硬度无损分选仪

2022年12月3日，湖南省农学会组织以中国工程院院士、华南农业大学教授罗锡文为组长的专家组，对中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和湖南省农业科学院联合研制的“水稻种子活力光学无损检测分选技术与设备研究”成果进行了现场评议，工程院院士、湖南省农业科学院党委书记柏连阳到会致辞。 　　种子活力是种质质量的核心指标，提高种子活力，提升农业用种质量，是保障国家粮食安全的重要途径。为实现个体种子活力精确检测，助力水稻种子活力分级加工，自2018年起，湖南省农业科学院联合我所组建了交叉学科研究团队，探索利用光学与信息科学手段解决水稻个体种子活力识别与分选这一种业瓶颈问题。 　　该成果首次采用超连续激光光源，获取种子透射光谱，关联“光谱数据集”与“种子活力表型数据集”，建立水稻个体种子活力光学无损检测的模型，率先研制出水稻种子活力无损检测分选样机，成功实现不同活力水稻种子自动分选，样机分选后的种子发芽率较分选前提高15%以上。 　　专家组评价认为：该成果填补了光学无损检测与分选水稻种子活力研究的空白，居国际较高水平。建议进一步提高水稻种子活力无损检测的精度及速度，尽早批量生产。 　　2018年，湖南省农业科学院余应弘课题组联合长春光机所梁静秋课题组开展了水稻种子活力无损检测研究，历经检测方法探索、检测平台搭建、设备迭代等多环节。此次验收的水稻种子活力无损检测分选样机由光学系统先进制造重点实验室刘钰副研究员负责研制。种子活力无损检测研究与设备研发得到了长春光机所领导的高度重视与支持。贾平所长多次亲临现场指导，勉励大家再接再厉，为种业科技创新、保障国家粮食安全贡献长春光机所力量。副所长王建立、所务委员黎大兵、所务委员孙守红，光学系统先进制造重点实验室、基础科研处以及知识产权与成果转化处领导等亲临实验室提出了意见与建议。 　　长春光机所与湖南省农科院将进一步通力合作，为提升农业用种质量、保障国家粮食安全做出更大的贡献。

在满足目前各种应用需求的前提下，光谱分析仪器和方法也在不断的创新发展中，不论是分子光谱还是原子光谱都涌现了一系列创新的成果，特别是拉曼光谱、近红外光谱、激光诱导击穿光谱、太赫兹、超快光谱、荧光相关光谱、高光谱等相关技术彰显了极具诱惑的市场活力，引领着行业发展的方向。第十二届光谱网络会议（iCS 2023）中，近50位专家报告充分彰显了光谱创新潜力，纷纷展示了一系列的创新成果：从仪器整机到关键部件；从系统集成到方法开发；从大型科研仪器，到用于现场的便携、手持设备；从实验室检测设备，到过程分析技术……为了更好的展示这些创新成果，同时也进一步加深专家、用户、厂商之间的合作交流，会议主办方特别策划《光谱创新成果“闪耀”iCS2023》网络专题成果展，集中展示本次光谱会凸显的创新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。北京市农林科学院农业智能装备研究中心 黄文倩研究员本次会议中，北京市农林科学院农业智能装备研究中心黄文倩研究员特别分享其课题组基于全透射近红外光谱技术开展的西瓜糖度在线检测研究（点击回看》》》）。报告内容引起行业关注，会后我们特别邀请黄文倩研究员再次给大家深入分享相关的研究成果，同时也欢迎大家洽谈合作。1、成果在水果生产销售领域，无论国际市场还是国内市场，产后商品化处理均是提高产品竞争力和产品价值的重要手段。