SU1634246A1 - Устройство дл сортировани корнеклубнеплодов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  сортировани  корнеклубнеплодов и может быть использовано в лини х автоматического контрол  качества сельскохоз йственных продуктов . Цель изобретени  - повышение точности сортировани . Транспортирующее приспособление снабжено об- резиненными направл ющими в виде клиновидного желоба без дна. Дно желоба оборудовано бесконечным ремнем с«равномерно расположенными перпендикул рно ему лопаст ми. -Часть направл ющих выполнена жестко закрепленной под углом к направлению движени  другой части направл ющих, подвижной и горизонтально расположенной . Направление движени  последней противоположно направлению движени  бесконечного ремн . Зона контрол  образована подвижной горизонтальной частью направл ющих, над которой непосредственно под объективом установлен конусный световод с отражательной внутренней поверхностью . В узкой части конусного световода размещен внутренний конус с поглощающей внутренней поверхностью, а между конусным световодом и внутренним конусом расположен тороидальный отражатель, в фокусе которого установлены нити накала источников света. В сканирующее оптическое распознающее приспособление введены второй фотоприемник, два оптических ослабител  в виде регулируемых диафрагм, расположенных каждый перед соответствующим фотоприемником. В оптической системе входной зрачок объектива оптически сопр жен с приемными поверхност ми фотоприемников. Оптические ослабители установлены с переменным пропусканием. Фильтры выполнены в виде плоскопараллельных пластин с характеристикой пропускани , соответствующей рабочим спектральным интервалам опорного и распознающего каналов. Диафрагма выполнена с пр моугольным вырезом, сопр женным с отверсти ми в сканирующем диске. Отверсти  в диске расположены по спирали и число отверстий нечетное . 7 ил. с S (Л о со 4 го 4 О

Description

Изобретение относитс  к сортирующим устройствам и может быть идполь- зовано в лини х автоматического контрол  сельскохоз йственных продуктов.

Цель изобретени  - повышение точности сортировани .

Устройство содержит транспортер с зоной контрол , смонтированную над

ней оптико-измерительную систему, Ёключающую оптическое распознающее приспособление с объективом на входе, сканирующим диском с отверсти ми и фотоприемником, а также источники света , введен конусный световод, распо- ложенный над зоной контрол  непосредственно под объективом, выполненный с отражательной внутренней поверхно- стью, внутренним конусом с поглощающей внутренней поверхностью, размещенным концентрично конусному световоду в верхней его узкой части, тороидальным отражателем,закреплен- ным между конусным световодом и его внутренним конусом, в фокусе тороидального отражател  размещены упом нутые источники света, диафрагма выполнена с пр моугольным вырезом, соответствующим зоне контрол , сопр женным с отверсти ми в сканирующем диске, расположенными по спирал м , число которых нечетное, а в оптическое распознающее приспособление введен второй канал со своим фотопри- емником. В обоих каналах (опорном и распознающем) перед фотоприемниками установлены регулируемые оптические ослабители и фильтры в виде плоско- параллельных пластин с характеристиками пропускани , соответствующими спектральному интервалу данного канала , фотоприемники, оптически сопр женные с объективом на входе оптиче- ского распознающего приспособлени , размещены на выходе каналов и включены навстречу один другому в схеме вычитани , подключенной к измерительной части оптико-измерительной систе- мы.

Зона контрол  образована в горизонтальной выходной ветви транспортера , выполненного в виде бесконечного ремн , входна  ветвь которого на- клонена под углом к выходной и оснащена с двух сторон с образованием клиновидного желоба жестко закрепленными неподвижными направл ющими, а выходна  ветвь снабжена с двух сто- рон с образованием клиновидного желоба негк .вижными направл ющими, выполненными с возможностью одновременного движени  в направлении, противоположном движению бесконечного ремн .

