DD278859A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung des granulometrischen zustandes von korngemischen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur kontinuierlichen Ueberwachung der Korngroesse von Korngemischen waehrend der Herstellung oder Verarbeitung. Die Koerner des Korngemisches werden durch eine Vereinzelungsvorrichtung in den freien Fall aufgegeben und nach einer vorbestimmten Fallstrecke rechtwinklig von einem CCD-Liniensensor in zyklisch und konstanter schnellen Folge zeilenweise erfasst. Die den Zeilensensor verlassenden Videosignale werden in einer Hardware weiterverarbeitet, indem alle dunkelgetasteten Bildpunkte sowie alle Folgen zusammenhaengend dunkelgetasteter Bildpunkte einer Probe unabhaengig ihrer Kornzugehoerigkeit anzahlmaessig aufsummiert werden und aus dem Verhaeltnis beider Messwerte, in Verbindung mit einer Kalibrierfunktion der granulometrische Zustand bestimmt wird.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des granulometrischen Zustandes eines Korngemisches zur steuerungstechnischen Beeinflussung der Herstellung oder Verarbeitung von körnigen Materialien, wie z. B. Betonzuschlagstoff, Filterkies, Koks, Kalkstein, Plast und Düngemittelgranulat, dabei insbesondere solcher mit geringer Kornbandbreite.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Neben der mechanischen Prüfsiebung sind eine Reihe anderer kontinuierlicher Verfahren zur Bestimmung der Korngröße von Schüttgütern bekannt.

Günstige Voraussetzungen für eine Automatisierung bieten solche auf der Basis optoelektronischer Abtastung zur Bestimmung der geometrischen Abmessung von Teilchen bzw. Teilchengemischen in Verbindung mit Auswerteelektronik zur Ermittlung granulometrischer Kennwerte.

Die DE-OS 2855583 beschreibt ein Meßprinzip zur Korngrößenbestimmung auf der Basis der Bilderfassung und Auswertung.

Schüttgüter, vorzugsweise Eisenerze, werden während des Transportes in dem Hochofen im freien Fall mit einer Kamera optisch erfaßt, und die statischen Bilder der Körner werden anschließend im Speicher eines Mikrorechners abgelegt.

Nach einer Zeit (a) der Bildaufnahme folgt eine Zeit (b) der granulometrischen Ausw jrtung der Bilder. Die gewonnene granulometrische Information dient im weiteren zur Anlagenoptimierung.

Für die Anwendung dieses Meßverfahrens zur on-line-mäßigen Betonzuschlagstoff überwachung ergeben sich im wesentlichen zwei Schranken. Betonzuschlagstoffe müssen vor der bildtechnischen Erfassung im freien Fall agglomerationsfrei getrocknet werden. Um den technischen Aufwand dafür in Grenzen zu halten, muß das aufbereitete Meßgut vollständig erfaßt werden.

Durch die kurze Zeit der Bildaufnahme und die relativ lange Zeit der Bildauswertung fällt jedoch zuviel aufbereitetes Material unerfaßt nieder.

Zum anderen ist für Echtzeitsteuerungen von Betonzuschlüy stoffen während der Verarbeitung die Analyse einer relativ großen Probemenge/Zeit erforderlich. Da der Informationsverarbeitungsaufwand dieser Meßmethode sehr hoch ist, ergibt sich ein ungünstiges Verhältnis zwischen Bildaufnahme und -verarbeitung. Die sich daraus ergebende analysierbare Meßgutmenge pro Zeit ist für den beabsichtigten Anwendungsfall wesentlich zu gering.

Die DE-OS 3510363 beschreibt eine Meßvorrichtung, mit der Teilchen im freien Fall mit einer CCD-Linienkamera optisch erfaßt und von einer nachfolgenden Informationsverarbeitungseinheit granulometrisch ausgewertet werden.

Der Meßvorgang basiert auf der Weise, daß über eine V-förmige Rinne die Körner einzeln und nacheinander in den freien Fall aufgegeben werden. Beim Durchtritt des Korns durch die Meßebene wird die Breite des Korns in den jeweiligen Höhenabschnitten ermittelt. Eine nachfolgende schnelle Hardwareschaltung filtert von den Meßwerten den größten, also die größte horizontale Ausdehnung des Korns, heraus und leitet diesen Wert zur nächsten Verarbeitungsstufe weiter, die anderen Wsßwcrte bleiben unberücksichtigt. Aus der anzahlmäßigen Durchmesserverteilung wird schließlich der gewünschte granulometrische Kennwert berechnet.

