KAMIKA Instruments PUBLIKACJE

KAMIKA Instruments
PUBLIKACJE
TYTUŁ
Pomiar wymiarów i automatyczna analiza kształtów ziaren zbóż
AUTORZY
Stanisław Kamiński, Dorota Kamińska, KAMIKA Instruments
DZIEDZINA
Energetyka, Pomiar kształtu nasion
PRZYRZĄD
AWK 3D
SŁOWA KLUCZOWE
Ziarna, kształt nasion, pomiar 3D, pomiar nasion
ŹRÓDŁO
Konferencja: Rośliny energetyczne – hodowla, uprawa i wykorzystanie, Ostoja, wrzesień 2013
ABSTRAKT
Dla szybkiego automatycznego pomiaru wymiarów i kształtu ziarna można je mierzyć w
czasie swobodnego spadania ziarna przez dwukierunkowe pole pomiarowe. W czasie
spadania przekrój ziarna może być wielokrotnie mierzony z częstotliwością 500 kHz. Ilość
pomiarów przy częstotliwości skanowania 500kHz umożliwia określenie trzeciego
wymiaru. Spadające ziarno musi być odpowiednio usytuowane w przestrzeni pomiarowej,
tak żeby jego ruch odbywał się wzdłuż jego najdłuższej osi. Taki ruch ziarna umożliwia
specjalna, paraboliczna, drgająca rynna. Kształt ziarna jest obrabiany cyfrowo z
rozdzielczością 128 bitów, w każdym z trzech kierunków, co daje możliwości analizy
ponad 2 milionów różnych kształtów ziaren. Wyniki pomiarów różnych zbóż można ze sobą
porównać.
17/02/2016
KAMIKA Instruments
ul. Kocjana 15, Strawczyńska 16,
PL 01-473 Warszawa
tel/ fax +48 22 666 85 68, +48 22 666 93 32
[email protected]
www.kamika.pl
POMIAR WYMIARÓW I AUTOMATYCZNA
KSZTAŁTÓW ZIAREN ZBÓŻ
ANALIZA
Dotychczas używane "Kopciuszki" jako liczniki ziaren dobrze spełniały swoją rolę, ale
żeby się czegoś więcej dowiedzieć o kształcie ziaren, to należałoby je wsypać do
jakiegoś naczynia, zalać żywicą i wykonać przekrój dla pomiaru kształtu ziaren. Innym
sposobem jest fotografia rozsypanych ziaren, z której można odczytać tylko dwa
wymiary. Są to bardzo żmudne i wolne sposoby oceny ziaren.
Są jeszcze inne optyczne i komputerowe metody wykorzystujące polowy skaner 3D,
gdzie w skomplikowany sposób trzeba przetwarzać "chmurę punktów pomiarowych" na
kształt ziarna.
Obecnie opracowano przyrząd AWK 3D, przedstawiony na Rys. 1, który spełnia
wymagania co do wszechstronności, precyzji i szybkości pomiaru ziaren zbóż.
Dla opracowania przyrządu wykorzystano optyczno - elektroniczną metodę pomiaru oraz
sposób usytuowania ziarna poruszającego się przez przestrzeń pomiarową układu
optycznego.
Rys. 1 Analizator AWK 3D
W tym celu należało ruch ziaren wydobywających się z lejkowatego pojemnika
uporządkować w specjalnie drgającej rynnie, tak żeby ziarna spadały w przestrzeń
pomiarową pojedynczo i pionowo wzdłuż swojej najdłuższej osi, jak to jest
przedstawione na Rys. 2.
K A M I K A Instruments
Jakość potwierdzona certyfikatem ISO 9001
Pomiar granulacji surowców w mineralurgii przy użyciu nowoczesnych
elektronicznych urządzeń pomiarowych
Strona: 2
Rys. 2 Rynna analizatora AWK 3D
Szybkość poruszania sie ziaren wzdłuż rynny jest stymulowana intensywnością drgań
rynny. Prędkość początkowa ziaren na wysokości h jest do zaniedbania, natomiast odkąd
ziarno traci kontakt z rynną następuje spadania swobodne i ziarno do płaszczyzny
pomiarowej uzyskuje pozycję pionową. Jednoznacznie określona prędkość ziarna w
płaszczyźnie pomiaru V=(2gh)-1/2 pozwala określić długość ziarna przez ilość skanowań z
częstotliwością 500 kHz (500 000 razy na sek.)
Poprzeczny przekrój ziarna mierzy się wielokrotnie w czasie pionowego spadania przy
pomocy układu pomiarowego przedstawionego na Rys. 3
Rys. 3 Układ do pomiaru poprzecznych przekrojów ziarna
K A M I K A Instruments
Jakość potwierdzona certyfikatem ISO 9001
Pomiar granulacji surowców w mineralurgii przy użyciu nowoczesnych
elektronicznych urządzeń pomiarowych
Strona: 3
W analizatorze AWK 3D stworzona jest płaszczyzna optyczna (przestrzeń pomiarowa),
wspólna dla dwóch jednakowych przetworników optycznych usytuowanych do siebie
prostopadle (Rys. 3). Przy pomocy takich przetworników można uzyskać ciąg wyników
opisujących profile powierzchni poruszającego się ziarna z dwóch kierunków i jednakową
długość tych profili w trzecim kierunku.
