Оптический сепаратор Российский патент 2024 года по МПК G01N21/47 B07C5/342 

Изобретение относится к области сепарации разноцветного материала и может использоваться в установках для повторной переработки стеклобоя и может широко использоваться в горно-обогатительной, стекольной, пищевой, легкой, химической и других отраслях промышленности.

Известно «Устройство для измерения и анализа параметров объектов малой крупности», содержащее блок транспортировки объектов в зону анализа, осветительный блок, включающий источники излучения, оптическую систему, приемник оптического излучения, сопряженные друг с другом и с зоной анализа и закрепленные на устройстве позиционирования, блок обработки, анализа и управления, соединенный с приемником оптического излучения, устройство вывода информации, соединенное с блоком обработки, анализа и управления, при этом дополнительно имеется блок управления источниками излучения осветительного блока, соединенный с осветительным блоком и блоком обработки, анализа и управления, блок управления устройством позиционирования, соединенный блоком обработки, анализа и управления, и сменный фон, расположенный позади зоны анализа перпендикулярно оптической оси оптической системы, при этом осветительный блок закреплен таким образом, что его источники излучения создают равномерную освещенность фона, а устройство позиционирования дополнительно выполнено с возможностью регулировки угла наклона осветительного блока, оптической системы и приемника оптического излучения, а в блоке транспортировки объектов в зону измерения применена»,

Патент РФ на ПМ, №146689, МКИ: В07С 5/342; дата публ. 2014.10.20

Известно «Устройство для сортировки зерна», включающее корпус, наклонный желоб с дорожками для направления зерна, средство для подачи зерна на желоб, оптические средства детектирования, содержащие детекторы, средство для освещения зерна в зоне обнаружения зерна, систему управления устройством, блоки которой подключены к центральному процессору, устройство для отбраковки частиц зернового материала, ниже которого имеется отверстие для сброса отбракованных зерен в контейнер, в нижней части желоба установлен принимающий желоб, при этом, в качестве детекторов используют цифровые видеокамеры на матрице с зарядовой связью, одна из которых расположена перпендикулярно наклонному желобу, а вторая наклонно к нему, средство для подачи зерна на желоб выполнено в виде лотка, при этом на наклонном желобе и лотке закреплены направляющие, имеющие в поперечном сечении треугольную форму, устройство для отбраковки частиц зернового материала выполнено в виде соединенного с электродвигателем кривошипно-шатунного механизма с ударным устройством в виде поршня.

Патент РФ на изобретение №2495728, МКИ: В07В 13/00, д. публ.2013.10.20 Известно «Устройство для сортировки материалов», содержащее корпус, загрузочный бункер, в нижней части которого расположен лоток для подачи сортируемого материала на наклонный желоб, средства детектирования и средства освещения материала, блок приемки и обработки информации, устройство для отбраковки дефектного материала, отличающееся тем, что средства детектирования выполнены в виде трех датчиков, расположенных в трех взаимно ортогональных плоскостях, при этом средства освещения установлены напротив каждого датчика в той же плоскости. Патент РФ на изобретение №2602484, МКИ: В07В 5/342, д. публ. 2016.11.20

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является

«1. Сепаратор оптический, включающий устройство подачи разноцветного материала, осветители, оптический датчик, за которым по ходу движения материала установлен ряд выдувающих форсунок, каждая из которых соединена с системой подачи сжатого воздуха и блоком управления форсунками, отличающийся тем, что он дополнен преобразователем сигнала, компьютером с платой видеозахвата, соединенными последовательно, и выходы последнего подключены к входам блока управления форсунками, а оптический датчик выполнен в виде видеокамеры.

2. Сепаратор оптический по п. 1, отличающийся тем, что преобразователь сигнала выполнен из блока выделения синхроимпульсов, модуля цвета, компараторов, кодера, при этом блок выделения синхроимпульсов, модуль цвета и первый компаратор соединены входами, выходы блока выделения синхроимпульсов соединены с модулем цвета и кодером, выход модуля цвета подключен к входам других компараторов, выходы всех компараторов соединены с входами кодера.

