CN104737013A - 用于检查蛋的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定无损蛋的抗裂性的非破坏性方法，其中所述确定包括以下步骤a)和b)中的至少一个：-a)确定在所述无损蛋的蛋壳中产生的张应力，例如在预定负载下的张应力；-b)确定所述蛋壳的弹性；其中优选地，步骤a)和/或步骤b)的结果被用于评价所述抗裂性。

Description

用于检查蛋的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于检查蛋的方法和装置。本发明具体涉及一种用于确定蛋的外壳特性的方法和装置。

背景技术

虽然蛋天生具有其特殊的自然防御系统(即蛋壳)，但是蛋内容物的细菌污染仍然会发生。通常，这可通过两种可能的途径发生：在外壳形成前在输卵管内，或通过穿透破损的或低质量的外壳。虽然两种途径都有可能，后者的可能性更大。假设未被识别而又受到污染的蛋流入市场，这可能对消费者构成健康危害。另外，消费者不会购买外壳破损的蛋，并且这会带来巨大的经济损失。蛋业的形象严重受这类事件影响，这也是为什么养殖公司在寻求替代的选择焦点，诸如提高的蛋质量，而对蛋质量而言，外壳质量具有相当的重要性。

通常，外壳质量被用作外壳强度的同义词，并且定义蛋壳承受外部施加的负载而不破裂或破损的能力。外壳强度仅具有中等的遗传性，并且由于蛋壳质量的恶化主要是在产蛋期的后期表现而引起问题。商业养殖公司已将蛋壳强度纳入其选择程序多年。外壳强度的选择由主要的家禽饲养者使用用以确定最佳的选择变量的各种破环性的和非破坏性的方法来实施。后者具有优势，即蛋仍可被用于后面的测量，但是考虑到每个蛋的低廉价格和欧盟食品安全法规，在商业条件下，该观点所持的权重小于速度和测量精确度、遗传性和外壳破损的遗传相关性。

大量努力付诸于测量蛋壳强度的试验的设计，并且已形成若干广泛评论的主题和现有技术。测量蛋壳强度最常用的方法包括比重、外壳形变、外壳厚度、外壳百分比、结构特性、破坏强度、静态刚度和最近的一种方法，该方法基于声共振频率分析以确定称为动态刚度的非破坏性选择变量。

在之前的关于蛋壳强度的主题的报告中已经说明，从下出时到消费者使用，平均蛋破损率约为7％。然而，虽然使用如前述提到的那些选择变量，最近的估计表明，该值的变化很小，因此，迄今为止，显然没有用于产蛋鸡的遗传选择以提高蛋壳强度的理想变量。

例如在EP738888中描述了一种用于确定蛋壳中的裂缝的检测器。用该检测器测量由小球在蛋的表面区域上微微弹跳产生的音频信号。更具体地，在球弹跳的时间段振荡的声音强度曲线提供关于该表面区域是否无损的信息。通过对同一个蛋执行该测定若干次，蛋的外壳的状况，即蛋壳中是否存在裂缝或断裂，以自动的方式被绘制，由此产生该状况的值。该值用作蛋的分选的标准。然而，对蛋测量的工具的附件涉及一个的重要问题。这种附件非常难于制造。另外，在EP’888中公开的检测器不易于应用于一批蛋而将花费很长时间处理并对蛋进行分选。

因此，需要新颖的方法来用于蛋壳强度的指数的测定。

发明内容

仍然存在对用于检查蛋的改进的方法和装置的需要。

本发明的一个目标是提供一种用于检查蛋的替代的装置和方法，更具体地，本发明的一个目标是提供用于确定蛋的蛋壳特性的替代的装置和方法。

本发明的另一目标是提供新颖的预测值，该预测值提供无损蛋壳的状态。

该目标通过根据本申请的独立权利要求的方法和装置实现。从属权利要求涉及优选的实施例。

有利地，提供了用于确定无损蛋的抗裂性的非破坏性方法，其中所述确定包括以下步骤a)和b)中的至少一个：

-a)确定在所述无损蛋的蛋壳中产生的张应力，例如在预定负载下的张应力；

-b)确定所述蛋壳的弹性；

其中优选地，步骤a)和/或步骤b)的结果被用于评价所述抗裂性。

例如，根据另一实施例，确定张应力可包括计算张应力，更具体地是使用或基于确定的无损蛋的蛋壳厚度和曲率计算张应力。

一方面，本发明提供一种用于非破坏性地检查蛋的装置，特别用于预测无损蛋壳的状态，所述装置包括：

-检测器，用于确定所述蛋壳的外壳厚度和/或曲率和/或所述蛋壳的弹性，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性；

-中央处理单元，用于根据该蛋壳特性确定在蛋壳中产生的张应力，其中所述张应力被用作所述蛋壳的状态的预测值。

优选地，所述检测器包括摄像机和/或激光源和/或放射源和/或光源。

一方面，本发明提供一种用于确定在无损蛋的蛋壳中产生的张应力的非破坏性方法，其中所述张应力被用作所述蛋壳的状态的预测值。优选地确定蛋壳中产生的张应力包括测量所述蛋壳的外壳厚度和曲率。更优选地，确定蛋壳中产生的张应力包括测量所述蛋壳的弹性。

在优选的实施例中，所述蛋壳的弹性是用机械手段确定的，例如通过机械检测器。在替代的优选实施例中，所述蛋壳的弹性是用光学手段确定的，例如光学检测器。优选地，所述光学手段或光学检测器包括利用散射和/或反射技术和/或计算机视觉和/或热成像。更优选地，所述光学手段包括表面布里渊散射或β射线测量或X射线测量。

在优选的实施例中，蛋壳的弹性以非接触的方式确定。

蛋壳的状态优选地包括裂缝存在确定和/或抗张强度和/或破裂的可能性。

在优选的实施例中，确定蛋壳中产生的张应力包括有限元分析，所述有限元分析包括几何表示和局部应力评估。在优选的实施例中，组成“元模型(meta model)”或“代理模型(surrogate model)”，其优选地插入模拟之间得到蛋的所有可能分选的预测。优选地，确定蛋壳中产生的张应力是在线执行的。

一方面，本发明提供用于对蛋进行分选的方法，其中根据本发明的用于确定无损蛋的蛋壳中产生的张应力的非破坏性方法被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的状态。

一方面，本发明提供一种用于对蛋进行分选的装置，其中根据本发明的装置被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的状态。

一方面，本发明提供一种无损蛋的蛋壳的张应力的用途，所述张应力以非破坏性的方式用作所述蛋壳的状态的预测值。

一方面，本发明提供一种用于非破坏性地检查蛋的装置，特别用于预测无损蛋的抗裂性，所述装置包括：

-检测器，用于确定所述蛋壳的外壳厚度和/或曲率和/或所述蛋壳的弹性，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性；

-中央处理单元，用于根据该蛋壳特性确定在蛋壳中产生的张应力，并测量所述蛋壳的所述弹性，其中所述张应力和弹性被用作无损蛋的抗裂性预测值。

例如，所述蛋壳特性可表征或相关于蛋壳的厚度，例如使得厚度可以由提供的蛋壳特性被确定或计算。所述蛋壳特性可表征或相关于蛋壳的曲率，例如使得曲率可以由提供的蛋壳特性被确定或计算。而且，所述蛋壳特性可表征或相关于所述蛋壳的弹性，例如使得弹性可以由提供的蛋壳特性被确定或计算。

所述检测器可以各种方式提供所述蛋壳特性，例如通过提供表征或包含该特性的检测信号，或包含有关该特性的信息的检测信号。技术人员将理解，所述检测器和所述中央处理单元可被配置为相互通信，使用适合的通信手段(例如有线或无线通信连接器)，具体地用于从检测器向处理单元传送蛋壳特性(或检测信号)。