Конструктивное выполнение устройства обеспечивает увеличение использовани  -энергии источников

света за счет выполнени  зоны контрол  по длине и ширине оптическ сопр женной с отверсти ми сканирующго диска и, кроме того, оптического сопр жени  входного зрачка объектива с чувствительными поверхност ми фотоприемников, что также позвол ет максимально использовать энергию. Зона контрол  св зана конусным световодом с оптической системой оптического распознающего приспособлени  таким обрзаом, что позвол ет более полно и эффективно использовать световой поток от источников с ета, расположенных в фокусе тороидального отражател .

На фиг. 1 изображена схема устройства дл  сортировани  корнеклубнеплодов/ на фиг. 2 - сканирующий диск с отверсти ми} на фиг. 3 - схема измерительной части оптико- измерительной системы; на фиг. 4 - спектральные характеристики (в относительных единицах), крива  1 - распределение энергии в спектре источника света (крива  2 - чувствительность фотоприемника, крива  3 - пропускание фильтра из стекла; крива  4 - пропускание фильтра из другого стекла)1, на фиг. 5 - распределение сигнала по спектру в двух каналах результирующего эффекта взаимодействи , фотоприемника и фильтров (кривые 1 и 2 - в случае применени  интерференционных фильтров , кривые 3 и 4 - в случае применени  фильтров из стекол)1, на фиг. 6 - спектры диффузного отражени  от поверхности корнеклубнеплода и распределение сигналов по спектру в каналах q (распознающем) и Г (опорном) с учетом отражени  от корнеклубнеплода (крива  1 - отражение от кондиционного корнеклубнеплода , крива  2 - отражение от дефектного корнеклубнеплода (мокра  гниль, позеленение); крива  1а и 16 - распределение сигнала от кондиционного корнеклубнеплода в случае оптических ослабителей в вид диафрагм, одинаково открытых в каналах аи 5 , кривые 2а и 26 - распределение сигнала от дефектного корнеклубнеплода в случае оптически ослабителей в виде диафрагм, одинаково открытых в канатах аи & ; крива  1пб - распределение сигнала в канале Q дл  кондиционного корнеклубнеплода при уменьшенной до уров- н  п диафрагме в канале S, крива  2аб - распределение сигнала в канале Д дл  дефектного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровн  п диф- рагме в канале $ на фиг. 7 - спектры диффузного отражени  от поверхности корнеклубнеплода и распределение сигналов по спектру в кана- лах а и ST с учетом отражени  от корнклубнеплода (крива  1 - отражение от кондиционного корнеклубнеплода, крива  2 - отражение от дефектного корнеклубнеплода; крива  1а и 16 - распределение сигнала от кондиционного корнеклубнеплода при одинаково открытых диафрагмах в каналах q и Ј , кривые 2а и 26 - распределение сигнала от дефектного корнеклубнеплода при одинаково открытых диафрагмах в каналах-аи &, крива  1пб - распределение сигнала в канале 0 дл  кондиционного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровн  п диафрагме, крива  2пб - распределение сигнала в канале 6 дл  дефектного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровн  h диафрагме .

Устройство дл  сортировани  корне клубнеплодов содержит транспортер 1 дл  подачи корнеклубнеплодов 2 в зону контрол , смонтированные над ней источники 3 света, оптическое распознающее приспособление, включающее сканирующий диск 4 с двигателем 5, оптическую систему 6 с объективом 7 на входе, диафрагмой 8, светоделителем 9, фильтрами 1П и 11, оптическими ослабител ми 12, фотоприемни- ками 13 и 14.

Транспортер 1 выполнен в виде приводимого в движение шкивами 15 бесf

конечного ремн  16 с лопаст ми 17, входна  ветвь которого расположена под углом к выходной горизонтальной ветви. Входна  цепь оснащена жестко закрепленными обрезйненными направл ющими 18 с образованием клиновидного желоба, а выходна  ветвь снабже на также с образованием клиновидного

.желоба подвижными обрезйненными направл ющими 19, выполненными с возмот ностью одновременного движени  в направлении , противоположном движению бесконечного ремн  16.

