UA118916C2 - Рентгенооптичний сортувальник зерна - Google Patents

Abstract

Заявлений винахід належить до сільськогосподарського виробництва, переробної галузі АПК, а також виробництва полімерних матеріалів. Рентгенооптичний сортувальник зерна містить станину, бункер, віброживильник, похилий жолоб, оптичні камери, в яких закріплено CCD- та N1R-камери, джерела видимого та інфрачервоного випромінювання з рефлекторами, фон, програмні засоби розпізнавання та електронні схеми їх реалізації, пристрій для видалення некондиційного зерна, патрубки для виведення виділених фракцій, відповідно до винаходу, перед оптичними камерами встановлено рентгенівську трубку з коліматором, навпроти якої розміщено Г-подібний напівпровідниковий детектор, електрично з'єднаний з електронною схемою програмного засобу розпізнавання некондиційного зерна. Технічний результат: Можливість сортувати матеріал не лише за макропошкодженнями, а також за мікропошкодженнями, підвищуючи схожість насіння та однорідність росту та якість матеріалу.

Description

Винахід належить до галузі сільськогосподарського виробництва та виробництва полімерних матеріалів. Може бути використаний в машинах для сортування насіння, а також сортування гранул з полімерних матеріалів, зокрема з оргскла.

Відомий пристрій для сортування зерна, який включає завантажувальний бункер, дозуючий пристрій, об'єднаний з похилим лотком, оптичний засіб детектування, що містить дві відеокамери, зону виявлення зерна, транспортну стрічку чорного кольору, пристрій для видалення некондиційного зерна, накопичувачі некондиційного зерна і готової продукції (патент

Росії ВО Мо 2 468 872 С1, ВО7С 5/342). Використання двох відеокамер дає можливість найбільш точно виявляти дефекти як по ширині, так і по товщині зернини. Застосування транспортної стрічки чорного кольору покращує контрастність фону при фотографуванні зерен, що сприяє чіткішому виявленню дефектних зерен.

Технологічний процес роботи відбувається наступним чином. Зернова маса із завантажувального бункера через дозуючий пристрій по похилому лотку подається на транспортну стрічку. Зерно, у процесі руху по транспортній стрічці, фотографується двома відеокамерами, при цьому цифрове зображення зерна обробляється програмним забезпеченням центрального процесора. Якщо при обробці цифрового зображення зерна виявляються дефекти, то визначається місце розташування цих зерен на транспортній стрічці і видається команда пристрою для видалення некондиційного зерна на захоплення ним зерна з дефектами. Кондиційне ж зерно, рухаючись далі по транспортній стрічці подається у накопичувач кондиційного зерна.

Так як використовується транспортна стрічка, то поверхню, якою зернівка лежить на транспортній стрічці неможливо сфотографувати. Крім цього, зона, де відбувається фотографування зерна не захищена від дії зовнішнього освітлення та інших чинників навколишнього середовища. Також дана машина не дає можливість визначити мікропошкодження зерна. Вказані фактори погіршують повноту визначення дефектів зерна та знижують якість її роботи.

Відомий сортувальний пристрій зерна за кольором, який складається із бункера, вібролотка, похилого жолобчатого лотка, двох оптичних сенсорів з джерелами освітлення зерна і фонами, пневмоежектора, каналу і лотка кондиційного зерна та домішок (патент США О5О005638961 А,

Зо вВО7С 5/342). Джерела освітлення зерна та оптичні сенсори працюють в області видимого світла, а також ближньої до видимого світла інфрачервоного діапазону, що забезпечує ідентифікацію великої кількості кольорових відтінків зернівки. Даний пристрій, на відміну від попереднього, забезпечує сканування усієї поверхні зернівки при падінні її зі скатного лотка, тим самим підвищуючи достовірність сортування.

Сортування зерна за кольором на сортувальному пристрої відбувається наступним чином.

Зерном з бункера самопливом надходить на вібролоток, у якому під дією вібраційних сил розпливається в один шар і падає у похилий жолобчатий лоток, де розподіляється на ряди.

Скочуючись по похилому жолобчатому лотку зерно падає у закритий світлонепроникний простір, де освітлюється відповідними джерелами видимого світла та короткохвильового інфрачервоного світла. Інтенсивність відбитого та поглинутого світла зерном фіксується оптичними сенсорами з двох сторін. Отримане таким чином зображення зернівки за допомогою комп'ютерної системи порівнюється з еталонним і таким чином на основі порівняння двох зображень формується сигнал сортування. Якщо отримане зображення не відповідає заданим значенням до пневмоежектора подається сигнал високого рівня і створюється соплом короткочасний повітряний струмінь за рахунок відкриття балона високого тиску п'єзоелектричним клапаном, який виносить некондиційне зерно у лоток для відходів. Якщо ж зображення зерна відповідає кондиціям, то воно, продовжуючи падіння, надходить у лоток для кондиційного зерна.

