Sortare optică - Optical sorting
Sortarea optică (uneori numită sortare digitală ) este procesul automatizat de sortare a produselor solide folosind camere și / sau lasere .
În funcție de tipurile de senzori folosiți și de inteligența sistemului de procesare a imaginilor , software-urile pot recunoaște culoarea, dimensiunea, forma, proprietățile structurale și compoziția chimică a obiectelor. Sortatorul compară obiectele cu criteriile de acceptare / respingere definite de utilizator pentru a identifica și elimina produsele defecte și materialul străin (FM) de pe linia de producție sau pentru a separa produsul de diferite clase sau tipuri de materiale.
Sortarea optică realizează o inspecție nedistructivă, 100% în linie, la volum complet de producție.
Sortatoarele optice sunt utilizate pe scară largă în industria alimentară la nivel mondial, cu cea mai mare adoptare în prelucrarea alimentelor recoltate, cum ar fi cartofii, fructele, legumele și nucile, unde realizează o inspecție nedistructivă, 100% în linie, la volum complet de producție. Tehnologia este, de asemenea, utilizată în fabricarea farmaceutică și producția nutraceutică , prelucrarea tutunului, reciclarea deșeurilor și alte industrii. Comparativ cu sortarea manuală, care este subiectivă și inconsistentă, sortarea optică ajută la îmbunătățirea calității produsului, la maximizarea randamentului și la creșterea randamentelor, reducând în același timp costurile forței de muncă.
Istorie
Sortarea optică este o idee care a ieșit mai întâi din dorința de a automatiza sortarea industrială a bunurilor agricole, cum ar fi fructele și legumele. Înainte ca tehnologia automată de sortare optică să fie concepută în anii 1930, companii precum Unitec produceau utilaje din lemn pentru a ajuta la sortarea mecanică a procesării fructelor. În 1931, a fost înființată o companie cunoscută sub numele de „Compania de sortare electrică” și a început crearea primelor sortatoare de culori din lume, care erau instalate și utilizate în industria fasolei din Michigan până în 1932. În 1937, tehnologia de sortare optică avansase pentru a permite sisteme bazate pe un principiu de selecție în două culori. Următoarele decenii au văzut instalarea unor mecanisme de sortare noi și îmbunătățite, cum ar fi sistemele de alimentare prin gravitație, și implementarea sortării optice în mai multe industrii agricole.
La sfârșitul anilor 1960, sortarea optică a început să fie implementată în noi industrii dincolo de agricultură, cum ar fi sortarea metalelor feroase și neferoase. În anii 1990, sortarea optică era folosită intens în sortarea deșeurilor solide.
Odată cu marea revoluție tehnologică care a avut loc la sfârșitul anilor 1990 și începutul anilor 2000, sortatoarele optice au devenit mai eficiente prin implementarea de noi senzori optici, cum ar fi camerele CCD, UV și IR. Astăzi, sortarea optică este utilizată într-o mare varietate de industrii și, ca atare, este implementată cu o selecție diferită de mecanisme pentru a ajuta la sarcina respectivă de sortare specifică.
Sistemul de sortare
În general, sortatoarele optice prezintă patru componente majore: sistemul de alimentare, sistemul optic, software-ul de procesare a imaginilor și sistemul de separare. Obiectivul sistemului de alimentare este de a răspândi produsele într-un monostrat uniform, astfel încât produsele să fie prezentate sistemului optic în mod uniform, fără aglomerări, la o viteză constantă. Sistemul optic include lumini și senzori adăpostiți deasupra și / sau sub fluxul obiectelor inspectate. Sistemul de procesare a imaginilor compară obiectele cu pragurile de acceptare / respingere definite de utilizator pentru a clasifica obiectele și a acționa sistemul de separare. Sistemul de separare - de obicei aer comprimat pentru produse mici și dispozitive mecanice pentru produse mai mari, cum ar fi cartofii întregi - identifică obiectele în timp ce se află în aer și deviază obiectele pentru a fi îndepărtate într-un jgheab de respingere, în timp ce produsul bun continuă pe traiectoria sa normală.
Sortatorul ideal de utilizat depinde de aplicație. Prin urmare, caracteristicile produsului și obiectivele utilizatorului determină senzorii ideali, capacitățile bazate pe software și platforma mecanică.
