KR101249468B1 - 풀 컬러 엘이디를 이용한 곡물 색채선별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 엘이디 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 이용하여 선별 대상 곡물과 같은 색상의 컬러(Color) 조명(照明)과 밝기(光量)를 구현함으로써 곡물과 다른 색상의 이물질, 예컨대 유리나 합성수지 및 일부 썩거나 변색 된 곡물 및 이종곡물 등을 보다 효과적(효율적)으로 선별 제거할 수 있도록 한 풀 컬러(Full Color) 엘이디(LED)를 이용한 곡물 색채선별장치에 관한 것이다.

Description

풀 컬러 엘이디를 이용한 곡물 색채선별장치{GRAIN COLOR SORTING APPARATUS FOR USING FULL COLOR LED}

본 발명은 풀 컬러(Full Color) LED(Light Emitting Diode)를 이용한 곡물 색채선별장치에 관한 것으로, 상세하게는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 이용하여 선별 대상 곡물과 같은 컬러(Color)의 조명(照明)과 밝기(光量)를 쉽게 구현할 수 있도록 함으로써 곡물과 다른 색상의 이물질을 보다 효과적(효율적)으로 선별 제거할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 곡물 색채선별장치는 낙하 배출되는 쌀ㆍ현미ㆍ찹쌀ㆍ흑미ㆍ기장ㆍ보리ㆍ밀ㆍ콩 등의 곡물에 포함된 이물질, 이를테면 불량 곡물, 뉘, 야끼, 풀씨, 검불, 착색립, 모래, 합성수지나 유리 등을 판별해 분리하는 RPC(Rice Processing Complex) 기기로, 곡물(또는 穀粒)을 CCD 카메라로 이미지 촬영한 후 색채 및/또는 명암 판별을 통해 양품과 이물질(불량품을 포함한다)으로 구분한 다음 이물질은 고압공기를 순간적으로 분사시켜 분리 제거함으로써 양품과 불량품으로 선별처리하게 된다.

도 1은 종래 색채선별장치(1)의 개략적인 구성도로, 선별대상 곡물(또는 곡립(穀粒))이 투입되는 투입호퍼(2)와, 상기 투입호퍼(2)로부터 배출되는 곡물(10)을 진동시켜 소정 폭의 배출슈트(3) 전체면으로 골고루 펼쳐주는 진동부 및 진동자(4)와, 상기 배출슈트(3)를 따라 투명유리(14)(15) 사이로 자유 낙하(활강)하는 곡물(10)로 빛을 투과 및 반사시키는 광원(5)과, 상기 광원(5)에 의해 반사되는 곡립을 고속으로 라인 스캔하여 영상 이미지를 획득하는 좌우 한 쌍의 CCD 카메라(CCD Camera)(6)(6a)와, 상기 CCD 카메라(6)(6a)에 의해 획득된 영상 이미지를 비교 판단하여 양품과 이물질(불량곡물을 포함한다)을 판정한 다음 이물질이 있으면 제거신호를 출력하면서 전체 시스템을 제어(곡물, 운전조건, 환경)하는 제어기(7)와, 상기 제어기(7)로부터 출력되는 이물질 제거신호에 의해 고압의 압축공기를 순간적으로 분사시켜 이물질을 분리 배출시키는 분사노즐(8) 및 매니폴더(9)와, 선별 배출되는 양품(10a)과 이물질(10b) 및 선별과정에서 발생되는 낙곡(落穀)(10c)의 배출 및 이동을 각각 안내하는 안내슈트(11)(12)(13)와, 이물질을 분사시켜 선별할 수 있게 상기 매니폴더(9)와 분사노즐(8)로 고압의 압축공기를 공급하는 공기압축기(17)로 구성되며, 상기 매니폴더(9)에 설치되는 이젝터 밸브(16)는 고압으로 분사되는 압축공기의 기로(氣路)를 순간적으로 개방시키거나 폐쇄시키게 된다.

즉, 이물질 제거신호에 따라, 상기 이젝터 밸브(16)가 순간적으로 개방되면 압축공기가 분사노즐(8)로 공급되어 순간적으로 고압 분사되면서 해당 이물질(10b)을 정상 배출로로부터 분리 이탈시키게 되며, 분리 이탈된 상기 이물질(10b)은 자유 낙하하여 안내슈트(11)로 배출되고, 양품(10a)은 다른 안내슈트(12)로 배출되고, 배출슈트(3)를 이탈하여 낙하하는 낙곡(落穀)(10c)은 또 다른 안내슈트(13)로 배출되어 버킷컨베어 또는 후황기 등의 이송수단을 통하여 투입호퍼(2)로 회수된 다음 재차 색채 선별된다.

