Устройство для сортирования корнеклубнеплодов

 

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 обрезиненными 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4133200/13 (22) 08. 10. 86 (46) 15.03.91. Бюл. Ф 10 (72) А. Е. Вершинский, Н. С. Голяндин, О.А.Куимов, Ю.В.Любавский, С.В.Леонтьев, С.В.Михайловский, О.N.Рутковский, И.Ç.Семенов и В.В.Шишкин (53) 631.362.4(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1109119, кл. А 23 N 15/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОРТИРОВАНИЯ

КОРНЕКЛУБНВПЛОДОВ (57) 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 обрезиненными 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 контИзобретение относится к сортирующим устройствам и может быть использовано в линиях автоматического контроля сельскохозяйственных продуктов. (51)5 А 23 И 15/00, В 07 С 5/342

2 роля 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.

Цель изобретения — повышение точности сортирования.

Устройство содержит транспортер с зоной контроля, смонтированную над

1634246 ней оптико-измерительную систему, включающую оптическое распознающее приспособление с объективом на входе, сканирующим диском с отверстиями и фотоприемником, а также источники света, введен конусный световод, расположенный над зоной контроля непосредственно под объективом, выполненный с отражательной внутренней поверхно- 10 стью, внутренним конусом с поглощающей внутренней поверхностью, размещенным концентрично конусному световоду в верхней его узкой части, тороидальным отражателем, закреплен- - 15

4 ным между конусным световодом и его внутренним конусом, и фокусе тороидального отражателя размещены упомянутые источники света, диафрагма выполнена с прямоугольным вырезом, 20 соответствующим зоне контроля, сопряженным с отверстиями н сканирующем диске, расположенными по спиралям, число которых нечетное, а в оптическое распознающее приспособление введен второй канал со своим фотоприемником. В обоих каналах (опорном и распознающем) перед фотоприемниками установлены регулируемые оптические ослабители и фильтры в виде плоско- 30 параллельных пластин с характеристиками пропускания соответствующими спектральному интервалу данного канала, фотоприемники, оптически сопряженные с объективом на входе оптического распознающего приспособления, размещены на выходе каналов и включены навстречу один другому в схеме вычитания, подключенной к измерительной части оптико-измерительной систе- 40 мы.

Зона контроля образована в горизонтальной выходной ветви транспортара, выполненного в виде бесконечного ремня, входная ветвь которого на- 45 клонена под углом к вьжодной и оснащена с двух сторон с образованием клиновидного желоба жестко закрепленными неподвижными направляющими, а выходная ветвь снабжена с двух сторон с образованием клиновидного желоба неп.,;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 эоны контроля по длине и ширине оптически сопряженной с отверстиями сканирующего 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 обрэаом, что позволяет более полно и эффективно испольэовать 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 оптикоизмерительной 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), на фиг. 5 распределение сигнала по спектру в двух каналах результирующего эффекта взаимодействия, фотоприемника и фильтров (кривые 1 и 2 — в случае применения интерференционных AHJlbT ров, кривые 3 и 4 — в случае применения фильтров из стекол), на фиг. 6 — спектры диффузного отражения от поверхности корнеклубнеплода и распределение сигналов по спектру в каналах g (распознающем) и 5 (опорном) с учетом отражения от корнеклубнеплода (кривая 1 — отражение от кондиционного корнеклубнеплода, кривая 2 — отражение от дефектного корнеклубнеплода (мокрая гниль, позеленение); кривая

1а и 1б — распределение сигнала от кондиционного корнеклубнеилода в случае оптических ослабителей в виде диафрагм, одинаково открытых в каналах ц и Я, кривые 2а и 2б распределение сигнала от дефектного корнеклубнеплода в случае оптических ослабителей в виде диафрагм, одинаково открытых в каналах д и кривая 1пб — распредепение сигнала в канале .и, для кондиционного корне4246 6

