DE10011230A1

DE10011230A1 - Auswerteeinrichtung für ein Metallsuchgerät

Info

Publication number: DE10011230A1
Application number: DE2000111230
Authority: DE
Original assignee: Mesutronic Geraetebau GmbH
Current assignee: Mesutronic Geraetebau GmbH
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: DE10011230C5; DE10011230C9; DE10011230B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei der in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstromes mittels einer Sensorik und einer dieser zugeordneten Auswerteschaltung ein Erkennungssignal abgeleitet wird. DOLLAR A Wesentlich ist, daß die Sensorik aus wenigstens zwei Einzelsensoren besteht, das eine vektorielle Additionsschaltung vorgesehen ist, der die auf ein festzustellendes Matallteil zurückgehenden Ausgangssignale zeitgleich zugeführt werden, und daß das Ausgangssignal der Additionsschaltung der Auswerteschaltung zur Erzeugung eines Erkennungssignals zugeführt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteeinrichtung für ein Metallsuchgerät und auf ein hiermit versehenes Metallsuch- und Abscheidegerät.

Bei Einsatz von Metallsuchgeräten, vornehmlich zur Überwachung eines Produktstromes auf unerwünschte Metallpartikel, die beispielsweise aus Maschinen stammen, die das Produkt im Fertigungsprozeß passiert, kommt es häufig auf eine hohe Ansprechempfindlichkeit des Metallsuchgerätes an, um auch kleinste metallische Verunreinigungen im Produktstrom rechtzeitig vor der Weiterverarbeitung zu festzustellen und gegebenenfalls aus dem Produktstrom auszuscheiden. Ähnliche Situationen sind bei der Kontrolle fertiger Produkte gegeben, beispielsweise wenn zu prüfen ist, ob sogenanntes Rückgeld in einem verpackten Produkt, wie einer Zigarettenschachtel enthalten ist. Besondere Schwierigkeiten bereitet die Erkennung dann, wenn das Produkt in einer metallischen Umhüllung wie in einem Aluminiumbeutel enthalten ist und festgestellt werden soll, ob in dem Aluminiumbeutel bzw. dem Produkt Partikel aus einem anderen Metall, beispielsweise aus Eisen oder VA-Stahl enthalten sind.

Durch die Deutsche Patentschrift 195 21 266 ist eine Einrichtung zur Feststellung metallisch leitender Teile bekannt, mit der die Teile nicht nur als solche, sondern auch nach unterschiedlichem magnetischen Verhalten festgestellt werden können. Im letzterwähnten Fall eines Aluminiumbeutels mit einem Eisenpartikel kann man mit einer solchen Einrichtung das Erkennung erheblich verbessern. Bei der Erkennung besonders kleiner störender Metallpartikelchen kann es aber zu Ansprechproblemen kommen.