상기한 종래 곡물 색채선별장치(1)는 곡물의 주변광이나 반사광을 공급(조사)하는 광원(5)으로 단색의 백색광원인 형광등이나 냉음극관(CCFL)을 이용하고 있어서 광량조절이 어렵고 별도의 반사판으로 광원의 반사각도를 조절하거나, 또는 광량이나 밝기(조도)를 조절하고 있어서 광량 조절효율이 낮아 선별효율이 크게 떨어지며, 선별 대상 곡물과 같거나 비슷한 색상의 이물질을 쉽게 식별하거나 선별하지 못하는 문제점이 있었다.

또한 상기 백색광은, 선별대상 곡물과 같거나 비슷한 색상의 이물질, 예컨대 곡물의 색상과 같거나 비슷한 색상의 불량 곡물, 뉘, 야끼, 풀씨, 검불, 착색립, 모래, 합성수지나 유리 등과 같은 이물질은 쉽게 구분되지 않아 선별력이 떨어지고 정확한 선별이 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

또한 광원(5)으로 사용되는 형광등이나 냉음극관(CCFL)의 경우, 곡물 색상과 비슷한 빛을 발하는 형광등이나 냉음극관으로 교체해야 하는 번거로움이 따를 뿐 아니라, 점등을 위한 인버터가 필요하고, 밝기에 비하여 소비전력이 많고 부피가 커 설치공간을 많이 점유하며, 수명이 짧고 고장율이 높아 유지보수 비용이 크게 증가되는 등의 여러 문제점이 있었다.

본 발명은 곡물 색채선별장치의 광원(光源)으로, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED(Light Emitting Diode) 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 이용하여 선별 대상 곡물과 같은 색상의 컬러(Color) 조명(照明)과 밝기(光量)를 구현함으로써 곡물과 다른 색상의 이물질(불량품을 포함한다)을 보다 효과적(효율적)으로 선별 제거할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED로 인가되는 전원의 듀티비를 조절하여 컬러와 밝기를 조절하도록 함을 특징으로 한다.

본 발명 풀 컬러 LED를 이용한 곡물 색채선별장치는, 곡물 선별부 양측에 설치되는 투명유리와, 상기 투명유리 양측에 설치되는 CCD 카메라와, 상기 투명유리 양측에 설치되어 낙하 곡물을 조명하는 적색(Red) 녹색(Green) 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type)의 풀 컬러 LED가 복수로 구성되는 풀 컬러 LED 어셈블리와, 상기 풀 컬러 LED 어셈블리의 풀 컬러 LED를 제어하는 제어기를 포함하여 구성된다.

상기 풀 컬러 LED 어셈블리는, 프린트기판 표면에 복수의 풀 컬러 LED가 소정 간격과 소정의 줄로 나열 설치되고, 상기 풀 컬러 LED는 (+)전원이 공급되는 (+)단자와 (-)전원이 공급되는 (-)단자가 각각 형성되고, 상기 프린트기판의 상/하부에 복수의 통공이 형성되고, 상기 프리트 기판 이면 일측에 전원 공급용 콘센트형 커넥터가 취부되고, 상기 프린트기판의 후면에 풀 컬러 LED로 인가되는 전류를 제한하는 전류제한저항이 설치되고, 상기 전류제한저항에 방열수단이 고정되어 방열되도록 함을 특징으로 한다.

상기 풀 컬러 LED 끼리의 소정 간격은 5㎜ ~ 18㎜로 유지시켜 흑화현상이 방지되도록 함을 특징으로 한다.