Bei dieser Methode der Mcßwertgewinnung ist die vollständige Erfassung der Probe zwar gesichert, jedoch ist die serielle Erfassung der Körner sehr zeitaufwendig, so daß auch hier die analysierbare Probemenge pro Zeit für den beabsichtigten Anwendungsfall wesentlich zu gering ist.

Die DD-3030788 beschreibt ein Meßverfahren, mit dem von relativ viel Probematerial in kurzer Zeit ein granulometrischer Kennwert gewonnen werden kann.

Entsprechend dem Meßprinzip werden freifallende Körner mit einer CCD-Linienkamera erfaßt, die horizontalen Ausdehnungen der Körner in den jeweiligen Höhenabschnitten (Sehnen) unabhängig ihrer Kornzugehörigkeit ihrer Länge nach in Klassen eingeordnet und aus dem Verhältnis der Klasseninhalte zueinander der granulometrische Kennwert gebildet.

Diese Erfindung ermöglicht zwar fortlaufend und ohne Unterbrechung zu messen und dabei auch viele Körner parallel und gleichzeitig zu erfassen, womit die analysierte Probemenge pro Zeit erheblich gesteigert und das Meßgut lückenlos erfaßt werden kann. Für Korngemische mit engbegrenzten Kornbändern jedoch ist dieses Verfahren ungeeignet, weil mit geringwerdender Kornbandbreite des Meßgutes die Klassengrenzen des Analysators enger gelegt werden müssen, woraus zwangsläufig resultiert, daß die Anzahl der notwendigen Klassen und damit der schaltungstechnische Aufwand enorm ansteigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des granulometrischen Zustandes von Korngemischen während der Herstellung oder Verarbeitung zu entwickeln, das in der Lage ist, mit geringerem Aufwand und mit höherer Sensibilität, insbesondere bei engbegrenzten Kornbändern, den granulometrischen Zustand zu bestimmen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des granulometrischen Zustandes von Korngemischen zu schaffen, das einen hohen Probedurchsatz ermöglicht und zugleich auch bei engbegrenzten Kornbändern, die in einem größeren Kornbereich von Grob nach Fein schwenken, einsetzbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine quasi kontinuierlich dem Produktionsprozeß entnommene und aufbereitete Kornprobe über eine Vorrichtung zur Vereinzelung kontinuierlich und homogen verteilt in den freien Fall aufgegeben wird, nach einer festgelegten Fallstrecke mehrere Körner parallel und gleichzeitig, jedoch in einem Abstand zueinander, von einem CCD-Sensor zeilenweise und lückenlos erfaßt werden, daß die die Kamera verlassenden, dunkelgetasteten Pixel, die die Projektionsfläche der Körner aus dei Sicht des Sensors signalisieren, unabhängig ihrer Kornzugehörigkeit aufsummbrt werden, parallel dazu Folgen zusammenhängender dunkelgetasteter Pixel, deren Anzahl die horizontale Ausdehnung des jowoilig zum Zeitpunkt dor Vermessung in der Meßebene befindlichen Kornabschnittes (Sehnen) signalisieren, ebenfalls unabhängig ihrer Kornzugehörigeit aufsummiert werden und nach einem festgelegten Kriterium, win Zählerstand oder Zählzeit, aus dem Verhältnis zwischen Pixelanzahl und Sehnenanzahl in Verbindung mit einer Kalibrierfunktion der granulometrische Kennwert gewonnen wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch eine Vereinzelungsvorrichtung, eine ihr nachgesetzte optische Vermessungseinrichtung auf Basis einer CCD-Linienkamera, eine am digitalen Videoausgang der Kamera angeschlossene Signalverarbeitungseinrichtung, bestehend aus zwei Kanälen, wobei der eine Kanal einem Zähler, gegebenenfalls mit Vorteiler, zugeordnet ist und der andere Kanal eine Schaltung zur Sehnenerkennung sowie einen nachgesetzten Zähler beinhaltet. Die Zähler sind an einem Arithmetikbaustein angeschlossen, der aus beiden Zählerständen einen korngrößenabhängigen Wert erzeugt und ihn mit Hilfe einer Kalibrierfunktion normiert.

Die angegebenen Mittel ermöglichen, insbesondere bei engbeg.enzten Kornbändern einen korngrößenabhängigen elektrischen Meßwert zu erzeugen, der mit hoher Sensibilität Abweichungen vom vorgegebenen Kornband signalisiert, um sie beispielsweise steuerungstechnisch zu verringern oder qualitätsgerecht weiterzuverarbeiten, wobei der technische Aufwand für eine "ealisierung verhältnismäßig gering ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung der Meßanordnung einschließlich des Blockschaltbildes der Meßwerterfassung und

-verarbeitung, Fig. 2: eine Kalibrierfunktion - Meßgröße χ zur Feinheit des körnigen Materials.