Wie der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen zeigten, beruht dies bei mit elektromagnetischen Feldern arbeitenden Metallsuchgeräten u. a. auf dem meist ungünstigen Massenverhältnis der zu unterscheidenden Metalle. So hat in diesem Fall ein Aluminiumbeutel von ca. 10 cm Breite, 12 cm Länge und einer Beuteldicke von etwa 0,5 cm ein Vielfaches der Masse einer Testkugel aus Eisen von etwa 0,5 mm Durchmesser, die noch erkannt werden soll. Die Geräuschanteile aus der Umgebung des Geräts, dem zu untersuchenden (Produktrauschen) und das Eigenrauschen konnten als wesentliche Ursachen bei den Untersuchungen erkannt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den geschilderten Problemen zu begegnen und Möglichkeiten zur Verbesserung des Siganl-Geräusch- Verhältnisses aufzuzeigen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei der in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstromes mittels einer Sensorik und einer dieser zugeordneten Auswerteschaltung ein materialspezifisches Erkennungssignals ableitet, dadurch erreichbar, daß die Sensorik aus wenigstens zwei Einzelsensoren besteht, daß eine vektorielle Additionsschaltung vorgesehen ist, der die auf ein festzustellendes Metallteil zurückgehenden Ausgangssignale zeitgleich zugeführt werden, und daß das Ausgangssignal der Additionsschaltung der Auswerteschaltung zur Erzeugung eines Erkennungssignals zugeführt wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden, bei in Bezug auf die Breite des Förderstroms eine geringere seitliche Erfassungsbreite aufweisenden Sensoren mehrere Sensoren zu einer sich über die Förderstrombreite erstreckenden Sensorenzeile nebeneinander angeordnet und jeweils nach ihrer Lage in der Zeile benachbarte Sensoren der Sensorzeilen zur Speisung einer Additionsschaltung vorgesehen. Dabei sind nach einer bevorzugten Ausführung die einzelnen Sensoren in einer Zeile so eng benachbart zueinander angeordnet, daß sich ihre Erfassungsgebiete wenigstens teilweise überlappen und dadurch über die ganze Zeile eine wenigstens nahezu gleiche Ansprechempfindlichkeit gegeben ist und desweiteren für je zwei benachbarte Sensoren eine Additionsschaltung vorgesehen ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung geht von einer Einrichtung aus, bei der durch einen Wechselstromgenerator über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Erfindungsgedanke ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, das mit einem Differenzspulen-System (Empfangsspulen) die von durch metallischen Fremdteilen ausgelöste Feldänderung ausgewertet wird. Solche Einrichtungen sind beispielsweise in der Deutschen Patent- schrift 43 42 826 dargestellt und beschrieben. Nach der Weiterbildung werden wenigstens zwei Empfangsspulen in Förderrichtung in Abstand hintereinander als Sensoren vorgesehen und die Ausgangssignale der wenigstens zwei Empfangsspulen unter Laufzeitausgleich zu einem Signal derart vektoriell addiert, daß sich die auf eine festzustellendes Metallteil zurückgehenden Signale arithmetisch und Geräuschsignale geometrisch addieren. Besonders vorteilhaft ist es wenn die Auswerteschaltung noch materialspezifisch ansprechend ausgebildet wird, wie in der Deutschen Patentschrift 195 21 266 ausführlich erläutert und dargestellt ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
die Fig. 1 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals bei der zwei Sensorsysteme in Richtung des Förderweges hintereinanderliegend angeordnet sind,
die Fig. 2 eine Auswerteschaltung für die Signale der zwei Sensorsysteme in einer Einrichtung nach der Fig. 1,
die Fig. 3 eine Zeitdiagrammfolge zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Einrichtung nach der Fig. 1,
die Fig. 4 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals bei der Sensorsysteme quer zur Richtung des Förderweges und/oder in Richtung des Förderweges angeordnet sind,
die Fig. 5 ein Wirkungsschema einer Einrichtung nach der Fig. 4 für den Fall quer zur Richtung des Förderweges angeordneter Sensoren, und
die Fig. 6 eine Schaltungsvariante für eine Sensoren-Zeile.
In der Fig. 1 ist als auf einen unerwünschten Metalleinschluß MT zu überprüfendes Gut ein Beutel B angenommen, der auf einem Förderband FB transportiert wird. Das Förderband FB wird von zwei in Förderrichtung hintereinander im Abstand s angeordneten Sensoren DS bzw. DS' umschlossen, deren jeder nach dem Differenzspulen-Prinzip ausgebildet ist, wie es beispielsweise in der bereits erwähnten Deutschen Patentschrift 43 42 826 dargestellt und erläutert ist. Die Fördergeschwindigkeit v des Förderbandes FB kann in bekannter Weise gemessen werden. Es sind auch Meßverfahren anwendbar, wie sie in der Deutschen Offenlegungsschrift 43 22 345 und in und in der Deutschen Patentschrift 39 24 566 u. a. dargestellt und beschrieben sind.