Senzori
Sortatoarele optice necesită o combinație de lumini și senzori pentru iluminarea și captarea imaginilor obiectelor, astfel încât imaginile să poată fi procesate. Imaginile procesate vor determina dacă materialul trebuie acceptat sau respins.
Există sortere de camere, sortatoare cu laser și sortatoare care prezintă o combinație a celor două pe o singură platformă. Luminile, camerele, laserele și senzorii laser pot fi proiectate pentru a funcționa în lungimi de undă ale luminii vizibile, precum și în spectrele cu infraroșu (IR) și ultraviolete (UV) . Lungimile de undă optime pentru fiecare aplicație maximizează contrastul dintre obiectele care trebuie separate. Camerele și senzorii laser pot diferi în ceea ce privește rezoluția spațială, cu rezoluții mai mari care permit sortatorului să detecteze și să elimine defecte mai mici.
Camere
Camerele monocromatice detectează nuanțele de gri de la negru la alb și pot fi eficiente la sortarea produselor cu defecte de contrast ridicat.
Camerele color sofisticate cu rezoluție înaltă a culorilor sunt capabile să detecteze milioane de culori pentru a distinge mai bine defecte de culoare mai subtile. Camerele color trichromatice (numite și camere cu trei canale) împart lumina în trei benzi, care pot include roșu, verde și / sau albastru în spectrul vizibil, precum și IR și UV.
Împreună cu software-ul inteligent, sortatoarele care includ camere sunt capabile să recunoască culoarea, dimensiunea și forma fiecărui obiect; precum și culoarea, dimensiunea, forma și locația unui defect pe un produs. Unele sortatoare inteligente permit chiar utilizatorului să definească un produs defect pe baza suprafeței totale defecte a oricărui obiect dat.
Lasere
În timp ce camerele captează informații despre produs bazate în primul rând pe reflectanța materialului, laserele și senzorii lor sunt capabili să distingă proprietățile structurale ale unui material, împreună cu culoarea lor. Această inspecție a proprietății structurale permite laserelor să detecteze o gamă largă de materiale străine organice și anorganice, cum ar fi insecte, sticlă, metal, bețe, roci și plastic; chiar dacă au aceeași culoare cu produsul bun.
Laserele pot fi proiectate pentru a funcționa în lungimi de undă specifice ale luminii; indiferent dacă este pe spectrul vizibil sau dincolo. De exemplu, laserele pot detecta clorofila prin stimularea fluorescenței folosind lungimi de undă specifice; care este un proces foarte eficient pentru îndepărtarea materialelor străine din legumele verzi.
Combinații cameră / laser
Sortatoarele echipate cu camere și lasere pe o platformă sunt în general capabile să identifice cea mai largă varietate de atribute. Camerele sunt adesea mai bune în recunoașterea culorii, dimensiunii și formei, în timp ce senzorii laser identifică diferențele în proprietățile structurale pentru a maximiza detectarea și îndepărtarea materialelor străine.
Imagistica hiperspectrală
Motivat de nevoia de a rezolva provocările de sortare imposibile până acum, se dezvoltă o nouă generație de sortatoare care prezintă sisteme de imagine multispectrale și hiperspectrale .
La fel ca camerele tricromatice, camerele multispectrale și hiperspectrale colectează date din spectrul electromagnetic. Spre deosebire de camerele tricromatice, care împart lumina în trei benzi, sistemele hiperspectrale pot împărți lumina în sute de benzi înguste pe un interval continuu care acoperă o porțiune vastă a spectrului electromagnetic. Comparativ cu cele trei puncte de date pe pixel colectate de camerele tricromatice, camerele hiperspectrale pot colecta sute de puncte de date pe pixel, care sunt combinate pentru a crea o semnătură spectrală unică (numită și o amprentă digitală) pentru fiecare obiect. Atunci când este completat de o inteligență software capabilă, un sortator hiperspectral procesează aceste amprente digitale pentru a permite sortarea compoziției chimice a produsului. Aceasta este o zonă emergentă a chimiometriei .
Inteligență bazată pe software
Odată ce senzorii captează răspunsul obiectului la sursa de energie, procesarea imaginii este utilizată pentru a manipula datele brute. Prelucrarea imaginii extrage și clasifică informații despre caracteristici specifice. Utilizatorul definește apoi pragurile de acceptare / respingere care sunt utilizate pentru a determina ce este bine și rău în fluxul de date brute. Arta și știința procesării imaginilor constă în dezvoltarea algoritmilor care maximizează eficiența sortatorului, în timp ce prezintă operatorului o interfață de utilizator simplă.