优选地，所述装置被配置为确定所述无损蛋的蛋壳中产生的所述张应力与所述蛋壳的所述弹性的比。优选地，所述检测器包括摄像机和/或光源和/或激光源和/或放射源。

一方面，本发明提供一种用于确定无损蛋的抗裂性的非破坏性方法，其中所述确定包括计算所述无损蛋的蛋壳中产生的张应力和测量所述蛋壳的所述弹性。

优选地，计算张应力包括测量所述蛋壳的外壳厚度和曲率。这可例如分别通过外壳厚度检测器和蛋壳曲率检测器实现。更优选地，测量所述蛋壳的所述弹性用机械手段执行。在其他实施例中，测量所述蛋壳的所述弹性用光学手段执行。优选地，所述光学手段包括利用散射技术和/或计算机视觉。更优选地，光学手段可包括表面布里渊散射、诸如热成像的红外成像技术，更优选地，主动和/或被动热成像或光学相干断层扫描(OCT)。

优选地，作为红外成像科学的示例，热成像涉及红外热成像(IRT)或热成像或热视频(thermal video)。有利地，热成像是非破坏性方法并且其相对较快，非接触并且提供全域信息。热成像摄像机在电磁波谱的红外线范围(大体在9,000–14,000纳米或9–14微米)中检测辐射，并产生该辐射的图像，称为温谱图。这些被动地或主动地获得的温谱图被用在本发明的实施例中以提供蛋壳的物理参数，如弹性和/或厚度。优选地，被动热成像被用于提供无损蛋的蛋壳厚度。如本发明的实施例中使用的主动热成像提供辐射源或在其他实施例中提供超声源，其可激励蛋壳的存在的表面裂缝，其中所述源优选地为脉冲红外辐射(IR)。通过施加脉冲红外辐射，由于脉动，表面温度循环升高和降低。另外，随着波长的增加，红外辐射的吸收将逐步降低。大部分红外辐射因此在表面反射。因此，当光进入蛋壳中存在的微裂缝时，以与在黑体腔中类似的方式，其在裂缝内侧反射多次并且这将比单次反射储存更大量的能量。而且，根据处于热平衡的系统的基尔霍夫定律，表面的发射率等于吸收率，但是吸收和发射的辐射波长不必是相同的。由于这两个因素，被高强度红外光照亮的蛋壳中的裂缝将有利地比周围吸收并发射更多能量，并且如果用红外摄像机成像，将作为热点可见。

有利地，通过使用主动热成像，裂缝的尺寸可被检测。更具体的，裂缝的尺寸可依据若干因素被检测。为了可见，裂缝需要吸收足够的能量以达到红外摄像机可将其与背景区别开的温度。通常，因为变化的发射率，来自背景的辐射是不均匀的，并且裂缝的温度因此需要被升高到该噪声水平之上。多少能量能够被吸收取决于裂缝的宽度，因为较宽的裂缝具有更多光能够进入的较大面积。该宽度也影响该裂缝中能够吸收什么样的波长，因为具有比该裂缝宽度更长的波长的光不会进入裂缝。虽然辐射的波长会对哪些裂缝可被检测到设定限制，其大体应尽可能地长，因为这会增加裂缝和周围表面之间的吸收的对比。对于可被检测到的裂缝尺寸的实际限制是红外摄像机。摄像机的分辨率连同镜头的选择将决定多小的物体能够被检测到。镜头的选择是对分辨率和视野之间的平衡。对于检测而言，只有裂缝的最小尺寸是重要的；裂缝的长度不影响该方法检测它的能力。

在其他优选的实施例中，主动热成像也可被用于测量蛋壳的厚度，例如可应用数值反演法(numerical inversion method)并比较获得的结果。这种反演法的一个示例是迭代回声缺陷形状法(iterative echo defect shape method)。这种反演法的第二示例是列文伯格-马夸尔特法(Levenberg-Marquardt method)，其可被应用于热成像数据以进行非破坏性测试。由于用主动热成像和数值反演法的数据捕获能够易于自动化，这两个步骤的结合可以是提供蛋壳厚度的有前景的方法。

优选地，特征为所述弹性以非接触的方式确定。

优选地，确定无损蛋的抗裂性包括裂缝存在确定和/或抗张强度和/或破裂的可能性。

优选地，计算所述张应力包括有限元分析，所述有限元分析包括几何表示和局部应力评估。在优选的实施例中，组成“元模型”或“代理模型”，其优选地插入在模拟之间得到蛋的所有可能分选的预测。优选地，无损蛋的抗裂性的确定是在线执行的。

在优选的实施例中，所述无损蛋的蛋壳中产生的所述张应力与所述蛋壳的所述弹性的比被用作评价无损蛋的抗裂性的强度指数。

一方面，本发明提供一种用于对蛋进行分选的方法，其中根据本发明的用于确定无损蛋的抗裂性的非破坏性方法被用于在该分选期间确定所述无损蛋的抗裂性。

一方面，本发明提供一种用于对蛋进行分选的装置，其中所述装置用于非破坏性地检查蛋，特别用于预测无损蛋的抗裂性，根据本发明被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的状态。

一方面，本发明提供一种所述无损蛋的蛋壳中产生的张应力与所述蛋壳的所述弹性的比的用途，该比作为强度指数用来评价无损蛋的抗裂性。

一方面，本发明提供一种用于非破坏性地并且非接触地测量无损蛋的蛋壳厚度的装置，所述装置包括：

-检测器，用于测量所述蛋壳的曲率和/或所述蛋壳的弹性和/或在所述蛋壳中产生的抗张强度，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性；

-中央处理单元，用于根据该蛋壳特性确定所述蛋壳的厚度。

优选地，所述检测器包括摄像机和/或光源和/或激光源和/或放射源。

一方面，本发明提供用于确定蛋壳厚度的方法，其中所述蛋壳为无损蛋的蛋壳，其中所述厚度通过测量所述蛋壳的弹性或在所述蛋壳中产生的张应力来确定，其中所述确定以非破坏性并且非接触的方式执行。

优选地，所述蛋壳的弹性用光学手段确定。更优选地，光学手段包括利用散射和/或反射技术和/或计算机视觉。在其他优选的实施例中，光学手段包括表面布里渊散射和/或β射线测量和/或X射线测量和/或热成像和/或主动热成像和/或光学相干断层扫描(OCT)。

根据本发明的实施例，确定厚度包括有限元分析，所述有限元分析包括几何表示和局部应力评估。优选地，所述应力评估用不同于本发明的实施例中公开的方法执行。在优选的实施例中，组成“元模型”或“代理模型”，其优选地插入模拟之间得到蛋的所有可能分选的预测。优选地，确定厚度进一步包括确定所述蛋壳的曲率。优选地，所述蛋壳的曲率以非接触的方式测量。在优选的实施例中，所述非接触方式包括计算机视觉和/或光学手段。

确定根据本发明的确定蛋壳的弹性包括确定外壳弹性矩阵式(shell matrix modusof elasticity)。优选地，所述确定是在线执行的。

优选地，所述蛋的所述蛋壳是脆性的，例如所述蛋为鸟蛋。该鸟蛋为高度复杂的生物结构。其可包含由两个膜和外部脆性覆盖物包围的空气腔和粘性液体，外部脆性覆盖物即为蛋壳。

一方面，本发明提供一种用于对蛋进行分选的方法，其中根据本发明的用于确定蛋壳厚度的方法被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳厚度。

一方面，本发明提供一种用于对蛋进行分选的装置，其中根据本发明的用于非破坏地并且非接触地测量无损蛋的蛋壳的厚度的装置被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的厚度。

