Устройство для комплексной оценки продовольственного зерна и семенного материала
DEVICE FOR COMPREHENSIVE EVALUATION OF FOOD GRAINS AND SEEDS

Изобретение относится к устройствам для оценки качества зерна, в частности посредством сканирования и визуальной оценки параметров с последующим их сопоставлением с заданными эталонами, и может быть использовано в сельском хозяйстве на предприятиях по хранению и переработке зерна, а также при оценке исходного семенного материала для целей селекции и семеноводства.
Известно устройство для определения качества зерна, преимущественно пшеницы и риса, включающее интегратор и регистратор обшей стекловидности, интегратор полностью стекловидных зерен, счетчик полностью стекловидных зерен и счетчик зерен, поврежденных клопом-черепашкой, пороговые элементы и микроамперметр, интеграторы общей стекловидности и полностью стекловидных зерен и микроамперметр соединены между собой последовательно и размещены между электронно-оптическим преобразователем и высоковольтным блоком питания, интегратор общей стекловидности соединен с регистратором обшей стекловидности, интегратор полностью стекловидных зерен через пороговый элемент подключен к счетчику полностью стекловидных зерен, а микроамперметр посредством порогового элемента подсоединен к счетчику зерен, поврежденных клопом-черепашкой (Описание изобретения к авторскому свидетельству №573750, опубликовано 05.08.1978 г.).
Недостатком устройства является узконаправленность устройства, применяемое для оценки стекловидности зерновок пшеницы и риса и пораженности их вредителем клопом-черепашкой. Кроме этого для реализации оценки массива зерен применяется трубчатая прозрачная кассета, где зерновки располагаются друг под другом в один ряд с возможностью поступательного перемещение и вращение относительно продольной оси, что ограничивает количество одновременно оцениваемого материала ввиду значительного увеличения длины трубчатой кассеты.
Известен анализатор качества очистки зерна и семян, состоящий из корпуса, в котором размещены наклонное решето с размером отверстий, равным размеру отверстий оценивающего решета, электропривод с кривошипно-шатунным механизмом, первичный и вторичный приемники схода, приемник прохода, направитель с наклонными стенами и тензодатчики, причем тензодатчики установлены под наклонным решетом, первичным приемником схода и приемником прохода и соединены посредством кабелей с компьютером, при этом штанги привода кривошипно-шатунного механизма прикреплены шарнирно к середине наклонного решета по его боковым ребрам жесткости (Патент РФ на изобретение №2372150, опубликовано 10.11.2009 г.).
Недостатком устройства является узконаправленность использования, заключающееся в оценке качества очистки зерна посредством автоматизированного взвешивания сходовых и проходовых фракций, полученных в ходе механизированной классификации на решете с последующей обработкой полученных результатов масс на компьютере по предлагаемой формуле.
За прототип принято серийное устройство для анализа изображения зерна, применяемое для объективной оценки качества цельного зерна, включающее корпус, систему управления, систему визуальной оценки, включающую 3D-лазер, 2D-датчики и камеру для получения данных, полученные данные обрабатываются с использованием серий калибровок для определения результативного качества, анализатор качества зерна может производить оценку 10000 ядер, или стандартную полулитровую пробу (АПП. Аналитпромприбор [Электронный ресурс]: Интернет-магазин. - режим доступа: https://analytprom.ru/analizator-kachestva-zerna-eyefoss/ (дата обращения: 29.08.2021)). Также, исходя из видеоматериалов описания работы устройства, опубликованных на официальном сайте, устройство содержит рабочую платформу для исследуемого материала, включающую механизм непрерывной подачи зерновок в камеру получения данных, реализованном перемещением качением и скольжения зерновок по наклонной пластине к движущемуся транспортеру с ячейками (EyeFoss. Официальный сайт FOSS [Электронный ресурс]: интернет-магазин. - Режим доступа: https://www.fossanalvtics.com/ru-ru/products/eyefoss (дата обращения: 29.08.2021)).
Недостатком устройства является конструктивная особенность, заключающаяся в механизме подачи зерновок в камеру получения данных, реализованном перемещением качением и скольжением зерновок по наклонной пластиной к движущемуся транспортеру с ячейками. Так, при использовании такого способа подачи материала в совокупности с ячеистой структурой поверхности транспортера минимизируется возможность переворачивания зерновок, что усложняет оценку материала в различных пространственных положениях и снижает достоверность полученных результатов визуальной оценки.
Задача - расширение возможности применения устройства под различные параметры и требования оценки исследуемых материалов, повышение точности анализа и получение объективной оценки о качестве массива зерен.
