DE10011093A1 - Sortiervorrichtung und Sortierverfahren für dreidimensionale, insbesondere Hohlkörper - Google Patents

Abstract

Sortiervorrichtung für Hohlkörper (16), insbesondere PET-Flaschen, mit einem Förderband (10), auf dem die Hohlkörper (16) zugefördert werden, einer mit Aufblasdüsen versehenen Trenneinrichtung (12) zur Bewirkung unterschiedlicher Flugbahnen der Hohlkörper (16) nach Verlassen des Förderbands, einer Beobachtungsoptik (18) zur Erfassung der Bilddaten der durch eine Beleuchtung (14) illuminierten Hohlkörper (16) und einer Steuereinrichtung für die Trenneinrichtung (12), wobei die Beleuchtung als diffuse Transmissionsbeleuchtung (14) unterhalb der Flugbahn der Hohlkörper (16) einem Endbereich des Förderbands nachangeordnet ist, die ebenfalls dem Förderband nachangeordnete, oberhalb der Flugbahn angeordnete Beobachtungsoptik (18) zur Echtfarbverarbeitung der Daten mit einer Mehrzahl von Farbkanälen versehen ist, eine elektronische Schaltung unter Erfassung wenigstens der Länge und Breite einzelner Hohlkörper und Klassifizierung dieser nach Helligkeit, Farbe und Form als Steuereinrichtung vorgesehen ist, und zur Weiterführung der in den "Gut-Strom" von unterhalb der Fallparabel angeordneten Ausblasdüsen aussortierten Hohlkörper (16) gegen die Schwerkraft ein Gutstrom-Förderband vorgesehen ist, während für die übrigen Objekte eine Abförderung am Ende der Flugparabel unterhalb des Gutstrom-Förderbands vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sortiervorrichtung für drei­ dimensionale, insbesondere Hohlkörper, insbesondere für nach Materialfärbung zu sortierende PET-Flaschen mit ei­ nem Förderband, auf dem insbesondere aus Müll bereits aussortierte Flaschen teilweise zerdrückt chaotisch an­ gefördert werden.

Es sind bereits von der Anmelderin Sortieranlagen für Glasbruch und ähnliche Produkte bekannt. Bei der Tren­ nung von Hohlkörpern, z. B. PET-Flaschen, jedoch, die zur Wiederverwertung im Rahmen des Recycling notwendig ist, stellen sich andersartige Probleme.

Die Farbklassifizierung der Teilchen eines Produktstro­ mes hat nun in Echtfarben zu erfolgen, wobei eine gleichzeitige Klassifizierung entsprechend der flächigen Umrisse ebenso notwendig wird, um jeden Hohlkörper rich­ tig zu sortieren. Weiter haben Verschmutzungen, die die Farben verändern, ebenso bei der Klassifizierung außer Betracht zu bleiben, wie Kratzer und insbesondere die Farbigkeit von Etiketten oder dergleichen, die auf der Flasche aufgeklebt sind.

In den Flaschen etwaig befindliche Restflüssigkeit soll­ te zudem ebenso nicht berücksichtigt werden, wie par­ tiell dunklere Färbung in Bereichen eines erfaßten Ob­ jekts, die beim Etikett und einem Übereinander-zu- Liegen-Kommen einzelner Bereiche beispielsweise einer PET-Flasche, der häufig schon durch vorangehende Müll­ komprimierungsschritte erfolgten Verbringung der Fla­ schen in einen flachen Zustand.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrich­ tung mit den Merkmalen des Hauptanspruches und ein Ver­ fahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensan­ spruchs gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Insbesondere ist vorteilhaft, daß durch sowohl Erkennung der Echtfarbe wie Klassifizierung nach Länge und Breite oder sogar der vollständigen Umrisse im Durchlicht ein Steuerrechner die Etiketten bereits als schwarze Flächen unberücksichtigt läßt, wie dies auch für alle Verschmut­ zungen und Kratzer gilt. Die Klassifizierung kann dann anhand einer Vielzahl von Kriterien, insbesondere unter Berücksichtigung der Färbung des hellsten innerhalb der Umrisse erfaßten Bereichs erfolgen, wobei die Probleme der Ausblasung der flächigen Flaschen gleichzeitig da­ durch gelöst werden, daß die Ausblasdüsen unterhalb der schräg verlaufenden Flugbahn angeordnet die leichten Hohlkörper insbesondere die PET-Flaschen anheben, um diese auf ein zweites, oberhalb des Standard- Auswurfbandes verlaufendes Förderband anzuheben. Damit ist sichergestellt, das es zu keinen Fehlsortierungen der leichten mit unberechenbarer Flugbahn (schon ohne Ausblasung) fliegenden insbesondere flachgedrückten Hohlkörper kommt.

