ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ПЛОДАХ Российский патент 1998 года по МПК G01N21/27 G01N33/02 B07C5/342 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к оценке качественного состояния поверхности плодов, имеющих форму близкую к сферической, например яблок.

Известные устройства измерения механических повреждений плодов предусматривают поштучную подачу плодов в зону контроля, облучение рассеянным световым потоком сложного спектрального состава, измерение коэффициента отражения поверхности на одной или нескольких длинах волн в диапазоне 0,4 - 2,2 мкм. Идентификация качества производится по величине рассогласования измеренных и заранее установленных значений коэффициентов отражения или их комбинаций (патент США N 3867041, кл. G 01 J 3/48, 1975; патент ГДР N 210494, кл. 210494, G 01 N 21/27, 1984).

Недостатком данных способов является неудовлетворительная точность измерения, т.к. результат зависит от цвета, формы и размера плода.

Известны также способ и устройство определения механических повреждений на плодах, включающие облучение исследуемого плода в диапазоне длин волн 0,7 - 2,2 мкм, измерение отраженного светового потока в диапазоне длин волн Δλ₁= 0,7-0,9 мкм и Δλ₂= 1,15-1,9 мкм, при этом устанавливают отношение измеренных величин коэффициентов отражения и сравнивают их с предварительно полученным отношением для неповрежденной поверхности плода, и по величине и длительности сигнала рассогласования определяют наличие и размер дефектов на поверхности плода (авт. св. СССР N 1391738, кл. B 07 C 5/342, 1983, бюлл. N 13 - прототип).

Данный способ позволяет устранить влияние таких неинформативных факторов, как окраска плода, загрязненность, неравномерность освещения. Однако из-за естественной кривизны поверхности плодов при оптической проекции его поверхности на фотоприемный блок, происходит искажение геометрических размеров - одинаковые по размеру L дефекты при сканировании воспринимаются как

где x - удаление от центра плода;
D_пл - средний диаметр плода.

Вследствие того, что диаметр плода может быть не определен в интервале от D_ср±0,5D_ср, где D_ср - средний диаметр плода (для яблок D_ср = 60 - 65 мм), то ошибка в измерении площади дефекта даже при наличии датчика угла сканирования (положения x) может достигать 50%, что достаточно для неверной оценки качественного состояния поверхности плодов.

Цель изобретения - увеличение точности измерения площади механических повреждений на поверхности плодов.

Для достижения этой цели в приборе для измерения механических повреждений, осуществляющем вращение плодов в зоне контроля, облучение плода в диапазоне длин волн 0,4 - 2,2 мкм, линейное сканирование плодов при их вращении, установление отношения коэффициентов отражения и сравнение его с предварительно полученным отношением для неповрежденной поверхности плода, согласно изобретению вводится блок вычисления первой производной от времени коэффициента отражения в диапазоне длин волн Δλ_ξ, минимально зависящем от качества поверхности, и блок коррекции размера дефекта, а размер дефекта определяют по формуле

где S - площадь дефекта;
β - коэффициент пропорциональности;
z - число строк сканирования дефекта;
Δt_i - длительность сигнала рассогласования измеренных и заранее установленных значений коэффициентов отражений или их комбинаций;
- коэффициент отражения на длине волны, не зависящий от качества поверхности плодов.

Заявляемый прибор отличается от прототипа (авт. св. СССР N 1391738) тем, что площадь дефекта определяют в зависимости от величины первой производной от времени коэффициента отражения на длине волны, не зависящей от качества поверхности. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение предлагаемого устройства с другими не позволило выявить техническое решение, содержащее признак, сходный с признаком, отличающим предлагаемый прибор от прототипа, что соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана блок-схема прибора; на фиг. 2 изображены: а - график коэффициентов отражения поверхности анализируемого плода за время его сканирования по одной строке, б - график сигнала рассогласования измеренного и заданного значений коэффициентов отражения (или их комбинаций, ) по поверхности анализируемого плода за время сканирования по одной строке, в - зависимость первой производной по времени коэффициента отражения от диаметра анализируемого плода.

