BR112018075438B1 - DEVICE AND METHOD FOR CLASSIFYING GRAINS - Google Patents

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Juan Rodrigo Sanz Uribe
Paula Jimena Ramos Giraldo
Juan Mateo Castrillon Cuervo
John Alejandro Ríos González
Daniel Aristizabal Arias
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Federación Nacional De Cafeteros De Colombia
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Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo e método para classificar grãos, por exemplo, grãos de café. O dispositivo é caracterizado por um mecanismo alimentador de grãos; um mecanismo de acomodação de grãos conectado ao mecanismo alimentador de grãos; um sistema eletrônico visualizador de grãos operacionalmente disposto no mecanismo de acomodação de grãos; um mecanismo de expulsão de grãos conectado à saída do mecanismo de acomodação de grãos; onde o sistema eletrônico visualizador de grãos possui uma unidade central de processamento que implementa métodos para classificar os grãos. E o método é caracterizado pelas seguintes etapas: (a) obter a imagem digital do grão; (b) armazenar os componentes RGB da imagem obtida na etapa (a); (c) realizar um histograma para cada componente calorimétrico e de luminosidade do histograma da etapa (b); (d) determinar o ponto de limite de acordo com o método de Otsu; (e) obter uma imagem binária; (f) remover áreas; (g) obter as bordas; (h) obter os vetores correspondentes aos grãos; (i) identificar grãos pretos; (j) identificar os grãos com defeito de fermentação e imaturos; (k) identificar os grãos com dano mecânico, e; (l) acionar um mecanismo de expulsão de grãos acionando atuadores para grãos pretos, atuadores para (...).The present invention relates to a device and method for classifying grains, for example coffee beans. The device is characterized by a grain feeder mechanism; a grain accommodation mechanism connected to the grain feeder mechanism; an electronic grain viewer system operatively disposed in the grain accommodation mechanism; a grain expulsion mechanism connected to the outlet of the grain accommodation mechanism; where the electronic grain viewer system has a central processing unit that implements methods to classify the grains. And the method is characterized by the following steps: (a) obtain the digital image of the grain; (b) store the RGB components of the image obtained in step (a); (c) create a histogram for each calorimetric and luminosity component of the histogram from step (b); (d) determine the limit point according to the Otsu method; (e) obtain a binary image; (f) remove areas; (g) get the edges; (h) obtain the vectors corresponding to the grains; (i) identify black grains; (j) identify grains with fermentation defects and immature grains; (k) identify grains with mechanical damage, and; (l) activate a grain expulsion mechanism by activating actuators for black grains, actuators for (...).

Description

Campo da InvençãoField of Invention

[0001] A presente invenção refere-se a dispositivos para a classificação de grãos, especialmente grãos de café lavados.[0001] The present invention relates to devices for classifying beans, especially washed coffee beans.

Descrição da TécnicaDescription of the Technique

[0002] A classificação de produtos agrícolas resulta no fornecimento de uma maior qualidade, os quais são comprados e adquiridos a preços mais altos. O mercado para grãos de café de especialidade, aqueles de maior valor devido às suas características únicas, é um bom exemplo do acima mencionado. Embora existam máquinas para o processamento de café que selecionam produtos de excelente qualidade, há um tipo de grão de café que não pode ser removido por intermédio dos processos tradicionais, aqueles grãos que são ligeiramente afetados pela broca de café (Coffee Berry Borer = CBB).[0002] The classification of agricultural products results in the provision of a higher quality, which are purchased and acquired at higher prices. The market for specialty coffee beans, those with higher value due to their unique characteristics, is a good example of the above. Although there are coffee processing machines that select excellent quality products, there is a type of coffee bean that cannot be removed through traditional processes, those beans that are slightly affected by the coffee borer (Coffee Berry Borer = CBB) .

[0003] A broca de café (Hypothenemushampei) é a praga mais agressiva nas plantações de café na Colômbia, causando um dano econômico enorme para os plantadores e produtores de café devido ao declínio na sua qualidade. Considerando que os grãos de café que foram ligeiramente afetados por esta praga são difíceis de serem removidos a partir da colheita principal durante o processamento do café e antes da exportação, a presente invenção propõe uma alternativa para remover grãos de café afetados pela broca de café e grãos com endosperma deficiente, durante o processo de umedecimento, com o objetivo de fornecer aos plantadores de café a oportunidade de conseguir uma remuneração mais alta pela produção de um café de maior qualidade e proporcionar um material bruto com maior qualidade para os exportadores.[0003] The coffee borer (Hypothenemusampei) is the most aggressive pest on coffee plantations in Colombia, causing enormous economic damage to coffee planters and producers due to the decline in its quality. Considering that coffee beans that have been slightly affected by this pest are difficult to be removed from the main crop during coffee processing and before export, the present invention proposes an alternative to remove coffee beans affected by the coffee borer and beans with deficient endosperm, during the moistening process, with the aim of providing coffee growers with the opportunity to obtain a higher remuneration for producing higher quality coffee and providing a higher quality raw material for exporters.

[0004] Existem patentes para sistemas que usam técnicas de visão via computador para identificar e separar objetos que possuem características diferentes de outros. Similarmente, existem vários exemplos na indústria da agricultura de máquinas que usam essas técnicas para classificar produtos agrícolas. Todas essas tecnologias têm um condicionador de material bruto, um alimentador, um sistema de análise de objeto, e um sistema de remoção que responde a comandos enviados por intermédio do sistema de análise.[0004] There are patents for systems that use computer vision techniques to identify and separate objects that have different characteristics from others. Similarly, there are several examples in the agriculture industry of machines using these techniques to classify agricultural products. All of these technologies have a raw material conditioner, a feeder, an object analysis system, and a removal system that responds to commands sent through the analysis system.