Der Einsatz einer telezentischen Optik ist notwendig, um die Umrißbestimmung der auszublasenden Hohlkörper nicht mit perspektivischen Fehlern zu belasten, die aufgrund der erheblichen Dimensionen der Flaschen (man denke nur an Mehrliter Milchcontainer, die sowohl in X wie auch ein Y-Richtung zur Optik liegen können) ganz erheblich sind.

Der Abstand der Ausblasdüsen vom Förderband muß dabei wenigstens den Dimensionen einer 21 PET-Flasche oder ei­ nes 51 Milchcontainers entsprechen, damit die Elektronik vor Beginn des Ausblasens durch die Ausblasdüsen bereits den gesamten Umriß des Hohlkörpers erfaßt hat. Die Ent­ fernung der Beobachtungsoptik rechtwinklig zur Flugbahn muß ebenfalls den größten anzunehmenden Objekten ent­ sprechen.

Die hierbei verwendete telezentrische Optik "faltet" den Strahlengang der CCD-Kamera mehrfach, so daß die Bauhöhe noch für übliche Fabrikhallen akzeptabel ist, und insbe­ sondere sich durch die vergleichsweise enormen Hohlkör­ perdimensionen keine Abschattungsprobleme ergeben, wie sie beim Einsatz normaler Weitwinkeloptiken sich ergeben würden. Auch würden Weitwinkeloptiken die Dimensionsbe­ stimmung verzerren, was bei der chaotischen Lage der Hohlkörper auf dem Förderband zu erheblichen Verschlech­ terungen in der Klassifikation führen würde.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung der telezentrischen Optik,

Fig. 3 eine weitere Schnittdarstellung der telezentrischen Optik im Winkel 90° gedreht relativ zur Fig. 2, also im wesentlichen in der Ebene des aufge­ fächerten Beobachtungsbereichs, und

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend der Fig. 2, in der ein zusätzlicher Spiegelvorsatz angedeutet ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein leicht schräg gestelltes Förderband 10 auf, das schräg nach unten in Richtung zur Ausblas- und Beobachtungsop­ tik fördert. Vor einer Leiste mit Ausblasdüsen 12, die im wesentlichen der Breite des Förderbandes 10 ent­ spricht, ist eine Beleuchtungseinrichtung 14 gleicher Breite vorgesehen, die von unten die vom Förderband abgeführten flächigen Hohlkörper (PET-Flaschen, oder sogar Batterien) im Flug beleuchtet.

Die rechtwinklig zur Ebene des Förderbands 10 mit ihrer Beobachtungsrichtung vorzugsweise verwendete CCD-Kamera mit telezentrischer Optik 18 beobachtet die Objekte da­ bei im Fluge ohne Abschattungseffekte am Rand der Objek­ te. Durch die Wahl einer telezentrischen Optik spielt der Abstand zur CCD-Kamera praktisch keine Rolle, was aufgrund der wechselnden Höhendimension (zerdrückter flacher Milchcontainer bzw. unbeschädigter voluminöser Milchcontainer) von besonderer Bedeutung ist.

In der Fig. 2 ist im Schnitt die telezentrische Optik einer Einrichtung zur Faltung des Strahlenganges im Schnitt dargestellt. Dabei sind neben einer im oberen Bereich vorgesehen CCD-Kamera 22 zwei Spiegelstreifen 24, 26 vorgesehen, von denen einer, 26, als annähernd Parabolspiegel ausgebildet ist, um einen Strahlengang durch ein Eintrittsfenster 28 zu schaffen, der parallele Strahlen im Fenster 28, das sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Förderbandes erstreckt, derart zu zentrieren, daß diese auf dem engen CCD-Chip der Kamera erfaßt werden.

Mit herkömmlichen Optiken (Weitwinkelobjektiven) ist zwar auch eine Erfassung des gesamten Laufbandes mög­ lich, es wäre jedoch nicht gewährleistet, daß dies je­ weils exakt senkrecht von oben erfolgt, so daß sich ge­ rade bei dreidimensionalen Körpern Abschattungseffekte ergeben, die es beispielsweise unmöglich machen, Batte­ rien als solche zu erkennen, da der als Nippel ausgebil­ dete Pluspol der Batterien in bestimmten Winkeln nicht sichtbar ist.

