发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置

技术领域

本发明涉及食品加工质量控制领域，具体的说，涉及了一种发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置。

背景技术

在食品加工领域，馒头和面包是两大类发酵面制品，比容是检测两者品质的重要参数指标，馒头和面包中的比容反映的是面团体积膨胀程度及保持能力，比容直接影响成品馒头和面包的外形、口感、组织。

其中，馒头的比容是小麦蒸煮品质评定试验方法的一项指标，面包中的比容是判断其质量指标的重要依据。

在现行国家标准中，《GB/T 20571-2006 小麦储存品质判定规则》、《GB/T 20981-2007面包》、《GB/T 35991-2018粮油检验小麦粉馒头加工品质评价》等均规定了比容作为主要品质判定评价指标的内容。

目前的比容测定方法是采用天平称量馒头或面包的质量，然后用馒头面包体积测定仪测量体积，从而计算比容。馒头面包体积测定仪技术原理为体积置换法，其方法是取称重后的待测馒头或面包，置入体积测定仪或一定容积的容器中，将小颗粒填充剂（小米或油菜籽）加入容器中，完全覆盖面包样品并摇实填满，用直尺将填充剂刮平，取出被测馒头或面包，将填充剂倒入量筒中测量体积，容器体积减去填充剂体积得到面包体积。

采用体积测定仪进行测定，存在以下不足：

一是体积测定仪法使用的体积测定仪为金属制品，实际使用过程中样品数量较多时相对比较费力、费时；二是体积测定仪为不透明状态，对于不规则形状的馒头或面包，容易出现颗粒物填充不均匀的情况，易使测定结果不准确，因此使用体积测定仪时必须确保充足振摇，最大程度降低颗粒物漏填的情况；三是体积测定结束时，需要取出被测馒头或面包，由于馒头或面包表面不可避免会出现水分或者油脂，填充剂颗粒容易粘黏在被测样品表面，造成小颗粒物的损失，每测定一个样品就要对填充剂重新进行定量；四是填充剂（小米或油菜籽）使用造成一定的粮食浪费。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种快速测量被测食品的比容和三维外观形态的发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置，包括控制组件、运动组件、称重组件、测量和图形采集组件、计算机和供电组件；

所述运动组件包括电动旋转滑台和载物台，所述载物台固定于电动旋转滑台上并随之旋转，所述电动旋转滑台连接所述控制组件，以执行计算机指令和反馈运动状态的信息；

所述称重组件包括电子天平，所述电子天平连接至所述控制组件用于发送称重数据；

所述测量和图形采集组件包括激光雷达和图像采集相机，所述激光雷达安装于所述载物台的一侧上方并正对所述载物台的中心设置，所述图像采集相机安装于所述载物台的另一侧上方并正对所述载物台的中心设置，所述激光雷达连接控制组件，以执行计算机指令并发送测量信息，所述图像采集相机与所述计算机直连以获取图像数据；

所述控制组件包括连接电动旋转滑台的电机驱动控制器模块和串口服务器模块，所述电子天平、所述激光雷达和所述图像采集相机均通过所述串口服务器模块与所述计算机通信；

所述供电组件用于对各个组件进行供电；

所述计算机将各个组件的测量信息进行汇总，并根据电动旋转滑台的旋转角度、图像采集相机的图像信息和激光雷达的测量信息完成三维计算和图像生成。

基上所述，所述电动旋转滑台包括精密步进电机，所述精密步进电机的转动精度为0.05°-0.2°。

基上所述，所述载物台与所述电动旋转滑台为可分离的固定结构。

基上所述，所述载物台与所述电动旋转滑台之间通过磁吸方式固定。

基上所述，所述串口服务器支持至少4个串口接口。

基上所述，所述图像采集相机的数量为至少一个，多于一个的图像采集相机等角度的围绕所述载物台设置。

基上所述，所述计算机将所述激光雷达所反馈的点云数据与所述图像采集相机所反馈的图像数据进行拟合，实现三维图像的生成。

基上所述，所述计算机将所述激光雷达所反馈的点云数据进行计算，得到被测物的三维信息并计算得到被测物的比容。

基上所述，所述计算机将所述图像采集相机所反馈的图像数据进行计算，得到被测物的三维图像并输出显示。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明借助相对成熟的三维扫描技术，将其应用于发酵面制食品的比容测量领域中，通过电子天平获取发酵面制食品的重量数据，通过激光雷达的扫描获得发酵面制食品的体积数据，然后进行比容计算，快速的获得食品比容，避免了现有的体积测定仪进行测定所出现的一系列问题。

