DE102021103677B4 - Analysis arrangement and method for analyzing crop flows in harvesting machines - Google Patents
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Abstract
Analyseanordnung (1) zur Analyse eines fluidisierten, heterogenen Erntegutstromes aus Luft und verschiedenen, festen Erntegutbestandteilen (4, 5), aufweisend eine Erntegutbeförderungseinheit (17, 18, 19), eine Lichtquelle (13), eine beabstandet von der Lichtquelle (12) angeordnete Projektionsfläche (4) mit einer zweidimensionalen Ausdehnung von wenigstens 10 cm × 10 cm, wenigstens eine elektronische Kamera (11) zur Bilderfassung und eine mit der elektronischen Kamera (11) datentechnisch verbundene Datenverarbeitungseinheit, wobeia) die Lichtquelle (12) einen flächig ausgedehnten Lichtstrom (2) aussendet, der in einer Beleuchtungsrichtung (7) auf die zweidimensionale Projektionsfläche (4) trifft und durch die Lichtquelle (12) und die Projektionsfläche (4) ein beleuchteter, dreidimensionaler Analysebereich (3) aufgespannt wird, wobei innerhalb des Analysebereiches (3) die senkrecht zur Beleuchtungsrichtung (7) ausgebildeten Abmessungen des flächigen Lichtstromes (2) entlang der Beleuchtungsrichtung (7) konstant sind,b) die Erntegutbeförderungseinheit (17, 18, 19) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der Erntegutstrom senkrecht zur Beleuchtungsrichtung (7) durch den Analysebereich (3) bewegbar ist,c) der Lichtstrom (2) zweidimensionale Schattenbilder (8) der festen Erntegutbestandteile (5, 6) auf der Projektionsfläche (4) erzeugt,d) die Projektionsfläche (4) derart transluzent ausgebildet ist, dass die erzeugten Schattenbilder (8, 9, 10) von der elektronischen Kamera (11) auf der dem Erntegutstrom abgewandten Seite der Projektionsfläche (4) detektierbar sind und je Zeiteinheit an die Datenverarbeitungseinheit weitergeleitet werden,e) wobei die Datenverarbeitungseinheit die Aufnahmen analysiert und daraus die Mengenanteile der einzelnen Erntegutbestandteile (5, 6) ermittelt und zur weiteren datentechnischen Verarbeitung zur Verfügung stelltAnalysis arrangement (1) for analyzing a fluidized, heterogeneous crop flow made up of air and various solid crop components (4, 5), comprising a crop conveying unit (17, 18, 19), a light source (13), a projection surface (4) arranged at a distance from the light source (12) and having a two-dimensional extent of at least 10 cm × 10 cm, at least one electronic camera (11) for image capture and a data processing unit connected to the electronic camera (11) for data processing, whereina) the light source (12) emits a planar light flow (2) which strikes the two-dimensional projection surface (4) in an illumination direction (7) and an illuminated, three-dimensional analysis area (3) is spanned by the light source (12) and the projection surface (4), wherein within the analysis area (3) the dimensions of the planar light flow (2) formed perpendicular to the illumination direction (7) along the illumination direction (7) are constant,b) the crop conveying unit (17, 18, 19) is designed and arranged such that the crop flow can be moved perpendicular to the direction of illumination (7) through the analysis area (3),c) the light flux (2) generates two-dimensional shadow images (8) of the solid crop components (5, 6) on the projection surface (4),d) the projection surface (4) is designed to be translucent such that the shadow images (8, 9, 10) generated can be detected by the electronic camera (11) on the side of the projection surface (4) facing away from the crop flow and are forwarded to the data processing unit per unit of time,e) wherein the data processing unit analyzes the images and determines the proportions of the individual crop components (5, 6) therefrom and makes them available for further data processing
Description
Die Erfindung betrifft eine Analyseanordnung zur Analyse eines fluidisierten, heterogenen Erntegutstromes aus Luft und verschiedenen, festen Erntegutbestandteilen und zur Ermittlung der Mengenanteile der einzelnen Erntegutbestandteile. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Analyse von Materialströmen in Erntemaschinen sowie eine Erntemaschine mit einer solchen Analyseanordnung.The invention relates to an analysis arrangement for analyzing a fluidized, heterogeneous crop flow consisting of air and various solid crop components and for determining the proportions of the individual crop components. The invention further relates to a method for analyzing material flows in harvesting machines and a harvesting machine with such an analysis arrangement.
Erntemaschinen, wie beispielsweise Mähdrescher werden in der Landwirtschaft verwendet und weisen zur Ernte landwirtschaftlicher Produkte unterschiedliche Automatisierungsgrade auf. Mittels hochtechnisierter Erntemaschinen wird eine rationelle Einbringung der Ernte ermöglicht. Die Entwicklung zielt dabei auf eine permanente Optimierung ab, um deren Produktivität hinsichtlich der Erntemenge pro Zeit und auch der abgeernteten Fläche pro Zeit zu steigern. Eine Kerngröße, welche besondere wirtschaftliche Relevanz hat, ist der Anteil der Kornverluste, also der Körner, welche mit den Nicht-Korn-Bestandteilen fehlsortiert und aus der Erntemaschine ausgeschieden werden.Harvesting machines such as combine harvesters are used in agriculture and have varying degrees of automation for harvesting agricultural products. Highly technical harvesting machines enable the efficient harvesting of the crop. Development is aimed at permanent optimization in order to increase productivity in terms of the harvested quantity per time and the area harvested per time. A key figure that is particularly economically relevant is the proportion of grain losses, i.e. the grains that are incorrectly sorted with the non-grain components and are eliminated from the harvesting machine.
Die durch die Erntemaschine geernteten Produkte sind zunächst heterogene Gemische, die sich aus verschiedenen Pflanzenteilen und Fremdkörpern zusammensetzen. Wo sich in der Erntemaschine wie viele von welchen Teilchen befinden ist dabei von großem Interesse für die Maschinenbedienung und für die Maschinenbetreiber. Nur bei guter Kenntnis der Wirkung der jeweiligen Einstellungen auf den Anteil der Kornverluste ist ein wirtschaftlich optimaler Modus einstellbar. Die Kenntnis der Kornverluste unter unterschiedlichen Bedingungen ist außerdem für eine Weiterentwicklung der Erntemaschinen unentbehrlich.The products harvested by the harvesting machine are initially heterogeneous mixtures made up of different plant parts and foreign bodies. Where in the harvesting machine and how many of which particles are located is of great interest to the machine operator and the machine operators. An economically optimal mode can only be set if the effect of the respective settings on the proportion of grain losses is well known. Knowledge of grain losses under different conditions is also essential for the further development of the harvesting machines.
Um den Anteil der Kornverluste zu ermitteln, werden Prallplattensensoren verwendet, welche den Impuls der auf die Prallplatte auftreffenden Körner erfassen, woraus die Menge der Körner bestimmbar ist. Diese Methode ist aber stark fehlerbehaftet, da die Körner auf die Platten fallen müssen und dies ein unkontrollierbarer Vorgang ist, was zu inakzeptabel großen Messfehlern führt.In order to determine the proportion of grain loss, impact plate sensors are used which record the momentum of the grains hitting the impact plate, from which the quantity of grains can be determined. However, this method is highly error-prone, as the grains have to fall onto the plates and this is an uncontrollable process, which leads to unacceptably large measurement errors.
