Способ автоматической сортировки продукции по морфологическим признакам

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

«»971

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.

B 07 С 5/10 (22) Заявлено 13.11.7g (21) 2838642/28-12 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 07. 11.82. Бктллетень № 41

Государственный комнтет

СССР (53) УД (621.928. . 1 (088.8) ао делам изабретеннй н отнрытнй

Дата опубликования описания 07.11.82

1 "" "лЯ

А. Писарев, А. С. Сидоров, E. П. Крылов и аб.:Л. @елецкий тн ч)iЯ,1, f

Всесоюзный проектно-конструкторский и научно-иселедоватйвский институт автоматизации пищевой промышленности

"П ишепромавтоматика" (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СОРТИРОВКИ

ПРОДУКЦИИ ПО МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ

Изобретение относится к сортировке пищевой и сельскохозяйственной продукции с помощью оптических средств.

Известен способ автоматической сортировки иэделий путем перемещения конт. ролируемых объектов относительно источника света с последующим преобразованием отраженного от объекта светового потока в унифицированный сигнал, управляющий процессом сортировки (1 ) .

Недостаток такого способа заключает ся в необходимости строгой ориентации положения контролируемых объектов на транспортере относительно объектива и направления движения, стабилизации скорости перемещения объектов, что не позволяет контролировать объекты с криволинейной формой поверхности, а это снижает точность сортировки.

Бель изобретения - повышение точности сортировки.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа автоматической сортировки по морфологическим

2 признакам путем перемещения контролируемых объектов относительно источника света с последующим преобразованием отраженного от объекта светового потока в унифицированный сигнал, управляющий процессом сортировки согласно изобретению преобразование отраженного от объекта светового потока ведут путем пространственной оптической фильтрации Фурьеобраза каждого объекта в когерентном оптическом корреляторе с последующим преобразованием оптического сигнала свертки в сигнал, подаваемый на исполнительный механизм, при этом пространст венную оптическую фильтрацию ведут путем получения нестационарной голограммы с регистрацией на ней структуры поля электромагнитного излучения, рассеянного объектом, восстановления структуры этого поля одновременным или последовательным го сканированием нестационарной голограммы плоской электромагнитной волной под раз личными углами, пространственной фильм рации восстановленной структуры поля и

3 9715 преобразования оптического сигнала свертки в электрический сигнал управления.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для реализации способа, например, определения содержания сорных примесей в пробе семян подсолнечника; на фиг. 2 схематически изображен блок анализа структуры. электромагнитного поля, рассеянного на объекте, Схема устройства содержит блок 1 подготовки пробы семян, состоящий из узлов дозирования и взвешивания, соединенный с блоком 2 первичной очистки семян, выполненным, например, в виде двух вращающихся многогранных сит, на выходе которых установлен блок 3 формирования струи семян, состоящий, например, из вальцевого питателя, лотка и транспортера, на выходе которого установлен блок 4 анализа и сортировки, содержащий когерентный многоканальный оптический коррелятор и рабочий орган исполнительного механизма сортировки, подключенный через усилитель 5 к выходу преобразователя 6, выполненного, например, в виде последователь- 5 ного соединенных усилителя фототока, соединенного с выходным фотоприемником когерентного многоканального оптического коррелятора, триггера Шмитта или другого аналогичного порогового устройства и эле-, мента временной задержки. На выходе блока 4 имеются два отсека, в одном из которых установлен блок 7 взвешивания чистой фракции семян.

Кроме того, блок 4 содержит источник

8 когерентного света, например оптический квантовый генератор, связанный, во-первых, посредством узла 9 ввода информации. о морфологических признаках объектов с объектом 10 и с динамичным транспаран40 том 11, во-вторых, с системой считывания информации о морфологических признаках объектов, содержащей узел 12 углового сканирования динамичного транспаранта, линзу 13 прямого Фурье-преобразования, 45 в задней фокальной плоскости которой установлена матрица 14 комплексно-сопряженных фильтров, линзу 15 обратного

Фурье-преобразования, в задней фокальной плоскости которой размещен фотоприемник

16, и, в третьих, с узлом 17 формирова- ния опорного пучка, используемого на ста дии регистрации матрицы комплекснссопряженных фильтров.

При этом узел 9 состоит из оптических элементов формирования нестационарной голограммы беэ разделения: опорного и предметного пучков в плоскости дина-, мичного транспаранта, представляющего собой тонкий слой оперативного светочувствительного материала, например. на базе жидких растворов криптоцианиновых красителей или жидкокристаллических систем и т. п. Узел 12 состоит, например, из дефлектора углового сканирования и оптических элементов формирования сканирующего пучка заданной апертуры.

