RU2424859C1 - Device to sort objects to visual attributes - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to industrial devices designed to sort objects to visual attributes, for example, colour. Proposed device comprises bin, appliance to feed objects by pieces, horizontal conveying driven disk to transfer objects to photo receiver and receiving bins, appliance to discharge sorted objects into receiving bins, bins quantity corresponding to objects types, and pickup to determine object position on conveying disk. Note here that photo receiver unit is made up of video camera connected to analysis and control unit and that conveying disk replaceable background presser-colour ring arranged along disk edges. ^ EFFECT: sorting low-color saturation objects, for example diamonds, higher efficiency and accuracy. ^ 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сортировки объектов (частиц) на несколько категорий по визуально воспринимаемым признакам и может применяться в промышленности для сортировки алмазов по цвету.The invention relates to devices for sorting objects (particles) into several categories according to visually perceptible signs and can be used in industry for sorting diamonds by color.

Промышленная сортировка алмазов должна выполняться с высокой производительностью (несколько кристаллов в секунду), при этом устройство сортировки должно различать тончайшие оттенки цвета. Это требование вызвано тем, что наиболее дорогие ювелирные алмазы обладают малой цветовой насыщенностью. Кроме того, алмаз имеет высокий коэффициент преломления (2, 4), который приводит к появлению дифракции и бликов, искажающих оценки цвета, сделанные при наблюдении с разных ракурсов. Чрезвычайная твердость и большое разнообразие форм природных алмазов вызывают повышенный износ соприкасающихся с ними деталей и требуют сложных устройств поштучного извлечения алмазов и их распределения.Industrial sorting of diamonds should be performed with high productivity (several crystals per second), while the sorting device must distinguish the finest shades of color. This requirement is due to the fact that the most expensive jewelry diamonds have low color saturation. In addition, diamond has a high refractive index (2, 4), which leads to the appearance of diffraction and glare, distorting color estimates made when observed from different angles. Extreme hardness and a wide variety of forms of natural diamonds cause increased wear of the parts in contact with them and require complex devices for the piece extraction of diamonds and their distribution.

Известны устройства (патенты US 6013887, 11.01.2000; US 6784996, 31.08.2004; US 6884956, 26.04.2005) сортировки объектов по цвету, содержащие узел поштучной подачи, узел транспортировки, осветитель, фотоприемное устройство, приемные бункеры и управляющее устройство. Сортируемые объекты с лотка или ролика поштучно падают в зону регистрации. В процессе свободного падения в зоне объект освещается осветителем, а прошедший через объект и отраженный от него свет регистрируется с помощью фотоприемного устройства.Known devices (patents US 6013887, 01/11/2000; US 6784996, 08/31/2004; US 6884956, 04/26/2005) sorting objects by color, containing a piece feed unit, transportation unit, illuminator, photodetector, receiving bins and a control device. Sortable objects from the tray or roller piece by piece fall into the registration area. In the process of free fall in the zone, the object is illuminated by the illuminator, and the light transmitted through the object and reflected from it is recorded using a photodetector.

Управляющее устройство сравнивает с пороговыми значениями сигналы, полученные от фотоприемного устройства. В случае соответствия цветовых характеристик объекта заданным установкам он продолжает движение по своей траектории и попадает в первый приемный бункер, в случае несоответствия отклоняется специальным устройством во второй бункер.The control device compares the signals received from the photodetector with threshold values. If the color characteristics of the object correspond to the specified settings, it continues to move along its path and enters the first receiving hopper, in case of non-compliance it is rejected by a special device into the second hopper.

Наличие фазы свободного падения объектов ограничивает применение указанных устройств для сортировки любых объектов на несколько категорий.The presence of the free fall phase of objects limits the use of these devices to sort any objects into several categories.

Во-первых, непрерывно нарастающая в свободном падении скорость полета усложняет конструкцию исполнительных механизмов устройства распределения, устанавливаемых вдоль траектории движения объекта. Вследствие увеличения скорости исследуемых объектов повышается их повреждаемость.Firstly, the flight speed continuously increasing in free fall complicates the design of the actuators of the distribution device installed along the trajectory of the object. Due to the increase in the speed of the studied objects, their damage is increased.

Во-вторых, разброс траекторий движения объектов в свободном падении приводит к увеличению размеров исполнительных механизмов. Кроме того, разброс требует увеличения поля зрения фотоприемного устройства, вследствие чего относительная величина полезной составляющей в регистрируемом сигнале снижается и соответственно снижается чувствительность.Secondly, the spread of the trajectories of the objects in free fall leads to an increase in the size of actuators. In addition, the scatter requires an increase in the field of view of the photodetector, as a result of which the relative value of the useful component in the recorded signal decreases and, accordingly, the sensitivity decreases.