Патент РФ на ПМ №46100, МКИ: G01N 21/00, д. публ. 2005.06.10. Технический результат заключается в повышение качества сортировки и отбраковки разноцветного материала за счет увеличения точности распознавания материалов по форме, цвету, размеру и геометрического центра массы отдельных элементов путем использования вибрационного лотка для равномерного распределения материала, оптического блока с системой детектирования, снабженной матричными высокоскоростными камерами с глобальным затвором, системой сортировки и отбраковки, снабженной двумя рядами форсунок с быстродействующими пневмо-клапанами, а также путем дополнения блока управления аппаратным модулем интерфейса подключения матричных высокоскоростных камер системы детектирования и компьютером с установленным на нем программным обеспечением, связанным с микроконтроллером управления форсунками.

Технический результат достигается благодаря тому, что оптический сепаратор включает корпус, с устройством подачи разноцветного материала, скатное стекло, осветители, оптический датчик, за которым по ходу движения материала установлена система сортировки, связанная с блоком управления работой сепаратора. Система сортировки снабжена рядом выдувающих форсунок, каждая из которых соединена с системой подачи сжатого воздуха. А блок управления связан с оптическим датчиком, выполненным в виде видеокамеры. При этом в оптическом сепараторе устройство подачи разноцветного материала снабжено вибрационным лотком, обеспечивающим равномерное распределение материала по всей ширине лотка. А оптический датчик выполнен в виде оптического блока, снабженного герметичным корпусом, в который через шланг подают сжатый воздух для создания внутри избыточного давления. В качестве осветителей оптический блок внутри корпуса снабжен лампой фронтальной подсветки, и лампой фоновой подсветки, расположенной вне его корпуса за обратной гранью скатного стекла. При этом внутри корпуса оптического блока расположена система детектирования формы, цвета, размера и геометрического центра масс разноцветного материала, связанная с блоком управления работой сепаратора. Система сортировки и отбраковки разноцветного материала, путем обработки его импульсом сжатого воздуха, в свою очередь снабжена блоком выдувающих форсунок, установленных в корпусе сепаратора по ходу движения материала, под его потоком, после зоны действия системы детектирования, в два ряда, параллельных потоку материала и между собой, при этом сдвинутых относительно друг друга по вертикали, причем количество форсунок в каждом ряду 225 штук, а шаг между ними 5,1 мм, форсунки снабжены быстродействующими пневмо-клапанами, и связаны с блоком подготовки сжатого воздуха, в свою очередь бункер для приема отобранного и отбракованного разноцветного материала выполнен с тремя горловинами, кроме того система детектирования снабжена четырьмя матричными высокоскоростными камерами с глобальным затвором, при этом блок управления дополнен аппаратным модулем интерфейса подключения матричных высокоскоростных камер системы детектирования, а также компьютером с установленным на нем программным обеспечением, связанным с микроконтроллером управления форсунками при этом аппаратный модуль интерфейса блока управления выполняет функцию конфигурации параметров захвата видеоизображения, затем транслирует синхроимпульсы начала захвата изображения, и передает данные видеокадра компьютеру, который в свою очередь через микроконтроллер управления форсунками передает управляющий импульс блоку форсунок системы сортировки и отбраковки. Оптический сепаратор поясняется чертежами на фиг.1,2 и 3, Фиг. 1- Оптический сепаратор (схема общего вида);

Фиг. 2 - Оптический сепаратор (схема расположения форсунок системы сортировки и отбраковки разноцветного материала);

Фиг. 3 - Оптический сепаратор (схема блока управления работой устройства). Согласно Фиг. 1, 2 и 3, «Оптический сепаратор» снабжен корпусом 1, вибрационным лотком 2, связанным с вибромоторами 3, оборудован скатным стеклом 4, а также оптическим блоком с корпусом 5, куда подведен шланг подачи сжатого воздуха 6, а также в качестве осветителей лампой фронтальной подсветки 7 и лампой фоновой подсветки 8, расположенной вне корпуса 5 оптического блока, последний снабжен также системой детектирования 9, а система сортировки и отбраковки материала выполнена с блоком форсунок 10, блоком подготовки сжатого воздуха 11, кроме того оптический сепаратор снабжен бункером с тремя горловинами 12, 13 и 14 и блоком управления 15, а также матричными высокоскоростными камерами 16 системы детектирования 9, при этом блок управления 15 дополнен аппаратным модулем интерфейса 17 подключения камер 16 и компьютером с установленным программным обеспечением 18, а также микроконтроллером управления 19 блоком форсунок 10 системы сортировки и отбраковки.