본 발명은 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 엘이디 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED(Full Color LED)를 이용하여 선별 대상 곡물과 같은 색상의 컬러(Color) 조명(照明)과 밝기(光量)를 쉽게 구현함으로써 곡물과 다른 색상의 이물질, 예컨대 유리나 합성수지 및 일부 썩거나 변색 된 곡물 및 이종곡물 등을 보다 효과적(효율적)으로 선별 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 선별 대상 곡물과 같은 빛과 적절한 밝기의 컬러 조명이 구현되므로 곡물과 이물질을 보다 효과적이면서 효율적으로 선별할 수 있으며, 풀 컬러 LED(Full Color LED)로 인가되는 전원의 듀티비를 조절하는 방법으로 선별 대상 곡물과 같은 컬러의 조명과 밝기가 쉽게 달성되므로 색상이 다른 이종곡물도 효과적이면서 효율적으로 선별할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 풀 컬러 LED로 인가되는 펄스의 듀티비를 제어함으로써 풀 컬러 LED 드라이버 회로의 과전류로 인한 발열 방지 및 전력 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 풀 컬러 LED를 방열시켜 안정적인 광도제어가 가능하여 다양한 색상의 조명연출이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 광원으로 단색 백색광의 형광등이나 냉음극관(CCFL) 대신 곡물과 같은 색상이 구현되는 풀 컬러 LED를 이용하여 곡물과 같은 컬러 및 적절한 밝기 조절이 쉬울 뿐 아니라, 광원의 교체가 불필요하고, 점등을 위한 인버터가 불필요하고, 소비전력이 적고 부피가 작아 설치가 쉬우며, 수명이 길고 고장율이 낮아 유지보수 비용이 크게 절감되는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 종래 발명의 단면 구성도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 단면 구성도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 요부 확대도.
도 4 : 본 발명 일 예로 도시한 풀 컬러 LED 어셈블리의 정면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 풀 컬러 LED 어셈블리의 확대 정면도.
도 6 : 본 발명 일 예로 도시한 풀 컬러 LED 어셈블리의 측면도.
도 7 : 본 발명 일 예로 도시한 제어기 회로 블럭도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 보정 전 신호.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 보정 후 신호.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 신호 보정 순서도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 신호 처리 과정도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략한다.

도 2는 본 발명 곡물 색채선별장치(1a)의 구성도, 광원(光源)으로 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 엘이디 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 이용하여 선별 대상 곡물과 같은 컬러(Color)의 조명(照明)과 밝기(光量)를 쉽게 구현함으로써 곡물과 다른 색상의 이물질(유리나 합성수지 및 일부 썩거나 변색 된 곡물 및 이종곡물 등)을 보다 효과적(효율적)으로 선별 제거할 수 있게 구성된다.

본 발명은 곡물 색채선별장치(1a)의 곡물 선별부 양측에 설치되는 투명유리(14)(15)와, 상기 투명유리(14)(15) 양측에 설치되는 CCD 카메라(6)(6a)와, 상기 투명유리(14)(15) 양측에 설치되어 낙하 곡물(10)을 조명(照明)하되 곡물(10)과 같은 색상 및 적절한 밝기로 조명하는 풀 컬러 LED가 복수로 구성된 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)와, 상기 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)의 점등 및 소등 상태를 감지하는 좌우 한 쌍의 점등감지센서(F)와, 상기 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)를 구성하는 풀 컬러 LED(32)의 듀티비를 제어하여 곡물(10)의 색상과 같은 색상의 컬러(광)와 광량으로 조명을 달성할 수 있게 제어하는 제어기(7)를 포함하여 구성된다.

상기 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)는, 도 3과 같이 프린트기판(30) 표면에 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED(32)가 소정 간격과 소정의 줄, 이를테면 2줄 내지 복수의 줄로 나열 설치된다.

상기 풀 컬러 LED(32)의 끼리의 소정 간격은 흑화현상이 발생하지 않도록 5㎜ ~ 18㎜가 바람직하다. 상기 풀 컬러 LED(32)는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 조합에 의해 선택된 광이 발광부(34)로 발광될 수 있도록 각각의 단자(33)가 구성된다. 상기 단자(33)는 (+)전원이 공급되는 (+)단자와, (-)전원이 공급되는 (-)단자가 각각 형성되며, 상기 (-)단자는 하나로 취합되어 공통단자로 구성될 수 있다.

상기 프린트기판(30)의 상/하부에는 설치 위치에 고정시키기 위한 복수의 통공(31)이 형성되며, 이면 일측에는 전원 공급용 콘센트형 커넥터(37)가 취부되고, 상기 콘센트형 커넥터(37)에는 전원선(39)이 연결된 플러그형 커넥터(38)가 접속된다.

상기 풀 컬러 LED(32)는 인가되는 전력에 따라 직열이나 병열, 또는 직/병열 혼합형태로 결선되어 듀티비로 동시에 점/소등 또는 제어된다.

상기 프린트기판(30)의 후면에는 커넥터(37)(39)를 통하여 풀 컬러 LED(32)로 인가되는 전류를 제한하는 전류제한저항(36)과, 상기 전류제한저항(36)으로부터 발생되는 열을 발산시키는 소형 알미늄 부재 등으로 구성되는 방열수단(35)이 접착되거나 취부 및 고정되어 방열된다.