[0005] Na técnica anterior, existem sistemas nos quais uma análise de imagem digital é usada para a tomada de decisões para determinar se o produto agrícola é aceitável ou não, os quais incluem sistemas de ejeção para remover os grãos com qualidade variável a partir do fluxo principal, tal como as patentes norte-americanas Nos. US 4,203,522, US 4,513,868, US 4,630,736, US 4,699,273, US 5,538,142, US 6,191,859 e US 5,135,114. Todavia, o método usado nos produtos analisados com o objetivo de determinar se ou não os mesmos são aceitáveis varia a partir de produto para produto.[0005] In the prior art, there are systems in which digital image analysis is used for decision making to determine whether the agricultural product is acceptable or not, which include ejection systems to remove grains of varying quality from the main stream, such as US Patent Nos. US 4,203,522, US 4,513,868, US 4,630,736, US 4,699,273, US 5,538,142, US 6,191,859 and US 5,135,114. However, the method used in the products analyzed in order to determine whether or not they are acceptable varies from product to product.

[0006] Algumas marcas de máquinas para selecionar produtos agrícolas disponíveis no mercado são: Weco, Cimbria, Sortex, Spectrum, Hongshi, Angelon, Isort, ABD, Really, Aslanjixie, ZRWS, SKS, JietaiZhineng, WB, WY, S-Precision, Xeltron, Delta, entre outras. Essas máquinas manuseiam materiais brutos secos e semisecos, diferentes da máquina de acordo com a presente invenção, a qual classifica um produto completamente úmido. O café neste estado tem uma umidade média de 53% de base úmida, e tem uma película de água sobre a sua superfície.[0006] Some brands of machines for selecting agricultural products available on the market are: Weco, Cimbria, Sortex, Spectrum, Hongshi, Angelon, Isort, ABD, Really, Aslanjixie, ZRWS, SKS, JietaiZhineng, WB, WY, S-Precision, Xeltron, Delta, among others. These machines handle dry and semi-dry raw materials, different from the machine according to the present invention, which classifies a completely wet product. Coffee in this state has an average humidity of 53% on a wet basis, and has a film of water on its surface.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

[0007] A presente invenção refere-se a um dispositivo e a um método para a classificação de grãos. O dispositivo contém um mecanismo para alimentação dos grãos, um mecanismo que posiciona grãos, o qual em uma realização da invenção posiciona os grãos com a parte plana para cima, um sistema de visão eletrônico de grão e um mecanismo de ejeção pneumático.[0007] The present invention relates to a device and a method for classifying grains. The device contains a grain feeding mechanism, a grain positioning mechanism, which in one embodiment of the invention positions the grains flat side up, an electronic grain vision system and a pneumatic ejection mechanism.

[0008] Em uma realização da invenção, os grãos a ser classificados são grãos de café lavados.[0008] In one embodiment of the invention, the beans to be classified are washed coffee beans.

[0009] O método da presente invenção é um método para a classificação de grãos caracterizado pelas seguintes etapas:[0009] The method of the present invention is a method for classifying grains characterized by the following steps:

[0010] a. obter uma imagem digital do grão;[0010] a. obtain a digital image of the grain;

[0011] b. armazenar os componentes RGB da imagem obtida na etapa (a);[0011] b. store the RGB components of the image obtained in step (a);

[0012] c. criar um histograma para cada um dos componentes calorimétrico e de luminosidade do histograma da etapa (b);[0012] c. create a histogram for each of the calorimetric and luminosity components of the histogram from step (b);

[0013] d. determinar o ponto de limite, de acordo com o método de Otsu;[0013] d. determine the limit point, according to the Otsu method;

[0014] e. obter uma imagem binária;[0014] e. obtain a binary image;

[0015] f. remover áreas da imagem binária;[0015] f. remove areas of the binary image;

[0016] g. determinar os limites da imagem binária;[0016] g. determine the limits of the binary image;

[0017] h. obter os vetores correspondentes aos grãos;[0017] h. obtain the vectors corresponding to the grains;

[0018] i. identificar os grãos pretos;[0018] i. identify black grains;

[0019]j. identificar os grãos com defeito de fermentação e imaturos;[0019]j. identify grains with fermentation defects and immature grains;

[0020] k. identificar os grãos com danos mecânicos; e[0020] k. identify grains with mechanical damage; It is

[0021] l. acionar um mecanismo de expulsão de grãos pelo acionamento de atuadores para grãos pretos, atuadores para grãos com defeito de fermentação e imaturos e atuadores para grãos com danos mecânicos[0021] l. activate a grain expulsion mechanism by activating actuators for black grains, actuators for grains with fermentation defects and immature grains and actuators for grains with mechanical damage

[0022] Uma realização da invenção corresponde a um dispositivo para a classificação de grãos de café caracterizado por:[0022] An embodiment of the invention corresponds to a device for classifying coffee beans characterized by:

[0023] (i) um mecanismo de alimentação (ver as Figuras 1 e 5) consistindo de uma tremonha (1) com hastes longitudinais que impedem a formação de estruturas que possam bloquear um fluxo contínuo de grãos de café; um tambor rotativo tendo uma superfície lisa (2) que adiciona energia para continuamente alimentar os grãos de café lavados e um raspador (3) (ver as Figuras 2 e 4) de nylon estirado para soltar os grãos que possam ficar presos à superfície do tambor rotativo. Em uma realização da invenção, o mecanismo de alimentação proporciona um fluxo contínuo de grãos de café lavados para o sistema.[0023] (i) a feeding mechanism (see Figures 1 and 5) consisting of a hopper (1) with longitudinal rods that prevent the formation of structures that could block a continuous flow of coffee beans; a rotating drum having a smooth surface (2) that adds energy to continuously feed the washed coffee beans and a scraper (3) (see Figures 2 and 4) of stretched nylon to loosen the beans that may be stuck to the surface of the drum rotary. In one embodiment of the invention, the feeding mechanism provides a continuous flow of washed coffee beans into the system.