Recunoașterea bazată pe obiecte este un exemplu clasic de inteligență bazată pe software. Permite utilizatorului să definească un produs defect în funcție de locul unde se află un defect pe produs și / sau suprafața totală defectă a unui obiect. Oferă mai mult control în definirea unei game mai largi de produse defecte. Atunci când este utilizat pentru a controla sistemul de ejectare al sortatorului, poate îmbunătăți precizia ejectării produselor defecte. Acest lucru îmbunătățește calitatea produsului și crește randamentul.
Noi capacități bazate pe software sunt în mod constant dezvoltate pentru a răspunde nevoilor specifice diferitelor aplicații. Pe măsură ce hardware-ul de calcul devine mai puternic, devin posibile noi progrese bazate pe software. Unele dintre aceste progrese sporesc eficiența sortatorilor pentru a obține rezultate mai bune, în timp ce altele permit luarea unor decizii de sortare complet noi.
Platforme
Considerentele care determină platforma ideală pentru o aplicație specifică includ natura produsului - mare sau mic, umed sau uscat, fragil sau incasabil, rotund sau ușor de stabilizat - și obiectivele utilizatorului. În general, pot fi sortate produse mai mici decât un bob de orez și la fel de mari ca cartofii întregi. Produsele variază de la mai puțin de 2 tone metrice de produs pe oră la sortatoarele cu capacitate redusă la mai mult de 35 de tone metrice de produs pe oră la sortatoarele de mare capacitate.
Sortere canale
Cele mai simple sortatoare optice sunt sortatoarele de canale, un tip de sortare a culorilor care poate fi eficient pentru produsele mici, dure și uscate, cu o dimensiune și o formă consistente; precum orezul și semințele. Pentru aceste produse, sortatoarele de canale oferă o soluție accesibilă și ușurință în utilizare, cu o amprentă mică. Sortatoarele de canale au camere monocromatice sau color și elimină defectele și materialele străine pe baza diferențelor de culoare.
Pentru produsele care nu pot fi manipulate de un sortator de canale - cum ar fi produsele moi, umede sau neomogene - și pentru procesoarele care doresc un control mai mare asupra calității produsului lor, sortatoarele de cădere liberă (numite și sortatoare de cascadă sau gravitate), hrănitoarele, sortatoarele sau sortatoarele cu bandă sunt mai ideale. Aceste sortere mai sofisticate au adesea camere și / sau lasere avansate care, atunci când sunt completate de o inteligență software capabilă, detectează dimensiunea obiectelor, forma, culoarea, proprietățile structurale și compoziția chimică.
Dispozitive de sortare cu cădere liberă și hrănire cu jgheab
După cum sugerează și numele, sortatoarele cu cădere liberă inspectează produsul în aer în timpul căderii libere și sortatoarele alimentate cu jgheab stabilizează produsul pe jgheab înainte de inspecția în aer. Avantajele majore ale sortatoarelor cu cădere liberă și ale hranei în jgheab, în comparație cu sortatoarele cu bandă, sunt un preț mai mic și o întreținere mai mică. Aceste sortatoare sunt adesea cele mai potrivite pentru fructe cu coajă lemnoasă și fructe de pădure, precum și pentru fructe congelate și uscate, legume, benzi de cartofi și fructe de mare, pe lângă aplicațiile de reciclare a deșeurilor care necesită cantități de volum mediu.
Sortatoare de centuri
Platformele de sortare a centurilor sunt adesea preferate pentru aplicații cu capacitate mai mare, cum ar fi produsele din legume și cartofi, înainte de conservare, congelare sau uscare. Produsele sunt adesea stabilizate pe o bandă transportoare înainte de inspecție. Unele sortatoare de centuri inspectează produsele de deasupra centurii, în timp ce alte sortatoare trimit și produse de pe centură pentru o inspecție aeriană. Aceste sortatoare pot fi proiectate pentru a realiza triere tradiționale în două direcții sau triere în cazul în care sunt echipate două sisteme de ejector cu trei fluxuri de ieșire.