Технический результат - возможность осуществления визуальной оценки поверхности индивидуального зерна, а также всей поверхности зерен в общем массиве посредством технического зрения с непрерывным автоматизированным изменением положения исследуемых объектов.
Технический результат достигается устройством для комплексной оценки продовольственного зерна и семенного материала, содержащим корпус, систему управления, систему визуальной оценки, рабочую платформу для исследуемого материала, при этом система визуальной оценки дополнительно содержит механизм позиционирования, включающий каретку Х-оси, каретку Y-оси, перемещающиеся по направляющим опорными колесами, каретка Х-оси, каретка Y-оси закреплены к неподвижным гайкам, находящихся на подвижных винтах, подключенных к шаговым двигателям, на вертикальной стойке каретки Х-оси расположена видеокамера высокого разрешения с подсветкой, на рабочей платформе для исследуемого материала установлен вибростол с вибратором, на вибростоле зажимами закреплена емкость с ячейками вытянутой полусфероидной формы, при этом площадь поверхности ячейки вытянутой полусфероидной формы на 40% выше, чем половина площади поверхности максимального размера исследуемой единицы зерна.
На фиг. 1 изображено устройство для комплексной оценки продовольственного зерна и семенного материала, общий вид; на фиг. 2 - вид справа; на фиг. 3 - вид снизу; на фиг. 4 - схема расположения зерна в ячейках вытянутой полусфероидной формы.
Устройство содержит корпус 1, систему управления 2, систему визуальной оценки 3 с механизмом позиционирования 4 с кареткой Х-оси 5, каретку Y-оси 6, перемещающиеся по направляющим 7 опорными колесами 8, каретка Х-оси 5 и каретка Y-оси 6 закреплены к неподвижным гайкам 9, находящихся на подвижных винтах 10, подключенных к шаговым двигателям 11, на вертикальной стойке 12 расположена видеокамера высокого разрешения 13 с подсветкой 14, передающая изображения на ПЭВМ для дальнейшей обработки (на фигурах не показана), рабочую платформу 15 для исследуемого материала с вибростолом 16 и вибратором 17, на вибростоле 16 зажимами 18 закреплена емкость 19 с ячейками вытянутой полусфероидной формы 20.
Устройство работает следующим образом. Предварительно помещали исследуемое количество зерен в емкость 19 и равномерно распределяли их по одному в ячейки вытянутой полусфероидной формы 20. Далее емкость 19 закрепляли зажимами на вибростол 16 и запускали устройство, посредством системы управления 2 производилась координация колебательных движений вибростола 16 с емкостью 19 для автоматизированного переворачивания зерен в ячейках вытянутой полусфероидной формы 20 и позиционирование над емкостью 19 видеокамеры высокого разрешения 13 посредством перемещения каретки Х-оси 5 и каретки Y-оси 6 по заданному алгоритму. Полученные от видеокамеры высокого разрешения 13 визуальные данные передавались на ПЭВМ для дальнейшей обработки.
Использование вибрационных колебательных движений емкости посредством вибростола в совокупности с индивидуальным расположением зерна в ячейках вытянутой полусфероидной формы, размер которых на 40% выше, чем половина площади поверхности максимального размера исследуемой единицы зерна, позволяет производить оценку исследуемого материала в различных пространственных положениях, что повышает достоверность полученных результатов визуальной оценки.
Применение визуальной оценки посредством видеокамеры высокого разрешения позволяет в широких пределах с использованием программного обеспечения визуальной обработки изображения на основе машинного обучения производить сбор, анализ и обработку данных по заданному алгоритму под различные задачи и объекты исследования, тем самым расширяя возможности применения устройства.
Таким образом, устройство для комплексной оценки продовольственного зерна и семенного материала, содержащее корпус, систему управления, систему визуальной оценки, рабочую платформу для исследуемого материала, система визуальной оценки дополнительно содержит механизм позиционирования, включающий каретку Х-оси, каретку Y-оси, перемещающиеся по направляющим опорными колесами, каретка X-оси, каретка Y-оси закреплены к неподвижным гайкам, находящихся на подвижных винтах, подключенных к шаговым двигателям, на вертикальной стойке каретки Х-оси расположена видеокамера высокого разрешения с подсветкой, на рабочей платформе для исследуемого материала установлен вибростол с вибратором, на вибростоле зажимами закреплена емкость с ячейками вытянутой полусфероидной формы, при этом площадь поверхности ячейки вытянутой полусфероидной формы на 40% выше, чем половина площади поверхности максимального размера исследуемой единицы зерна, обеспечивает технический результат - возможность осуществления визуальной оценки поверхности индивидуального зерна, а также всей поверхности зерен в общем массиве посредством технического зрения с непрерывным автоматизированным изменением положения исследуемых объектов.