Устройство для сортирования корнеклубнеплодов Советский патент 1991 года по МПК A23N15/00 B07C5/342 

Изобретение относится к сортирующим устройствам и может быть идполь- зовано в линиях автоматического контроля сельскохозяйственных продуктов.

Цель изобретения - повышение точности сортирования.

Устройство содержит транспортер с зоной контроля, смонтированную над

ней оптико-измерительную систему, Ёключающую оптическое распознающее приспособление с объективом на входе, сканирующим диском с отверстиями и фотоприемником, а также источники света, введен конусный световод, распо- ложенный над зоной контроля 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 отражателя размещены упомянутые источники света, диафрагма выполнена с прямоугольным вырезом, соответствующим зоне контроля, сопряженным с отверстиями в сканирующем диске, расположенными по спиралям, 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 пропускания, соответствующими спектральному интервалу данного канала, фотоприемники, оптически сопряженные с объективом на входе оптиче- ского распознающего приспособления, размещены на выходе каналов и включены навстречу один другому в схеме вычитания, подключенной к измерительной части оптико-измерительной систе- мы.

Зона контроля образована в горизонтальной выходной ветви транспортера, выполненного в виде бесконечного ремня, входная ветвь которого на- клонена под углом к выходной и оснащена с двух сторон с образованием клиновидного желоба жестко закрепленными неподвижными направляющими, а выходная ветвь снабжена с двух сто- рон с образованием клиновидного желоба негк .вижными направляющими, выполненными с возможностью одновременного движения в направлении, противоположном движению бесконечного ремня.

Конструктивное выполнение устройства обеспечивает увеличение использования -энергии источников

света за счет выполнения зоны контроля по длине и ширине оптическ сопряженной с отверстиями сканирующго диска и, кроме того, оптического сопряжения входного зрачка объектива с чувствительными поверхностями фотоприемников, что также позволяет максимально использовать энергию. Зона контроля связана конусным световодом с оптической системой оптического распознающего приспособления таким обрзаом, что позволяет более полно и эффективно использовать световой поток от источников с ета, расположенных в фокусе тороидального отражателя.

На фиг. 1 изображена схема устройства для сортирования корнеклубнеплодов/ на фиг. 2 - сканирующий диск с отверстиями} на фиг. 3 - схема измерительной части оптико- измерительной системы; на фиг. 4 - спектральные характеристики (в относительных единицах), кривая 1 - распределение энергии в спектре источника света (кривая 2 - чувствительность фотоприемника, кривая 3 - пропускание фильтра из стекла; кривая 4 - пропускание фильтра из другого стекла)1, на фиг. 5 - распределение сигнала по спектру в двух каналах результирующего эффекта взаимодействия, фотоприемника и фильтров (кривые 1 и 2 - в случае применения интерференционных фильтров, кривые 3 и 4 - в случае применения фильтров из стекол)1, на фиг. 6 - спектры диффузного отражения от поверхности корнеклубнеплода и распределение сигналов по спектру в каналах q (распознающем) и Г (опорном) с учетом отражения от корнеклубнеплода (кривая 1 - отражение от кондиционного корнеклубнеплода, кривая 2 - отражение от дефектного корнеклубнеплода (мокрая гниль, позеленение); кривая 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 & ; кривая 1пб - распределение сигнала в канале Q для кондиционного корнеклубнеплода при уменьшенной до уров- ня п диафрагме в канале S, кривая 2аб - распределение сигнала в канале Д для дефектного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровня п диф- рагме в канале $ на фиг. 7 - спектры диффузного отражения от поверхности корнеклубнеплода и распределение сигналов по спектру в кана- лах а и ST с учетом отражения от корнклубнеплода (кривая 1 - отражение от кондиционного корнеклубнеплода, кривая 2 - отражение от дефектного корнеклубнеплода; кривая 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 &, кривая 1пб - распределение сигнала в канале 0 для кондиционного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровня п диафрагме, кривая 2пб - распределение сигнала в канале 6 для дефектного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровня h диафрагме.

Устройство для сортирования корне клубнеплодов содержит транспортер 1 для подачи корнеклубнеплодов 2 в зону контроля, 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 ослабителями 12, фотоприемни- ками 13 и 14.