Зона контрол  образована подвижной частью направл ющих 19, над,кото ,рой непосредственно под объективом 7

0 5

0 д

5 0

5

установлен конусный световод 20 с отражательной внутренней поверхностью. В верхней узкой части световода 20 размещен внутренний конус 21 с поглощающей внутренней поверхностью. Меж ду световодом 20 и внутренним конусом 21 перпендикул рно оси размещены нити накала источников 3 в виде ламп накаливани . При этом нити накалов установлены в фокусе торс- идального отражател  22, который

размещен над ними между наружным и внутренним конусом.

„На выходе оптического распознающего приспособлени , включающего два канала (распознающий q и опорный ff), помещены фотоприемники 13 и 14, импульсный усилитель 23 и формирователь 24 выходного сигнала (фиг.З).

Фотоприемники 13 и 14 (в виде фотодиодов) в цепи вычитани  в виде моста включены навстречу один другому в одну ветвь моста, в другую ветвь включены их нагрузки в виде резисторов 25. Одна диагональ моста замкнута, а выход другой диагонали соединен со входом импульсного усилител  23. Выход импульсного усилител  23 через детектор 26 подключен ко входу формировател  24 выходного сигнала.

В оптической системе 6 входной зрачок объектива 7 оптически точно сопр жен с приемными поверхност ми фотоприемников 13 и 14, в непосредственной близости от них установлены оптические ослабители 12 с переменным пропусканием. Оптические ослабители 12 могут быть выполнены в виде регулируемой диафрагмы, например, ирисовой или клиновидной. Фильтры-.10 и 11 выполнены в виде плоскопараллель- ных стекл нных пластин с характеристи- кой пропускани , соответствующей рабочим спектральным интервалам распознающего с длиной волны 650 нм и опорного с длиной волны 1100 нм соответственно Q и 8 каналов оптического распознающего приспособлени .

Диафрагма 8 выполнена с пр мо-угольным вырезом, соответствующим по форме зоне контрол , длина которой равна рассто нию между лопаст ми , 17, а ширина - размеру корнеклубнеплода , и сопр жена с отверсти ми в сканирующем диске. Отверсти  в сканирующем диске, предпочтительнее той же формы и кратные изображению зоны контрол  по величине, расположены по спирал м, число которых не- четное дл  уменьшени  вли ни  помех гармоник сетевой частоты.

Устройство дл  сортировани  корнеклубнеплодов работает следующим образом.

На входную наклонную ветвь транспортера 1 корнеклубнеплоды 2 поступают от механизма поштучной подачи (на фиг.1 не показан). Корнеклубнеплоды 2 упор доченно уклады- ваютс  в клиновидном желобе в наклонной входной ветви, здесь же происходит предварительное закручивание корнеклубнеплодов 2 за счет сцеплени  их с неподвижными направл ющими 18. Далее корнеклубнеплоды 2 поступают в зону контрол , образованную в горизонтальной выходной ветви, снабженной с двух сторон подвижными направл ющими 19, при помощи лопас- тей 17, укрепленных на бесконечном ремне 16.

На бесконечном ремне 16 в зоне контрол  скорость вращени  корнеклубнеплодов 2 увеличиваетс  за счет движени  подвижных направл ющих 19 в направлении, противоположном направлению движени  бесконечного ремн  16. Такое вращение обеспечивает осмотр всей поверхности корне- плода.

Зона контрол  освещаетс  лампами 3 накаливани , расположенными в фокусе тороидального отражател  22, дополнительно отражающего световой по- ток.

Таким образом, на корнеклубнеплоды 2 из конусного световода 20, кроме пр мых лучей от ламп 3 накаливани , падают лучи после однократного и многократного отражени  от внутренней поверхности конусного световода 20. Дл  эффективного использовани  световых потоков высота конусного световода в несколько раз больше его диаметра.

СВР -овой поток, отраженный от кор

неклубнеплодов

направл етс  в оптическую систему 6 конусным световодом 20 и внутренним конусом 21.

Отраженный снетовой поток попадает в объектив 7, который создает уменьшенное изображение зоны контрол  в плоскости сканирующего диска 4.

