Принцип работы фотоэлектронных сепараторов основан на различии свойств зерна и примеси по
Обновлено: 18.09.2024
Известно, что сепарация это процесс, в котором одно вещество или компонент выделяется из другого компонента. Данный процесс сегодня является чрезвычайно полезным и нужным, сепараторы используются в разных сферах промышленности и производства, начиная от пищевой промышленности и заканчивая добычей полезных ископаемых. Однако сегодня распространены не только сепараторы механического действия, но и фотосепараторы.
Данное оборудование используется так же для отделения компонентов друг от друга, однако работает оно посредством отражающихся световых гам и частиц, которые выделяются из веществ, подвергаемых сепарации.
Особенности применения фотосепараторов
На сегодняшний данный способ сепарирования является одним из самых распространенных, такие фотосепараторы называют еще фотоэлектронными сортировщиками. Многие производители предлагают сегодня большой ассортимент такого оборудования. Как правило, сегодня поставщиками такого типа оборудования наиболее часто выступают страны, в которых производится разработка последних новинок техники и электроники. И чаще всего фотосепараторы поставляются в Россию из Китая и Японии. Дело в том, что именно этим страны являются передовыми по выпуску инновационных технологий, которыми оснащается данное оборудование.
При всем том, что данное устройство является новейшей разработкой, сам принцип действия фотосепарирующего устройства не является сверхсложным. Работает фотосепаратор по следующему принципу.
Принцип работы фотосепаратора
Изначально продукт, который будет подвергнут сепарации подается в специальный загрузочный бункер машины. Далее из бункера продукция посредством автоматического управления выдается в желоба устройства. Сам желоб представляет собой канал, достаточно узкой формы. Именно поданному каналу и происходит поступление сырья для сепарации в зону активного воздействия, в которой продукция подвергается специальному освещению люминесцентного характера. Каждая активная зона оснащается четырьмя такими лампами, которые работают по принципу лучей.
В свою очередь, лампы освещая продукцию лучами, выдают информацию о продукте в специальные сенсорные системы. Таким образом, сенсорные камеры информируются о том, какой сорт продукции нужно будет сепарировать и какого он цвета. Основное действие фотосепаратора заключается в том, он различает продукцию по цвету, и соответственно сортирует ее согласно цветовой гамме. Таким образом, бобовые разделяются на горох, фасоль и чечевицу, в каждую отдельную группу, поскольку их цвет различен. В таком фотосепараторе как правило производят сортировку таких продуктов, как рис, пшеница, ячмень и другие.
Эксплуатация фотосепараторов
Сортируют так же бобовые культуры, кукурузу, сою, орехи и другие подобные продукты. Очень важным является то, что данные инфракрасные сенсорные камеры очень хорошо распознают такие инородные материалы, как пластик, металл и стекло, поскольку часто инородные частицы попадают в продукцию и важно выявить их до следующего этапа обработки культур. Кстати еще одним популярным видом сепараторного оборудования является зерноочистительный сепаратор.
При нахождении инородного тела в сепарируемом продукте, в ход вступает так называемый эжектор, который выдувает ненужный элемент из общей массы продукции. После проведения всей процедуры сепарирования, отобранная продукция попадает в свой отсек, которыми снабжен фотосепаратор. После проведения всей сортировочной работы и по наполнению отсеков сырьем, сепаратор выдает готовый продукт на выход, где происходит его отгрузка. После этого машина вновь готова к новой закладке продукции.
Кроме того, что данное оборудование является достаточно простым в работе, он относится к высококлассному оборудованию с отличными результативными характеристиками. Очистка посредством фотосепараторов достигает в большинстве случаев результата в сто процентов.
Фотосепараторы сегодня являются необходимостью для пищевой и перерабатывающей промышленности, к примеру, в процессе переработки зерновых культур. Их активно используют сельские хозяйства, заводы по переработке круп, предприятия, чья деятельность связана с хранением и очисткой зерна. Фотосепарация занимает важное место в заключительной части подготовки зерна на мукомольных предприятиях.
Данная технология используется не только в различных областях пищевой промышленности, но и активно применяется в медицине, химической промышленности, при переработке пластика, стекла, обработке минералов и солей.
Незаменимы фотосепараторы для производителей семян. Особенно важно наличие данного аппарата для подготовки семенного материала мелкосеменных культур: трав, овощей, цветов.