Für den Fall des Aussortierens von PET-Flaschen ergibt sich durch die telezentrische Optik erst die Möglich­ keit, trotz der unterschiedlichen Beobachtungsentfernun­ gen die bei noch nicht platt gedrückten PET-Flaschen aufgrund deren nicht unbeträchtlichen Erstreckungen er­ heblich variieren können, außer der Abschattungsproblem­ etik erst die Möglichkeit, die Größen korrekt abzuschät­ zen und aufgrund der verminderten Abschattungseffekte auch die Farben richtig zu bestimmen. Ohne die erfin­ dungsgemäße telezentrische Optik müßte für eine recht­ winklig auf die Flugbahn gerichtete Betrachtung ein Ab­ stand der CCD-Kamera gewählt werden, der die Abmessungen der Vorrichtung erheblich vergrößern würde und auch die notwendige Leuchtstärke der diffusen Beleuchtung 14 er­ heblich größer notwendig machen würde. Fig. 3 zeigt, wie die Parallelität selbst der Randstrahlen des Beobach­ tungsfensters nach Verlassen des Spiegels 26 gegeben ist.

In besonderen Fällen ist es auch möglich, noch weiter Platz zu sparen, indem ein Spiegel, ggf. ein weiterer Spiegel 30 außerhalb des Gehäuses der Beobachtungsoptik 18 den Strahlengang nochmals aus der Ebene der Fig. 3 heraus umlenkt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Lage der Ausblasdüsen zur Weiterführung der in den "Gut-Strom" aussortierten Hohlkörper 16 unterhalb der Fallparabel zum Hinaufblasen gegen die Schwerkraft auf ein Gutstromförderband ermöglich es, auf eine vertikale Lagebestimmung der Objekte zu verzichten, da sie auf je­ den Fall kurz zuvor noch auf der Förderbandoberfläche aufgelegen haben und nun definiert in ihrem Abstand zu den Ausblasdüsen sind. Die Berechnung der Fallgeschwin­ digkeit der Objekte kann aus den ermittelten Bilddaten erfolgen, ist jedoch auch schon durch die Transportge­ schwindigkeit des Förderbands bekannt.

Für die übrigen Objekte ist ein weiteres Förderband zur Abförderung am Ende der unbeeinflußten Flugparabel un­ terhalb des Gutstromförderbands vorgesehen.

Damit ist Sortiervorrichtung z. B. für PET-Flaschen in der Lage, die chaotisch auf dem Förderband 10, zugeför­ derten Hohlkörper 16 nach Erfassung der Bilddaten der durch eine Beleuchtung 14 illuminierten Hohlkörper 16 zu trennen. Während beispielsweise Batterien gut vom Hin­ tergrund getrennt werden können, sollte für transparente PET-Flaschen die Beleuchtung als diffuse Transmissions­ beleuchtung der Farbe möglichst geringem Shift unterlie­ gen sollte und die unterhalb der Flugbahn der Hohlkörper 16 einem Endbereich des Förderbands nachangeordnet ist, ausgeführt werden.

Damit kann die ebenfalls dem Förderband nachangeordnete, oberhalb der Flugbahn angeordnete Beobachtungsoptik, die zur Echtfarbverarbeitung der Daten mit einer Mehrzahl von Farbkanälen versehen ist, einer elektronischen Schaltung die notwendigen Parameter liefern, damit diese weiter nach Erfassung wenigstens der Länge und Breite einzelner Hohlkörper 16 und Klassifizierung der Objekte nach einer mehrdimensionalen Parametervielfalt in der insbesondere die Helligkeit, wiederum insbesondere des hellsten Bereichs innerhalb der Abmessungen stark ge­ wichtet ist, als Steuereinrichtung für die Ausblasdüsen tätig werden kann.