상기 전류제한저항(36)은 각각의 풀 컬러 LED(32) 마다 접속되거나. 또는 수개의 어레이로 구성되는 묶음 단위(어레이 단위)의 풀 컬러 LED(32) 마다 접속되며, 프린트기판(30)의 이면에 땜납 등에 의해 고정되며, 그 표면에는 상기한 바와 같이 방열수단(35)이 접착되거나 취부 및 고정되어 방열된다.

본 발명은 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 이용하여 선별 대상 곡물과 같은 컬러(Color)의 조명(照明)과 밝기(光量)를 쉽게 구현할 수 있도록 함으로써 곡물과 다른 색상의 이물질(유리나 합성수지 및 일부 썩거나 변색 된 곡물 및 이종곡물 등)을 보다 효과적이면서 효율적으로 선별 제거할 수 있게 된다.

본 발명은 펄스폭 변조방식으로 듀티비를 조절하여 곡물과 같은 컬러(Color)의 색상과 적절한 밝기의 조명(照明)을 달성하게 되며, 선별 대상 곡종이 바뀌더라도 제어기(7)로 상기 듀티비를 조절함으로써 바뀐 곡물의 종류에 따른 색상과 밝기에 신속히 대응할 수 있는 있게 된다.

본 발명에서 풀 컬러 LED(32)의 드라이버 회로에 제어신호를 보내 제어하는 방법으로는, 직류(DC) 연속 전류를 제어하는 방법과, 펄스 전류를 제어하는 방법을 적용할 수 있으나, 응답속도(Response time)가 느리고, 분해능(Resolution)이 떨어지는 단점이 있는 DC 연속 전류를 제어방식보다는 다양한 색상 연출과 밝기 제어가 용이한 10㎑ 전후의 펄스폭 변조방식(PWM, Pulse Width Modulation)을 기초로 하는 펄스 전류 제어방식이 바람직하다.

상기 펄스폭변조(PWM) 방식의 일 예를 들면, 마이크로 콘트롤러의 출력주기(Period)를 일정하게 유지하고, 이 주기를 0 ~ 255로 분할하여 256단계의 펄스폭을 듀티비(Duty Cycle)로 개별 제어함으로써 출력신호를 0% ~ 100%까지 단계적으로 제어할 수 있으며, 듀티비가 0단계로 되면 풀 컬러 LED(32)가 오프(OFF)되고, 듀티비가 255단계로 되면 풀 컬러 LED(32)의 광출력은 100%가 된다.

이러한 방식으로 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 구성하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프로 각각 인가되는 듀티비를 제어함으로써 선별 대상 곡물과 같은 컬러(Color)의 조명(照明)과 밝기(光量)를 쉽게 구현할 수 있게 된다.

이를테면, 풀 컬러 LED(32)의 색상을 유지하면서 밝기를 조절하는 경우, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 LED 램프로 인가하는 전원 듀티비를 같은 비율로 증가시킴으로써 같은 색상으로 밝기가 조절된다.

본 발명은 풀 컬러 LED로 인가되는 펄스의 듀티비를 제어함으로써 풀 컬러 LED 드라이버 회로의 과전류로 인한 발열 방지 및 전력 손실을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 3색의 RGB LED 각각을 개별적으로 안정적인 광도제어가 가능하여 다양한 색상의 조명연출이 가능하다.

한편, 단색 백색광원을 사용할 경우, 곡물의 자연 그대로의 밝기를 카메라가 인식한다. 즉, 곡물의 색이 비슷할 경우 카메라가 인식하는데 많은 제약이 따르는 반면 본 발명에서와 같이 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED(32)를 이용하는 경우, 곡물(10)의 특성에 맞는 광원을 강하게 비추고 그렇지 않은 광원은 상대적으로 약하게 조사함으로 양품과 불량, 또는 양품과 이물의 차이를 크게 할 수 있어서 쉽게 식별 및 선별할 수 있게 된다.

예컨대, 녹두의 양품은 녹색을 띄지만, 녹두의 불량 중에는 분홍색을 가지고있는 경우, 녹색과 분홍색의 색의 차이를 좋게 하기 위해서는 풀 컬러 LED(32)의 듀티비를 조절하여 붉은색을 강하게 하고 녹색을 조금 약하게 하면 분홍색의 불량이 상대적으로 좀더 밝게 되므로 양품 녹두의 녹색과 불량 녹두의 분홍색과는 차이가 상대적으로 커지게 된다. 따라서 같은 녹두이지만 색상 차이로 인해 양품과 불량이 쉽게 판별되고 효과적으로 선별 제거된다.

또한, 크기와 색상은 비슷하지만 표면 광반사율이 다른 쌀과 합성수지의 경우 종래 방법으로는 식별이나 판별이 어려우나, 본 발명에서는 컬러 조명에 의해 쌀과 합성수지의 색상과 광 반사율이 뚜렷이 구분되므로 쉽게 식별 및 판별된다.

본 발명에서 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프와 적외선 LED램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED, 또는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED와 별도의 적외선 LED를 병용하여 컬러 선택 광량 조절 이외에도, 수분(水分) 흡수율 차이에 의해 색상 또는 명암 차이가 현격히 달라지는 점을 이용하여 색상 또는 명암이 같거나 비슷한 곡물과 이물질을 효과적으로 선별할 수 있게 구성할 수 있다.

예컨대, 가시광 조명에서는 곡물과 이물질의 색상 또는 명암이 같거나 비슷하지만 근적외선(NIR) 조명에서는 수분(水分) 흡수율 차이에 의해 색상 또는 명암 차이가 현격히 달라지는 점을 이용하여 색상 또는 명암이 같거나 비슷한 곡물과 이물질을 효과적으로 선별할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서 CCD 카메라(또는 이미지 센서)(6)(6a)로 피사체인 곡물(10)을 라인 스캔하여 얻은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 다음 왜곡된 신호를 평탄하게 보정하여 곡물의 양불 판정을 보다 확실하게 할 수 있다.

한편, 평면의 표면 수직 벡터에 대해 카메라의 시선 방향이 평행이 되지 않는 경우, 일반적으로 원근 효과(perspective effect)가 발생하게 되며, 원근 효과에 의해 평면에 담겨져 있는 패턴의 기하학적 성질이 변하게 된다. 원근 효과가 발생하는 경우에 원영상(original image)은 사영 변환(projective transform)에 의해 모델링이 가능하며, 이때 적용할 수 있는 기하학적 불변성(geometric invariance)은 cross ratio, concurrency, collinearity 정도이다.

즉, 곡물 색채선별에 사용되는 CCD 카메라(6)(6a)의 신호 보정에는 CCD 카메라(6)(6a)에서 XXX Bit의 원(原)신호를 받으면 카메라 렌즈의 왜곡(원근 효과 등)으로 인하여 도 8과 같이 신호의 왜곡 현상이 발생하며, 상기 왜곡된 신호의 데이터를 가지고 영상신호를 처리하면 신호처리에 많은 제약이 따른다. 이를 보완하기 위하여 영상신호의 보정을 필요로 한다.

따라서 본 발명에서는 원(原)신호, 이를테면 CCD 카메라(6)(6a)로 고속 라인 스캔하여 촬상 획득된 곡물의 영상 이미지 신호를 A/D컨버터로 디지털 신호로 변환한 다음 영상처리장치와 연산장치를 이용하여 디지털 이미지 영상신호를 보정 및 연산하는 하고, 보정된 신호를 출력시켜 CCD 카메라(6)(6a) 렌즈의 왜곡으로부터 발생되는 영상 신호를 왜곡없이 보정하여 색채선별장치(1a)로 곡물의 양불을 확실하게 선별할 수 있게 되므로 선별율이 크게 향상된다.

본 발명은 형광등이나 냉음극관(CCFL)을 이용한 백색광 조명하에서는 곡물(10)과 이물질의 색상 또는 명암이 같거나 비슷한 경우 선별이 불가능하지만, 풀 컬러 LED(32)를 이용하여 곡물(10)과 같은 색 및 같은 광량으로 조명이 이루어지는 상태에서 CCD 카메라(6)(6a)로 촬상된 이미지 데이터를 제어기(7)로 입력시켜 선별 처리될 수 있도록 함으로써 곡물(10)과 이물질이 효과적으로 선별 처리된다.

상기에서 좌우 한 쌍으로 구성되는 CCD 카메라(6)(6a)와, 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)는 이격 설치되는 투명유리(14)(15)의 양측에 대칭 구조로 각각 설치되며, 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)에 의해 곡물(10)과 같은 색상의 가시광이 곡물(10)로 조명되므로 투명유리(14)(15) 사이의 선별부로 낙하하는 곡물(이물질이 포함된 곡물)(10)로 집중 조명되며, CCD 카메라(6)(6a)는 같은 색 조명에 의해 반사되는 피사체(이물질이 혼합된 곡물)를 촬상하여 선별에 필요한 영상데이터를 제어기(7)로 입력하게 된다.

상기 제어기(7)는 입력되는 영상데이터를 비교 판단하여 색상 차이가 설정된 값을 초과하면 이물질이 혼합된 것으로 판단하여 공기분사 신호를 출력하게 되며, 이에 따라 해당 이젝터 밸브(16)가 동작하여 기로(氣路)를 개방시켜 공기압축기(17)의 고압공기가 매니폴더(9)를 통하여 분사노즐(8)로 공급되고, 분사노즐(8)로 공급된 고압공기는 순간적으로 분사되면서 해당 이물질(10b)을 정상 배출로로부터 이탈시켜 분리하게 되며, 이탈 분리된 이물질(10b)은 자유 낙하하여 안내슈트(12)로 배출되고, 양품(10a)은 다른 안내슈트(11)로 배출되고, 배출슈트(3)를 이탈하여 낙하하는 낙곡(落穀)(10c)은 또 다른 안내슈트(13)로 배출된다.

도 7은 본 발명 일 예로 도시한 제어기(7)의 회로블럭도로, PLC 또는 중앙처리장치 등으로 구성되는 제어부(C)의 입력에 모드(Mode)선택, 본 발명 곡물 색채선별장치의 온(ON)/오프(OFF), 통신모드 등의 선택 및 각종 데이터를 입력 및 설정할 수 있는 키패드 및 제어부(C) 이상시 초기화(Reset)시키는 리셋부 등으로 구성되는 설정부(S)와, 컬러 조명광으로부터 곡물과 이물질의 색채(또는 색채 및 명암)를 얻는 CCD 카메라(6)(6a)와, 풀 컬러 LED(32)의 점등 상태를 감시하는 광도전셀(CDS)이나 포토센서 등으로 구성되는 점등감지센서(F)가 각각 접속된다.

상기 제어부(C)의 출력에는 각종 동작상태ㆍ동작모드ㆍ설정값ㆍ현재값ㆍ각종 기기의 동작상태나 각종 이상 등이 표시되는 표시부(D)와, 펄스폭 변조방식으로 풀 컬러 LED(32)로 인가되는 전원(또는 펄스)의 듀티비를 조절하여 곡물과 같은 컬러(Color)의 색상과 적절한 밝기의 조명(照明)을 달성하는 PWM 모듈(P)과, 분사노즐(8)로 고압공기가 분사될 수 있도록 이젝터를 개폐시키는 이젝터 밸브(16)와, 곡물 투입호퍼(2)를 진동시키는 진동자(4)가 각각 접속된다.

상기 PWM 모듈(P)의 출력에는 복수의 풀 컬러 LED(32)로 구동전원을 공급하는 LED 드라이버(L)가 접속되고, 상기 LED 드라이버(L)의 출력에는 복수의 풀 컬러 LED(32)로 구성되는 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21)가 접속된다.

상기 펄스폭변조(PWM) 방식의 일 예를 들면, PWM모듈(P)의 출력주기(Period)를 일정하게 유지하고, 이 주기를 0 ~ 255로 분할하여 256단계의 펄스폭을 듀티비(Duty Cycle)로 개별 제어함으로써 출력신호를 0% ~ 100%까지 단계적으로 제어할 수 있으며, 듀티비가 0단계로 되면 풀 컬러 LED(32)가 오프(OFF)되고, 듀티비가 255단계로 되면 풀 컬러 LED(32)의 광출력은 100%가 되며, 이러한 방식으로 원칩형(One Chip Type) 풀 컬러 LED를 구성하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프로 각각 인가되는 듀티비를 제어함으로써 선별 대상 곡물과 같은 컬러(Color)의 조명(照明)과 밝기(光量)를 쉽게 구현할 수 있게 된다.

상기 제어부(C)의 입ㆍ출력부에는 운영 프로그램 및 CCD 카메라(6)(6a), 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21), 이젝터 밸브(16), 진동자(4) 등의 각종 엑츄에이터를 제어하는 제어프로그램 등이 저장되는 메모리부(M)와, 주 제어기의 제어를 받거나 통신을 하거나 데이터를 주고 받을 수 있도록 통신인터페이스가 구비되는 네트워크가 각각 접속된다. 상기 네트워크에는 복수로 설치되는 CCD 카메라(6)(6a) 및 풀 컬러 LED 어셈블리(20)(21) 등을 원격 제어하고 복수의 곡물 색채선별장치(1a)를 제어하는 주 제어기들이 각각 접속되어 원격 제어된다.

상기 제어부(C)의 출력에는 도면으로 도시하지 않았지만 각종 엑츄에이터를 구동시키는 구동 드라이브가 접속되며, 상기 설정부(S)는 통상의 키패드, 스위치군, 터치스크린 등을 각각 또는 혼용할 수 있다.

상기 메모리부의 데이터는 제어부(C)에 의해 독출 및 갱신되고 엑츄에이터의 각종 제어와 표시 및 경보 등에 이용되며, 제어기 또는 주 제어기를 통하여 새로 작성되거나 입력되는 데이터, 수정 데이터, 운영데이터 등은 통신인터페이스와 네트워크를 통하여 송수신 된다.

상기 표시부(D)는 전원공급 상태를 표시하는 전원표시등과, 각종 센서류 및 엑츄에이터 등이 동작중임을 표시하며, 액정디스플레이(LCD), 세븐 세그먼트, 발광다이오드 등으로 복합 구성되거나 상황여건에 따라 터치스크린으로 표시부를 구성하여 사용의 편의를 도모할 수도 있다.

본 발명은 양측에 설치된 CCD 카메라(6)(6a)는 케이스(18)(19)로 외부와 폐쇄되어 외부 가시광선의 교란이나 영향을 받지 않는다.

상기 공기압축기(17)는 이물질을 분사시켜 선별할 수 있도록 매니폴더(9)와 분사노즐(8)로 고압의 압축공기를 공급하게 되며, 매니폴더(9)에는 제어기(7)의 제어를 받는 이젝터 밸브(16)가 설치되어 매니폴더(9)의 기로(氣路)를 개방시키거나 폐쇄시키게 된다.

CCD 카메라(6)(6a)와 풀 컬러 LED(32)에 의해 이물질이 검출되며, 제어기(7)에 의해 상기 이젝터 밸브(16)가 개방되면서 호스를 경유하여 분사노즐(8)로 공급되는 압축공기가 순간적으로 고압 분사되면서 해당 이물질이 정상 배출로로부터 이탈되어 분리된다.

이탈 분리된 이물질은 자유 낙하하여 안내슈트(11)로 배출되고, 양품 곡물(10a)은 다른 안내슈트(12)로 배출되고, 배출슈트(3)를 이탈하여 낙하하는 낙곡(落穀)(10c)은 또 다른 안내슈트(13)로 배출되거나, 또는 또 다른 안내슈트(13)로 배출된 다음 이송수단, 이를테면 버킷컨베어 또는 후황기 등을 통하여 투입호퍼(2)로 회수된 다음 재차 색채 선별된다.

도 5는 본 발명 신호처리 과정을 일 예로 도시한 순서도로, 원(原)신호, 이를테면 고속 라인 스캔 CCD 카메라로 촬상 획득된 피사체(곡물)의 영상 이미지 신호가 입력되는 단계(S1 단계), A/D컨버터를 이용하여 영상 이미지 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계(S2 단계), 영상처리장치와 연산장치를 이용하여 디지털 이미지 영상신호를 보정 및 연산하는 단계(S3 단계), 보정된 신호를 출력하는 단계(S4 단계), 로 된다.

한편, 곡물 색채선별에 사용되는 카메라의 신호 보정에는 CCD 라인 스캔 카메라에서 XXX Bit의 원(原)신호를 받으면 카메라 렌즈의 왜곡현상으로 인하여 도 8과 같이 신호의 왜곡현상이 발생하며, 상기 왜곡된 신호의 데이터를 가지고 영상신호를 처리하면 신호처리에 많은 제약이 따르므로, 본 발명에서는 이를 보완하기 위하여 카메라로 획득된 원(原)신호를 디지털 신호로 변환한 다음 영상처리장치와 연산장치를 이용하여 기준값과 비교 연산하는 방법으로 신호 보정하고, 보정된 신호를 출력시켜 불량으로 판정된 곡물을 선별 제거할 수 있게된다.

도 11은 원(原)신호를 디지털 신호로 변환한 다음 비교 연산하여 보정하는 영상처리장치의 신호 처리과정을 도시한 것이다.

상기 신호 보정 방법으로는, A/D 컨버터에 의해 디지털 신호로 변환된 XXX Bit의 신호를 다음 식(1)과 같이 연산처리하면 보정된 신호가 얻어진다.

XXX Bit 보정신호 = 최대값 × 기준 값 / 원 신호 ----------------- 식(1)

상기 XXX Bit의 보정신호(16bit(2XXX))를 메모리(RAM)에 저장하였다가 다음 식(2)와 같이 곱셈기(X)를 이용하여 변환된 원(原)신호(10bit(XXX))와 곱한 다음 누산기(Y)로 보정된 신호(26bit(ttt)/YYY bit)를 출력하게된다. 상기 누산기(Y)는 상기 곱셈기(X)의 출력을 누산시켜 출력한다.