Weitere Analysevarianten basieren auf radiometrischen Messungen oder Verfahren unter der Verwendung und Analyse von Röntgenstrahlung. Derartige Verfahren sind allerdings weder finanziell lukrativ noch technisch sinnvoll und sicher auf einer Erntemaschine umsetzbar.Other analysis variants are based on radiometric measurements or methods using and analyzing X-rays. However, such methods are neither financially lucrative nor technically viable and can they be safely implemented on a harvesting machine.
In der
Die
Es sind im Stand der Technik auch Vorrichtungen und Verfahren bekannt, welche mittels Licht, also elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich, arbeiten, um eine Analyse von Erntegutströmen zu ermöglichen. So ist in der
Die
In der
Eine Vorrichtung zur Analyse von Korneigenschaften, insbesondere zur Untersuchung im Labor, wird in
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin eine Anordnung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Dabei soll eine Anordnung zur Verfügung gestellt werden, welche eine einfache und zuverlässige Analyse des Anteils der Körner in einem Stroh- oder Kaffgemisch zum Einsatz in einer Erntemaschine bereitstellt. Weiterhin soll eine Erntemaschine zur Verfügung gestellt werden, welche eine Bestimmung des Anteils an Verlustkörnern ermöglicht und welche die oben genannten Nachteile überwindet.The object of the invention is to provide an arrangement and a method which overcome the disadvantages of the prior art. An arrangement is to be provided which provides a simple and reliable analysis of the proportion of grains in a straw or chaff mixture for use in a harvesting machine. Furthermore, a harvesting machine is to be provided which enables a determination of the proportion of lost grains and which overcomes the disadvantages mentioned above.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Analyseanordnung, eine Erntemaschine und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, the object is achieved by an analysis arrangement, a harvesting machine and a method according to the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Analyseanordnung zur Analyse eines fluidisierten, heterogenen Erntegutstromes aus Luft und verschiedenen, festen Erntegutbestandteilen gelöst. Die Analyseanordnung weist eine Erntegutbeförderungseinheit, eine Lichtquelle, eine beabstandet von der Lichtquelle angeordnete Projektionsfläche, wenigstens eine elektronische Kamera zur Bilderfassung und eine mit der elektronischen Kamera datentechnisch verbundene Datenverarbeitungseinheit auf. Die Elemente der Anordnung wirken dabei folgendermaßen zusammen:
- a) Die Lichtquelle sendet einen flächig ausgedehnten Lichtstrom aus, der in einer Beleuchtungsrichtung auf die zweidimensionale Projektionsfläche mit einer zweidimensionalen Ausdehnung von wenigstens 10 cm x 10 cm trifft. Durch die Lichtquelle und die Projektionsfläche wird dabei ein beleuchteter, dreidimensionaler Analysebereich aufgespannt, wobei innerhalb des Analysebereiches die senkrecht zur Beleuchtungsrichtung ausgebildeten Abmessungen des flächigen Lichtstromes entlang der Beleuchtungsrichtung konstant sind.
- b) Die Erntegutbeförderungseinheit ist derart ausgebildet und angeordnet, dass der Erntegutstrom senkrecht zur Beleuchtungsrichtung durch den Analysebereich bewegbar ist.
- c) Der Lichtstrom erzeugt zweidimensionale Schattenbilder der festen Bestandteile des Erntegutstromes auf der Projektionsfläche.
- d) Die Projektionsfläche ist derart transluzent ausgebildet, dass die erzeugten Schattenbilder von der elektronischen Kamera auf der dem Erntegutstrom abgewandten Seite der Projektionsfläche detektierbar sind und je Zeiteinheit an die Datenverarbeitungseinheit weitergeleitet werden.
- e) Dabei analysiert die Datenverarbeitungseinheit die Aufnahmen und ermittelt daraus die Mengenanteile der einzelnen Erntegutbestandteile und stellt diese zur weiteren datentechnischen Verarbeitung zur Verfügung.
- a) The light source emits a planar luminous flux which strikes the two-dimensional projection surface with a two-dimensional dimension of at least 10 cm x 10 cm in one direction of illumination. An illuminated, three-dimensional analysis area is spanned by the light source and the projection surface, whereby within the analysis area the dimensions of the planar luminous flux perpendicular to the direction of illumination are constant along the direction of illumination.
- b) The crop conveying unit is designed and arranged such that the crop flow can be moved through the analysis area perpendicular to the direction of illumination.
- c) The luminous flux creates two-dimensional shadow images of the solid components of the crop stream on the projection surface.
- d) The projection surface is designed to be translucent in such a way that the shadow images generated can be detected by the electronic camera on the side of the projection surface facing away from the crop flow and are forwarded to the data processing unit per unit of time.
- e) The data processing unit analyses the images and uses them to determine the proportions of the individual crop components and makes them available for further data processing.
Unter einem fluidisierten Erntegutstrom wird im Sinne der Erfindung ein strömendes Luft-Erntegut-Gemisch verstanden, welches aus einer gasförmigen und einer festen Phase besteht. Das Erntegut liegt also nicht fest gepackt vor, sondern es ist aufgelockert, so dass bei einer Beleuchtung auf der Projektionsfläche Schattenbilder einzelner, auch überlappender Pflanzenbestandteile vorliegen. Festgepacktes Erntegut wäre über Schattenbilder mangels durchtretenden Lichtes nicht geeignet, erfindungsgemäß ausgewertet zu werden. Bei einem aufgelockerten Erntegutstrom kann bei gleicher Materialmenge mehr Licht den Erntegutstrom passieren. Dabei treten eine Vielzahl von Reflektionen zwischen den einzelnen Erntegutbestandteilen des Erntegutstromes, auf. Bei einer großen Dichte an Erntegutbestandteilen verliert das entstehende Bild allerdings an Schärfe, sodass das Verfahren bei großem Materialaufkommen an seine Grenzen kommt. Ein Vorteil des fluidisierten Materials ist auch, dass die schweren Teilchen mit höherer Dichte und kleinerem Luftwiderstand eher an der Unterseite anzutreffen sind und somit eher noch einen erkennbaren Schatten aus dem Restlicht bilden.In the sense of the invention, a fluidized crop flow is understood to mean a flowing air-crop mixture which consists of a gaseous and a solid phase. The crop is therefore not tightly packed, but rather it is loosened, so that when illuminated on the projection surface, shadow images of individual, even overlapping plant components are present. Tightly packed crops would not be suitable for evaluation according to the invention via shadow images due to the lack of light passing through. With a loosened crop flow, more light can pass through the crop flow for the same amount of material. A large number of reflections occur. between the individual crop components of the crop stream. However, with a high density of crop components, the resulting image loses sharpness, so that the process reaches its limits when there is a large amount of material. Another advantage of the fluidized material is that the heavy particles with higher density and lower air resistance are more likely to be found on the underside and thus are more likely to form a recognizable shadow from the residual light.