Die Anordnung besteht aus der Vorrichtung gemäß Figur 1 zur Meßgutzuführung (Vorratsbehälter 1, Vibrierrinne 2), der Vorrichtung zur Schlagschattenerzeugung (Lichtquelle 3, Mattglasscheibe 5), einer Vorrichtung zur Schlagschattenv armessung (Objektiv 6, CCD-Kamera 7) und einer Schaltung zur Erzeugung des Meßwertes (Pixelzähler 8, Sehnenbildung 9, Sehnenzähler 10, Arithmetikbaustein 11, Kalibrierbaustein 12 und gegebenenfalls zwei Vorteilern 13 und 14). Dem Produktionsprozeß werden mit üblichen Probenehmern automatisch Kornproben entnommen und dem Vorratsbehälter 1 eingegeben, von einer Vibrierrinne 2 dosiert und kontinuierlich abgezogen und vereinzelt in den freien Fall aufgegeben. Nach einer festgelegten Fallstrecke passieren die Körner ein von einer Lichtquelle 3 ausgehendes Band paralleler Lichtstrahlen 4, das auf eine Mattglasscheibe 5 gerichtet ist und unterbrechen es je nach ihrer Größe und Geschwindigkeit um eine entsprechende Breite und eine entsprechende Zeit lang.

Die Lichtstärkeverteilung im Strahlenband wird über eine Optik 6 auf einen am Eingang der Kamera 7 befindlichen CCD-Sensor projeziert, vom Sensor in zyklischer und schneller Folge detektiert, im weiteren verstärkt, binarisiert und dem Ausgang der Kamera als digitales Ausgangssignal zur Verfügung gestellt. Die Kamera verlassen somit zeilenweise hell- oder dunkelgetastete Videosignale (Pixel).

Die dunkelgetasteten Pixel werden in einem nachfolgenden Zähler 8 fortlaufend aufsummiert.

Zusammenhängend dunkelgetastete Pixel (Sehnen) werden parallel dazu in einer Schaltung 9 festgestellt und unabhängig ihrer Kornzugehörigkeit in einem nachgeschalteten Zähler anzahlmäßig aufsummiert. Nach Erreichen eines festgelegten Kriteriums, wie Zählerstand oder Zählzeit, werden die Zählerstände 1, b in einen Arithmetikbaustein 11 eingelesen und die Zähler rückgesetzt.

Der Arithmetikbaustein bildet aus beiden Zählerständen einen korngrößenabhängigen elektrischen Wert X₀ = b/a, der mittels einer Kalibrierfunktion 12 zu einem normierten, korngrößenabhängigen elektrischen Signal (x) umgewandelt wird, das mit einem Soll-Wert W verglichen, mit hoher Sensibilität Abweichungen des gemessenen Korngemisches von der festgelegten Korngröße signalisiert y.

Die Vorrichtung zur Vereinzelung besteht aus einem Bevorratungsgefäß 1 mit hinreichendem Volumen zur Aufnahme der Kornprobe (z.B. 0,5... 5I). Die Vibrierrinne 2 muß in einem Förderbereich, je nach Probematerial, von 10... 1000g/min einstellbar

Die Lichtquelle 3 erzeugt ein Band paralleler Lichtstrahlen 4, das in seinen technischen Daten den Forderungen des Sensors angepaßt ist. Die Daten der zu wählenden Optik 6 sind von den räumlichen Bedingungen der Gesamtanordnung sowie vom erforderlichen Abbildungsmaßstab abhängig. Es kan ι beispielsweise eine gebräuchliche Fotooptik mit einer Brennweite von 50mm und einer maximalen Blendenöffnung von 1,8 eingesetzt werden.

Als Kamera 7 ist vorzugsweise eine solche mit Halbleiterbildwandler, z.B. einem CCD-Liniensensor mit 1024 Bildpunkten in einem Raster von 13 χ 13mm sowie einer Zeilenfrequenz von 8kHz einsetzbar. Die digitalen Zähler 8,10 sind so zu bemessen, daß die anfallenden Pixel bzw. dehnen eines Meßintervalls aufgenommen werden können, ggf. ist mit Vorteilern zu arbeiten.

