ES2320950A1 - Maquina seleccionadora de objetos redondeados de transportador escasamente visible. - Google Patents
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Abstract
Máquina seleccionadora de objetos redondeados de transportador escasamente visible capaz de seleccionar por visión electrónica objetos redondeados tales como frutas, objetos trasladados sobre un transportador multifilar compuesto por dos o más cables paralelos de escaso diámetro en relación a los objetos a tratar, separados una distancia menor que el diámetro del objeto, y que soportan y desplazan linealmente el objeto que es analizado por visión electrónica por toda su superficie completa en un mismo instante, para reconstruir perfectamente la imagen sin faltas ni solapamientos necesario para una óptima selección según la calidad del objeto, encontrándose el conjunto de cámaras electrónicas y focos luminosos en los vértices de poliedros regulares, sin generar contraluz o con adición de filtros polarizadores, y adicionalmente se disponen varios expulsores en la parte inferior de los cables capaces de elevarse y expulsar la fruta desde los cables.
Description
Máquina seleccionadora de objetos redondeados de
transportador escasamente visible.
La invención se refiere a una máquina para
seleccionar objetos redondeados, en particular aplicable a frutas
diversas, capaz de visualizar por medio de cámaras electrónicas
toda la superficie completa del objeto en un mismo instante,
gracias a un transportador poco corpóreo que no impide la visión
óptica a su través ni genera sombras apreciables. Los objetos son
trasladados sobre dos o más cables de pequeño diámetro relativo al
objeto, siendo fotografiados en un mismo instante desde multitud de
ángulos por un conjunto de cámaras electrónicas, el sistema
informático decide qué calidad posee el objeto en función de sus
defectos, color, tamaño u otros elementos visuales, sigue su
desplazamiento sobre los cables hasta que en el punto adecuado,
decidido informáticamente, un expulsor extrae la fruta de su
posición de equilibrio y la deposita en el correspondiente
recipiente o banda transportadora.
Los calibradores de objetos por visión
electrónica existen desde hace bastantes años y en ellos los
objetos, en particular fruta, se encuentran transportados sobre
conos enfrentados rotativos capaces de desplazarse y rotar
simultáneamente. Las frutas son visualizadas por cámaras
electrónicas en varios instantes pero la rotación es irregular e
impredecible debido a la forma no perfectamente esférica de las
frutas, dando lugar a la imposibilidad de reconstruir la superficie
del objeto con corrección. Además los objetos poseen mayor
velocidad de traslación que de rotación debido a la alta velocidad
de proceso, requiriendo varias cámaras en serie para lograr
observar su superficie de forma medianamente completa. Ello no es
adecuado para realizar una selección por calidad ya que todo
análisis de calidad basado en imágenes parciales es ineficaz y el
basado en áreas de imagen repetidas es inexacto.
Otros sistemas aún menos eficientes, basados en
cazoletas, bandas transportadoras o similares, no admiten rotación
del objeto, implicando siempre una visión muy parcial.
La presente invención consigue superar tales
dificultades y al mismo tiempo reduce el coste del dispositivo
debido a su simplicidad estructural, aumentando la fiabilidad y
reduciendo el coste.
En concreto la máquina seleccionadora de objetos
redondeados de transportador escasamente visible consta de tres
unidades básicas diferenciadas, los transportadores multifilares,
los expulsores y el sistema de cámaras de visión.
Cada transportador multifilar está constituido
básicamente por dos o más cables de diámetro reducido en relación
al tamaño del objeto, separados una distancia algo menor que el
diámetro de los objetos de menor tamaño a tratar, cables paralelos
situados en un plano horizontal y de longitud definida según la
particular instalación en donde va a ser emplazada la máquina. En
general varios carriles, formados por un transportador multifilar
cada uno, se sitúan paralelos entre sí y en un mismo plano
horizontal.
El expulsor de objetos es un mecanismo
capacitado de un movimiento de ascenso/descenso de alta velocidad y
dotado de ruedas libres en la parte superior del expulsor de tal
manera que los objetos redondeados, por ejemplo frutas, son
expulsados de su reposo sobre los cables hacia las correspondientes
cintas transportadoras según una trayectoria de movimiento
compuesto vertical y horizontal. Otros modelos de expulsor
adecuados para el presente transportador bifilar o multifilar
quizás sean desarrollados en el futuro y podrán ser utilizados de
forma intercambiable con el presente.
