BG61856B1 - метод и устройство за автоматично сортиране на яйца по преснота - Google Patents

Abstract

Съгласно метода към яйцето, което едновременно седвижи и върти от ролков конвейер, се насочват трифокусирани монохроматични лъча, движещи се в успоредни равнини, средната от които минава през оста на въртене на яйцето. Трите лъча последователно във времето го сканират и разсеяната/излъчената от него светлина се измерва синхронно с движението на падащите лъчи. Реализациите на сигналите се анализират и се определят големината и местоположението на въздушната камера, местоположението, подвижността и целостта на жълтъка, след което яйцата се сортират според преснотата им. Белите и кафявите яйцасе сканират с лъчения с различна дължина на вълната, която се избира автоматично. Устройството се състои от система за сканиращо осветяване на яйцата (1), съдържаща подвижен корпус (3) с монтирани къмнего източник на светлина (4) и оптични елементи (5-14) за колимиране, филтриране, фокусиране и разделяне на светлината на три лъча L1, L2, L3, въртящо отражателно огледало (15) и цилиндрична леща (17) за насочване на лъчите, перпендикулярно към оста на въртене на яйцата, датчик (19) за синхронизация на измерването, оптикоелектронни елементи за измерване цвета на черупката (27-34), линеен фотодетектор (20) за сканиращо измерване на разсеяната/излъчената светлина, датчици (26 и 36) за положението на корпуса спрямо движението на конвейера и система за управление на процеса и класификация на яйцата.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод и устройство за автоматично сортиране на яйца по преснота, което ще намери приложение при определяне годността на яйца за консумация и възпроизводство в пунктовете за сортиране и опаковане на яйца и в люпилните.

Го

ч..

Предшестващо състояние на техниката

Най-близкият по своята техническа същност до предлагания метод е метод за определяне качеството на яйца, при който изследваното яйце се движи по направление на надлъжната си ос, без да се върти около нея, и пресича последователно пет успоредни светлинни лъча, намиращи се на определени разстояния помежду си и насочени към повърхността на яйцето, перпендикулярно на неговата ос. С Първият и последният лъч са от бяла светлина и служат за синхронизация на измервателните операции, а останалите три имат виолетов, синьо-зелен и червен цвят. Пропуснатата през яйцето светлина се измерва с три фотодетектора, всеки от които е чувствителен към едно от тези три лъчения. Показател за качеството на яйцето е отношението на разликите между минималните стойности на сигналите на червения и синьозеления и на виолетовия и синьо-зеления фотодетектор. Въз основа на стойностите на този показател се разпознават пресни оплодени, пресни неоплодени и развалени яйца, а също и яйца с кървави включвания.

Недостатък на метода е, че не се определят големината и местоположението на въздушната камера, подвижността и целостта на жълтъка, които са общо приети като най-важните белези за окачествяване на яйца по степента на тяхната яреснота.

Друг недостатък на метода е, че преснотата не може да се определи точно и поради това, че тя се оценява заедно с други белези на качеството по общ показател, който не отчита цвета на черупката, тъй като не се измерва нейната отражаемост.

Недостатък на метода е също, че яйцата се движат в пространството по направление на оста, което не съответства на кинематиката на съвременните конвейери за транспортиране и инспекция на яйца и би затруднило приложимостта на метода в съществуващите технологични линии за сортиране и опаковане на яйца. (1)

Известен е метод и устройство за определяне преснотата на яйца, при което източник на бяла светлина е монтиран в полутъмна кутия с два срещуположни отвора. На единия се поставя яйцето за окачествяване, а другият служи за визуално наблюдение. Така се определя големината и разположението на въздушната камера на яйцето, от което се съди за преснотата му (2).

Известно е устройство за определяне качеството на яйца по положението на жълтъка, което съдържа източник на бяла светлина, излъчващ успоредни лъчи, които падат върху окачествяваното яйце. Преминалите през него лъчи „се улавят“ от въртящ се комутатор на светлинния поток и фотоумножител. От характеристиките на „уловените“ лъчи се съди за качеството на яйцето (3).

Недостатък и на двете технически решения е тяхната ограниченост на измерването - то се извършва в статика, което не позволява да се използват за автоматизация на контрола и сортирането на яйца в поток.