И, наконец, время полета объектов от зоны регистрации до системы распределения и, следовательно, максимально возможное время принятия решения определяется фактически высотой устройства и не зависит от производительности сортировки. Этот недостаток ограничивает применение сложных алгоритмов, необходимых для разделения на несколько категорий.And finally, the flight time of objects from the registration zone to the distribution system and, therefore, the maximum possible decision time is determined in fact by the height of the device and does not depend on the performance of sorting. This drawback limits the use of complex algorithms necessary for dividing into several categories.

Известны различные устройства сортировки (а.с. РФ 405606, 07.06.71; патент РФ 2132756, 10.07.99), в которых фаза полета отсутствует. В частности, фотоэлектронный сепаратор для сыпучих зерновых продуктов (патент РФ 2132756, 10.07.99) содержит корпус, на котором размещены цветоанализатор, связанный электрической цепью с бракеражным устройством, приемные бункеры для некондиционных и кондиционных по цвету частиц, а также расположенные один под другим загрузочный бункер и устройство для поштучной подачи частиц сыпучего зернового продукта от загрузочного бункера к цветоанализатору.Various sorting devices are known (AS RF 405606, 06/07/71; RF patent 2132756, 07/10/99), in which there is no flight phase. In particular, the photoelectronic separator for bulk cereal products (RF patent 2132756, 07/10/99) contains a housing on which a color analyzer is placed, connected by an electric circuit to a reject device, receiving hoppers for substandard and color-coded particles, and also loading bunkers located one below the other a hopper and a device for piece feeding particles of granular grain product from a loading hopper to a color analyzer.

Сортируемый продукт засыпается в загрузочный бункер, под которым вращается горизонтальный диск со сквозными отверстиями - ячеями. Диск расположен вплотную к корпусу, который снизу перекрывает дно ячей. Находящиеся в бункере частицы продукта заполняют ячеи, в каждую из которых может разместиться только одна частица. Скользя по корпусу, частицы увлекаются от загрузочного бункера к цветоанализатору и далее к бракеражному устройству. При обнаружении в ячее некондиционной по цвету частицы цветоанализатор вырабатывает сигнал бракеражному устройству, которое управляет заслонкой, закрывающей вырез в корпусе. Через открытый вырез некондиционные частицы выпадают из ячей и попадают в соответствующий бункер.The product to be sorted is poured into the loading hopper, under which a horizontal disk rotates with through holes - meshes. The disk is located close to the housing, which covers the bottom of the cell bottom. The product particles located in the hopper fill the cells, each of which can accommodate only one particle. Sliding along the body, the particles are carried away from the loading hopper to the color analyzer and further to the rejection device. If a particle is found to be substandard in color, the color analyzer generates a signal to the reject device, which controls the shutter that closes the cutout in the housing. Through an open cutout, substandard particles fall out of the cells and fall into the corresponding hopper.

Это устройство имеет следующие недостатки, не позволяющие его использовать для сортировки алмазов.This device has the following disadvantages that do not allow it to be used for sorting diamonds.

Для кристаллов, имеющих разнообразную форму, невозможно подобрать размер ячей в диске, обеспечивающий их уверенное поштучное извлечение из бункера. Кроме того, острые ребра находящихся в бункере алмазов будут повреждать края ячей, снижая срок службы устройства.For crystals having a different shape, it is impossible to choose the size of the cells in the disk, which ensures their reliable piece removal from the hopper. In addition, the sharp edges of the diamonds in the bin will damage the edges of the cell, reducing the life of the device.

Размещение сортируемых объектов в глубине профилированного углубления ограничивает объем оптических и размерных характеристик, доступных для исследования, делает невозможной «бестеневую» подсветку с разных сторон. В результате снижается точность сортировки, необходимая для распределения алмазов на несколько категорий.Placing sorted objects in the depth of the profiled recess limits the amount of optical and dimensional characteristics available for research, making shadowless illumination from different sides impossible. As a result, the sorting accuracy required to distribute diamonds into several categories is reduced.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство (а.с. №405606, опубликовано 05.11.1973 г., Бюл. №45) для сортировки по цвету и счета грены тутового шелкопряда. В указанном устройстве транспортировка объектов осуществляется с помощью гладкого горизонтального диска. Автомат для сортировки по цвету и счета предметов состоит из бункера, горизонтального транспортирующего диска, устройства поштучной подачи предметов к фотоэлектронному блоку и механизма сброса предметов в емкости (приемные бункеры). Грены, высыпающиеся из бункера на поверхность транспортирующего диска, устройством поштучной подачи перемещаются с меньшего радиуса диска на больший радиус, за счет чего растягиваются на диске в цепочку по одной, чем обеспечивается снижение погрешности сортировки и счета.The closest set of essential features is the device (AS No. 405606, published 05.11.1973, Bull. No. 45) for sorting by color and counting silkworm moths. In the specified device, transportation of objects is carried out using a smooth horizontal disk. The machine for sorting by color and counting items consists of a hopper, a horizontal transporting disk, a device for supplying items to the photoelectronic unit by a piece, and a mechanism for dumping items in containers (receiving bins). Grains that pour out from the hopper onto the surface of the transporting disk are moved by a piece feed device from a smaller radius of the disk to a larger radius, due to which they are stretched on the disk in a chain one at a time, thereby reducing the error of sorting and counting.