5 0 5

0 5

0

5

0

5

Дл  устранени  попадани  лучей, отраженных от конструктивных .элементов вне зоны контрол , непосредственно перед сканирующим диском 4 установлена пр моугольна  диафрагма 8. Сканирующий диск 4 вращаетс  синхронным двигателем.

При вращении сканирующего диска 4, плоскость которого практически совпадает с плоскостью изображени  зоны контрол , осуществл етс  сканирование по поверхности изображени  зоны контрол , сформированного диафрагмой 8 и равного ей по величине. Каждое отверстие прочерчивает по изображению строку, при этом число строк равно числу отверстий на спирали , а число кадров за один оборот сканирующего диска равно числу спиралей на нем.

Световой поток, прошедший через отверсти  в сканирующем диске 4, направл етс  светоделителем в два канала (опорный и распознающий), спектральные диапазоны которых формируютс  в результате взаимодействи  источников излучени  3, фильт- ров 10 и 11 и фотоприемников 13 и 14, приемные поверхности которых оптически сопр жены оптической системой 6 с входным зрачком объектива 7 дл  предотвращени  перемещени  п тна по чувствительной поверхности фотоприемников 13 и 14 при сканировании диском 4 по изображению зоны контрол .

Уровень сигнала, создаваемый фотоприемниками 13 и 14, регулируетс  оптическими ослабител ми 12, установленными в непосредственной близости от фотоприемников 13 и 14. На один из них падает световой поток со спектральной полосой пропускани  в области 1100 нм, на другой - в области 650 нм.

Фотоприемники 13 и 14 включены в день вычитани  (фиг.З) в виде моста, в одну ветвь которого они включены встречно, в другую - их нагрузки в виде резисторов 25. Разностный сигнал снимаетс  с резисторов и подаетс  на вход импульсного усилител  23, втора  диагональ моста замкнута . При сканировании по корнеклубнеплоду 2 поступают импульсы, пол рность которых определ етс  качеством поверхности корнеклубнеплодов 2. С выхода импульсного усшштел  23 на

детектор приход т импульсы разной пол рности, а после детектора 26 остаютс  только положительные импульсы , соответствуйте дефекту поверхности корнеклубнеплода 2. Во входной каскад формировател  24 выходного импульса введена регулировка уровн , определ ющего минимально допустимый дефект на корнеклубнеплоде 2, формирователь 24 выходного импульса создает на выходе командный сигнал необходимой величины и крутизны переднего фронта.

Распознавание дефекта корнеклубнеплода основано на разнице коэффициента отражени  от кондиционной и дефектной поверхности корнеклубнеплода при 650 нм и незначительной при 1100 нм при различных дефектах. Поэтому канал 1100 нм  вл етс  опорным, а канал 650 нм различающим дефект.

Выделение опорного и различающего участков спектра в данном устройстве осуществл етс  выбором соответствующего источника света, фотоприемника и оптических материалов дл  фильтров. В качестве источника света использована стандартна  лампа накаливани , ее спектральные характеристики отражены на фиг.4а (крива  1). Фотоприемником излучени   вл етс  кремниевый фотодиод, спектральна  характеристика чувствительности которого - на фиг.4а (крива  2) .

Дл  выделени  участка спектра 650 нм в фильтрах использовано стандартное стекло (фиг.4, крива  3 пропускани ) f толщина которого определ етс  расчетом. Дл  выделени  спектрального участка 1100 нм использовано специальное стекло (фиг.4а, крива  4 пропускани ), толщина которого также  вл етс  расчетной. Зависимость сигнала от длины волны дл  распознающего сигнала соответствует кривой 3 на фиг.4б, а дл  опорного канала - кривой 4.

Спектральные характеристики отражени  от корнеклубнепподов можно разделить на две группы в зависимости от хода кривой в области длин волн более 1100 нм.