5 163 клубнеплода при уменьшенной до уров-ня "и" диафрагме в канале о, кривая

2аб - распределение сигнала в канале для дефектного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровня п дифрагме в канале б ; на фиг. 7 спектры диффузного отражения от поверхности корнеклубнеплода и распределение сигналов по спектру в каналах д и о с учетом отражения от корнеклубнеплода (кривая 1 — отражение от кондиционного корнеклубнеплода, кривая 2 — отражение от дефектного корнеклубнеплода, кривая 1а и 1б распределение сигнала от кондиционного корнеклубнеплода при одинаково открытых диафрагмах в каналах а и g,, кривые 2а и 2б — распределение сигнала от дефектного корнеклубнеплода при одинаково открытых диафрагмах в каналах ди F, кривая 1пб — распрео деление сигнала в канале D для кондиционного корнеклубнеплода при уменьшенной до уровня и диафрагме, кривая 2пб — распределение сигнала в канале 0 для дефектного кориеклубнеплода при уменьшенной до уровня диафрагме.

Устройство для сортирования корнеклубнеплодов 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 10 и 11, оптическими ослабителями 12, фотоприемниками 13 и 14.

Транспортер 1 выполнен в виде приводимого в движение шкивами 15 бесг конечного ремня 16 с лопастями 17, входная ветвь которого расположена под углом к выходной горизонтальной ветви. Входная цепь оснащена жестко закрепленными обрезиненными направляющими 18 с образованием клиновидного желоба, а выходная ветвь снабжена также с образованием клиновидного

,желоба подвижными обрезиненными направляющими 19, выполненными с возможностью одновременного движения в направлении, противоположном движению бесконечного ремня 16.

Зона контроля образована подвижной частью направляющих 19, над,кото,рой непосредственно под объективом 7 установлен конусный световод 20 с отражательной внутр нней поверхностью.

В верхней узкой части световода 20 размещен внутренний конус 21 с поглощающей внутренней поверхностью. Между световодом 20 и внутренним конусом 21 перпендикулярно оси размещены нити накала источников 3 в виде ламп накаливания. При этом нити накалов установлены в фокусе тороидального отражателя 22, который размещен над ними между наружным и внутренним конусом. ла выходе оптического распознающего приспособления, включающего два канала (распознающий 4 и опорный f ), помещены фотоприемники 13 и 14, импульсный усилитель 23 и формирователь 24 выходного сигнала (фиг.3).

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, и непосредственнои 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 плоскопараллельных стекллнныхпластин с характеристи- кой пропускания, соответствующей рабочим спектральным интервалам распознаюг;его с длиной волны 650 нм и опорного с длиной волны 1100 нм соответственно g и 5 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 корнекгубнеплода, и сопряжена с отверстиями в сканирующем диске. Отверстия в ска1634246 нирующем диске, предпочтительнее той же формы и кратные изображению эоны контроля по величине, расположены по спиралям, число которых нечетное 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 укладываются 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 лопастей 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 корнеплода.

Зона контроля освещается лампами

3 накаливания, расположенными в фокусе тороидального отражателя 22, дополнительно отражающего световой поток.

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 высотл конусного световодл в несколько раз больше его диаметра.

Све-.овой поток, отраженный от корнеклубнеплодов 2, нлпрлвляется в оптическую систему 6 конусным световодом 20 и внутренним конусом 21.

Отраженный световой поток попадает в объектпн 7, который создает уменьшенное пзобрлжение зоны контроля в плоскости склнирующего диска 4.

55 ля 23, вторая диагональ мостa замкнута. При сканировании по корнеклубнеплоду 2 поступают импульсы, полярность которых определя<.тся качеством поверхности корнеклубнеплодов 2.

С выхода импульсного усилителя 23 на

Для устранения попадания лучей, отраженных от конструктивных .элементов вне эоны контроля, непосредствен5 но 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 иэображения зоны контроля, сформированного диафрагмой 8 и равного ей по величине °

Каждое отверстие прочерчивает по

1 изображению строку, при этом число строк равно числу отверстий на спирали, а число кадров зл один оборот сканирующего диска равно числу спиралей на нем.

