RU2780053C1

RU2780053C1 - Line with an optical system for identifying macro- and microdamages in tissues of root crops and apples

Info

Publication number: RU2780053C1
Application number: RU2022109144A
Authority: RU
Inventors: Алексей Семенович Дорохов; Алексей Викторович Сибирев; Александр Геннадьевич Аксенов; Дмитрий Олегович Хорт; Максим Александрович Мосяков; Николай Викторович Сазонов; Андрей Дмитриевич Чиликин; Степан Владимирович Семичев; Игорь Анатольевич Приходько; Сергей Витальевич Лазовский
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2022-09-19

Abstract

FIELD: agricultural engineering.

SUBSTANCE: invention relates to agricultural engineering, and in particular to machines for sorting round objects. The line includes a receiving hopper 1, a transfer conveyor 2, a pile cleaner 3, a conveyor sorting device 4 with a chamber 6, divided into two inspection lines 5, a control unit 7. The line is equipped with a lighting system 15 installed above the inspection lines 5 with a microcontroller 16. The camera 6 is installed in the suspension mechanism 13 and is made hyperspectral with high detail of the scanned objects and the ability to move due to stepper motors 14 along the guides 11 and rack and pinion gears 12 up and down in the vertical plane and along and across in the horizontal plane.

EFFECT: invention improves the quality of recognition of macro- and micro-damages in the tissues of root crops and apples.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к машинам для сортировки предметов округлой формы. The invention relates to agricultural engineering, and in particular to machines for sorting round objects.

Известно устройство для сортирования предметов округлой формы (патент РФ №2119832, МПК B07B 1/10, B07B 13/04, 1998 г.), содержащие бункер подачи, приспособление для приема и отвода предметов сортировки, два транспортера.A device for sorting round objects is known (RF patent No. 2119832, IPC B07B 1/10, B07B 13/04, 1998), containing a feed hopper, a device for receiving and discharging sorting objects, two conveyors.

Недостатком известного устройства является незначительная точность сортировки. В процессе работы данной установки, клубни размеры которых превышают размеры соответствующей сортирующей щели, ограничивают движение мелких клубней, размеры которых меньше размера сортирующей щели, и перемещают их по ходу движения транспортеров в приспособление для приема и отвода рассортированного материала соответствующей фракции. Вследствие этого мелкие клубни попадают в крупные фракции, снижая точность сортировки. Данное устройство малопроизводительно и не производит качественное отделение фракций в связи с необходимостью постоянного регулирования углов наклона продольной и поперечной осей верхнего транспортера.A disadvantage of the known device is the low sorting accuracy. In the process of operation of this installation, the tubers, the dimensions of which exceed the dimensions of the corresponding sorting slot, limit the movement of small tubers, the dimensions of which are smaller than the size of the sorting slot, and move them in the direction of the conveyors to a device for receiving and removing sorted material of the corresponding fraction. As a result, small tubers fall into large fractions, reducing the accuracy of sorting. This device is inefficient and does not produce high-quality separation of fractions due to the need for constant adjustment of the angles of inclination of the longitudinal and transverse axes of the upper conveyor.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному устройству является выбранная в качестве прототипа линия для послеуборочного сортирования клубней картофеля, корней и плодов овощей (патент на изобретение RU 2711780 МПК A23N 15/00 2020), содержащая приемный бункер, передаточный транспортер, очиститель вороха, транспортерное сортировочное устройство с камерой, разделенное на две инспекционные линии, блок управления. Транспортерное сортировочное устройство выполнено с разделением на две инспекционные линии, поверхность которых представляет собой транспортерную ленту с направленным рельефом, снабжено камерой технического зрения установленной в начале сортировочного устройства с зоной покрытия всей рабочей поверхности двух инспекционных линий, позволяющей определять основные линейные размеры клубней картофеля, внешние их повреждения, распознавать зараженные клубни и примеси, с последующей передачей полученных данных в блок управления сортирующего устройства, с последующей обработкой и выводом соответствующих сигналов на исполнительные механизмы, которые с помощью упруго-эластичных рабочих органов приводимых в действие электроприводами направляют клубни картофеля в лотки по размерному признаку, их зараженности, внешним повреждения.The closest in technical essence to the claimed device is the line selected as a prototype for post-harvest sorting of potato tubers, roots and fruits of vegetables (patent for invention RU 2711780 IPC A23N 15/00 2020), containing a receiving hopper, a transfer conveyor, a heap cleaner, a conveyor sorting a device with a camera divided into two inspection lines, a control unit. The conveyor sorting device is made with a division into two inspection lines, the surface of which is a conveyor belt with a directional relief, equipped with a vision camera installed at the beginning of the sorting device with a coverage area of the entire working surface of the two inspection lines, which allows determining the main linear dimensions of potato tubers, their outer damage, recognize infected tubers and impurities, with subsequent transmission of the received data to the control unit of the sorting device, followed by processing and outputting the appropriate signals to actuators, which, using elastic working bodies driven by electric drives, direct potato tubers into trays according to their size , their infection, external damage.

