Способ модернизации техники, осуществляющей сбор и транспортировку зерна
METHOD FOR MODERNIZING EQUIPMENT THAT COLLECTS AND TRANSPORTS GRAIN

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к способам модернизации зерноуборочной техники для обеспечения возможности мониторинга количественных характеристик собираемой зерновой смеси при картировании урожайности.
Из уровня техники известен способ модернизации зерноуборочной техники и устройство для осуществления способа (патент RU2693600, опубликован 03.07.2019, МПК A01D 41/127). Согласно данному способу модернизации зерноуборочного комбайна, в зерновом элеваторе зерноуборочного комбайна выполняют не менее двух отверстий, размещают устройство мониторинга количества и качества зерновой смеси в едином корпусе и соединяют его с зерновым элеватором, причем одно отверстие зернового элеватора соединяют с входом в зерновой канал устройства мониторинга количества и качества зерновой смеси для приема зерновой смеси из элеватора, а другое отверстие элеватора соединяют с выходом из зернового канала устройства мониторинга для возврата зерновой смеси в зерновой элеватор. Недостатком при осуществлении данного изобретения является изменение процесса прохождения зерна по зерновому элеватору, для достижения технического результата зерновая смесь должна проходить через выполненные отверстия в зерновом элеваторе в устройство измерения. Также данный способ модернизации с целью измерения объемов зерновой смеси может иметь погрешности в части измерения, так как не вся зерновая смесь проходит через измерительное устройство, часть может оставаться на лопатках элеватора, что снижает точность измерений.
Так же известно устройство для регистрации и определения состава сыпучего материала (патент RU2566989, опубликован 27.10.2015, МПК A01D 41/127). Устройство для регистрации и определения состава сыпучего материала содержит устройство регистрации изображений, по меньшей мере одно устройство управления, по меньшей мере один блок памяти и блок выбора. Устройство регистрации изображений содержит по меньшей мере два детектора изображений, выполненных с возможностью съемки изображений или серии изображений потока убранной массы через равные промежутки времени или непрерывно и установленные в специально выполненное окно в элеваторе. Детекторы изображений размещены в направлении окружного периметра, предпочтительно с угловым смещением на 180˚ относительно друг друга. Один детектор изображений расположен примерно перпендикулярно верхней стороне наружной поверхности убранной массы. Другой детектор изображений размещен примерно перпендикулярно нижней стороне наружной поверхности потока убранной массы. Устройство для регистрации и определения состава сыпучего материала улучшает определение качества убранного материала. При этом нижний детектор изображений расположен на головной части элеватора или на разгрузочной трубе так, что с помощью метода оценки изображений может определяться высота заполнения в головной части элеватора или разгрузочной трубы, которая может отображаться на устройстве отображения операторского устройства. Способ модернизации описанный в данном патенте не позволяет с высокой точностью оценивать объемы собираемой зерновой смеси, так как данный способ включает установку двух камер, при этом расчет осуществляется путем сравнения снимков лопатки при прохождении зерна в разных частях элеватора, не позволяя при этом осуществить измерение всех необходимых для расчета параметров, таких как рельеф поверхности горки зерновой смеси и высота горки.
Задачей, поставленной при разработке данного изобретения, являлось создание способа модернизации зерноуборочной техники для обеспечения возможности непрерывного измерения количественных характеристик зерновой смеси, проходящей через элеватор.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в возможности модернизации любого типа зерноуборочной техники, которая обеспечивает непрерывное измерение объема зерновой смеси, не замедляя скорость прохождения зерновой смеси через элеватор.