一方面，本发明提供一种蛋壳的弹性或在无损蛋的蛋壳中产生的抗张强度的用途，用于以非破坏性并且非接触的方式测量所述蛋壳的厚度。

一方面，本发明提供一种计算机程序产品，用于如果在控制单元(例如中央处理单元)上实施，则执行根据本发明的所述方法，或其组合。

根据本发明的示例性实施例，提供一种由机器可读的程序储存设备，切实体现可由机器执行的指令程序以执行用于提供自动诊断和决策支持的方法步骤

一方面，本发明提供存储根据本发明的所述计算机程序产品的数据载体。术语“数据载体”等同于术语“载体介质”或“计算机可读介质”，并指代参与向用于执行的处理器提供指令的任何介质。该介质可采取许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如是海量存储的一部分的存储设备。易失性介质包括诸如RAM的动态内存。计算机可读介质的通常形式包括，例如软盘(floppy disk)、磁盘(flexible disk)、硬盘、磁带或任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、任何其他的带有孔的图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他的内存芯片或磁带盒、如在后文描述的载波、或任何计算机可从其读取的其他介质。计算机可读介质的各种形式可涉及携带一个或多个指令的一个或多个序列到处理器用于执行。例如，指令可最初被携带在远程计算机的磁盘上。远程计算机可将该指令装载到其动态内存中并用调制解调器通过电话线发送该指令。计算机系统本地的调制解调器可接收电话线上的数据，并使用红外发射机将数据转换为红外信号。连接到总线的红外检测器可接收红外信号中携带的数据并将数据放到总线上。总线将数据带到主内存，处理器从主内存检索并执行所述指令。由主内存接收的指令在被处理器执行前或执行后可选择地被存储在存储设备上。该指令也能够通过载波在诸如LAN、WAN或因特网的网络中传送。传输介质可采取声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外线数据通信期间产生的那些。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括在计算机内形成总线的线。

一方面，本发明提供于所述计算机程序产品通过网络的传输。

当前的发明的一个目标是提出新颖的方法，用于优选地基于脆性材料的断裂力学的基本原理确定蛋壳强度的新颖指标。更具体地，球形外壳上的集中力的分析。将诸如金属的脆性材料的分析和特性转移到蛋上，对于本领域的技术人员来说不是直接的，因为本领域的技术人员不会为了分析蛋的破裂特性的方案而研究如脆性金属分析的较远领域，并且更具体地用蛋壳的物理特性来提供蛋壳强度的新颖指标。

另外，使用蛋壳中的抗张强度和/或蛋壳的弹性作为蛋壳强度的指标或预测值并未在任何申请人已知的现有技术文件中公开。此外，这些指标的比提供另一蛋壳强度的新颖指标，其并未在任何申请人已知的现有技术文件中公开。另外，这些定理和材料分析工具已自1959年或更早就是已知的，然而此后提供令人满意的蛋壳强度指数的迫切需求未被任何现有技术文件实现。

附图说明

从示例和附图中将显示出本发明的更多特征，其中：

图1示意地示出蛋壳中的破坏机理，其中破坏开始于在邻近方解石列熔断器处张应力(S)的累积。随后，裂缝迅速向外表面传播通过外壳壁(*)。

图2示意地示出根据本发明的实施例的基本模型。

图3示出根据本发明的实施例的蛋壳的有限元网格模型。

图4示出根据本发明的实施例的蛋壳(左)和其声音内容(acoustic content)(右)的有限元网格。

图5示出使用高度表的曲率半径表。

图6示出落球试验的机构。

图7示出形状指标作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.006的重要性。

图8示出蛋壳厚度作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.004的重要性。

图9示出静态硬度(k_stat)作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.004的重要性。

图10示出动态硬度(k_dyn)作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.06的重要性。

图11示出根据本发明的实施例的张应力作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.00007的重要性。

图12示出根据本发明的实施例的蛋壳的杨氏模量/弹性作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.05的重要性。

图13示出根据本发明的实施例的k_new作为蛋壳强度的评估器呈现P值为0.0009的重要性。

图14示意地示出装置的实施例。

具体实施方式

定义

在本申请中，术语“无损蛋”可被定义为其整体上未损坏或未破碎的蛋，因此，蛋是一个整体而蛋壳本身可以是受损的，例如包括微观的和/或宏观的裂缝。

在本申请中，术语“蛋壳”可被定义为脆性的蛋壳，因此，当所述脆性的蛋壳受到应力时，优选破裂而没有明显的形变(应变)。脆性材料优选地在破碎之前吸收相对少的能量，即使是那些高强度的脆性材料。脆性材料包括大多数陶瓷和玻璃，其优选地不塑性形变，例如海胆卵，其在被施加了外力时塑性形变。

在本申请中，具体地，“张应力”可被定义为在例如某一被施加到蛋上的外力(N)(见图1、图2)的预定负载下的张应力。特别地，张应力可导致材料的内部膨胀。

在本申请中，术语“蛋壳强度”可与描述蛋能够承受外部负载的程度的参数相关。该术语可以表示蛋对于给定负载的形变，或破坏强度。而且，蛋在实际环境下破裂的可能性可被当作描述蛋壳强度的(实际)方式，这对于技术人员而言将是清楚的。

“破坏强度”可被定义为蛋在其破坏(即破裂、断裂)之前可以承受的外部负载的量。

“刚度”可被定义为使蛋变形一个形变单位所需的力。“静态刚度”可被定义为在(准)恒定负载条件下的所述力。“动态刚度”可被定义为在诸如冲击的变化负载条件下的所述力。

“破裂”可被定义为蛋的外壳的宏观破环。“裂缝”可被定义为蛋的外壳的微/宏观破环。

“弹性”可被定义为对弹性材料的刚度的度量，如技术人员所公知的，定义为应力与应变之间的比。

“张应力”可被定义为，例如由于外部负载(见例如图1-3)导致的引起材料的内部膨胀的应力。“应变”可意为：相对于原始尺寸的形变。“剪应力”可以是：使物体扭曲的应力。

“破裂的概率”可被定义为在预定的外部负载下将破坏的蛋的比例。

“阻尼比”可意为：蛋的(负载)能量吸收能力的度量。

优选实施例的详细描述

本发明将关于具体实施例参考特定附图来描述，但是本发明不限于此，而仅由权利要求限制。描述的附图仅是示意性的，而非限制性的。在附图中，一些元件的尺寸可能是为了说明的目的被夸大的，而非按比例绘出。术语“包括”用于本说明书和权利要求书中，其不排除其他元件或步骤。除非有其他特别声明，在表示单名词时使用不定冠词或定冠词之处，如“一”或“一个”、“所述”，其包括该名词的复数。

在权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的手段；其不排除其他元件或步骤。因此，表述“一种包括手段A和B的装置”的范围应不限于仅由部件A和B组成的装置。其意味着，该装置中与本发明相关的部件是A和B。

此外，说明书中和权力要求书中的术语第一、第二、第三等等是用于在相似元件之间进行区别，而非必须描述顺序或时序。应当理解，这样使用的术语在适合的环境下是可互换的，并且在此描述的本发明的实施例能够以不同于此处描述或说明的其他顺序操作。

另外，说明书和权力要求书中的术语顶部、底部、上方、下方等等是用于描述性的目的，而非必须描述相对位置。应当理解，这样使用的术语在适合的环境下是可互换的，并且在此描述的本发明的实施例能够以不同于此处描述或说明的其他方位操作。

在附图中，相同的附图标记指示相同的特征；并且，在一个以上附图中出现的附图标记表示同一元件。附图和下面的详细说明示出用于检查蛋的装置和方法的具体实施例。

为了理解蛋壳材料的破裂动作，本发明的实施例基于完全脆性的材料的破裂机理，更具体地说，是基于已知为脆性的金属的破裂机理。

诸如蛋壳的脆性材料，当其受到应力时破坏而没有显著形变(应变)。脆性材料在破裂之前吸收相对少的能量，即使是那些高强度的脆性材料。因此，受到轴向拉力的延性金属杆经受塑性形变并且在中部逐渐变细，直到张应力的集中使其断裂。另一方面，当受到相似的张应力时，脆性材料的杆会立刻断裂而不经塑性形变。因为剪应力在断裂前引起塑性材料中的形变，最大张应力对于引起诸如蛋的脆性材料的破裂是关键的。