Недостатком известной линии является низкая эффективность распознавания макро- и микроповреждений тканей клубней картофеля, корней и плодов овощей и качество их сортирования.The disadvantage of the known line is the low efficiency of recognition of macro- and microdamages in the tissues of potato tubers, roots and fruits of vegetables and the quality of their sorting.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества распознавания макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок, классификации объектов сортирования, путем сравнения их с введенными эталонными параметрами для выявления желаемого класса и соответствующего выходного канала. The technical objective of the invention is to improve the quality of recognition of macro- and microdamages in the tissues of root crops and apples, the classification of sorting objects by comparing them with the entered reference parameters to identify the desired class and the corresponding output channel.

Поставленная техническая задача достигается тем, что линия с оптической системой идентификации макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок, содержащая приемный бункер, передаточный транспортер, очиститель вороха, транспортерное сортировочное устройство с камерой, разделенное на две инспекционные линии, блок управления, согласно изобретению, она снабжена установленной над инспекционными линиями системой освещения с микроконтроллером, камера установлена в механизме подвеса и выполнена гиперспектральной с высокой детализацией сканируемых объектов и возможностью перемещения за счет шаговых электродвигателей по направляющим и реечным передачам вверх-вниз в вертикальной плоскости и вдоль-поперек в горизонтальной плоскости. The set technical task is achieved by the fact that the line with an optical system for identifying macro- and microdamages in the tissues of root crops and apples, containing a receiving hopper, a transfer conveyor, a heap cleaner, a conveyor sorting device with a camera, divided into two inspection lines, a control unit, according to the invention, it equipped with a lighting system with a microcontroller installed above the inspection lines, the camera is installed in the suspension mechanism and is made hyperspectral with high detail of scanned objects and the ability to move due to stepper motors along guides and rack drives up and down in the vertical plane and along and across in the horizontal plane.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 – линия с оптической системой идентификации макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок; на фиг. 2 – транспортерное сортировочное устройство.In FIG. 1 - line with an optical system for identifying macro- and microdamages in the tissues of root tubers and apples; in fig. 2 - conveyor sorting device.

Линия с оптической системой идентификации макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок, состоит из приемного бункера 1, соединенного с передаточным транспортером 2. Очиститель вороха 3 и транспортерное сортировочное устройство 4 выполнены модульно и с двумя инспекционными линиями 5. Рабочая поверхность инспекционных линий 5 представляет собой транспортерную ленту с направленным рельефом.The line with an optical system for identifying macro- and microdamages in the tissues of root crops and apples consists of a receiving hopper 1 connected to a transfer conveyor 2. A heap cleaner 3 and a conveyor sorting device 4 are modular and with two inspection lines 5. The working surface of the inspection lines 5 is conveyor belt with directional relief.

Транспортерное сортировочное устройство 4 имеет гиперспектральную камеру 6, блок управления 7, исполнительные механизмы 8 с упруго-эластичными рабочими органами, приводимые в действие электроприводами 9 и лотки 10 для отвода примесей и откалиброванных корнеклубнеплодов. The conveyor sorting device 4 has a hyperspectral camera 6, a control unit 7, actuators 8 with resilient-elastic working bodies driven by electric drives 9 and trays 10 for removing impurities and calibrated root crops.

Гиперспектральная камера 6 выполнена с высокой детализацией сканируемых объектов. Она излучает различные длины волн света в инфракрасной части электромагнитного спектра и имеет спектроскопические характеристики (отражаемость, флюоресценция и т.п.). После того как свет отразится от поверхности объекта, происходит его визуализация. В зависимости от химического состава объект сканирования будет отражать свет. Отраженный свет от объекта - это его спектральная подпись, которая далее будет сравниваться с эталонными подписями из ранее созданной электронной базы данных находящийся в блоке управления 7.Hyperspectral camera 6 is made with high detail of scanned objects. It emits various wavelengths of light in the infrared part of the electromagnetic spectrum and has spectroscopic characteristics (reflectivity, fluorescence, etc.). After the light is reflected from the surface of the object, it is rendered. Depending on the chemical composition, the scanned object will reflect light. The reflected light from the object is its spectral signature, which will then be compared with the reference signatures from the previously created electronic database located in the control unit 7.