Недостатком устройства является отсутствие средств контроля точного положения сортируемых частиц. Без таких средств принятие решения и направление объекта в бункер назначения должно производиться практически одновременно с регистрацией его цветовых характеристик. При необходимости сортировать на несколько категорий это обстоятельство существенно усложняет конструкцию устройства распределения, требует применения быстродействующих алгоритмов распознавания цвета.The disadvantage of this device is the lack of controls for the exact position of the sorted particles. Without such means, the decision and direction of the object to the destination hopper should be carried out almost simultaneously with the registration of its color characteristics. If necessary, sort into several categories, this circumstance significantly complicates the design of the distribution device, requires the use of high-speed color recognition algorithms.

Кроме того, указанное устройство не обеспечивает высокой точности определения цвета, необходимой для сортировки объектов с малой цветовой насыщенностью.In addition, this device does not provide high accuracy in determining the color required for sorting objects with low color saturation.

Заявляемое устройство направлено на решение задачи высокопроизводительной сортировки объектов на несколько категорий.The inventive device is aimed at solving the problem of high-performance sorting of objects into several categories.

При осуществлении предлагаемого устройства будет получен следующий технический результат:When implementing the proposed device will receive the following technical result:

- возможность промышленной сортировки по цвету частиц в виде кристаллов или обломков произвольной формы, обладающих малой цветовой насыщенностью и высокой отражательной способностью, в частности, алмазов;- the possibility of industrial sorting by color of particles in the form of crystals or fragments of arbitrary shape, having low color saturation and high reflectivity, in particular diamonds;

- увеличение числа сортируемых категорий и уменьшение количества ошибок сортировки при обеспечении высокой скорости сортировки.- an increase in the number of sortable categories and a decrease in the number of sorting errors while ensuring a high sorting speed.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявляемое устройство имеет следующую совокупность существенных признаков.The specified technical result is achieved due to the fact that the inventive device has the following set of essential features.

По аналогии с прототипом устройство содержит бункер, горизонтальный транспортирующий диск с приводом, фотоэлектронный блок, приемные бункеры и узел сброса сортируемых объектов в приемные бункеры. Сортируемые объекты выстраиваются в цепочку с помощью средств поштучной подачи и удерживаются на транспортирующем диске силами трения.By analogy with the prototype, the device comprises a hopper, a horizontal transporting disk with a drive, a photoelectronic unit, receiving hoppers and a dumping unit for sorting objects into receiving hoppers. Sortable objects are arranged in a chain using the means of piece feeding and are held on the transporting disk by friction forces.

Устройство имеет следующие отличительные признаки, обеспечивающие получение технического результата.The device has the following distinctive features, providing a technical result.

По краю транспортирующего диска в устройстве предусмотрено сменное кольцо, на фоне которого фотоэлектронный блок (цветоанализатор) просматривает сортируемые объекты. Это позволяет повысить точность сортировки объектов с определенными свойствами путем установки фонового кольца нужного цвета и текстуры.A removable ring is provided in the device along the edge of the transporting disk, against which a photoelectronic unit (color analyzer) looks through the sorted objects. This allows you to increase the accuracy of sorting objects with certain properties by setting the background ring of the desired color and texture.

В устройство введен оптоэлектронный датчик, определяющий точное положение каждого объекта на диске, что наряду с шаговым приводом транспортирующего диска позволило упростить устройство распределения, расположив устройства сброса объектов в приемные бункеры вдоль по ходу движения транспортирующего диска.An optoelectronic sensor has been introduced into the device, which determines the exact position of each object on the disk, which, along with the stepping drive of the transporting disk, made it possible to simplify the distribution device by positioning the device to dump objects into receiving hoppers along the direction of the transporting disk.

Вместо интегральной оценки цвета объектов в предлагаемом устройстве производится анализ каждой точки зарегистрированного изображения, который позволяет исключить из общей оценки цвета фон, а также те точки изображения, цвет и насыщенность которых нехарактерны для анализируемого объекта. В результате повышается точность и достоверность определения цвета.Instead of an integrated assessment of the color of objects in the proposed device, an analysis of each point of the registered image is performed, which allows us to exclude the background from the overall color estimate, as well as those image points whose color and saturation are not characteristic of the analyzed object. As a result, the accuracy and reliability of color determination is increased.

На фиг.1 приведен общий вид предлагаемого устройства.Figure 1 shows a General view of the proposed device.