通常，脆性材料在压力下比在张力下更坚固，因为在压缩期间，分子被挤压靠紧。此外，在现代工程中最重要的失效标准是那些考虑到材料抗裂缝生长性的标准，因为现在大体接受了多数结构包含在制造期间引入或在其寿命的早期产生的裂缝或缺陷。完全理解蛋壳对外力的反应需要应力分布和其对超微结构中自然形成的缺陷的影响的知识。经典工程理论表明，当任何结构中的最大主应力达到临界水平时发生失效。

使用该方法，已推断出张应力在位于负载点正下方的蛋壳的内表面处最大(图1)，并预测当张应力σ_t达到理论内聚强度σ_th时，破坏在该部位处开始。因此，得到的蛋壳破坏准则可以被写为如下形式：

σ_t≥σ_th                                          (1)

本发明的实施例提供将由Timoshenko和Woinoswley-Krieger于1959年对于球形外壳的情况在平板上的集中力的分析适用于蛋，并且球形外壳代表蛋的几何形状，这导致在力的下方的外壳内表面上的张应力如下式：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{F}{t^2}[0.559(1+v){\log }_{10}\frac{R}{\mathrm{\τ}}+0.3+0.59v]---\left(2\right)$

其中F(牛顿)为施加于球形外壳的力、t(米)为外壳厚度、v为外壳材料的泊松比，而R(米)是外壳的曲率半径。

张应力σ_t是由所施加的力产生的最大应力，并且当该应力达到外壳材料的理论强度σ_th时蛋壳将破裂。通常，外壳的初始破坏发生在张应力条件下，并且位于负载点下方的外壳的内表面处。

如格里菲思的脆性破裂理论(1921)中描述的，脆性材料的破裂强度是将原子保持在一起的内聚力的函数。因此，蛋壳破坏准则的正确条件，如本文中的蛋壳的脆弹性固体的理论内聚强度σ_th，理论地被估计为E/10，其中E是外壳材料的弹性模量或杨氏模量。然而，根据实际观察，由于在制造期间引入或其在寿命的早期产生的内部缺陷的后果，实际材料的破裂强度低得多，通常为其理论值以下10到多至1000倍。因为这些内部缺陷放大裂缝尖端处的应力，其降低了材料的破裂强度。

本发明的实施例提供在评价蛋壳的强度时，优选使用两个常用的特性来限定其承受力或形变的能力：在蛋壳中扩展的张应力和/或外壳材料的杨氏/弹性模量。

根据本发明的实施例使用在蛋壳中扩展的张应力作为评价蛋壳的强度的预测 值

直到现在，蛋壳张应力已在许多研究中通过使用其他已知的用于蛋和蛋壳的分析和实验技术来评价。根据报告的结果，破坏时的张应力在15至35MPa范围内。而且，通过结合的分析和实验方法，发现在暴露于一些环境危害的外壳中的每个点处扩展的应力与外壳的厚度和曲率密切相关。最近，一些通过有限元调查蛋壳中的应力分布的复杂研究确认了之前提到的实验结果。

有利地本发明的实施例提供蛋中的张应力的自动测量系统，蛋中的张应力可从需要泊松比、待被量化的外壳厚度和外壳的曲率的方程式2推断出。因为泊松比通常被认为是0.307的恒定值，只需要其他两个蛋参数以能够测量蛋中的张应力，也就是需要外壳厚度和外壳的曲率。有利的是，这两个剩余的参数可以以非破坏性的方式测量，导致以非破坏性的方式测量张应力的新颖的方式。

迄今为止在现有技术中使用的用于获得蛋中的张应力的方法是基于破坏性的方法和在试图测量所需的参数的同时引起对蛋壳的破坏的方法。例如由Macleod等人在国际断裂期刊，卷142，第29-41页(2006)中公开的测量抗张强度和内部压力的方法。Macleod等人的方法包括使用填充了水的皮下注射器，水被用于从内部对用聚氨酯清漆密封的蛋进行加压。该方法引入了对蛋的损坏并且没有预测值来评估蛋壳的强度。另外，由Macleod等人提供的方法不能简单且迅速地应用于待测试或分选的一批蛋。

另外，剩余参数可以以非破坏性的方式并且优选地以非接触的方式测量，通过例如基于光学测量手段测量或推导外壳厚度和/或外壳的曲率，例如利用散射和/或反射技术和/或计算机视觉和/或热成像(或热成像印刷)和/或主动式热成像和/或β射线反向散射装置和/或基于OCT的技术。因此，不同的源可被用于检测蛋的物理特性，例如像光源、超声波源和/或热源和/或放射源。这些技术的结合可有利地以非破坏性且非接触的方式提供外壳厚度和/或外壳的曲率。

在替代的实施例中，厚度也可以用两脚规或通过使用如WO/2012/060704中公开的赫兹理论来测量。对于技术人员来说已知的是，蛋壳厚度的变化将导致振动频率的变化，例如，通常较厚的蛋壳导致较高的振动频率。这是因为蛋壳厚度的增加增强外壳的刚度并从而增加固有频率。类似地，蛋的尺寸减小可减小其质量并因此可增加所产生的谐振频率。优选地，蛋壳厚度和谐振频率基本是线性相关的，而质量和谐振频率可显示出更明显的非线性关系。

由于无损蛋的比重与外壳厚度密切相关，比重测量可被用于确定厚度，并从而确定外壳强度，这是一种测量蛋壳厚度的非破坏性的方式，然而，使用无损蛋无损蛋的比重作为确定蛋壳厚度的方法是非常耗时的。另外，当使用比重作为确定无无损蛋壳厚度的方法时，在解释测量结果时蛋的年龄可带来困难。例如，非新下的蛋可包括扩大的气囊，这使蛋的特性，即扩大的气囊和蛋的厚度之间的区别特征复杂化。

当然测量两个剩余参数的接触式手段也可根据本发明的替代实施例应用。外壳的曲率可用例如三脚架和相关的三角法测量。或使用计算机视觉或热成像。关系到外壳厚度，其可以打开外壳后使用例如数字测微计来高精度地评定。另外，可使用基于超声波的技术，其对于监测蛋壳厚度是切实可行的技术。此外，像蛋壳厚度计(www.eggtester.com)的超声波仪器现今在市场上能够获得，并且这种工具可测量外壳上不同点处的厚度，而不求助于传统的将蛋破坏并且测量单个断片的耗时的方法。厚度可在0.15mm至25mm的范围以0.001mm的灵敏度测量。一些作者还提到外壳厚度和静态刚度之间的中等但显著的相关性(相关性～0.8)，其中静态刚度使用万能试验机在两个平行板之间的准静态压缩期间测得。然而，这种静态刚度测量系统耗时并且不适合于在线的目的。例如WO/2012/060704描述了一种在线测量系统，目的是以在线方式确定静态刚度和外壳厚度。在WO’704中可通过参考值获得良好的相关性。

