Устройство для сортировки зерна
Владельцы патента RU 2495728:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" (RU)
Изобретение предназначено для очистки и сортировки зерновых культур, таких как пшеница, овес, ячмень и рожь, а также может быть использовано для очистки других зернобобовых и масляничных культур. Устройство для сортировки зерна включает 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 и других частиц в контейнер, в нижней части желоба установлен принимающий желоб, нижний конец которого расположен над контейнером для приемки очищенного зерна. 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, соединенного через кривошипно-шатунный механизм с электродвигателем. 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. Технический результат - повышение качества сортировки и производительности устройства. 4 ил.
Предлагаемое изобретение предназначено для очистки и сортировки зерновых культур, таких как пшеница, овес, ячмень и рожь, а также может быть использовано для очистки других зернобобовых и масляничных культур.
Известен сортировщик зерна по цвету, включающий: направляющую зерна с дорожками для подачи зерна по определенному пути (наклонный желоб); средство подачи зерна на направляющую; средство освещения зерна в заданной зоне; оптические средства, состоящие из зоны оптического обнаружения, средства оптического обнаружения (детектора) для приема света от освещенного зерна и фона (стеклянная пластина или что-то подобное с белой поверхностью, с заданными спектральными характеристиками), расположенного в зоне формирования оптического изображения зерна, находящейся напротив зоны оптического обнаружения; цепи управления для вычисления сигнала браковки путем сравнения выходного сигнала от оптических средств обнаружения с пороговым значением; эжектора, расположенного ниже оптического детектора и служащего для сброса забракованного зерна или посторонних материалов в соответствии с сигналом браковки от цепи управления. Средство освещения использует один источник света или несколько источников света со спектральным распределением в видимой зоне света и ближней ИК-зоне (флуоресцентные и галогенные лампы). Средство оптического обнаружения состоит из датчика (детектора) приема света с высокой чувствительностью к зоне ближнего ИК-излучения, которые содержат дихроидные (2 -цветные) зеркала, Ge-фотодатчики и Si - фотодатчики (см. US 5779058, МПК B07C 5/342, 1998).
Недостатком известного устройства является то, что оптическое устройство фотографирует частицу зернового материала в одном положении. Таким образом, при обработке фотографии устройство определяет только ширину и длину частицы зернового материала, а так же цвет. Данное устройство не определяет размеры частиц зернового материала в объеме, т.е. нет данных о ширине, длине, толщине и форме сразу вместе, что снижает качество сортировки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для сортировки зерна, включающее загрузочный бункер с вибролотком, соединенный с наклонным желобом с дорожками для подачи зерна, устройства для отбраковки зерна, накопители отбракованных зерен и готовой продукции. Нижний край желоба расположен между парой средств детектирования, состоящих из двух видеокамер на линейной матрице, средств освещения в виде линеек светодиодов, зоны обнаружения зерна. Система управления устройством состоит из блока анализа изображений зерна, блока для выдачи сигнала браковки, выход которого подключен к эжектору, блока управления средствами освещения и группами светодиодов. Всеми этими блоками управляет центральный процессор (см. патент RU №2403100 C2, B07C 5/342, 2006).
Однако в известном устройстве для сортировки зерна по цвету частицы зернового материала поступают в зону оптического обнаружения в несориентированном виде, что увеличивает время обработки изображения, снижает качество сортировки. Кроме того, использование пневматической системы в качестве эжекторов увеличивает габаритные размеры устройства.
Технический результат изобретения - повышение качества сортировки и производительности устройства, сокращение времени сортировки.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для сортировки зерна, включающем 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 и других частиц в контейнер, в нижней части желоба установлен принимающий желоб, нижний конец которого расположен над контейнером для приемки очищенного зерна, согласно изобретению 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, соединенного через кривошипно-шатунный механизм с электродвигателем, 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.
Отличительными признаками заявляемого устройства являются новое выполнение известных конструктивных элементов, а именно выполнение наклонного желоба и лотка с направляющими, имеющими в поперечном сечении треугольную форму; выполнение средства для подачи зерна на желоб в виде лотка, соединенного через кривошипно-шатунный механизм с электродвигателем; выполнение устройства для отбраковки частиц зернового материала в виде соединенного с электродвигателем кривошипно-шатунного механизма с ударным устройством в виде поршня; в качестве детекторов используют цифровые видеокамеры на матрице с зарядовой связью.
Установка на наклонном желобе и лотке направляющих зерна, имеющих в поперечном сечении треугольную форму, позволяет сориентировать частицу зернового материала длинной осью вдоль движения зернового материала, тем самым уменьшить время для обработки изображения и выявления дефектной частицы зернового материала, что повышает качество сортировки и производительность установки.
Выполнение средства для подачи зерна в виде лотка, соединенного через кривошипно-шатунный механизм с электродвигателем j позволяет придать возвратно-поступательное движение лотку. Таким образом, путем регулирования частоты электродвигателя обеспечивается регулирование подачи зернового материала, что способствует повышению качества сортировки.