Ein heterogener Erntegutstrom besteht im Sinne der Erfindung aus mehreren, unterschiedlichen Bestandteilen, insbesondere aus Korn und Nichtkombestandteilen. Somit bezeichnen die Erntegutbestandteile allgemein die festen Bestandteile des Erntegutstromes, also sowohl die Körner als auch die Nichtkornbestandteile.In the sense of the invention, a heterogeneous crop flow consists of several different components, in particular grain and non-grain components. Thus, the crop components generally refer to the solid components of the crop flow, i.e. both the grains and the non-grain components.
Der Erntegutstrom wird senkrecht zur Beleuchtungsrichtung durch den Analysebereich bewegt. Dabei muss es sich aber nicht um einen Winkel von exakt 90 ° handeln. Relevant für die Erfindung ist, dass die Bewegung nicht parallel zur Beleuchtungsrichtung erfolgt. Vorzugsweise ist der Winkel der Bewegungsrichtung zur Beleuchtungsrichtung bekannt, und kann für eine Auswertung der resultierenden Bilder verwendet werden. Bevorzugt schließt die Bewegungsrichtung mit der Beleuchtungsrichtung einen spitzen oder rechten Winkel in einem Bereich zwischen 50° und 90° und besonders bevorzugt zwischen 70° und 90° ein. Das Material kann also auch schräg durch den Analysebereich fallen beziehungsweise gefördert werden. Bei einer möglichen Anwendung wird der Erntegutstrom, beispielsweise das Kaff, horizontal gefördert und geblasen, beginnt aber am Ende der Förderstrecke nach unten zu fallen. Je nach genauer Platzierung der Analyseanordnung verläuft der Erntegutstrom in unterschiedlichen Winkeln zur Beleuchtungsrichtung.The crop stream is moved through the analysis area perpendicular to the direction of illumination. However, this does not have to be an angle of exactly 90°. What is relevant for the invention is that the movement does not occur parallel to the direction of illumination. Preferably, the angle of the direction of movement to the direction of illumination is known and can be used to evaluate the resulting images. Preferably, the direction of movement forms an acute or right angle with the direction of illumination in a range between 50° and 90°, and particularly preferably between 70° and 90°. The material can therefore also fall or be conveyed at an angle through the analysis area. In one possible application, the crop stream, for example the poop, is conveyed and blown horizontally, but begins to fall downwards at the end of the conveyor line. Depending on the precise placement of the analysis arrangement, the crop stream runs at different angles to the direction of illumination.
Die Kamera ist hinter der Projektionsfläche angeordnet, also von der Projektionsfläche betrachtet der Lichtquelle abgewandt. Dadurch wird die Kamera und insbesondere deren pixelartige Detektionsoberfläche durch die Projektionsfläche vorteilhaft vor mechanischen Einwirkungen geschützt.The camera is positioned behind the projection surface, i.e. facing away from the light source when viewed from the projection surface. This means that the camera and in particular its pixel-like detection surface are advantageously protected from mechanical influences by the projection surface.
Die auf der Projektionsfläche entstehenden Schattenbilder stellen vollständige Schattenbilder der einzelnen Erntegutbestandteile dar. Die Projektionsfläche ist also in zwei Dimensionen größer ausgebildet als die Abmessungen der Erntegutbestandteile. Die Projektionsfläche hat eine zweidimensionale Ausdehnung von wenigstens 10 cm x 10 cm oder 20 cm x 10 cm.The shadow images created on the projection surface represent complete shadow images of the individual crop components. The projection surface is therefore larger in two dimensions than the dimensions of the crop components. The projection surface has a two-dimensional extension of at least 10 cm x 10 cm or 20 cm x 10 cm.
Die aktive Kanalbreite von Erntemaschinen liegt im Bereich von 1.300 mm bis 1.700 mm. Es ist dabei möglich, eine Projektionsfläche mit einer eben solchen Breite zu verwenden, wodurch der Erntegutstrom über die gesamte Breite analysierbar ist. Alternativ sind mehrere kleinere Projektionsflächen an unterschiedlichen Positionen angeordnet. Dabei können mehrere Kameras eingesetzt werden. Durch die Verwendung mehrerer Kameras oder auch direkt mehrerer Analyseanordnungen ist es möglich, die Mengenanteile an verschiedenen Positionen zu bestimmen. Dadurch können unterschiedliche laterale Verteilungen bestimmt werden. Eine vollständige Abdeckung der Kanalbreite der Erntemaschine ist dabei nicht zwingend erforderlich.The active channel width of harvesting machines is in the range of 1,300 mm to 1,700 mm. It is possible to use a projection surface with this width, which means that the crop flow can be analyzed across the entire width. Alternatively, several smaller projection surfaces are arranged at different positions. Several cameras can be used. By using several cameras or even several analysis arrangements, it is possible to determine the proportions at different positions. This allows different lateral distributions to be determined. Complete coverage of the channel width of the harvesting machine is not absolutely necessary.
Die Lichtquelle sendet einen flächig ausgedehnten Lichtstrom aus, welcher auf die Projektionsfläche trifft. Somit ergibt sich ein in drei Dimensionen ausgedehnter Lichtbalken, welcher im Wesentlichen den Analysebereich bestimmt, wobei der Analysebereich ferner durch die Lichtquelle und die Projektionsfläche begrenzt wird. Innerhalb des Analysebereiches sind die senkrecht zur Beleuchtungsrichtung ausgebildeten Abmessungen des flächigen Lichtstromes entlang der Beleuchtungsrichtung konstant. Relevant ist dabei insbesondere, dass das Licht parallel ausgesendet wird, damit Teilchen die näher an der Lichtquelle positioniert sind keine größeren Schatten haben und damit schwerer zu erkennen sind. Eine bestehende Divergenz des Lichtes kann toleriert werden, jedoch sollte die Divergenz bevorzugt kleiner sein als 100 mrad, besonders bevorzugt kleiner als 50 mrad.The light source emits a flat, extended luminous flux that hits the projection surface. This results in a light bar that extends in three dimensions and essentially determines the analysis area, whereby the analysis area is further limited by the light source and the projection surface. Within the analysis area, the dimensions of the flat luminous flux that are perpendicular to the direction of illumination are constant along the direction of illumination. It is particularly important that the light is emitted in parallel so that particles that are positioned closer to the light source do not have larger shadows and are therefore more difficult to detect. An existing divergence of the light can be tolerated, but the divergence should preferably be less than 100 mrad, particularly preferably less than 50 mrad.
Die Lichtquelle ist in einer vorteilhaften Variante als eine flächige Lichtquelle mit zu der Projektionsfläche korrespondierenden Abmessungen ausgebildet. Dadurch ist es möglich nahezu gleiche Schatten unabhängig vom Abstand der Partikel von der Projektionsfläche zu erhalten. Eine punktförmige Lichtquelle müsste dafür sehr weit weg angeordnet sein. Parallelisiertes Licht kann durch verschiedene Maßnahmen realisiert werden. Die Analyseanordnung weist dafür vorzugsweise eines oder mehrere der folgenden Elemente auf:
- a. Linsen, Prismen und andere strahlbrechende, optische Bauelemente vor der/den Lichtquelle(n) und/oder
- b. Spiegel oder Reflektoren hinter der Lichtquelle oder den Lichtquellen und/ oder
- c. mehrere flächig verteilte Lichtquellen, besonders bevorzugt in Form von Leuchtdioden (LEDs), und/ oder
- d. Leuchtgitter.
