OA20142A - Device for sorting physical defects on objects. - Google Patents
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Abstract
Le présent dispositif d’inspection ou de tri (encore appelé tamis intelligent) est constitué de : - Un module permettant de contrôler le mouvement du tapis convoyeur ; - Une Chambre d’acquisition d’images des objets (contenant une caméra embarquée, un système d’éclairage approprié selon l’application visée) ; - Un module permettant la rotation des objets sous le tapis convoyeur ; - Un module permettant leur analyse (Ordinateur, Laptop ou carte FPGA) ; - Un module permettant l’éjection des objets. Il permet à moindre coût, de façon totalement modulable, par le remplacement d’un ou des modules électroniques tout en modifiant les programmes (de la carte FPGA, ceux du microcontrôleur), d’effectuer une ou plusieurs tâches simultanément. Doté d’une unité de transmission en temps réel de données par wifi, il permet d’automatiser le tri des objets. The present inspection or sorting device (also called intelligent sieve) consists of: - A module making it possible to control the movement of the conveyor belt; - An object image acquisition chamber (containing an on-board camera, an appropriate lighting system depending on the targeted application); - A module allowing the rotation of objects under the conveyor belt; - A module allowing their analysis (Computer, Laptop or FPGA card); - A module allowing the ejection of objects. It allows at lower cost, in a completely modular way, by replacing one or more electronic modules while modifying the programs (of the FPGA card, those of the microcontroller), to perform one or more tasks simultaneously. Equipped with a unit for real-time data transmission by wifi, it automates the sorting of objects.
Description
DISPOSITIF DE TRI DES DEFAUTS PHYSIQUES SUR LES OBJETS (Tamis intelligent)DEVICE FOR SORTING PHYSICAL FAULTS ON OBJECTS (Smart sieve)
DOMAINE DE L'INVENTION AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION TO WHICH THE INVENTION RELATES
La présente invention concerne un dispositif d’inspection et/ou de tri par vision artificielle des défauts qualités sur les objets (en utilisant les caractéristiques physiques ou chimiques) dans plusieurs domaines (alimentaire, médical, minier, etc.). Il peut s’agir du tri du poivre de Penja, du riz, du haricot, du soja, du maïs, des dattes, des cerises, des comprimés, des métaux, etc...The present invention relates to a device for inspecting and / or sorting by artificial vision of quality defects on objects (using physical or chemical characteristics) in several fields (food, medicine, mining, etc.). It can be sorting of Penja pepper, rice, beans, soybeans, corn, dates, cherries, tablets, metals, etc.
ART ANTERIEURPRIOR ART
Les travaux de « hal-00466401 » nous présentent un système de vision artificielle permettant de discriminer des semences tombant en chute libre à partir de leurs images numériques. Or le défilement très rapide de l’objet devant les caméras empêche la capture et l’analyse de certains grains et donc réduit la performance du dispositif. De même la performance du dispositif est basée sur la morphologie qui peut simplement être réglée par un dispositif mécanique. De plus, la synchronisation entre le défilement des grains et la vitesse de traitement des algorithmes n’est pas rassurée. Enfin, le nombre de caméras utilisés (trois) pour analyser une seule graine augmente les coûts du dispositif et surtout si on veut faire une analyse simultanée de plusieurs graines en chute libre défilant avec plusieurs couleurs/textures.The work of "hal-00466401" presents an artificial vision system allowing us to discriminate between seeds falling in free fall from their digital images. However, the very rapid movement of the object in front of the cameras prevents the capture and analysis of certain grains and therefore reduces the performance of the device. Likewise the performance of the device is based on the morphology which can simply be regulated by a mechanical device. In addition, the synchronization between the scrolling of the grains and the processing speed of the algorithms is not reassured. Finally, the number of cameras used (three) to analyze a single seed increases the costs of the device and especially if we want to perform a simultaneous analysis of several seeds in free fall scrolling with several colors / textures.
Les travaux de « WO/2008/150903 » présentent une trieuse à graine qui utilise une plaque tournante sur laquelle existe des trous qui peuvent loger les graines en bloc de 24 et dont le but est de porter les graines pour les acheminer vers deux caméras qui analysent leur morphologie. Les graines défectueuses sont ensuite éjectées par un système pneumatique. La synchronisation entre le défilement des grains et la vitesse d’éjection n’est pas toujours rassurée et le coût du dispositif est très élevé du fait du nombre de caméras utilisés.The work of "WO / 2008/150903" presents a seed sorter which uses a turntable on which there are holes which can accommodate the seeds in blocks of 24 and whose purpose is to carry the seeds to convey them to two cameras which analyze their morphology. Defective seeds are then ejected by a pneumatic system. The synchronization between the movement of the grains and the ejection speed is not always reassured and the cost of the device is very high due to the number of cameras used.