El sistema de cámaras de visión se sitúa en el
inicio del transportador multifilar, localizando cada cámara en los
vértices de poliedros regulares o varias pirámides regulares, de
tal manera que el objeto puede ser visto simultánea y uniformemente
por toda su superficie sin ningún impedimento a la visión, salvo el
del cable de muy pequeño diámetro. Los grupos de cámaras en los
distintos carriles están situadas al tresbolillo para permitir un
mayor compactado de los carriles.
Específicamente cada transportador multifilar
está constituido por dos o más cables no extensibles y de gran
resistencia, preferentemente cables metálicos o plásticos no
estirables. Los cables se encuentran sometidos a importante tensión
para soportar sin vibraciones ni flexión excesiva las frutas u
objetos, conservando el mínimo diámetro en relación al tamaño medio
de los objetos a visualizar, de forma que ningún defecto relevante
sobre la piel quede solapado, por tanto la combinación de pequeña
sección y considerable esfuerzo resulta en notable tensión. Cada
cable forma una línea cerrada de sección uniforme sin apreciable o
nula variación de diámetro ni resistencia en el punto de unión o
soldadura de los extremos del cable.
Los cables son arrastrados y guiados por poleas
de gran tamaño de eje horizontal con el fin de disminuir la fatiga
del cable, aumentar la superficie de rozamiento y con ello
uniformizar la tensión en la zona de contacto del cable con la
polea y disminuir la velocidad de rotación. La polea tractora
dispone de un número de acanaladuras de radio ligeramente mayor que
el radio del cable, encargadas de guiarlo y arrastrarlo por su
interior. La polea tractora es de eje fijo mientras que las poleas
libres, de las que se utiliza una para cada cable, son móviles
según un movimiento horizontal de pequeña magnitud para lograr la
adecuada tensión del cable por medio de un cilindro neumático u
otro accionador.
Se dota al transportador multifilar de una serie
de rodillos de giro libre a lo largo de toda su longitud, situados
en su parte inferior según un eje horizontal perpendicular a los
cables y en contacto ligero con ellos, de tal manera que actúan
como apoyos y guías auxiliares de los cables permitiendo el
transporte y selección de objetos de mayor peso. Los rodillos
libres poseen un surco de guiado especialmente diseñado para
impedir el contacto del rodillo con la fruta y evitar al mismo
tiempo la salida del cable desde el surco por lo que resulta un
surco de profundidad muy reducida y fondo ancho e inclinado hacia
el centro del rodillo.
El transportador multifilar es alimentado por
una o varias cintas longitudinales cuyas velocidades son
crecientes, dotadas de sección en forma de "V" de tal manera
que la última de las cintas longitudinales abre paulatinamente la
parte inferior de la "V" hasta alcanzar una abertura inferior
de mayor tamaño que los objetos a seleccionar, encontrándose la
parte abierta sobre el inicio del transportador multifilar, todo
ello con el fin de que las frutas sean depositadas con suavidad y
con una velocidad nula en relación al transportador multifilar.
En concreto el expulsor de objetos es un
mecanismo formado por un accionador lineal, preferentemente
eléctrico o electroneumático, de alta velocidad cuyo eje se
encuentra ligeramente inclinado respecto la vertical y capacitado
para proporcionar varias carreras de ascenso/descenso por segundo
de forma que un patín expulsor situado en la parte superior del
accionador lineal es el encargado de expulsar los objetos desde su
posición de reposo sobre los cables.
El patín expulsor está compuesto por dos o más
series de ruedas expulsoras de giro libre, posicionadas las series
paralelas entre si, paralelas al transportador multifilar y
localizadas cada serie entre un par de cables del transportador
multifilar y una serie final exterior a los cables. En el caso de
un transportador formado por dos cables, una serie de ruedas se
encuentra entre los dos cables y la otra serie en un lateral
exterior. El plano definido por la parte superior de todas las
ruedas está ligeramente inclinado hacia el centro del transportador
mientras que los ejes de las ruedas expulsoras se encuentran en un
plano paralelo al anterior en situación inferior y alineadas según
la línea recta del cable. El patín expulsor en posición de reposo
se sitúa ligeramente por debajo del nivel de los cables del
transportador multifilar de modo que la parte inferior de las
frutas no contacta con las ruedas expulsoras, mientras que en
posición activa asciende y la fruta u objeto correspondiente es
elevado y expulsado de forma suave debido a la existencia de las
ruedas expulsoras que comienzan a girar libremente impulsadas por
la inercia del objeto redondeado.