[0024] (ii) um mecanismo de posicionamento de grãos (ver as Figuras 6 e 7), que posiciona os grãos de café lavados com sua superfície plana para cima, consistindo de um outro tambor rotativo (4) de maior diâmetro tendo uma superfície lisa sobre a qual os grãos de café lavados são alimentados para um alojamento (5) tendo um misturador (6). Os grãos são posicionados com o lado plano para cima (10) ou para baixo (9), estes últimos sendo mantidos sobre as superfícies (9) por intermédio das forças adesivas e coesivas da água. O tambor também tem um raspador (7) de nylon estirado o qual solta os grãos que possam ter ficado presos pelo descarregá-los suavemente por sobre uma correia transportadora (8) horizontal que se desloca a uma velocidade ligeiramente mais rápida, com o lado plano para cima. O mecanismo de posicionamento que posiciona os grãos de café com o lado plano para cima realiza esta função eficientemente.[0024] (ii) a grain positioning mechanism (see Figures 6 and 7), which positions the washed coffee beans with their flat surface upwards, consisting of another rotating drum (4) of larger diameter having a surface smooth surface on which the washed coffee beans are fed to a housing (5) having a mixer (6). The grains are positioned with the flat side up (10) or down (9), the latter being maintained on the surfaces (9) through the adhesive and cohesive forces of the water. The drum also has a stretched nylon scraper (7) which loosens grains that may have become stuck by gently discharging them onto a horizontal conveyor belt (8) that moves at a slightly faster speed, with the flat side up. The positioning mechanism that positions the coffee beans flat side up performs this function efficiently.

[0025] (iii) com referência as Figuras 3 e 9, um sistema de visão eletrônico de grão consistindo de uma câmera CCD (12), uma cúpula de inspeção (11), uma unidade de iluminação e uma unidade de processamento central, a qual pode ser um computador ou um mecanismo embutido (autônomo) no qual são realizadas as análises e são tomadas as decisões com relação à qualidade dos grãos de café lavados.[0025] (iii) with reference to Figures 3 and 9, an electronic grain vision system consisting of a CCD camera (12), an inspection dome (11), an illumination unit and a central processing unit, the which can be a computer or an embedded (autonomous) mechanism in which analyzes are carried out and decisions are made regarding the quality of the washed coffee beans.

[0026] Em uma realização da invenção, o mecanismo de iluminação do sistema de visão eletrônico de grão consiste de LEDs de alta intensidade. A unidade de processamento central processa um método para identificar os grãos que são selecionados a partir do grupo que consiste de grãos afetados por CBB, grãos pretonegros, grãos com danos mecânicos, grãos não maduros e grãos fermentados.[0026] In one embodiment of the invention, the lighting mechanism of the electronic grain vision system consists of high-intensity LEDs. The central processing unit processes a method to identify grains that are selected from the group consisting of CBB-affected grains, black-black grains, mechanically damaged grains, unripe grains and fermented grains.

[0027] Com referência às Figuras 8 e 9, em uma realização da invenção o mecanismo de posicionamento de grão é um mecanismo de ejeção pneumático consistindo de 10 eletroválvulas pneumáticas que geram jatos de ar capazes de ejetar os grãos de café defeituosos a partir do fluxo principal.[0027] With reference to Figures 8 and 9, in one embodiment of the invention the bean positioning mechanism is a pneumatic ejection mechanism consisting of 10 pneumatic electrovalves that generate jets of air capable of ejecting defective coffee beans from the flow main.

[0028] O dispositivo de acordo com a presente invenção contém um mecanismo que alimenta os grãos de café lavados, um mecanismo que posiciona os grãos de café com o lado plano para cima, um mecanismo eletrônico que identifica os grãos defeituosos e um mecanismo de ejeção pneumático.[0028] The device according to the present invention contains a mechanism that feeds the washed coffee beans, a mechanism that positions the coffee beans with the flat side up, an electronic mechanism that identifies defective beans and an ejection mechanism pneumatic.

[0029] Normalmente, os grãos de café têm um lado plano e um lado convexo e devem passar através do mecanismo de identificação com o lado plano para cima, porque este é o lado através do qual a broca de café penetra no grão e no qual o dano é visível.[0029] Typically, coffee beans have a flat side and a convex side and must pass through the identification mechanism with the flat side up, because this is the side through which the coffee bur penetrates the bean and on which the damage is visible.