Указанный технический результат достигается способом модернизации зерноуборочной техники для измерения объема зерновой смеси, согласно которому в зерновом элеваторе зерноуборочной техники выполняют отверстие, устройство измерения объёма зерновой смеси, выполненное в едином корпусе, размещают внутри элеватора таким образом, чтобы лопатки элеватора попадали в кадр цифровой камеры устройства и стенки зернового элеватора не мешали лазерному модулю и источнику света в составе устройства подсвечивать рельеф горки, ко входу устройства измерения объема зерновой смеси подводят электропитание зерноуборочной техники, после чего блоком обработки данных в составе устройства выполняется калибровка путем выработки управляющих воздействий на перемещение привода приводящего в движение поворотную площадку с цифровой камерой, причем калибровка осуществляется путем формирования изображений цифровой камерой, которые посредством измерения параметра освещённости анализируются блоком обработки данных на предмет наличия засветки изображений, обусловленной отражением света, формируемого источником света в составе устройства, от поверхности лопатки элеватора.
Указанные технические признаки позволяют осуществить модернизацию любого типа зерноуборочной техники. Применяемое устройство в составе данного способа позволяет проводить измерение всего объема зерновой смеси проходящей через элеватор зерноуборочной техники, без необходимости внедрения устройства в процесс прохождения зерновой смеси по элеватору, а технические решения в составе устройства обеспечивают возможность калибровки для установки на различные типы комбайнов, а также измерение всех необходимых для расчета объема собранной зерновой смеси параметров.
Для описания данного изобретения, будет приведен пример применения разработанных технических решений в составе элеватора зерноуборочного комбайна, однако указанные технические признаки могут быть применены на любом типе техники, осуществляющем сбор и транспортировку зернового урожая.
Так же для понимания принципов осуществления технических решений в составе данного изобретения необходимым является раскрытие устройства измерения объема зерновой смеси.
Устройство измерения объема зерновой смеси в зерноуборочной технике может быть установлено на любой тип комбайнов, для этого необходимо провести калибровку положения поворотной площадки, несущей на себе цифровую камеру и лазерный модуль. Угол положения поворотной площадки уникален для каждого типа комбайна и зависит от конструкционных особенностей зернового элеватора каждой модели зерноуборочного комбайна. Устройство измерения объема зерновой смеси выполнено в едином корпусе и состоит из корпуса, цифровой камеры, установленной на поворотной площадке внутри корпуса, источника света, лазерного модуля и блока обработки данных.
Блок обработки данных представляет из себя вычислительное устройство с запоминающим устройством для хранения получаемых изображений, а также частотными характеристиками, достаточными для обработки изображений в режиме реального времени. Блок обработки данных выполняет калибровку, с помощью программного обеспечения и привода, который приводит в движение поворотную площадку, пока она не достигнет заданного угла для данного комбайна.
Источник света отвечает за освещение сцены (лопатки зернового элеватора и горки зерна) внутри зернового элеватора зерноуборочного комбайна.
Лазерный модуль – светоизлучающее диодное устройство, работающее на основе коллимированных пучков световых лучей. Лазерный модуль осуществляет наложение лазерной клетчатой сетки на горку зерна, шаг сетки постоянен и не меняется. Таким образом подсвечивается рельеф горки, содержащий в себе информацию о конфигурации поверхности зерновой смеси.
Цифровая камера представляет из себя цифровую видеокамеру, выполняющую не менее 30 кадров в секунду (30 FPS) и осуществляет захват изображения и передаёт его в блок обработки данных для последующей обработки.
Устройство измерения объема зерновой смеси в зерноуборочной технике является системой с визуальной обратной связью, оборудованной лазерным модулем и подсветкой. Внутренняя поверхность кожуха зернового элеватора зерноуборочной техники (комбайна) полируется постоянным трением лопаток, в следствие чего повышается отражающая способность поверхности и вероятность засветки цифровой камеры отражённым светом (при засветке изображения часть информации в кадре теряется, т.к. засвеченные пиксели достигают предельного значения накопления).  В процессе калибровки угла положения поворотной площадки устройство измерения объема зерновой смеси в элеваторе зерноуборочного комбайна делает изображения, которые затем анализируются блоком обработки данных на предмет наличия засветки посредством измерения параметра освещённости. Параметром освещенности является отношением светового потока на единицу площади. Как только значение параметра освещенности становится ниже предельного значения (при котором изображение считается засвеченным), калибровка считается выполненной, привод фиксирует положение поворотной площадки.