Für die Schaltung 9 zur Ermittlung von Ketten dunkelgetasteter Pixel sind beispielsweise Logikschaltkreise einsetzbar. Zur Realisierung der Fjnktionsgruppen 10 und 11 wird man zweckmäßigerweise einen Mikrorechner einsetzen.

Eine Kalibrierkurve für eine Meßanordnung, bestehend aus den Anordnungselementen des Ausführungsbeispiels, ist in der Figur 2 dargestellt. Der Meßwert χ für die jeweiligen Kornproben ist über der Korngröße aufgetragen.

Die in der Figur 2 dargestellten Meßergebnisse beziehen sich auf naturgerundete Betonzuschlagstoffe der Fraktionen

1.	Probe	0,25	...O,315mm0
2.	Probe	0,5..	.0,63 mm 0
3.	Probe	1,6..	.2,0 mm 0
4.	Probe	5,0..	.6,3 mm 0.

Durch diese vorgeschlagene Lösung, entsprechend dem Verfahren und der dazugehörigen Anordnung, sind folgende vorteilhafte Wirkungen abhebbar:

- Die on-line-mäßige Videosignalverarbeitung der Hardware erfolgt selbst dann noch im Echtzeitbetrieb, wenn die CCD-Kamera wegen eines sehr hohen Meßgutdurchsatzes an ihrer oberen Leistungsgrenze arbeitet, das führt dazu, daß keine verarbeitungsbedingten Meßpausen entstehen. Damit wird das an der CCD-Kamera vorbeigeführte Meßgut lückenlos erfaßt, und es genügt, nur so viel Meßgut aufzubereiten, wie für eine repräsentative Probe erforderlich ist.

-- Die Meßmethode gestattet, daß viele Körner parallel und gleichzeitig am Meßfühler vorbeigeführt werden können, das ermöglicht, daß die Leistungsfähigkeit des Sensors, in Hinblick auf eine zeitgleiche Erfassung von optisch wirksamen Strukturen, ausgeschöpft werden kann, was zu hoher Meßleistung (Probemenge/Zeit) führt und damit günstige Voraussetzungen für Echtzeitsteuerungen bietet.

- Die Vorrichtung ist in der Lage, auf rein optisch-elektronischem Wege, also ohne zusätzliche gravimetrische Bestimmung des Volumens oder der Masse der Probe und somit kontaktlos, eine korngrößenabhängige elektrische Steuergröße zu erzeugen, woraus sich günstige Voraussetzungen für eine Automatisierung ergeben.

- Das Meßverfahren ist meßgutunabhängig und kann somit über den beabsichtigten Anwendungsfall hinaus auch bei anderen Materialien eingesetzt werden, wie z. B. bei Koks, Kalkstein, Erz, Plast und Düngemittelgranulat, landwirtschaftlichen und pharmazeutischen Produkten usw.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Bestimmung des granulometrischen Zustandes von Korngemischen, bei dem die Körner mit einheitlicher Geschwindigkeit, auch mehrere parallel und gleichzeitig, jedoch mit einem Abstand zueinander, rechtwinklig an einem CCD-Sensor vorbeigeführt, von diesem bildtechnisch erfaßt und die dabei getasteten Pixel weiter ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dunkelgetasteten Pixel, die die Projektionsflächen der Körner aus der Sicht des Sensors signalisieren, kornunabhängig, anzahlmäßig aufsummiert werden, daß parallel und zeitgleich dazu, von jeder Folge zusammenhängend dunkelgetasteter Pixel, die die horizontale Ausdehnung der Körner in ihren jeweiligen Höhenabschnitten signalisieren, ein Zählimpuls erzeugt wird und diese Impulse ebenfalls kornunabhängig und anzahlmäßig aufsummiert werden, daß nach einem festgelegten Kriterium, wie Zählzeit oder Zählerstand, durch Verhältnisbildung aus Pixelanzahl und Sehnenanzahl ein korngrößenabhängiger elektrischer Wert gebildet wird und daß dieser Wert mit Hilfe einer Kalibrierfunktion zu einer normierten korngrößenabhängigen elektrischen Meßgröße umgewandelt wird.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß an dem digitalen Videoausgang der Kamera ein Zähler (8) und parallel dazu über eine Schaltung zur Sehnenfeststellung (9) ein zweiter Zähler (10) angeordnet ist, daß an die Ausgänge der Zähler (8/10) ein Arithmetikbaustein (11) sowie ein Kalibrierspeicher (12) angeschlossen ist.

   Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Zählern (8,10) jeweils ein Vorteiler vprgeschaltet ist.