На фиг.2 показан фрагмент алгоритма определения цвета.Figure 2 shows a fragment of the algorithm for determining color.

Устройство сортировки объектов по визуальным признакам, например алмазов (фиг.1), содержит узел поштучной подачи, включающий загрузочный бункер 1 и вибролоток 2 (устройство поштучной подачи объектов); транспортирующий диск 3 со съемным кольцом 4 заданного цвета, приводимый во вращение шаговым двигателем; фотоэлектронный блок, состоящий из осветителя 5 и регистрирующей цветной видеокамеры 6, подключенной к ЭВМ 7; устройства 8 для сброса объектов в бункеры; приемные бункеры 9; направляющую 10, выстраивающую объекты в однорядную цепочку; датчик положения объекта 11 и управляющее устройство 12.A device for sorting objects according to visual signs, such as diamonds (Fig. 1), contains a piece feed unit, including a loading hopper 1 and a vibratory tray 2 (device for piece feeding objects); a transporting disk 3 with a removable ring 4 of a given color, driven by a stepper motor; a photoelectronic unit consisting of a illuminator 5 and a recording color video camera 6 connected to a computer 7; devices 8 for dumping objects into bins; receiving bins 9; guide 10, lining objects in a single-row chain; the position sensor of the object 11 and the control device 12.

Заявляемое устройство сортировки работает следующим образом. Сортируемые частицы извлекаются из загрузочного бункера 1 с помощью вибролотка 2. Для поддержания заданной производительности на сходе с вибролотка 2 устанавливается датчик 11, контролирующий падение частиц. После того как очередная частица начинает падение, вибрации лотка 2 прекращаются. Продолжительность паузы между вибрациями определяется заданной производительностью и корректируется устройством управления 12 в зависимости от интервалов между последними сброшенными частицами.The inventive sorting device operates as follows. Sorted particles are removed from the feed hopper 1 using a vibratory tray 2. To maintain a given performance, a sensor 11 is installed to exit the vibratory tray 2, which monitors particle fall. After the next particle begins to fall, the vibrations of the tray 2 stop. The duration of the pause between vibrations is determined by the specified performance and is adjusted by the control device 12 depending on the intervals between the last discarded particles.

Частицы материала по одной падают с вибролотка 2 на транспортирующий диск 3. Расположенная на пути движения частиц направляющая 10 изменяет траекторию падающих частиц, направляя их вдоль движения диска. Скорость частиц и скорость диска выравниваются, что уменьшает отскоки и сокращает время успокоения частиц. Одновременно направляющая 10 выстраивает частицы на кольце 4, зафиксированном на диске 3, в тонкую однорядную цепь. При этом направляющая смещает частицы с меньшего радиуса транспортирующего диска на больший, в результате чего расстояние между частицами увеличивается. Далее, частицы, неподвижные относительно фонового кольца 4, движутся вместе с ним. Скорость вращения диска выбирается так, чтобы не было смещения объектов из-за центробежной силы.Particles of material fall one by one from the vibrating tray 2 onto the transporting disk 3. The guide 10 located on the path of the particles changes the path of the falling particles, directing them along the movement of the disk. Particle speed and disk speed are equalized, which reduces bounces and shortens particle settling time. At the same time, the guide 10 aligns the particles on the ring 4, fixed on the disk 3, in a thin single-row chain. In this case, the guide moves the particles from a smaller radius of the transporting disk to a larger one, as a result of which the distance between the particles increases. Further, particles stationary relative to the background ring 4 move with it. The speed of rotation of the disk is chosen so that there is no displacement of objects due to centrifugal force.

Точное положение частицы на кольце 4 определяется с помощью оптоэлектронного датчика 11, который срабатывает в момент прохождения частицы мимо него. Вращение транспортирующего диска 3 перемещает частицы мимо фоторегистрирующего узла и далее мимо приемных бункеров. Положение каждой частицы относительно датчика 11 в любой момент может быть определено путем подсчета выполненных шагов шагового двигателя. Когда частица доходит до заданного приемного бункера, включается соответствующее устройство сброса 8, сбрасывающее ее в бункер. Скребок, расположенный напротив последнего бункера, сбрасывает с кольца 4 все неотсортированные частицы.The exact position of the particles on the ring 4 is determined using the optoelectronic sensor 11, which is activated when the particle passes by it. The rotation of the transporting disk 3 moves the particles past the photo-recording unit and further past the receiving hoppers. The position of each particle relative to the sensor 11 at any time can be determined by counting the steps taken by the stepper motor. When the particle reaches a predetermined receiving hopper, the corresponding reset device 8 is turned on, dumping it into the hopper. A scraper located opposite the last hopper drops all unsorted particles from ring 4.