Известен е метод и апарат за проверка на яйца относно наличието на счупвания и замърсяване с кръв, при който източник на успоредни лъчи и функционален фотопреобразувател са закрепени неподвижно над ролков конвейер с движещи се яйца, падащият върху тях и възприеманият светлинен поток следят яйцата с помощта съответно на леща и огледало, задвижвани синхронно от конвейера, определят се и се броят „светли “ и С „тъмни “ пикове в измерените сигнали и след сравняването им с предварително установени стойности, се определя видът на дефекта и класът на провереното яйце (4).

Недостатък на метода и апарата е измервателната геометрия, осигуряваща измерване само на отражаемостта на черупката, която не носи информация за вътрешните белези на качеството, в това число за преснотата на яйцата.

Известен е метод и апарат за автоматична проверка на яйца по наличието на пукнатини, кръв, прах, течове и други дефекти, които се откриват при движението на яйцата върху ролков конвейер и при ускореното им въртене, когато яйцата преминават през инспекционна станция, съдържаща източник на светлина и функционален фотопреобразувател (5).

Недостатък на метода и апарата е, че независимо от ускореното въртене на яйцата в инспекционната зона и възможността стационарният фотодетектор да сканира почти цялата им повърхност, не могат да се определят вътрешни белези на качеството, респективно преснотата.

Известен е и процес и апарат за автоматично изпитване на яйца за пукнатини или счупвания върху черупката им, при който яйцето се сканира с един фокусиран лазерен лъч, насочен перпендикулярно върху повърхността на въртящото се около оста си яйце, а като критерий за наличието на пукнатини или наранявания върху черупката служи нивото на измерената разсеяна и излъчена светлина от яйцето (6).

Недостатък на процеса и апарата е, че не се определят белези на преснотата и изпитването на яйцата не може да става в поток.

Общите недостатъци на известните решения се заключават в следното:

- Не се определят едновременно с едни и същи технически

Q средства или изобщо не се определят големината и местоположението на въздушната камера, формата, местоположението и подвижността на жълтъка, от които фактори се съди за преснотата на яйцата;

- Не се вземат предвид спектралните свойства на трите основни съставни части на яйцето - белтък, жълтък и черупка, поради което е трудно да се определят факторите за преснота на яйцата;

- Оцветеността на черупката на яйцето не се взема предвид, а това намалява точността на оценката на преснотата;

о

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде устройство и метод за идентификация на преснотата на яйца на принципа на сканирането им с фокусирани светлинни лъчи и точно определяне на големината и местоположението на въздушната камера, местоположението, целостта и подвижността на жълтъка, отчитайки оцветеността на черупката, с което се постига по-голяма точност, обективност и автоматизиране на процеса.

Задачата е решена чрез метод и устройство за изпълнение на метода, съгласно който яйцата се сканират последователно във времето с три монохроматични светлинни лъча, които се движат в успоредни равнини, едната от които минава през оста на въртене на яйцето, а другите две са разположени симетрично от двете й страни на определено разстояние от нея. Част от проникналата в яйцето светлина се разсейва, а друга част се излъчва от противоположната на падащите лъчи страна на яйцето. На всеки от трите сканиращи лъча съответствува отделен сигнал. Големината и местоположението на въздушната камера, С местоположението, целостта и подвижността на жълтъка се определят чрез големината и формата на сигналите - аналози на интензивността на разсеяната и излъчената светлина от трите сканиращи лъча.

Съгласно изобретението яйцата се поставят на конвейер в специални гнезда така, че извършват едновременно постъпателно и въртеливо движение около оста си. Трите монохроматични лъча се получават от източник на бяла светлина с колимираща, филтрираща, фокусираща и разделяща оптика. Същите се насочват към въртящо отражателно огледало и цилиндрична леща така, че при въртене на огледалото се направляват перпендикулярно на оста на въртене на яйцето, при което централният лъч се движи от единия до другия полюс на яйцето, описвайки един меридиан, а останалите два лъча описват криви, съответствуващи на сеченията на двете странични равнини с повърхността на яйцето. Светлината, проникваща в яйцето,се разсейва във вътрешността му, прониква извън черупката и интензивността на част от нея се измерва чрез обектив от линейно-матричен фотодетектор, който е синхронизиран с движението на падащите три лъча така, че сканира срещуположната на падащите лъчи страна на яйцето.