进一步的，通过加入高精度的步进电机，可以大大提高测量体积的精度，通过加入图像采集相机，可以获得被测食品的外观，以便向外界实时展示食品当前的状态。

进一步的，为了保证测量基准一致，避免发酵面制食品在转移过程中的受损或压缩变形，将载物台设计为可转移的结构，通过转移载物台，就可以避免食品受损或变形，提高测量的准确性。

进一步的， 激光雷达扫描和图像采集相机拍照扫描的点云数据拟合，可以提高测量和展示的精度，也可以分开使用，各司其职。

附图说明

图1是本发明中发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置的结构示意图。

图2是本发明中发酵面制食品比容快速测量的流程图。

图3是本发明中发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置的原理图。

图中：1.计算机；2.称重组件；3.供电组件；4.电动旋转滑台；5.载物台；6.图像采集相机；7.激光雷达；8.控制组件；9.串口服务器模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1-图3所示，一种发酵面制食品比容快速测量及三维重建成像装置，包括控制组件8、运动组件、称重组件2、测量和图形采集组件、计算机1和供电组件；

所述运动组件包括电动旋转滑台4和载物台5，所述载物台5通过磁吸方式固定于电动旋转滑台4上并随之旋转，所述电动旋转滑台4连接所述控制组件8，以执行计算机指令和反馈运动状态的信息，所述电动旋转滑台包括精密步进电机，所述精密步进电机的转动精度为1°。

所述称重组件2包括电子天平，所述电子天平连接至所述控制组件8用于发送称重数据，电子天平上也安装有用于吸附载物台5的磁铁，电子天平在使用时通过数据调整，以增加载物台5重量后的数据为零数据。

所述测量和图形采集组件包括激光雷达7和图像采集相机6，所述激光雷达7安装于所述载物台5的一侧上方并正对所述载物台5的中心设置，所述图像采集相机6安装于所述载物台5的另一侧上方并正对所述载物台5的中心设置，所述激光雷达7连接控制组件8，以执行计算机指令并发送测量信息，所述图像采集相机与所述计算机直连以获取图像数据。

其他实施例中，所述图像采集相机6的数量为至少一个，多于一个的图像采集相机6等角度的围绕所述载物台设置。

所述控制组件8包括连接电动旋转滑台4的电机驱动控制器模块和串口服务器模块9，所述电子天平、所述激光雷达7和所述图像采集相机6均通过所述串口服务器模块9与所述计算机通信。

所述供电组件3用于对各个组件进行供电，所述计算机将各个组件的测量信息进行汇总，并根据电动旋转滑台的旋转角度、图像采集相机的图像信息和激光雷达的测量信息完成三维计算和图像生成。

本实施例中，所述计算机将所述激光雷达所反馈的点云数据与所述图像采集相机所反馈的图像数据进行拟合，实现三维图像的生成。

工作流程：

启动前，检查各组件线缆连接，确保可靠连接。

开启计算机电源，开启直流供电电源，开启电子天平开关，检查各个组件是否正常上电，各组件指示灯状态正常。

运行计算机软件，测试各组件控制正常，各组件数据返回正常，图像采集正常。

取被测发酵食品，底面平面向下放置在载物台中部位置，然后移送至电子天平上，操作计算机软件采集发酵食品质量数据，并进行保存。

将被测发酵食品移动至电子旋转滑台上，操作计算机软件启动测量及图像采集功能。

此时，控制组件在程序控制下，控制运动组件的精密电动旋转滑台托载载物台进行高精度转动，每转动一个固定角度，停止等待测量及图像采集组件进行激光扫描和图像采集，完成后继续转动下一固定角度，同样进行激光扫描和图像采集，直至转动一周360°后完成全角度测量和图像采集后自动停止。

计算机软件依据内置点云处理程序和图像拼接程序，生成完整的被测发酵食品点云数据和三维图像数据，并计算出被测发酵食品的体积，从而得到被测发酵食品的比容。

输出测量计算结果，完成操作。

在其它实施例中，所述计算机将所述激光雷达所反馈的点云数据进行计算，得到被测物的三维信息并计算得到被测物的比容。

或，所述计算机将所述图像采集相机所反馈的图像数据进行计算，得到被测物的三维图像并输出显示。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。