Przetwornik optyczny (Rys. 3) składa się z promiennika [1] oświetlającego układ
optyczny [2], który formuje równoległą wiązkę promieniowania [3] o grubości kilkuset
m. Układ optyczny [4] skupia promieniowanie wiązki [3] na fotoelemencie [5].
Przestrzeń pomiarowa zawarta jest pomiędzy układem optycznym [2] i [4]. Jeżeli przez
przestrzeń pomiarową spadnie ziarno, to spowoduje ono rozproszenie promieniowania i
zmianę natężenia prądu płynącego przez fotoelement. Zmiana natężenia będzie
proporcjonalna do wymiaru spadającego elementu.
Trzy wymiary każdego ziarna są zapisywane w matrycy, np. 126 3, co równe jest ponad
dwóm milionom różnych kombinacji wymiarów. Ponadto profil każdego ziarna jest
analizowany w czasie rzeczywistym, co daje precyzyjną informację o objętości i
kształcie ziarna.
Powierzchnia pomiarowa analizatora AWK 3D może być dowolnie duża. Ze względów
praktycznych ograniczono ją do wymiarów 40x40 mm, w której można zmierzyć ziarna o
maksymalnej wielkości około 30 mm.
Do syntetycznej analizy kształtu ziaren można wykorzystać klasyfikację Zingga, która
umożliwia podzielenie ziaren na kuliste - kubiczne, spłaszczone - dyskowate, wydłużone
- walcowate i o ostrych wydłużonych kształtach, tzw. Klingach. Można zmiennie i
bardziej precyzyjne określać kształt ziaren czy małych owoców, jako elipsoidalne,
dyskoidalne.
idealna kula
DYSKI
KLINGI
KULE
WALCE
Rys. 4 Diagram pokazujący klasyfikację Zingga
Na Rys. 4 przedstawiono klasyfikację według ZIngga, przy czym granicę kształtów do
klasyfikacji można ustalać dosyć swobodnie, tutaj zostały określone na 0,67 wymiaru
minimalnego do średniego i wymiaru średniego do maksymalnego czyli długości ziarna.
Zdefiniowane w tych proporcjach kształty zajmują oddzielne pola na Rys. 4.
K A M I K A Instruments
Jakość potwierdzona certyfikatem ISO 9001
Pomiar granulacji surowców w mineralurgii przy użyciu nowoczesnych
elektronicznych urządzeń pomiarowych
Strona: 4
Rys. 5 Pomiar pszenicy z wieloma pokruszonymi ziarnami
K A M I K A Instruments
Jakość potwierdzona certyfikatem ISO 9001
Pomiar granulacji surowców w mineralurgii przy użyciu nowoczesnych
elektronicznych urządzeń pomiarowych
Strona: 5
Rys. 6 Pomiar selekcjonowanej pszenicy
K A M I K A Instruments
Jakość potwierdzona certyfikatem ISO 9001
Pomiar granulacji surowców w mineralurgii przy użyciu nowoczesnych
elektronicznych urządzeń pomiarowych
Strona: 6
Zgodnie z powyższymi definicjami można określić zbiór ziaren zbóż przedstawiony na
Rys. 5, gdzie pomierzono pszenicę z wieloma pokruszonymi ziarnami. Pokruszone ziarna
widoczne są w postaci niskich, ciemnoniebieskich słupków na diagramie. Po usunięciu
większości zniszczonych ziaren, pomiar tego samego zbioru ziaren, widoczny na Rys. 6,
jest bardziej skupiony. Oprócz diagramu program umożliwia uzyskanie wyniku w postaci
analizy sitowej oraz rozkładu procentowego kształtu ziaren.
Rys. 7 Zeskanowane ziarno pszenicy
Ze względu na wielokrotne skanowanie pojedynczych ziaren, można zarejestrować w
pamięci komputera kształt ziarna, co jest przedstawione na Rys. 7. Górna linia na Rys. 7
określa wynikowy przekrój widziany z jednego kierunku, a dolna z kierunku
prostopadłego. Długość ziarna określa się przez ilość zliczeń. Takiego dokładnego
pomiaru ziarna nie potrafi wykonać żaden inny przyrząd.
Literatura:
1. Kamiński S., Kamińska D., 2007. Porównanie optyczno-elektronicznych metod
pomiaru granulacji. Aparatura Badawcza i dydaktyczna, XII, 2-3, Warszawa, 85-93.
2. Kamiński S., Kamińska D., Trzciński J., Automatyczna analiza wielkości i kształtu
ziaren 3D z zastosowaniem analizatorów optyczno-elektronicznych, Materiały
konferencyjne. 11th Baltic Sea Geotechnical Conference 2008. Gdańsk s. 6.
3. Kamiński S., Trzciński J., 2008. Optyczno-elektroniczny sposób określania składu
granulometrycznego gruntów i możliwości zastosowania w geologii inżynierskiej.
Geologia Geologia 34/4 (2008), 623-632, Akademia Górniczo-Hutnicza.
4. Zingg T., 1935. Beitrag zur Schotteranalyse. Mineralogische und Petrologische
Mitteilungen 15, 39-140.
K A M I K A Instruments
Jakość potwierdzona certyfikatem ISO 9001
Pomiar granulacji surowców w mineralurgii przy użyciu nowoczesnych
elektronicznych urządzeń pomiarowych
Strona: 7