Для регистрации изображения объекта производится внешний запуск цветной видеокамеры 6, подключенной к ЭВМ 7, а затем кратковременное включение осветителя 5. Подсветка производится в тот момент, когда центр объекта находится в центре поля зрения видеокамеры. Равномерное освещение объекта обеспечивается расположением нескольких осветительных элементов по кольцу или сфере вокруг анализируемого объекта. В качестве элементов осветителя 5 могут использоваться лампы или светодиоды, имеющие в спектре излучения спектральные составляющие, соответствующие красному (R), зеленому (G) и синему (5) цвету. Подсветка объекта снизу осуществляется лучами, рассеянными поверхностью специально подобранного фонового кольца 4.To register the image of the object, an external start of the color video camera 6 connected to the computer 7 is performed, and then the illuminator 5 is turned on for a short time. The illumination is performed at the moment when the center of the object is in the center of the field of view of the video camera. Uniform illumination of the object is ensured by the location of several lighting elements in a ring or sphere around the analyzed object. As elements of the illuminator 5, lamps or LEDs may be used having spectral components in the emission spectrum corresponding to red (R), green (G) and blue (5) color. The illumination of the object from below is carried out by the rays scattered by the surface of a specially selected background ring 4.

Регистрация изображений алмазов осуществляется в рассеянном свете на белом матовом фоне, как это рекомендовано при ручной сортировке алмазов. Равномерные оптические свойства по всей поверхности кольца 4, получаемые благодаря отсутствию выступов или канавок, обеспечивают регистрацию алмазов при минимальных искажениях цвета. Такое техническое решение обеспечивает необходимое повышение точности определения цвета алмазов и увеличение числа различимых градаций по цвету.Registration of diamond images is carried out in diffused light on a white matte background, as recommended for manual sorting of diamonds. The uniform optical properties over the entire surface of the ring 4, obtained due to the absence of protrusions or grooves, ensure the registration of diamonds with minimal color distortion. This technical solution provides the necessary increase in the accuracy of determining the color of diamonds and an increase in the number of distinguishable gradations in color.

Зарегистрированное видеокамерой 6 изображение оцифровывается и переносится в память контроллера видеокамеры (фреймграббера) или непосредственно в оперативную память ЭВМ 7. При получении изображения ЭВМ начинает процедуру обработки, в результате которой определяет, в какой из приемных бункеров 9 должен попасть анализируемый объект.The image registered by the video camera 6 is digitized and transferred to the memory of the video camera controller (frame grabber) or directly to the main memory of the computer 7. Upon receipt of the image, the computer starts the processing procedure, as a result of which it determines which of the receiving bunkers 9 should be analyzed.

В заявляемом устройстве применен алгоритм обработки изображений, повышающий точность определения цвета и соответственно качество сортировки. Отличительным признаком алгоритма, влияющим на достижение технического результата, является наличие дополнительных этапов, позволяющих исключить из процесса обработки нехарактерные (малоинформативные) точки изображения.The inventive device uses an image processing algorithm that improves the accuracy of color determination and, accordingly, the quality of sorting. A distinctive feature of the algorithm that affects the achievement of a technical result is the presence of additional steps to eliminate uncharacteristic (uninformative) image points from the processing process.

Блок-схема алгоритма представлена на фиг.2. Цифрами 1÷5 помечены дополнительные операции обработки, отличающие данное устройство от прототипа и рассмотренных аналогов.The block diagram of the algorithm is presented in figure 2. The numbers 1 ÷ 5 indicate additional processing operations that distinguish this device from the prototype and the considered analogues.

Все точки изображения рассматриваются на принадлежность к одному из следующих типов: точки фона, блики, дефекты объекта и точки, цвет которых искажен дифракцией на гранях кристаллов. Точки указанных типов исключаются из дальнейшей обработки, остальные точки считаются принадлежащими объекту и правильно характеризующими его цвет.All image points are considered to belong to one of the following types: background points, glare, object defects and points whose color is distorted by diffraction on the faces of the crystals. Points of these types are excluded from further processing, the remaining points are considered to belong to the object and correctly characterize its color.

Проверка 1 (фиг.2) позволяет определить, является ли анализируемая точка точкой фона. Для этого на этапе калибровки фотоэлектронного узла запоминается фоновое изображение, регистрируемое без объекта. При проверке 1 (фиг.2) модули разностей цветовых координат (R, G, B) текущей точки (i) и соответствующей точки фонового изображения (R^ф, G^ф, B^ф) сравниваются с заданными порогами r, g и b. Точка изображения, изменившая свой цвет незначительно Check 1 (figure 2) allows you to determine whether the analyzed point is a background point. For this, at the stage of calibration of the photoelectronic node, the background image recorded without the object is stored. When checking 1 (figure 2), the modules of the differences of the color coordinates (R, G, B) of the current point (i) and the corresponding point of the background image (R ^f , G ^f , B ^f ) are compared with the given thresholds r, g and b. Image point that changes color slightly

,

,

считается точкой фона, она специальным образом помечается, например ей присваивается нулевое значение (R_i=0, G_i=0, B_i=0).is considered a background point, it is marked in a special way, for example, it is assigned a zero value (R _i = 0, G _i = 0, B _i = 0).

