膠原蛋白腸衣定長噴碼檢測系統的研究

徐邦國 徐邦國 吳華貴 郝健辰 張博宇 杜新宇

摘要：目前，國內食品市場上對于膠原蛋白型肥腸衣的不穩定長剪切多數是采用自動流水線式設計長剪切，當腸衣通過流水線計長裝置時開始計長，計長長度達到標定長度時，控制端就會給剪切裝置發送剪切命令，控制切刀進行剪切。以一套光電自動旋轉光纖編碼器、噴碼機、數字型彩色腸衣光纖噴碼傳感器為主要技術執行檢測元件，結合一家企業公司現有的彩色腸衣定長套緊收縮噴碼裝置、剪切噴碼裝置，設計研制開發了一套高標準精度的彩色膠原蛋白定長腸衣套縮定長光纖噴碼系統檢測原理系統。這套定長腸衣噴碼系統檢測原理系統主要原理是基于光電自動旋轉光纖編碼器的腸衣計長掃描原理、噴碼機的定長噴碼原理打標工作原理和采用數字型彩色腸衣光纖噴碼傳感器的噴碼色標原理檢測系統原理，實現腸衣精確的長度檢測。

關鍵詞：膠原蛋白腸子衣;定長噴碼檢測;噴碼機;

引言

隨著經濟技術的不斷發展，工業企業智能化生產的不斷推進，企業產品的生產越來越高的規范、標準化要求。因此，產品在進行生產時，就需要進行定長切割、定長拉伸、定長截斷、定長熱處理、定長剪切等規格化、標準化處理，只有達到了標定長度，才能進行后續相應的加工處理等操作。所以，在整個生產加工過程中，第一步是要對產品進行長度標定，然后是對長度標定進行識別檢測，最后才是在產品的標定位置處進行加工處理。

一、國內膠原蛋白腸衣企業的發展狀況

膠原蛋白生產腸衣加工行業生產技術壁壘非常高，我國廣西的梧州神冠集團亦企業擁有多項膠原蛋白生產腸衣專業生產加工技術，是國內最大的專業膠原蛋白生產腸衣技術提供者。目前，我國正逐步處于綠色肉制品生產加工經營企業轉型蓬勃發展的關鍵階段，需求量非常大。另外，與天然生物腸衣產品相比，膠原蛋白生物腸衣同樣具有品種口徑大小規格完全統一、利于采用機械化工業灌腸設備生產等諸多優點，非常適合大批量生產。

提高了該產品的包裝套縮填腸灌裝設備生產工作速度，使得該產品更好地具有穩定的產品市場率和出品率，一定很大度的程度上也有效延長了該產品的包裝使用期和保質期，具有天然其他壓縮腸衣無法比擬的產品價格優勢。這種套縮包裝通常采用流水線計長的剪切方式，即腸衣通過流水線計長裝置時開始計長，當計長長度達到標定長度時，控制端就會給剪切裝置發送剪切命令，控制切刀進行剪切。

二、機器視覺系統檢測法

機器視覺系統檢測法是利用相機和圖像處理來代替或輔助人工檢查和測量的技術。現代化的工業視覺系統包括：系統、鏡頭、一個或多個采集圖像的攝像機、將圖像傳輸到處理器/計算機的接口設備、圖像處理器/計算機和超出處理速度和質量的接口。它的一個完整檢測過程可以分為圖形采集、圖像處理和分析、結果傳遞和命令執行四個步驟。

隨著產品生產速度和生產質量的不斷提高，人工檢測已經跟不上現代產業化的步伐。因為人在工作強度大的時候容易疲倦和犯錯，在檢測過程不可避免的會存在主觀性。另外，在有些情況下，由于環境因素的影響人工操作完不成檢測任務的。相反，由攝像機和計算機系統組成的機器視覺系統，實現了生產過程的連續精確測量和檢測。這些優點使得世界各地越來越多的行業被機器視覺所取代。

三、膠原蛋白腸衣定長噴碼檢測法

基于定長噴碼技術和噴碼檢測技術，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傳送，光電快速驅動旋轉控制驅動器使編碼器在快速旋轉驅動腸衣的機械動力系統帶動下立即停機開始生產進行定短計長，當旋轉腸衣定短計長標準值已經達到此時需要開始生產時的定短定長標準值，也就立即開始生產需要定長定短標準值時，控制系統管理信息系統立即向腸衣操作員和噴碼機技術人員分別發出命令停止操作噴碼的司機重新敲打定短標記的計長命令，同時通過電機控制光電快速驅動旋轉控制驅動器使編碼器將其自動清零并重新停機開始進行計長。

