Способ автоматической сортировки продукции по морфологическим признакам Советский патент 1982 года по МПК B07C5/10 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СОРТИРОВКИ ПРОДУКЦИИ ПО МОРФОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ

Изобретение относится к сортировке пищевой и сельскохозяйственной продукции с йомощью оптических средств..

Известен способ автоматической сорнтирОБКи изделий путем перемещения конт ролируемых объектов относительно источника света с последующим преобразованием отраженного от объекта светового потока в унифищфованный сигнал, управляющий процессом сортировки L1

Недостаток такого способа заключается в необходимости строгой ориентации положения контролируемых объектов на транспортере относительно объектива и направления движения, стабилизации скорости перемещения объектов, что не позволяет контролировать объекты с криволинейной формой поверхности, а это снижает -точность сортировки.

Цель изобретения - повьпиение точности сортировки.

Поставленная цель достигается тем, что при осуществлении способа автоматической сортировки по морфологическим

признакам путем перемещения контролируемых объектов относительно источника света с последующим преобразованием отраженного от объекта светового потока в унифицированный сигнал, управляющий процессом сортировки согласно изобретению преобразование отраженного от объекта светового потока ведут путем пространственной оптической фильтрации Фурьеобраза каждого объекта в когерентном

10 оптическом корреляторе с последующим преобразованием оптического сигнала свёртки, в сигнал, подаваемый на исполнительный механизм, при этом пространственную оптическую фильтрацию ведут путем

15 получения нестационарной голограммы с регистрацией на ней структуры попя электромагнитного излучения, рассеянного объектом, восстановления структуры этого поля одновременным или последовательным

20 сканированием нестационарной голограммы плоской электромагнитной волной под различными углами, пространственной фильтрации восстановленной структуры поля и преобразования оптического сигнала сверт ки в электрический сигнал, управления. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для реализации способа, например, определения содержания сорных примесей в пробе семян подсолнечника; на фиг. 2 схематически изображен блок анализа структуры, электромагнитного поля, рассеянного на объекте. Схема устройства содержит блок 1 подготовки пробы семян, состоящий из уз лов дозирования и взвешивания, соединенный с блоком 2 первичной очистки семян, вьшолненным, например, в виде двух вращающихся многогранных сит, на выходе которых установлен блок 3 формирования. струи семяя, состоящий, например, из вал цевого питателя, лотка и транспортера, на выходе которого установлен блок 4 анализа и сортировки, содержс1щий когерентный многоканальный оптический коррелято и рабочий орган исполнительного механизма сортировки, подключенный через усили тель 5 к выходу преобразователя 6, вьшо ненного, например, выще последовательного соединенных усилителя фототока, соединенного с выходным фотоприемником когерентного многоканального оптического коррелятора, триггера Шмитта или другог аналогичного порогового устройства и эле мента временной задержки. На выходе блока 4 имеются два отсека,, в одном из которых установлен блок 7 взвеш1тания чистой фракции семян. Кроме того, блок 4 содержит источник 8 когерентного света, например оптический квантовый генератор, связанный, во-первых, посредством узла 9 ввода информаци о морфологических признаках объектов с объектом 10 и с динамичным транспараН том 11, во-вторых, с системой считьтани информации о морфологических признаках объектов, содержащей узел 12 углового сканирования динамичного транспаранта, линзу 13 прямого Фурье-преобразования, в задней фокальной плоскости которой установлена матрица 14 комплексно-сопряженных фильтров, линзу 15 обратного Фурье-преобразования, в задней фокальной плоскости которой размещен фотоприемник 16, и, в Tperbjtx, с узлом 17 формирова-

НИИ опорного пучка, используемого на стадии регистрации матрицы комплексно-сопряженных фильтров.

При этом узел 9 состоит из оптических элементов формирования нестационар- 5 ной голограммы без разделения: опорного и предметного пучков в пл1Х:кости дина. мичного транспаранта, представляющего

ряда либо в виде затопленной струи, управляемой электропневмоклапаном, при использовании силового поля воздушного потока.