在其他优选的实施例中，提供在特定负载值下在蛋壳中产生的张应力的评估，以能够为后者提供高精度建模方法。更优选地，提供张应力的在线估计。

根据本发明的实施例使用有限元分析，其结合高精度的几何表示和局部应力估计，并因此是这种应用的最适合的选择。目前的模型模拟两个平行的圆形板如何如图2所示的在蛋壳的两侧上施加分布式恒力。因此，负载使蛋壳形变而在蛋壳内产生复杂的应力路径。分析的目的估计是如图3所示被加载以假定为20N的恒定值的力的不同尺寸的蛋模型的外壳内侧上和外侧上的张应力。假定蛋壳厚度在整个外壳表面是均匀的，例如可适用默认值(例如0.38mm)。用于本实施例中的蛋壳的材料参数如下：杨氏模量E＝3*1010Nm^-2，泊松比v＝0.307以及质量密度ρ＝2400kgm^-3。如图3中所示的有限元网格优选地用MSC.Patran(美国加利福尼亚州圣安娜，MSC软件公司)生成。在优选的实施例中，有限元分析执行的是线性静态分析，其中力[F]和位移[X]之间的关系由如方程式3中表示的刚度矩阵[K]描述：

[F]＝[K]·[X]                                (3)

如Geradin和Cardona(2001)详细描述的，优选地采用集成在MSC.Nastran(美国加利福尼亚州圣安娜，MSC软件公司)中的Newmark结算器解出该矩阵方程。最后，使用模拟输出，优选地建立多重线性回归模型。协变量是蛋的两个曲率半径(即，主曲率半径和次曲率半径)和蛋壳厚度。张应力作为输出变量。因此，根据本发明的优选实施例得到的用于预测张应力的模型由下式给出：

${\mathrm{\σ}}_1=-4.486392+1.58625666\·r_1+1740.138\·\frac{1}{t}-0.839939\·r_2---\left(4\right)a$

其中，σ₁是预测的张应力响应；r₁是主曲率半径而r₂是次曲率半径。以此关系，能够使用曲率和厚度的经典的几何测量来估计蛋壳强度的替代指标，张应力。上述用于张应力的公式是基于蛋曲率(长轴和短轴两者)的测量，辅之以关于蛋壳厚度的知识。如之前指出的，外壳厚度可通过各种技术被估计或测量，诸如蛋的超声波测量和振动分析。显然，可使用传统的计算机视觉技术或热成像或光散射技术以高精度地确定曲率半径。

技术人员应当理解，用于预测张应力响应的公式4(a)可被概括如下：

σ₁＝K₁+K₂·r₁+K3·t^-1+K₄·r₂                         (4b)

如前面已经阐明的，其中K₁、K₂、K₃、K₄是可从以上提到的方程式导出的常数。

根据本发明的实施例使用外壳材料的杨氏/弹性模量作为预测值用于评价蛋壳 的强度

如上面指出的两个蛋壳特性优选地被用于定义蛋承受力或形变的能力，如方程式2种所示的在蛋壳中产生的张应力和/或外壳材料的杨氏/弹性模量。

根据本发明的实施例杨氏模量的确定可涉及使用安装在限定的形状和尺寸的标准试件上的伸缩仪。下一步骤可以是通过在特定条件下拉伸、压缩或扭曲对试件进行加载，并且在测试期间记录的力-形变对(force-deformation couples)提供弹性常数和破坏应力的直接测量。可惜，因为蛋壳的脆性，该测试不能用于测量蛋壳的弹性模量、其曲率还有蛋壳厚度中的重大变化。然而，一些研究已试图通过各种间接手段确定蛋壳的杨氏模量，并在多数情况下这已涉及现存工程理论的适用，其中所述模量可从在一些形式的负载下引入的应力和应变的分析获得。如其研究中所报告的，外壳材料的杨氏模量在15至55GPa的范围。这些研究可在下面两个参考文献中找到：Rehkugler,G.E.(1963)，鸡蛋外壳的弹性模量和极限强度，农业工程研究杂志，8,352e354；和：Kemps,B.,De Ketelaere,B.,Bamelis,F.R.,Govaerts,T.,Mertens,K.,Tona,K.,Decuypere,E.,&De Baerdemaeker,J.(2004)，使用振动测量的蛋壳的杨氏模量的计算方法的发展，生物系统工程，89,215e221。

用于测量蛋壳的杨氏模量的专用设备已在现有技术中被大量描述，虽然直接测量具有破坏性，并因此不适用于蛋的在线质量控制。例如，通过使用有限元分析来分析在准静态压缩负载下蛋壳的模型中的应力和应变并使用揭示的公式以计算蛋壳的弹性模量。这些公式使用来自准静态压缩测试的数据，并允许进行直接比较，因为计算中考虑形状、曲率和厚度(结构特性)的差异。也可采用执行动态测量以确定外壳断片的弹性模量。根据本发明的实施例，一种已开发出的可优选地用于确定蛋壳的弹性的技术，包括刺激外壳断片并测量其谐振频率。该谐振频率连同外壳断片的尺寸一起形成用于计算动态弹性模量的基础。根据本发明的实施例，使用外壳断片的模态分析可得到用于弹性模量的公式。

在替代的实施例中，如所指出的，可应用压缩来获得蛋壳的E模量值，或通过使用k_stat。在其他实施例中，如WO/2012/060704中所描述的这也可通过应用赫兹理论完成。

本发明的实施例也提供使用其中刺激表面声学波的表面布里渊散射(或受激布里渊散射)，以获得蛋壳的特性，更具体地说是获得蛋壳的弹性特性。表面布里渊散射(SBS)是非接触测量技术，其利用光散射以在均质固体的表面上或薄的支撑层中检测表面声波(SAW)的特性。固体的近表面弹性特性通常与下面的疏松材料的弹性特性明显不同。它们是残余应力、韧化(annealing)和其他近表面物理条件的敏感指标。SBS广泛用于薄(亚微米)支撑层的表征，薄(亚微米)支撑层的弹性特性可不同于相应的疏松材料的弹性特性。可替代地利用其测量其他特性，如层厚度或质量密度，或界面层的存在。迄今为止已研究的系统有许多并且多种多样，而且包括如硅和硅化物的无机材料、如金刚石、CVD金刚石和类金刚石薄膜的各种碳质材料、如碳化物和氮化物、LB膜(Langmuir-Blodgett films)的各种类型的硬涂层，和各种类型的多层膜。SBS可检测频率高达100GHz的声波并表征数十纳米薄的厚度的膜。

本发明提供实施例中，数值模型被用于确定杨氏模量，所述数值模型代表鸡蛋的简化复制品，填充了液体的外壳，产生耦合的结构声学问题。这里，蛋壳被建模为具有均匀厚度的单层外壳结构。声学内容包括空气腔和水、蛋白(～90％)和蛋黄(～50％)的主要成分。壳膜不包含在该模型中。根据本发明的实施例，用于表征流体和结构之间的耦合效应的数值方法是基于结构和内部流体的有限元(FE)表示。该方法的主要优势是能够容易地在一个模型空腔中表示不同类型的流体，例如水和空气。

优选地，基本模型表示鸡蛋的简化复制品。蛋形的几何形状优选地通过半椭圆体融合于半球体而近似。蛋模型的总体尺寸可以是在X(纵向)、Y(竖直)和Z(横向)方向分别为4.6、5.8和4.6cm。优选地，假设蛋壳厚度在整个外壳表面为均匀的。应用0.38mm的默认值。蛋壳的材料参数如下：杨氏模量E＝3*1010Nm^-2，泊松比ν＝0.307，以及质量密度ρ＝2400kgm^-3。蛋的内容由空气腔和水域表示。默认配置的空气腔的高度优选为4mm。空气的声学参数优选为：声速343ms^-1和质量密度1.25kgm^-3。水的声学参数的默认值为：声速1500ms^-1和质量密度997kgm^-3。如图4中所示的有限元网格，在结构域和声域均优选地使用MSC.Patran(美国加利福尼亚州圣安娜，MSC软件公司)生成。

所有未耦合的结构结果优选地用MSC.Nastran软件获得，同时声学的和耦合的声振结过用LMS.Sysnoise软件(比利时鲁汶，LMS国际公司)获得。如图4所示，模拟中涉及的结构-声学模型是由施加在蛋的赤道处的单位法向点力激励的自由边界条件模型。

