0引言
核桃屬被子植物門雙子葉植物綱胡核科，是我國栽培歷史悠久、分布廣泛的重要干果和經濟樹種。核桃以其豐富的營養和獨特的風味被列為世界四大干果之首，核桃仁是營養價值極高的天然綠色益智抗衰老食品，還具有健脾、補血、潤肺和益腎等多種功能;核桃是我國傳統的出口商品。
目前，新疆核桃總面積已達29．76萬hm2，總產值72．08億元［1］，是新疆面積第二的林果品種。核桃采摘收集后進行分級處理，是商品化的一種形式。果品經過商品化處理，將會提高產品附加值，保障農民增產增收［2］。為此，介紹了國內核桃加工技術裝備的研究現狀，主要從核桃分級裝置\\(按工作原理可分為輥軸式、篩網式、柵條滾筒式、智能式\\)，論述核桃分選機設備的研究現狀，并對其存在問題進行合理的分析。
1輥軸式分選裝置
1．16FG－900型核桃分級機
新疆農業大學的6FG－900型核桃分級機［3］是一種新型分級機械。工作時，采用鏈條帶動分級輥運動，輥軸在運動中產生自轉運動，調整核桃姿態，同時輥間間距逐漸增大，實現對核桃的連續無級分級。該機也適用于體積不大的類球體的各種鮮果的分級作業。
工作原理:將需要加工分級的核桃加入喂料斗，通過喂料斗進入由鏈條傳動的分級輥，每兩個相鄰的分級輥之間有4個鏈節、5個聯接點，在第3個聯接點上安裝短銷軸并使其沿導軌上端運行，同時第1和第5個聯接點上用長銷軸將輥軸定位，使其在導軌下端運行，如圖1所示。在分級的過程中，沿著前進方向的兩輥之間的間隙也逐漸增大，在重力的作用下，會自動的掉落到分級輥下的接料箱里。此過程中核桃相互之間也不會碰撞，分級的準確性較高，且不會造成核桃的損傷。
1．2核桃分級機
新疆農業大學的核桃分級機［4］目的是這樣實現的:主體是由上層、中層、下層長方體框架式機架組成\\(見圖2\\);下層機架安裝的振動電機和縱向放置的皮帶輪\\(見圖3\\)、與皮帶輪軸相連的偏心輪和偏心輪上的連桿及料箱位于上層機架的正下方，有3組等間距排列的輪輥位于中層機架，與后輥同軸的傳動電機以及環繞在每列輥上的輸送帶呈V形斜向相對排布，均為上、下輥架與中層相連。自前至后，V形斜向排布輸送帶的間距由小增大，每兩條呈八字形相背排布的輸送帶之間的上方，通過與中層機架相連的支架連有蓋板;每個前輥處，裝有輸送帶張緊裝置。輸送帶后端處連裝有柔性出料口。在料箱后部腔內，裝設有豎向限量擋板，在料箱出口間隔裝設有倒V形分料擋板。
2篩網式分選裝置
2．13FJ－001型核桃分級機
3FJ－001型分級機其工作原理，調節機架出料口的螺旋升降裝置，將分級篩網調節至適當角度，啟動電機待轉速穩定后進行投料;核桃從喂料斗進入振動箱體，電機經帶傳動減速后將動力傳遞給曲軸，以曲柄搖桿機構［5］作為振動源，使物料在篩網上拋起，不斷地跳躍全面鋪開同時向前做直線運動。當核桃的最小直徑小于篩網間距時，在重力作用下核桃掉入下一級篩網，最終各級核桃運動至相應的出料口落料。
3FJ－001型分級機［6］的結構簡圖，如圖4所示。
機架出料口方向上裝有升降桿，可調節分級篩網的篩面傾角;電機作為動力源驅動曲柄搖桿機構，實現物料在篩網上被拋起并向前做直線運動;通過專用變頻器調節電機頻率，確定振動箱體的最佳轉速;篩網架底部裝數只橡膠球，使之在振動時產生撞擊，達到清網的作用，解決了物料塞眼現象。
