Устройство для сортировки зерна по цвету
Полезная модель 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 и повышении производительности устройства за счет уменьшения излишней затраты времени. 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. Прозрачная защитная пластина для оптического средства детектирования выполнена в виде диска или прямоугольника и установлена соответственно с возможностью вращения вокруг своей оси или возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости. Устройство также содержит средство для чистки пластин.
Полезная модель 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 (патент 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 может быть использовано 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 (патент 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 (патенты 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 управление процессом выбраковки и удаления забракованного зерна.
Наиболее близким является устройство для сортировки зерна по цвету (патент US 5779058, МПК B07C 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. Оптические средства закрыты прозрачными стеклянными пластинами, чтобы избежать попадания пыли и грязи, которые очищаются периодически с помощью средства очистки, вызывающего возвратно-поступательное перемещение очищаемого ползунка вдоль пластин.
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.
Другим недостатком является необходимость остановки процесса сортировки для проведения чистки прозрачных стеклянных пластин от пыли и попавшей грязи.
Данная полезная модель направлена 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 и повышении производительности устройства за счет уменьшения излишней затраты времени на остановку устройства для проведения очистительных работ.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сортировки зерна по цвету включающим корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, состоящее из корпуса со смотровым окном, закрытое прозрачной стеклянной пластиной, размещенные в корпусе детекторы, фон, зона обнаружения зерна, средства для освещения зерна и фона, причем фон размещен в зоне формирования оптического изображения зерна, средство для освещения фона и зерна в зоне обнаружения, содержит хотя бы один вид источника света с заданным спектральном 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, устройство для чистки пластин, 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; прозрачная стеклянная пластина выполнена в виде диска или прямоугольника и установлена соответственно с возможностью вращения вокруг своей оси или возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, причем одна ее часть закрывает с уплотнением смотровое окно, а другая ее часть в это время находится в устройстве для чистки.
На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - конструкция фона; на фиг.3 - блок схема управления работой устройства; на фиг.4 - прозрачная пластина, выполненная в виде диска (а) или прямоугольника (б), и устройство для ее чистки.
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, установленных напротив видеокамер 13 и 14 в зоне формирования оптического изображения зерна, и представляет собой пластину 17 из рассеивающего материала и, расположенных на расстоянии от нее, группы светодиодов 18. Оптические средства детектирования 5 и 6 размещены в корпусе 19 и защищены прозрачными стеклянными пластинами 20 со средствами для их чистки 21.
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 22, к которому подключены видеокамеры 13 и 14; блока для выдачи сигнала браковки 23, вход которого подключен к выходу блока 22, а выход к эжектору 9; блока управления средствами освещения 24, подключенный через коммутаторы 25 к линейкам светодиодов 15 и блокам питания 26; блока управления 27 группами светодиодов 18 фона 16. Всеми этими блоками управляет центральный процессор 28.
Устройство работает следующим образом.
После включение 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. Одновременно включается привод 29 перемещения прозрачной защитной пластины 20, которая проходя через устройство для чистки 21 очищается от загрязнений, не прерывая работу всего устройства 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. Отраженный свет от зерна и фона 16 попадает в видеокамеры 13 и 14, сигнал с которых поступает в блок анализа изображений 22, 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 23. 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. В качестве устройства для очистки можно использовать любую известную конструкцию, позволяющую очищать одновременно обе поверхности пластины.
Устройство для сортировки зерна по цвету, включающее корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, состоящее из корпуса со смотровым окном, закрытым прозрачной стеклянной пластиной, размещенные в корпусе детекторы, фон, зона обнаружения зерна, средства для освещения зерна и фона, причем фон размещен в зоне формирования оптического изображения зерна, средство для освещения фона и зерна в зоне обнаружения содержит хотя бы один вид источника света с заданным спектральном 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, устройство для чистки пластин, 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, прозрачная стеклянная пластина выполнена в виде диска или прямоугольника и установлена соответственно с возможностью вращения вокруг своей оси или возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, причем одна ее часть закрывает с уплотнением смотровое окно, а другая ее часть в это время находится в устройстве для чистки.