Принцип работы оптического сепаратора: «Оптический сепаратор «Сортика ВП» содержит корпус 1, при этом сортируемый материал подается на вибрационный лоток 2, получающий вибрационный импульс от вибромоторов 3, при движении материала происходит его равномерное распределение по всей ширине лотка 2, и далее попадает на прозрачное скатное стекло 4. Затем на скатном стекле 4 материал разгоняется под действием силы тяжести и проходит через зону детектирования, создаваемую системой детектирования 9, расположенную в корпусе оптического блока 5. С помощью системы детектирования 9 и ламп фоновой 8 и фронтальной подсветки 7 выполняется анализ свойств разноцветного материала и в зависимости от результата принимается решение о срабатывании блока форсунок 10 системы сортировки и отбраковки, при этом осуществляют выталкивание материала с необходимыми характеристиками и его разделение на разные потоки с помощью импульса сжатого воздуха, подаваемого через пневмоклапаны от системы подготовки сжатого воздуха 11, в соответствующие горловины 12, 13 или 14 приемного бункера. В зависимости от варианта исполнения сепаратора в конструкции может быть установлено один или два ряда форсунок 10 и разное их количество, а приемный бункер с двумя или тремя приемными горловинами соответственно. При этом система детектирования 9 снабжена четырьмя матричными высокоскоростными камерами с глобальным затвором 16, а блок управления 15 дополнен аппаратным модулем интерфейса 17 подключения матричных высокоскоростных камер системы детектирования 16, а также компьютером 18 с установленным на нем программным обеспечением, связанным с микроконтроллером 19 управления форсунками при этом аппаратный модуль интерфейса 17 блока управления 15 выполняет функцию конфигурации параметров захвата видеоизображения, затем транслирует синхроимпульсы начала захвата изображения, и передает данные видеокадра компьютеру 18, который в свою очередь через микроконтроллер 19 управления форсунками передает управляющий импульс блоку форсунок 10 системы сортировки и отбраковки.

Блок управления работой оптического сепаратора функционирует следующим образом: в процессе работы данные об изображении с камер оптического блока передаются в блок управления, который, обработав полученные данные, принимает решение об сортировке и отбраковке сортируемого разноцветного материала на основании пользовательской конфигурации и передает команды управления в блок форсунок 10 системы сортировки и отбраковки.

Ключевой особенностью системы детектирования 9 является использование матричных высокоскоростных камер 16 с глобальным затвором («Global shutter»). Это позволяет получить ряд преимуществ перед традиционными решениями: Каждый пиксель в сенсоре камеры начинает и заканчивает экспозицию одновременно, что позволяет избежать появления искажений и артефактов при захвате быстро перемещающихся объектов, как в системах со скользящим затвором («Rolling Shutter))). При захвате происходит получение всего изображения объекта, без необходимости склейки частичных кадров, как в системах с линейными сенсорами, что позволяет получить изображение объекта без геометрических искажений. Данное техническое решение делает возможным получение информации о форме и геометрическом центре масс детектируемых объектов для уточнения координат и времени срабатывания блока форсунок 9 системы сортировки и отбраковки. Задача поиска формы объекта сводится к поиску замкнутого контура на изображении, полученном в соответствии с пользовательскими настройками. Настройки определяются с использованием графического интерфейса аппаратного блока интерфейса 17 блока управления 15. При этом найденный контур не должен быть вложенным в другие обнаруженные замкнутые контуры. Обнаруженные контуры объектов позволяют определить ключевые особенности формы, по которым происходит принятие решения об сортировке и отбраковке. Применяемые правила для определения особенностей формы сортируемых и отбраковываемых объектов, наряду с остальными правилами отбраковки (например, по цвету, размеру и т.д.) определяются с использованием графического интерфейса блока управления 15. Полученная информация о контуре отбраковываемых объектов используется для уточнения предсказания положения движущегося объекта путем получения центральных моментов (т) оцифрованного изображения

• М и N - размер получаемого изображения об объекте в пикселях,

• р и q - порядки центрального момента т, соответствующие координатам изображения,

• - начальный момент первого порядка по координате i.

• - начальный момент первого порядка по координате j.

Далее происходит вычисление координат геометрического центра масс объекта подстановкой полученных моментов оцифрованного изображения в формулы:

где

• - координаты X и Y полученного центра масс,

• m - моменты оцифрованного изображения.