3FJ－001型分級機通過篩網的大小來對核桃進行分選，固定的大小的通道制約了分選核桃的精度，這也是機械式分選機的主要弊端之一。
2．2山核桃分級設備
山核桃被傳輸設備傳輸至殼體內空間\\(見圖5\\)的頂層，并落到第1層篩網\\(最頂層篩網\\)上\\(第1層篩網斜置于殼體內\\);同時，在振動裝置以及振動棒的共同作用下，第1層篩網上的山核桃部分從網眼漏至第2層篩網\\(第1層篩網下的一層篩網\\)上，部分山核桃通過第1層篩網篩選并通過連通第1篩網的第1出料口被收集，最終將山核桃按照大小分為若干部分，完成分級。
此種分選機同樣利用篩網的距離來對核桃大小進行分選，依舊不能對同一個核桃不同方向、徑向長度不同進行明確的分級。
3柵條滾筒式
該種核桃分級機\\(見圖6\\)，包括機架、傳動機構及分級機構。分級機構的主體是分選篩筒，其內壁分成若干篩選段，每個篩選段開有大小不同的篩選孔，且在其筒壁的內側還覆有螺旋狀的橡膠螺旋管，在相都篩選段的分段處設有環形阻擋板，各篩選段的下邊分別設有相匹配的分級收集槽。
4核桃智能分選裝置
4．1基于數字超聲成像技術的核桃分選機
該分選機采用數字超聲成像原理對核桃果品透視圖像處理，通過計算機圖像識別和處理系統對核桃進行在線無損檢測，使該設備具有工作效率高、結構簡單、性能可靠，大大提高分級效率和確保了分級產品品質。相比于不同的機械式分選機，具有無損、準確等特點。
基于數字超聲成像技術的核桃分選機，如圖7\\(a\\)、\\(b\\)所示。包括內裝有超聲波探頭的檢測箱體、分揀控制器及核桃輸送輥組。核桃輸送輥組從檢測箱體內穿過，包括在水平機架上均布間隔安裝著若干對凹形輥，凹形輥的輥軸端部分別裝有鏈輪，凹形輥由與鏈輪相嚙合的循環鏈條驅動旋轉;每兩只凹形輥之間的輥面上放置有1只核桃，每兩只凹形輥之間的機架上水平鉸接著1根分級撥片，分級撥片一端的下方設置著電磁鐵，分級撥片鉸接軸與電磁鐵之間的撥片下方水平設置著限位銷，與分級撥片位置相對應的核桃輸送輥組一側面設置著分級箱，超聲波探頭以及電磁鐵分別與分揀控制器相連。
4．2基于相對密度的核桃自動分選機
基于相對密度的核桃自動分選機，如圖8所示。
圖像采集箱內安裝著CCD攝像頭，一條核桃輸送輥組從圖像采集箱內穿過，CCD攝像頭，用以實時采集每一只核桃的外形圖像，進而通過分選主控制器計算出其投影大小。核桃輸送輥組由若干對凹形輥以及驅動凹形輥旋轉的滾子鏈組成，每只凹形輥的軸端都裝有1只鏈輪，滾子鏈通過鏈輪驅動凹形輥旋轉;每兩只凹形輥輸送1只核桃，在核桃輸送輥組的進料端設置著稱重輸送帶，稱重輸送帶側面裝有紅外光電開關，稱重輸送帶帶面下安裝著電子稱重器，用以采集每一只核桃的質量。位于圖像采集箱出口外側的每兩只凹形輥之間的底座上鉸接著一根分級撥片，分級撥片處的核桃輸送輥組側面安裝著分級箱。如圖2所示，分級撥片的鉸接軸與分級箱之間的撥片下方底座上安裝著電磁鐵，電磁鐵與鉸接軸之間的下方水平設置著限位銷。當電磁鐵通電時，吸引分級撥片繞著餃接軸旋轉，將核桃撥至分機箱內。電磁鐵、CCD攝像頭及電子稱重器均與分選主控制器相連，分選主控制器連接著上位機算計。分選主控制器還通過系統同步定時信號發生器與紅外光電開關相連。每當一個核桃落入稱重輸送帶時，紅外光電開關就產生一個脈沖，此脈沖信號在系統同步定時信號發生器內經脈沖整形和光電隔離，然后通過485總線發送到系統其他模塊作為整個系統的同步定時信號。利用計算機視覺圖像處理技術獲取核桃的投影面積，利用電子稱量器獲取核桃的質量，計算出面積與質量的相對比重，并與計算機數據庫中的數據進行比對，判別核桃的飽滿度品質，并以此進行分級。當確定級別后的核桃運行到相應位置時，對應分級箱處的電磁鐵在分選主控制器的指令下通電產生電磁，吸引分級撥片繞鉸接軸轉動，撥動核桃落入相應的分級箱。