Выполнение устройства для отбраковки частиц зернового материала, выполненного в виде соединенного с электродвигателем кривошипно-шатунного механизма с ударным устройством в виде поршня, позволяет уменьшить габаритные размеры установки.
Использование цифровых видеокамер на матрице с зарядовой связью позволяет установить толщину, длину и ширину частиц зернового материала, что влияет на качество сортировки. Кроме того, это обеспечивает снижение стоимости установки.
Таким образом, наличие направляющих зерна, имеющих в поперечном сечении треугольную форму, электродвигателя с кривошипно-шатунным механизмом, цифровых видеокамер на матрице с зарядовой связью, устройства для отбраковки частиц зернового материала обеспечивают увеличение качества сортировки зерна путем регулирования скорости подачи зернового материала, уменьшение времени обработки частиц зернового материала, имеющих дефекты и увеличение производительности установки.
На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе; на фиг.2 - наклонный желоб; на фиг.3 - лоток; на фиг.4 - блок-схема управления работой устройства.
Устройство для сортировки зерна содержит корпус 1, загрузочный бункер 2, в нижней части которого расположен лоток 3 для подачи зерна на наклонный желоб 4. Лоток 3 соединен через кривошипно-шатунный механизм 5 с электродвигателем 6 (см. фиг.1). На наклонном желобе 4 и лотке 3 закреплены направляющие 7 и 8, имеющие в поперечном сечении треугольную форму (см. фиг.2 и 3). С правой стороны наклонного желоба 4 расположена пара оптических средств детектирования 9 и 10 (см. фиг.1). Ниже желоба 4 установлен принимающий желоб 11, нижний конец которого расположен над контейнером 12 для приемки очищенного зерна. Между желобами 4 и 11 расположено устройство для отбраковки частиц зернового материала в виде соединенного с электродвигателем 13 кривошипно-шатунного механизма 14 с ударным устройством в виде поршня 15, размещенного таким образом, что его рабочая часть расположена около зоны обнаружения зерна 16. Ниже устройства для отбраковки частиц зернового материала в корпусе 1 имеется отверстие 17 для сброса отбракованных зерен и посторонних объектов в контейнер 18.
Оптические средства детектирования 9 и 10 включают две цифровые видеокамеры 19 и 20 на матрице с зарядовой связью, средство для освещения зерна в виде линеек светодиодов 21 (например, расположенных по обе стороны от цифровых видеокамер 19 и 20), которые размещены таким образом, что одновременно могут контролировать переднюю часть и толщину сортируемых зерен. Видеокамера 19 расположена наклонно к желобу 4, а видеокамера 20 - перпендикулярно к желобу 4. Оптические средства детектирования 9 и 10 защищены стеклянными пластинами 22 со средствами для их очистки (на чертеже не показаны).
Блоки управления, питания и приборная доска (на чертеже не показаны) находятся в нижней части корпуса 1.
Система управления устройством состоит из блока 23 анализа изображения зерна, к которому подключены цифровые видеокамеры 19 и 20; блока выдачи сигнала браковки 24, вход которого подключен к выходу блока 23, а выход к устройству для отбраковки частиц зернового материала; блока управления средствами освещения 25, подключенного через коммутаторы 26 к линейкам светодиодов 21 и блокам питания 27. Всеми этими блоками управляет центральный процессор 28 (см. фиг.4).
Устройство работает следующим образом.
После включения установки с помощью включателя на приборной доске оператор с помощью линеек светодиодов 21 подбирает освещенность зоны обнаружения 16. Очищаемое зерно загружают в загрузочный бункер 2, откуда зерно поступает на лоток 3, где частицы зернового материала ориентируются с помощью направляющих 7 длинной осью вдоль движения зернового материала. Далее зерно попадает на наклонный желоб 4 и, скользя между направляющими 7, попадает в зону обнаружения 16 оптических средств детектирования 9 и 10. В этой зоне оно освещается средством освещения 21. Средство освещения 21 представляет собой линейку расположенных на плоскости светодиодов, подключенных через коммутаторы 26 к блоку питания 27, обеспечивающие коммутацию светодиодов. Программное обеспечение центрального процессора 28 обрабатывает полученные цифровые изображения. В результате обработки определяются зерна, имеющие дефекты, и зерна, не удовлетворяющие предъявляемым требованиям, или посторонние включения, и формируется сигнал, поступающий в блок выдачи сигнала браковки 24. Сигнал браковки поступает на устройство для отбраковки частиц зернового материала, ударное устройство в виде поршня 15 которого «отстреливает» забракованное зерно, которое удаляется через отверстие 17 в контейнер 18, а кондиционное зерно попадает в контейнер 12.
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 и других частиц в контейнер, в нижней части желоба установлен принимающий желоб, нижний конец которого расположен над контейнером для приемки очищенного зерна, отличающееся тем, что 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, соединенного через кривошипно-шатунный механизм с электродвигателем, 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.
