RU83436U1

RU83436U1 - DEVICE FOR SORTING GRAIN BY COLOR

Info

Publication number: RU83436U1
Application number: RU2008142484/22U
Authority: RU
Inventors: Григорий Владимирович Чуйко; Владимир Дмитриевич Стрыгин; Геннадий Владимирович Пахомов; Анатолий Алексеевич Чуриков; Владимир Алексеевич Шульгин; Алексей Анатольевич Агеев; Яков Иванович Шкиря
Original assignee: Открытое акционерное общество "Воронежсельмаш" (ОАО "Воронежсельмаш")
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Устройство для сортировки зерна по цвету, включающее корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, состоящее из корпуса со смотровым окном, закрытым прозрачной стеклянной пластиной, размещенные в корпусе детекторы, фон, зона обнаружения зерна, средства для освещения зерна и фона, причем фон размещен в зоне формирования оптического изображения зерна, средство для освещения фона и зерна в зоне обнаружения содержит хотя бы один вид источника света с заданным спектральном распределением энергии, блок анализа изображений зерна, блок для выдачи сигнала браковки, получаемого путем сравнения сигнала от детекторов с пороговым значением, эжекторные средства, расположенные ниже детекторов, устройство для чистки пластин, отличающееся тем, что в качестве детекторов используются видеокамера на линейной матрице, средство для освещения содержит светодиоды, подключенные через коммутаторы к блоку питания, обеспечивающие коммутацию светодиодов в режиме чередования разных спектральных диапазонов средства освещения, блок управления средствами освещения, подключенный к коммутаторам, обеспечивающий включение светодиодов синхронно с экспозицией кадра на линейной матрице видеокамеры, фон представляет собой пластину из рассеивающего материала, с обратной стороны которой расположены группы светодиодов одного или разных спектральных диапазонов, подключенные к блоку управления светодиодами, который осуществляет управление их световыми потоками независимо друг от друга, в том числе с разными весовыми соотношениями различных спектраль�A device for sorting grain by color, comprising a housing, an inclined trough with paths for guiding the grain, means for feeding grain to the trough, optical detection means, consisting of a housing with a viewing window covered by a transparent glass plate, detectors placed in the housing, background, detection zone grain, means for illuminating the grain and background, the background being placed in the zone of formation of the optical image of the grain, means for illuminating the background and grain in the detection zone contains at least one kind of light source from a given spectral distribution of energy, a block for analyzing grain images, a unit for issuing a rejection signal obtained by comparing the signal from the detectors with a threshold value, ejector means located below the detectors, a device for cleaning plates, characterized in that the video camera uses a linear array as detectors , the means for lighting contains LEDs connected through switches to a power supply unit, providing switching LEDs in the mode of alternating different spectral ranges of medium lighting system, a lighting control unit connected to the switches, ensuring the LEDs are turned on simultaneously with the exposure of the frame on the linear matrix of the video camera, the background is a plate of scattering material, on the back of which there are groups of LEDs of one or different spectral ranges connected to the LED control unit which controls their light fluxes independently of each other, including with different weight ratios of different spectra

Description

Полезная модель относится к устройствам для сортировки штучных изделий или материалов по оптическим свойствам, например по окраске, и может быть использовано для сортировки зерна и отбраковки посторонних материалов, присутствующих в нем.The invention relates to devices for sorting piece goods or materials according to optical properties, for example, by coloring, and can be used to sort grain and reject foreign materials present in it.

Известны устройства для сортировки материалов содержащие в своем составе: подающее устройство, наклонный лоток, средство обнаружения (излучатели и приемники излучения), средство отделения полезного материала (пневмоотсекатели), средство для сбора в виде отдельных отсеков, систему автоматического управления устройством сортировки. В качестве разделительного признака для определения полезного материала в потоке исходного материала используют различные свойства материала.Known devices for sorting materials containing in their composition: a feeding device, an inclined tray, a detection means (emitters and radiation receivers), a means for separating useful material (pneumatic cutters), a means for collecting in separate compartments, an automatic control system for the sorting device. As a dividing feature for determining the useful material in the flow of the source material using various properties of the material.