Сприймання одним оптичним сенсором видимого та короткохвильового інфрачервоного світла погіршує достовірність виділення зернових домішок в умовах послабленого освітлення при запиленому повітряному середовищі, а також даний пристрій як і попередній не має можливості ідентифікувати мікропошкодження зерна.

За прототип прийнято сортувальну машину гранул та зерна оптичного типу, що включає станину, бункер, віброживильник, похилий жолоб, оптичні камери, в яких закріплено ССО- та

МІН-камери, джерела видимого та інфрачервоного випромінювання з рефлекторами, фон, програмні та електронні засоби розпізнавання, що реалізують генерацію тривимірного кольорового розподілення гранул і зерна у кольоровому просторі червоного, зеленого та синього світла, порівняння яких з еталонним зображенням відбувається на основі обчислення відстані Махалонобіса та Евкліда, пристрій для видалення некондиційних гранул та зерна, бо патрубки для виведення виділених фракцій (Патент Європи ЕР 2832458 А1, ВО7С5/342).

Технологічний процес подібний до сортувального пристрою (патент США 050056389614А,

ВО7С 5/342). Відмінність полягає в тому, що для створення зображень гранул та зерна використовується крім ССО-камери, яка працює у оптичному діапазоні, МІВ-камера, яка генерує зображення в умовах низької освітленості та запиленого повітря і працює в інфрачервоному діапазоні та ближньому до інфрачервоного оптичному діапазоні. Процес розпізнавання некондиційних гранул та зерна відбувається наступним чином. З МІВ-камери та ССО-камери генеруються зображення, що являють собою матриці ВОВ з трьома кольоровими координатами: червоного світла (НК), зеленого світла (С) та синього світла (В). Потім здійснюється кластеризація матриць НОВ і розрахунок її статистичних характеристик: математичного сподівання, матриці коваріації, кластера з мінімальною відстанню Махалонобіса та кластера з максимальною відстанню Евкліда. Після чого, будуються площини кластерів з мінімальною відстанню Махалонобіса та кластера з максимальною відстанню Евкліда, перетин яких дає можливість визначити рівняння прямої, на основі якої розраховуються граничні значення зображення, що будуть порівнюватись з еталонним. Дана операція зменшує число кольорових координат з З до 2, що істотно спрощує обробку сигналів, а також характеризується широким діапазоном чутливості, ефективно використовуючи тривимірну інформацію зображення ВОВ.

Як і в попередніх пристроях, сортувальна машина гранул та зерна оптичного типу, не має можливості ідентифікувати мікропошкодження зерна, що негативно впливає на силу росту та схожість зерна, а також на строк його зберігання.

Задачею винаходу є створення оптичного сортувальника зерна з можливістю ідентифікації та сортування зерна за мікропошкодженнями шляхом використання рентгенівського випромінювання.

Поставлена задача вирішується завдяки тому, що рентгенооптичний сортувальник зерна, який включає станину, бункер, віброживильник, похилий жолоб, оптичні камери, в яких закріплено ССО- та МІВ-камери, джерела видимого та інфрачервоного випромінювання з рефлекторами, фон, програмні засоби розпізнавання та електронні схеми їх реалізації, пристрій для видалення некондиційного зерна, патрубки для виведення виділених фракцій, відповідно до винаходу, перед оптичними камерами встановлено рентгенівську трубку з коліматором

Зо навпроти якої розміщено Г-подібний напівпровідниковий детектор, електрично з'єднаний з електронною схемою програмного засобу розпізнавання некондиційного зерна.

Застосування коліматора, який охоплює рентгенівську трубку, дає можливість формувати вузький промінь, що оопромінює зернівку, а також запобігти втратам випромінювання, підвищуючи ефективність використання рентгенівської трубки. Використання Г-подібного напівпровідникового детектора дає можливість сканувати зернівку одночасно у повздовжній та поперечній площинах, підвищуючи достовірність сортування за мікропошкодженням.

Порівняння з еталонним зображенням відбувається лише за однією координатою - інтенсивністю поглинання рентгенівського випромінювання, спрощуючи програму для розпізнавання за мікропошкодженням.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, де фіг. 1 - принципова схема одного каналу рентгенооптичного сортувальника зерна, фіг. 2 - структурна схема обробки зображень та процесорного блока, фіг. З блок-схема обробки рентгенівського зображення.