[0030] Uma das características técnicas da presente invenção consiste em levar vantagem do fato que o pergaminho (endocarpo) do grão é translúcido e fixado à semente (endosperma) quando o grão está totalmente úmido, o que significa que defeitos tais como pequenos orifícios feitos pela broca de café, ou sementes com uma coloração fora do comum, mostram um maior contraste e área aparente em uma só olhada, num relance (visível). Uma vez que o café entra no processo de secagem, o endocarpo se torna opaco e deixa de ser translúcidos, razão pela qual é muito difícil identificar e extrair os grãos de café que tenham sido ligeiramente afetados por intermédio da broca de café.[0030] One of the technical features of the present invention consists in taking advantage of the fact that the parchment (endocarp) of the grain is translucent and attached to the seed (endosperm) when the grain is fully moist, which means that defects such as small holes made by coffee borer, or seeds with an unusual color, show greater contrast and apparent area at a glance, at a glance (visible). Once the coffee enters the drying process, the endocarp becomes opaque and stops being translucent, which is why it is very difficult to identify and extract coffee beans that have been slightly affected by the coffee drill.

[0031] Estes mecanismos são descritos em detalhes aqui a seguir.[0031] These mechanisms are described in detail below.

[0032] Mecanismo de Alimentação:[0032] Feeding Mechanism:

[0033] A dosagem dos grãos de café lavados é realizada por um cilindro rotativo localizado abaixo da tremonha receptora principal da máquina, cuja rotação move os grãos em direção a um lado, criando assim um fluxo descendente. Este mecanismo possui um raspador que libera os grãos que possam ficar presos à superfície do cilindro rotativo devido às forças adesivas e coesivas da água. Em uma realização da invenção, o raspador desenvolvido para este propósito consiste de um fio de nylon com 0,5 mm de diâmetro, longitudinalmente estirado entre duas estruturas laterais, que tocam o cilindro sem colocar resistência significativa sobre seu movimento. No caso do mecanismo de dosagem, o fluxo depende da velocidade angular do cilindro e da distância entre o fluxo de saída da tremonha e do cilindro. Uma maior velocidade angular resulta em uma maior alimentação, e maiores alturas resultam em uma maior alimentação.[0033] The dosage of washed coffee beans is carried out by a rotating cylinder located below the machine's main receiving hopper, whose rotation moves the beans towards one side, thus creating a downward flow. This mechanism has a scraper that releases grains that may be stuck to the surface of the rotating cylinder due to the adhesive and cohesive forces of the water. In one embodiment of the invention, the scraper developed for this purpose consists of a 0.5 mm diameter nylon thread, stretched longitudinally between two lateral structures, which touch the cylinder without placing significant resistance on its movement. In the case of the dosing mechanism, the flow depends on the angular velocity of the cylinder and the distance between the exit flow of the hopper and the cylinder. Greater angular velocity results in greater feed, and greater heights result in greater feed.

[0034] As Figuras 1 e 2 mostram em detalhes o mecanismo de dosagem e suas partes, a tremonha principal (I), o cilindro rotativo (2) e o raspador de fio de nylon (3). As paredes da tremonha principal da máquina são formadas com hastes longitudinais que impedem que os grãos de café lavados possam ficar aderidos às superfícies e formem pontes que mais tarde possam bloquear o fluxo contínuo de grãos de café.[0034] Figures 1 and 2 show in detail the dosing mechanism and its parts, the main hopper (I), the rotating cylinder (2) and the nylon thread scraper (3). The walls of the machine's main hopper are formed with longitudinal rods that prevent the washed coffee beans from adhering to surfaces and forming bridges that can later block the continuous flow of coffee beans.

[0035] Mecanismo de Posicionamento de Café:[0035] Coffee Positioning Mechanism:

[0036] Uma vez que a massa de grãos de café esteja sendo constantemente alimentada, a mesma passa por um mecanismo que posiciona os grãos com o lado plano para cima. Como os grãos de café contêm água em sua superfície, referido mecanismo de posicionamento de café usa os princípios de forças de adesão e de coesão de fluidos em relação as várias superfícies. Assim sendo, quando um grão de café lavado é posicionado com o seu lado plano sobre uma superfície lisa, há uma grande probabilidade que o mesmo se fixará a superfície devido as forças adesivas e coesivas da água entre a superfície e a camada exterior do grão. Se o grão de café lavado é posicionado com a sua face convexa sobre a mesma superfície lisa, a força adesiva e coesiva da água não seria tão forte para ali mantê- lo, porque essas forças dependem da área de contato.[0036] Once the mass of coffee beans is constantly being fed, it passes through a mechanism that positions the beans with the flat side up. As coffee beans contain water on their surface, this coffee positioning mechanism uses the principles of adhesion forces and fluid cohesion in relation to various surfaces. Therefore, when a washed coffee bean is positioned with its flat side on a smooth surface, there is a high probability that it will stick to the surface due to the adhesive and cohesive forces of the water between the surface and the outer layer of the bean. If the washed coffee bean is positioned with its convex face on the same smooth surface, the adhesive and cohesive force of the water would not be strong enough to keep it there, because these forces depend on the contact area.

[0037] Com referência às Figuras 2, 6 e 7, o mecanismo de posicionamento de grão, por exemplo, para posicionar os grãos de café virados para cima, (Figura 2) consiste de um tambor rotativo (4), com 40 cm de diâmetro, com uma superfície lisa, que tem uma velocidade tangencial de 0,35 m/s. O café lavado flui a partir do mecanismo de alimentação para um alojamento (5), similar a uma tremonha, a qual compreende um mecanismo de mistura (6) para quebrar qualquer estrutura de grãos que possa bloquear o fluxo.[0037] With reference to Figures 2, 6 and 7, the bean positioning mechanism, for example, for positioning coffee beans facing upwards, (Figure 2) consists of a rotating drum (4), 40 cm in diameter. diameter, with a smooth surface, which has a tangential speed of 0.35 m/s. The washed coffee flows from the feeding mechanism to a housing (5), similar to a hopper, which comprises a mixing mechanism (6) to break up any grain structure that may block the flow.