Проверки 2 и 3 позволяют выявить на изображении точки, яркость которых выше или ниже пределов, заданных значениями (RGB)_max и (RGB)_min. Такие точки считаются соответственно бликами и дефектами кристаллов. Они помечаются аналогично точкам фона.Checks 2 and 3 allow you to identify points in the image whose brightness is above or below the limits specified by (RGB) _max and (RGB) _min . Such points are considered glare and crystal defects, respectively. They are marked similarly to background points.

Проверка 4 помечает точки, цвет которых искажен вследствие дифракции света на гранях алмаза. Цветовой тон точки (длина волны λ_i) вычисляется с использованием цветового треугольника (локуса) [1] путем интерполяции между табличными значениями. Помечаются точки, цветовой тон которых лежит за пределами (λ_min÷λ_max). Пороги по длине волны λ_min и λ_max подбираются в зависимости от типа сортируемого сырья на этапе настройки на конечный продукт.Check 4 marks the points whose color is distorted due to light diffraction on the diamond faces. The color tone of the point (wavelength λ _i ) is calculated using the color triangle (locus) [1] by interpolation between tabular values. Points are marked whose color tone lies outside (λ _min ÷ λ _max ). The thresholds for wavelength λ _min and λ _{max are} selected depending on the type of raw material to be sorted at the stage of tuning to the final product.

Точки, помеченные на этапах 1÷4, на этапе 5 из дальнейшего анализа исключаются. По оставшимся n точкам выполняется процедура определения среднего значения цветовых координат (RGB)_ср сортируемого объекта:Points marked in steps 1–4 are excluded from further analysis in step 5. For the remaining n points, the procedure for determining the average value of color coordinates (RGB) _{sr of the} sorted object is performed:

,

,

,

,

Эти значения используются для определения цвета объекта, который представляется в устройстве тремя характеристиками: доминирующей длиной волны λ, насыщенностью s и яркостью I. Характеристики цвета, получаемые устройством после исключения малоинформативных точек, приближаются к реальным значениям, хорошо согласуются с оценками экспертов.These values are used to determine the color of the object, which is represented in the device by three characteristics: the dominant wavelength λ, saturation s, and brightness I. The color characteristics obtained by the device after excluding uninformative points approach real values and are in good agreement with expert estimates.

Определение бункера назначения для объекта производится на основе сравнения измеренных характеристик с пороговыми значениями. Эта процедура присутствует в любом из сортирующих устройств и здесь не раскрывается, а на фиг.2 обобщенно показана нижним прямоугольником.The determination of the destination bin for the facility is based on a comparison of the measured characteristics with threshold values. This procedure is present in any of the sorting devices and is not disclosed here, but in figure 2 it is generally shown by the bottom rectangle.

Заявляемое устройство позволяет выполнять сортировку по любой из трех измеренных характеристик (λ, s или I) или по их совокупности. В частности, для сортировки алмазов можно применить трехступенчатую проверку: сначала отделить темные алмазы (I<I₀), оставшиеся кристаллы разделить на желтые (λ<λ₀) и коричневые (λ≥λ₀) и, наконец, в каждой из цветовых групп разделить кристаллы по насыщенности, сравнивая s с порогами s₀, s₁, s₂, …, s_k. Сортировка по размеру кристаллов возможна с использованием количества точек n, остающихся на изображении после исключения точек фона. В результате сравнения с порогами ЭВМ определяет номер бункера назначения для объекта.The inventive device allows you to sort by any of the three measured characteristics (λ, s or I) or by their combination. In particular, a three-step test can be used to sort diamonds: first, separate the dark diamonds (I <I ₀ ), divide the remaining crystals into yellow (λ <λ ₀ ) and brown (λ≥λ ₀ ) and, finally, in each of the color groups separate crystals by saturation by comparing s with thresholds s ₀ , s ₁ , s ₂ , ..., s _k . Sorting by the size of the crystals is possible using the number of points n remaining in the image after excluding the background points. As a result of comparison with thresholds, the computer determines the number of the destination bin for the object.

Управление устройствами сброса 8 построено с использованием циклически опрашиваемой памяти, число ячеек которой равно числу позиций транспортирующего диска. На каждом шаге вращения диска считывается соответствующая данному шагу ячейка памяти. При наличии в выбранной ячейке установленных бит запускаются подключенные к этим битам исполнительные устройства сброса, после чего ячейка обнуляется.Reset management device 8 is constructed using a cyclically polled memory, the number of cells of which is equal to the number of positions of the transporting disk. At each step of the disk rotation, the corresponding memory cell is read. If there are set bits in the selected cell, the reset actuators connected to these bits are started, after which the cell is reset.