К ним можно отнести известное устройство для сепарации минералов (патент РФ №8639, МПК В03В 13/06; В07С 5/34, 1998) в котором в качестве разделительного признака используют свойство материала светиться под воздействием рентгеновского или иного излучения. Данные устройства предназначены для сортировки полезных минералов и не может быть использовано для сортировки зерна.These include the known device for the separation of minerals (RF patent No. 8639, IPC B03B 13/06; B07C 5/34, 1998) in which the property of the material to glow under the influence of x-ray or other radiation is used as a dividing feature. These devices are designed for sorting useful minerals and cannot be used for sorting grain.

Известно устройство для автоматической сортировки продукции содержащее два транспортера, расположенные перпендикулярно друг другу, устройство проверки продукции в виде видеокамер на основе двумерной ПЗС матрицы, линейки пневматических эжекторов, расположенных с двух сторон от летящей продукции (патент RU №67481, МПК В07С 5/10, 5/342, 2007). Однако данное техническое решение предназначено для сортировки плодов и не может быть использовано для сортировки зерна.A device for automatic sorting products containing two conveyors located perpendicular to each other, a device for checking products in the form of cameras based on a two-dimensional CCD matrix, a line of pneumatic ejectors located on both sides of flying products (patent RU No. 67481, IPC В07С 5/10, 5/342, 2007). However, this technical solution is intended for sorting fruits and cannot be used for sorting grain.

Известны устройства для сортировки зерна в которых в качестве разделительного признака используют его цвет (патенты US №4367817, Known devices for sorting grain in which as a dividing feature use its color (US patent No. 4367817,

В07С 5/342, 1983; US №5487472, B07C 5/342, 1996; US №5538142, G01N 15/14, 1996; US №5779058, B07C 5/342, 1998; US №5638961, B07C 5/342, 1997; US №6100488, B07C 5/342, 2000; US №6629611, B07C 5/342, 2003; US №6784996, G01J 3/50, 2004; US №6817474, B03C 1/00, 5/342, 2004).B07C 5/342, 1983; US No. 5487472, B07C 5/342, 1996; US No. 5538142, G01N 15/14, 1996; US No. 5779058, B07C 5/342, 1998; US No. 5638961, B07C 5/342, 1997; US No. 6100488, B07C 5/342, 2000; US 66629611, B07C 5/342, 2003; US No. 6,784,996, G01J 3/50, 2004; US No. 6817474, B03C 1/00, 5/342, 2004).

Все они в основном содержат направляющую для зерна (лоток, желоб, ленточный транспортер и т.п.), питатель для подачи зерна на направляющую, осветительные приборы для освещения зерна и фона, оптический детектор для приема света от зерна и фона, эжектора для сброса забракованного зерна, устройство управление процессом выбраковки и удаления забракованного зерна.All of them mainly contain a guide for grain (tray, chute, conveyor belt, etc.), a feeder for feeding grain to the guide, lighting devices to illuminate grain and background, an optical detector for receiving light from grain and background, an ejector for discharge rejected grain, device controlling the process of rejection and removal of rejected grain.

Наиболее близким является устройство для сортировки зерна по цвету (патент US 5779058, МПК B07C 5/342, 1998), включающее: направляющую зерна с дорожками для подачи зерна по определенному пути (наклонный желоб); средство подачи зерна на направляющую; средство для освещения зерна в заданной зоне обнаружения в то время, когда зерно спускается вдоль определенной дорожки; оптические средства, состоящие из зоны оптического обнаружения, средства оптического обнаружения (детектора) для приема света от освещенного зерна и фона (стеклянная пластина или что-то подобное с белой поверхностью, с заданными спектральными характеристиками), расположенного в зоне формирования оптического изображения зерна, находящейся против зоны оптического обнаружения; цепи управления для вычисления сигнала браковки путем сравнения выходного сигнала от оптических средств обнаружения с пороговым значением; эжектора, расположенного ниже оптического детектора и служащего для сброса забракованного зерна или посторонних материалов в соответствии с сигналом браковки от цепи управления; средство освещения использует один источник света или несколько источников света со спектральным распределением в видимой зоне света и ближней ИК-зоне (флуоресцентные и галогенные лампы); средство оптического обнаружения состоит из датчика (детектора) приема света с высокой чувствительностью к The closest is a device for sorting grain by color (patent US 5779058, IPC B07C 5/342, 1998), including: a grain guide with tracks for feeding grain along a specific path (inclined groove); means for supplying grain to the guide; means for illuminating the grain in a predetermined detection zone at a time when the grain descends along a specific track; optical means consisting of an optical detection zone, optical detection means (detector) for receiving light from the illuminated grain and background (a glass plate or something similar with a white surface with predetermined spectral characteristics) located in the optical image forming zone of the grain located against optical detection zone; control circuits for calculating the reject signal by comparing the output signal from the optical detection means with a threshold value; an ejector located below the optical detector and used to dump rejected grain or foreign materials in accordance with the rejection signal from the control circuit; the lighting means uses a single light source or several light sources with a spectral distribution in the visible light region and the near infrared region (fluorescent and halogen lamps); optical detection means consists of a sensor (detector) for receiving light with high sensitivity to

