhǎng)期穩(wěn)定、改進(jìn)后的腸衣壓緊裝置是否仍會(huì)出現(xiàn)卡刀等問(wèn)題有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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作者簡(jiǎn)介：徐邦國(guó) 1998年3月 漢 男 福建省福州市人，本科在讀，研究方向機(jī)械設(shè)計(jì)及制造.

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項(xiàng)目編號(hào)：202010066119