[0038] Com referência às Figuras 2 e 7, os grãos que ficam aderidos continuam a girar com o tambor (9) ao passo que os grãos com a sua superfície convexa de frente em um sentido para dentro não se fixam e caem livremente (10) quando os mesmos atingem o ponto ortogonal de 180° sobre o tambor a partir da Figura 2.[0038] With reference to Figures 2 and 7, the grains that remain adhered continue to rotate with the drum (9) while the grains with their convex surface facing inwards do not stay fixed and fall freely (10 ) when they reach the 180° orthogonal point on the drum from Figure 2.

[0039] Em uma realização da invenção, o tambor tem um raspador de fio de nylon, 0.5 mm de diâmetro (7), posicionado a 270° sobre o cilindro da Figura 2, o qual quebra a película de água dos grãos e os destaca. Apenas sob o ponto ortogonal de 270° há uma correia transportadora (8), com uma velocidade linear (0,38 m/s) ligeiramente mais rápida que a velocidade tangencial do tambor, com o objetivo de receber os grãos posicionados com o lado plano para cima e transportá-los.[0039] In one embodiment of the invention, the drum has a nylon thread scraper, 0.5 mm in diameter (7), positioned at 270° on the cylinder of Figure 2, which breaks the water film on the grains and detaches them. . Just under the orthogonal point of 270° there is a conveyor belt (8), with a linear speed (0.38 m/s) slightly faster than the tangential speed of the drum, with the aim of receiving the grains positioned with the flat side up and transport them.

[0040] Com referência às Figuras 6 e 7, a distância entre a correia transportadora e o cilindro é ligeiramente maior que a espessura de um grão (entre 8 e 10 mm).[0040] With reference to Figures 6 and 7, the distance between the conveyor belt and the cylinder is slightly greater than the thickness of a grain (between 8 and 10 mm).

[0041] O mecanismo de posicionamento que posiciona os grãos de café com o lado plano para cima desempenha esta função de forma altamente eficiente. Os grãos de café que não se fixam e caem livremente no ponto de 180° do cilindro, são principalmente grãos de café que não têm um formato planar - convexo, tal como grãos de triângulo ou de ervilha. A pequena quantidade de grãos aceitáveis que caem neste ponto é reprocessada porque um balde elevatório os retorna para a tremonha principal.[0041] The positioning mechanism that positions the coffee beans with the flat side up performs this function highly efficiently. Coffee beans that do not settle and fall freely at the 180° point of the cylinder are mainly coffee beans that do not have a planar - convex shape, such as triangle or pea beans. The small amount of acceptable grain that falls at this point is reprocessed because a lifting bucket returns it to the main hopper.

[0042] O mecanismo tem uma variedade de fixações flexíveis que organizam e guiam os grãos em fileiras de tal maneira que os grãos não ficam empilhados uns sobre os outros.[0042] The mechanism has a variety of flexible attachments that organize and guide the grains into rows in such a way that the grains are not stacked on top of each other.

[0043] Sistema Eletrônico de Visão de Grão:[0043] Electronic Grain Vision System:

[0044] Com referência às Figuras 3 e 4, uma vez que os grãos são posicionados sobre a correia transportadora de uma maneira organizada e com o lado plano voltado para cima, os mesmos passam sob uma cúpula de inspeção (11) compreendendo um mecanismo de iluminação com LEDs de alta intensidade e uma câmera digital CCD (12) conforme é aqui mostrado na Figura 3. Uma unidade de processamento central analisa as imagens capturadas por intermédio da câmera com o objetivo de determinar quais grãos são aceitáveis, quais são defeituosos e onde os mesmos estão localizados sobre a correia transportadora, com o objetivo de ejetá-los mais tarde.[0044] With reference to Figures 3 and 4, once the grains are positioned on the conveyor belt in an organized manner and with the flat side facing upwards, they pass under an inspection dome (11) comprising a mechanism for lighting with high intensity LEDs and a CCD digital camera (12) as shown here in Figure 3. A central processing unit analyzes the images captured through the camera with the aim of determining which grains are acceptable, which are defective and where they are located on the conveyor belt, with the aim of ejecting them later.

[0045] A unidade central de processamento possui uma série de métodos que segmenta e classifica os grãos em categorias, por exemplo: grãos aceitáveis, grãos afetados por intermédio de CBB, grãos não maduros, grãos fermentados, grãos preto- negros e grãos com danos mecânicos.[0045] The central processing unit has a series of methods that segment and classify grains into categories, for example: acceptable grains, grains affected by CBB, unripe grains, fermented grains, black grains and damaged grains mechanics.

[0046] Para a segmentação de grãos, um pano de fundo contrastante azul é utilizado. Uma calibragem é necessária antes da operação da máquina, durante a qual os valores a serem extraídos do pano de fundo são determinados por intermédio de uma definição de limites dinâmica.[0046] For grain segmentation, a blue contrasting backdrop is used. A calibration is required before machine operation, during which the values to be extracted from the background are determined via dynamic limit setting.

