Materiały sypkie, Opinie i komentarze, Rozwiązania dla przemysłu, Technika i przemysł

Segregacja, RGB i LED-y, czyli sortowniki optyczne pomagają nie tylko w przetwórstwie

Rys. 1. Wysokorozdzielcza kamera RGB sortownika

Przemysław Mirek | SERAFIN P.U.H.

W ostatnich latach zastosowanie sortowników optycznych zyskuje na popularności nie tylko w zakładach przetwórstwa spożywczego czy zakładach nasiennych, ale także w średnich i dużych gospodarstwach rolnych. Procesy czyszczenia i sortowania to niezbędne etapy produkcji nasiennej i spożywczej – dzięki nim można uzyskać nasiona gatunku podstawowego o zagwarantowanej jakości końcowej wymaganej przez określone normy (w zależności od przeznaczenia i kierunku użytkowania).

Po zbiorach uzyskane ziarno nie zawsze jest należycie domłócone i oczyszczone przez kombajn zbożowy, dlatego konieczne jest usunięcie połamanych i porośniętych ziaren, nasion obcych, sporyszu i innych zanieczyszczeń. Wykorzystuje się do tego różne metody segregacji produktu. Maszyny temu służące można podzielić na separatory powietrzne, sitowe, grawitacyjne oraz optyczne. Te ostatnie wykorzystuje się wszędzie tam, gdzie nie ma możliwości oddzielenia ziaren o tym samym rozmiarze, ciężarze właściwym, ale różnym kolorze. Maszyny te przydają się również wtedy, gdy konieczne jest odseparowanie granulek o jednakowej wielkości, lecz różniących się kształtem lub barwą.

Sortowanie jest niezbędne

Proces obróbki ziarna można podzielić na poszczególne etapy. Są nimi: transport, suszenie, obróbka, sortowanie i magazynowanie lub przemiał. Dla każdego z tych procesów mamy dostępnych bardzo wielu producentów maszyn i urządzeń, które pozwalają na zaawansowane rozwiązania techniczne. Nie inaczej jest w przypadku sortowania.

Sortowanie to podział produktu na frakcje, z kolei sortowanie optyczne to proces rozdzielania nasion z wykorzystaniem sensorów światła lub kamer. Jeszcze w połowie XX wieku proces ten przebiegał jedynie dzięki ludzkim oczom, ale było to rozwiązanie niewydajne i zupełnie niedostosowane do potrzeb ówczesnego przemysłu przetwórczego.

Proces sortowania odbywał się dawniej na zasadzie ręcznego wybierania zanieczyszczeń z nasion przemieszczających się na taśmie sortowniczej. Wymagało to sporo miejsca, zatrudnienia od kilku do kilkunastu osób, w zależności od zapotrzebowania na wydajność, oraz bardzo dużo czasu. Słowem, proces ten był wysoce nieefektywny. Dzisiejsza technologia wyszła naprzeciw i daje sposobność usprawnienia i przyspieszenia pracy. Jeden sortownik optyczny pozwala na zastąpienie grupy pracowników i kilkukrotne zwiększenie wydajności procesu.

Przykładowo po zbiorach fasoli nie każde z ziaren nadaje się do dalszego przetwarzania, często pozostaje odsetek nasion zepsutych, chorych, uszkodzonych, zdeformowanych czy popękanych. Nie można ich dalej przetwarzać bez wcześniejszego przesortowania i odseparowania zanieczyszczeń. Podobnie jest z orzechami czy migdałami, w wypadku których bardzo trudno jest oddzielić łupiny. Tutaj także ręczne sortowanie jest zwyczajnie nieopłacalne, zastosowanie sortownika upraszcza wykonywane czynności.

Mechanizm sortowania

Obecnie większość sortowników bazuje na technologii RGB, przez co posiadają one najwyższej jakości kamerę pełnokolorową zamiast filtrów optycznych.

– Nowoczesne kamery trójodcieniowe z pełnym zakresem kolorów mogą obserwować barwy z porównywalnym zakresem jak ludzkie oko – mówi inż. Daniel Lipiński z firmy Serafin Maszyny, jedynego dystrybutora sortowników optycznych firmy SATAKE® na Polskę.

– Praca sortownika składa się z dwóch etapów. Pierwszym z nich jest wykonanie próby na ziarnie bądź produkcie sypkim. Następnie – przeanalizowanie surowca pod kątem zanieczyszczeń, tj. koloru, kształtu i wielkości. Na tym etapie to użytkownik decyduje, które elementy mają zostać usunięte, a które nadają się do obróbki. To operator wybiera, czy sortowanie przebiega według koloru, kształtu, czy obu tych czynników jednocześnie. Po próbie testowej i ustaleniu parametrów następuje właściwe sortowanie – kontynuuje.

Ziarno zasypywane jest do zbiornika buforowego, z którego spada do rynny zsypowej. Mechanizmy podające mogą się od siebie różnić ze względu na ich dobór w zależności od wybranego produktu. Zsyp ma za zadanie ograniczyć do minimum grubość spadającej warstwy, dzięki czemu możliwe jest jej efektywne posortowanie.