Что мы знаем про сортировку семян? Это устройство позволяет производителям иметь высококачественную продукцию с лучшими показателями качества, которые в полной мере соответствуют действующим стандартам и ГОСТам. Эта технология наиболее важна там, где процесс производства требует наиболее тщательной сортировки материала.
За счет нейронного алгоритма можно проводить сортировку полосатых семян подсолнуха, изюма с хвостиками и без, зерна пшеницы по стекловидности.
Возможность обучаемости программы позволяет сортировать продукт по совокупности нескольких признаков (яркость, форма, размер, пестрота, рябь…)
В случае производственной необходимости возможно увеличение производительности до 3-х раз на базе имеющегося фотосепаратора. CCD-матрицы с разрешением 2048 пикселей обеспечивают изображение с высокой детализацией сортируемого элемента и способны обнаруживать дефекты размером от 0,13 мм.
Воздушные сопла шириной 4.5 мм обеспечивают высокоточное удаление элемента при малых воздушных затратах. Преимущество данного фотосепаратора состоит в возможности его модернизации до желаемой конфигурации.
Вывод
Фотосепараторы относятся к высокотехнологичному и высокоточному оборудованию. Их использование в различных областях промышленной сортировки позволяет значительно увеличить качество конечного продукта и решить целый ряд проблем связанных с удалением трудноотделимых примесей.
Применение фотосепараторов при очистке зерновых позволяет вывести готовую продукцию на качественно новый уровень и тем самым значительно увеличить доходы предприятия. Процесс работы таких аппаратов полностью автоматизирован, а показатели чистоты конечного продукта не имеют аналогов среди других приспособлений для сортировки.
Фотосепараторы (Оптические сортировщики, также называемые сортексамы и рентген-детекторами) - это высокотехнологичное неразрушающее сортировочное оборудование для контроля качества, очистки и сортировки твердых продуктов и материалов.
Оборудование для оптической сортировки широко используется во всем мире и задействовано во многих отраслях промышленности: агропромышленном комплексе, сельском хозяйстве, перерабатывающей, пищевой и горнодобывающей промышленности, а также переработке отходов.
Фотосепарация (от англ. color sorting – цветосортировка, сортировка по цвету) - это один из видов оптической сортировки и относительно новая для Украины технология контроля качества, сортировки и очистки твердых сыпучих продуктов и материалов. Только использование сортексов позволяет решить проблему невозможности отделения стандартными машинами сложно-отделяемых и неотделимых примесей от основного продукта, а также автоматизировать процесс сортировки и полностью отказаться от ручного труда.
Главное преимущество этой технологии в возможности добиться высокой степени очистки исходного сырья от примесей и загрязнителей с наименьшими затратами ресурсов и на выходе получить чистоту годного продукта, равную или максимально приближену к 99,99%. На сегодняшний день ни одно другое оборудование не способно конкурировать по этому параметру с фотосепараторами. В зависимости от компонентов применяемых в конкретном устройстве, возможна сортировка по параметрам цвета, размера, формы, внутреннего содержания и структуре. Как уже стало ясно, фотосепараторы это машины финишной очистки и с их помощью можно добиться результата, удовлетворяющего самым строгим требованиям к безопасности и чистоте продуктов и материалов. На текущий момент именно оптические сортировщики являются идеальным вариантом для калибровки качественного сырья.
Пошаговый процесс работы фотосепаратора выглядит следующим образом:
- Исходное сырье для сортировки загружают в фотосепаратор через загрузочный бункер. С помощью вибрации материал по питающим лоткам подается в распределительные каналы для выравнивания материала в один слой.
- По распределительным каналам сортируемый материал попадает в освещенную светодиодными лампами зону инспекции, где исследуется камерами оснащенными высокотехнологичными CCD или CMOS сенсорами. Сенсоры, получая отраженный свет от материала отбора, генерируют электрический сигнал для контролера электронного блока управления.
- В зависимости от сигналов, полученных от оптической системы, система электронного управления дает команду на открытие пневмоклапана (эжектора), который производит "выстрел" и мощным направленным потоком воздуха выдувает примеси, мусорные доли или нежелательные продукты, отличающиеся по цвету.
- Пригодный продукт прямым потоком направляется в специальную область. Нежелательные примеси выводятся из фотосепаратора через выходной патрубок для отходов.
