Общие понятия

Оптическое видимое излучение дает до 70% информации о внешнем мире, в том числе и о качестве продукции.

Эффективность систем контроля за технологическими процессами производства и переработки сельскохозяйственной продукции, таких как плода, овощи, картофель, соки, вина и др. в ряде случаев обеспечиваются с помощью устройств определения цвета. Это относится прежде всего к контролю цвета томатов, вишни и сливы при сортировании по степени зрелости, яблок при сортировании на товарные сорта по окраске, размеру, вели­чине пятен повреждения и т.п.

Современные электронные средства позволяют создавать измеритель­ные системы, способные извлекать информацию о цвете или его произ­водных из оптического сигнала, производить его измерение и регистрацию.

Глаз человека воспринимает электромагнитные колебания в диапазоне 380...780 нм. Этот диапазон принято считать видимым спектром. Глаз ,является селективным приемником излучения. Это значит, что в видимом диапазоне он воспринимает различные длины волн не одинаково. Ощу­щение цвета зависит от спектрального состава воздействующего на глаз из­лучения. Если излучение содержит все длины волн видимого излучения и яв­ляется равноинтенсивным, то в глазу возникает ощущение белого цвета. Ощущение какой-либо цветности возникает лишь в том случае, если из­лучение содержит не все длины волн указанного диапазона, либо является существенно неравномерным. Предельным случаем неравномерного излу­чения можно считать излучение в малом интервале длин волн , так назы­ваемое монохроматическое излучение, которое вызывает ощущение чистых спектральных цветов, обладающих наибольшей насыщенностью и зависящих от длины волны излучения.

Характеристикой цвета являются координаты цвета X,Y,Z - величины энергии в отраженном излучении попадающем в оптическое устройство (глаз) в синей, зеленой и красной области спектра. На практике применяют координаты цветности - относительные величины:

x=X/(X+Y+Z); y=Y/(X+Y+Z); z=Z/( X+Y+Z)

В действительности в автоматических устройствах, например, в сортировочных или контрольных, нет необходимости точного воспроизведения цветовых свойств глаза (кроме телевидения, колориметрии и других анало­гичных применений) и адекватного измерения цвета. В производственной практике достаточно в рамках допустимых ограничений отслеживать опре­деленные граничные значения цветовых характеристик или их признаки, и по ним судить о качестве продукции.

На рисунке 3.1 приведены цветовые координаты продукции разного качества. Координаты цветности группируются для определенного качества продукции вокруг соответствующих центров.

Устройство для сортирования продукции (томаты, яблоки, перец, вишня) по цвету его поверхности приведено на рисунке 3.2.

Рисунок 3.1 – Координаты цветности продукции разного качества

1-транспортер; 2-сортируемый плод; 3-направляющая заслонка ис­полнительного устройства; 4-привод исполнительного устройства; 5-тара для зеленых плодов; 6-тара для красных плодов; 7-двудиапазонный осветитель; 8-устройство управления осветителем; 9-фотоприемник; 10-устройство выделения координат цветности "х" и "у"; 11, 12-устройство сравнения координат; 13-устройство принятия решения о цвете продук­та; 14-усилитель

Рисунок 3.2 – Устройство для сортирования продукции по цвету

Работа устройства. Транспортер 1 подает сортируемые плоды 2 в зону контроля под осветитель 7 и фотоприемник 9. В момент нахождения плода в зоне контроля осветитель облучает последний попеременно зеленым и красным светом. Частота следования импульсов облучения должна на порядок превышать частоту подачи плодов в зону контроля. В качестве облучателя может быть использован светодиод с несколькими диапазонами излучений. Попеременное облучение плода красным и зеленым светом обеспечивает устройство управления осветителем 8.

Отраженный от поверхности плода поток излучения воспринимается фотоприемником 9, на выходе которого имеется напряжение, пропорциональное величине красного или зеленого отраженного потока.

Устройство выделения координат 10 в момент облучения плода красным светом вычисляет оптическую координату "х", а в момент облучения зеле­ным светом - "у" по формулам;

x=F_x/(F_x+F_y); y= F_y/(F_x+F_y),

где: F_x - отраженный от поверхности плода поток красного цвета; F_y -отраженный от поверхности плода поток зеленого цвета.

Эти координаты подаются на вход устройств сравнения 11 и 12, на вторые входы которых соответственно подаются диапазоны значений координат x_min, x_max, и y_mjn, y_max равные:

х_mах=х+х; x_min=x-x; y_max=y+y; y_min=y-y,

где: x_min, x_max - максимальное и минимальное значения координаты х для плодов, которые классифицируются как "красные";

y_min, y_max - максимальное и минимальное значения координаты у для пло­дов, которые классифицируются как красные;

х, y - статистический разброс значений координат, принятый равным доверительному интервалу при уровне значимости =0,05 (вероятность ошибочного утверждения):

х = ts_x/N^1/2; y = ts_y/N^1/2;

где: N- объем выборки измерений;

t=2,15- коэффициент Стьюдента, выбирается из специальной таблицы t-распределения по значение а и объему выборки N=15;

s_x = (x-x_cp)²/(N-1), s_y=(y-y_cp)²/(N-l) - среднеквадратическое отклонение по координате х и у;

х_ср, y_ср - средние значения координат х и у.

Диапазоны значений х_mах≥х≥х_min; у_max ≥у≥у_min находятся заранее при настройке автоматического устройства путем измерения статистики измерений координат х и у, пропуская через зону контроля заведомо красные плоды. После каждого плода записывают подученные координаты. Для получения надежной статистической выборки достаточно 15 измерений, по которым затем рассчитывают диапазоны значений координат. Эти значения вводят в устройства сравнения 11 и 12 перед работой сортировочной машины и запоминают.

На выходе устройства сравнения 11 в случае прохождения через зону контроля красного плода появится логическая единица. Но и в случае прохождения зеленого плода здесь также может оказаться логическая единица. На выходе устройства сравнения 12 в случае прохождения красного плода появится логическая единица. Но и в случае прохождения зеленого плода здесь также может появиться логическая единица.

Если на выходе обеих блоков 11 и 12 появились логические единицы, то вероятность правильного определения цвета плода максимальна и тогда на выходе устройства определения цвета продукта 13 (логическая схема "И") появится логическая единица "плод-красный", которая через усилитель 14 подаст сигнал на срабатывания исполнительного устройства 4. Последнее пе­редвинет заслонку 3 таким образом, что бы контролируемый плод направил­ся бы в тару "красные". Если контролируемый плод - зеленый, то заслонка не сработает, и плод отправится в тару "зеленые".