El sistema de cámaras de visión es capaz de
tomar de forma espacialmente regular y en el mismo instante
fotografías digitales de la superficie completa del objeto
redondeado consiguiendo que la reconstrucción de la superficie del
objeto por medio de programas informáticos sea total y sencilla
debido a la unicidad temporal y espacial de la transformación.
La iluminación es focalizada sobre la fruta u
objeto desde posiciones cercanas a las cámaras pero tales que, la
parte del anillo lumínico que pasa alrededor del objeto no ilumina
apreciablemente ninguna cámara situada en el lado contrario, de no
ser así aparecería un perjudicial contraluz que disminuiría la
calidad de la visión. En el caso de 4 cámaras situadas en los
vértices de un tetraedro no existen cámaras en los respectivos
opuestos que se corresponden con el centro de la cara opuesta al
vértice. En el caso de un número notablemente más elevado de cámaras
se situará un filtro polarizador en el emisor que interfiere, y en
la cámara a proteger un polarizador rotado 90º respecto al primero
de tal manera que el contraluz es evitado. Cada cámara se sitúa en
los vértices de poliedros regulares o varias pirámides regulares
unidas.
El proceso global para llevar a cabo la
selección de los objetos redondeados parte de la introducción de
dichos objetos en la máquina gracias a las cintas en "V" que
los depositan separados entre sí y con suavidad sobre los
trasportadores multifilares, los objetos redondeados son
transportados linealmente por los cables hasta el punto de visión en
donde se realizan varias fotografías digitales simultáneas, la
información es tratada por el sistema informático para obtener la
calidad del objeto en base a sus características superficiales, el
objeto continua su desplazamiento sobre el transportador hasta que
alcanza un punto sobre cierto expulsor de objetos tal que el
ordenador de control ha decidido realizar la expulsión en función
de los parametros operativos, activa el expulsor y la fruta es
lanzada con suavidad sobre la banda transportadora de recogida.
La descripción de los mecanismos efectuada en el
punto anterior está complementada con una serie de dibujos que
destacan los aspectos y puntos más característicos del invento,
dibujos que son ilustrativos y se recogen al final como parte
integrante de la propia memoria descriptiva. Estos dibujos
contribuyen a una mejor comprensión del alcance de la invención, a
la vez que sirve como punto de referencia para comprender
exactamente el funcionamiento de la máquina seleccionadora de
objetos redondeados de transportador escasamente visible. Con este
fin los dibujos que se acompañan representan:
La figura 1. Muestra según una representación
esquemática, una vista en perspectiva de los elementos esenciales,
tales como el transportador multifilar, el expulsor de objetos y
las cámaras de visión. Se ha eliminado un soportante de ciertos
elementos y los restantes carriles paralelos para mejorar la
visión.
Figura 2. Muestra, también según una
representación esquemática, una vista en perspectiva de la máquina
seleccionadora de objetos redondeados de transportador escasamente
visible en la que se han representado solo tres carriles y tres
expulsores por carril para simplificar el conjunto.
La figura 3. Muestra esquemáticamente dos vistas
en perfil del expulsor de objetos,
- 3a)
- El expulsor se encuentra en posición de reposo.
- 3b)
- El expulsor aparece activo y expulsa la fruta.
A la vista de las comentadas figuras puede
observarse como la máquina seleccionadora de objetos redondeados de
transportador escasamente visible está estructurada a partir de un
elemento fundamental, el transportador multifilar (1), representado
en las figuras para el caso particular de dos cables (2) paralelos
de pequeño diámetro en relación al tamaño del objeto medio a
analizar y de gran resistencia, que abarcan la longitud total de la
máquina desde la polea tractora (3) en el inicio de la máquina
hasta las poleas libres (4) capaces de girar libremente bajo la
tracción del cable (2) y sometidas a una fuerza dirigida hacia el
exterior de la máquina en sentido horizontal generada por medio de
un accionador estático o dinámico, todo ello con el fin de tensar
adecuadamente el cable (2).