При наличии в области пространства входного сигнала блока 4 (фиг. 1) объекта с заданным набором морфологических признаков, например внещней формы, структуры поверхности, характерного рисунка. собой тонкий слой оперативного светочувствительного материала, например, на базе жидких растворов криптоцианиновых красителей или жидкокристаллических систем и т. п. Узел 12 состоит, например, из дефлектора углового сканирования и оптических элементов формирования сканирующего пучка заданной апертуры. Матрица 14 выполнена на базе светочувствительного материала, на котором предварительно зарегистрированы Фурьеобразы эталонного объекта. Узел 17 формирования опорного пучка, используемого на стадии регистрации матрицы 14 содержит, например, дефлектор пространственного сканирования и оптические элементы формирования опорного пучка заданной апертуры, а в качестве рабочего органа исполнительного механизма 18 используется, например, силовое поле затопленной струи, управляемое с помощью т,электромагнитньк клапанов, или электростатическое поле коронного разряда. Способ осуществляется следующим образом. При определении, например, содержания сорнъхх примесей в пробе семян подсолнечника блок 1 (фиг. 1) загружается представительной пробой семян, из которой автоматически отбирается заданная часть пробы и взвещйвается. При достижении заданного веса пробы дозирование прекращается и доза поступает в блок 2, где происходит отделение крупной и мелкой фракций сорных примесей. После предварительной очистки семена с соизмеримыми фракциями сорных примесей в блоке 3 формируются в. струю еле../ дующих друг за другом объектов. Расстояние между последними устанавливается равным или больщим максимального габарита объекта. Объекты под действием гравитационных сил в процессе свобоаного падения проходят область пространства входного сигнала блока 4. В этой же области располагается рабочий орган механизма 18 по сортировке семян (фиг. 2). Этот механизм по сортировке семян подсолнечника может быть выполнен, например, в виде электродов. в случае применения поля коронного раз- и т. д., на выходе этого блока появляется дискретный электрический сигнал. Величина такого сигнала зависит от степени отличия набора морфологических признаков анализируемого объекта от эталонного. Минимально необходимая степень отличия набора морфологических признаков анализируемого объекта от эталонного, а следовательно, и точность сортировки задаются путем установки величины порога срабатывания преобразователя 6. При срабатьшании порогового устройства этого преобразователя на выходе его с заданной временной задержкой, определяемой временем прохождения объекта пространства зоны входного сигнала блока образуется электрический импульс заданной длительности и амплитуды. С выхода преобразователя 6 сигнал поступает в усилитель 5, где он усиливается до необходимой величины и подается на механизм 18 по сортировке семян. Если рабочим органом механизма 18 по сортировке яшляются электроды, то объекты с заданными морфологическими признаками будут отклоняться от траектории под действием сил поля коронного ра ряда . Если рабочим органом механизма по сортировке является затопленная струя, то объекты с заданными морфологическим признаками отклоняются от траектории свободного падения под действием силового поля струи воздуха. Управление затопленной / струей при этом можно осуществлять, например, с помощью электропневмопреобразователя, который в свою очередь включается под действием сигнала заданной амплитуды с выхода усилителя 5.. В дальнейшем чистая фракхшя семян направляется в блок 7, где определяется весовое количество семян, а затем и содержание сорных примесей в исходной про бе. При сортировке изделий последние, как правило, перемещаются на ленте транспор тера, один из участков которого может быть использован в качестве . области пространства входного сигнала блока 4. При этом рабочим органом механизма 18 по сортировке может быть например, элек ромагнит. Сортировка объектов-изделий при этом происходит аналогично ранее опи санной для семян подсолнечника. Анализ морфологических признаков объектов производится следующим образом Электромагнитная плоская когерентная волна, образованная источником 8 (фиг. 2 поступает в узел 9 ввода информации о морфологических признаках объекта 10 и в узел 12. Плоская электромагнитная волна в узле 9 делится на две, одна из которых используется для , освещения объекта 10. 8результате рассеяния на пространственной структуре объекта 10 плоской электромагнитной волны образуется поле, состоящее из дифракционных пучков, в структуре которого содержится достаточная и необходимая информация о внешних морфологических признаках объекта 1О. Структура поля, образовавшаяся в результате рассеяния плоской элект ромагнитной волны на объекте 10 на выходе узла 9, служит в качестве предмегного пучка, который совместно с опорным, являющимся также выходным пучком узла 9формируют в плоскости транспаранта 11 осевую нестахшонарную толограмму сфокусированного изображения. Зарегистрированная в плоскости транспаранта 11 нестационарная голограмма содержит достаточную и необходимую информацию о внешних морфологических признаках объекта 1О. Стирание информации, зарегистрированной в плоскости транспаранта 10, производится одновременно с записью, например, за счет теплообмена с окружающей средой, в случае применения жидких растворов