области видимого света и из датчика (детектора) приема света с высокой чувствительностью к зоне ближнего ИК-излучения, которые содержат дихроидные (2-цветные) зеркала, Ge-фотодатчики и Si-фотодатчики. Устройство имеет много таких датчиков, расположенных рядами по вертикали и параллельно. Также имеется несколько эжекторов, размещенных рядами в соответствии с рядами светопринимающих датчиков, соединенных воздухопроводом с компрессором. Оптические средства закрыты прозрачными стеклянными пластинами, чтобы избежать попадания пыли и грязи, которые очищаются периодически с помощью средства очистки, вызывающего возвратно-поступательное перемещение очищаемого ползунка вдоль пластин.areas of visible light and from a sensor (detector) of light reception with high sensitivity to the near infrared region, which contain dichroic (2-color) mirrors, Ge-photosensors and Si-photosensors. The device has many such sensors arranged in rows vertically and in parallel. There are also several ejectors arranged in rows in accordance with the rows of light-receiving sensors connected by air duct to the compressor. Optical devices are covered with transparent glass plates to avoid the ingress of dust and dirt, which are cleaned periodically with a cleaning agent that causes reciprocating movement of the cleaned slider along the plates.

Цепь управления состоит из OR-затвора, усилителя, компаратора и схемы арифметического действия. На вход цепи управления поступают сигналы от фотодатчиков, а выходящий сигнал направляется в эжекторный клапан, который выпускает воздух из сопла для сортировки зерна с различным цветом и посторонних материалов.The control circuit consists of an OR gate, amplifier, comparator, and arithmetic circuit. The input of the control circuit receives signals from the photosensors, and the output signal is sent to the ejector valve, which exhausts air from the nozzle to sort grain with different colors and foreign materials.

Фон установлен так, чтобы количество света от средств освещения можно было изменять, изменяя угол наклона, а также с помощью фотодатчиков контролировать яркость, которая регулируется средствами освещения так, чтобы с необходимым контрастом соответствовать обрабатываемой продукции (зерну).The background is set so that the amount of light from the illumination means can be changed by changing the angle of inclination, and also with the help of photo sensors to control the brightness, which is regulated by the illumination means so as to correspond to the processed product (grain) with the necessary contrast.

К недостаткам этого устройства можно отнести то, что средствами освещения, имеющими определенную диаграмму направленности, затруднена независимая регулировка освещения зерна и фона. Для оптимального режима работы средства оптического обнаружения (видеокамеры) необходимо выполнить расчетное соотношение между освещенностями анализируемого продукта и фона во всех точках зоны формирования оптического изображения, которое соответствует максимальному углу зрения объектива.The disadvantages of this device include the fact that the lighting means having a certain radiation pattern makes it difficult to independently control the lighting of grain and background. For the optimal operating mode of the optical detection means (video camera), it is necessary to carry out the calculated ratio between the illuminances of the analyzed product and the background at all points of the optical image formation zone, which corresponds to the maximum angle of view of the lens.

Другим недостатком является необходимость остановки процесса сортировки для проведения чистки прозрачных стеклянных пластин от пыли и попавшей грязи.Another disadvantage is the need to stop the sorting process in order to clean the transparent glass plates from dust and dirt.