- В большинстве оптических сортировщиков предусмотрена возможность вторичной или повторной сортировки, позволяет более тщательно сортировать исходный материал, минимизируя процент потерь достойной продукции.
Важнейшими факторами, влияющими на производительность фотосепараторов, является степень засоренности основного, исходного сырья для сортировки, его физические свойства и физические свойства нежелательных примесей. Такие параметры продукта и нежелательных примесей как цвет, физические размеры, удельный вес, аэродинамические свойства, плотность, в совокупности влияют на качество и скорость сортировки продукта по цвету и геометрическим различиям.
Как устроен фотосепаратор?
Фотосепаратор - это машина, которая использует технологию фотоэлектрического обнаружения для автоматической сортировки разноцветных частиц в материале, принцип работы такого устройства для оптической сортировки основанный на различии оптических свойств материала. Фотосепаратор оснащен оптическим датчиком с высоким разрешением, который управляет эжектором (электромагнитным клапаном), при активации эжектора он производит "выстрел", то есть выдувает нежелательные примеси или сорный продукт из сортируемого материала. Основными узлами и агрегатами цветосортировщика является система подачи исходного материала, интеллектуальные системы оптического обнаружения, программная и аппаратная часть обработки сигналов, система эжекторов, интерфейс управления, а также системы исполнения разделения нежелательных примесей и годного продукта.
Специальные быстродействующие полноцветные камеры высокого разрешения, оснащены CCD или CMOS сенсорами, гарантируют четкость получаемого изображения, различают и фиксируют мельчайшие детали и дефекты продукта.
Энергоэффективные промышленные FPGA решения и специализированные цифровые сигнальные процессоры DSP, построенные в виде SoC (System-on-a-Chip) системы, обеспечивают высокий уровень быстродействия цветосортировочного оборудования. Постоянно совершенствуются программные и аппаратные алгоритмы обработки данных, позволяющие сортировать материал как по цветовым, так и по геометрическим различиям.
Современные фотосепараторы оснащены долговечными эжекторами, использующие технологию магнитной левитации. Особая конструкция сопел электромагнитного клапана позволяет удалять нежелательные примеси из потока годного продукта и при этом значительно, до 30%, экономить расходы сжатого воздуха.
Важным компонентом системы фотосепарации есть долговечный, энергоэффективный LED источник света для равномерно яркой и непрерывной фоновой подсветки. Современные технические решения, основанные на использовании технологии светодиодов, лишены целого ряда недостатков, присущих предыдущему поколению флуоресцентных ламп. Сегодня для создания динамично меняющихся по цвету подсветок используются лампы с RGB LED (трехцветными светодиодами) - это соединенные в одном корпусе кристаллы светодиодов красного, зеленого и синего цветов с другой оптической линзой. Управление цветом происходит с помощью подачи электрических сигналов на выводы каждого светодиодного кристалла, а сочетание излучений всех трех светодиодов позволяет регулировать итоговый цвет подсветки.
Удобство управления фотосепараторами обеспечивает сенсорный экран и интуитивно-понятный многоязычный интерфейс устройства. Программное обеспечение, что регулярно обновляется, позволяет гибко настраивать фотосепаратор на работу с различными продуктами и материалами, проводить интеллектуальную настройку по фото и видео исходного сырья, а также самодиагностировать возможные ошибки и неисправности в работе.
Развитием технологии оптической сортировки стало использование камер и сенсоров, работающих в ближней инфракрасной области (NIR сортировки, сортировка с применением инфракрасных камер). На основе предварительно заданной информации о спектральном анализе различных материалов было определено, какой сортированный материал есть гетерохромным веществом. Подтверждение свойств материала приходит с отраженным светом после облучения ближней инфракрасной области. Эти данные мгновенно обрабатываются промышленным процессором и соответствующая команда поступает к электромагнитному клапану (эжектору). В случае срабатывания плохой продукт будет отсортирован мощным направленным потоком воздуха.
С целью повышения качества и безопасности выпускаемой продукции также широко применяется технология сортировки с использованием рентгеновского излучения. Устройство производит рентгеновские лучи, а целый комплекс применяемых оптоэлектронных технологий, интегрированных компьютерных алгоритмов, система цифровой обработки сигналов, позволяют визуально распознать, различить, определить и упорядочить примеси, загрязнители, нежелательные элементы и материалы в продуктах.