Рентгенооптичний сортувальник зерна складається зі станини 1 (Фіг. 1), у верхній частині якої закріплено бункер 2. Під бункером 2 розміщено віброживильник 3, який подає зерно у похилий жолоб 4. На рівні нижньої частини похилого жолоба 4 розміщено рентгенівську трубку 5 з коліматором 6. Напроти отвору коліматора 6 у верхньому правому куті лівої оптичної камери 7 закріплено Г-подібний напівпровідниковий лінійний детектор 8. Всередині лівої оптичної камери 7 встановлено ССО-камеру 9, МІВ-камеру 10, джерела видимого випромінювання з рефлекторами 11, джерело інфрачервоного випромінювання 12, фон 13. Ліва оптична камера 7 відділена від каналу сепарації 14 прозорим вікном 15.

Г-подібний напівпровідниковий лінійний детектор 8, ССО-камера 9, та МІВ-камера 10 електрично з'єднана з блоком обробки сигналу сепарації 16, який об'єднується інформацією з процесорним блоком 17 (Фіг. 2).

Напроти лівої оптичної камери розміщено праву оптичну камеру 18, всередині якої аналогічно до лівої оптичної камери 7 розташовано ССО-камеру 9, джерела видимого випромінювання з рефлекторами 11, джерело інфрачервоного випромінювання 12, фони 13. Від каналу сепарації 14 права оптична камера відділена екраном 19.

Нижче оптичних камер 7 та 18 для видалення некондиційного зерна встановлено ежекторне сопло 20, яке за допомогою трубок 21 з'єднується з соленоїдним клапаном 22. Соленоїдний 60 клапан 22 керується електронною схемою 23, що з'єднана електрично з блоком обробки сигналу сепарації 16 (Фіг. 2). Стиснене повітря у соленоїдний клапан 22 надходить через трубку 24 з балона 25.

В нижній лівій частині станини 1 в оптично-рентгенівський сортувальник зерна встановлено патрубки некондиційного зерна 26, кондиційного зерна 27 та допоміжного патрубка некондиційного зерна 28.

Для доступу до частин оптично-рентгенівського сортувальника зерна до лівої частини станини 1 приєднуються дверцята 29 з повітряним циліндром 30. Для контролю та налаштування технологічного процесу сепарації зерна нижче дверцят 29 закріплено сенсорний рідкокристалічний дисплей 31.

Технологічний процес на рентгенооптичному сортувальнику зерна відбувається наступним чином. Зерно з бункера 2 надходить до віброживильника 3, який під дією сил інерції вібраційного руху розшаровує зернову масу в один шар і спрямовує її в один ряд до похилого жолоба 4.

Скочуючись по похилому жолобу 4 при своєму падінні зернівка послідовно перетинає рентгенівський та світлові промені, що генеруються рентгенівською трубкою 5 та джерелами видимого світла з рефлекторами 11. Рентгенівське випромінювання, що пройшло крізь зернівку та відбите від її поверхні світло поглинається Г-подібним напівпровідниковим детектором 8 та

ССО-камерою 9 і МІВ-камерою 10, які формують оптичне і рентгенівське зображення. Дані зображення передаються до блока обробки зображень 16, який спільно з процесорним блоком 17 формують сигнал сепарації.

Якщо зернівка не відповідає кондиції, то після того, як вона пройшла світлові промені, здувається повітряним струменем, створеним ежекторним соплом 20, і надходить до патрубка некондиційного зерна 26, а якщо зернівка відповідає кондиції, то продовжуючи рух надходить до патрубка кондиційного зерна 27. У випадку, якщо до зернової маси потрапили важкі чи випадкові домішки, то пройшовши рентгенівський та світлові промені, вони надходять до допоміжного патрубка некондиційного зерна 28, так як внаслідок великої ваги, повітряний струмінь, створений ежекторним соплом 20 не може відхилити дану домішку до патрубків кондиційного 27 та некондиційного зерна 26.

Формування сигналу сепарації для рентгенівського зображення відбувається наступним

Зо чином (Фіг. 3). Сигнал з напівпровідни рого ретектора 8 надходить у блок обробки сигналу сепарації 16 у вигляді масиву даних Мі, де їі - яскравість і-того пікселя рентгенівського зображення. Дане рентгенівське зображення розбивається на сегменти та кластери, для яких розраховується математичне сподівання І, ; Коваріаційна матриця 5, а також відстань

Махалонобіса ЇМ за формулами: г. Хі рі п, (1) - -Ж в -мое-маді-мо , (г)

Їм ЗАВ (3) де п - кількість пікселів у кластері;

М - математичне одини ніх масивом даних рентгенівського зображення Дн) та масивом середніх значень пісні) кожного з кластерів.