Les travaux de « WO/2020/116096 » présentent une trieuse optique pour plusieurs types d’objets. Cette trieuse optique est pourvue d'une pluralité d'unités optique pour trier, par qualité, des objets défilants. Une première unité de tri optique transfère, à une seconde unité de tri optique, des objets de mauvaises qualités à l’aide d'un moyen de décharge. Le dispositif développé est d’un mécanisme très encombrant et augmente son coût de production.The work of "WO / 2020/116096" presents an optical sorter for several types of objects. This optical sorter is provided with a plurality of optical units for sorting, by quality, moving objects. A first optical sorting unit transfers poor quality objects to a second optical sorting unit using a discharge medium. The device developed is a very bulky mechanism and increases its production cost.
Les travaux de « WO/2019/155764 » présentent une invention dont le but est de fournir une trieuse optique avec laquelle la précision de position d'un élément constitutif fixé à un cadre peut être simplement calculée sans qu’aucune distorsion de soudage ne se produise dans le cadre. Ce dispositif est d’une application exclusive dans le soudage d’objet.The works of "WO / 2019/155764" present an invention the aim of which is to provide an optical sorter with which the positional precision of a constituent element fixed to a frame can be simply calculated without any welding distortion occurring. produce in the frame. This device is for exclusive application in object welding.
Les travaux de « WO/2002/074457 » présentent un dispositif et procédé d’inspection automatique d’objets se déplaçant dans un flux essentiellement monocouche. Le dispositif ne peut pas permettre l’analyse des différentes surfaces de l’objet.The work of "WO / 2002/074457" presents a device and method for the automatic inspection of objects moving in an essentially single-layer flow. The device cannot allow the analysis of the different surfaces of the object.
Les travaux antérieurs sus-cités ne permettent pas de combiner efficacité et réduction des coûts dans l’inspection ou le tri des défauts qualités sur les objets.The aforementioned previous work does not make it possible to combine efficiency and cost reduction in the inspection or sorting of quality defects on objects.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
L’invention a pour objet d’inspecter, de tamiser ou de trier par un système intelligent les objets de différentes tailles défilant sur un tapis convoyeur et ayant des défauts qualités. Avantageusement, le dispositif comprend d’abord une caméra embarquée qui capte les images des objets de manière synchronisée avec le mécanisme de convoyage de tel sorte que la vitesse des algorithmes dédiés à l’analyse des grains soit ajustée avec le dispositif d’éjection. Les objets sont disposés en ligne et en colonne de manière à avoir un espace entre eux et de pouvoir recueillir plusieurs dans une capture d’image de la caméra. Le nombre de lignes et de colonnes (ou le nombre d’objets à analyser sur une capture d’image) dépend de la résolution de la caméra. La pente imposée au tapis convoyeur avant la chambre d’acquisition d’images permet de conserver uniquement les objets à analyser dans la cellule où ils sont logés en ramenant les autres corps étrangers en dessous. Ensuite une capture est actionnée dans la chambre d’acquisition d’images à travers un détecteur d’objet (« WO/1998/036393 ») ou une simple synchronisation (entre la séquence d’acquisition d’images et la vitesse du convoyeur). Enfin le procédé (« EP/A1/0054598 ») d’inspection et/ou de tri utilise les algorithmes développés (de segmentation, de caractérisation et de classification d’images) qui permettent d’extraire les objets de la scène (en isolant ou en éliminant l’arrière-plan), de les caractériser à travers leurs propriétés physiques (texture et couleur) tout en permettant de les discriminer (par un apprentissage supervisé ou non supervisé). Les algorithmes de segmentation (seuillage, logique floue, etc.) comme ceux de caractérisation (ondelettes, histogrammes, etc.) et de discrimination (séparateurs à vaste marge, réseaux de neurone, etc.) dépendent de la complexité de l’image numérique obtenue.The object of the invention is to inspect, sift or sort by an intelligent system objects of different sizes passing on a conveyor belt and having quality defects. Advantageously, the device first comprises an on-board camera which captures the images of the objects in a manner synchronized with the conveying mechanism so that the speed of the algorithms dedicated to the analysis of the grains is adjusted with the ejection device. The objects are arranged in rows and columns so that there is space between them and that several can be collected in a camera image capture. The number of rows and columns (or the number of objects to analyze in an image capture) depends on the resolution of the camera. The slope imposed on the conveyor belt before the image acquisition chamber keeps only the objects to be analyzed in the cell where they are housed by bringing other foreign objects below. Then a capture is actuated in the image acquisition chamber through an object detector ("WO / 1998/036393") or a simple synchronization (between the image acquisition sequence and the speed of the conveyor) . Finally, the inspection and / or sorting method (“EP / A1 / 0054598”) uses the algorithms developed (for segmentation, characterization and classification of images) which make it possible to extract the objects from the scene (by isolating or by eliminating the background), to characterize them through their physical properties (texture and color) while allowing them to be discriminated (by supervised or unsupervised learning). Segmentation algorithms (thresholding, fuzzy logic, etc.) such as characterization (wavelets, histograms, etc.) and discrimination (wide-margin separators, neural networks, etc.) depend on the complexity of the digital image obtained.