Las poleas tractoras (3) y poleas libres (4) son
de gran tamaño, aplanadas, con su eje (5) situado en un plano
horizontal perpendicular a los cables (2) y dotadas de acanaladuras
(6) de sección aproximadamente semicircular y pequeño radio similar
al radio del cable. La polea tractora es impulsada por un
motorreductor (7) que la impulsa a una velocidad de giro
moderadamente baja debido al gran diámetro con el fin de mejorar el
comportamiento a fatiga de los cables.
Una serie de rodillos de giro libre (8) situados
en la parte inferior y en contacto con los cables (2), son capaces
de mantener a los cables (2) en una línea recta ideal
independientemente de la cantidad de objetos redondeados (9) que
existan sobre el transportador multifilar (1). Los surcos de guiado
(10) practicados en los bordes del rodillo de giro libre (8) son de
pequeña profundidad mientras que el centro del rodillo de giro libre
(8) posee un diámetro reducido, todo ello con el fin de que el
objeto redondeado, por ejemplo una fruta, no colisione ni contacte
con el rodillo de giro libre.
La máquina es alimentada de fruta u otros
objetos gracias a varias cintas en "V" sucesivas de velocidad
creciente de tal manera que la última cinta en "V" (11) posee
una abertura inferior (12) de tamaño creciente según el sentido de
avance de la fruta y una velocidad de transporte exactamente igual
a la del transportador multifilar (1) para evitar desplazamientos
relativos entre las frutas sucesivas al ser depositadas sobre al
transportador multifilar (1). Las cintas en "V" se encuentran
localizadas en el inicio de la seleccionadora de objetos
redondeados, alineadas con los cables (2) y situadas ligeramente
por encima de ellos.
El expulsor de objetos (13) es un mecanismo
formado por un accionador de alta velocidad (14) de movimiento
lineal cuyo eje está inclinado respecto la vertical y cuyo vástago
(15) eleva un patín (16) formado por dos o más series lineales de
ruedas expulsoras (17) de giro libre, de tamaño algo menor que el
tamaño de los objetos (9) y cuyo eje está situado según un ángulo
menor de 45º respecto el plano horizontal y perpendicular a los
cables (2). Una serie de ruedas (17') se localiza en el interior de
cada par de cables (2) mientras que la serie última de ruedas (17'')
es exterior al transportador multifilar (1). Todo ello así
configurado para que el objeto redondeado (9') sea expulsado desde
el transportador multifilar (1) hacia una banda transportadora (18)
de recogida u otra superficie o volumen de captación situados en
una posición inferior.
El accionador de alta velocidad (14) es activado
por medio de un sistema informático que decide sobre la expulsión
en función de la información sobre la calidad de la fruta u objeto
y los correspondientes encoders de posición y otros sensores de
posición.
El sistema de cámaras de visión está compuesto
por un mínimo de 4 cámaras electrónicas (19) distribuidas en los
vértices de poliedros regulares o de varias pirámides unidas y que
enfocan al objeto en estudio (9'') situado en el centro del
poliedro. Uno o varios focos luminosos (20) se posicionan cerca de
las cámaras enfocando al objeto de tal manera que en el lado
contrario a los focos no exista ninguna cámara electrónica (19).
Ciertos poliedros, tales como el tetraedro reflejado en la Figura 1.
cumplen tal condición y es adecuado para cuatro cámaras. Para un
número de cámaras notablemente más elevado, se instalarán filtros
polarizadores para eliminar el contraluz. En los pares foco (20)
enfrentado a cámara (19) los filtros polarizadores poseerán un
ángulo de polarización que diferirá en 90º.
Todas las cámaras toman una fotografía en el
instante en que el objeto se encuentra en el centro del poliedro o
pirámides consiguiendo una reconstrucción perfecta y total de la
superficie del objeto.
Los grupos de cámaras electrónicas (21)
correspondientes a cada carril se disponen al tresbolillo
encontrándose grupos de cámaras electrónicas (21') en una posición
desplazada y girada con respecto al grupo de cámaras (21). Ello es
así para poder compactar los carriles paralelos y admitir mayor
número de carriles para un mismo ancho de máquina, incrementando la
producción.
