U industrijskim postrojenjima i pogonima za reciklažu javlja se potreba za sortiranje stakla na osnovu boje. Ovaj posao može obavljati čovek koji bi na osnovu svojih čulnih iskustava odlučivao koja je boja i šta raditi sa flašom određene boje. Adekvatna zamena čoveku bio bi uređaj koji bi vršio selekciju i sortiranje flaša na osnovu boje. U daljem radu mozete videti neke od ideja za realizaciju ovakvog uređaja.
Uređaj treba da, u zavisnosti od boje stakla, senzorom, pretvara neku fizičku veličinu (svetlost) u električnu (struju ili napon). Taj signal se vodi na ulaz upravljačke jedinice koja ga obrađuje i na osnovu njega upravlja svojim izlazima koji aktiviraju aktuatore, kojima se vrši sortiranje.
Na slici 1. prikazana je blok šema uređaja koji se sastoji od centralne upravljačke jedinice koja ima mogućnost za povezivanje više ulaznih i više izlaznih jedinica i mogućnost povezivanja sa računarom. Najvažniji deo kod rešavanja ovog projekta je pronaći odgovarajuće ulazne jedinice odnosno senzore kojima ćemo dobijati informacije o boji.
Prvi način realizacije je detekcija boje refleksijom svetlosti o površinu flaše (Slika 2). Na prvi pogled ova ideja bi trebala da da dobro rešenje, ali bi rezultati zavisili u mnogome od oblika površine stakla, hrapavosti, raznih neravnina i spojeva što ujedno predstavlja osnovnu manu ovog načina detekcije.
Slika 2. Detekcija boje flaše analizom reflektovanih svetlosnih zraka.
Drugi način realizacije je prosvetljavanje flaše (Slika 3), kojim se prevazilaze neki problemi iz prvog načina. U prvom slučaju bi se prijemnik nalazio sa iste strane kao i predajnik. Kod drugog načina merenja flaša bi prolazila između predajnika i prijemnika koji su postavljeni jedan naspram drugog.
Slika 3. Detekcija boje flaše prosvetljavanjem flaše.
Informaciju o boji flaše koja se trenutno nalazi u sistemu dobijamo korišćenjem optičkih senzora. Senzorska jedinica se može podeliti na predajnički i prijemnički deo.
Predajnik
Realizacija predajnika zavisi i od realzacije prijemnika. Za potrebe prepoznavanja boje potrebno je koristiti izvore svetlosti koji emituje zračenje u vidljivom delu spektra. U obzir dolaze sijalice ili svetleće diode, a otpada infracrvena dioda jer na osnovu nje ne možemo dobiti informacije o boji. Korišćenjem sijalice dobijamo pun spektar svetlosti, ali bismo morali postaviti više prijemnika koji bi na sebe dobijali svetlost propuštenu kroz filter različitih boja (Slika 4).
Slika 4. Šema sistema kod kog se kroz flašu pušta svetlost samo jedne (bele) boje
Kod korišćenja svetlećih dioda različitih svetlosti koje daju uži deo spektra vidljive svetlosti ne bismo morali koristiti filtre. Ukoliko bi se svetleće diode palile naizmenično tj. ako bi na prijemnik dolazio svetlosni signal svake svetleće diode posebno (Slika 5).
Slika 5. Šema sistema kod kog se kroz flašu pušta svetlost sa tri izvora, različitih boja, koji se primaju na jednom prijemniku.
Ako bi svetleće diode bile uključene istovremeno tada bi korišćenje filtera bilo neizbežno, a takođe korišćenje više prijemnika (Slika 6). Takođe moguće rešenje je korišćenjem bele svetleće diode, u ovom slučaju će se do informacije o boji stakla dolazi na osnovu intenziteta svetlosti koju propušta određena boja stakla.
Slika 6. Šema sistema kod kog se kroz flašu pušta svetlost sa tri izvora, različitih boja, koji se primaju na tri prijemnika.
Ukoliko dolazi do rasipanja svetlosti neizbežno je koristiti optiku kojom bi usmeravali svetlosni signal od predajnika ka prijemniku (Slika 7).
Slika 7. Sočiva namenjena usmeravanju svetlosti.
Zbog mogućih neravnina koje se mogu naći na flaši u slučaju korišćenja jedne svetleće diode potrebno je usmeriti svetlosni snop koji će delom zaobići tu neravninu, a može se koristiti i više predajnika (slika 8).
Vođeni osnovnim principima rada optičkih senzora na raspolaganju je više rešenja: senzor na bazi fotootpornika, fototranzistora ili fotodiode i industrijski senzor boje.Rešenje sa industrijskim senzorom za boju predstavlja najjednostavnije i pouzdano rešenje. Velika mana jeste cena senzora.
Senzori na bazi fotodiode: Pri padu svetlosti na PN spoj dolazi do kretanja elektrona. Zbog te osobine, nalazi primenu kao elektronski senzor. Bitna osobina fotodiode je da vrši samo (izuzetno brzu) detekciju, a ne vrši ulogu pojačavača, za razliku od fototranzistora. Zbog brze reakcije na svetlosni nivo, koriste se za primene u optoelektronici, gde je brzina rada najvažnija. Od materijala zavisi osetljivost u određenom delu elektromagnetskog spektra.
Prednosti ovakvog rešenja su niska cena i veoma brz rad (u odnosu na fotootpornik i fototranzistor), ali to nije od značaja za naš projekat. Mane su odsustvo pojačanja. Od korišćenja fotodiode smo odustali zbog potrebe za dodatnim pojačavačem koji bi unosio šum.
Senzori na bazi fototranzistora: Fototranzistor je tranzistor čija se kolektorska struja menja pod uticajem svetlosti koja pada na njega. Zbog te osobine, nalazi primenu kao elektronski senzor i pojačavač. Bitna osobina fototranzistora je da on osim detekcije, vrši i ulogu pojačavača, za razliku od fotodiode.
Prednosti su niska cena i brz rad (u odnosu na fotootpornik). Mana je nešto sporije vreme reakcije od fotodiode. Mana fototranzistora koja dolazi do izražaja kod našeg projekta je i to što ima malu prijemnu površinu pa svetlost mora biti dobro usmerena. S obzirom na rasipanja svetlosti do kojih dolazi kod prolaska kroz flašu bilo bi potrebno korišćenje optike (sabirnih i rasipnih sočiva) sa ciljem usmeravanja na prijemnu površinu fototranzistora. To je osnovna mana koja nas je odbila od korišćenja fototranzistora, morala bi se ili koristiti pomenuta optika ili više fototranzistora što bi dodatno komplikovalo merenje. Senzori na bazi fotootpornika: Fotootpornik je otpornik čiji se otpor menja pod uticajem svetlosti koja pada na njega. Zbog te osobine, nalazi primenu kao elektronski senzor.
Prednosti su niska cena, pouzdanost i velika prijemna površina. Mane su spora reakcija, koja nije od značaja za funkcionisanje našeg uređaja.