Преди започване на измерването на разсеяната и излъчената светлина от яйцето, то се осветява с втори източник на бяла светлина, а интензивността на отразената от черупката светлина се измерва с два фотодетектора, чувствителни съответно в жълтата Y и близката инфрачервена IR област от спектъра. Изчислява се съотношението Υ/IR на сигналите от фотодетекторите, което се използва за разпознаване цвета на черупката. Ако Y/IR>1, яйцето е с бяла черупка; ако Y/IR<1, яйцето е с кафява черупка. Когато яйцето е с бяла черупка, разделящата оптика изпраща сканиращи лъчи с дължина на вълната λ_Β в синята област от спектъра, а когато яйцето е с кафява черупка се изпращат лъчи с дължина на вълната λα в зелената област.

Когато вместо първия източник на светлина се използват два източника на лазерно лъчение с дължини на вълната съответно Хв и Xg, разделящата оптика изпраща съответното лъчение за сканиране на яйцата както по-горе - в зависимост от цвета на черупката им.

Когато вместо втория източник на бяла светлина за измерване отражаемостта на черупката се използват два светодиода, те излъчват съответно в жълтата Y и в инфрачервената IR област от спектъра.

Процесът на сканиране и измерване на разсеяната и излъчената светлина от яйцето се извършва непрекъснато, докато яйцето се завърти около оста си на ъгъл а>180°. При едно сканиране на яйцето от единия до другия му край с трите лъча се получават съответно три реализации на сигнала, съответствуващи на трите успоредни сканиращи лъча. Трите реализации се анализират поотделно и се съпоставят помежду си, в резултат На което се формира критерий за класификация на яйцата в /за7 висимост от степента на тяхната преснота.

Устройството за изпълнение на метода се състои от система за сканиращо осветяване на яйцата, носени от транспортиращия ги конвейер, съдържаща подвижен корпус с монтирани към него източник на бяла светлина и оптични елементи за колимиране, филтриране, фокусиране и разделяне на светлината на три лъча, въртящо отражателно огледало и цилиндрична леща за насочване на трите светлинни лъча перпендикулярно към оста на въртене на яйцата, датчик за синхронизация на осветяването и измерването, оптикоелектронни елементи за измерване цвета на черупката, линейно-матричен фотодетектор за сканиращо измерване на разсеяната и излъчената светлина и система за управление на процеса и класификация на яйцата, съдържаща компаратори и логически елементи, датчици за положението на корпуса спрямо движението на конвейера и микрокомпютър със съответната периферия.

Устройството се използва по следния начин:

Яйцата, поставени върху транспортиращия ги конвейер,се носят от него, като едновременно с това се въртят. Корпусът на устройството се установява над яйцето, движи се синхронно с него, докато то се завърти на ъгъл а>180° и се връща обратно за следващото яйце. В началото на правия съпровождащ яйцето ход на корпуса се измерва цветът на черупката и се превключва сканиращото лъчение със съответната дължина на вълната. След това трите светлинни лъча, насочвани от съответните технически средства сканират, редувайки се последователно във времето, повърхността на яйцата от единия до другия им край. Редуването на лъчите се осъществява, като на всеки нов оборот - нов работен ход на огледалото последователно се сменя подаваният лъч, или като трите лъча се редуват непрекъснато през времето на един работен ход. Излъчената от всяко яйце светлина, съответстваща на сканиращия го лъч, се измерва с фотодетектор, който сканира тясна лента от повърхността на яйцето синхронно с движението на падащите лъчи. От характеристиките на получените електрически сигнали се определя преснотата на яйцата.