Данная полезная модель направлена на решение задачи отбраковки и сортировки зерна от посторонних включений, отличающихся от него цветом, при котором повышается разрешающая способность установки порогов сепарации, и, соответственно, увеличивается качество разбраковки зерна вследствие увеличения числа различимых градаций при обработке изображений вычислительным устройством.This useful model is aimed at solving the problem of rejecting and sorting grain from foreign inclusions that differ from it in color, which increases the resolution of setting separation thresholds, and, accordingly, the quality of grain sorting increases due to an increase in the number of distinguishable gradations when processing images with a computing device.

Технический результат заключается в обеспечении наилучшего освещения в широком спектральном диапазоне и возможности применения монохромной видеокамеры для получения и обработки данных в широком спектральном диапазоне и повышении производительности устройства за счет уменьшения излишней затраты времени на остановку устройства для проведения очистительных работ.The technical result consists in providing the best illumination in a wide spectral range and the possibility of using a monochrome video camera to receive and process data in a wide spectral range and increasing the productivity of the device by reducing the unnecessary time spent stopping the device for cleaning operations.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для сортировки зерна по цвету включающим корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, состоящее из корпуса со смотровым окном, закрытое прозрачной стеклянной пластиной, размещенные в корпусе детекторы, фон, зона обнаружения зерна, средства для освещения зерна и фона, причем фон размещен в зоне формирования оптического изображения зерна, средство для освещения фона и зерна в зоне обнаружения, содержит хотя бы один вид источника света с заданным спектральном распределением энергии; блок анализа изображений зерна, блок для выдачи сигнала браковки, получаемого путем сравнения сигнала от детекторов с пороговым значением, эжекторные средства, расположенные ниже детекторов, устройство для чистки пластин, согласно изобретению, в качестве детекторов используются видеокамера на линейной матрице, средство для освещения содержит светодиоды, подключенные через коммутаторы, к блоку The technical result is achieved in that in a device for sorting grain by color, comprising a housing, an inclined trough with paths for guiding the grain, means for feeding grain to the trough, optical detection means, consisting of a housing with a viewing window, closed with a transparent glass plate placed in the housing detectors, background, grain detection zone, means for illuminating the grain and background, the background being placed in the optical image formation zone of grain, means for illuminating the background and grain in the detection zone, content um at least one kind of a light source with a given spectral power distribution; unit for analyzing grain images, a unit for issuing a rejection signal obtained by comparing the signal from the detectors with a threshold value, ejector means located below the detectors, a device for cleaning plates, according to the invention, a linear matrix video camera is used as detectors, the means for lighting contains LEDs connected via switches to the unit

питания, обеспечивающие коммутацию светодиодов в режиме чередования разных спектральных диапазонов средства освещения, блок управления средствами освещения, подключенный к коммутаторам, обеспечивающий включение светодиодов синхронно с экспозицией кадра на линейной матрице видеокамеры, фон представляет собой пластину из рассеивающего материала, с обратной стороны которой расположены группы светодиодов одного или разных спектральных диапазонов, подключенные к блоку управления светодиодами, который осуществляет управление их световыми потоками независимо друг от друга, в том числе с разными весовыми соотношениями различных спектральных групп, как в стационарном режиме, так и в режиме коммутации, синхронизированном с экспозицией линейной матрицы видеокамеры, причем все блоки управления подключены к центральному процессору; прозрачная стеклянная пластина выполнена в виде диска или прямоугольника и установлена соответственно с возможностью вращения вокруг своей оси или возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, причем одна ее часть закрывает с уплотнением смотровое окно, а другая ее часть в это время находится в устройстве для чистки.power supply, which switches the LEDs in alternating spectral ranges of the lighting means, a lighting control unit connected to the switches, enabling the LEDs to turn on simultaneously with the exposure of the frame on the linear matrix of the camera, the background is a plate of diffusing material, on the back of which there are groups of LEDs one or different spectral ranges connected to the LED control unit, which controls their light independent streams, including with different weight ratios of different spectral groups, both in stationary mode and in switching mode synchronized with the exposure of the linear matrix of the camera, all control units connected to the central processor; the transparent glass plate is made in the form of a disk or a rectangle and is installed accordingly with the possibility of rotation around its axis or reciprocating movement in a vertical plane, with one part of it closing the inspection window with a seal, and the other part at this time is in the cleaning device.