Блок обработки данных выполняет анализ полученного изображения для оценки объёма зерновой смеси в зерновом элеваторе зерноуборочного комбайна. Блок обработки данных находит на изображении лопатку зернового элеватора, верхнюю границу которой он считает за основание горки зерна. Имея данные о геометрии лопатки зернового элеватора, а также о рельефе горки благодаря сетке, наложенной лазерным модулем, блок обработки данных с высокой точностью вычисляет объём зерновой смеси на лопатке.
Устройство измерения объема зерновой смеси в зерноуборочной технике вычисляет объём зерновой смеси на каждой лопатке, проходящей мимо него, таким образом обеспечивая непрерывное вычисление объёма в течение всей работы зерноуборочного комбайна.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено расположение устройства измерения объема зерновой смеси в элеваторе зерноуборочного комбайна, фиг.2 изображено расположение основных узлов устройства в зерновом элеваторе зерноуборочного комбайна, на фиг.3 профиль отверстия в элеваторе для установки устройства измерения объема зерновой смеси в элеваторе.
Устройства в составе способа модернизации зерноуборочной техники для измерения объема зерновой смеси содержат:
1. Зерноуборочный комбайн;
2. Цифровая камера;
3. Лазерный модуль;
4. Источник света;
5. Элеватор зерноуборочного комбайна;
6. Лопатка элеватора зерноуборочного комбайна;
7. Корпус устройства измерения объема зерновой смеси в элеваторе зерноуборочного комбайна;
8. Зерно;
9. Устройство измерения объема зерновой смеси;
10. Отверстие для установки устройства измерения объема зерновой смеси.
В предпочтительном варианте исполнения изобретение осуществляется следующим образом.
В элеваторе (5) зерноуборочного комбайна (1) выполняется отверстие (10), для установки устройства измерения объема зерновой смеси (9). Корпус устройства (7) закрепляется на элеваторе (5), обеспечивая доступ цифровой камере (2) к захвату изображений в моменте прохождения зерновой смеси (8) на лопатках элеватора зерноуборочного комбайна (6). Скорость съемки камеры (2) позволяет снимать каждую лопатку элеватора в процессе его работы. При необходимости блок обработки данных осуществляет калибровку цифровой камеры (2) и лазерного модуля (3) путем анализа полученных изображений на предмет наличия засветки от источника света (4) посредством измерения параметра освещённости и выработки управляющих воздействий на привод поворотной площадки изменяя при этом положения цифровой камеры (2) и лазерного модуля (3).
Устройство измерения объема зерновой смеси работает следующим образом. При прохождении зерна (8) на лопатке (6) по зерновому элеватору (5) цифровая камера (2) осуществляет захват изображений и передаёт его в блок обработки данных. В это же время лазерный модуль (3) осуществляет наложение лазерной клетчатой сетки на горку зерна, подсвечивая рельеф горки, содержащий в себе информацию о конфигурации поверхности зерновой смеси, где верхняя точка сетки соответствует пику зерновой горки.
Блок обработки данных находит на изображении лопатку зернового элеватора (6), верхнюю границу которой он считает за основание горки зерна (8). Имея данные о геометрии лопатки зернового элеватора (6), заложенной заранее в память устройства, а также о рельефе горки благодаря лазерному модулю (3) блок обработки данных используя полученные параметры и внутренние алгоритмы с высокой точностью вычисляет объём зерновой смеси на лопатке, при этом устройство измерения объема зерновой смеси в элеваторе (9) зерноуборочного комбайна (1) в момент сборки урожая вычисляет объём зерновой смеси на каждой лопатке, проходящей мимо него, таким образом обеспечивая непрерывное вычисление объёма в течение всей работы зерноуборочного комбайна без замедления его работы.
Предложенный способ модернизации зерноуборочной техники позволяет вести непрерывно мониторинг количества собранного урожая и картирования урожайности, без необходимости изменения процессов перемещения зерна в зерновом элеваторе с высокой точностью.
Реализация описанного способа модернизации не требует значимых изменений в конструкции зерноуборочной техники, что упрощает процесс модернизации, снижает материальные и трудозатраты.