Использование высоких технологий в процессе очистки зерна

Рис.4 Видеокамера

Panasonic NV-GS330

 

Из двух видеокамер первая устанавливается  над  транспортерной лентой так, чтобы оптическая ось  объектива видеокамеры располагается, перпендикулярно  плоскости транспортерной ленты  с помощью это камеры определяются длина, ширина, и форма  контура каждого зерна. Вторая видеокамера  устанавливается под углом к  плоскости транспортерной ленты  для определения  толщины зерна. Система подачи подает зерно из бункера  на транспортерную  ленту.  При  этом подача должна производиться, таким  образом, чтобы зерна на транспортерной ленте размещались в один слой, это связанно с тем, что при  выделении границ зерна на цифровом изображении не должно быть наложения  одного зерна на другое, так как  это может привести не правильному  определению геометрических характеристик  зерна.  Отсортированное зерно  по транспортерной ленте попадает в  приемный бункер. 

Программное обеспечение  состоит из следующих разделов: модуль захвата цифровых изображений из видеопотока, калибровка системы технического зрения, предварительная обработка, определение порога бинаризации  и бинаризация, сегментация определение  границ зерен, определение геометрических параметров зерен, определение цвет зерна и наличие дефектов зерна, управление системой сортировки зерна  – удаление дефектных зерен и  примесей, определение количества зерен  и средних значений геометрических размеров зерен и статистическая обработка данных.

Изображение зерен на транспортерной ленте в оцифрованном виде передается с видеокамер на компьютер через  интерфейс  компьютера FireWire (IEEE1394). Из полученного видеопотока выделяются отдельные цифровые изображения, по которым производится обработка. Для точного определения геометрических параметров зерна необходимо произвести калибровку системы технического зрения.  При калибровке необходимо решить две задачи определение внутренних и внешних параметров видеокамеры. Определение внешних параметры камеры  сводится к определению положения камеры  в системе координат предметного пространства и углов поворота камеры в этой системе. При установлении внутренних  параметров видеокамеры решаются следующие задачи: определение точки пересечения оптической оси с плоскостью изображения, определение расстояния от оптического центра объектива до плоскости изображения, определение коэффициентов перевода между единицами измерения на плоскости изображения и в предметной пространстве, а также решение задачи уменьшения искажений внесенных оптической системой камеры. Предварительная обработка полученных цифровых изображений необходима для решения таких задач как понижение шума, подавление импульсных помех, повышение резкости изображений, улучшение изображения отдельных деталей.  Существуют два основных подхода к предварительной обработке изображений. Первый подход основан на методах пространственной области, а второй  на методах частотной области с использованием преобразования Фурье. Вместе эти подходы охватывают большинство из существующих алгоритмов предварительной обработки изображений. В нашей системе для предварительной обработки был применен метод  пространственной области  с использованием  масок свертки с низкочастотным фильтром для уменьшения аппаратной погрешности при квантовании по уровню и дискретизации цифрового изображения.  После предварительной обработки цифровых изображений необходимо определить порок бинаризации и произвести бинаризацию изображения. Следующим этапом является  решение задачи сегментации цифрового изображения т.е., определения границ зерен и выделения отдельных зерен на изображении для этого был применен метод сигнатуры, которой хорошо работает для выпуклых объектов, которым  и является зерно.  В результате решения задачи сегментация определены геометрические параметры каждого зерна длина, ширина, толщина и геометрическая форма каждого зерна, а также цвет зерна. В случае нахождения дефектных зерен или посторонних включений, программа управления системой сортировки зерна – удалит эти дефектные зерна и примеси. По полученным данным производится  статистическая обработка данных определение средних, максимальных и минимальных значений.

Принцип работы компьютерного  сепаратора заключается в следующем  зерна из бункера 1 (рис.5) через дозатор 2 подаются на ленточный транспортер 3. По мере движения зерен по транспортерной ленте системы технического зрения  4 фотографирует эти зерна. Программное обеспечение обрабатывает   полученные цифровые изображения. В результате обработки будут определены зерна имеющие дефект и зерна не удовлетворяющие предъявляемым требованиям или посторонние включения, а также определяется местоположение этих зерен на транспортерной ленте. По мере  подхода данных зерен к системе сортировки 5 программа управления сепаратором дает команды на шаговый двигатель для перемещения каретки 6  с системой вакуумного отсоса 7  к тому месту куда движется дефектное зерно и как только оно окажется под ним программа включает электроклапан 8 системы вакуумного отсоса в результате этого данное зерно окажется в  накопителе от сортированных зерен 9. Остальные зерна по транспортерной ленте подаются в накопитель 10.