[0047] Método 1 - Descrição das Etapas[0047] Method 1 - Description of Steps

[0048] 1. Obter imagem digital[0048] 1. Obtain digital image

[0049] 2. Armazenar os componentes de RGB[0049] 2. Store RGB components

[0050] 3. Representar a imagem em outros espaços de cor[0050] 3. Represent the image in other color spaces

[0051] 4. Criar um histograma para cada um dos componentes colorimétricos e de brilho[0051] 4. Create a histogram for each of the colorimetric and brightness components

[0052] 5. Determinar o ponto de limite de acordo com o Método de Otsu (1979) do componente selecionado.[0052] 5. Determine the limit point according to the Otsu Method (1979) of the selected component.

[0053] 6. Obter imagem binária[0053] 6. Get binary image

[0054] 7. Remover pequenas áreas[0054] 7. Remove small areas

[0055] 8. Obter o limite usando, por exemplo, o filtro de LoG (Computer and Machine Vision, Davies, 2012; Digital Image Processing, Gonzales and Woods, 2008)[0055] 8. Obtain the threshold using, for example, the LoG filter (Computer and Machine Vision, Davies, 2012; Digital Image Processing, Gonzales and Woods, 2008)

[0056] 9. Obter os vetores que correspondem aos grãos[0056] 9. Obtain the vectors that correspond to the grains

[0057] Para obter a classe “grãos preto-negros”, o seguinte método é usado:[0057] To obtain the class “black-black grains”, the following method is used:

[0058] Método 2 - Descrição das Etapas[0058] Method 2 - Description of Steps

[0059] 1. Média dos componentes de RGB para cada um dos pixels de imagem, isto é, calcular a imagem em escala de cinza.[0059] 1. Average of the RGB components for each of the image pixels, that is, calculate the grayscale image.

[0060] 2. Extrair a média de intensidade para a informação de cada um dos grãos segmentados.[0060] 2. Extract the average intensity for the information of each of the segmented grains.

[0061] 3. Se a intensidade media é menor do que 80, o grão correspondente é preto/negro.[0061] 3. If the average intensity is less than 80, the corresponding grain is black/black.

[0062] 4. Engajar o mecanismo de ejeção de grão.[0062] 4. Engage the grain ejection mechanism.

[0063] Por exemplo, para identificar um "feijão não maduro" e um "feijão fermentado", um gráfico de dispersão da informação de intensidade média verde e azul sobre o plano Cartesiano GB (verde-azul do espaço de cor RGB) que é usado para um segmento central que inclui a parte dividida de cada um dos grãos. A Figura 10 mostra o gráfico de dispersão. A linha reta com uma inclinação de 0.71 separa os grãos saudáveis a partir dos grãos defeituosos e grãos fermentados. O método desenvolvido para este propósito é conforme aqui abaixo a seguir:[0063] For example, to identify an "unripe bean" and a "fermented bean", a scatterplot of green and blue average intensity information on the GB Cartesian plane (green-blue of the RGB color space) which is used for a central segment that includes the divided part of each of the grains. Figure 10 shows the scatterplot. A straight line with a slope of 0.71 separates healthy grains from defective grains and fermented grains. The method developed for this purpose is as follows:

[0064] Método 3. Identificação de grãos defeituosos, fermentados e grãos não maduros[0064] Method 3. Identification of defective, fermented and unripe grains

[0065] 1. Ajustar o vetor do grão segmentado para uma elipse e descobrir/ encontrar o eixo menor e o eixo maior.[0065] 1. Adjust the segmented grain vector to an ellipse and discover/find the minor axis and the major axis.

[0066] 2. Usar o eixo maior como a base e extrair uma tira longitudinal que é 1/3 da largura do eixo menor[0066] 2. Use the long axis as the base and extract a longitudinal strip that is 1/3 the width of the short axis

[0067] 3. Obter a media G e B de intensidade da tira a partir de cada um dos grãos[0067] 3. Obtain the average G and B intensity of the strip from each of the grains

[0068] 4. Se a inclinação B/G é menor do que 0.71, o grão correspondente é defeituoso devido a fermentação ou carece amadurecimento.[0068] 4. If the B/G slope is less than 0.71, the corresponding grain is defective due to fermentation or lacks ripening.

[0069] 5. Engajar o mecanismo de ejeção de grão.[0069] 5. Engage the grain ejection mechanism.

[0070] Uma vez que o besouro da broca de café perfura um orifício com um diâmetro médio de 1.23 mm, o seguinte algoritmo é usado para identificar grãos que tenham sido danificados por intermédio de insetos:[0070] Since the coffee borer beetle drills a hole with an average diameter of 1.23 mm, the following algorithm is used to identify beans that have been damaged by insects:

[0071] Método 4. Identificação de grãos afetados por intermédio do besouro de broca de café[0071] Method 4. Identification of affected beans using the coffee borer beetle

[0072] 1. Tomar a matriz de cada um dos grãos[0072] 1. Take the matrix of each of the grains

[0073] 2. Mover uma máscara de pixel de 5x5 em uma maneira ordenada[0073] 2. Move a 5x5 pixel mask in an orderly manner

[0074] 3. Se a máscara combinar com uma área com uma intensidade de cinza menor do que 50 (escuro) consideram-se como sendo um grão de café lavado afetado por um inseto.[0074] 3. If the mask matches an area with a gray intensity lower than 50 (dark) it is considered to be a washed coffee bean affected by an insect.

