Россия, г. Санкт-Петербург
ул. Политехническая, дом 22

+7 (812) 986-23-55 - отдел продаж

+7 (911) 841-97-80 - отдел сервиса

info@ekan.spb.ru

Новости

 

 

 

бесплатные пуско-наладочные работы для инфраскан

 

 

 

АСЭШ и мельница Борей

  

Cуть проблемы

Определение качества пшеницы в России производится согласно ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия». В этом документе указано, какие анализы и измерения необходимо провести для определения основного интегрального показателя качества пшеницы – ее класса. Оценка класса пшеницы занимает продолжительное время, так как значительная часть работы производится вручную  - определение типового состава, отмывание клейковины, определение стекловидности, оценка поврежденности вредителями и т.д. При этом в современных рыночных условиях продукция, как правило, многократно перепродается по пути от производителя к конечному потребителю, а каждая перепродажа требует оценки качества зерна. Данные факты увеличивают ценность инструментальных экспресс-методов определения качества пшеницы.

Р.Ю.Антонов, Инженер-исследователь ООО «ЭКАН»
Р.Ю.Антонов, Инженер-исследователь ООО «ЭКАН»

Р.Ю.Антонов, Инженер-исследователь ООО «ЭКАН»

Один из показателей качества пшеницы, требующих определения согласно ГОСТ Р 52554-2006 – стекловидность пшеницы. Процедура проведения анализа описана в ГОСТ 10987-76. Сам  метод сводится к визуальной оценке прозрачности зерен, просвеченных однородным световым потоком. Далее подсчитывается количество стекловидных (прозрачных), частично стекловидных (полупрозрачных), мучнистых (непрозрачных) зерен и вычисляется результат. То есть, лаборант вручную заполняет зернами специальную кассету с ячейками и устанавливает кассету в диафаноскоп, который представляет собой простой корпус с источником света внутри (рис. 1).

Рис. 1. Диафаноскоп ДС с кассетой

Затем лаборант через окуляр рассматривает каждое зерно на просвет и «на глаз» оценивает его прозрачность, попутно записывая промежуточные результаты. После оценки всех ста зерен вычисляется окончательный результат. Конечно, любой современный человек заметит архаичность такого подхода к измерениям и это неудивительно – данный ГОСТ был введен в действие 40 лет назад. Неприятный факт заключается и в том, что ссылка на этот метод 76-го года присутствует в современных технических условиях на пшеницу 2006 года. Ведь проблема метода состоит не только в моральном устаревании подхода, не только в том, что сейчас просто смешно вручную по записям на бумаге вычислять результат, основные проблемы метода в большой длительности анализа и крайней субъективности. Дело в том, что зрительное восприятие каждого человека уникально, каждый по-своему трактует словесные описания стекловидных, частично стекловидных и мучнистых зерен в ГОСТе. Кроме того, визуальные ощущения даже одного человека изменяются в зависимости от многих факторов, среди которых время суток, освещенность рабочего места, состояние здоровья, монотонность работы, усталость глаз, общая утомленность, погода и т.д. Существенную погрешность измерения вносит также использование различных источников света, используемых в диафаноскопах. Ситуация, когда вместо перегоревшей рекомендованной лампы накаливания устанавливается первая попавшаяся под руку встречается достаточно часто. Эти и многие другие факты привели нас к идее создания современного автоматического инструмента для определения стекловидности пшеницы.

В данный момент развитие массового производства фоточувствительных матриц и распространение персональных компьютеров позволяет создать устройство для получения цифрового изображения зерна с последующей программной оценкой его стекловидности. А с учетом использования массовой продукции электронной промышленности стало реальным обеспечить приемлемую стоимость изделия.

История создания диафаноскопа Янтарь

Рис. 2. Диафаноскоп «Янтарь»
Рис. 2. Диафаноскоп «Янтарь»

Рис. 2. Диафаноскоп «Янтарь»

В первую очередь следует отметить, что наш прибор (рис. 2) является программно-аппаратным решением, то есть его можно условно разделить на две части – корпус с источником питания, источником света, камерой, механизмом открывания и т.д. и программную часть, которая позволяет автоматизировать определение стекловидности и архивировать результаты. Аппаратная часть прибора выполняет ту же функцию, что и диафаноскоп ДС-1 – создает равномерный световой поток, просвечивающий зерно. В отличие от ДС-1 в диафаноскопе Янтарь вместо окуляра была установлена цифровая камера, которая передаёт изображение на компьютер для математического анализа. В качестве источника света мы применили светодиодную матрицу со временем наработки на отказ, в несколько десятков раз превышающим время наработки лампы накаливания. Разработанная оптическая схема прибора позволила анализировать всю пробу сразу, в отличие от ДС-1, где за один раз просвечивается 10 зерен (оператор вручную передвигает кассету для анализа всей пробы).

В первой версии программы была решена задача полностью повторить процедуру определения стекловидности ГОСТ 10987-76. Схема работы прибора при этом сводилась к следующим действиям:

Рис. 3. Выбор мучнистых и стекловидных зерен
Рис. 3. Выбор мучнистых и стекловидных зерен

Рис. 3. Выбор мучнистых и стекловидных зерен

  1. Заполнить кассету – аналог кассеты ДС-1 пробой зерна из 100 штук и поместить ее в прибор;
  2. На экране монитора выбрать все стекловидные, а затем все мучнистые зерна (рис. 3);
  3. Получить результат подсчета.

