RU2403100C2 - Sorter to grade grain to colour - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to sorters that grade materials to their optical properties, for example their colour, and can be used to grade grain and reject foreign inclusions therein. Grading is effected with the help of illumination appliances, a line of LEDs, sensors, video cameras on linear matrix, and background made up of dispersing plates and set of LEDs. Light fluxes of the latter are controlled independent of each other and illumination appliance.

EFFECT: optimum illumination in wide spectral range and possibility to use monochrome video camera to produce and process data.

3 dwg

Description

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.The invention relates to a device for sorting piece goods or materials by optical properties, for example, by coloring, and can be used to sort grain and reject foreign materials present in it.

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.Known devices for sorting materials, comprising: a feeding device, an inclined tray, a detection means (emitters and radiation receivers), a means for separating useful material (pneumatic cutters), a means for collecting in separate compartments, an automatic control system for the sorting device. As a dividing feature for determining the useful material in the flow of the source material using various properties of the material.

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.These include the well-known device for the separation of minerals (Cl. RF No. 8639, IPC V03V 13/06; V07C 5/34, 1998), in which the property of the material to glow under the influence of x-ray or other radiation is used as a separation sign. These devices are designed for sorting useful minerals and cannot be used for sorting grain.

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.A device for automatic sorting products, containing two conveyors located perpendicular to each other, a device for checking products in the form of cameras based on a two-dimensional CCD matrix, a line of pneumatic ejectors located on both sides of the flying products (US Pat. RU No. 67481, IPC V07C 5 / 10, 5/342, 2007). However, this technical solution is intended for sorting fruits and cannot be used for sorting grain.

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).Known devices for sorting grain, in which its color is used as a separation sign (US Pat. US No. 4367817, B07C 5/342, 1983; US No. 5487472, B07C 5/342, 1996; US No. 5538142, G01N 15/14, 1996 ; US No. 5779058, B07C 5/342, 1998; US No. 5638961, B07C 5/342, 1997; US No. 6100488, B07C 5/342, 2000; US No. 6629611, B07C 5/342, 2003; US No. 6784996, G01J 3/50, 2004; US No. 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.All of them mainly contain a guide for grain (tray, chute, conveyor belt, etc.), a feeder for feeding grain to the guide, lighting devices to illuminate grain and background, an optical detector for receiving light from grain and background, an ejector for discharge rejected grain, a device for controlling the process of rejection and removal of rejected grain.

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.The closest is a device for sorting grain by color (patent US 5779058, IPC B07C 5/342, 1998), including: grain guide with tracks for feeding grain along a specific path (inclined groove); means for supplying grain to the guide; means for illuminating the grain in a predetermined detection zone at a time when the grain descends along a specific track; optical means consisting of an optical detection zone, optical detection means (detector) for receiving light from the illuminated grain and background (a glass plate or something similar with a white surface with predetermined spectral characteristics) located in the optical image forming zone of the grain located against optical detection zone; control circuits for calculating the reject signal by comparing the output signal from the optical detection means with a threshold value; an ejector located below the optical detector and used to dump rejected grain or foreign materials in accordance with the rejection signal from the control circuit; the lighting means uses a single light source or several light sources with a spectral distribution in the visible light region and the near infrared region (fluorescent and halogen lamps); optical detection means consists of a sensor (detector) for receiving light with a high sensitivity to the region of visible light and a sensor (detector) for receiving light with a high sensitivity for the near-infrared region, which contain dichroic (2-color) mirrors, Ge - photosensors, and Si - photosensors. The device has many such sensors arranged in rows vertically and in parallel. There are also several ejectors arranged in rows in accordance with the rows of light-receiving sensors connected by air duct to the compressor.

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.The control circuit consists of an OR gate, amplifier, comparator, and arithmetic circuit. The input of the control circuit receives signals from photosensors, and the output signal is sent to the ejector valve, which exhausts air from the nozzle to sort grain with different colors and foreign materials.

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).The background is set so that the amount of light from the illumination means can be changed by changing the angle of inclination, and also with the help of photo sensors to control the brightness, which is regulated by the illumination means so as to correspond to the processed product (grain) with the necessary contrast.

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.The disadvantages of this device include the fact that the lighting means having a certain radiation pattern makes it difficult to independently control the lighting of grain and background. For the optimal operating mode of the optical detection tool (video camera), it is necessary to perform the calculated ratio between the illuminances of the analyzed product and the background at all points of the optical image formation zone, which corresponds to the maximum angle of view of the lens.

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.This invention is aimed at solving the problem of rejecting and sorting grain from foreign matter, which differs from it in color, which increases the resolution of setting separation thresholds, and accordingly, the quality of grain sorting is increased due to an increase in the number of distinguishable gradations in image processing by a computing device.

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.The technical result consists in providing the best lighting in a wide spectral range and the possibility of using a monochrome video camera to receive and process data in a wide spectral range.