[0075] 4. Engajar o mecanismo de ejeção de grão[0075] 4. Engage the grain ejection mechanism

[0076] Grãos com danos mecânicos usualmente tem um formato incompleto. Para determinar quais grãos têm esses defeitos, uma elipse é ajustada e a integridade do formato é determinada conforme é aqui mostrado no seguinte algoritmo:[0076] Grains with mechanical damage usually have an incomplete shape. To determine which grains have these defects, an ellipse is fitted and the integrity of the shape is determined as shown here in the following algorithm:

[0077] Método 5. Identificação de grãos com danos mecânicos[0077] Method 5. Identification of grains with mechanical damage

[0078] 1. Ajustar o vetor do grão segmentado a uma elipse.[0078] 1. Adjust the segmented grain vector to an ellipse.

[0079] 2. Determinar a área da elipse[0079] 2. Determine the area of the ellipse

[0080] 3. Determinar a área do grão[0080] 3. Determine the grain area

[0081] 4. Obter a razão das áreas[0081] 4. Obtain the area ratio

[0082] 5. Se a razão das áreas é menor do que 80%, o grão correspondente é considerado como tendo danos mecânicos.[0082] 5. If the area ratio is less than 80%, the corresponding grain is considered to have mechanical damage.

[0083] 6. Engajar o mecanismo de ejeção de grãos[0083] 6. Engage the grain ejection mechanism

[0084] Os métodos têm uma eficácia de identificação de 90%.[0084] The methods have an identification efficiency of 90%.

[0085] Mecanismo de ejeção de grãos:[0085] Grain ejection mechanism:

[0086] Com referência às Figuras 8 e 9, como um resultado do aqui acima mencionado processo, a unidade de processamento central envia sinais de ativação digitais (liga/desliga) para as eletroválvulas dos ejetores. As correntes de ar produzidas ejetam os grãos defeituosos a partir do fluxo principal[0086] With reference to Figures 8 and 9, as a result of the aforementioned process herein, the central processing unit sends digital activation signals (on/off) to the ejector solenoid valves. The air currents produced eject the defective grains from the main flow

[0087] Em uma realização da invenção, os grãos de café lavados são classificados em cinco tipos de grãos defeituosos: grãos de café afetados por CBB, grãos de café preto-negros, grãos de café não maduros, grãos de café fermentados, e grãos de café mecanicamente danificados. Deve ser subentendido que a presente invenção não está limitada às realizações aqui descritas e ilustradas, uma vez que seria óbvio para um indivíduo com especialização na técnica que há possíveis variações e modificações que não desviam a partir do espírito da invenção, as quais são apenas definidas pelas reivindicações aqui a seguir.[0087] In one embodiment of the invention, washed coffee beans are classified into five types of defective beans: CBB-affected coffee beans, black-black coffee beans, unripe coffee beans, fermented coffee beans, and mechanically damaged coffee cups. It should be understood that the present invention is not limited to the embodiments described and illustrated herein, as it would be obvious to a person skilled in the art that there are possible variations and modifications which do not deviate from the spirit of the invention, which are only defined. for the claims here below.

Claims (8)