Матрица 14 выполнена на базе светочувствительного материала, на котором предварительно зарегистрированы фурьеобразы эталонного объекта. Узел 17 формирования опорного пучка, используемого на стадии регистрации матрицы 14 содержит, например, дефлектор пространственного сканирования и оптические элементы формирования опорного пучка заданной апертуры, а в качестве рабочего органа исполнительного механизма 18 используется, например, силовое поле затопленной струи, управляемое с помощью электромагнитных клапанов, или элек тростатическое поле коронного разряда.

Сп особ осу щес твляе тся следующим образом.

При определении, например, содержания сорных примесей в пробе семян подсолнечника блок 1 (фиг. 1) загружается представительной пробой семян, из которой автоматически отбирается заданная часть пробы и взвешивается.

При достижении заданного веса пробы дозирование прекращается и доза поступает в блок 2, где происходит отделение крупной и мелкой фракций сорных примесей.

После предварительной очистки семена с соизмеримыми фракциями сорных примесей в блоке 3 формируются в струю сле, дующих друг эа другом объектов. Расстояние между последними устанавливаетсЯ равным или большим максимального габарита объекта. Объекты под действием гравитационных сил в процессе свободного падения проходят область пространства входного сигнала блока 4.

В этой же области располагается рабочий орган механизма 18 по сортировке семян (фиг. 2). Этот механизм по сортировке семян подсолнечника может быть выполнен, например, в виде электродов, в случае применения поля коронного разряда либо в виде затопленной струи, управляемой электропневмоклапаном, npg использовании силового поля воздушного потока.

При наличии в области пространства входного сигнала блока 4 (фиг. 1) объекта с заданным набором морфологических признаков, например внешней формы, структуры поверхности, характерного рисунка, 5 9715 и т. д., на выходе этого блока появляется дискретный электрический сигнал.

Величина такого сигнала зависит от степени отличия набора морфологических признаков анализируемого объекта от эталонного. Минимально необходимая степень отличия набора морфологических признаков анализируемого объекта от эталонного, а следовательно, и точность сортировки задаются путем установки ве- 111 личины порога срабатывания преобразователя 6. При срабатывании порогового уст ройства этого преобразователя на выходе

его с заданной временной задержкой, определяемой временем прохождения объекта 1S пространства зоны входного сигнала блока 4, образуется электрический импульс заданной длительности и амплитуды.

С выхода преобразователя 6 сигнал поступает в усилитель 5, где он усилива- щ ется до необходимой величины и подается на механизм 18 по сортировке семян.

Если рабочим органом механизма 18 по сортировке являются электроды, то объекты с заданными морфологическими 2 признаками будут отклоняться от траектоpHH non действием сил поля коронного разряда.

Если рабочим органом механизма по сортировке является затопленная струя, щ то объекты с заданными морфологическими признаками отклоняются от траектории свободного падения под действием силового поля струи воздуха. Управление затопленной i струей при этом можно осу- З ществлять, например, с помощью электропневмопреобразователя, который в свою очередь включается под действием сигнала заданной амплитуды с выхода усилителя 5.

lO

В дальнейшем чистая фракция семян направляется в блок 7, где определяется весовое количество семян, а затем и содержание сорных примесей в исходной пробе.

4S

При сортировке изделий последние, как правило, перемешаются на ленте транспортера, один из участков которого может быть использован в качестве области пространства входного сигнала блока 4.

При этом рабочим органом механизма 18 по сортировке может быть например, электр ромагнит. Сортировка объектов-изделий при этом происходит аналогично ранее описанной для семян подсолнечника.

И

Анализ морфологических признаков объектов производится следующим образом.

Электромагнитная плоская когерентная волна, образованная источником 8 (фиг. 2) 20 6 поступает в узел 9 ввода информации о морфологических признаках объекта 10 и в узел 12.

Плоская электромагнитная волна в узле 9 делится на две, одна из которых

I используется для,освешения объекта 10.

В результате рассеяния на пространст венной структуре объекта 10 плоской электромагнитной волны образуется поле, состоящее из дифракционных пучков, в структуре которого содержится достаточная и необходимая информация о внешних морфологических признаках объекта 10.

Структура поля, образовавшаяся в результате рассеяния плоской электромагнитной волны на объекте 10 на выходе узла 9, служит в качестве предмеч ного пучка, который совместно с опорным, являющимся также выходным пучком узла

9 формируют в плоскости транспаранта 11 осевую нестационарную голограмму сфокусированного изображения.

Зарегистрированная в плоскости транспаранта 1 1 нестационарная голограмма содержит достаточную и необходимую информацию о внешних морфологических признаках объекта 10.

Стирание информации, зарегистрированной в плоскости TpGHcnQpBHTQ 10, производитсяя одноврем енно с зал ис ью, наприм ер, за счет теплообмена с окружающей средой, в случае применения жидких растворов криптоцианиновых красителей или за счет рекомбинации кристаллической структуры, например, в случае применения жидкокристаллических систем.

Одновременно с записью нестационарной голограммы производится считывание информации, зарегистрированной на ней.

