Устройство для сортировки зерна по цвету

Изобретение относится к устройствам для сортировки штучных изделий или материалов по оптическим свойствам, например по окраске, и может быть использовано для сортировки зерна и отбраковки посторонних материалов, присутствующих в нем. Технический результат заключается в обеспечении наилучшего освещения в широком спектральном диапазоне и возможности применения монохромной видеокамеры для получения и обработки данных в широком спектральном диапазоне. Это достигается использованием в качестве средств освещения - линейки светодиодов, в качестве датчиков - видеокамер на линейной матрице и фона, состоящего из рассеивающей пластины и групп светодиодов, управление световыми потоками которых осуществляется независимо друг от друга и от средств освещения. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для сортировки штучных изделий или материалов по оптическим свойствам, например по окраске, и может быть использовано для сортировки зерна и отбраковки посторонних материалов, присутствующих в нем.

Известны устройства для сортировки материалов, содержащие в своем составе: подающее устройство, наклонный лоток, средство обнаружения (излучатели и приемники излучения), средство отделения полезного материала (пневмоотсекатели), средство для сбора в виде отдельных отсеков, систему автоматического управления устройством сортировки. В качестве разделительного признака для определения полезного материала в потоке исходного материала используют различные свойства материала.

К ним можно отнести известное устройство для сепарации минералов (п. РФ №8639, МПК В03В 13/06; В07С 5/34, 1998), в котором в качестве разделительного признака используют свойство материала светиться под воздействием рентгеновского или иного излучения. Данные устройства предназначены для сортировки полезных минералов и не могут быть использованы для сортировки зерна.

Известно устройство для автоматической сортировки продукции, содержащее два транспортера, расположенные перпендикулярно друг другу, устройство проверки продукции в виде видеокамер на основе двумерной ПЗС матрицы, линейки пневматических эжекторов, расположенных с двух сторон от летящей продукции (пат. RU №67481, МПК В07С 5/10, 5/342, 2007). Однако данное техническое решение предназначено для сортировки плодов и не может быть использовано для сортировки зерна.

Известны устройства для сортировки зерна, в которых в качестве разделительного признака используют его цвет (пат. US №4367817, В07С 5/342, 1983; US №5487472, B07C 5/342, 1996; US №5538142, G01N 15/14, 1996; US №5779058, B07C 5/342, 1998; US №5638961, B07C 5/342, 1997; US №6100488, B07C 5/342, 2000; US №6629611, B07C 5/342, 2003; US №6784996, G01J 3/50, 2004; US №6817474, B03C 1/00, 5/342, 2004).

Все они в основном содержат направляющую для зерна (лоток, желоб, ленточный транспортер и т.п.), питатель для подачи зерна на направляющую, осветительные приборы для освещения зерна и фона, оптический детектор для приема света от зерна и фона, эжектора для сброса забракованного зерна, устройство управления процессом выбраковки и удаления забракованного зерна.

Наиболее близким является устройство для сортировки зерна по цвету (патент US 5779058, МПК В07С 5/342, 1998), включающее: направляющую зерна с дорожками для подачи зерна по определенному пути (наклонный желоб); средство подачи зерна на направляющую; средство для освещения зерна в заданной зоне обнаружения в то время, когда зерно спускается вдоль определенной дорожки; оптические средства, состоящие из зоны оптического обнаружения, средства оптического обнаружения (детектора) для приема света от освещенного зерна и фона (стеклянная пластина или что-то подобное с белой поверхностью, с заданными спектральными характеристиками), расположенного в зоне формирования оптического изображения зерна, находящейся против зоны оптического обнаружения; цепи управления для вычисления сигнала браковки путем сравнения выходного сигнала от оптических средств обнаружения с пороговым значением; эжектора, расположенного ниже оптического детектора и служащего для сброса забракованного зерна или посторонних материалов в соответствии с сигналом браковки от цепи управления; средство освещения использует один источник света или несколько источников света со спектральным распределением в видимой зоне света и ближней ИК-зоне (флуоресцентные и галогенные лампы); средство оптического обнаружения состоит из датчика (детектора) приема света с высокой чувствительностью к области видимого света и из датчика (детектора) приема света с высокой чувствительностью к зоне ближнего ИК-излучения, которые содержат дихроидные (2-цветные) зеркала, Ge - фотодатчики и Si - фотодатчики. Устройство имеет много таких датчиков, расположенных рядами по вертикали и параллельно. Также имеется несколько эжекторов, размещенных рядами в соответствии с рядами светопринимающих датчиков, соединенных воздухопроводом с компрессором.