Ein Wechselstromgenerator G speist die Sendespulen der Sensoren DS und DS'. An die in Differenzschaltung befindlichen beiden Empfangsspulen der Sensoren DS und DS' ist jeweils ein rauscharmer Trennverstärker angeschaltet, der dem Operationsverstärker OP in der Deutschen Patentschrift 43 42 826 entspricht und deren Ausgangssignale mit TS und TS' bezeichnet sind.
Die Ausgangssignale TS und TS' der Trennverstärker werden, wie in der Fig. 2 gezeigt einer vektoriell arbeitenden Addierstufe VA zugeführt, deren Ausgang - wie in der erwähnten Deutschen Patentschrift 43 42 826 dargestellt und beschrieben - in einen Amplitudenzweig AZ und einen Phasenzweig PZ aufgeteilt ist. Die Arbeitsweise der Addierstufe VA ist durch gestrichelte Verbindungen angedeutet. Die Ausgangssignale TS und TS' werden vektoriell summiert. Im einfachsten Fall wird dies dadurch erreicht, daß man den Ausgangssignalen TS bzw. TS' entsprechende Ströme über einen gemeinsamen Arbeitswiderstand R führt. Die an diesem abfallende Spannung ist dann die gewünschte vektorielle Summe.
Wesentlich ist nun, daß in den Übertragungsweg von DS zum vektoriellen Addierer VA ein Laufzeitglied r eingefügt ist, das die Signale aus DS zeitlich um den Wert τ verzögert werden. Die Verzögerung um den Wert τ soll wenigstens angenähert der Laufzeit τ des zu untersuchenden Produkts auf dem Förderband vom Zentrum des Sensors DS bis zum Zentrum des Sensors DS' entsprechen. Die Verzögerungszeit τ ergibt sich aus der bekannten Beziehung τ = v/s mit s als Entfernung zwischen den Zentren der beiden Empfangsspulen. Dadurch wird erreicht, daß die Signalverläufe aus DS und DS', die eigentlich zeitlich nacheinander anfallen, zeitgerecht zur vektoriellen Addition kommen und wegen ihrer Korrelation arithmetisch addiert werden. Als Laufzeitglied wird vorzugsweise ein sogenanntes dispersionsfreies Laufzeitglied wie ein Magnetband oder eine auf digitaler Basis arbeitende Verzögerungsschaltung vorgesehen.
In der Fig. 3 ist dies in einem Ablaufdiagramm schematisch wiedergegeben. Zunächst fällt im Ausgang der einen Trennstufe das Signal TS aus DS an.
Nach der Zeitspanne τ fällt im Ausgang der anderen Trennstufe das Signal aus DS' an. Die beiden Signalverläufe sind um τ zeitlich gegeneinander verschoben. Durch das Laufzeitglied τ wird das das Signal TS zeitlich verzögert, sodaß das Signal TS' in die gestrichelt eingezeichnete Zeitlage in Bezug auf das Signal TS kommt. Bei richtiger Einstellung der Verzögerung r kommen die Signale TS' und TS(r) - vergl. Fig. 2 - zeitlich zur Deckung. Sie werden damit im vektoriell arbeitenden Addierer VA arithmetrisch addiert. Die Geräuschsignale aus den Sensoren DS und DS' und ihren Übertragungswegen sind hingegen nicht korreliert und werden damit in an sich bekannter Weise nur geometrisch addiert. Daraus ergibt sich eine Verbesserung des Signal/Geräusch-Verhältnisses, die gerade in den Grenzbereichen solcher Einrichtungen eine wertvolle Verbesserung ist. Die Signalverzögerung ist nicht sehr zeitkritisch, da in den Maxima der Signalverläufe die Amplitudenänderung relativ gering ist.