- a. Lenses, prisms and other refractive optical components in front of the light source(s) and/or
- b. Mirrors or reflectors behind the light source or sources and/or
- c. several light sources distributed over a large area, particularly preferably in the form of light-emitting diodes (LEDs), and/or
- d. Illuminated grid.
Das Licht kann dabei sowohl monochrom ausgebildet sein als auch eine große Bandbreite des Lichtspektrums umfassen. Es ist auch möglich einen gewissen eingeschränkten Wellenlängenbereich zu nutzen.The light can be either monochrome or cover a wide range of the light spectrum. It is also possible to use a certain limited wavelength range.
Während ein Erntegutbestandteil den Analysebereich durchquert, erfolgt in einer vorteilhaften Variante eine Mehrzahl von Aufnahmen von Schattenbildern, bevorzugt wenigstens 5 Schattenbilder pro Sekunde. Es werden also bewegte Bilder ausgewertet. Dadurch kann man die Partikel, also die Erntegutbestandteile, sicher verfolgen und mehr Information extrahieren als aus einem einzelnen Schattenbild. Während der heterogene Erntegutstrom den Analysebereich passiert, werden mehrere Schattenbilder durch die Kamera aufgenommen und an die Datenverarbeitungseinheit weitergeleitet. Die Erntegutbestandteile werden also an verschiedenen Punkten bzw. Positionen mittels auf der Projektionsfläche erscheinenden Schattenbildern detektiert. Es können sich insbesondere Überlappungen der Bestandteile des Erntegutes auflösen oder neu entstehen, während der heterogene Erntegutstrom den Analysebereich durchquert. Durch die Auswertung der bewegten Erntegutbestandteile können auch sich überlappende Erntegutbestandteile besser voneinander unterschieden werden. Dadurch kann vorteilhaft eine höhere Erkennungsrate erreicht werden. Die Analyse der bewegten Schattenbilder führt somit zu großen Vorteilen, da dadurch in einer bevorzugten Variante auf eine Vereinzelung der Bestandteile des Erntegutstromes vor dem Eintritt in den Analysebereich verzichtet werden kann.While a crop component passes through the analysis area, in an advantageous variant a plurality of shadow images are recorded, preferably at least 5 shadow images per second. Moving images are thus evaluated. This allows the particles, i.e. the crop components, to be tracked reliably and more information to be extracted than from a single shadow image. While the heterogeneous crop flow passes through the analysis area, several shadow images are recorded by the camera and forwarded to the data processing unit. The crop components are thus detected at different points or positions by means of shadow images appearing on the projection surface. In particular, overlaps between the components of the crop can be resolved or newly created while the heterogeneous crop flow passes through the analysis area. By evaluating the moving crop components, overlapping crop components can also be better distinguished from one another. This advantageously allows a higher recognition rate to be achieved. The analysis of the moving shadow images therefore leads to great advantages, since in a preferred variant it is possible to dispense with isolating the components of the crop flow before entering the analysis area.
Die Analyse der Aufnahmen wird unter Verwendung von Datenverarbeitungseinheiten aus dem Stand der Technik ausgeführt. Es werden dabei bekannte Verfahren zur Bildverarbeitung verwendet.The analysis of the images is carried out using state-of-the-art data processing units. Known image processing methods are used.
Vorzugsweise weist die Analyseanordnung wenigstens zwei elektronische Kameras auf. Die elektronischen Kameras nehmen Aufnahmen von Teilbereichen der projizierten Schattenbilder auf. Dabei erstellt die Datenverarbeitungseinheit ein Gesamtbild aus den Einzelaufnahmen.The analysis arrangement preferably has at least two electronic cameras. The electronic cameras take pictures of partial areas of the projected shadow images. The data processing unit creates an overall image from the individual pictures.
Die elektronischen Kameras sind bevorzugt derart miteinander synchronisiert, dass die Aufnahme der Teilbereiche der Schattenbilder zeitgleich erfolgt. In einer alternativen Variante sind die elektronischen Kameras nicht miteinander synchronisiert. Dadurch ist es möglich, dass mittels kleinerer und einfacherer Systeme trotzdem ein großer Bereich überwacht wird. Eine Kopplung ist dafür nicht zwingend notwendig.The electronic cameras are preferably synchronized with each other in such a way that the parts of the shadow images are recorded simultaneously. In an alternative variant, the electronic cameras are not synchronized with each other. This makes it possible to monitor a large area using smaller and simpler systems. Coupling is not absolutely necessary for this.
In einer vorteilhaften Variante weist die Analyseanordnung wenigstens zwei Projektionsflächen sowie wenigstens zwei elektronische Kameras auf. Dabei ist jede elektronische Kamera datentechnisch mit einer Datenverarbeitungseinheit verbunden. Bevorzugt sind sämtliche elektronische Kameras mit derselben Datenverarbeitungseinheit verbunden. Alternativ ist jede Kamera mit einer anderen Datenverarbeitungseinheit verbunden.In an advantageous variant, the analysis arrangement has at least two projection surfaces and at least two electronic cameras. Each electronic camera is connected to a data processing unit. Preferably, all electronic cameras are connected to the same data processing unit. Alternatively, each camera is connected to a different data processing unit.
Die Projektionsflächen sind dabei bevorzugt quer zur Gutflussrichtung nebeneinander angeordnet. Eine die Projektionsflächen verbindende Verbindungslinie verläuft dann senkrecht zur Gutflussrichtung. Ein Vorteil einer solchen Anordnung liegt darin, dass die Querverteilung des Materials bestimmbar ist. Es ist somit möglich eine große Abdeckung der Verlusterkennung zu erreichen.The projection surfaces are preferably arranged next to each other transversely to the direction of the material flow. A connecting line connecting the projection surfaces then runs perpendicular to the direction of the material flow. One advantage of such an arrangement is that the transverse distribution of the material can be determined. It is therefore possible to achieve a large coverage of loss detection.
Die elektronische Kamera ist im Sinne der Erfindung als Einheit zur Lichtmengenerfassung mit einer pixelartigen Detektionsoberfläche ausgebildet. Dabei weist die pixelartige Detektionsoberfläche vorzugsweise mehrere Pixel in zwei Dimensionen auf. Die verschiedenen Pixel sind in dieser Variante also nicht zeilenartig, sondern in einer Fläche angeordnet. Es kann somit ein Schatten in zwei Dimensionen aufgezeichnet werde. Dadurch ist es möglich, dass die Erntegutbestandteile an mehreren Positionen detektierbar sind. Weiterhin kann dadurch leicht die korrekte Teilchengeometrie der einzelnen Erntegutbestandteile ermittelt werden, selbst wenn diese sich im Erntegutstrom unterschiedlich schnell bewegen.In the sense of the invention, the electronic camera is designed as a unit for detecting the amount of light with a pixel-like detection surface. The pixel-like detection surface preferably has several pixels in two dimensions. In this variant, the various pixels are not arranged in rows, but in an area. A shadow can thus be recorded in two dimensions. This makes it possible for the crop components to be detected in several positions. Furthermore, the correct particle geometry of the individual crop components can easily be determined, even if they move at different speeds in the crop flow.