我国的水果采后处理技术较为薄弱，大部分水果以原始状态上市，不分等级，优质果率仅占水果总产量的30%左右，其中高档果率不足5%，导致我国水果年出口量仅占总产量的10%。而美国、新西兰、日本等国的优质果率达到70%，可供出口的高档果率达到50%左右。因此，研发水果质量品质快速分选分级的相关设备，提升水果产后商品化处理的技术水平，是水果从数量型向质量型、健康型发展的需要，是增强市场竞争力的需要，是进入国际市场、扩大出口的需要。然而目前在我国市场上，高品质的水果分选设备多数为进口产品，价格昂贵，维护成本高，并且其分选模型也不完全适合我国本土水果。而国内水果分选设备制造企业相对来说数量少，规模小，水果内外部品质同步检测分级技术水平不高，部分智能分析的核心部件仍然依赖进口。基于以上现状，我们团队自主研发了水果内外部品质无损检测智能分选线，采用先进的机器视觉技术、全透射近红外光谱技术、精密称重系统和输送卸果系统，获取水果内外部组织信息，实现了水果的重量、尺寸、颜色、缺陷和糖度等指标的实时检测和分级。该分选线完成了一系列关键技术攻关，其性能达到国内领先水平。针对水果表面缺陷区域与果梗/花萼区域难以区分这一问题，提出了基于深度学习的水果表面缺陷检测方法，并利用模型剪枝、知识蒸馏等技术自动优化深度神经网络结构，实现了缺陷检测模型的高效压缩，在确保检测精度大于90%的同时，大幅度缩减了检测时间，以满足快速分选的需要。针对水果内部有效透射光谱信号获取困难、常规模型稳定性差等问题，研制了拥有自主知识产权的核心部件，一方面可在低功率照明水平下获得稳定、可靠的全透射光谱信号，节约成本，便于维护；另一方面可进行实时动态校正，消除环境因素造成的干扰和漂移。在此基础上构建了稳定和准确的糖度预测模型，实现了水果内部品质指标的快速无损检测。针对水果的磕碰伤问题，分选线采用果托式载果卸果方式，并开发了自由果托在线检测分级软件，可在离线条件下设置各类检测参数，并灵活匹配所有等级与各个卸料口，实现对整个分选系统的整体控制。在以上关键技术的支撑下，团队开发了OnlineNIR品牌的水果内外部品质无损检测智能分选线，目前已实现苹果、梨、桃、橙、蜜桔、番茄、西甜瓜等不同类型和尺寸的果蔬糖酸度、内部缺陷和果径检测，其检测速度为5-10果/秒/通道，重量检测精度±5g，尺寸检测精度±2mm，着色率检测正确率≥90%，表面缺陷检测正确率90%，糖度检测精度±0.5°Brix，分选通道可达16条，等级数多达40级。各项性能参数指标均与国际同类产品相当。2、产业化探索根据用户需求定制的各条智能分选线已在北京、江西、重庆、四川、山东、浙江等地的公司、科研单位、示范基地进行了应用，取得了降低了人力成本、增加生产效益、提高水果品牌价值的成效。该技术的应用将提升我国水果采后商品化处理水平，有效推动水果产业向精品化、智能化发展。3、未来研究计划我们比较看好近红外光谱技术，因其作为一种快速、无损检测手段，在农产品/食品领域具有广泛的适用性。与其它分子光谱技术相比，近红外光谱技术对样本状态、检测条件、照明光源及光路布局的要求更为宽松，更适于仪器化、产业化和标准化。我们未来的主攻方向是基于近红外光谱技术的检测分级线研发。4、合作需求希望与具有水果分选线设计和加工能力的厂家进行合作。课题组介绍黄文倩研究员领导的无损检测团队，由北京市农林科学院智能装备技术研究中心于2012年支持设立。