Ainsi à titre d'exemple nullement limitatif, le dispositif peut analyser avec différentes mailles de tapis convoyeur, les défauts qualités sur les grains de haricot, sur les grains de riz, sur leThus, by way of non-limiting example, the device can analyze, with different meshes of the conveyor belt, the quality defects on the beans, on the grains of rice, on the
poivre de Penja. Le même procédé, sans limitation, est applicable aux tris de plusieurs autres objets de différentes tailles (les dattes, l’or, etc.).Penja pepper. The same process, without limitation, is applicable to sorts of several other objects of different sizes (dates, gold, etc.).
Selon les différentes caractéristiques de l’invention, le dispositif comprend : une caméra, un moteur-réducteur ou moteur pas à pas de 220V (la tension ici n’est pas limitative), dont la vitesse est contrôlée par une carte électronique, un tapis convoyeur, les lampes d’éclairage, les cartes Arduinos, une carte FPGA (ou Laptop ou ordinateur), les moteurs pas à pas de 5V, les tuyaux d’éjection.According to the different characteristics of the invention, the device comprises: a camera, a reducer motor or 220V stepper motor (the voltage here is not limiting), the speed of which is controlled by an electronic card, a belt conveyor, lighting lamps, Arduinos boards, an FPGA board (or Laptop or computer), 5V stepper motors, ejection pipes.
Les avantages sont nombreux :The advantages are numerous:
- Réduction des coûts du dispositif par la capacité à analyser plusieurs objets dans une seule séquence d’image ;- Reduced device costs by the ability to analyze multiple objects in a single image sequence;
- Meilleur contrôle du défilement d’un objet et de son éjection ;- Better control of the scrolling of an object and its ejection;
- Possibilité de faire une multi-classifïcation des objets (en utilisant les apprentissages supervisés [réseaux de neurones, algorithmes flous, séparateurs à vaste marge, etc.] ou non supervisés) avec réduction du temps de calcul par l’élimination des calculs liés aux paramètres morphologiques (en tenant compte de la texture et de la couleur des objets);- Possibility of multi-classifying objects (using supervised learning [neural networks, fuzzy algorithms, wide-margin separators, etc.] or unsupervised) with reduction of calculation time by eliminating calculations linked to morphological parameters (taking into account the texture and color of objects);
- Accroissement de la précision (environ 10 fois plus précis que les dispositifs classiques).- Increased precision (approximately 10 times more precise than conventional devices).
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :The present invention will be better understood by studying a particular embodiment taken by way of non-limiting example and illustrated by the appended drawings, in which:
- le Plancher 1/4 présente un mode de réalisation du dispositif (figure 1)- Floor 1/4 presents an embodiment of the device (figure 1)
- le Plancher 2/4 présente un modèle de tapis convoyeur respectivement pour le transport du riz (figure 2), le transport du poivre de Penja (figure 3) et le transport des grains de haricot (figure 4).- Floor 2/4 presents a conveyor belt model respectively for the transport of rice (figure 2), the transport of Penja pepper (figure 3) and the transport of beans (figure 4).