Sisteme ADR
Un al cincilea tip de platformă de sortare, numit un sistem automat de eliminare a defectelor (ADR), este specific pentru benzile de cartofi (cartofi prăjiți). Spre deosebire de alte sortatoare care evacuează produse cu defecte din linia de producție, sistemele ADR identifică defectele și tăie defectele de pe benzi. Combinația dintre un sistem ADR urmat de un nivelator mecanic de nubbin este un alt tip de sistem de sortare optică, deoarece folosește senzori optici pentru a identifica și a elimina defectele.
Sisteme de inspecție cu un singur fișier
Platformele descrise mai sus funcționează cu materiale în vrac; ceea ce înseamnă că nu au nevoie ca materialele să fie într-un singur fișier pentru a fi inspectate. În schimb, un al șaselea tip de platformă, utilizat în industria farmaceutică, este un sistem de inspecție optică cu un singur fișier. Aceste sortatoare sunt eficiente în îndepărtarea obiectelor străine pe baza diferențelor de mărime, formă și culoare. Nu sunt la fel de populare ca celelalte platforme din cauza eficienței scăzute.
Gredere mecanice
Pentru produsele care necesită sortare numai după mărime, se utilizează sisteme de clasificare mecanică, deoarece senzorii și software-ul de procesare a imaginii nu sunt necesare. Aceste sisteme de clasificare mecanică sunt uneori denumite sisteme de sortare, dar nu trebuie confundate cu sortatoarele optice care prezintă senzori și sisteme de procesare a imaginilor.
Utilizare practică
Deșeuri și reciclare
Mașinile de sortare optică pot fi utilizate pentru a identifica și arunca deșeurile de fabricație, cum ar fi metalele, gips-carton, cartonul și diverse materiale plastice. În industria metalelor, mașinile de sortare optică sunt folosite pentru a arunca materialele plastice, sticla, lemnul și alte metale care nu sunt necesare. Industria plasticului folosește mașini de sortare optică pentru a arunca nu numai diverse materiale precum cele enumerate, ci și diferite tipuri de materiale plastice. Mașinile de sortare optică aruncă diferite tipuri de materiale plastice distingând tipurile de rășină. Tipurile de rășini pe care le pot identifica mașinile de sortare optică sunt: HDPE, PVC, PLA, PE și altele.
Sortarea optică ajută și la reciclare, deoarece materialele aruncate sunt depozitate în coșuri. Odată ce un coș de gunoi este plin de un anumit material, acesta poate fi trimis la instalația de reciclare corespunzătoare. Capacitatea mașinilor de sortare optică de a distinge între tipurile de rășină ajută și la procesul de reciclare a materialelor plastice, deoarece există diferite metode utilizate pentru fiecare tip de plastic.
Mancare si bautura
În industria cafelei, mașinile optice de sortare sunt utilizate pentru a identifica și a elimina boabele de cafea subdezvoltate numite quakers; quakerii sunt fasole care conțin în principal carbohidrați și zaharuri. O calibrare mai precisă oferă un număr total mai mic de produse defecte. Unele companii de cafea precum Counter Culture folosesc aceste mașini în plus față de metodele de sortare preexistente pentru a crea o ceașcă de cafea cu gust mai bun. O limită este că cineva trebuie să programeze aceste mașini manual pentru a identifica produsele defecte.
Cu toate acestea, această știință nu se limitează la boabele de cafea; produsele alimentare, cum ar fi semințele de muștar, fructele, grâul și cânepa, pot fi prelucrate cu ajutorul mașinilor de sortare optică.
În procesul de fabricare a vinului, strugurii și fructele de pădure sunt sortate ca boabele de cafea. Sortarea strugurilor este utilizată pentru a se asigura că părțile necoapte / verzi ale plantei nu sunt implicate în procesul de vinificare. În trecut, sortarea manuală prin intermediul tabelelor de sortare a fost utilizată pentru a separa strugurii defecți de strugurii mai eficienți. Acum, recoltarea mecanică oferă o rată de eficacitate mai mare comparativ cu sortarea manuală. În diferite puncte ale liniei, materialele sunt sortate prin intermediul mai multor mașini de sortare optică. Fiecare mașină caută diverse materiale de diferite forme și dimensiuni.
Boabele sau strugurii pot fi apoi sortate corespunzător folosind o cameră, un laser sau o formă de tehnologie LED în ceea ce privește forma și forma fructului dat. Mașina de sortare aruncă apoi orice element inutil.