1. Dispositivo para classificar grãos que compreende: um mecanismo de alimentação de grãos; e CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um mecanismo de disposição de grãos conectado ao mecanismo de alimentação de grãos, que dispõe os grãos de café lavados com a face plana voltada para cima; um sistema eletrônico de visão de grãos, colocado em modo de operação dentro de uma cúpula de inspeção orientado para o lado plano dos grãos de café lavados; um mecanismo de ejeção de grãos, localizado após a cúpula de inspeção (11); em que o mecanismo de disposição de grãos compreende um tambor rotativo (4) com superfície lisa, e o lado plano dos grãos se fixa à superfície lisa do tambor (4) e após uma rotação de 180° um raspador (7) destaca os grãos com o lado plano para cima, e em que o sistema de visão eletrônica de grãos possui uma unidade central de processamento que implementa métodos de classificação de grãos.1. A device for classifying grain comprising: a grain feeding mechanism; and CHARACTERIZED by the fact that it comprises a bean arrangement mechanism connected to the bean feeding mechanism, which arranges the washed coffee beans with the flat side facing upwards; an electronic bean vision system, placed in operating mode within an inspection dome oriented towards the flat side of the washed coffee beans; a grain ejection mechanism, located after the inspection dome (11); wherein the grain arrangement mechanism comprises a rotating drum (4) with a smooth surface, and the flat side of the grains is fixed to the smooth surface of the drum (4) and after a rotation of 180° a scraper (7) detaches the grains with the flat side up, and wherein the electronic grain vision system has a central processing unit that implements grain sorting methods. 2. Dispositivo para classificar grãos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato que o mecanismo de alimentação de grãos compreende um cilindro rotativo (2).2. Device for classifying grains, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the grain feeding mechanism comprises a rotating cylinder (2). 3. Dispositivo para classificar grãos de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato que o mecanismo de disposição de grãos compreende um recipiente (5) com mecanismo de agitação (6).3. Device for classifying grains according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the grain arrangement mechanism comprises a container (5) with a stirring mechanism (6). 4. Dispositivo para classificar grãos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato que o mecanismo de disposição de grãos organiza os grãos de café lavados com o lado plano para cima em uma esteira transportadora (8), em que o sistema de visão eletrônica de grãos está localizado acima da esteira transportadora (8) e em que o mecanismo de ejeção compreende pelo menos um ejetor compreendendo uma eletroválvula pneumática.4. Device for classifying beans, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the grain arrangement mechanism organizes the washed coffee beans with the flat side up on a conveyor belt (8), in which the vision system grain electronics is located above the conveyor belt (8) and wherein the ejection mechanism comprises at least one ejector comprising a pneumatic electrovalve. 5. Dispositivo para classificar grãos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato que a unidade central de processamento é configurada para: identificar grãos pretos calculando uma intensidade média de uma imagem de cada grão em uma escala de cinza e comparando a média com um valor limite; identificar grãos com defeitos de fermentação ou grãos verdes, calculando as intensidades médias de cor verde e azul em um plano cartesiano GB e comparando a média com um valor limite; identificar grãos com danos mecânicos calculando uma área de grãos e uma área de elipse ajustada ao grão; e acionar o mecanismo de ejeção de grãos, acionando um ou mais ejetores para ejetar a partir do fluxo principal grãos pretos identificados, os grãos com defeitos de fermentação, os grãos verdes e os grãos com danos mecânicos.5. Device for classifying grains, according to claim 1, CHARACTERIZED by the fact that the central processing unit is configured to: identify black grains by calculating an average intensity of an image of each grain on a gray scale and comparing the average with a threshold value; identify grains with fermentation defects or green grains, calculating the average green and blue color intensities on a GB Cartesian plane and comparing the average with a limit value; identify grains with mechanical damage by calculating a grain area and an ellipse area adjusted to the grain; and activating the grain ejection mechanism, activating one or more ejectors to eject identified black grains, grains with fermentation defects, green grains and grains with mechanical damage from the main flow. 6. Método para classificar grãos, CARACTERIZADO pelo fato que compreende as etapas de: posicionar grãos de café lavados com o lado plano para cima no dispositivo, conforme reivindicado na reivindicação 1; capturar uma imagem digital dos grãos; armazenar componentes RGB da imagem, criando um primeiro histograma; criar um segundo histograma para cada componente colorimétrico e de brilho do primeiro histograma; determinar o ponto de limiar de acordo com o método de Otsu; obter uma imagem binária; remover pequenas áreas da imagem binária; obter as bordas da imagem binária; obter os vetores que correspondem aos grãos; identificar grãos pretos ao calcular a média de uma intensidade de imagem para cada grão em uma escala de cinza e comparando o valor obtido com um primeiro valor limite; identificar grãos fermentados e verdes defeituosos, ao calcular uma média RBG de intensidade verde e azul a partir dos componentes RGB e comparando a média RBG com um segundo valor limite; identificar grãos afetados pela broca do café ao calcular uma matriz de uma imagem de grãos e movendo uma máscara de 5 x 5 pixels sobre a matriz; identificar grãos com danos mecânicos, ao calcular uma área do grão e uma área de uma elipse ajustada ao grão; e acionar um mecanismo de ejeção de grãos ao ativar acionadores para grãos pretos, para grãos fermentados ou verdes defeituosos e grãos afetados pela broca do café e grãos com danos mecânicos.6. Method for classifying beans, CHARACTERIZED by the fact that it comprises the steps of: positioning washed coffee beans with the flat side up in the device, as claimed in claim 1; capture a digital image of the grains; store RGB components of the image, creating a first histogram; create a second histogram for each colorimetric and brightness component of the first histogram; determine the threshold point according to the Otsu method; obtain a binary image; remove small areas of the binary image; get the edges of the binary image; obtain the vectors that correspond to the grains; identify black grains by averaging an image intensity for each grain on a gray scale and comparing the obtained value with a first threshold value; identify defective fermented and green beans by calculating an average RBG of green and blue intensity from the RGB components and comparing the average RBG with a second threshold value; identify beans affected by the coffee borer by calculating a matrix from an image of beans and moving a 5 x 5 pixel mask over the matrix; identify grains with mechanical damage by calculating an area of the grain and an area of an ellipse fitted to the grain; and activating a bean ejection mechanism by activating triggers for black beans, for fermented or green defective beans and beans affected by the coffee borer and beans with mechanical damage. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato que o estágio de identificação de grãos fermentados e verdes defeituosos também compreende: a partir da imagem obtida ajustando um vetor de um grão segmentado a uma elipse e encontrando os eixos menor e maior; utilizando os eixos menor e maior e extraindo uma faixa longitudinal de 1/3 da largura do eixo menor; obter as intensidades médias G e B da tira para cada grão; calcular uma inclinação B/G; quando a inclinação B/G for inferior a 0,71, acionar o mecanismo de ejeção de grãos.7. Method according to claim 6, CHARACTERIZED by the fact that the stage of identifying defective fermented and green grains also comprises: from the image obtained by adjusting a vector of a segmented grain to an ellipse and finding the minor and major axes; using the minor and major axes and extracting a longitudinal strip of 1/3 of the width of the minor axis; obtain the average intensities G and B of the strip for each grain; calculate a B/G slope; when the B/G inclination is less than 0.71, activate the grain ejection mechanism. 8. Método de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato que a etapa de identificação de grãos com danos mecânicos também compreende: a partir da imagem obtida ajustar um vetor de um grão segmentado a uma elipse; calcular uma área da elipse; calcular uma área do grão; obter a razão entre a área da elipse e a área do grão; quando a relação entre a área da elipse e a área do grão for inferior a 80%, acionar o mecanismo de ejeção do grão.8. Method according to claim 6, CHARACTERIZED by the fact that the step of identifying grains with mechanical damage also comprises: from the image obtained, adjusting a vector of a segmented grain to an ellipse; calculate an area of the ellipse; calculate a grain area; obtain the ratio between the area of the ellipse and the area of the grain; When the ratio between the ellipse area and the grain area is less than 80%, activate the grain ejection mechanism.
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