Камера 6 зафиксирована в подвесе 13 с возможностью перемещения за счет шаговых электродвигателей 14 по направляющим 11 и реечным передачам 12 вверх и вниз в вертикальной плоскости, и вдоль и поперек в горизонтальной плоскости. Шаговые электродвигатели 14 запитаные от сети переменного тока и жестко закреплены на раме сортировочного устройства 4, через речные передачи 12. Перемещения камеры 6 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, позволяют охватывать всю рабочую поверхность двух инспекционных линий 5 и производить сканирование объектов со всех сторон.The camera 6 is fixed in the suspension 13 with the ability to move due to stepper motors 14 along the guides 11 and rack gears 12 up and down in the vertical plane, and along and across in the horizontal plane. Stepper motors 14 are powered by AC and are rigidly fixed on the frame of the sorting device 4, through river gears 12. Movement of the camera 6 in the horizontal and vertical planes allows covering the entire working surface of two inspection lines 5 and scanning objects from all sides.

Система освещения 15 установлена над рабочей поверхностью инспекционных линий 5 с микроконтроллером 16. Режимы работы задает программируемый микроконтроллер 16, расположенный, например, в корпусе блока управления 7 или в отдельном корпусе с размещением на раме транспортерного сортировочного устройства 4. Наличие системы освещения 15, позволяет снизить продолжительность времени сканирования объектов.The lighting system 15 is installed above the working surface of the inspection lines 5 with the microcontroller 16. The operating modes are set by the programmable microcontroller 16, located, for example, in the housing of the control unit 7 or in a separate housing placed on the frame of the conveyor sorting device 4. The presence of the lighting system 15 makes it possible to reduce length of time for scanning objects.

Наличие гиперспектральной камеры 6, установленной с возможностью перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и системы освещения 15 с микроконтроллером, позволяет повысить качество распознавания микро- и макроповреждений тканей корнеклубнеплодов и классификации объектов сортирования. The presence of a hyperspectral camera 6 installed with the ability to move in the vertical and horizontal planes and a lighting system 15 with a microcontroller makes it possible to improve the quality of recognition of micro- and macro-damages in the tissues of root crops and the classification of sorting objects.

Приемный бункер 1, передаточный транспортер 2 и очиститель вороха 3 предназначены для приема обрабатываемой продукции и подготовки ее к сортировке. Receiving hopper 1, transfer conveyor 2 and heap cleaner 3 are designed to receive processed products and prepare them for sorting.

Транспортерное сортировочное устройство 4 с двумя инспекционными линиями 5 и камерой 6 предназначено для идентификации микро- и макроповреждений тканей корнеклубнеплодов. The conveyor sorting device 4 with two inspection lines 5 and a camera 6 is designed to identify micro- and macro-damages of root crops tissues.

Линия с оптической системой идентификации макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок (на примере картофеля) работает следующим образом.A line with an optical system for identifying macro- and microdamages in tissues of root crops and apples (for example, potatoes) works as follows.

Клубни картофеля из транспортного средства выгружают в приемный бункер 1. Подача клубнеплодов из бункера 1 на передаточный транспортер 2 осуществляется автоматически в зависимости от их количества.Potato tubers are unloaded from the vehicle into the receiving hopper 1. The supply of tubers from the hopper 1 to the transfer conveyor 2 is carried out automatically, depending on their quantity.

Передаточный транспортер 2 подает массу на спиральный очиститель вороха 3, на котором отделяются почвенные примеси, отводящиеся в лотки 10. Далее очищенные клубнеплоды картофеля поступают на транспортерное сортировочное устройство 4, где происходит идентификация микро- и макроповреждений тканей, выбраковка и отвод не кондиции. The transfer conveyor 2 delivers the mass to the heap spiral cleaner 3, on which soil impurities are separated, which are discharged into trays 10. Then the peeled potato tubers are fed to the conveyor sorting device 4, where micro- and macro-damages of tissues are identified, culled and removed out of condition.

Рабочая поверхность инспекционных линии 5 представляет собой транспортерные ленты не соединенные друг с другом, на которые нанесен направленный рельеф, например, тип елочка, позволяющий ограничить перемещение клубнеплода в его границах.The working surface of the inspection line 5 is conveyor belts not connected to each other, on which a directional relief is applied, for example, a herringbone type, which makes it possible to limit the movement of the tuber within its boundaries.