对于填充有流体的蛋，所获得的耦合模态的谐振频率与试验结果接近。而且，振型和计算模态的出现顺序与试验观察的模态非常相似。根据模拟输出，根据本发明实施例提供建立多重线性回归模型。优选地，协变量为蛋的谐振频率、蛋壳厚度和蛋的两个曲率半径。杨氏模量作为输出变量。最后给出蛋壳的杨氏模量的预测公式为：

E＝-9.285398+1.4190459·r₁+1.7592802·r₂-0.007557·t+0.0014944·RF      (5)

其中E是预测的杨氏模量；r₁是主曲率半径，r₂是次曲率半径，t是外壳厚度，而RF是谐振频率。

在本发明的其他实施例中，以上描述的用于杨氏模量公式(方程式5)可基于蛋的曲率(长轴和短轴两者)的测量，辅之以关于外壳厚度和蛋的谐振频率的知识。

技术人员将理解，用于预测杨氏模量的公式(5)可概括如下：

E＝K₅+K₆·r₁+K₇·r₂+K₈·t+K₉·RF                          (5’)

其中，如上文已阐述的，K₅、K₆、K₇、K₈是可从上面提到的方程式导出的常数。

根据本发明的实施例，使用外壳材料的张应力和杨氏/弹性模量的比作为用于 评估蛋壳强度的预测值

因为蛋壳的杨氏模量比其拉伸破裂强度(MPa)大三个数量级(GPa)，蛋壳破坏准则(方程式1)的正确条件，理论内聚强度σ_th，应等于E/1000。对于蛋壳的破裂强度，这样较低的值表现了蛋壳中存在的缺陷(例如气孔、微裂纹)的直接后果。因此，现在蛋壳破坏准则可写为：

σ_t≥E/1000                                   (6)

因此，我们可从破坏准则推断σ_t取决于的曲率和厚度，而σ_th取决于蛋的蛋壳的材料特征。

那么，方程式6可以下面的形式再分布：

E/(1000σ_t)≤1                                   (7)

根据本发明优选的实施例，两个新颖的预测值的比，(E/1000σ_t)＝k_new，提供另一种新颖的蛋壳强度指数。或考虑到方程式1，这也可被写为k_new＝σ_th/σ_t。

在本发明的更多有利实施例中，可适用格里菲思方程(Griffiths equation)，其描述所施加的公称应力和破裂处的裂纹长度之间的关系，即，当其对于裂缝的增长变得积极有利时，能够估计该裂缝的例如像裂缝长度的特性。因为格里菲思提供对破裂能量的度量，并考虑与增量裂纹扩展(incremental crack extension)相关的能量变化，这些特性可被集成到后面的阶段中。例如，对于加载的经受增量裂纹扩展的脆性体，对于能量变化的仅有的贡献者是新破裂表面(每个裂纹尖端两个表面)的能量和脆性体中的势能的变化。表面能量项(S)表示在裂缝增长中吸收的能量，而一些储存应变能(U)在裂缝延伸时释放(由于临近于新破裂表面的区域的卸载(unloading))。表面能量具有每单位面积(或对于主体的单位厚度的单位长度)恒定的值并因此为(裂缝长度)的线性函数，而在裂缝增长中释放的储存的应变能是(裂缝长度)²的函数，并因此是抛物线型的。这些改变可在下一步骤中用上面提供的原理被量化。

另外，作为格里菲思论点中的下一步是考虑能量随着裂缝延伸的变化率，因为临界条件对应于整个能量曲线中的最大点，即dW/da＝0，其中a＝a*，对于大于该值的裂缝长度(在给定的施加应力下)，主体转到较低的能量状态，这是有利的，并且因此发生迅速破裂，从而提供抗裂性的测量。当dS/da＝dU/da并且R是抗裂纹增长性(＝dS/da)，而G是应变能释放率(＝dU/da)时，dW/da＝0发生。当破裂发生时，R＝G，并且我们可将根据本发明的实施例定义新颖的预测值，即G_crit，限定为应变能释放的临界值，并使其等于R。因此G_crit有利地表示蛋壳的破裂韧性。

使用根据本发明的实施例的新颖的预测值作为以非破坏性并且优选非接触的 方式来测量蛋壳的厚度的手段

如以上指出的，方程式4和5、5’都取决于蛋壳厚度。如果要为了获得蛋壳的厚度而重写方程式，蛋壳厚度对于抗张强度和蛋壳弹性的相依性变得明显。蛋壳的厚度可通过测量所述蛋壳的弹性或在所述蛋壳中产生的张应力来确定，其中所述蛋壳是无损蛋的蛋壳，其中所述确定可以非破坏性的并且优选以非接触的方式执行。

优选地，蛋壳的弹性用光学手段确定，其能够以非接触的方式来确定。例如可基于散射和/或反射技术和/或计算机视觉和/或热成像或热成像印刷使用光学手段。优选地，蛋壳的弹性用SBS确定。

有利地，本发明的实施例提供三个新颖的预测值来评估蛋壳的强度，也就是蛋壳的抗张强度、蛋壳的弹性、以及蛋壳的抗张强度与弹性的比。另外，本发明的实施例提供新颖的方式以非破坏性的并且优选以非接触的方式来确定无损蛋的厚度。

图14示意地示出装置100的非限制性实施例，其包括一个或多个以上提到的检测器101和中央处理单元102，该装置被配置用于执行根据本发明的方法。根据一实施例，装置100可以是用于非破坏性地检查蛋的装置，具体地是用于预测无无损蛋壳的状态的装置。在一实施例中，装置100可以是用于非破坏性地检查蛋的装置，具体地是用于预测无无损蛋的抗裂性的装置。附加地或替代地，装置100可以是用于非破坏性地并且非接触地测量无无损蛋的蛋壳的厚度的装置。

所述(至少一个)检测器101可被配置用于确定所述蛋壳的外壳厚度和/或曲率，和/或所述蛋壳的弹性，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性。该检测器101的示例已在前面描述。检测器可例如包括一个或多个非接触式检测器单元101a(例如光学检测器手段)，和/或例如一个或多个接触式检测器单元101b(例如机械手段、质量检测器、负载施加器、试验台)。

而且，所述(至少一个)检测器101可被配置用于测量所述蛋壳的曲率和/或所述蛋壳的弹性和/或在所述蛋壳中产生的抗张强度，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性。

在一实施例中，中央处理单元102可被配置用于根据该蛋壳特性来确定在蛋壳中产生的张应力，并确定所述蛋壳的所述弹性，其中所述张应力和弹性中的至少一者，优选地是两者，被用作无损蛋的抗裂性的预测值。

在一实施例中，中央处理单元102可被配置用于根据所述蛋壳特性来确定在蛋壳中产生的张应力，其中所述张应力被用作所述蛋壳的状态的预测值。

附加地或替代地，中央处理单元102可被配置用于根据该蛋壳特性来确定所述蛋壳的厚度。

中央处理单元102可以各种方式实现，例如以硬件和/或软件的方式，这对于技术人员也是清楚的。

如前面提到的，检测器101和中央处理单元102可被配置为使用适合的通信手段(例如一个或多个有线和/或无线通信连接器)相互通信，具体地用于从检测器101向处理单元102传送蛋壳特性(或检测信号)。

试验结果

下面的段落描述一系列试验测试的结果，该一系列试验测试被设计为提供根据本发明的优选实施例的用作预测值的三个强度指数是比本领域中例如像蛋的重量、外壳厚度、形状指数、静态或动态刚度等已知的传统的度量更好的蛋壳强度评估值。