Das durch die Lichtquelle beleuchtete Erntegut erzeugt Schattenbilder der Erntegutbestandteile auf der Projektionsfläche, welche durch die pixelartige Detektionsoberfläche der elektronischen Kamera detektierbar sind. Die variierenden Schattenbilder resultieren somit in einer Variation der detektierten Lichtmenge der einzelnen Pixel der elektronischen Kamera. Die Menge des detektierten Lichtes wird dabei je Zeiteinheit für jedes Pixel an die Datenverarbeitungseinheit weitergeleitet.The crop illuminated by the light source creates shadow images of the crop components on the projection surface, which can be detected by the pixel-like detection surface of the electronic camera. The varying shadow images thus result in a variation in the amount of light detected by the individual pixels of the electronic camera. The amount of light detected is transmitted to the data processing unit for each pixel per unit of time.
Die Analyseanordnung ermöglicht vorzugsweise die Ermittlung der Geschwindigkeit der Erntegutbestandteile und der Dichte des Erntegutstromes mittels Bildverarbeitung. Die gesamte aktuelle Lichtmenge, also integriert über alle Pixel, in Relation zur maximalen Lichtmenge, welche beispielsweise bei leerem Kanal bei Wendevorgängen messbar ist, kann dabei ein Maß für die Dichte des Erntegutstromes sein. In Verbindung mit der Geschwindigkeit können daraus Rückschlüsse auf den Durchsatz gezogen werden.The analysis arrangement preferably enables the speed of the crop components and the density of the crop flow to be determined using image processing. The total current amount of light, i.e. integrated across all pixels, in relation to the maximum amount of light, which can be measured for example when the channel is empty during turning processes, can be a measure of the density of the crop flow. In conjunction with the speed, conclusions can be drawn about the throughput.
Die Materialgeschwindigkeit ergibt sich durch die Verfolgung einzelner Partikel in den Bildfolgen. Unter Verwendung der bekannten Bildfrequenz und des berechneten Weges, den das Teilchen von Bild zu Bild zurückgelegt hat, ergibt sich aus dem Produkt aus Strecke und Bildfrequenz die Geschwindigkeit. Der Weg der Erntegutbestandteile von Bild zu Bild kann ermittelt werden, da der Abstand zur Projektionsfläche fix und bekannt ist. Die Verlustkörner können gezählt werden, nachdem sie identifiziert wurden. Bei Kenntnis der genauen Maße der Anordnung ist es also möglich, auf die Geschwindigkeit des Erntegutes zurückzuschließen, wenn die Zeit ermittelt wird, welche das Erntegut benötigt, um den Analysebereich zu durchqueren. Dadurch kann zusätzlich zur Bestimmung der Mengenanteile auch auf den Durchsatz an Kaff und Stroh geschlossen werden.The material speed is determined by tracking individual particles in the image sequences. Using the known image frequency and the calculated path that the particle has traveled from image to image, the product of the distance and the image frequency gives the speed. The path of the crop components from image to image can be determined because the distance to the project The area of the analysis area is fixed and known. The lost grains can be counted after they have been identified. Knowing the exact dimensions of the arrangement makes it possible to deduce the speed of the crop by determining the time it takes for the crop to pass through the analysis area. In this way, in addition to determining the proportions, the throughput of chaff and straw can also be deduced.
Das Konzept der Analyseanordnung basiert darauf, dass Schattenbilder der Erntegutbestandteile, welche in einem aufgelockerten, also fluidisierten Erntegutstrom vorliegen, auf eine Projektionsfläche projiziert werden, wobei diese Schattenbilder mittels einer oder mehrerer elektronischer Kameras detektiert werden. Zur Auswertung der Schattenbilder sind die elektronischen Kameras mit einer oder mehreren Datenverarbeitungseinheiten datentechnisch verbunden. Zur Ermittlung des Anteils der Körner am Erntegutstrom werden die Erntegutbestandteile in Körner und andere Bestandteile eingeteilt. Die stark unterschiedlichen Abmessungen der unterschiedlichen Erntegutbestandteile ermöglichen dabei die Bestimmung der Mengenanteile der Erntegutbestandteile unter Berücksichtigung der ebenfalls stark unterschiedlichen Abmessungen der Schattenbilder. Es unterscheiden sich die Erntegutbestandteile dabei nicht nur in ihren Abmessungen, sondern besonders auch in ihrer Form.The concept of the analysis arrangement is based on the fact that shadow images of the crop components, which are present in a loosened, i.e. fluidized crop flow, are projected onto a projection surface, with these shadow images being detected by one or more electronic cameras. To evaluate the shadow images, the electronic cameras are connected to one or more data processing units. To determine the proportion of grains in the crop flow, the crop components are divided into grains and other components. The very different dimensions of the different crop components enable the quantitative proportions of the crop components to be determined, taking into account the equally very different dimensions of the shadow images. The crop components differ not only in their dimensions, but also in their shape.
Es ist hier vorteilhaft nicht notwendig, eine Vereinzelung der Bestandteile herbeizuführen, also eine Überlappung zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft auch genutzt werden, um sich überlappende Bestandteile des fluidisierten, heterogenen Erntegutstromes zu analysieren. Die Grenze liegt dabei in einer zu großen optischen Dichte, bei der es zu derart großen Überlappungen kommt, dass das Erkennen der Formen verhindert wird. Es wird insbesondere angestrebt eine Analyse des Erntegutstromes bei Überlappungen von bevorzugt bis zu 20%, besonders bevorzugt bis zu 30% oder sogar bis zu 50 % des Teilchenumfangs zu ermöglichen.It is advantageously not necessary to separate the components, i.e. to avoid overlapping. The method according to the invention can also be used advantageously to analyze overlapping components of the fluidized, heterogeneous crop flow. The limit here is an optical density that is too high, which leads to overlaps that are so large that the shapes cannot be recognized. The aim is in particular to enable analysis of the crop flow with overlaps of preferably up to 20%, particularly preferably up to 30% or even up to 50% of the particle size.