По мере продвижения клубнеплодов по инспекционным линиям 5, гиперспектральная камера 6, например OCI-F, зафиксированная в подвесе 13, перемещается за счет шаговых электродвигателей 14 по направляющим 11 и реечным передачам 12 вверх-вниз в вертикальной плоскости, и вдоль-поперек в горизонтальной плоскости и сканирует клубни, облучая их рассеянным световым потоком. As the tubers move along the inspection lines 5, the hyperspectral camera 6, for example OCI-F, fixed in the suspension 13, moves due to the stepper motors 14 along the guides 11 and the rack and pinion gears 12 up and down in the vertical plane, and along and across in the horizontal plane and scans the tubers, irradiating them with a diffuse light flux.

Установленная система освещения 15 сортирующей поверхности позволяет повысить освещенность объектов, уменьшить время сканирования, идентификации микро- и макроповреждений тканей клубней, выбраковки и отвода некондиции продукции. Для этого использована, например, лампа ДНаТ-400, установленная над рабочей поверхностью транспортерных лент 5. The installed lighting system 15 of the sorting surface makes it possible to increase the illumination of objects, reduce the scanning time, identify micro- and macrodamages of tuber tissues, cull and remove substandard products. For this, for example, a DNAT-400 lamp installed above the working surface of the conveyor belts 5 was used.

Энергосберегающие светодиоды дневного света обеспечивают стробоскопическое освещение, которое используется для надежной идентификации изменения цвета, выявления ризоктонии, трещин и других внешних дефектов клубней картофеля. Energy-saving daylight LEDs provide stroboscopic illumination that is used to reliably identify color change, rhizoctonia, cracks and other external defects in potato tubers.

Установка режима освещения осуществляется с помощью программируемого микроконтроллера 16, расположенного в корпусе блока управления 7, отвечающего за порядок работы электроприводов 9 и исполнительных механизмов 8.Setting the lighting mode is carried out using a programmable microcontroller 16, located in the housing of the control unit 7, responsible for the operation of the electric drives 9 and actuators 8.

Камера 6 передает изображения в блок управления 7, программное обеспечение которого позволяет распознать и сравнить с эталонными параметрами, классифицировать объект сортирования, выявить класс и направить продукцию в соответствующий ему лоток 10. Блок управления 7 вырабатывает соответствующие сигналы, поступающие на исполнительные механизмы 8. The camera 6 transmits images to the control unit 7, the software of which allows you to recognize and compare with the reference parameters, classify the sorting object, identify the class and direct the products to the tray 10 corresponding to it. The control unit 7 generates the appropriate signals to the actuators 8.

Упруго-эластичные рабочие органами подбирают таким образом, чтобы они не повреждали поверхность корнеплодов, но при этом создавали достаточную силу для перемещения их в лоток 10.Elastic working bodies are selected in such a way that they do not damage the surface of the root crops, but at the same time create sufficient force to move them into tray 10.

Очищенный ворох клубнеплодов не подвергается воздействиям упруго-эластичные рабочие органами на инспекционных линиях 5 и под действием силы тяжести спокойно осуществляет сход в лоток 10.The cleaned heap of tubers is not affected by the elastic working bodies on the inspection lines 5 and, under the action of gravity, calmly descends into the tray 10.

Линия с оптической системой идентификации макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок работает от сети переменного тока.The line with an optical system for identifying macro- and micro-damages in the tissues of root crops and apples is powered by an alternating current main.

Использование линии позволит повысить качество распознавания макро- и микроповреждений тканей корнеклубнеплодов и яблок, классифицировать объекты сортирования, путем сравнения их с введенными в базу данных эталонными параметрами для выявления класса и соответствующего выходного лотка на 10-15 %.The use of the line will improve the quality of recognition of macro- and microdamages in the tissues of root crops and apples, classify sorting objects by comparing them with the reference parameters entered into the database to identify the class and the corresponding output tray by 10-15%.

Claims

A line with an optical system for identifying macro- and microdamages in tissues of root crops and apples, containing a receiving hopper, a transfer conveyor, a heap cleaner, a conveyor sorting device with a camera, divided into two inspection lines, a control unit, characterized in that it is equipped with a system installed above the inspection lines lighting with a microcontroller, the camera is installed in the suspension mechanism and is made hyperspectral with high detail of scanned objects and the ability to move due to stepper motors along guides and rack and pinion gears up and down in the vertical plane and along and across in the horizontal plane.