通过举例说明的方式，本发明的实施例不限于此，下面描述根据本发明的实施例的方法和系统的验证的示例，并且讨论试验结果。

来自商品群(commercial flock)的鸡蛋是在被大约55周大的母鸡下出的当天收集的。该蛋在声蛋测试仪上被检验，并且只有干净(外壳上没有可见的粪便、蛋的内容物或其他污垢)的并且无损(没有发细裂纹、裂缝或小孔)的蛋被用于研究。最后，200个覆盖所有尺寸(M、L和XL)的蛋被选中并在使用前被储存在环境条件(20-25℃)下一天。在试验期间，若干方法被用于评估物理的和机械的蛋壳特性。蛋的质量(m)用精度为0.1g的电子称来测量。蛋壳厚度(t)使用具有球形尖端的测微计被测量为每个蛋的赤道上的三个等距点的平均厚度。该设备的分辨率为1μm。长度和宽度用数字式游标卡尺(精度为0.01mm)测量，并且在所有蛋中形状指数(SI)被计算为长度和宽度之间的比。

蛋的两个曲率半径(r₁和r₂)通过如图5所示的曲率半径仪在蛋赤道处局部测量。

为了得到蛋壳的静态刚度，蛋被在通用试验台(德国UTS试验系统GmbH)上被压缩直到达到最大负载10N。该测量保持非破坏性，因为蛋破裂所需的平均压缩力的值大约为35N。蛋被水平地放置在两个平坦的平行钢板之间，并且以10mm/min的速度被压缩。力传感器的分辨率为0.001N。力[N]和位移[mm]在整个测试期间被记录，并被用于计算静态刚度(k_stat)。力-位移曲线的斜率提供蛋壳静态刚度的度量。

动态刚度(k_dyn)的测量用声蛋测试仪(AET)完成。将蛋建模为质量弹簧系统，动态刚度给出如下：

k_dyn＝cte.×m×RF²                              (8)

其中m是蛋的质量，单位为千克，cte.是常量(设定为1)，而RF是振动的第一谐振频率，单位为Hz。此外，该技术测量蛋的阻尼比(δ)，并且也可被用于检测蛋壳中的裂缝。最后，蛋壳的张应力、杨氏模量和蛋壳强度指数通过将测得的两个曲率半径、厚度和谐振频率的值插入到先前部分中呈现的预测公式中而被确定。另一方面，为能够得到对于蛋壳强度来说最重要的参数，通过使用如图6所示的落球技术(falling ball technique)以人工的方式产生裂缝。如图6中可见，质量为3克的金属球通过长18cm的管被竖直地落在蛋壳表面上，并且其在重力的影响下下落。该导向管的使用有助于对所有测量保持恒定的下落高度，而不受蛋的尺寸的影响。

结果是用微软Office Excel 2007和Matlab R2009b统计地评估。统计的研究主要以运用单向单变量方差分析测试(One-Way Univariate ANOVA test)(方差分析)来在基于相应的P值的单个参数之间进行实际比较。在模型中施加了5％的重要性水平(significance level)。假设零假设成立时，P值是获得至少如实际观察的极端的测试统计值的可能性。当P值少于重要性水平α时，人们常常“拒绝零假设”，重要性其通常为0.05或0.01。当拒绝零假设时，结果被称为是统计上重要的。

在落球测试后获得的开裂的蛋的百分比大约为40％。如之前提到的，该结果使用Matlab被统计地处理并可视化为箱形图(box-plots)。首先，建立模型以调查无损的蛋和开裂的蛋之间的形状指数的差异。

5％的重要性水平被用于模型中，意味着如果计算出的P值低于0.05，则无无损蛋的形状指数和开裂的蛋的形状指数之间的差异是重要的。如图7中所示，无无损蛋的形状指数明显高于开裂的蛋的形状指数。获得的P值0.006表明了无无损蛋和开裂的蛋的形状指数之间的显著差异。此外，如可从所述箱形图得出的，无损的外壳比开裂的外壳更圆。该倾向在物理上是正确的，因为由冲击力在蛋壳中产生的应力被更圆的外壳结构更好地分布，并且因此被更好地支撑。

图8示出蛋壳厚度的箱形图。分析显示无无损蛋的蛋壳厚度明显大于开裂的蛋的蛋壳厚度。从图8可推断开裂的蛋壳比无损的外壳更薄。考虑到较厚的外壳比较薄的外壳对各种负载情况抵抗更好，这也是预料中的。

图9和图10分别示出静态刚度和动态刚度的箱形图。得到的用于静态刚度的P值(P＝0.004)说明蛋壳的静态刚度对于蛋壳强度来说是高度重要性的参数。另一方面，尽管其P值(0.06)略高于重要性水平，动态刚度仍然是蛋壳强度的重要指标之一。然而，这样微弱的重要性可由在该试验中动态刚度与谐振频率直接相关而该参数明显不重要(P＝0.4)的事实来解释。通常，材料的谐振频率实际上反映材料中的原子间的强度和距离，并因此在该试验中谐振频率的非重要性水平可由如下事实证明，即虽然在该试验中使用的蛋很好地满足了几何变化的需求，可惜那些蛋来自单一的群，其实际上表现了有限的材料变化的因素。

图11示出无损的和开裂的蛋之间的张应力的差异的可视化的箱形图。0.00007的P值表明根据本发明的实施例的该新的强度指数，张应力，在通过落球技术的蛋的动态破裂中是重要参数，比之前提到的传统强度指数重要得多(在P值中2个数量级的差异)。如图11所示，当与无无损蛋相比，开裂的蛋具有更高的应力值。这是完全合乎逻辑的，因为较高的应力值代表达到破坏应力水平的机会增大。正如所预期的，将蛋壳的曲率和厚度合并在一个参数，张应力中，提供了关于蛋壳强度方面更完整的描绘。

另外，图12示出无损的和开裂的外壳之间在作为新的强度指数的杨氏模量上的变化。由于P值恰好在0.05，杨氏模量可被认为是蛋壳强度的重要参数，但要说明这显然表现为微弱的重要因素。此外，也应强调，预期的趋势是开裂的蛋具有较低的杨氏模量值，而获得的结果显示了相反的进展(evolution)。因为杨氏模量的预测公式结合了几何参数和材料参数(例如曲率半径、厚度和谐振频率)，该结果可以以与对动态刚度的相同方式来解释。因此，带有被测量的蛋(来自不同群的蛋)的良好材料变化的新试验应该提高杨氏模量的重要性和进展。

最后，建立模型以研究无损的和开裂的蛋之间的k_new的差异，根据本发明的实施例k_new取决于蛋壳的抗张强度和弹性的比。如图13所示，无无损蛋的k_new明显高于开裂的蛋。获得的0.0009的P值表明无损的和开裂的蛋的形状指数之间的显著差异。与传统使用的诸如蛋的质量、蛋壳厚度、静态或动态刚度等的指标相比，k_new连同张应力一起提供蛋壳强度的更佳度量。此外，k_new的重要性通常会通过考虑前面段落中建议的调整得到提高。

目前的实验工作清楚地展示了抗张强度、弹性/杨氏模量和被定义为杨氏模量与张应力之间的比的k_new能够更好地评估蛋壳的强度的能力。

根据目前研究的观察，应通过增加蛋的数量并试图具有几何变化(不同尺寸的蛋的均匀分布)和材料变化(蛋来自若干群)设计新试验，以证实并甚至改善目前的发现。也可以实施进一步的研究，以确定k_new是否是比诸如比重、外壳形变、外壳厚度、外壳比例、破裂强度、静态或动态刚度等的传统的度量更好的蛋壳强度评估值，以及通过将k_new的测量合并到遗传选择计划中，是否蛋壳质量将提高并且由于开裂的和损坏的外壳导致蛋的数量下降将减少。