Durch die Analyse von Schattenbildern gehen Farbinformationen verloren, welche aber für die Analyse auch nicht benötigt werden. Dadurch können günstigere Kameratechnik-Systeme zum Einsatz kommen. Durch die Verwendung von parallelem Licht kommt es vorteilhaft nicht zu einer abstandsabhängigen Veränderung der Größe der Partikel auf dem Bild. Durch eine mögliche, schnelle Abfolge von Bildaufnahmen ist die Verfolgung von Partikeln möglich und damit eine bessere Erkennung und Zuordnung zur Partikelklasse. Höhere Materialgeschwindigkeiten, also höhere Geschwindigkeiten des Erntegutstromes, verringern die optische Dichte des Erntegutstromes und erlauben so eine bessere Trennung der Partikel. Das wird insbesondere dann erreicht, wenn in einer besonders bevorzugten Variante die Analyseanordnung innerhalb der Erntemaschine nach dem Strohhäcksler positioniert wird.When analyzing shadow images, color information is lost, but this is not required for the analysis. This means that cheaper camera technology systems can be used. The use of parallel light has the advantage that there is no change in the size of the particles in the image depending on the distance. A possible, rapid sequence of image recordings makes it possible to track particles and thus better identify and assign them to the particle class. Higher material speeds, i.e. higher speeds of the crop flow, reduce the optical density of the crop flow and thus allow better separation of the particles. This is achieved in particular when, in a particularly preferred variant, the analysis arrangement is positioned within the harvesting machine after the straw chopper.
Zusätzlich ermöglicht die Bildverarbeitung die Messung der Geschwindigkeit der Gutpartikel und der Dichte des Gutstromes, sodass auf den Durchsatz an Kaff und Stroh geschlossen werden kann.In addition, image processing enables the measurement of the speed of the material particles and the density of the material flow, so that the throughput of chaff and straw can be determined.
Somit sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Analyseanordnung keine Vorrichtung zur vollständigen Vereinzelung oder Separation der Bestandteile vor.Thus, a preferred embodiment of the analysis arrangement does not provide a device for complete singulation or separation of the components.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Erntemaschine, welche eine erfindungsgemäße Analyseanordnung aufweist. Dabei ist bevorzugt auch eine Anzeige an der Erntemaschine angeordnet, welche derart datentechnisch mit der Analyseanordnung verbunden ist, dass die ermittelten Mengenanteile der Erntegutbestandteile mittels der Anzeige ablesbar sind. Die Informationen werden also über die Anzeige ausgegeben, sodass beispielsweise der Erntemaschinenbetreiber diese Daten ablesen kann. Dadurch ist vorteilhaft eine bessere Steuerung der Erntemaschine möglich.A further aspect of the invention relates to a harvesting machine which has an analysis arrangement according to the invention. In this case, a display is preferably arranged on the harvesting machine, which is connected to the analysis arrangement in such a way that the determined proportions of the crop components can be read using the display. The information is therefore output via the display so that, for example, the harvesting machine operator can read this data. This advantageously enables better control of the harvesting machine.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung werden ein oder mehrere Parameter der Erntemaschine automatisch unter Verwendung der Daten der Mengenanteile der Erntegutbestandteile geregelt. Nach entsprechenden Vorgaben erfolgt eine automatische Regelung zur Optimierung des Körner-Kaff-VerhältnissesAccording to an advantageous embodiment, one or more parameters of the harvesting machine are automatically controlled using the data on the proportions of the crop components. According to the corresponding specifications, an automatic control is carried out to optimize the grain-cow ratio
Eine Optimierung der Leistung der Erntemaschine kann dabei durch die Einstellung verschiedener Parameter erreicht werden. Einer der Parameter, welcher die Größe der Verluste stark beeinflusst ist der Durchsatz an Nichtkornbestandteilen, welcher durch die Erntemaschine geerntet wird. Dieser Parameter ist über die Fahrgeschwindigkeit regelbar. Die Reinigungsvorrichtung arbeitet effizienter, wenn weniger Kaff vorhanden ist. Es muss hier also durchaus zwischen der Effizienz der einzelnen Prozesse und der Geschwindigkeit abgewogen werden. Die Kenntnis über die Mengenanteile der Bestandteile bei verschiedenen Geschwindigkeiten kann somit genutzt werden, um die jeweiligen Einstellungen zu verbessern und die Produktivität zu erhöhen.The performance of the harvester can be optimized by setting various parameters. One of the parameters that has a strong influence on the size of the losses is the throughput of non-grain components harvested by the harvester. This parameter can be controlled by the driving speed. The cleaning device works more efficiently when there is less chaff. A balance must therefore be struck between the efficiency of the individual processes and the speed. Knowledge of the proportions of the components at different speeds can therefore be used to improve the respective settings and increase productivity.
Die Erntemaschine ist bevorzugt ein Mähdrescher. Eine genaue Kenntnis der Verluste, also der Menge an unerwünschten Körnern zwischen den Nicht-Korn-Bestandteilen, kann vorteilhafterweise genutzt werden, um den Mähdrescher permanent automatisch nachzuregeln und so optimal einzustellen. Weiterhin können auch die Volumen- oder Masseströme anderer Komponenten des Stoffstromes erfasst werden, wie beispielsweise die Menge an Stroh, insbesondere nach der Körner-Separation im Mähdrescher, oder Kaff, insbesondere nach den Reinigungsanlagen im Mähdrescher. Mit diesen Werten ist es möglich, die Mähdreschereinstellung nochmals zu optimieren.The harvesting machine is preferably a combine harvester. A precise knowledge of the losses, i.e. the amount of unwanted grains between the non-grain components, can be used to advantage to permanently automatically adjust the combine harvester and thus optimally adjust it. Furthermore, the volume or mass Flows of other components of the material flow can be recorded, such as the amount of straw, especially after grain separation in the combine harvester, or chaff, especially after the cleaning systems in the combine harvester. With these values it is possible to further optimize the combine harvester settings.
Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Analyseanordnung ist auch in anderen Erntemaschine möglich. Die Erntemaschine ist in einer möglichen Variante ein Kartoffelroder oder ein Rübenroder oder eine Spezialerntemaschine für Gemüse.The use of an analysis arrangement according to the invention is also possible in other harvesting machines. In one possible variant, the harvesting machine is a potato harvester or a beet harvester or a special harvesting machine for vegetables.
Mittels des Einsatzes der erfindungsgemäßen Analysevorrichtung ist es vorteilhaft möglich, die Produktivität der Erntemaschinen zu steigern. Dabei wird durch eine Minimierung der Verluste, also auch dadurch, dass möglichst wenig Bruchkorn und nur geringe Mengen an Beimengungen zum Erntegut generiert werden, die abgeerntete Fläche pro Zeit oder auch die Erntemenge pro Zeit erhöht.By using the analysis device according to the invention, it is advantageously possible to increase the productivity of the harvesting machines. The harvested area per time or the harvested quantity per time is increased by minimizing losses, i.e. by generating as little broken grain and as little admixture as possible in the harvested crop.