Цепь управления состоит из OR-затвора, усилителя, компаратора и схемы арифметического действия. На вход цепи управления поступают сигналы от фотодатчиков, а выходящий сигнал направляется в эжекторный клапан, который выпускает воздух из сопла для сортировки зерна с различным цветом и посторонних материалов.

Фон установлен так, чтобы количество света от средств освещения можно было изменять, изменяя угол наклона, а также с помощью фотодатчиков контролировать яркость, которая регулируется средствами освещения так, чтобы с необходимым контрастом соответствовать обрабатываемой продукции (зерну).

К недостаткам этого устройства можно отнести то, что средствами освещения, имеющими определенную диаграмму направленности, затруднена независимая регулировка освещения зерна и фона. Для оптимального режима работы средства оптического обнаружения (видеокамеры) необходимо выполнить расчетное соотношение между освещенностями анализируемого продукта и фона во всех точках зоны формирования оптического изображения, которое соответствует максимальному углу зрения объектива.

Данное изобретение направлено на решение задачи отбраковки и сортировки зерна от посторонних включений, отличающихся от него цветом, при котором повышается разрешающая способность установки порогов сепарации, и соответственно увеличивается качество разбраковки зерна вследствие увеличения числа различимых градаций при обработке изображений вычислительным устройством.

Технический результат заключается в обеспечении наилучшего освещения в широком спектральном диапазоне и возможности применения монохромной видеокамеры для получения и обработки данных в широком спектральном диапазоне.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для сортировки зерна по цвету, включающем корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, содержащие детекторы, фон, находящийся в зоне формирования оптического изображения зерна, зону обнаружения зерна и средство для освещения фона и зерна в зоне обнаружения, содержащее хотя бы один вид источника света с заданным спектральным распределением энергии, блок анализа изображений зерна, блок для выдачи сигнала браковки, получаемого путем сравнения сигнала от детекторов с пороговым значением, эжекторные средства, расположенные ниже детекторов, согласно изобретению в качестве детекторов используются видеокамера на линейной матрице, средство для освещения содержит светодиоды, подключенные через коммутаторы к блоку питания, обеспечивающие коммутацию светодиодов в режиме чередования разных спектральных диапазонов средства освещения, блок управления средствами освещения, подключенный к коммутаторам, обеспечивающий включение светодиодов синхронно с экспозицией кадра на линейной матрице видеокамеры, фон представляет собой пластину из рассеивающего материала, с обратной стороны которой расположены группы светодиодов одного или разных спектральных диапазонов, подключенные к блоку управления светодиодами, который осуществляет управление их световыми потоками независимо друг от друга, в том числе с разными весовыми соотношениями различных спектральных групп, как в стационарном режиме, так и в режиме коммутации, синхронизированном с экспозицией линейной матрицы видеокамеры, причем все блоки управления подключены к центральному процессору.

На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - конструкция фона; на фиг.3 - блок-схема управления работой устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, средства для подачи зерна 2 с вибролотком 3, наклонного желоба 4 с дорожками для подачи зерна, соединенного с вибролотком 3, причем верхний его конец расположен рядом с вибролотком, а нижний край расположен между парой оптических средств детектирования 5 и 6. Ниже желоба 4 установлен принимающий желоб 7, нижний конец которого располагается над контейнером 8 для приемки очищенного зерна. Эжектор 9 соединен с воздушным компрессором (на чертеже не показан) и размещен так, что его сопло расположено около зоны обнаружения зерна 10. Ниже эжектора 9 в корпусе 1 имеется отверстие 11 для сброса отбракованных зерен и посторонних объектов в контейнер 12.

Оптические средства детектирования 5 и 6 состоят из видеокамер 13 и 14, средств освещения в виде линеек светодиодов 15 (например, расположенных по обе стороны от видеокамер 13 и 14), которые размещены таким образом, что одновременно могут контролировать переднюю и заднюю часть сортируемых зерен, и фона 16, установленного напротив видеокамер 13 и 14 в зоне формирования оптического изображения зерна и представляющего собой пластину 17 из рассеивающего материала и расположенную на расстоянии от нее группу светодиодов 18. Оптические средства детектирования 5 и 6 защищены стеклянными пластинами 19 со средствами для их очистки (на чертеже не показаны).