应当理解，本发明不限于所描述的手段的具体特征和/或方法的工艺步骤，因为这种手段或方法是可改变的。也应当理解，这里使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而并非旨在限制。必须注意，用于说明书和随附的权利要求中的单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括单数和/或复数的所指物，除非上下文中另有明确说明。此外也应当理解，如果给出的参数范围由数值限定，该范围被认为是包括这些限定值。

例如，可实施一个或多个检测器用于确定外壳厚度和/或所述蛋壳的曲率和/或所述蛋壳的弹性。

Claims (49)

1.一种用于确定无无损蛋的抗裂性的非破坏性方法，其中所述确定包括以下步骤a)和b)中的至少一个：

-a)确定在所述无无损蛋的蛋壳中产生的张应力，例如在预定负载下的张应力；

-b)确定所述蛋壳的弹性；

其中优选地，步骤a)和/或步骤b)的结果被用于评价所述抗裂性。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：

-计算在所述无损蛋的蛋壳中产生的张应力，例如在预定负载下的张应力；和

-确定所述蛋壳的弹性；

其中优选地，张应力的计算结果和弹性的测量结果都被用于评价所述抗裂性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述蛋壳的所述弹性的所述确定用机械手段执行。

4.根据权利要求1-3的任一项所述的方法，其特征在于所述蛋壳的所述弹性的所述确定用光学手段执行。

5.根据权利要求4所述的方法，其中使用光学手段包括利用散射技术和/或计算机视觉。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述使用光学手段包括表面布里渊散射。

7.根据权利要求4至6的任一项所述的方法，其特征在于所述弹性以非接触的方式确定。

8.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述计算张应力包括测量所述蛋壳的外壳厚度和曲率。

9.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述确定无损蛋的抗裂性包括裂缝存在确定和/或抗张强度和/或破裂的可能性。

10.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述张应力的所述计算包括有限元分析，所述有限元分析包括几何表示和局部应力评估。

11.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所述确定无损蛋的抗裂性是在线执行的。

12.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中在所述无损蛋的蛋壳中产生的所述张应力和所述蛋壳的所述弹性被用作强度指数以评价无损蛋的抗裂性。

13.一种用于非破坏性地检查蛋的装置，特别用于预测无损蛋的抗裂性，所述装置包括：

-检测器，用于确定所述蛋壳的外壳厚度和/或曲率和/或所述蛋壳的弹性，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性；

-中央处理单元，用于根据该蛋壳特性确定在蛋壳中产生的张应力，并确定所述蛋壳的所述弹性，其中所述张应力和弹性中的至少一者，优选两者，被用作无损蛋的抗裂性的预测值。

14.根据权利要求13所述的装置，其中在所述无损蛋的蛋壳中产生的所述张应力与所述蛋壳的所述弹性的比被确定。

15.根据权利要求12或13中的任一项所述的装置，其中所述检测器包括摄像机和/或光源和/或激光源和/或放射源。

16.一种用于对蛋进行分选的方法，其中根据权利要求1-12中的任一项所述的方法被用于在该分选期间确定所述无损蛋的抗裂性。

17.一种用于对蛋进行分选的装置，其中根据权利要求13-15中的任一项所述的装置被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的状态。

18.一种所述无损蛋的蛋壳中产生的张应力与所述蛋壳的弹性的比的用途，所述比作为强度指数用来评价无损蛋的抗裂性。

19.一种用于确定在无损蛋的蛋壳中产生的张应力的非破坏性方法，例如根据前述权利要求1-12中的任一项所述的方法，其中所述张应力被用作所述蛋壳的状态的预测值。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述确定包括测量所述蛋壳的外壳厚度和曲率。

21.根据权利要求19或20中的任一项所述的方法，其中所述确定包括测量所述蛋壳的弹性。

22.根据前述权利要求19-21中的任一项所述的方法，其特征在于所述蛋壳的所述弹性使用机械手段确定。

23.根据权利要求19-21中的任一项所述的方法，其特征在于所述蛋壳的所述弹性使用光学手段确定。

24.根据权利要求23所述的方法，其中使用光学手段包括利用散射和/或反射技术和/或计算机视觉和/或热成像。

25.根据权利要求23或24中的任一项所述的方法，其中所述光学手段包括表面布里渊散射或β射线测量或X射线测量。

26.根据权利要求22-25中的任一项所述的方法，其特征在于所述弹性以非接触的方式确定。

27.根据前述权利要求21-26中的任一项所述的方法，其中蛋壳的所述状态包括裂缝存在确定和/或抗张强度和/或破裂的可能性。

28.根据前述权利要求19-27中的任一项所述的方法，其中所述确定包括有限元分析，所述有限元分析包括几何表示和局部应力评估。

29.根据前述权利要求19-28中的任一项所述的方法，其中所述确定是在线执行的。

30.一种用于非破坏性地检查蛋的装置，例如根据权利要求13-15、17中的任一项所述的装置，特别用于预测无损蛋壳的状态，所述装置包括：

-检测器，用于确定所述蛋壳的外壳厚度和/或曲率和/或所述蛋壳的弹性，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性；

-中央处理单元，用于根据该蛋壳特性确定在蛋壳中产生的张应力，其中所述张应力被用作所述蛋壳的状态的预测值。

31.根据权利要求30所述的装置，其中所述检测器包括摄像机和/或激光源和/或放射源和/或光源。

32.一种用于对蛋进行分选的方法，其中根据权利要求19-29中的任一项所述的方法被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的状态。

33.一种用于对蛋进行分选的装置，其中根据权利要求30或31中的任一项所述的装置被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的状态。

34.一种无损蛋的蛋壳的张应力的用途，所述张应力以非破坏性的方式用作所述蛋壳的状态的预测值。

35.一种用于确定蛋壳的厚度的方法，其中所述蛋壳为无损蛋的蛋壳，其中所述厚度通过测量所述蛋壳的弹性或在所述蛋壳中产生的张应力来确定，其中所述确定以非破坏性并且非接触的方式执行。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于所述蛋壳的所述弹性用光学手段确定。

37.根据权利要求36所述的方法，其中使用光学手段包括利用散射和/或反射技术和/或计算机视觉和/或热成像。

38.根据权利要求36或37中的任一项所述的方法，其中所述光学手段包括表面布里渊散射和/或β射线测量和/或X射线测量。

39.根据前述权利要求35-38中的任一项所述的方法，其中所述确定厚度包括有限元分析，所述有限元分析包括几何表示和局部应力评估。

40.根据前述权利要求35-39中的任一项所述的方法，进一步包括确定所述蛋壳的曲率。

41.根据权利要求40所述的方法，其中所述蛋壳的所述曲率以非接触的方式测量。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述非接触的方式包括计算机视觉和/或光学手段。

43.根据前述权利要求35-42中的任一项所述的方法，其中确定蛋壳的所述弹性包括确定外壳弹性矩阵式(shell matrix modus of elasticity)。

44.根据前述权利要求35-43中的任一项所述的方法，其中所述确定是在线执行的。

45.一种用于非破坏地并且非接触地测量无损蛋的蛋壳的厚度的装置，所述装置包括：

-检测器，用于测量所述蛋壳的曲率和/或所述蛋壳的弹性和/或在所述蛋壳中产生的抗张强度，其中所述检测器提供至少一蛋壳特性；

-中央处理单元，用于根据该蛋壳特性确定所述蛋壳的厚度。

46.根据权利要求45所述的装置，其中所述检测器包括摄像机和/或光源和/或激光源和/或放射源。

47.一种用于对蛋进行分选的方法，其中根据权利要求35-44中的任一项所述的方法被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的厚度。

48.一种用于对蛋进行分选的装置，其中根据权利要求45或46中的任一项所述的装置被用于在该分选期间确定所述蛋的蛋壳的厚度。

49.一种蛋壳的弹性或在无损蛋的蛋壳中产生的抗张强度的用途，用于以非破坏性并且非接触的方式测量所述蛋壳的厚度。