Die Beobachtungsoptik ist als telezentrischen Beobach­ tungsoptik mit einer CCD-Kamera und zwei, wenigstens je­ doch einem vorgesetzten, den Strahlengang faltenden Spiegelstreifen versehen, der als Parabolspiegel gebo­ gen, den zur Beobachtungsrichtung parallelen Strahlen­ gang, auf die begrenzten Dimensionen Strahleintritts vor dem CCD-Chip der Kamera fokussiert. Durch leichte Schrägstellung der Spiegelstreifen kann der "aufgefä­ cherte" Strahlengang die gegeneinander versetzt angeord­ neten Eintrittsfenster der Beobachtungsoptik, 28, und der CCD-Kamera selbst, 30, nacheinander passieren, ohne das erhebliche Bauhöhe notwendig ist. Es ist lediglich notwendig, daß die Beobachtungsoptik nach oben relativ zur Verlängerung der Förderbandoberseite wenigstens ei­ nen Abstand entsprechend der größten anzunehmenden Di­ mension der zu sortierenden Hohlkörper einhaltend an­ geordnet ist.

Dabei sind nebeneinander in der Beobachtungsoptik die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau auf getrennten Emp­ fängerbereichen zur Schaffung von drei Farbkanälen mit je 10 Bit Auflösung vorgesehen.

Das Verfahren zum Sortieren von großen dreidimensionalen Körpern, insbesondere Hohlkörpern, die auf einem Förder­ band 10 chaotisch zugefördert werden, mittels einer mit Ausblasdüsen versehenen Trenneinrichtung 12 zur Bewir­ kung unterschiedlicher Flugbahnen der Hohlkörper 16 nach Verlassen des Förderbands, einer Beobachtungsoptik 18 zur Erfassung der Bilddaten der durch eine Beleuchtung 14 illuminierten Hohlkörper 16 und einer Steuereinrich­ tung für die Trenneinrichtung 12, läßt sich also zusam­ menfassend durch die Schritte.

• 1. 1.) Erfassen der Länge und Breite, Helligkeit und Farbe einzelner Hohlkörper durch eine telezen­ trische Beobachtungsoptik,
• 2. 2.) Klassifizierung der Hohlkörper (16), und
• 3. 3.) Aussortieren einzelner Hohlkörper in einem "Gut-Strom" durch unterhalb der Fallparabel angeordnete Ausblasdüsen,

eine in mehrfacher Hinsicht mit Redundanz versehene, si­ cherere Aussortierung ergibt. Falls sich beispielsweise erhebliche Flüssigkeitsmengen in einer Flasche befinden, die durch ihre optischen Eigenschaften die korrekte Klassifizierung verhindern, so führt die - durch das er­ hebliche Gewicht nicht erfolgte Anhebung in den "Gut- Strom" dazu, daß diese (selten anzutreffenden, aber im Gut-Strom zu vermeidenden Objekte) eben nicht in letzte­ ren gelangen.

Zum störungsfreien Betrieb trägt schließlich noch bei, daß die Betrachtung eines Objektes abgebrochen wird, wenn aufgrund der vorparametrisierten Geschwindigkeit des Bandes ein erster Abschnitt sich dem Bereich der Ausblasdüsen nähert. Aufgrund der bis dahin - wenn auch nur in einem Teilbereich des Objektes - erfaßten Daten werden die Ausblasdüsen aktiviert oder nicht. Da dieser Fall insbesondere bei größeren (Plastik)-Folienstücken eintritt ist nicht zur erwarten, daß sich das Material in einem Strang ändert. Es wird daher das gesamte Objekt so behandelt, wie sein ersten Bereich, und somit sicher­ gestellt, daß es nicht zum Verbleib der Folie in der Vorrichtung kommt, weil ein Bereich anders als ein ande­ rer bearbeitet wird.

Falls sich eine Sortierstück dennoch einmal im Bereich des Beobachtungsfensters verklemmt - oder eine Ver­ schmutzung dahin transportiert wird, wird automatisch nach Verstreichen eine vorgewählten Zeit - bspw. 10 s, in denen in einem Bereich ein gleichbleibendes Objekt registriert wird, eine Reinigungsbrüste aktiviert und erst, wenn mehrere automatische Reinigungsversuche keine Änderung am Beobachtungsergebnis bringen, ein Alarm aus­ gelöst, der menschliche Betrachtung des anzunehmenden Störfalles oder auch überlangen Objektes veranlaßt.

Schließlich wird vorgeschlagen, die Klassifizierung durch ein der Steuerelektronik beigegebenes neuronales Netz zur Berücksichtigung vordefinierter, mehrdimensio­ naler Parameter-Bereiche zur Steuerung der Ausblasdüsen vorzunehmen, das anhand seiner eigenen bisher erfaßten Produktparameter die Klassifizierung verfeinert.