Транспортер 1 выполнен в виде приводимого в движение шкивами 15 бесf

конечного ремня 16 с лопастями 17, входная ветвь которого расположена под углом к выходной горизонтальной ветви. Входная цепь оснащена жестко закрепленными обрезйненными направляющими 18 с образованием клиновидного желоба, а выходная ветвь снабже на также с образованием клиновидного

.желоба подвижными обрезйненными направляющими 19, выполненными с возмот ностью одновременного движения в направлении, противоположном движению бесконечного ремня 16.

Зона контроля образована подвижной частью направляющих 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 перпендикулярно оси размещены нити накала источников 3 в виде ламп накаливания. При этом нити накалов установлены в фокусе торс- идального отражателя 22, который

размещен над ними между наружным и внутренним конусом.

„На выходе оптического распознающего приспособления, 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 вычитания 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 усилителя 23. Выход импульсного усилителя 23 через детектор 26 подключен ко входу формирователя 24 выходного сигнала.

В оптической системе 6 входной зрачок объектива 7 оптически точно сопряжен с приемными поверхностями 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 стеклянных пластин с характеристи- кой пропускания, соответствующей рабочим спектральным интервалам распознающего с длиной волны 650 нм и опорного с длиной волны 1100 нм соответственно Q и 8 каналов оптического распознающего приспособления.

Диафрагма 8 выполнена с прямо-угольным вырезом, соответствующим по форме зоне контроля, длина которой равна расстоянию между лопастями , 17, а ширина - размеру корнеклубнеплода, и сопряжена с отверстиями в сканирующем диске. Отверстия в сканирующем диске, предпочтительнее той же формы и кратные изображению зоны контроля по величине, расположены по спиралям, число которых не- четное для уменьшения влияния помех гармоник сетевой частоты.

Устройство для сортирования корнеклубнеплодов работает следующим образом.

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

На бесконечном ремне 16 в зоне контроля скорость вращения корнеклубнеплодов 2 увеличивается за счет движения подвижных направляющих 19 в направлении, противоположном направлению движения бесконечного ремня 16. Такое вращение обеспечивает осмотр всей поверхности корне- плода.

Зона контроля освещается лампами 3 накаливания, расположенными в фокусе тороидального отражателя 22, дополнительно отражающего световой по- ток.

Таким образом, на корнеклубнеплоды 2 из конусного световода 20, кроме прямых лучей от ламп 3 накаливания, падают лучи после однократного и многократного отражения от внутренней поверхности конусного световода 20. Для эффективного использования световых потоков высота конусного световода в несколько раз больше его диаметра.

СВР -овой поток, отраженный от кор

неклубнеплодов

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

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

5 0 5

0 5

0

5

0

5

Для устранения попадания лучей, отраженных от конструктивных .элементов вне зоны контроля, непосредственно перед сканирующим диском 4 установлена прямоугольная диафрагма 8. Сканирующий диск 4 вращается синхронным двигателем.

При вращении сканирующего диска 4, плоскость которого практически совпадает с плоскостью изображения зоны контроля, осуществляется сканирование по поверхности изображения зоны контроля, 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 отверстия в сканирующем диске 4, направляется светоделителем в два канала (опорный и распознающий), спектральные диапазоны которых формируются в результате взаимодействия источников излучения 3, фильт- ров 10 и 11 и фотоприемников 13 и 14, приемные поверхности которых оптически сопряжены оптической системой 6 с входным зрачком объектива 7 для предотвращения перемещения пятна по чувствительной поверхности фотоприемников 13 и 14 при сканировании диском 4 по изображению зоны контроля.

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

Фотоприемники 13 и 14 включены в день вычитания (фиг.З) в виде моста, в одну ветвь которого они включены встречно, в другую - их нагрузки в виде резисторов 25. Разностный сигнал снимается с резисторов и подается на вход импульсного усилителя 23, вторая диагональ моста замкнута. При сканировании по корнеклубнеплоду 2 поступают импульсы, полярность которых определяется качеством поверхности корнеклубнеплодов 2. С выхода импульсного усшштеля 23 на

детектор приходят импульсы разной полярности, а после детектора 26 остаются только положительные импульсы, соответствуйте дефекту поверхности корнеклубнеплода 2. Во входной каскад формирователя 24 выходного импульса введена регулировка уровня, определяющего 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 отражения от кондиционной и дефектной поверхности корнеклубнеплода при 650 нм и незначительной при 1100 нм при различных дефектах. Поэтому канал 1100 нм является опорным, а канал 650 нм различающим дефект.