Предимствата на метода са:

- Яйцата се сканират последователно във времето с три фокусирани светлинни лъча, които се движат в успоредни помежду си равнини, едната от които минава през оста на въртене на яйцето, а другите две са разположени симетрично от двете й страни. При едно сканиране на яйцето от единия до другия му край с трите лъча се получават съответно три сигнала. Това позволява след завъртане на яйцето на ъгъл а>180° да се определят големината и местоположението на въздушната камера, местоположението, подвижността и целостта на жълтъка и яйцата да се класифицират в зависимост от степента на тяхната преснота;

- Определяне на цвета на черупката и сканиране на яйцата с монохроматична светлина в съответствие със спектралните свойства на черупката, белтъка и жълтъка. Белите яйца се сканират с дължина на вълната в синята област от спектъра, а кафявите яйца - с дължина на вълната в зелената област. Това осигурява по-точно определяне на преснотата·,

- Инспектиране на яйца, движени постъпателно и едновременно въртени от ролков конвейер, при което оптикоелектронната система не пречи на движението на яйцата и върху тях не се упражнява допълнително механично въздействие.

Описание на приложените фигури

Фиг. 1 Схема на оптиката за получаване на три монохроматични лъча, за движение на трите монохроматични лъча, из9 мерване цвета на черупката и на фотодетектора за сканиращо измерване на излъчената от яйцето светлина:

фиг. 2 Аксонометричен чертеж на сканиращо осветяване на яйце с три лъча L1, L2, L3 и сканиращо измерване на излъчената от него светлина;

фиг. 3 Реализации на сигнали,съответствуващи на яйца с различно местоположение на въздушната камера и жълтъка.

Примери за изпълнение на изобретението

На фиг. 1 е показана система за сканиране на яйца 1, движени и едновременно въртени от традиционен ролков конвейер 2, която съдържа оптико-електронни елементи, закрепени неподвижно към корпус 3, извършващ възвратно-постъпателно движение синхронно с движението на яйцата. Системата се състои от източник на светлина 4, колиматор 5, светоделителна пластина 6, отражателно огледало 7, два интерференчни филтъра 8 и 9, пропускащи светлина съответно в синята λ_Β и зелената λθ области от спектъра, фокусираща оптика 10, светловоди 11, насочващи светлината към входовете на оптически превключвател 12, чийто изход е свързан с входа на оптически демултиплексор 13, съдържащ два оптически превключвателя, непоказани на чертежа. На изходите на демултиплексора се получават три светлинни лъча L1, L2, L3 във вид на импулси, редуващи се последователно във времето, които, фокусирани от оптика 14, са насочени към оста на въртене на отражателно огледало 15. Оста 16 на огледалото съвпада с фокусната линия на цилиндрична леща 17, в резултат на което лъчите L1, L2, L3 се движат успоредно един на друг и перпендикулярно към оста на въртене 18 на яйцето, като средният лъч L1 минава мислено през оста 18, сканира повърхността на яйцето от единия полюс до другия, описвайки меридиани върху неговата повърхност, а двата странични лъча L2 и L3, отстоящи от средния лъч на равни разстояния d, сканират повърхността, описвайки върху нея сложни криви, предопределени от формата на яйчната черупка. При всеки оборот на огледалото 15 яйцето се осветява само от един лъч, така че за три оборота то се сканира последователно от трите лъча L1, L2, L3. Редуването на лъчите се извършва от демултиплексора 13 по команда от управляващ микрокомпютър, непоказан на фиг. 1, кой11 то получава информация за положението на огледалото 15 от датчик на ъглово преместване 19. Разсеяната и излъчената светлина от яйцето се преобразува в електрически сигнал от линейно-матричен фотодетектор 20 с обектив 21, който е насочен към срещуположната на падащите лъчи страна на яйцето. Чувствителните фотоелементи на фотодетектора 20 се управляват от компютъра синхронизирано с движението на лъчите L1, 1-2 или L3 така, че детектират излъчената светлина само от оня участък на черупката, който в даден момент от сканирането се намира по протежение на падащия лъч. По този начин сканирането на яйцето се извършва както чрез падащата светлина L1, L2, L3, така и чрез възприетата светлина 22. Част от светлината, излъчвана от източника 4, чрез фокусираща леща 23, светловод 24 и оптически превключвател 25 се насочва към инспектираното яйце. Преди корпусът 3 да се позиционира върху яйцето, компютърът получава сигнал от датчик 26, включва оптическия превключвател 25 и част от повърхността на яйцето се осветява с бяла светлина. Отразената светлина през обектив 27, дихроично огледало 28 и филтри 29, се преобразува от фотодетектори 30 и 31, чувствителни съответно в жълтата и близката инфрачервена област от спектъра. Усилени от усилватели 32 и 33, електрическите сигнали се подават на компаратор 34, който изпраща логически сигнал към компютъра. Ако яйцето е бяло, на изхода на компаратора 34 се установява „1 “ и компютърът превключва оптическия превключвател 12 към синия филтър 8, ако яйцето е кафяво, сигналът от компаратора 34 е „0“ и компютърът включва оптичния превключвател 12 към зеления филтър 9. Цветовата граница на превключване на компаратора 34 се настройва с потенциометър 35. Когато движещият се в права посока корпус 3 се позиционира върху яйцето така, че средният лъч L1 минава през оста на въртене 18, датчик 36 изпраща „1“ към компютъра и към първия вход на логически елемент 37 - от вида 2И, давайки разрешение за започване на измервателния процес. Процесът започва обаче тогава, когато компютърът получи информация от датчика за ъглово преместване 19, че лъчите L1, L2, L3 се намират в началото на своя ход и на Изхода на логическия елемент 37, свързан с компютъра, се установява „1“. Това става в момента, когато един от трите лъча L1, L2 или L3 докосне черупката на яйцето и сигналът U от фотодетектора 20 превиши определено прагово ниво Up=const. U и Up се подават на двата входа на компаратор 38, който се превключва и изпраща „1 “ на втория вход на схема 37. Праговото ниво Up се настройва с потенциометър 39. Измерването на разсеяната и излъчената светлина от яйцето при последователното му сканиране от лъчите L1, L2, L3 се преустановява при всяко завъртане на огледалото 15, когато същите лъчи се придвижват в края на своя работен ход, информация за което се получава от датчика 19 и когато на изхода на схемата 37 се установи „0“ вследствие изпълнение на условието U<Up. Измервателният процес се преустановява_?след като яйцето се завърти на ъгъл а> 180° и датчикът 36 изпрати сигнал „0“ към компютъра, съобщавайки му, че корпусът 3 се връща назад за позициониране над следващото яйце.