° Световой поток, прошедший через отверстия в сканирующем диске 4, направляется светоделителем в два

25 канала (опорный и распознающий), спектральные диапазоны которых формируются в результате взаимодействия источников излучения 3 фильт-!

Ф 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 эоны контроля.

Уровень сигнала, создаваемый фотоприемниками 13 и 14, регулиру40 ется оптическими ослабителями 12, установленными в непосредственной близости от фотоприемников 13 и 14.

На один из них падает световой по, ток со спектральной полосой пропу45 скания в области 1100 нм, на другой — в области 650 нм.

Фотоприемники 13 и 14 включены в день вычитания (фиг.3) в виде моста, в одну ветвь которого они включены встречно, в другую — их нагрузки в виде резисторов 25. Рлэностный сигнал снимается с резисторов и подается на вход импульсного усилите!

634246

J0 детектор приходят импульсы разной полярности, а после детектора 26 остаются только положительные импульсы, соответствующие 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) толщина которого определяется расчетом. Для выделения спектрального участка 1100 HM 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 корнеклубнеплодов можно разделить на две группы в зависимости от хода кривой в области длин волн более 1100 нм.

При мокрой гнили и позеленении в области ф )1100 нм отражение от дефекта меньше, чем для здорового корнеклубнеплода, а для сухой гнили, фи45.снижение уровня шума при работе, уменьшение потребляемой мощности.

5

40 тофторы, парши пятнистой больше, чем от кондиционного. Первой группе соответствуют кривые 1б — для кондиционных и 2б на фиг. 6 — для дефектных корнеклубнеплодов, второй группе — кривые 1б и 2б для кондиционных и дефектных корнеклубнеплодов на фиг.7 соответственно. При приведении с помощью оптического ослабителя в канале 650 нм уровня сигнала к ка- налу 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 можно 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 распознавания лучше, чем для первой группы.

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

При использовании в данном устройстве аналитических длин волн 650 нм— распознающей и 1100 нм — опорной (по сравнению с известным техническим решением) обеспечивается воэможность обнаружения всех дефектов.

Кроме того, устройство позволяет определять дефекты прп любой форме корнеклубнеплода, в том числе на участке с искаженной формой.

Изобретение обеспечивает также при сохранении производительности

Формула и з о б р е т ения

Устройство для сортирования корнеклубнеплодов, содержащее транспортер с зоной контроля, смонтированную над ней оптико-измерительную систему, включающую измерительный блок, оптическое распознающее приспособление с объективом и диафрагмой на входе, сканирующим диском с отверстиями, фотоприемником, расположенным в распознающем канале, и

1634246

l2 системы.

gt f2 источники света, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности сортирования, оно снабжено конусным световодом, расположен5 ным над зоной контроля под объективом на входе оптического распознающего приспособления, выполненным с отражательной внутренней поверхностью, внутренним конусом с поглощающей внутренней поверхностью, размещенным концентрично конусному световоду в его верхней узкой части, тороидальным отражателем, закрепленным между конусным световодом и 15 внутренним конусом, причем источники света расположены в фокусе тороидального отражателя, диафрагма выполнена с прямоугольным вырезом, соответствующим по форме зоне контро- 20 ля и сопряженным с отверстиями в сканирующем диске, расположенными по спирали, число которых нечетное, при этом зона контроля образована в горизонтальной выходной ветви 25 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 опти- ческое распознающее приспособление дополнительно оснащено опорным ка-, налом 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

I друг другу и подсоединены посредством схемы вычитания к входу измерительного блока оптико-измерительной

1634246

1634246

5 1 2

1,0

09

0,В

g7

08

05 ф

03

Q2

500 б00 ЮО 600 ЮО 70М И6 ЕОО

500 600 700 800 90О 7000 1100 7200 ) 1634246

Az

2а

1пб (нн) 2об

7п

2/6

2 у ф р 7 .Составитель Н.Арцыбашева

Техред Л.Олийнык

Корректор В.Гирняк

Редактор Н.Горват

Заказ 710 Тираж 389 Подписное

ВНИИПИ Государстве. tHoro комитета по изобр ениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101