– Następnie warstwa ta trafia w przestrzeń o wysokim natężeniu oświetlenia, w której z obu stron umiejscowione są wysokiej rozdzielczości kamery. Produkt jest bardzo dokładnie skanowany, a obraz przesyłany jest do komputera. Następnie sterownik wyszukuje na obrazach podanych wcześniej parametrów i na tej podstawie wysyła sygnał do wyrzutników pneumatycznych – mówi inż. Lipiński.

– Uaktywniają się one w momencie przelotu surowca lub zanieczyszczania na wysokości dyszy i usuwają te elementy, które nie pasują do pierwotnie wybranych danych. Wyrzutnik „strzelając” powietrzem, powoduje wybicie zanieczyszczenia z trajektorii lotu i umieszcza je w rynnie na odpady, podczas gdy odpowiednie nasiona wpadają do drugiej, właściwej rynny – wyjaśnia.

Rys. 2. Wnętrze sortownika SATAKE – układ wyrzutników pneumatycznych

Nie tylko nasiona

Takie procesy znane są nie tylko w przemyśle rolniczym, czyli w zakładach nasiennych, wśród producentów materiału siewnego, producentów pasz i żywności. Sortowniki można stosować także w wytwórniach i zakładach przetwórstwa polimerów, sortowniach śmieci czy przy hodowli kwiatów. Używane są również w przemyśle młynarskim przy sortowaniu plastiku, szkła i biomasy.

Sortowniki optyczne przeszły od 1951 roku długą drogę ewolucji. Pierwszy sortownik pełnokolorowy wyprodukowała firma SATAKE®, której korzenie sięgają 1931 roku. Pierwsze modele dwukolorowe swoje początki mają w Idaho (USA), gdzie zastosowano je do sortowania grochu, a następnie ziaren kawy.

W latach 70. ubiegłego wieku zapoczątkowano w pełni automatyczne sortowanie ryżu, migdałów, orzechów i niektórych owoców cytrusowych. Jednak prawdziwa rewolucja w budowie sortowników przyszła na początku lat 90. – zastosowano sortowniki z wysokorozdzielczymi kamerami CCD oraz wersje na podczerwień. Kolejnymi krokami było poszerzenie produkcji o sortery UV, a także – wykorzystywane przez SATAKE® – Evolution RGB, czyli pełnokolorową maszynę sortującą wykorzystującą 16 milionów kolorów, kamery wysokiej rozdzielczości i długotrwałe oświetlenie LED.

Dziś na rynku dostępne są urządzenia do separowania praktycznie każdego lekkiego rodzaju materiału sypkiego: pelety, zrębki, skrawki plastikowe, ziarna kawy, płatki owsiane, groch, soja, soczewica czy nasiona roślin strączkowych to tylko przykłady zastosowania tych urządzeń.

Technologia sortowników optycznych rozwija się od lat i idzie w stronę zwiększenia jakości sortowania przy minimalizacji wkładu ze strony operatorów. Ma to szczególnie duże znaczenie w wielu branżach produkcyjnych wyrobów spożywczych i przemysłowych, ponieważ pozwala na odzyskiwanie surowca z partii odpadów.

– Zorientowanie na recykling mają dwie główne japońskie firmy samochodowe – Mazda i Nissan, które już od 2003 roku wykorzystują maszyny marki SATAKE® do sortowania odpadów z różnego rodzaju metali i tworzyw sztucznych – mówi inż. Lipiński.

Innym obszarem, w którym wzrasta popyt na sortowniki optyczne, jest przemysł młynarski – ciągle zachodzi w nim potrzeba coraz większej mechatronizacji. Ważnym urządzeniem w tej branży jest urządzenie wykrywające ziarna uszkodzone i porażone fuzariozą. Rynek stale się rozwija i usprawnia swoje urządzenia, by skutecznie sortować nasiona także o różnej zawartości białka. Rozwój technologii będzie miał miejsce wszędzie tam, gdzie klienci przedstawią swoje wymagania.

Sortowanie optyczne to wiele zastosowań przynoszących ogrom korzyści. Wykorzystanie nowoczesnego sortownika przy przetwarzaniu ziarna czy materiału sypkiego daje swobodę pracy. Operator programuje urządzenie na ekranie dotykowym, co gwarantuje przejrzystość danych, szybkość w zmienianiu parametrów pracy oraz łatwość obsługi. Urządzenia posiadają integralne systemy odpylania, są łatwe w czyszczeniu i konserwacji, zajmują mało miejsca na hali produkcyjnej i są wysoce mobilne. Kamery RGB z pełnym zakresem kolorów, system Smart Sensitivity (3S) oraz 3 opcje zsypu umożliwiają ustalenie wydajności pracy. Do uruchomienia potrzebne jest jedynie podłączenie do sieci elektrycznej oraz instalacji sprężonego powietrza lub kompresora.