Изводи 40, 41,42, 43 и 44 са свързани с цифрови входове, а изводи 45, 46,47 и 48 - с цифрови изходи на компютъра. Извод 49 е свързан към аналогов вход, чрез който компютърът получава сигналите от фотодетектора 20 в процеса на сканиране на яйцата. Сигналите се анализират по групи, като всяка група съдържа три реализации на сигнали, измерени при сканиране на яйцата съответно с трите лъча L1, L2 и L3. В резултат на анализа се определят големината и местоположението на въздушната камера, местоположението, подвижността и целостта на жълтъка, въз основа на което компютърът класифицира яйцата по степента на тяхната преснота и изпраща сигнали към познати технически средства за разделяне на яйцата от общия поток в две или повече фракции (фиг. 1).

На фиг. 2 в аксонометричен чертеж е показано сканиращото осветяване на яйце и синхронизираното с него сканиращо измерване на разсеяната и излъчената от яйцето светлина. С помощта на въртящото огледало 15 и цилиндричната леща 17 лъчите L1, L2, L3 се направляват винаги перпендикулярно на оста на въртене 18 на яйцето 1, описвайки криви 50, 51 и 52. Обективът 21 проектира долната част на яйцето върху чувствителните фотоелементи на линейния фотодетектор 20, които са синхронизирани с движението на лъчите L1, L2, L3.

На фиг.З са показани примери на сигналите гтц, т₂,1Л₃, съответствуващи на лъчите L1, L2, L3, които сканират яйца с раз лична преснота:

позиция а - прясно, качествено яйце, годно за консумация и възпроизводство;

позиция б - непрясно яйце, с голяма въздушна камера; позиция в - яйце с изместена от нормалното си положение въздушна камера;

позиции г, д, е - непресни яйца, със силно отместен и с нарушена цялост жълтък, негодни за консумация и възпроизводство.

Големината и формата на характерни участъци от тези сигнали се описват с помощта на математически формули, които се използват за обучение на разпознаващата система (компютър) и за класификация на яйцата по някои от познатите методи за разпознаване на образи.