在国家科技支撑计划、国家重点研发计划和国家自然科学基金等国家及省部级项目的资助下，团队主要致力于利用光电技术在不同尺度下研究农产品生物学特性感知的基础问题，并研发快速检测技术与装备，为用户提供创新的无损检测产品。团队主要研究方向包括：农产品/食品光电特性感知、果蔬质量安全无损检测方法研究、种子/谷物品质与生物学特性快速检测方法研究。团队汇集了控制科学与工程、光谱学与多光谱成像技术、图像处理、数据挖掘和计算机应用等方向的优秀人才。经过多年技术攻关，团队在基于计算机视觉的水果外观品质在线智能化检测、基于近红外光谱分析技术的水果内部品质无损检测、基于荧光及拉曼高光谱技术的种子内外部品质无损检测等领域取得了突破和进展。

无损检测行业在我国已有几十年的历史，随着社会经济的发展，无损检测行业已经涉及到了人们生活当中的各个方面。曾有专家表示，无损检测是一个朝阳行业，这个行业的发展空间很大，尤其是中国发展前景非常广阔。我国的无损检测行业的现状又是怎样呢?小编带你一起来看看。　　一、涉及无损检测的一些相关数字：　　截止2013年4月份，据调查的数字表明：　　(1)应用无损检测技术的企业单位据估计超过3万家，并且还有不断增加的趋势。　　(2)从事无损检测的专业机构和服务单位(公司、检验所、检验站、检验中心等)超过 2000 家(其中特种设备检验协会核准的持证机构 300 多家，有资料说我国目前从事第三方无损检验服务的公司达 600 多家， 也有说是我国能够提供第三方检测的大大小小检测公司有 6000 多家，包括无损检测、理化试验、计量等)。　　(3)涉及相关无损检测设备器材制造的厂家单位达 800 多家，分布于全国25个省、市及自治区，下表列出涉及相关无损检测设备器材制造的厂家单位的统计数字供参考：　　(4)开展无损检测技术方面的研究与相关应用的各种科研院所超过200 家。　　(5)开展无损检测应用技术方面的研究、开设无损检测技术课程的大学、学院、职业技术学院、技术学校超 过 100 家 每年全国培养超过千名无损检测专业或无损检测方向的毕业生(包括博士、硕士、学士，本科、 大专、中专、技校) 其中开设无损检测专业或者以无损检测技术为方向的检测技术专业的高等职业技术 学院、技术学校已经有 20 多家，包括军队系列的士官学校和职业技术学院以及开展在职教育的军事学院。　　(6)无损检测设备器材经销贸易、维修服务和技术服务企业单位超过600家。下表列出涉及相关无损检测设 备器材经销贸易、维修服务和技术服务企业单位的统计数字仅供参考：　　(7)目前在我国从事与无损检测技术相关工作的人员估计在35万人以上，包括生产第一线的无损检测操作人员，无损检测工程技术人员，无损检测技术管理人员，无损检测设备器材制造企业人员，教育界、科研 界与无损检测技术应用相关的科研教学人员、与无损检测技术专业相关的在校学生和研究生，无损检测设 备器材经销贸易、维修服务技术服务以及专业从事第三方无损检测服务企业的人员等。　　例如铁道系统据称有5万人以上，石油化工、油田、天然气、锅炉压力容器四个行业据称有 12 万人以上、航空工业系统据称有2万人以上，台湾无损检测业界约有 3000人，此外还有航天、汽车、机械工业、电力、核电、军队、 电子工业、食品医药卫生、轻工及其他行业领域未作了解。　　(8)中国无损检测市场的容量，据笔者估计，目前每年无损检测仪器设备器材销售总额约 30 亿元人民币(例如目前工业射线胶片销售量每年就约达5亿元)，连同无损检测人员技术资格等级培训与资格鉴定、认证 费用，第三方无损检测业务等，与无损检测技术相关的市场总容量估计达到约 60 亿元人民币。　　