Установка в памяти нужных бит выполняется микроконтроллером устройства управления 12 следующим образом. Получив из ЭВМ 7 номер бункера назначения для обработанной частицы, управляющее устройство вычисляет позицию диска, в которой частица должна быть сброшена в бункер. Для этого к номеру позиции, в которой осуществлялась подсветка данного объекта, добавляется известное число шагов от позиции подсветки до нужного бункера (расстояния до каждого бункера хранятся в памяти управляющего устройства). Используя номер позиции сброса как адрес памяти, микроконтроллер устройства управления устанавливает в ней бит, соответствующий номеру бункера назначения.The installation of the desired bits in the memory is performed by the microcontroller of the control device 12 as follows. Having received from the computer 7 the destination hopper number for the treated particle, the control device calculates the position of the disk at which the particle should be dumped into the hopper. To do this, the known number of steps from the highlight position to the desired hopper is added to the position number at which the object was highlighted (the distances to each hopper are stored in the memory of the control device). Using the reset position number as the memory address, the microcontroller of the control device sets in it a bit corresponding to the number of the destination hopper.

В качестве устройств сброса 8 объектов могут использоваться механические отсекатели или набор форсунок, управляемых пневмоклапанами, к которым подведен сжатый воздух. В последнем случае объекты сдуваются с кольца 4 в бункеры 9 струей сжатого воздуха.As devices for dumping 8 objects, mechanical shutoffs or a set of nozzles controlled by pneumatic valves to which compressed air is supplied can be used. In the latter case, objects are blown from the ring 4 into the bins 9 with a stream of compressed air.

Заявляемое устройство реализовано в виде автомата сортировки алмазов по цвету «АРЦ-10». Ряд таких устройств используется в ЕСО АЛРОСА для промышленной сортировки алмазов. Автоматы настроены на выполнение сортировки со скоростью 3 алмаза в секунду. Автомат позволяет сортировать частицы размером от 1,5 до 5 мм. Распределение осуществляется на 10 бункеров. Дополнительный бункер используется для неотсортированных алмазов.The inventive device is implemented in the form of a machine for sorting diamonds by color "ARC-10". A number of such devices are used at ECO ALROSA for industrial diamond sorting. The machines are configured to sort at a speed of 3 diamonds per second. The machine allows you to sort particles ranging in size from 1.5 to 5 mm. Distribution is carried out on 10 bunkers. An optional silo is used for unsorted diamonds.

Бункер имеет объем 1 дм³. Вибролоток 2 установлен перпендикулярно образующей транспортирующего диска 3. Падение алмазов с лотка на диск контролируется оптодатчиком типа НОА1404. Необходимое качество поштучной подачи алмазов обеспечивается за счет использования выходного сигнала датчика в системе управления вибролотком.The hopper has a volume of 1 dm ³ . Vibration tray 2 is installed perpendicular to the generatrix of the transporting disk 3. The fall of diamonds from the tray to the disk is controlled by an HOA1404 type optical sensor. The necessary quality of piece feed of diamonds is ensured by using the output signal of the sensor in the control system of the vibratory tray.

Кольцо 4 выполнено из белого («молочного») оргстекла марки Makloron.Ring 4 is made of white ("milk") plexiglass brand Makloron.

Фигурная направляющая 10 закрепляется на несущей конструкции диска. Она изготовлена из фторопласта, имеет свободу вертикального перемещения и фактически "плавает" на кольце 4. Выстроенные в цепочку частицы располагаются на окружности диаметром 230 мм. Время полного оборота транспортирующего диска составляет 8-10 с.Curly guide 10 is fixed to the supporting structure of the disk. It is made of fluoroplastic, has freedom of vertical movement and actually “floats” on ring 4. The particles lined up in a chain are located on a circle with a diameter of 230 mm. The full revolution time of the transporting disk is 8-10 s.

Движение частиц, перемещаемых диском, осуществляется в «коридоре», образованном двумя неподвижными вертикальными стенками, расположенными над диском. Внешняя стенка имеет отверстия с каналами, ведущими к приемным бункерам. Напротив отверстий (на внутренней стенке) расположены сопла форсунок, сдувающих объекты с кольца 4. Сверху коридор закрыт прозрачной крышкой, препятствующей потере алмазов при их случайных отскоках.The movement of particles moved by the disk is carried out in the "corridor" formed by two stationary vertical walls located above the disk. The outer wall has openings with channels leading to the receiving hoppers. Opposite the holes (on the inner wall) are nozzle nozzles blowing objects off ring 4. The corridor is closed with a transparent cover at the top, preventing the loss of diamonds during their accidental rebound.