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.The technical result is achieved by the fact that in the device for sorting grain by color, comprising a housing, an inclined trough with paths for guiding the grain, means for feeding grain to the trough, optical detection means containing detectors, a background located in the formation zone of the optical image of the grain, an area grain detection and means for illuminating the background and grain in the detection zone, containing at least one type of light source with a given spectral distribution of energy, a unit for analyzing grain images, a unit for issuing drove the rejection, obtained by comparing the signal from the detectors with a threshold value, the ejector means located below the detectors, according to the invention, a linear array video camera is used as detectors, the lighting means comprises LEDs connected via switches to a power supply unit, providing LED switching in alternating mode different spectral ranges of the lighting means, the lighting control unit connected to the switches, which enables the LED in synchronism with the exposure of the frame on the linear matrix of the video camera, the background is a plate of scattering material, on the reverse side of which there are groups of LEDs of one or different spectral ranges connected to the LED control unit, which controls their light fluxes independently of each other, including with different weight ratios of different spectral groups, both in stationary mode and in switching mode, synchronized with the exposure of the linear matrix of the video amers, and all control units are connected to the central processor.

На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - конструкция фона; на фиг.3 - блок-схема управления работой устройства.Figure 1 shows a General view of the device in section; figure 2 - background design; figure 3 is a block diagram of the control operation of the device.

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.The device consists of a housing 1, means for feeding grain 2 with a vibrating tray 3, an inclined groove 4 with tracks for feeding grain connected to a vibrating tray 3, the upper end being located next to the vibrating tray, and the lower edge located between a pair of optical detection means 5 and 6 A receiving chute 7 is installed below the chute 4, the lower end of which is located above the container 8 for receiving purified grain. The ejector 9 is connected to an air compressor (not shown in the drawing) and placed so that its nozzle is located near the grain detection zone 10. Below the ejector 9 in the housing 1 there is an opening 11 for dumping the rejected grains and foreign objects into the container 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).Optical detection means 5 and 6 consist of video cameras 13 and 14, lighting means in the form of lines of LEDs 15 (for example, located on both sides of video cameras 13 and 14), which are placed in such a way that they can simultaneously control the front and back of the sorted grains, and background 16, mounted opposite the cameras 13 and 14 in the zone of formation of the optical image of the grain and representing a plate 17 of scattering material and located at a distance from it a group of LEDs 18. Optical means of detection Buildings 5 and 6 are protected by glass plates 19 with cleaning agents (not shown in the drawing).

Блоки управления, питания и приборная доска (на чертеже не показаны) находятся в нижней части корпуса 1.The control units, power supply and dashboard (not shown in the drawing) are located in the lower part of the housing 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.The device control system consists of a grain image analysis unit 20, to which video cameras 13 and 14 are connected; block for issuing a rejection signal 21, the input of which is connected to the output of block 20, and the output to the ejector 9; control unit lighting means 22 connected via switches 23 to the lines of LEDs 15 and power supplies 24; the control unit 25 groups of LEDs 18 background 16. All of these blocks are controlled by the Central processor 26.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.After turning on the installation using the switch on the dashboard, the operator, using the lines of LEDs 15 and groups of LEDs 18, regulating the brightness and color of the background 16, selects the illumination of the detection zone and background so that the control grain against the background is almost imperceptible (does not exceed the established criterion by difference grain image signal level from the background image signal level). The cleaned grain is loaded into the means for feeding 2 and from it enters the vibrating tray 3, and then to the inclined trough 4 and, sliding along its paths, enters the detection zone 10 of the optical detection means 5 and 6. In this zone, it is illuminated by means of lighting 15. The lighting means 15 is a line of LEDs located on the plane, connected through switches 23 to a power supply 24, providing switching LEDs in alternating mode of different groups of LEDs corresponding to different spectral ranges. The LEDs are switched on or off simultaneously or simultaneously with the exposure of the frame on the linear matrix of the video camera 13 and 14. Background 16 is a plate of scattering material, on the reverse side of which there are groups of LEDs 18 of the same or different spectral ranges connected to the LED control unit 25, which control their light fluxes independently of each other, including with different weight ratios of various spectral groups, both in stationary mode and in mode having a switching synchronized with the exposure of the linear matrix of the video camera 13 and 14. Reflected light from the grain and background 16 enters the video cameras 13 and 14, the signal from which enters the image analysis unit 20, if after analyzing the images their optical image is detected on the background 16, which indicates that it is non-standard, then a signal is generated that enters the block for issuing a reject signal 21. The reject signal gives the ejector 9 a command to shoot the rejected grain, which is removed through the hole 11 into the container 12, and the conditioned grain Through the receiving chute 7 enters the container 8.

Claims (1)

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. A device for sorting grain by color, comprising a housing, an inclined trough with paths for guiding the grain, means for feeding grain to the trough, optical detection means containing detectors, a background located in the optical image formation area of the grain, a grain detection zone and background lighting means and grain in the detection zone, containing at least one type of light source with a given spectral distribution of energy, a unit for analyzing grain images, a unit for issuing a rejection signal obtained by comparison a needle from detectors with a threshold value, ejector means located below the detectors, characterized in that the detectors use a video camera on a linear matrix, the illumination tool contains LEDs connected via switches to a power supply unit, which allows switching LEDs in alternating mode of different spectral ranges of the means lighting, lighting control unit connected to the switches, providing the inclusion of LEDs synchronously with the exposure of the frame on a linear On the back of the camcorder, the background is a plate of scattering material, on the back of which there are groups of LEDs of the same or different spectral ranges connected to the LED control unit, which controls their light fluxes independently of each other, including with different weight ratios of different spectral groups, both in stationary mode and in switching mode, synchronized with the exposure of the linear matrix of the camera, and all control units are connected to the CPU.

Images