其次，當兩個環在腸衣內部經過一次強力擠壓套縮充氣杠桿耦合裝置時，套裝裝置伸縮后的杠桿就有機會對兩個環在腸衣內部的環進行一次強力伸縮充氣，腸衣由一個環形帶狀的橢圓形環轉變為一個環形圓柱狀并自然然地緊貼兩個腸衣外部內螺紋，在兩個腸衣內部外力的雙重推動耦合作用下，轉動的兩個腸衣通過內螺紋對兩個環在腸衣內部的環進行一次強力充氣套縮，將兩個環在腸衣內部進行強力折疊后再組合在一起來，噴碼標記套縮前的長度約為8cm，套縮后的長度約為1.1-1.2mm。

最后，當一條腸衣經過檢測噴碼裝置檢測檢查裝置時，如果腸衣探頭通過檢測器接到腸衣噴碼檢查標記，則經過檢測噴碼裝置探頭會向腸衣控制管理系統探頭發送噴碼標記上的檢測噴碼命令，控制管理系統探頭會立即向腸衣切刀切割剪切切削裝置探頭發送切刀剪切切削命令，控制系統切刀切削裝置在接到噴碼檢測標記處自動展開、進行切刀剪切。

四、系統各部分原理介紹

定長噴碼檢測系統的總體設計方案主要是基于光電旋轉編碼器的計長原理、噴碼機的噴碼原理和數字型彩色光纖傳感器的檢測原理，具體的工作原理如下。

4.1光電旋轉編碼器計長原理

光電轉軸旋轉運動編碼器系統是一種集光、機、電于機為一體的光電運動傳感器，用于測量檢測電動機械的光電運動和物體位移，主要由一塊安裝在一個轉軸上的光電旋轉控制板和光電運動檢測機械裝置部分組成。其中當一個轉軸在被檢檢測機械物體的重力帶動下進行旋轉時，旋轉板與其他軸同步進行旋轉，光源磁盤發出的可見光經光電旋轉板對磁盤上的光電縫隙進行調制，并由光敏傳感器件進行接收轉換成為光電信號。但是腸衣在傳送過程中，由于受到張力以及打滑等因素的影響，光電旋轉編碼器可能會發生反轉，給測量帶來誤差。

4.2噴碼機的噴碼原理

激光噴碼打標的工作原理比較簡單，它是是利用激光的高功率在基板上瞬間汽化實現打標的。它的優點是不需要噴墨材料、無污染、打標線寬窄;缺點是打印速度慢、成本高

腸衣的定長噴碼檢測是整個系統的核心，為了確保系統能夠穩定可靠的實現定長噴碼檢測功能，我們必須設計出一個良好的硬件電路。

系統的硬件電路設計主要包括 MCU、開發板、液晶屏等主要器件的選型，功能電路的設計和人機交互系統的設計。

五、檢測系統硬件電路的總體設計

MCU 是硬件電路設計的核心，必須在滿足系統功能的前提下，極大的簡化外圍接口的硬件電路設計。它的選擇主要考慮芯片的內核和集成外設。

（1）芯片內核的選擇

考慮到系統需要實時在線測量腸衣的長度、即時控制噴碼機噴碼、快速響應色度檢測裝置的檢測結果和及時控制切刀裝置進行剪切，因此，本項目的內核選用了基于內核的處理器，它具有功耗低、運算能力強、中斷優先級多、廣泛之處第三方工具等特點。

（2）片上集成外設的選擇

由于檢測系統需要通過輸入輸出口與基于液晶觸摸屏設計的人機交互界面通信，片上需要集成接口和轉換模塊;同時，檢測系統需要通過光電旋轉編碼器計長、控制噴碼機定長噴碼、對定長噴碼進行檢測和剪切，片上需要集成定時器等外設。另外，考慮到本項目設計的檢測系統主要是用于工業在線檢測，必須保證系統的低功耗、高穩定性和可擴展性。

結束語

在腸衣的定長剪切生產過程中，系統的工作穩定性是最重要的，其次是提高腸衣的剪切精度。因此，在本次的項目研究中，當定長噴碼檢測系統在生產線上長時間工作時，色度檢測裝置是否會出現誤判、剪切后的腸衣長度是否長期穩定、改進后的腸衣壓緊裝置是否仍會出現卡刀等問題有待進一步驗證。

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作者簡介：徐邦國 1998年3月 漢 男 福建省福州市人，本科在讀，研究方向機械設計及制造.

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項目編號：202010066119