- le Plancher 3/4 présente le traitement d’images ou l’analyse des images pour une prise de décision (figure 5 et 6)- Floor 3/4 presents image processing or image analysis for decision making (figures 5 and 6)
- le Plancher 4/4 présente le dispositif de rotation des objets (figure 7) en dessous du tapis convoyeur et permettant leur dépôt dans la chambre d’éjection- Floor 4/4 presents the device for rotating the objects (figure 7) below the conveyor belt and allowing them to be deposited in the ejection chamber
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En référence à la figure 1, le dispositif conforme à l’invention comprend un moteur-réducteur ou un moteur pas à pas (8), un tapis convoyeur (7), portant l’objet à analyser (6), une carte électronique de contrôle du convoyeur (5), une caméra (4), une chambre d’acquisition des images à analyser (3), une carte actionnant la rotation des objets (2) et une chambre d’éjection des objets (1). L’ordinateur portable ou laptop (figure 1(9)) est utilisé pour l’analyse d’images.Referring to Figure 1, the device according to the invention comprises a reduction motor or a stepping motor (8), a conveyor belt (7), carrying the object to be analyzed (6), an electronic card of control of the conveyor (5), a camera (4), an acquisition chamber for the images to be analyzed (3), a card actuating the rotation of the objects (2) and an object ejection chamber (1). The laptop or laptop computer (Figure 1 (9)) is used for image analysis.
Le moteur réducteur ou moteur pas à pas (figure 1(8)), permet de contrôler le mouvement du tapis convoyeur. La vitesse du moteur pas à pas est fixée depuis une carte électronique (figure 1(5)) qui contient un microcontrôleur/microprocesseur.The reduction motor or stepping motor (figure 1 (8)), allows to control the movement of the conveyor belt. The speed of the stepper motor is set from an electronic board (figure 1 (5)) which contains a microcontroller / microprocessor.
La chambre d’acquisition (figure 1(3)) est munie d’un système d’éclairage qui facilite la capture des images des objets.The acquisition chamber (Figure 1 (3)) is equipped with an illumination system which facilitates the capture of images of the objects.
La caméra (figure 1(4)) au-dessus de la chambre d’acquisition permet de capter les images des objets sur le tapis convoyeur en mouvement selon une fréquence déterminée.The camera (Figure 1 (4)) above the acquisition chamber captures images of objects on the moving conveyor belt at a determined frequency.
Les images (figures 2 à 4) des objets sont envoyées dans un ordinateur ou une carte FPGA pour analyse (figures 5 et 6) et classification. Le dispositif peut être utilisé pour l’inspection des objets (en supprimant tout le dispositif relatif à l’éjection). Dans ce sens il fournit les statistiques des objets défectueux contenus dans le conditionnement sans toutefois en faire le tri.Images (Figures 2-4) of the objects are sent to a computer or FPGA board for analysis (Figures 5 and 6) and classification. The device can be used for object inspection (removing all the ejection device). In this sense, it provides the statistics of the defective objects contained in the packaging without, however, sorting them out.
Le dispositif peut être utilisé pour le tri des objets. Dans ce sens une carte électronique (contenant un microcontrôleur) placée en dessous du tapis convoyeur permet de faire une rotation des objets (figure 1(2)) afin de filmer les deux facettes des objets. Deux moteurs de 5V sont utilisés pour la rotation et la translation dudit dispositif. Une barre de fer installée sur le premier dispositif coulissant (qui soutient la crémaillère) empêche les objets de tomber (figure 7(23)) lors de leur rotation (figure 7(25)). La rotation des objets (figure 7(25)) peut être simplement actionnée à travers le mouvement de translation de la crémaillère (figure 7(24)) qui fait roter les roues édentées ou à travers directement la rotation des roues édentées (figure 7(25)). Un moteur de 5V fait roter directement la roue édentée (ou la fait roter à travers un système vice-écrou qui entraîne le mouvement de translation du système rouecrémaillère). Un autre moteur de 5 V assure la translation du dispositif coulissant. Ce dispositif coulissant permet de libérer les objets qui tomberont dans la chambre d’éjection munie des orifices de sortie.The device can be used for sorting objects. In this sense, an electronic card (containing a microcontroller) placed below the conveyor belt allows the objects to be rotated (figure 1 (2)) in order to film the two facets of the objects. Two 5V motors are used for the rotation and translation of said device. An iron bar installed on the first sliding device (which supports the rack) prevents objects from falling (Figure 7 (23)) as they rotate (Figure 7 (25)). The rotation of objects (Figure 7 (25)) can be simply actuated through the translational movement of the rack (Figure 7 (24)) which rotates the toothless wheels or directly through the rotation of the toothless wheels (Figure 7 ( 25)). A 5V motor rotates the toothless wheel directly (or rotates it through a vice-nut system which drives the translational movement of the rack-and-pinion system). Another 5 V motor translates the sliding device. This sliding device frees objects that will fall into the ejection chamber provided with the outlet openings.