На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - конструкция фона; на фиг.3 - блок схема управления работой устройства; на фиг.4 - прозрачная пластина, выполненная в виде диска (а) или прямоугольника (б), и устройство для ее чистки.Figure 1 shows a General view of the device in section; figure 2 - background design; figure 3 is a block diagram of the control operation of the device; figure 4 - transparent plate made in the form of a disk (a) or rectangle (b), and a device for cleaning it.

Устройство состоит из корпуса 1, средства для подачи зерна 2 с вибролотком 3, наклонного желоба 4 с дорожками для подачи зерна, соединенного с вибролотком 3, причем верхний его конец расположен рядом с вибролотком, а нижний край расположен между парой оптических средств детектирования 5 и 6. Ниже желоба 4 установлен принимающий желоб 7, нижний конец которого располагается над контейнером 8 для приемки очищенного зерна. Эжектор 9 соединен с воздушным компрессором (на чертеже не показан) и размещен так, что его сопло расположено около зоны The device consists of a housing 1, means for feeding grain 2 with a vibrating tray 3, an inclined groove 4 with tracks for feeding grain connected to a vibrating tray 3, the upper end being located next to the vibrating tray, and the lower edge located between a pair of optical detection means 5 and 6 A receiving chute 7 is installed below the chute 4, the lower end of which is located above the container 8 for receiving purified grain. The ejector 9 is connected to an air compressor (not shown in the drawing) and placed so that its nozzle is located near the zone

обнаружения зерна 10. Ниже эжектора 9 в корпусе 1 имеется отверстие 11 для сброса отбракованных зерен и посторонних объектов в контейнер 12.grain detection 10. Below the ejector 9 in the housing 1 there is an opening 11 for dumping the rejected grains and foreign objects into the container 12.

Оптические средства детектирования 5 и 6 состоят из видеокамер 13 и 14, средств освещения в виде линеек светодиодов 15 (например, расположенных по обе стороны от видеокамер 13 и 14), которые размещены таким образом, что одновременно могут контролировать переднюю и заднюю часть сортируемых зерен, и фона 16, установленных напротив видеокамер 13 и 14 в зоне формирования оптического изображения зерна, и представляет собой пластину 17 из рассеивающего материала и, расположенных на расстоянии от нее, группы светодиодов 18. Оптические средства детектирования 5 и 6 размещены в корпусе 19 и защищены прозрачными стеклянными пластинами 20 со средствами для их чистки 21.Optical detection means 5 and 6 consist of video cameras 13 and 14, lighting means in the form of lines of LEDs 15 (for example, located on both sides of video cameras 13 and 14), which are placed in such a way that they can simultaneously control the front and back of the sorted grains, and background 16, mounted opposite the cameras 13 and 14 in the zone of formation of the optical image of the grain, and is a plate 17 of scattering material and located at a distance from it, a group of LEDs 18. Optical means detected I 5 and 6 are arranged in the housing 19 and secured by transparent glass plates 20 with means 21 for cleaning them.

Блоки управления, питания и приборная доска (на чертеже не показаны) находятся в нижней части корпуса 1.The control units, power supply and dashboard (not shown in the drawing) are located in the lower part of the housing 1.