Прибор для измерения механических повреждений на плодах содержит модуль вращения плодов вокруг оси 1, устройство освещения (не показано), блок построчного сканирования и преобразования отраженного от плода потока в электрический сигнал 2, блок определения размера механических повреждений 3, блок вычисления первой производной по времени 4, блок коррекции размера механических повреждений 5, сумматор 6, блок управления и индикации 7.

Прибор работает следующим образом. Анализируемые плоды равномерно вращаются модулем 1 и освещаются рассеянным световым потоком сложного спектрального состава в диапазоне длин волн 0,4 - 2,2 мкм и построчно осматриваются. Преобразователь 2 формирует электрический сигнал длительность которого соответствует размеру проекции плода вдоль линии сканирования (фиг. 2,б), а амплитуда - коэффициенту отражения на выбранных длинах волн (фиг. 2, а). Из данного сигнала в блоке определения размера показателя качества путем предварительной обработки и последующей дискриминации по уровню U_m формируется сигнал признаков показателя качества. Например, по уровню U₁ - размера плода; по уровню U₂ - механических повреждений. Длительность сигналов U_n, равная t_i, соответствует размеру проекции дефектов поверхности плода вдоль линии сканирования (фиг. 2,б). С действительным размером L_i измеряемых показателей качества они соотносятся как

где β - размерный коэффициент оптико-электронного блока.

С изменением x от 0 до D_пл измеренная величина показателя качества при равных L_i будет изменяться от L_i до 0. Для компенсации ошибки измерения вследствие искажения геометрических размеров объемных тел при их оптической проекции используется первая производная коэффициента отражения от времени, измеренная для длин волн, на которых коэффициент отражения не зависит или слабо зависит от качества и окраски поверхности. Для яблок такому требованию удовлетворяет диапазон длин волн от 0,7 - 0,9 мкм. В этом случае излучение, воспринимаемое фотоприемным устройством, будет зависеть только от формы и степени кривизны поверхности объекта, а ее первая производная во времени будет являться мерой степени кривизны поверхности плода на измеряемом участке. Блоком 4 вычисления первой производной по времени вырабатывается корректирующий сигнал, пропорциональный абсолютной величине первой производной коэффициента отражения по времени который подается в блок коррекции 5, где происходит соответствующее изменение (увеличение) длительности сигнала признака показателя качества. В сумматоре 6 осуществляется подсчет общего размера механических повреждений путем подсчета суммарной длительности сигналов в течение z строк сканирования. В соответствии с калибром плода и величиной дефекта устройство управления и индикации 7 формирует сигнал о качественном состоянии плода.

Предложенный прибор обеспечивает повышение точности определения качественного состояния поверхности плодов за счет более точной оценки площади дефектов независимо от калибра плода, степени его ориентации относительно оптической оси оптико-электронного преобразователя и удаленности от него.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Прибор включает модуль вращения плодов, узел сканирования, блок определения размера механических повреждений, сумматор и блок управления. Новым в приборе является введение блока вычисления первой производной от времени коэффициента отражения в диапазоне длин волн, минимально зависящем от качества поверхности, и блок коррекции размера механических повреждений, вычисляющий истинное значение площади механических повреждений. Прибор позволяет увеличить точность сортирования плодов с формой, близкой к сферической. Это достигается путем коррекции размера (площади) механических повреждении плода в соответствии с величиной первой производной по времени коэффициента отражения в диапазоне длин волн, минимально зависящем от качества поверхности (для яблок 0,7 - 0,9 мкм). 2 ил.

Прибор для измерения механических повреждений на плодах, включающий модуль вращения плодов, блок построчного сканирования и преобразования отраженного от плода оптического потока в электрический сигнал, блок определения размера механических повреждений, сумматор и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения механических повреждений на поверхности плодов, прибор содержит блок вычисления первой производной от времени коэффициента отражения в диапазоне длин волн, минимально зависящем от качества поверхности (для яблок 0,7 - 0,9 мкм), и блок коррекции размера механических повреждений, осуществляющий вычисление истинной площади S дефекта по формуле

где β - коэффициент пропорциональности;
Δt_i - длительность сигнала рассогласования;
- коэффициент отражения в диапазоне длин волн, минимально зависящем от качества поверхности;
z - число строк сканирования.