Adicionalmente existen elementos complementarios
para hacer funcionar correctamente la máquina, tales como
accionadores eléctricos, topes, reguladores y los ordenadores de
control y análisis de imágenes.
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se
derivan.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de
los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello
no suponga una alteración en la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha redactado esta memoria
deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.
Claims (4)
1. Máquina seleccionadora de objetos redondeados
de transportador escasamente visible caracterizada por
disponer de series paralelas de transportadores bifilares o
multifilares compuestos por dos o más cables dotados de tracción y
movimiento horizontal y de diámetro reducido en relación al objeto
a seleccionar para no perturbar la visión de la superficie del
objeto, cables paralelos entre sí y separados una distancia algo
menor que el menor objeto a tratar y que soportan y desplazan
linealmente el objeto que es analizado por visión electrónica por
toda su superficie completa en un mismo instante, hasta alcanzar el
objeto una posición en que uno de los expulsores en forma de patín
invertido situado debajo de los cables y dotado de series de ruedas
alineadas se eleva entre los cables según un movimiento de
ascenso/descenso inclinado respecto la vertical y expulsa la fruta
sobre una banda o elemento transportador estándar.
2. Máquina seleccionadora de objetos redondeados
de transportador escasamente visible, según reivindicación 1ª,
caracterizada porque cada cable que compone el transportador
multifilar posee sus extremos soldados mutuamente sin variación de
diámetro ni de resistencia en el punto de unión, formando una línea
cerrada de movimiento indefinido que transporta los objetos, cable
guiado y traccionado por una polea motriz dotada de surcos
perimetrales de radio similar al cable y de gran tamaño situada en
un plano vertical, y soportado y tensado por una polea libre
también de gran tamaño situada al final de la máquina, emplazándose
adicionalmente una serie lineal de rodillos de giro libre, en
posición inferior y en contacto con los cables y de eje horizontal y
perpendicular a ellos, en un número suficiente para reducir la
tensión del cable a un valor admisible, de forma que los rodillos
soportan a los cables cuando el peso es excesivo pero existe solo
un ligero contacto cuando el peso de los objetos es bajo o
nulo.
3. Máquina seleccionadora de objetos redondeados
de transportador escasamente visible, según reivindicación 1ª,
caracterizada por disponer de una serie de expulsores de
objetos ubicados en la parte inferior de los transportadores
multifilares y, en posición de reposo, sin contacto con los objetos
transportados, formado cada expulsor por un accionador lineal
inferior de alta velocidad cuyo vástago de acción está inclinado
con respecto la vertical y contenido en un plano perpendicular a
los cables y que soporta un patín en su extremo superior dotado de
series de ruedas alineadas de giro libre de tamaño algo menor que
los objetos, capacitada cada serie para ascender verticalmente
entre pares de cables contiguos y la serie final ascender
exteriormente al último cable, de forma que el ordenador central
activa el accionador lineal cuando el objeto a expulsar se
encuentra sobre el inicio del patín y termina la expulsión cuando
el objeto ha sido elevado sobre los cables, avanzando al mismo
tiempo el objeto sobre el patín debido a la inercia y a las ruedas
libres, cayendo finalmente sobre elementos estándar de
recogida.
4. Máquina seleccionadora de objetos redondeados
de transportador escasamente visible, según reivindicación 1ª,
caracterizada por disponer de un sistema de visión capaz de
aprovechar la propiedad del transportador escasamente visible de
forma que se realizan varias fotografías digitales simultáneas
uniformemente distribuidas sobre la superficie completa del objeto
redondeado, iluminando el objeto focalmente desde multitud de
puntos en el espacio tales que no iluminan las restantes cámaras, lo
cual se logra situando las cámaras electrónicas y los focos sobre
los vértices de poliedros regulares o varias pirámides regulares
unidas, con enfoque de las cámaras hacia el centro geométrico de su
volumen, adicionando filtros polarizadores en el emisor y en el
receptor en los posibles pares cámara-foco
enfrentados.
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| ES2320950B1 (es) | 2010-04-07 |
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