Claims (6)

Патентни претенции

1. Метод за автоматично сортиране на яйца по преснота, свеждащ се до това, че най-малко един светлинен лъч с една или с различни дължини на вълните се насочва перпендикулярно към оста на симетрия на яйца, извършващи постъпателно и/или въртеливо движение около оста си и сканира тяхната повърхност, измерва се интензивността на разсеяната и излъчената от яйцата светлина и въз основа на тази интензивност яйцата се окачествяват или сортират

q. според дефекти по черупката, преснотата или наличието на кървави включвания, характеризиращ се с това, че яйцето се осветява с три фокусирани монохроматични лъча така, че средният лъч се движи в равнина, преминаваща през оста на въртене на яйцето, а останалите два лъча се движат в две равнини, успоредни на първата и отстоящи на равни разстояния от нея, трите лъча сканират повърхността на яйцето, редувайки се последователно във времето, измерва се синхронно с движението на лъчите разсеяната и излъчената светлина от срещуположните на падащите лъчи участъци от О черупката на яйцето, анализират се поотделно и се съпоставят помежду си формата и големината на трите реализации на сигналите, получени при сканирането на яйцето с всеки от трите лъча, определят се едновременно големината и местоположението на въздушната камера, местоположението, подвижността и целостта на жълтъка и въз основа на това яйцата се класифицират на два и повече класа в зависимост от степента на тяхната преснота.

2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че трите монохроматични лъча сканират повърхността на яйцето, движейки се от единия до другия му край, средният лъч опис15 ва меридиани, а другите два лъча описват криви, съответствуващи на сечението на двете странични равнини с повърхността на яйцето, при което на всеки работен ход на лъчите те се редуват така, че яйцето се сканира - осветява непрекъснато само от един лъч.

3. Метод съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че на всеки работен ход на лъчите яйцето се сканира - осветява едноверменно с три импулсни лъча така, че техните светлинни импулси се редуват във времето.

4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че се измерва цветът на черупката и в зависимост от това дали Черупката е бяла или кафява, яйцата се сканират с монохроматична светлина с дължина на вълната съответно в синята или в зелената области от спектъра.

5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че Сканирането на повърхността на яйцата се извършва едновременно както чрез падащия върху черупката светлинен лъч, така и чрез възприеманата от срещуположната страна на падащия лъч разсеяна и излъчена светлина.

6. Устройство за автоматично сортиране на яйца по преснота, за реализиране на метода съгласно претенции 1 - 4, състоящо се от ролков конвейер и система за сканиращо осветяване и измерване на пропуснатата и отразената от изследваните Яйца светлина, съдържаща последователно разположени и оптически свързани източници на светлина, филтрираща и фокусираща оптика, насочваща светлината върху черупката на яйцето, и фотодетектори за измерване на разсеяната и излъчената светлина и на отразената от черупката светлина , характеризиращо се с тоав, че системата за сканиращо осветяване и измерване на яйца (1), носени от ролков кон16 вейер (2)се състои от подвижен корпус (3) с фиксирани за него източник на светлина (4), колиматор (5), светоделителна пластина (6), отражателно огледало (7) и филтри (8) и (9), селективни съответно в зелената и синята област от спектъра, фокусираща оптика (10), светловоди (11) за връзка на светлината с оптически превключвател (12), оптически демултиплексор (13) за разделяне на светлинния поток на три лъча, колимираща/фокусираща оптика (14), въртящо се отражателно огледало (15), цилиндрична леща (17) за насочване на лъчите перпендикулярно към оста на яйцето, датчик за ъглово преместване (19) на въртящото се отражателно огледало, линейно-матричен фотодетектор (20) и обектив (21) на същия фотодетектор, оптика (23) и светловод (24), свързани с оптически превключвател (25), датчици (26) и (36) за позициониране на корпуса (3), дихроично огледало (28) и филтри за селективно разделяне на светлината във видимата и близката инфрачервена област (29) и оптически свързани с тях фотодетектори (30) и (31), усилватели на фототок (32) и (33), чиито входове са свързани съответно с фотодетекторите (30) и (31), а изходите им са свързани с двата входа на компаратор (34), логическа схема (37), чиито входове са свързани с изходите на датчика (36) и на компаратора (38), единиягвход на който е свързан с изхода на фотодетектора (20), а другия - с потенциометър (39), електрически изводи (40), (41), (42), (43), (44), (45), (46), (47), (48) и (49) за връзка на системата с компютъра.

Приложение: 3 фигури