Система управления устройством состоит из блока анализа изображения зерна 22, к которому подключены видеокамеры 13 и 14; блока для выдачи сигнала браковки 23, вход которого подключен к выходу блока 22, а выход к эжектору 9; блока управления средствами освещения 24, подключенный через коммутаторы 25 к линейкам светодиодов 15 и блокам питания 26; блока управления 27 группами светодиодов 18 фона 16. Всеми этими блоками управляет центральный процессор 28.The device control system consists of a grain image analysis unit 22, to which video cameras 13 and 14 are connected; block for issuing a rejection signal 23, the input of which is connected to the output of block 22, and the output to the ejector 9; the control unit lighting means 24, connected through switches 25 to the lines of LEDs 15 and power supplies 26; the control unit 27 groups of LEDs 18 of the background 16. All of these blocks are controlled by the Central processor 28.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После включение установки с помощью включателя на приборной доске, оператор с помощью линеек светодиодов 15 и групп светодиодов 18, регулирующих яркость и цвет фона 16, подбирает освещенность зоны обнаружения и фона так, чтобы контрольное зерно на фоне было практически незаметно. Одновременно включается привод 29 перемещения прозрачной защитной пластины 20, которая проходя через устройство для чистки 21 очищается от загрязнений, не прерывая работу всего устройства Очищаемое зерно загружается в средство для подачи 2 и из него поступает After turning on the installation using the switch on the dashboard, the operator, using the lines of LEDs 15 and groups of LEDs 18, which regulate the brightness and color of the background 16, selects the illumination of the detection zone and background so that the control grain against the background is almost imperceptible. At the same time, the drive 29 for moving the transparent protective plate 20 is turned on, which, passing through the cleaning device 21, is cleaned of contaminants without interrupting the operation of the entire device. The cleaned grain is loaded into the supply means 2 and comes from it

на вибролоток 3, а далее на наклонный желоб 4 и, скользя по его дорожкам, попадает в зону обнаружения 10 оптических средств детектирования 5 и 6. В этой зоне оно освещается средствами освещения 15. Отраженный свет от зерна и фона 16 попадает в видеокамеры 13 и 14, сигнал с которых поступает в блок анализа изображений 22, если после анализа изображений, обнаруживается их оптическое изображение на фоне 16, что указывает на его нестандартность, то формируется сигнал, поступающий в блок для выдачи сигнала браковки 23. Сигнал браковки дает команду эжектору 9 к отстрелу забракованного зерна, которое удаляется через отверстие 11 в контейнер 12, а кондиционное зерно через принимающий желоб 7 попадает в контейнер 8. В качестве устройства для очистки можно использовать любую известную конструкцию, позволяющую очищать одновременно обе поверхности пластины.to the vibration tray 3, and then to the inclined groove 4 and, sliding along its tracks, enters the detection zone 10 of the optical detection means 5 and 6. In this zone, it is illuminated by the lighting means 15. The reflected light from the grain and background 16 enters the video cameras 13 and 14, the signal from which enters the image analysis unit 22, if after analyzing the images, their optical image is detected against 16, which indicates its non-standard nature, then a signal is generated that enters the unit for issuing a reject signal 23. The reject signal gives the command to the ejector 9shooting of the defective grain, which is removed through the opening 11 in container 12, and through CONDITIONING grain receiving trough 7 falls into container 8. In an apparatus for purification can use any known design allowing both simultaneously clean the wafer surface.

Claims

A device for sorting grain by color, comprising a housing, an inclined trough with paths for guiding the grain, means for feeding grain to the trough, optical detection means, consisting of a housing with a viewing window covered by a transparent glass plate, detectors placed in the housing, background, detection zone grain, means for illuminating the grain and background, the background being placed in the zone of formation of the optical image of the grain, means for illuminating the background and grain in the detection zone contains at least one kind of light source from a given spectral distribution of energy, a block for analyzing grain images, a unit for issuing a rejection signal obtained by comparing the signal from the detectors with a threshold value, ejector means located below the detectors, a device for cleaning plates, characterized in that the video camera uses a linear array as detectors , the means for lighting contains LEDs connected through switches to a power supply unit, providing switching LEDs in the mode of alternating different spectral ranges of medium lighting system, a lighting control unit connected to the switches, ensuring the LEDs are turned on simultaneously with the exposure of the frame on the linear matrix of the video camera, the background is a plate of scattering material, on the back of which there are groups of LEDs of one or different spectral ranges connected to the LED control unit which controls their light fluxes independently of each other, including with different weight ratios of different spectra groups, both in stationary mode and in switching mode, synchronized with the exposure of the linear matrix of the camera, with all control units connected to the central processor, a transparent glass plate made in the form of a disk or a rectangle and mounted accordingly with the possibility of rotation around its axis or back - translational movement in a vertical plane, with one part of it closing the inspection window with a seal, and the other part at this time is in the cleaning device.