   

Рис.5  Устройство компьютерного сепаратора

 

 Таким образом, компьютерный  сепаратор позволяет:

- провести анализ частиц  зернового материала по ширине, толщине, длине и цвету;

- построить вариационные  кривые исходного зернового материала;

- определить какие примеси  присутствуют в исходном материале;

- очистить зерновой материал  от различных примесей отличающихся  шириной, толщиной, длиной и цвету.

2.3 Многофункциональные безрешетные сепараторы зерна

 

Зерноочистительный сепаратор  – принцип работы (на примере  пневматического сепаратора зерна «АЛМАЗ-С» (рис. 6)).

Сепаратор зерна (семян) «АЛМАЗ-С» является безрешетной машиной для очистки семян и сортировки семян, основанной на приципе разделения фракций в регулируемом воздушном потоке.

 

Рис. 6 Сепаратор зерна  «АЛМАЗ-С»

 

Сепараторы семян предназначены  для:

• очистки семян и калибровки семян зерновых, зернобобовых, технических, овощных и лекарственных культур любой влажности;
• выделения из зерновой смеси тяжелых и легких примесей, отличающихся от основного зерна, в т.ч. трудноотделимых (овсюг, татарская гречиха и др.);
• сепарирования по всхожести и энергии прорастания семян, обладающих повышенными посевными качествами;
• сортировки зерна пшеницы по содержанию клейковины;
• разделения зерносмесей;
• очистки и калибровки крупп и продуктов их переработки.

Технологические особенности  пневматических сепараторов «АЛМАЗ-С» при сортировке семян. Благодаря высокой разрешающей способности (с точностью ±3% по весу) зерновой сепаратор может за один проход производить очистку семян и одновременное разделение зерна по биологической ценности и однородности по фракциям. Т.е., она способна заменить два-три вида машин, связанных в технологическую цепочку, деля исходный материал на 5 фракций.

Зерноочистительный сепаратор  способен выделить из общего вороха зерно  средней части колоса, а также  зерно, пораженное клопом-черепашкой и  долгоносиком, очень качественно  произвести очистку пшеницы от овсюга, татарской гречихи и других трудноотделимых  примесей.

Пневмосепаратор семян способен перерабатывать от мелкосемянных культур (люцерна, рапс) до кукурузы и гороха. При этом отпадает необходимость  в подборе и замене решет под  каждую культуру, в тщательной и  трудоемкой очистке машины после  каждой культуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

 

Сепаратор сыпучих материалов включает аппаратную и программную части. Аппаратная часть состоит из бункера, дозатора, привода, системы сортировки зерна, состоящая из рамы сортировочного узла с двумя направляющими, по которой  перпендикулярно транспортерной ленте  находится каретка со всасывающей  головкой, при этом лента имеет  черный цвет, а всасывающая головка  системы сортировки связана с  через гибкий шланг с вакуумным  электроклапаном, системы технического зрения (СТЗ), в которую входят лампа  и плата оцифровки в случае применения аналоговой видеокамеры, две  видеокамеры, при этом первая видеокамера  устанавливается над транспортерной лентой так, чтобы оптическая ось  объектива видеокамеры располагается  перпендикулярно плоскости транспортерной ленты, а вторая устанавливается  под углом к плоскости транспортерной ленты, каретки, вакуумный отсос, электроклапан, накопители, системы подачи и приема зерна, шаговый двигатель с блоком управления и компьютера. Программная  часть включает следующие разделы: модуль захвата цифровых изображений  из видеопотока, калибровка системы  технического зрения, предварительная  обработка, определение порога бинаризации  и бинаризация, сегментация определение  границ зерен, определение геометрических параметров зерен, определение цвет зерна и наличие дефектов зерна, управление системой сортировки зерна - удаление дефектных зерен и примесей, определение количества зерен и  средних значений геометрических размеров зерен и статистическая обработка  данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Соколов А.Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна / А.Я. Соколов, В.Ф. Журавлев, В.Н. Душин и др.; Под ред. А.Я. Соколова. – М.: Колос, 1984. – 445 с.
2. Тючкалов Л.В., Буторина Л.К., Леконцева Т.А. Методические указания по выполнению курсовой работы на тему: «Технология послеуборочной обработки и хранения зерна в хозяйстве». - Киров, 2009. – 21 с.
3. Халанский В.М., Горбачев И.В. Сельскохозяйственные машины. – М.: Колос, 2003. – 624 с.
4. AGRO.RU (Электронный ресурс).- Режим доступа: http://www.agro.ru/blog/blog.aspx?id=83- Послеуборочная обработка зерна.