Полученные координаты центра масс элементов разноцветного материала передаются в систему отбраковки для уточнения координат и времени срабатывания блока форсунок 9 системы сортировки и отбраковки. Оптический сепаратор «Сортика ВП» позволяет осуществить взаимодействие системы детектирования9 и системы сортировки и отбраковке подаваемого материала за счет использования матричных высокоскоростных камер с глобальным затвором (не линейные сенсоры, не матричные сенсоры со скользящим затвором), а также использовать информацию об особенностях формы элементов разноцветного материала, полученную без геометрических искажений, и принять четкое решение об их отбраковке (отбраковка не только по цвету и размеру элементов разноцветного материала), кроме того использовать координаты геометрического центра масс элементов разноцветного материала для уточнения координат и времени срабатывания блока форсунок 10 системы сортировки и отбраковки (более точное попадание в элементы разноцветного материала с уменьшением ложных отбраковок).

Применение предложенного в качестве изобретения «Оптического сепаратора» способствует повышению качества сортировки и отбраковки материала за счет увеличения точности распознавания разноцветного материала по форме, цвету, размеру и геометрического центра масс различных его элементов.

Изобретение относится к области сепарации разноцветного материала и касается оптического сепаратора. Cепаратор включает корпус с устройством подачи разноцветного материала, скатное стекло, осветители, оптический датчик, за которым установлена снабженная рядом выдувающих форсунок система сортировки, связанная с блоком управления работой сепаратора. Устройство подачи разноцветного материала снабжено вибрационным лотком. Оптический датчик выполнен в виде оптического блока, снабженного герметичным корпусом, в который подают сжатый воздух. В качестве осветителей сепаратор снабжен лампами фронтальной и фоновой подсветки. Внутри корпуса оптического блока расположена система детектирования формы, цвета, размера и геометрического центра масс разноцветного материала, связанная с блоком управления. Система детектирования снабжена четырьмя матричными высокоскоростными камерами с глобальным затвором, блок управления работой сепаратора дополнен аппаратным модулем интерфейса подключения матричных высокоскоростных камер системы детектирования, а также компьютером с установленным на нем программным обеспечением, связанным с микроконтроллером управления форсунками. Технический результат заключается в повышение качества сортировки и отбраковки разноцветного материала. 3 ил.

Оптический сепаратор, включающий корпус, с устройством подачи разноцветного материала, скатное стекло, осветители, оптический датчик, за которым, по ходу движения материала, установлена система сортировки, связанная с блоком управления работой сепаратора и снабженная рядом выдувающих форсунок, каждая из которых соединена с системой подачи сжатого воздуха, блок управления, связанный с оптическим датчиком, выполненным в виде видеокамеры, отличающийся тем, что в оптическом сепараторе устройство подачи разноцветного материала снабжено вибрационным лотком, обеспечивающим равномерное распределение материала по всей ширине лотка, а оптический датчик выполнен в виде оптического блока, снабженного герметичным корпусом, в который через шланг подают сжатый воздух для создания внутри избыточного давления, при этом в качестве осветителей оптический блок внутри корпуса снабжен лампой фронтальной подсветки и лампой фоновой подсветки, расположенной вне его корпуса за обратной гранью скатного стекла, кроме того, внутри корпуса оптического блока расположена система детектирования формы, цвета, размера и геометрического центра масс разноцветного материала, связанная с блоком управления работой сепаратора, а система сортировки и отбраковки разноцветного материала, путем обработки его импульсом сжатого воздуха, снабжена блоком выдувающих форсунок, установленных в корпусе сепаратора по ходу движения материала, под его потоком, после зоны действия системы детектирования, в два ряда, параллельных потоку материала и между собой, при этом сдвинутых относительно друг друга по вертикали, причем количество форсунок в каждом ряду 225 штук, а шаг между ними 5,1 мм, форсунки снабжены быстродействующими пневмоклапанами и связаны с блоком подготовки сжатого воздуха, в свою очередь бункер для приема отобранного и отбракованного разноцветного материала выполнен с тремя горловинами, кроме того, система детектирования снабжена четырьмя матричными высокоскоростными камерами с глобальным затвором, при этом блок управления работой сепаратора дополнен аппаратным модулем интерфейса подключения матричных высокоскоростных камер системы детектирования, а также компьютером с установленным на нем программным обеспечением, связанным с микроконтроллером управления форсунками, при этом аппаратный модуль интерфейса блока управления выполняет функцию конфигурации параметров захвата видеоизображения, затем транслирует синхроимпульсы начала захвата изображения и передает данные видеокадра компьютеру, который в свою очередь через микроконтроллер управления форсунками передает управляющий импульс блоку форсунок системы сортировки и отбраковки.