Блоки управления, питания и приборная доска (на чертеже не показаны) находятся в нижней части корпуса 1.

Система управления устройством состоит из блока анализа изображения зерна 20, к которому подключены видеокамеры 13 и 14; блока для выдачи сигнала браковки 21, вход которого подключен к выходу блока 20, а выход к эжектору 9; блока управления средствами освещения 22, подключенный через коммутаторы 23 к линейкам светодиодов 15 и блокам питания 24; блока управления 25 группами светодиодов 18 фона 16. Всеми этими блоками управляет центральный процессор 26.

Устройство работает следующим образом.

После включения установки с помощью включателя на приборной доске оператор с помощью линеек светодиодов 15 и групп светодиодов 18, регулирующих яркость и цвет фона 16, подбирает освещенность зоны обнаружения и фона так, чтобы контрольное зерно на фоне было практически незаметно (не превышает установленного критерия по отличию уровня сигнала изображения зерна от уровня сигнала изображения фона). Очищаемое зерно загружается в средство для подачи 2 и из него поступает на вибролоток 3, а далее на наклонный желоб 4 и, скользя по его дорожкам, попадает в зону обнаружения 10 оптических средств детектирования 5 и 6. В этой зоне оно освещается средствами освещения 15. Средство освещения 15 представляет собой линейку расположенных на плоскости светодиодов, подключенных через коммутаторы 23 к блоку питания 24, обеспечивающие коммутацию светодиодов в режиме чередования разных групп светодиодов, соответствующих разным спектральным диапазонам. Поочередное или совместное включение светодиодов осуществляется синхронно с экспозицией кадра на линейной матрице видеокамеры 13 и 14. Фон 16 представляет собой пластину из рассеивающего материала, с обратной стороны которой расположены группы светодиодов 18 одного или разных спектральных диапазонов, подключенные к блоку управления светодиодами 25, который осуществляет управление их световыми потоками независимо друг от друга, в том числе с разными весовыми соотношениями различных спектральных групп, как в стационарном режиме, так и в режиме коммутации, синхронизированном с экспозицией линейной матрицы видеокамеры 13 и 14. Отраженный свет от зерна и фона 16 попадает в видеокамеры 13 и 14, сигнал с которых поступает в блок анализа изображений 20, если после анализа изображений обнаруживается их оптическое изображение на фоне 16, что указывает на его нестандартность, то формируется сигнал, поступающий в блок для выдачи сигнала браковки 21. Сигнал браковки дает команду эжектору 9 к отстрелу забракованного зерна, которое удаляется через отверстие 11 в контейнер 12, а кондиционное зерно через принимающий желоб 7 попадает в контейнер 8.

Устройство для сортировки зерна по цвету, включающее корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, содержащие детекторы, фон, находящийся в зоне формирования оптического изображения зерна, зону обнаружения зерна и средство для освещения фона и зерна в зоне обнаружения, содержащее хотя бы один вид источника света с заданным спектральным распределением энергии, блок анализа изображений зерна, блок для выдачи сигнала браковки, получаемого путем сравнения сигнала от детекторов с пороговым значением, эжекторные средства, расположенные ниже детекторов, отличающееся тем, что в качестве детекторов используются видеокамера на линейной матрице, средство для освещения содержит светодиоды, подключенные через коммутаторы к блоку питания, обеспечивающие коммутацию светодиодов в режиме чередования разных спектральных диапазонов средства освещения, блок управления средствами освещения, подключенный к коммутаторам, обеспечивающий включение светодиодов синхронно с экспозицией кадра на линейной матрице видеокамеры, фон представляет собой пластину из рассеивающего материала, с обратной стороны которой расположены группы светодиодов одного или разных спектральных диапазонов, подключенные к блоку управления светодиодами, который осуществляет управление их световыми потоками независимо друг от друга, в том числе с разными весовыми соотношениями различных спектральных групп, как в стационарном режиме, так и в режиме коммутации, синхронизированном с экспозицией линейной матрицы видеокамеры, причем все блоки управления подключены к центральному процессору.