Еще немного фактов о фотосепараторах
На сегодняшний день фотосепараторы различных марок и моделей выпускают многие компании мира, ориентируясь на передовые достижения в области электроники, оптики, механики и пневматики. Это высокоточные, высокотехнологичные аппараты, при этом максимально просты в управлении и позволяют с легкостью добиваться впечатляющих результатов в сортировке - до 99,99% чистоты продукта на выходе.
Флагманы производства оборудования для оптической сортировки используют только лучшие компоненты и комплектующие от всемирно известных компаний, среди них Nikon, Toshiba, Computar, Altera, SMC, Teledyne DALSA, Texas Instruments, OSRAM, Nippon, Delta Electronics, ARM.
Фотосепарация (или фотосортировка) получила широкое применение в перерабатывающей и пищевой промышленности, особенно там, где требуется визуальный контроль продукции: при сортировке зерновых, бобовых, мелкосемянных, технических и масличных культур, орехов, снеков, круп, специй и пряностей, а также замороженных или сушеных фруктов и ягод. Успешно фотосепараторы справляются с задачами сортировки и на непищевых производствах, например, при вторичной переработке стекла, резины или пластика, а также для сортировки отходов, солей и различных минералов.
Комплектация и особенности монтажа оборудования для участка сортировки
Фотосепаратор устанавливается на ровной, твердой площадке, вибрация которой не допускается. Поскольку выполнить даже такие простые требования часто не представляется возможным, мы рекомендуем монтировать сортекс на эстакаду, произведенную индивидуально для каждого заказчика. Такая эстакада рассчитывается с учетом особенностей места эксплуатации оптического сортировщика, подготовленной для полноценного технического и технологического обслуживания машины. Также необходимо предусмотреть место для установки необходимого дополнительного оборудования: компрессора, ресивера, осушителя, аспиратора и стабилизатора питания. Специального закрепления к платформе фотосепаратор не требует. Температурный режим, влажность и запыленность помещения, где используются производственные линии, оснащенные оборудованием для оптической сортировки, должны находиться в определенных рекомендуемых пределах.
Одним из путей повышения эффективности процесса разделения семенного материала в семяочистительном комплексе является его фракционирование путем применения фотоэлектронного сепаратора на конечной стадии обработки семян. Он позволяет отделить не только невыполненные (неликвидные) семена по цвету, но и распределить разные сортообразцы с выраженной морфологической окраской.
Специфика фотосепаратора - выбраковка тяжело отделяемых примесей, которые очень сложно, а часто и невозможно убрать традиционными очистными машинами механического и аэродинамического типа. В большинстве примесей, которые прошли первичную сортировку вместе с основным продуктом, пожие физические свойства: одинаковые форма и масса. Принцип сортировки таких продуктов основан на сравнении цвета целевых и побочных семян, причем не только в видимом спектре света. Качество работы фотосепаратора во время отделения таких примесей очень высокое (достигает даже 99,99% чистоты).
Фотосепарация относится к завершающим этапам процесса тонкой очистки. Это связано с тем, что механическая очистка не дает нужной чистоты культуры сортирующихся семян. Семена механически отсеиваются по таким параметрам, как: масса, форма, размер, электропроводность и аэродинамические свойства. Но и часть семян сорняков, содержащихся в массе семян культур, имеет такие же характеристики и проходит все предыдущие ступени очистки вместе с основной культурой.
Развитие современных цифровых технологий открыло новые возможности для изучения морфометрических (размер и форма) и колориметрических (вариации цвета) характеристик такого объекта селекции, как семена. Наиболее характерные параметры для этапа фотосепарации - это цвет, тип и рельеф поверхности семени. Цвет проще и достаточно быстро распознается у обследуемого объекта и позволяет отличить, например, темные мусорные семена от светлых по цвету семян злаковых культур. Тип семенной поверхности также может служить отличительным показателем для различения глянцевых и матовых семян. Рельеф семени может быть задан как неровным краем, так и впадинами и трещинами в центре объекта, что также может говорить о его принадлежности к определенной культуре.
Исходя из проведенного анализа научно-технической литературы, была составлена классификация имеющихся алгоритмов обработки оптических сигналов.