Le tapis convoyeur (figure 2(10)), peut contenir plusieurs types de grains : les grains ayant des sérieux défauts (figure 5(16)), des légers défauts (figure 5(15)) ou des grains conformes (figure 5(17)). En effet, lorsque les deux faces des grains sont analysées (figure 6), le système libère les grains au niveau de la chambre d’éjection par un mouvement de translation combinée du système roue-crémaillère et du dispositif coulissant. Un autre moteur de 5V en dessous des tuyaux coudés de la chambre d’éjection permet d’orienter les grains vers la sortie des tuyaux spécifiques en fonction de leur paramètre physique/qualitatif (texture, couleur).The conveyor belt (figure 2 (10)) can contain several types of grains: grains with serious defects (figure 5 (16)), slight defects (figure 5 (15)) or conforming grains (figure 5 ( 17)). Indeed, when the two faces of the grains are analyzed (Figure 6), the system releases the grains at the level of the ejection chamber by a combined translational movement of the wheel-rack system and the sliding device. Another 5V motor below the bent pipes of the ejection chamber allows the grain to be directed towards the outlet of the specific pipes according to their physical / qualitative parameter (texture, color).
APPLICATION INDUSTRIELLEINDUSTRIAL APPLICATION
Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au contrôle qualité dans le conditionnement des objets.The device according to the invention is particularly intended for quality control in the packaging of objects.
A titre d'exemple et non limitatif :By way of example and without limitation:
- l’inspection des défauts qualités sur les grains alimentaires par vision artificielle (qui répond aux besoins des industries alimentaires qui doivent respecter les normes de commercialisation édictées par le Codex Alimentarius). Il peut s’agir d’approuver la qualité du conditionnement (présence des défauts qualités) des grains de riz (figure 2(11)), des poivres blancs (figure 3(13)), des poivres noirs (figure 3(12)), des grains de haricot (figure 4(14)).- inspection of quality defects on food grains by artificial vision (which meets the needs of the food industries which must comply with the marketing standards laid down by the Codex Alimentarius). This may involve approving the quality of the packaging (presence of quality defects) of rice grains (figure 2 (11)), white peppers (figure 3 (13)), black peppers (figure 3 (12) ), beans (Figure 4 (14)).
- l’inspection de la qualité des médicaments par vision artificielle. Il peut s’agir d’approuver la qualité avant conditionnement (présence des défauts qualités) sur tous les types de comprimés.- inspection of the quality of drugs by artificial vision. This may involve approving the quality before packaging (presence of quality defects) on all types of tablets.
- le tri des défauts qualités sur les grains alimentaires et/ou les semences par vision artificielle (qui répond aux besoins des industries alimentaires qui doivent respecter les normes de commercialisation édictées par le Codex Alimentarius). Il peut s’agir du tri des défauts qualités sur les grains de riz (figure 2(11)), les poivres blancs (figure 3(13)), les poivres noirs (figure 3(12)), les grains de haricot (figure 4(14)).- sorting of quality defects on food grains and / or seeds by artificial vision (which meets the needs of the food industries which must comply with the marketing standards laid down by the Codex Alimentarius). This can be the sorting of quality defects on rice grains (figure 2 (11)), white peppers (figure 3 (13)), black peppers (figure 3 (12)), beans ( figure 4 (14)).
- le tri des défauts qualités sur les métaux dans les industries minières. Il peut s’agir de l’or, du fer, etc. Le principe d’acheminement par tapis convoyeur reste le même. Le type de tapis convoyeur varie en fonction de la matière à analyser.- sorting of quality defects on metals in mining industries. It can be gold, iron, etc. The principle of conveyor belt delivery remains the same. The type of conveyor belt varies depending on the material to be analyzed.
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REVENDICATIONS
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Publication Number | Publication Date |
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OA20142A true OA20142A (en) | 2021-12-13 |
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