Якщо відношення Махалонобіса рентгенівських зображень зразка та еталона більше встановленої величини користувачем, то видається рішення що дане зображення не відповідає кондиції.

Формування сигналу сепарації для оптичного зображення відбувається аналогічним чином, але при цьому розрахунки по формулах (1), (2) та (3) ведуться по трьох координатах В, 8 та В.

При цьому для кожного кластера додатково розраховується евклідова відстань Е за формулою:

Оє -Мів -ів) «Ів -іб) зів -іву) Ще де Івеісіісї - інтенсивності червного, зеленого та синього світла, відповідно, для і-того пікселя.

Після чого вибирається кластер з мінімальною відстанню

- Їм-т - - Овг-и

Махаланобіса та кластер з максимальною евклідовою відстанню та розраховується рівняння лінії перетину двох площин для вибраних кластерів, як рішення системихріввяньх сі: 2 - ду ах босу со: 7 - до , (5) де аьбьсі та 82б2С2 коефіцієнти, відповідно, кластера т та п.

За даними розрахованого рівняння лінії перетину двох площин для вибраних кластерів у межах масиву даних, що прийшли на обробку, формується матриця, визначник якої порівнюється з визначником аналогічно розрахованої матриці еталонного зображення. іх відношення порівнюється зі значенням, вказаним оператором. Якщо розрахункове значення менше заданого, то видається сигнал, що інформує про некондиційність зернівки, якій відповідає оброблене зображення.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Рентгенооптичний сортувальник зерна, що включає станину, бункер, віброживильник, похилий жолоб, оптичні камери, в яких закріплено ССО- та МІВ-камери, джерела видимого та інфрачервоного випромінювання з рефлекторами, фон, програмні засоби розпізнавання та електронні схеми їх реалізації, пристрій для видалення некондиційного зерна, патрубки для виведення виділених фракцій, який відрізняється тим, що перед оптичними камерами встановлено рентгенівську трубку з коліматором, навпроти якої розміщено Г-подібний напівпровідниковий детектор, електрично з'єднаний з електронною схемою програмного засобу розпізнавання некондиційного зерна.

   т к приз - веде о Шо в 7 7 ко -х " ; в 7 Е Шо д ! ле у / Вл Р. ще -о - ; ви дай й й: Я 7 пен че й сн щ У Й й с т й те Я у Ши е в ОК, ше | л 7-7 ши У плини щ- БД че й ше о й Шо ен і ре ГО шк Я и т 7 ше Ше -к в шин а ка Ше мини й ! 7 Ко й й ця » те т й не ж т ща -х пежняння с 7 и ра о А, /, б й нізе | ОХ й, м. у, т Шк сі є -й ! х я х к ко. кл ІА ши Кк / Мей - ! і У і: х вх є ї і і х їх Я як Як р 7 я о яз. хх пр Х и, пужу а жо ук кі і дя КО

   Фіг. 1

   8. Б. ній т АТІКА ВСТАВКА НТ Кеті КІ Нет ня Метт У ариенехетнитснентюттют нення, 7 в й ні Че Збір даних х фе й ря й й . спжжя - ся пресюбраження і Йо вда поетапна ння нн З реження ке рення дацих зображення ней збереження І ПН я | Доля граничних значень ! Дня в о нн Розракунак Ж Й пп феденнянї граничних значень межи Механізм вінарізиції І ПА зга ! : зображення | гор Керувцння ! | їМміеханізм визначення на ! сигналом сепарації як ЩО. пн підповіднієть вгечасгам | пн пн Ов налаштувань спрюнного зображення ! до ра о. Т вами пором Н пт. соя т пн Єлектронна схеми і Їс сенсорний Днеплену он рКЕрУВАННЯ сжектОрнв) Ух Пн | Сеозеноїдний клала | М й пп АТ ТТ Ртте о

   Фіг. 2

   Старт Уж Е Ї я ! енерація тен вБОоВвОоГго ренгенівського зображення Сегментація і кластерізація пнБОовОогОо ренгеннськКОгоО зображення Розрахунок статистичних даних кожного кластера / Возрахунок відстані Махалоносіся І між статичними характеристиками завантиженого та єталенного рентгені ВБСБКОГО зображення шини ши Генерація граничного значення. Кінець.

   Фіг. З