Устройство сброса объектов в бункеры представляет собой пустотелый диск с установленными пневмоклапанами и форсунками. Внутренняя полость форсуночного диска служит ресивером, снижая колебания давления при одновременном срабатывании нескольких форсунок.The device for dumping objects into bunkers is a hollow disk with installed pneumatic valves and nozzles. The internal cavity of the nozzle disk serves as a receiver, reducing pressure fluctuations while triggering multiple nozzles.

В фотоэлектронном блоке используется цветная видеокамера «Видеоскан-415/Ц-2001», подключенная к ЭВМ. В видеокамере установлен объектив с фокусным расстоянием 36 мм и относительным отверстием 1:1,5. Поле зрения камеры составляет 8×8 мм. Осветитель содержит 4 «белых» светодиода типа EP2012W, освещающих на кольце круг диаметром около 15 мм.In the photoelectronic unit, a color video camera “VideoScan-415 / Ts-2001” is used, connected to a computer. The camcorder has a lens with a focal length of 36 mm and a relative aperture of 1: 1.5. The field of view of the camera is 8 × 8 mm. The illuminator contains 4 “white” LEDs of type EP2012W, illuminating a circle with a diameter of about 15 mm on the ring.

Зарегистрированное камерой изображение в цифровом виде передается во фреймграббер VS-2001, установленный в слот шины PCI персонального компьютера. В устройстве используется компьютер AMD Sempron, процессор LE 110, рабочая частота 1,9 ГГц. Программное обеспечение автомата сортировки работает в операционной системе Windows ХР.The image registered by the camera in digital form is transmitted to the frame grabber VS-2001 installed in the PCI bus slot of a personal computer. The device uses an AMD Sempron computer, a LE 110 processor, and a working frequency of 1.9 GHz. The software for the sorting machine runs on the Windows XP operating system.

Устройство управления реализовано на базе микроконтроллера ATMega-128. Связь между компьютером и устройством управления осуществляется по каналу USB. Устройство управления имеет возможность установки и контроля параметров подачи и регистрации (производительность, амплитуда и частота вибраций вибролотка, скорость вращения диска, длительность вспышки, время экспозиции).The control device is based on the ATMega-128 microcontroller. Communication between the computer and the control device is via USB. The control device has the ability to set and control the parameters of the supply and registration (performance, amplitude and frequency of vibration of the vibration tray, disk rotation speed, flash duration, exposure time).

Сортирующий автомат работает в конвейерном режиме, одновременно выполняя несколько элементарных операций: устройство сброса сбрасывает очередной объект в бункер назначения, микропроцессор вычисляет позицию сброса для следующего объекта, компьютер обрабатывает изображение и определяет бункер назначения для третьего объекта, камера регистрирует изображение четвертого объекта. На диске может одновременно находиться более 20 сортируемых частиц. Работа конвейера синхронизируется с вращением транспортирующего диска. В конвейерном режиме производительность сортировки определяется не суммарным временем всех операций, а временем исполнения самой продолжительной из них и может достигать 5 объектов в секунду.The sorting machine operates in the conveyor mode, simultaneously performing several elementary operations: the reset device dumps the next object into the destination hopper, the microprocessor calculates the reset position for the next object, the computer processes the image and determines the destination hopper for the third object, the camera registers the image of the fourth object. The disk can simultaneously contain more than 20 sortable particles. The operation of the conveyor is synchronized with the rotation of the transporting disk. In the pipelined mode, sorting performance is determined not by the total time of all operations, but by the execution time of the longest of them and can reach 5 objects per second.

ЛитератураLiterature

1. Джадд Д., Вышецки Г. «Цвет в науке и технике»: пер. с англ. М., Мир, 1978. - 592 с.1. Judd D., Vyshecki G. "Color in science and technology": Per. from English M., Mir, 1978.- 592 p.

Claims (1)

Устройство сортировки объектов по визуальным признакам, содержащее бункер, устройство поштучной подачи объектов, горизонтальный транспортирующий диск с приводом, выполняющий транспортировку объектов к фотоэлектронному блоку и приемным бункерам, узел сброса сортируемых объектов в приемные бункеры, количество которых соответствует числу категорий сортировки, отличающееся тем, что содержит датчик, определяющий точное положение объекта на транспортирующем диске, фотоэлектронный блок выполнен в виде видеокамеры, подключенной к блоку анализа и управления, а транспортирующий диск имеет сменное фоновое кольцо заданного оттенка, установленное по его краю. A device for sorting objects according to visual signs, containing a hopper, a device for piece-feeding objects, a horizontal transporting disk with a drive that performs transportation of objects to the photoelectronic unit and receiving bins, a dumping unit for sorting objects into receiving bins, the number of which corresponds to the number of sorting categories, characterized in that contains a sensor that determines the exact position of the object on the transporting disk, the photoelectronic block is made in the form of a video camera connected to block a Aleesa and management, and conveying disc has a removable ring background predetermined hue mounted on its edge.

Images