相比于傳統機械式分選機構，相對比重的分級設備更容易將分級標準完成，將變量變為可變量，從而做到核桃的可控分級。
4．3基于CT成像的核桃品自動分選機
基于CT成像的核桃品質自動分選機，包括裝有CT機的檢測箱體、分揀控制器及核桃輸送輥組。核桃輸送輥組從檢測箱體內穿過，包括在水平機架上均布間隔安裝著若干對凹形輥，凹形輥的輥軸端部分別裝有鏈輪;凹形輥由與鏈輪相嚙合的循環鏈條驅動旋轉，每兩只凹形輥之間的輥面上放置有1只核桃，每兩只凹形輥之間的機架上水平鉸接著1根分級撥片，分級撥片一端的下方設置著電磁鐵，分級撥片鉸接軸與電磁鐵之間的撥片下方水平設置著限位銷，與分級撥片位置相對應的核桃輸送輥組一側面設置著分級箱，CT機以及電磁鐵分別與分揀控制器相連。X－CT成像是用X線束對被檢物體一定厚度的層面進行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，轉變為可見光后，由光電轉換器轉變為電信號，再經模擬/數字轉換器\\(analog/digitalconverter\\)轉為數字信號，輸入計算機處理。圖像形成的處理將選定層面分成若干個體積相同的長方體，稱之為體素\\(voxel\\)。掃描所得信息經計算而獲得每個體素的X線衰減系數或吸收系數，再排列成矩陣，即數字矩陣\\(digitalmatrix\\)。數字矩陣可存儲于磁盤或光盤中，經數字/模擬轉換器\\(digital/analogyconverter\\)把數字矩陣中的每個數字轉為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素\\(pixel\\)，并按矩陣排列，即構成CT圖像。本實用新型根據CT圖像與標準品質圖像比對從而快速識別核桃質量與品質，對核桃進行在線無損檢測。當分揀控制器通過CT機獲知核桃內部品質后，即可控制電磁鐵吸附分級撥片翻轉，將核桃翻轉至分級箱內。該機具有穿透力強、工作效率高、結構簡單及性能可靠的特點，大大提高了核桃的分級效率，并確保了核桃分級產品的品質。
5存在的問題
綜合以上介紹的多種核桃分級設備的現狀，對于機械式的核桃分級技術而言，單一定量的分級方法始終不能達到很高的分級精度，需要進一步解決其分級間歇不可調的瓶頸問題;就基于智能分級技術而言，需要更加快速、精確的檢測系統，以及更為綜合性的分級因素，還有待于在其通用性和推廣方面進一步的研究和探討。
6措施和對策
盡管機械式核桃分級技術存在著發展瓶頸的明顯缺陷，但由于農戶的種植規模較小，且我國基于智能技術的核桃分級技術大都處于實驗室及探索階段，并且價格昂貴，機械式核桃分級在相當長的時間內還有廣大市場。隨著科學技術的不斷發展，核桃分級技術的日益創新，基于機器視覺的核桃分級機在特定使用對象方面取代現有的機械式核桃分級機是必然趨勢。
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