상기 메모리(RAM)는 클럭주파수를 이용하여 주소를 생성하고, 다른 메모리에(RAM)에는 원(原)신호(10bit(XXX))와 보정신호(16bit(2XXX))의 데이터가 저장되고, 기준값이 입력 및 저장되며 독출되어 신호처리에 사용된다.

XXX Bit 보정된 신호 = 보정신호 × 원신호 / 최대값 --------------- 식(2)

이때 최대값은 XXX Bit가 가질 수 있는 최대값을 의미하며, 원(原)신호는 CCD 라인 스캔 카메라에서 들어오는 원래의 신호를 의미하며, 기준값은 사용자가 원하는 특정값으로 보정된 신호의 값이 된다.

물론, 원(原)신호가 변하면 보정된 신호도 같은 비율로 변하게 된다.

이때 주의점은 기준값이 원신호의 최소점을 넘을 수 없다. 기준값이 원신호의 최소점을 넘으면 신호의 오버플로어 현상으로 보정신호가 틀어지는 현상이 발생하기 때문이다.

XXX Bit로 보정된 신호(26bit(ttt)/YYY bit)는 누산기(Y)를 통하여 출력되며, 상기 출력신호는 색채선별기의 이젝터를 순간적으로 동작시켜 불량으로 판정된 곡물을 고압분사시키는 방법으로 양품과 분리 제거시키게 된다.

본 발명은 카메라 렌즈의 왜곡(주로 원근 효과)으로 인하여 발생하는 신호 왜곡현상이 제거되며, 도 9와 같이 보정된 신호로 영상 처리를 하게 되므로 효율적인 데이터 처리가 가능해진다.

본 발명 영상처리 및 연산에 사용된 FPGA(Field Programmable Gate Array)는 프로그래머블 논리 요소와 프로그래밍가능 내부선이 포함된 반도체 소자이며, 프로그래머블 논리 요소는 AND, OR, XOR, NOT, 더 복잡한 디코더나 계산기능의 조합 기능같은 기본적인 논리 게이트의 기능을 복재하여 프로그래밍할 수 있으며, 간단한 플립플롭이나 더 완벽한 메모리 블록으로 된 메모리 요소도 포함하고 있으며, 오류수정을 현장에서 재프로그램할 수 있고, 초기 개발비가 저렴하다는 장점이 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(1a)--곡물 색채선별장치 (2)--투입호퍼
(3)--배출슈트 (4)--진동자
(6)(6a)--CCD 카메라 (7)--제어기
(9)--매니폴더 (10)--곡물
(10a)--양품 (10b)--이물질
(10c)--낙곡(落穀) (11)(12)(13)--안내슈트
(14)(15)--투명유리 (16)--이젝터 밸브
(20)(21)--풀 컬러 LED 어셈블리 (30)--프린트기판
(32)--풀 컬러 LED (33)--단자
(34)--발광부 (37)(38)--커넥터
(39)--전원선 (C)--제어부
(D)--표시부 (F)--점등감지센서
(L)--LED 드라이버 (M)--메모리부
(P)--PWM 모듈 (S)--설정부

Claims (3)

1. 삭제
2. 곡물 선별부 양측에 설치되는 투명유리, 상기 투명유리 양측에 설치되는 CCD 카메라, 상기 투명유리 양측에 설치되고 낙하 곡물을 직접 조명하는 LED 어셈블리로 구성된 곡물 색채선별장치에 있어서;
   상기 LED 어셈블리는,
   상기 투명유리 양측에 설치되어 낙하 곡물을 직접 조명하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3원색 LED 램프가 하나로 조합된 원칩형(One Chip Type)의 풀 컬러 LED가 복수로 구성되는 풀 컬러 LED 어셈블리이고,
   상기 풀 컬러 LED 어셈블리는,
   프린트기판 표면에 복수의 풀 컬러 LED가 소정 간격과 소정의 줄로 나열 설치되고,
   상기 풀 컬러 LED는 (+)전원이 공급되는 (+)단자와 (-)전원이 공급되는 (-)단자가 각각 형성되고,
   상기 프린트기판의 상/하부에 복수의 통공이 형성되고,
   상기 프리트 기판 이면 일측에 전원 공급용 콘센트형 커넥터가 취부되고,
   상기 프린트기판의 후면에 풀 컬러 LED로 인가되는 전류를 제한하는 전류제한저항이 설치되고,
   상기 전류제한저항에 방열수단이 고정되어 방열되도록 함을 특징으로 풀 컬러 LED를 이용한 곡물 색채선별장치.
3. 삭제

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