криптоцианиновых красителей или за счет рекомбинации кристаллической структуры, например, в случае применения жидкокристаллических систем. Одновременно с записью нестационарной голограммы производится считывание информации, зарегистрированной на ней. Считывание информации, зарегистрированной в плоскости транспаранта 11, производится nyTetvf углового сканирования с помощью пучка, образующегося на выходе узла 12. В результате дифракции плоского сканирующего пучка на структуре, зарегистрированной в плоскости транспаранта 11, на выходе последнего образуется оптический сигнал, Фурье-образ которого формируется в задней фокальной плоскости линзы 13. При этом направления дифракционных пучков нулевого порядка совпадают с соответствующими направлениями сканирующих пучков, а координаты - с центрами комплексно-сопряженных фильтров эталонного объекта, Фурье-образ которого предварительно зарегистрирован на матрице 14. Регистрация комплексно-сопряженных фильтров на матрице 14 производится путем установки в качестве объекта 1О эталонного объекта с заданными внешними морфологическими признаками, регистрации пространственной структуры: его в ппоског ти транспаранта 11 в соответствии с ранее рассмотренным, установки сканирующего пучка под заданным утпом к плоское ти этого транспаранта и прямого Фуръепреобразования оптического сигнала с выхода транспаранта 11. Образовавшийся в результате прямого Фурье-преобразования пучок в задней фокальной плосдости линзы 13 в плоскости матрины 14 сформи рует Фурье-образ эталонного объекта. Коордшшты. цифракционного пучка нулевого порядка Фурье-образа эталонного объек та непосредственным образом связаны с углом наклона пучка, сканирующего транспарант 11. Для регистрашш фазы дифршс- 1ШОННЫХ пучков, формирующих Фурье-образ эталонного объекта, слулсит опорный пучок образующийся на выходе узла 17. На вход последнего при этом поступает плоская волна от источншса. 8., Калодому направлению пучка на выхо- де узла 12 углового сканирования транспаранта 11 соответствует заданное пространственное положение пучка на выходе узла 17. Угол наклона последнего к плоскости матрицы 14 для всех положений при этом одинаков. Количество направлений сканирующего пучка и, следовательно, количество комплексно-сопряженных фильтров в матрице 14 опеределяются минимально допустимым числом положений в пространстве объекта, диапазоном изменения его масщтаба и т. д Пучок на выходе узла 17 используется только на стадии регистрации Фурье-обрааа эталонного объекта, т. е. на стадии регистрагош матрицы 14. В рабочем режиме например на стадии анализа морфологических признаков объекта, этот пучок отключается, например, путем установки соот ветствующего потенпиала управления дефлектором пространственного сканирования узла 17. Таким образом в результате пространственной фильтрации Фурье-образа объекта, полученного в виде оптического сигнала, с Фурье образом эталонного объекта, зарегист рнрованного на матрице 14 в виде комплекс но-сопряженных фильтров, при совпаденииструктуры по крайней мере одного из них со структурой поля Фурье-образа объекта после интегрирования результата перемно жения спектров рассматриваемых сигналов с помощью линзы 15 в задней фокальной плоскости последней получают оптический сигнал свертки и оптический сигнал корреляции. Координаты сигнала свертки определяются в зависимости от угла наклона опорного пучка на выходе узла 17, используемого в Процессе регистрации матрицы 14. Координаты оптического сигнала корреляции зависят также и от угла наклона сканирующего транспарант 11 пучка. Поэтому в задней фокальной плоскоети линзы 15 в точке с координатами, соответствующими координатам сигнала, свертки, располагается центр светочувствительной площадки фотоприемника 16 и, следовательно, наличие сигнала на выходе этого фотоприемника будет свидетельствовать о наличии анализируемого объекта с заданными морфологическими признаками. Использование предлагаемого способа автоматической сортировки продукции по морфологическим свойствам позволит повысить точность сортировки и производительность технологического оборудования при упрощении конструкции автоматического сортирующего устройства. Формула изобретения Способ автоматической сортировки продукции по морфологическим признакам путем перемещения контролируемых относительно источника света с последующим преобразованием отраженного от объекта светового потока в унифицированный сигнал, управляющий процессом сортировк и, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности сортировки, преобразование , отраженного от объекта светового потока ведут путем пространственной оптической фильтрации Фурье-образа каждого объекта в когерентном оптическом корреляторе с последующим преобразованием оптического сигнала свертки в сигнал, подаваемый на исполнительный механизм, при этом пространственную оптическую фильтрацию ведут путем получения нестационарной голограммы с регистрацией на ней структуры поля электромагнитного излучения, рассеянного объектом, восстановления структуры этого поля одновременным или последовательным сканированием нестационарной голограммы плоской электромагнитной волной под различкыми углами, пространственной фильтра- ПИИ восстановленной структуры поля и преобразования оптического сигнала свертки Б электрический сигнал управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 439323, кл. В 07 С 5/10, 1972.