Um eine derartige Optimierung erreichen zu können, ist eine Bestimmung der Verluste und eine entsprechende Regelung der Erntemaschinen-Parameter entscheidend. Entscheidende Parameter sind hier die Fahrgeschwindigkeit, die Drehzahlen sowohl der Rotoren als auch der Dreschtrommel(n) und der Gebläse, die Sieböffnungen (oben, unten, vorn), die Dreschspalte, die Leitblechwinkel in den Rotoren, die Klappen an den Rotoren und die Elemente zur Vergleichmäßigung des Materials quer in der Maschine. Die Eigenschaften des Erntegutes sind stark von den Umgebungsbedingungen abhängig, wie beispielsweise von der Feuchtigkeit der Luft beziehungsweise des Erntegutes oder der Temperatur der Luft. Dadurch ist es notwendig, je nach Umwelteinflüssen und Umgebungsbedingungen die jeweils optimalen Einstellungen zu finden und auszuwählen. Dafür ist eine erfindungsgemäße Erntemaschine geeignet. Die erfindungsgemäße Analysevorrichtung ermöglicht eine Detektion der Verluste und somit eine Optimierung der Ernteproduktivität.In order to achieve such optimization, it is crucial to determine the losses and to regulate the harvesting machine parameters accordingly. The decisive parameters here are the driving speed, the speed of the rotors as well as the threshing drum(s) and the blower, the sieve openings (top, bottom, front), the threshing gaps, the guide plate angles in the rotors, the flaps on the rotors and the elements for equalizing the material across the machine. The properties of the harvested material are strongly dependent on the ambient conditions, such as the humidity of the air or the harvested material or the temperature of the air. This makes it necessary to find and select the optimal settings depending on the environmental influences and conditions. A harvesting machine according to the invention is suitable for this. The analysis device according to the invention enables the losses to be detected and thus the harvest productivity to be optimized.
Bevorzugt weist die Erntemaschine einen Strohhäcksler auf. Dabei ist die Analyseanordnung zur Analyse eines fluidisierten, heterogenen Erntegutstromes aus Luft und verschiedenen, festen Erntegutbestandteilen in einer vorteilhaften Variante nach dem Strohhäcksler angeordnet.The harvesting machine preferably has a straw chopper. In an advantageous variant, the analysis arrangement for analyzing a fluidized, heterogeneous crop flow consisting of air and various solid crop components is arranged after the straw chopper.
Das bedeutet im Sinne der Erfindung, dass das Kaff zunächst die Dresch- oder Abscheideorgane passiert, danach durch den Strohhäcksler zerkleinert wird und daraufhin den Analysebereich der erfindungsgemäßen Anordnung durchquert. Es ist dadurch vorteilhaft möglich die optische Dichte aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Erntegutes an dieser Stelle innerhalb des Analysebereiches zu verringern. Dadurch kann eine hohe Analysegenauigkeit ohne zusätzliche Einrichtungen zur Separation der Erntegutbestandteile erreicht werden.In the sense of the invention, this means that the poop first passes through the threshing or separating elements, is then chopped by the straw chopper and then passes through the analysis area of the arrangement according to the invention. This advantageously makes it possible to reduce the optical density due to the high speed of the crop at this point within the analysis area. This makes it possible to achieve a high level of analysis accuracy without additional devices for separating the crop components.
In weiteren möglichen Ausführungsformen weist die Erntemaschine eine Analyseanordnung nach der Reinigung und/ oder nach dem Schüttler, also nach der Abscheidung, auf.In further possible embodiments, the harvesting machine has an analysis arrangement after cleaning and/or after the shaker, i.e. after separation.
Eine besonders vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Erntemaschine mehrere Analyseanordnungen aufweist. Dabei können die Analyseanordnungen an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Erntemaschine, also beispielsweise nach dem Strohhäcksler und nach dem Schüttler, angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine laterale Auflösung der Mengenbestandteile der einzelnen Erntegutbestandteile mittels nebeneinander positionierter Analyseanordnungen erreicht werden. Diese sind dann nebeneinander quer zur Erntegutflussrichtung positioniert, wodurch vorteilhaft eine große Abdeckung zur Verlusterkennung erreicht werden kann.A particularly advantageous variant provides that the harvesting machine has several analysis arrangements. The analysis arrangements can be arranged at different positions within the harvesting machine, for example after the straw chopper and after the shaker. Alternatively or additionally, a lateral resolution of the quantity components of the individual crop components can be achieved by means of analysis arrangements positioned next to one another. These are then positioned next to one another transversely to the direction of crop flow, which advantageously allows a large coverage for loss detection to be achieved.
Vorteilhafterweise kann der Anteil der Körner dabei nicht nur am unteren Rand, sondern auch in anderen Bereichen der Erntemaschine analysiert werden.Advantageously, the proportion of grains can be analyzed not only at the lower edge, but also in other areas of the harvester.
Mittels einer erfindungsgemäßen Analyseanordnung kann eine bessere Erfassung des Betriebszustandes der Erntemaschine für eine genauere Regelung der Maschinenparameter ermöglicht werden. Ferner kann eine Dokumentation der Arbeitsqualität zu jeder Zeit erreicht werden. Die Analyseanordnung erlaubt die Messung der Kornverluste einer Mähdrescherreinigung, die Kornverluste einer Separationseinrichtung des Mähdreschers (Schüttler oder Rotor), des Kaff-Durchsatzes, des Stroh Durchsatzes oder auch der Partikelgeschwindigkeit.Using an analysis arrangement according to the invention, a better recording of the operating state of the harvesting machine can be made possible for a more precise control of the machine parameters. Furthermore, the quality of work can be documented at any time. The analysis arrangement allows the measurement of grain losses from a combine harvester cleaning system, grain losses from a combine harvester separation device (shaker or rotor), the crap throughput, the straw throughput or even the particle speed.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Materialströmen in Erntemaschinen mittels einer erfindungsgemäßen Analyseanordnung. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- a) Transport des fluiden, heterogenen Erntegutstromes zu einem Anfangspunkt am Rand des Analysebereiches,
- b) Transport des fluiden, heterogenen Erntegutstromes durch den in der Beleuchtungsrichtung beleuchteten Analysebereich, die Projektionsfläche passierend,
- c) Detektion der auf die Projektionsfläche treffenden Lichtmenge pro Zeiteinheit mittels der elektronischen Kamera,
- d) Aufnahme einer Vielzahl von Schattenbildern während ein Erntegutbestandteil den Analysebereich durchquert, wobei die Aufnahme eines Schattenbildes durch zyklische pixelweise Abtastung der Detektionsoberfläche erfolgt und wobei eine instantane Weiterleitung an die Bildverarbeitungseinheit stattfindet,
- e) Analyse der Schattenbilder durch die Datenverarbeitungseinheit, wobei
- i. Die Formen und Abmessungen der bewegten Partikel des fluiden, heterogenen Erntegutstromes ermittelt werden
- ii. Eine Klassifizierung der bewegten Partikel anhand der Abmessungen erfolgt
- iii. Die Ermittlung des Verhältnisses der verschiedenen Bestandteile des Erntegutes erfolgt, also eine Zählung der identifizierten Verlustkörner und daraus eine Berechnung der Masseverluste anhand von Kennlinien für die verschiedenen Fruchtarten vorgenommen wird,
- iv. Bereitstellung der Ergebnisse zur weiteren Verarbeitung dieser Daten.