国外某知名度和权威性很高的检测公司估测中国第三方检测市场是一个超过500亿美元的巨大市场(未说明是每年还是一段时期)，不过这个数字包括无损检测、理化检测、计量检测及其他所有检测业务，也有一说是中 国第三方无损检测业务每年有大约 20 亿人民币的市场)。　　应当指出，由于中国无损检测市场存在着巨大的容量和潜力，目前除了世界上著名的无损检测设备器 材制造商几乎都在中国建立了分公司、办事处或者有其代理商外，许多国家的中、小无损检测设备器材制 造商以及国际著名的检验机构、培训机构等也都纷纷在努力寻求进入中国市场，还有不少国外无损检测设备器材产品在中国已经采取或者正在寻求“OEM”(俗称贴牌)制造方式，还有的国外企业正在寻求并购中国的无损检测设备器材制造企业。　　二、国产无损检测设备器材基本状况　　国产无损检测设备器材大致上可以分为26 大类，具体产品型号和品种则超过千种。大体上已经涵盖了目前国内无损检测技术应用的大部分领域，特别是常规无损检测的设备、器材、附件、耗材等，基本上达到了价廉物美和能够满足一般的检测需要，并且已经有不少国产的NDT产品输出到大陆以外的国家和地区。　　例如便携式数字超声探伤仪和模拟式超声探伤仪、数字式超声测厚仪、超声检测标准试块、超声探头、X 射线探伤机、各种射线检测辅助器材、便携式涡流检测设备、大型涡流检测自动化系统̷̷等。　　[1] 超声波检测设备：数字式与模拟式通用便携式超声探伤仪，大型自动化超声探伤系统(管材、棒材、 板材、焊接管等)，各种专用检测仪器设备(如球墨铸铁球化率计、螺栓紧固力检测仪、声速计、陶瓷绝 缘子超声检测仪等)，各种通用与专用的超声探头，超声测厚仪(测厚精度最高能达到 0.001mm，已有具 备穿过涂层测厚功能的测厚仪)，TOFD超声探伤仪，相控阵超声探伤仪等。　　国内超声探伤仪制造厂已超过 30 家，其中能够制造TOFD、相控阵仪器的已经超过5 家，专业超声探头制造厂家超过50家，并已经有能够制造TOFD、相控阵探头以及复合压电材料探头的专业厂家。与超声检测相关器材制造厂家总计超过 165 家。此外，管道磁致伸缩导波检测系统、桥梁缆索磁致伸缩导波检测系统、空气耦合超声检测系统等也已经在 2011 年问世。　　[2] 磁粉检测设备与材料：通用便携式(交直流式、蓄电池式、带逆变器的蓄电池式)、移动式、床式磁粉探伤机(采用多种类型的磁化电流，最大周向磁化电流已能达到 3.5 万安培)，各种专用磁粉检测设备，大型半自动化与自动化磁粉检测系统，脉冲磁化设备，退磁机，辅助仪器(如磁场测量仪器、退磁计等)，耗材(磁粉、磁膏、浓缩磁悬液、高闪点载液等)。旋转磁场、复合磁化、荧光磁粉检测等方法的应用得 到更大普及，用于磁粉检测的自动爬行装置、应用CCD摄像记录的自动化荧光磁粉探伤系统等都已面市。相关磁粉检测设备与材料的制造厂家超过 129 家。　　[3] 渗透检测设备与材料：适应不同灵敏度等级要求(普通工业级到核工业级和特种材料)的着色渗透、 荧光渗透、着色荧光渗透用材料，便携式器材(如喷罐型)、大型自动渗透流水线系统，各种辅助设备器 材(如静电喷涂设备、荧光渗透液专用污水处理设备等)。与渗透检测器材相关的制造厂家超过 36 家。　　