Claims (8)

1. Sortiervorrichtung für Hohlkörper (16), insbesonde­ re PET-Flaschen, mit einem Förderband (10), auf dem die Hohlkörper (16) zugefördert werden, einer mit Ausblas­ düsen versehenen Trenneinrichtung (12) zur Bewirkung unterschiedlicher Flugbahnen der Hohlkörper (16) nach Verlassen des Förderbands, einer Beobachtungsoptik (18) zur Erfassung der Bilddaten der durch eine Be­ leuchtung (14) illuminierten Hohlkörper (16) und einer Steuereinrichtung für die Trenneinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Beleuchtung als diffuse Transmissionsbeleuch­ tung (14) unterhalb der Flugbahn der Hohlkörper (16) einem Endbereich des Förderbands nachangeord­ net ist,
• - die ebenfalls dem Förderband nachangeordnete, ober­ halb der Flugbahn angeordnete Beobachtungsoptik (18) zur Echtfarbverarbeitung der Daten mit einer Mehrzahl von Farbkanälen versehen ist,
• - eine elektronische Schaltung unter Erfassung wenig­ stens der Länge und Breite einzelner Hohlkörper und Klassifizierung dieser nach Helligkeit, Farbe und Form als Steuereinrichtung vorgesehen ist, und
• - zur Weiterführung der in den "Gut-Strom" von unter­ halb der Fallparabel angeordneten Ausblasdüsen aus­ sortierten Hohlkörper (16) gegen die Schwerkraft ein Gutstrom-Förderband vorgesehen ist, während für die übrigen Objekte eine Abförderung am Ende der Flugparabel unterhalb des Gutstrom-Förderbands vor­ gesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beobachtungsoptik als telezentrischen Be­ obachtungsoptik mit einer CCD-Kamera und wenigstens ei­ nem vorgesetzten, den Strahlengang faltenden Spiegel­ streifen versehen ist, der als Parabolspiegel gebogen, den zur Beobachtungsrichtung parallelen Strahlengang, auf die begrenzten Dimensionen Strahleintritts vor dem CCD-Chip der Kamera fokussiert.

3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsoptik die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau auf getrennten Farbkanälen mit je 10 Bit Auflösung erfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsoptik nach oben relativ zur Verlängerung der Förderbandoberseite wenigstens einen Abstand entsprechend der größten anzu­ nehmenden Dimension der zu sortierenden Hohlkörper ein­ haltend angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsfenster der Beobachtungsoptik mit einer über die Breite des Fen­ sters verfahrbaren, angetriebenen Reinigungsbürste ver­ sehen ist.

6. Verfahren zur Sortierung von Hohlkörpern, die auf einem Förderband (10) chaotisch zugefördert werden, mittels einer mit Ausblasdüsen versehenen Trenneinrich­ tung (12) zur Bewirkung unterschiedlicher Flugbahnen der Hohlkörper (16) nach Verlassen des Förderbands, ei­ ner Beobachtungsoptik (18) zur Erfassung der Bilddaten der durch eine Beleuchtung (14) illuminierten Hohlkör­ per (16) und einer Steuereinrichtung für die Trennein­ richtung (12), dadurch gekennzeichnet, daß

• - nach Erfassen der Länge und Breite einzelner Hohl­ körper durch eine telezentrische Beobachtungsoptik
• - eine Klassifizierung der Hohlkörper (16) zusätzlich nach Helligkeit und Farbe erfolgt, und
• - ein "Anheben" der Objekte des "Gut-Stroms" von un­ terhalb der Fallparabel angeordneten nach oben bla­ senden Ausblasdüsen bewirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilddaten unter diffuser Transmissionsbeleuch­ tung nach Verlassen des Förderbands (10) in Echtfarb­ verarbeitung unter Erkennung der Formen erfolgt, wobei nach Klassifizierung des Hohlkörpers nach Helligkeit, Farbe und Form in den "Gut-Strom" er durch unterhalb der Fallparabel angeordnete Ausblasdüsen gegen die Schwerkraft während seines Passierens der Ausblasdüsen angehoben wird zur Hinaufförderung auf ein höher gele­ genes Gutstromförderband, während für die übrigen Ob­ jekte eine Ausförderung am Ende der Flugparabel vorge­ sehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klassifikationsverifizierung durch ein neuro­ nales Netz unter Berücksichtigung vordefinierter, mehr­ dimensionaler Parameter-Bereiche zur Steuerung der Aus­ blasdüsen eingesetzt wird.