- a) Transport of the fluid, heterogeneous crop stream to a starting point at the edge of the analysis area,
- b) Transport of the fluid, heterogeneous crop flow through the analysis area illuminated in the direction of illumination, passing the projection surface,
- c) Detection of the amount of light hitting the projection surface per unit of time by means of the electronic camera,
- d) Taking a large number of shadow images while a crop component undergoes analysis area, whereby the recording of a shadow image is carried out by cyclic pixel-by-pixel scanning of the detection surface and whereby an instantaneous forwarding to the image processing unit takes place,
- e) analysis of the shadow images by the data processing unit, whereby
- i. The shapes and dimensions of the moving particles of the fluid, heterogeneous crop flow are determined
- ii. A classification of the moving particles based on their dimensions is carried out
- iii. The ratio of the various components of the harvested product is determined, i.e. the identified lost grains are counted and the mass losses are calculated using characteristic curves for the various types of crop,
- iv. Providing the results for further processing of this data.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Unterscheidung der Schattenbilder der Erntegutbestandteile anhand ihrer Form und im Anschluss daran eine Klassifizierung sowie eine Bestimmung der Mengenbestandteile.The method according to the invention allows a differentiation of the silhouettes of the crop components based on their shape and subsequently a classification and a determination of the quantitative components.
Im Schritt c) wird das Licht im Sinne der Erfindung nicht zwingend direkt detektiert, sondern es ist dabei insbesondere eine Detektion des diffus von der Projektionsfläche gestreuten Lichtes relevant.In step c), the light is not necessarily detected directly in the sense of the invention, but a detection of the light diffusely scattered by the projection surface is particularly relevant.
Vorzugsweise erfolgt dabei kein Verfahrensschritt zur vollständigen Teilchenvereinzelung.Preferably, no process step for complete particle separation is carried out.
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen, Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche in zweckmäßiger Anordnung miteinander zu kombinieren.For the realization of the invention, it is also expedient to combine the above-described inventive embodiments, embodiments and features of the claims in a suitable arrangement.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments. The exemplary embodiments are intended to describe the invention without limiting it.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 eine Analyseanordnung zur Analyse eines heterogenen Erntegutstromes, -
2 ein reales Schattenbild eines Erntegutstromes, -
3 ein weiteres Schattenbild eines heterogenen Erntegutstromes, -
4 eine Analyseanordnung mit einem Linsensystem vor der Kamera, -
5a eine Lichtquelle mit Linsen zur Erzeugung eines Bandes parallelen Lichtes, -
5b eine zweidimensionale Anordnung von Lichtquellen, -
6 eine Lichtquelle mit einer Fresnel-Linse, -
7 eine Erntemaschine und
-
1 an analysis arrangement for the analysis of a heterogeneous crop flow, -
2 a real silhouette of a crop flow, -
3 another shadow picture of a heterogeneous crop flow, -
4 an analysis arrangement with a lens system in front of the camera, -
5a a light source with lenses to produce a band of parallel light, -
5b a two-dimensional arrangement of light sources, -
6 a light source with a Fresnel lens, -
7 a harvester and
Die
In den
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines Bandes parallelen Lichtes 2 ist die Verwendung einer einzelnen Lichtquelle 12 in Verbindung mit einer Fresnel-Linse 14, wie es in
In
Die Erntemaschine weist eine Separationsvorrichtung 17, wie beispielsweise einen Hordenschüttler, auf. Die Separationsvorrichtung 17 ist dazu geeignet, das Erntegut 20, welches das Dreschaggregat bereits passiert hat, weiter zu bearbeiten. Die restlichen Körner, welche noch an den nicht vollständig ausgedroschenen Ähren haften, werden nun vom Stroh getrennt. Eine Information darüber, welche Mengenanteile an Stroh und Körnern nach der Separationsvorrichtung 17 vorliegen, kann vorteilhaft genutzt werden, um die Einstellungen der Erntemaschine 16 zu optimieren.The harvesting machine has a
Weiterhin weist die Erntemaschine 16 eine Reinigungsvorrichtung 18 auf, in welche das aus dem Stroh bereits ausgedroschene Erntegut 20, welches aus Körnern und ausgedroschenen Nichtkornbestandteilen besteht, gelangen. Dieses Erntegut 20 gelangt vom Dreschwerk über weitere Abscheideorgane zur Reinigungsvorrichtung 18. Die Reinigung dieses Gemisches erfolgt in der Regel über mehrere übereinander angeordnete Siebe. Die Siebe werden dabei von unten durch einen Luftstrom belüftet, sodass die leichteren Nichtkornbestandteile, wie insbesondere kurzes Stroh und Spreu, nach oben „aufschwimmen“ und die Körner weiter unten angeordnet sind. Durch die räumliche Trennung kann eine weitere Separation erfolgen. Die Nichtkornbestandteile werden dabei ausgeblasen. Um die Güte der Einstellungen zu überprüfen, ist es eine geeignete Möglichkeit die abgeschiedenen Nichtkornbestandteile auf restliche vorhandene Körner zu untersuchen. Somit ist eine Anordnung einer Analyseanordnung nach der Reinigungsvorrichtung 18 eine vorteilhafte Variante.The harvesting
Die Erntemaschine 16 weist weiterhin einen Häcksler 19 auf, welcher das Stroh häckselt und breit verteilt. In einer anderen Variante wird das Stroh ungeschnitten im Schwad abgelegt. Das aus der Erntemaschine 16 ausgeschiedene Stroh 21 soll ebenfalls keine Körner mehr enthalten. Folglich ist eine weitere mögliche Position, die Anordnung der Analyseanordnung 1 zur Bestimmung der Mengenanteile der restlichen Körner nach dem Häcksler 19. Es sind drei mögliche Positionen für eine Analyseanordnung 1 schematisch dargestellt. Die Pfeile deuten dabei einen möglichen, geeigneten Verlauf der Beleuchtungsrichtung 7 an.The harvesting
BezugszeichenReference symbols
- 11
- AnalyseanordnungAnalysis arrangement
- 22
- Paralleler Lichtstrahl, Band parallelen Lichts, LichtstromParallel light beam, band of parallel light, luminous flux
- 33
- AnalysebereichAnalysis area
- 44
- ProjektionsflächeProjection surface
- 55
- Korn, Partikel, ErntegutbestandteilGrain, particle, crop component
- 66
- Nichtkornbestandteil, Partikel, ErntegutbestandteilNon-grain component, particle, crop component
- 77
- BeleuchtungsrichtungLighting direction
- 88th
- Schattenbild der ErntegutbestandteileSilhouette of the crop components
- 99
- Schattenbild eines KornsSilhouette of a grain
- 1010
- Schattenbild eines NichtkornbestandteilsShadow image of a non-grain component
- 1111
- Kamera, elektronische Kameracamera, electronic camera
- 1212
- Lichtquelle, punktförmige Lichtquelle, Leuchtdiodelight source, point light source, light-emitting diode
- 1313
- LinsensystemLens system
- 1414
- Linse, Fresnel-Linselens, Fresnel lens
- 1515
- LED-Matrix, zweidimensional angeordnete LichtquellenLED matrix, two-dimensionally arranged light sources
- 1616
- ErntemaschineHarvester
- 1717
- SeparationsvorrichtungSeparation device
- 1818
- ReinigungsvorrichtungCleaning device
- 1919
- Häcksler, StrohhäckslerShredders, straw shredders
- 2020
- ErntegutHarvest
- 2121
- Ausgeschiedenes StrohExcreted straw
Claims (13)
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