[4] 射线检测设备：X射线、γ 射线、β 射线、中子射线、高能X射线(如电子直线加速器)，X射线管(定 向、周向，玻璃管、波纹陶瓷管、金属陶瓷管)，通用便携式、移动式、大型固定式射线检测设备，变频、恒频、恒电位X射线机，辅助设备器材(如半自动及全自动洗片机、干片机、观片灯--包括最新的LED型观 片灯、黑白密度计、符合国内外各种标准的像质计、工业X射线底片扫描仪、射线剂量监测仪器、工业射 线胶片、暗盒、铅字、磁钢、洗片架、洗片槽̷等)，各种射线防护器材与装置，各种放射性同位素源(如192Ir、60Co、75Se、137Cs、137Yb、170Tm、153Gd等γ 源和252Cf中子源等)。相关射线检测设备器材、辅助器材等的制造厂家超过 240 家。　　[5] 涡流检测设备：通用便携式数字化涡流探伤仪、脉冲涡流检测系统、阵列涡流检测系统、大型自动化涡流探伤系统、各种专用涡流检测仪器设备、配套的各种涡流换能器、涂镀层测厚仪，配套的辅助器材，材质分选仪、导电率仪、硬度分选仪、金属探测器、钢绳张力测试仪、钢丝绳检测仪等。相关涡流检测(电 磁检测)的制造厂家超过 47 家。　　[6] 漏磁检测设备：通用、专用以及大型自动化漏磁检测系统。　　[7] 内窥镜：光学内窥镜、光纤内窥镜、视频内窥镜(电子内窥镜)。　　[8] 光学测量仪器：白光照度计、黑光照度计、紫外线强度计、荧光亮度计等。　　[9] 声发射检测设备：多通道声发射检测便携式系统与大型系统。　　[10] 泄漏检测设备：电火花检漏仪、智能声脉冲快速检漏仪、管道泄漏检测定位仪、有机惰性荧光示踪检 漏产品、渗透检漏液、地下管道探测检漏仪、地下电缆探测检漏仪、管线定位仪、燃气管道检漏仪、湿法 涂层检漏仪等。　　[11] 硬度测定仪器：里氏硬度计、超声波硬度计。　　[12] 电磁超声探伤设备：电磁超声检测系统、自动化电磁超声探伤系统、电磁超声测厚仪。　　[13] X 射线实时成像与工业 CT 设备：采用图像增强器型、DR 型的通用设备、专用设备，分辨率测试卡。　　[14] 激光检测设备：便携式激光电子散斑仪、利用激光数字散斑干涉技术的大型自动化轮胎无损检测系统、激光材料厚度在线测量仪、在线激光测径仪、激光数字检测仪，激光超声检测系统，全息感光胶片与干板 等。　　[15] 电位法裂纹深度测量仪。　　[16] 红外检测设备：红外线测温仪、红外内窥仪、红外热象仪。　　[17] 配合各种无损检测方法应用的各种系列的标准试块、灵敏度试块与试片、通用对比试块、专用对比试 块，还有如山东瑞祥模具有限公司(山东济宁模具厂)专业化生产的系列商品化焊缝自然缺陷试件可满足 检测方法试验和无损检测人员技术资格培训与考核应用的需要。　　[18] 配合无损检测应用的各种专用机械辅助装置与系统：半自动化与自动化探伤系统的机械装置、射线检 测用管道爬行器、试块刻伤机、商品化 X 射线机固定夹具和支架、升降车等。　　[19] 配合荧光磁粉、荧光渗透检测的紫外线灯(便携式、袖珍式、大面积辐照型)、黑光光源(除了常规的高压汞灯、灯管外，还有采用 LED 的紫外光源)。　　[20] 岩石、混凝土、桩基的检测设备，混凝土钢筋检测仪、数显回弹仪、钢筋位置测定仪、楼板厚度测定 仪、波速测井仪等。　　[21] 微波检测系统、太赫兹波检测系统。　　[22] 热电金属材料分选仪。　　[23] 磁测应力仪。　　[24] X 射线应力测定仪、X 射线衍射仪。　　[25] 金属磁记忆技术：智能化磁记忆金属检测仪、应力集中磁检测仪、裂纹磁指示仪。　　[26] 其他：如表面粗糙度仪、测振仪、残余应力测试仪、超声波浓度计、超声波流量计、超声波液位计、 陶瓷泥料水份速测仪̷̷等。