Считывание информации, зарегистрирс . ванной в плоскости транспаранта 11, производится путем углового сканирования с помощью пучка, образующегося на выходе узла 12.

В результате дифракции плоского сканирующего пучка на структуре, зарегист рированной в плоскости транспаранта 11, на выходе последнего образуется оптический сигнал, Фурье-образ которого формируется в задней фокальной плоскости линзы 13. При этом направления дифракционных пучков нулевого порядка совпадают с ссответствуюшими направлениями сканирующих пучков, а координаты - с центрами комплексно-сопряженных фильтров эталонного объекта, Фурье-образ которого предварительно зарегистрирован на матрице 14.

Регистрация комплексно-сопряженных фильтров на матрице 14 производится путов относительно источника света с последуюшим преобразованием отраженного от объекта светового потока в унифицированный сигнал, управляюший процессом сортировки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности сортировки, преобразование отраженного от объекта светового потока ведут путем пространственной оптической фильтрации Фу рье-образа каждого объекта в когерентном оптическом корреляторе с последующим преобразованием оптического сигнала свертный механизм, при этом пространственную оптическую фильтрацию ведут путем получения нестационарной голограммы с регистрацией на ней структуры поля электромагнитного излучения, рассеянного объектом, восстановления структуры этого поля одновременным или последовательным сканированием нестационарной голограммы плоской электромагнитной волной под различными углами, пространственной фильтрации восстановленной структуры поля и преобразования оптическот о сигнала свертки в электрический сигнал управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 439323, кл. В 07 С 5/10, 1972.

7 97 15 тем установки в качестве объекта 10 эталонного объекта с заданными внешними морфологическими признаками, регистрации пространственной структуры; его в плоскос. ти транспаранта 11 в соответствии с ранее рассмотренным, установки сканирующего пучка под заданным углом к плоскос * ти этого транспаранта и прямого Фурьепреобразования оптического сигнала с выхода транспаранта 11. Образовавшийся 10 в результате прямого Фурье-преобразования пучок в задней фокальной плоскости линзы 13 в плоскости матрицы 14 сформирует Фурье-образ эталонного объекта, Координаты дифракционного пучка нулево- 1 5

ro порядка Фурье-образа эталонного объекта непосредственным образом связаны с углом наклона пучка, сканируюшего транспарант 11. Для регистрации фазы дифракционных пучков, формирующих Фурье-образно, эталонного объекта, служит опорный пучок, образуюшийся на выходе узла 17. На вход последнего при этом поступает плоская волна от источника 8.

Каждому направлению пучка на выходе узла 12 углового сканирования транспаранта 11 соответствует заданное пространственное положение пучка на выходе узла 17. Угол наклона последнего к плоскости матрицы 14 для всех положений при э "îì одинаков.

Количество направлений сканирующего пучка и, следовательно, количество комплексно-сопряженных фильтров в матрице

14 опеределяются минимально допустимым числом положений в пространстве объекта, диапазоном изменения его масштаба и т. д.

Пучок на выходе узла 17 используется только на стадии регистрации Фурье-образа эталонного объекта, т. е. на стадии ре.„ гистрации матрицы 14. Б рабочем режиме, например на стадии анализа морфологических признаков объекта, этот пучок отключается, например, путем установки соот- ветствуюшего потенциала управления дефлектором пространственного сканирования узла 17.

Таким образом в результате пространственной фильтрации Фурье-образа объекта, полученного в виде оптического сигнала, с фурье-образом эталонного объекта, зарегистрированного на матрице 14 в виде комплексно-сопряженных фильтров, при совпадении структуры по крайней мере одного из них со структурой поля Фурье-образа объекта после интегрирования ре;зультата перемно55 жения спектров рассматриваемых сигналов с помощью линзы 15 в задней фокальной плоскости последней получают оптический

20 8 сигнал свертки и оптический сигнал корреляции.

Координаты сигнала свертки определяются в зависимости от угла наклона опорного пучка на выходе узла 17, используемого в процессе регистрации матриIIII . 14. Координаты оптического сигнала корреляции зависят также и от угла наклона сканируюшего транспарант 11 пучка.

Поэтому в задней фокальной плоскости. линзы 15 в точке с координатами, соответствуюшими координатам сигнала свертки, располагается центр светочувствител ной плошадки фотоприемника 16 и, следовательно, наличие сигнала на выходе этого фотоприемника будет свидетельствовать о наличии анализируемого объекта с заданными морфологическими признаками.

Использование предлагаемого способа автоматической сортировки продукции по морфологическим свойствам позволит повысить точность сортировки и производительность технологического оборудования при упрошении конструкции автоматического сортируюшего устройства.

Формула изобретения

Способ автоматической сортировки продукции по морфологическим признакам путем перемешения контролируемых объекки в сигнал, подаваемый на исполнитель»