• нормализовать размеры объекта таким образом, чтобы геометрические размеры всех семян совпадали;
• провести дискретное вейвлет-преобразование цветовых составляющих всех точек, принадлежащих выделенной в предыдущих пунктах области исследования;
Следующим алгоритмом является цветной анализ, основанный на оценке контраста цветовых компонентов. Этот алгоритм используют, например, для контроля качества газовой смеси при ее горении.
• рассчитывают значение контрастов RGВ-составляющих;
Исходя из основных этапов цветового анализа, этот алгоритм пригоден для сортировки семян подсолнечника. Причинами выбора алгоритма являются:
• не требует сложной обработки изображения, способствует увеличению производительности сортировочного аппарата.
Впервые в мировой практике к исследованию процесса распределения компонентов сыпучей массы по цвету обратилась английская фирма Sortex. Со временем на рынке появились фотоэлектронные сепараторы фирмы. Конструкция современных фотосепараторов (рис. 1) вобрала новейшие достижения электроники, микропроцессорной техники, область их применения распространилась практически на все сыпучие продовольственные продукты, включая замороженные ягоды, овощи, фрукты, но принцип действия остался прежним: сепарированный по цвету продукт подается специальным устройством поштучно в зону контроля, где происходит сравнение электрического сигнала, образованного фотоэлементом под действием света, отраженного от анализируемой части, с эталонным сигналом, соответствующим свету, отраженному доброкачественной частицей. При совпадении величины сигналов в принятых пределах частица свободно попадает к остальному доброкачественному продукту, а при заметном отклонении величины контрольного сигнала этот сигнал усиливается и подает команду на механизм отбраковки, что выводит зерновку наружу с помощью кратковременного воздушного импульса. Сопло, направляющее воздушный поток на забракованную зерновку, расположено ниже по траектории ее падения от точки обнаружения на такое расстояние, которое она пролетает за время срабатывания электронной и пневматической систем. Под действием воздушной струи забракованная частица отклоняется от траектории полета доброкачественного зерна и попадает в места сбора недоброкачественного продукта..
Фирма Gimsoifs Sortex Ltd. (Великобритания) предложила многоканальный фотоэлектронный сепаратор с микропроцессорным управлением. Также она разработала фотооптический сепаратор на базе электронно-логического устройства. В США разработан фотоэлектронный сепаратор с двумя проекционными экранами. Японская фирма Satake представила рынку комбинированную фотоэлектронную сортировочную установку для отделения семян путем распределения по размеру, форме и цвету ядер. В другой конструкции фотоэлектронного сепаратора, разработанного фирмой Satake, семена подаются из приемного бункера тонкой струей, проходящей между источником света и цветоанализатором. Сепаратор сортирует зерна по цвету с использованием электронной обработки сигнала.
В ходе исследования пшеничного зерна методом анализа видеоизображения в ближней инфракрасной области спектра были применены фотолинейки и анализ видеоизображения, проведено исследование зерна методом видеонаблюдения. Данные исследований были положены в основу разработки сепаратора промышленного использования, работа которого основывалась на принципе разделения по цвету компонентов зерновой массы, однородной по физико-механическим свойствам. Также был разработан еще один вариант стенда для сепарирования зернопродуктов по цвету на основе монохроматической оптической схемы.
В мировой практике распространяется применение и производство фотоэлектронных сепараторов, а также увеличивается перечень фирм, выпускающих это оборудование. Принцип его действия находит свое воплощение в разработках различных фирм, продукты которых имеют свои как преимущества, так и недостатки. На основании сравнительного анализа известных на сегодня конструкций и результатов их работы приведена классификация зарубежных моделей фотоэлектронных сепараторов. На основе представленной информации разработана классификация оптических фотосепараторов по принципу конструктивных параметров рабочих органов и технологического процесса сортировки семян. В основу предложенной классификации фотоэлектронных сепараторов положены различные варианты выполнения их основных блоков: питание; оптического - включающий источник света и сенсор (фотоэлемент) с системой линз; электронного; изъятие забракованных по цвету частиц; управление работой сепаратора и иногда - контроля отходов. Для удобства в таблице классификации обозначены фирмы, реализующие конкретные варианты решений в своих моделях фотоэлектронных сепараторов. Также стоит отметить, что ряд фирм, которые применяют аналогичные решения, не внесены в классификацию.
По представленной информации разработана классификация оптических фотосепараторов по принципу конструктивных параметров рабочих органов и технологического процесса сортировки семян.
Читайте также: