Фотосепараторы NIR, INGAAS, X-RAY

СОРТИРОВКА В НЕВИДИМОМ СПЕКТРЕ

Работа фотосепаратора основана на использовании фотоэлементов. Изначально применялись сенсоры, затем монохромные камеры, дальше по мере развития индустрии промышленных высокоскоростных камер, стали применятся цветные RGB-камеры (RGB – от названия цветов: red – красный, green– зеленый, blue – синий, из этих трех цветов состоят все другие цвета спектра).

Качество сортировки на современных цветных камерах не оставляет вопросов. Однако бывают ситуации, когда сортировать нужно продукты, одинаковые или очень близкие по цвету. Например, нужно отделить шелушенный овес от нешелушенного – по цвету они практически неразличимы.

На помощь приходят камеры, работающие с невидимым человеческому глазу световым излучением: инфракрасным и рентгеновским. Такие аппараты позволяют сортировать продукт не столько по цвету, сколько по структуре и характеристикам материала.

С точки зрения физики, цвет – это волны электромагнитного излучения разной длины. Человеческий глаз воспринимает волны длиной от 400 до 700 нм. Это видимый цветовой диапазон. Волны бОльшей длины относятся к инфракрасному спектру, меньшей – к ультрафиолетовому и рентгеновскому. Наглядно можно показать так:

Камеры фотосепаратора улавливают волны света, лежащие за пределам видимого спектра. Фотосепараторы с NIR и InGaAs-камерами «видят» в инфракрасном диапазоне, X-ray-фотосепараторы работают с рентгеновским излучением.

Давайте разберемся, какие задачи могут решать эти машины.

ФОТОСЕПАРАТОРЫ С ИНФРАКРАСНЫМИ КАМЕРАМИ

Инфракрасный диапазон подразделяется на несколько сегментов в зависимости от длины волны:

NIR-камеры фотосепараторов действуют в ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны порядка 800–1000 нм). Самая обычная камера уже является NIR-камерой за счет строения матрицы. Чтобы изображение получилось таким, как его видит человек, в обычных цветных камерах используется фильтр, отсекающий инфракрасное излучение.

Для того чтобы обычная цветная камера превратилась в NIR-камеру, достаточно иметь фильтр, отсекающий, наоборот, видимое излучение, а также установить NIR-подсветку. Такую камеру можно смело называть NIR-камерой, она будет видеть излучение с длиной волны до 1000 нм.

Такие технические решения уже давно применяются в производстве фотосепараторов. В комплектацию аппарата помимо двух обычных цветных добавляются две NIR-камеры.

Например, фотосепараторы с NIR-камерами используются для сортировки риса. Посмотрите на рисунок ниже.

На левой картинке мы видим фото риса с примесями пластика и камней, схожими по цвету с самим рисом. Если сортировать в видимом спектре, то мы не сможем удалить такие примеси. А если сортировать в невидимом NIR-спектре (фото справа), то рис становится темным, а камни и пластик - светлыми.

Такая же картина с зернами кофе и схожими по цвету камешками. На фото слева камешки совершенно неотличимы от кофе. На фото справа, в ИК спектре, камни оказываются темнее кофейных зерен и могут быть отсортированы.

В отличие от NIR-съемки, съемка в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR) требует особых оптических компонентов. Типичными сенсорами, используемыми при обычной съемке в SWIR-диапазоне, являются сенсоры на основе соединения арсенид индия-галлия (InGaAs). Эти камеры способны захватывать область от 550 nm и до 2.5 μm.

InGaAs-камеры эффективны там, где использование приборов видимого излучения осложнено или невозможно:

• водяной пар, туман и такие вещества, как силикон – все они прозрачны для SWIR-волн;
• цвета, которые являются практически идентичными в видимом диапазоне, легко различаются в диапазоне SWIR.

Фотосепараторы с InGaAs-камерами могут использоваться для:

• определения однородности или степени увлажненности покрытий основного материала;
• определения уровня наполненности сквозь непрозрачный материал контейнера;
• выявления порченных или гнилых фруктов;
• определение относительного содержания влаги в растениях.

Зоны с большим содержанием жидкости на снимках выглядят темнее. Посмотрите, например, как испорченное яблоко видит человеческий глаз (слева) и камера SWIR (справа).

А вот другие примеры:

Фотосепараторы с InGaAs-камерами используются, например, при сортировке грецкого ореха. Цветные и NIR-камеры не видят различие ядра и скорлупы, они совершенно одинаковы. InGaAs-камеры легко справляются с этой задачей, потому что длины волны достаточно, чтобы увидеть различие ядра и скорлупы. Также InGaAs-камеры применяются при сортировке овса, шелушенного и не шелушенного. В видимом спектре оболочка овса абсолютно одинакова по цвету с зерновкой. При помощи SWIR-камер эта проблема решается достаточно легко.

Итак, фотосепараторы с InGaAs-камерами позволяют решить задачи сортировки, если сортируемые продукты одинаковые визуально, но различаются по структуре или внутреннему содержанию.

РЕНТГЕН-ДЕТЕКТОРЫ

Сегодня помимо RGB, NIR и InGaAs-камер для сортировки продуктов применяют также X-Ray детекторы, имеющие дело с рентгеновским излучением.

Такие детекторы, например, применяются в пищевой промышленности. Наличие камней, стекла, металла, резины, совершенно не допускаются в любых пищевых продуктах. Поэтому для инспекции готовых продуктов и применяют рентген-детекторы, способные распознать негодный продукт, даже если внешне он неотличим от годного. Рентген-сканеры производят сортировку уже не по цвету, а по структуре продукта, отделяя различные примеси и испорченный продукт. Кроме того, благодаря свойствам рентгеновских лучей, инспекцию может проходить уже упакованный продукт. Например, замороженные овощи в пластиковых пакетах, консервы или пищевые продукты в стеклянных банках.

При выборе оборудования нужно понимать, какие камеры вам необходимы. А для этого сначала важно определиться с задачами. Если вам достаточно просто отсортировать продукт по цвету, с этим легко справятся обычные цветные камеры. Камни, стекло, пластик, резина и другие примеси, отличные по цвету от годного продукта, цветной фотосепаратор с RGB-камерами легко удалит из годного продукта.

Если вы хотите добиться безупречного качества продукта, и удалить одинаковые с продуктом по цвету примеси, то потребуются X-ray, NIR или InGaAs-камеры. Выбрать тот или иной вариант придется индивидуально: в зависимости от типа засорителя.

Обратитесь в компанию «Юнисорт», чтобы подобрать фотосепаратор для решения именно вашей задачи. Наши инженеры и менеджеры проанализируют исходный продукт, проведут тестовую сортировку и подскажут, какой аппарат справится с поставленной задачей лучше всего.