Данная программа не позволяла получить серьезного ускорения процесса измерения, зато обеспечила комфорт человеку. Во-первых, оператор видит всю пробу (100 зерен) сразу и не отвлекается на запись и подсчет промежуточных результатов. Во-вторых, программа позволяет автоматически вычислять результаты и вести архив измерений, сохраняя значения стекловидности и соответствующие изображения проб зерна.

Следующим этапом стало математическое описание стекловидности пшеницы. Для этого была получена оценка стекловидности более 1000 отдельных зерен. Данная выборка была просвечена и сфотографирована, в результате получились соответствия вида «Оценка стекловидности – Цифровое изображение зерна». По этим данным было построено уравнение линейной регрессии, с помощью которого, имея цифровое изображение, можно отнести зерно к стекловидным, частично стекловидным или мучнистым. Программная реализация этой оценки стала основной ключевой особенностью электронного диафаноскопа «Янтарь» и с данного момента можно было говорить о появлении экспресс-метода оценки стекловидности пшеницы. Такой подход к оценке давал отличные результаты на однотипных зернах, но для анализа проб пшеницы разных сортов требовалось постоянное корректирование уравнения регрессии, поэтому в рамках следующей версии программы был реализован алгоритм оценки стекловидности по эталонам. Дело в том, что в разных регионах при оценке разных сортов пшеницы существуют свои устоявшиеся представления о данном показателе. Отсутствие единых эталонов для определения стекловидности является еще одной проблемой существующего ГОСТа, причем ее можно было решить еще в 70-е годы, привязав показатель стекловидности к одной из стандартных шкал цвета. На мой взгляд, оправдано было бы применение йодной шкалы, либо шкалы цветности Ловибонда. Обе шкалы с успехом применяются для определения цветности масла, меда, пива и т.д. Но в нашем случае, при отсутствии единых эталонов, было принято решение находить эталоны в каждой пробе при каждом измерении. Схема работы прибора была следующей:

Рис. 4. Пример выбранных эталонов
Рис. 4. Пример выбранных эталонов

Рис. 4. Пример выбранных эталонов

  1. Заполнить кассету пробой зерна из 100 штук и поместить ее в прибор;
  2. На экране монитора выбрать эталоны стекловидного, частично стекловидного и мучнистого зерен (рис. 4);
  3. Получить результат оценки.

Таким образом, метод позволил в разы сократить время анализа и повысить его объективность, так как большая часть рутинной работы перешла к алгоритму оценки.

В дальнейшем был замечен еще один устранимый недостаток ДС-1 – кассета с фиксированным размером ячеек. Для заполнения такой кассеты требуется довольно много времени, особенно если зерна по размеру и форме отличаются от стандартных. Однако, если вспомнить основное назначение такой кассеты – расположение ста зерен в десять рядов, то можно сделать вывод – при использовании алгоритма оценки стекловидности по эталонам и фотографировании всей пробы за один раз, можно отказаться от ячеек.

Рис. 5. Выбор случайных зерен
Рис. 5. Выбор случайных зерен

Рис. 5. Выбор случайных зерен

Поэтому была разработана кассета без ячеек, которая исключала процедуру раскладки зерна. Новая кассета имеет плоское прозрачное дно и позволяет засыпать порядка четырех сотен зерен. При этом выбор зерен осуществляет программная часть диафаноскопа. В остальном порядок работы не изменился – оператор выбирает три эталонных зерна, программа выбирает остальные 97 - случайным образом (рис. 5), оценивает их стекловидность и выдает результат.

Перечисленный комплекс мер по автоматизации анализа стекловидности пшеницы позволил проводить измерения менее чем за минуту, автоматически архивировать результаты анализа и исходные данные, а также повысить объективность определения стекловидности.

Опыт использования диафаноскопа Янтарь

Апробация диафаноскопа проводилась на таких крупных предприятиях как ФГБУ «Центр оценки качества зерна» в г. Казань (рис. 6), ГУП «Продовольственный фонд» (ОАО «Невская мельница»). Особое содействие в совершенствовании программного обеспечения прибора оказали сотрудники ФГБУ НИИПХ Росрезерва. Диафаноскоп вызвал интерес не только в России, но и Казахстане и Беларуси. Разработанный прибор неоднократно представлялся на выставках и научно-практических семинарах, в том числе «KazAgro-2015», «Зернохранилища-2015», «Оценка качества и безопасности зерна и продуктов его переработки», «Зерно-комбикорма-ветеринария-2015» и удостаивался наград.

В ходе работы по созданию, совершенствованию, внедрению диафаноскопа была доказана практическая возможность автоматизации визуальной оценки стекловидности, были выделены слабые места существующих стандартов, получен серьезный опыт в использовании современных достижений в областях электроники, оптики, вычислительной техники. Но главный итог деятельности в том, что многие люди положительно оценили данный подход к анализу, некоторые структуры уже внедрили его (среди них ФГБУ «Россельхозцентр», ФГБУ «Центр оценки качества зерна», ОАО «Казаньзернопродукт» и т.д.) и улучшили свою производительность. Положительные результаты проведённых исследований, доведённые до приборной реализации в диафаноскопе ЯНТАРЬ, открыли для нас новое направление в разработке не имеющих аналогов современных приборов, которое мы назвали оптико-компьютерной диагностикой.

В настоящее время в нашей фирме ведутся работы по созданию приборов для анализа других показателей качества зерна.