Выделение опорного и различающего участков спектра в данном устройстве осуществляется выбором соответствующего источника света, фотоприемника и оптических материалов для фильтров. В качестве источника света использована стандартная лампа накаливания, ее спектральные характеристики отражены на фиг.4а (кривая 1). Фотоприемником излучения является кремниевый фотодиод, спектральная характеристика чувствительности которого - на фиг.4а (кривая 2) .

Для выделения участка спектра 650 нм в фильтрах использовано стандартное стекло (фиг.4, кривая 3 пропускания) f толщина которого определяется расчетом. Для выделения спектрального участка 1100 нм использовано специальное стекло (фиг.4а, кривая 4 пропускания), толщина которого также является расчетной. Зависимость сигнала от длины волны для распознающего сигнала соответствует кривой 3 на фиг.4б, а для опорного канала - кривой 4.

Спектральные характеристики отражения 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 для здорового корнеклубнеплода, а для сухой гнили, фитофторы, парши пятнистой больше, чем от кондиционного. Первой группе соответствуют кривые 16 - для кондиционных и 2б на фиг. 6 - для дефектных корнеклубнепподов, второй группе - кривые 16 и 26 для кондиционных и дефектных корнеклубнеплодов на фиг.7 соответственно. При приведении

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

Разнице отражения соответствуют площадки между кривыми. Для канала 1100 нм эта разница в несколько раз меньше, чем для канала 650 нм, поэтому с достаточной достоверностью мож0 но принять, что в канале 1100 нм разницы нет. Для второй группы разницы в сигнале в канале 1100 нм также практически нет, так как меняется знак сигнала разности, поэтому условия

5 распознавания лучше , чем для первой группы.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает осмотр всей поверхности корнеклубнеплодов, выявле0 ние дефектов, формирование в зависимости от дефекта разностного электрического сигнала в схеме вычитания.

При использовании в данном устройстве аналитических длин волн 650 нм распознающей и 1 100 нм - опорной (по сравнению с известным техническим решением) обеспечивается возможность обнаружения всех дефектов. Кроме того, устройство позволя0 ет определять дефекты при любой форме корнеклубнеплода, в том числе на участке с искаженной формой. Изобретение обеспечивает также при сохранении производительности

5 снижение уровня шума при работе, уменьшение потребляемой мощности.

Формула изобретения

0 Устройство для сортирования корнеклубнеплодов, содержащее транспортер с зоной контроля, смонтированную над ней оптико-измерительную систему, включающую измерительный

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

источники света, отличающееся тем, что, с целью повышения точности сортирования, оно снабжено конусным световодом, расположенным над зоной контроля под объективом на входе оптического распознающего приспособления, 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 отражателя, диафрагма выполнена с прямоугольным вырезом, соответствующим по форме зоне контро- ля и сопряженным с отверстиями в сканирующем диске, расположенными по спирали, число которых нечетное, при этом зона контроля образована в горизонтальной выходной ветви транспортера, выполненного в виде бесконечного ремня, входная ветвь

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

Изобретение относится к устройствам для сортирования корнеклубнеплодов и может быть использовано в линиях автоматического контроля качества сельскохозяйственных продуктов. Цель изобретения - повышение точности сортирования. Транспортирующее приспособление снабжено об- резиненными направляющими в виде клиновидного желоба без дна. Дно желоба оборудовано бесконечным ремнем с«равномерно расположенными перпендикулярно ему лопастями. -Часть направляющих выполнена жестко закрепленной под углом к направлению движения другой части направляющих, подвижной и горизонтально расположенной. Направление движения последней противоположно направлению движения бесконечного ремня. Зона контроля образована подвижной горизонтальной частью направляющих, 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 ослабителя в виде регулируемых диафрагм, расположенных каждый перед соответствующим фотоприемником. В оптической системе входной зрачок объектива оптически сопряжен с приемными поверхностями фотоприемников. Оптические ослабители установлены с переменным пропусканием. Фильтры выполнены в виде плоскопараллельных пластин с характеристикой пропускания, соответствующей рабочим спектральным интервалам опорного и распознающего каналов. Диафрагма выполнена с прямоугольным вырезом, сопряженным с отверстиями в сканирующем диске. Отверстия в диске расположены по спирали и число отверстий нечетное. 7 ил. с S (Л о со 4 го 4 О

я:Ж1з--я

QaX-JCB-J

Зона контроля 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