При мокрой гнили и позеленении в области нм отражение от дефекта меньше, чем дл  здорового корнеклубнеплода , а дл  сухой гнили, фитофторы , парши п тнистой больше, чем от кондиционного. Первой группе соответствуют кривые 16 - дл  кондиционных и 2б на фиг. 6 - дл  дефектных корнеклубнепподов, второй группе - кривые 16 и 26 дл  кондиционных и дефектных корнеклубнеплодов на фиг.7 соответственно. При приведении

с помощью оптического ослабител  в канале 650 нм уровн  сигнала к каналу 1100 нм кондиционному и дефектному корнеклубнеплоду будут соответствовать кривые I пб и 2пб.

Разнице отражени  соответствуют площадки между кривыми. Дл  канала 1100 нм эта разница в несколько раз меньше, чем дл  канала 650 нм, поэтому с достаточной достоверностью мож0 но прин ть, что в канале 1100 нм разницы нет. Дл  второй группы разницы в сигнале в канале 1100 нм также практически нет, так как мен етс  знак сигнала разности, поэтому услови 

5 распознавани  лучше , чем дл  первой группы.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает осмотр всей поверхности корнеклубнеплодов, вы вле0 ние дефектов, формирование в зависимости от дефекта разностного электрического сигнала в схеме вычитани .

При использовании в данном устройстве аналитических длин волн 650 нм распознающей и 1 100 нм - опорной (по сравнению с известным техническим решением) обеспечиваетс  возможность обнаружени  всех дефектов. Кроме того, устройство позвол 0 ет определ ть дефекты при любой форме корнеклубнеплода, в том числе на участке с искаженной формой. Изобретение обеспечивает также при сохранении производительности

5 снижение уровн  шума при работе, уменьшение потребл емой мощности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0 Устройство дл  сортировани  корнеклубнеплодов , содержащее транспортер с зоной контрол , смонтированную над ней оптико-измерительную систему, включающую измерительный

   5 блок, оптическое распознающее приспособление с объективом и диафрагмой на входе, сканирующим диском с отверсти ми, фотоприемником, расположенным в распознающем канале, и

   источники света, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности сортировани , оно снабжено конусным световодом, расположенным над зоной контрол  под объективом на входе оптического распознающего приспособлени , выполненным с отражательной внутренней поверхностью , внутренним конусом с nor- лощающей внутренней поверхностью, размещенным концентрично конусному световоду в его верхней узкой части тороидальным отражателем, закрепленным между конусным световодом и внутренним конусом, причем источники света расположены в фокусе тороидального отражател , диафрагма выполнена с пр моугольным вырезом, соответствующим по форме зоне контро- л  и сопр женным с отверсти ми в сканирующем диске, расположенными по спирали, число которых нечетное, при этом зона контрол  образована в горизонтальной выходной ветви транспортера, выполненного в виде бесконечного ремн , входна  ветвь

   которого наклонена под углом к выходной и оснащена с двух сторон с образованием клиновидного желоба жестко закрепленными неподвижными направл ющими, а выходна  ветвь снабжена с двух сторон с образованием клиновидного желоба подвижными направл ющими, выполненными с возможностью одновременного движени  в направлении, противоположном движению бесконечного ремн , причем оптическое распознающее приспособление дополнительно оснащено опорным каналом с дополнительным фотоприемником , при этом оба канала снабжены расположенными перед фотоприемниками регулируемыми оптическими ослабител ми и фильтрами в виде плоскопараллельных пластин, а фотоприемники оптически сопр жены с объективом, размещены на выходе опорного и распознающего каналов, включены навстречу друг другу и подсоединены посредством схемы вычитани  к входу измерительного блока оптико-измерительной системы.

    :Ж1з-- 

   QaX-JCB-J

   Зона контрол  1д

   - Фиг. 1

   А

   23

   Фиг. 2

   А

   и

   24

   I

   т

   Фиг.Э

   500 600 700 800 900 WOO 1100 TWO

   ФигЛ

   500 BOO 700 800 900 WOO 1100 7200

   Фиг. 5

   AM

   M

   w

   ы

   500 600/700 800 900 1000 1100 1200 Л 2пб

   Фиг. 6

   1