Da die Kurvenverläufe von TS und TS' in etwa einer Sinuskurve entsprechen, deren Frequenzwert durch die Fördergeschwindigkeit und die Durchtrittszeit eines festzustellenden Metallteilchens in dem jeweiligen Sensor entspricht, läßt sich das Signal-Geräusch-Verhältnis dadurch noch weiter verbessern, daß sowohl TS als auch TS' und/oder die Signale aus DS bzw. DS' über je ein Filter geführt werden, das auf diese Frequenz abgestimmt ist. Hat beispielsweise v den Wert von 10 m/sec und ist die Erfassungsbreite des einzelnen etwa 0,02 m so ergibt sich die Frequenz zu etwa 500 Hz.
Man kann diese Gesamtschaltung zusätzlich auch dazu benutzen, daß man nur bei Auftreten sowohl eines Signals TS als auch TS' das zusätzliche Kriterium ableitet, daß es sich wirklich um ein festzustellendes Metallteil handelt. Hierzu ist lediglich eine Logikschaltung vorzusehen, die eine Feststellungsmeldung nur dann zuläßt, wenn sowohl das Signal TS als auch das Signal TS' auftritt.
In der Fig. 4 ist eine Einrichtung gezeigt, die beispielsweise mit als Hallgeneratoren oder magnetischen Feldplatten HS1 und HS2 arbeitet. Die bei solchen Sensoren für die Funktion erforderlichen Magnetfeld-Vorrichtungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen.
Betrachtet man zunächst nur die Sensoren HS1 und HS2, die nebeneinanderliegend angeordnet sind, so bilden diese sozusagen eine Sensorzeile, die quer zur Transportrichtung ausgerichtet ist. Die Ausgangssignale aus beiden Sensoren werden einem vektoriellen Addierer VA zugeführt. Die Schaltung zur Auswertung der beiden Sensorsignale entspricht damit im Prinzip der in der Fig. 2 gezeigten; jedoch entfällt das Laufzeitglied τ, da ein festzustellendes Metallteil MT die beiden Sensoren praktisch zeitgleich passiert. Die Wirkungsweise hinsichtlich der Verbesserung des Signal/Geräusch-Verhältnisses stimmt weitgehend überein. Auch können bei dieser Ausführungsform Geräuschsignale mindernde Filter - wie vorstehend beschrieben - angewendet werden.
Es tritt jedoch noch eine zusätzliche Wirkung auf. Das Erfassungsgebiet quer zur Transportrichtung wird nämlich erheblich erweitert, und zwar bei richtigem gegenseitigen Abstand der beiden Sensoren mit praktisch der gleichen Empfindlichkeit über die Sensorzeile. Das verdeutlicht die Darstellung des Verlaufs der Signalleistung N in Richtung von s', also quer zur Transportrichtung. Die zugehörige Empfindlichkeitkurve des einzelnen Sensors HS1 bzw. HS2 hat nämlich einen etwa glockenförmigen Verlauf. Durch den Abstand der benachbarten Sensoren läßt sich - als Folge der vektoriellen Addition - erreichen, daß die gestrichelt angedeutete Summenkurve für die Ansprechempfindlichkeit erhalten wird.
Man kann auch hier entweder ausschließlich oder auch zusätzlich eine Staffelung der Sensoren in Förderrichtung vornehmen. Es ist nur jeweils auf die vektoriell einwandfreie Addition zu achten. Die Auswertung im Fall, daß nur zwei Sensoren vorgesehen und diese in Förderrichtung gestaffelt sind, ergibt eine Situation die der nach der Fig. 2 entspricht.
Wie in der Fig. 4 desweiteren mit dargestellt, können solche Sensorzeilen in zur Fig. 1 gleichartiger Weise in Transportrichtung gestaffelt angeordnet und ausgewertet werden.
Die Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit zur Verbreiterung des seitlichen Erfassungsbereichs einer Sensorzeile. Bei der Ausführung nach der Fig. 6 sind drei Sensoren HS1, HS2 und HS3 nebeneinander in Richtung von s' angeordnet. Hinsichtlich der Sensorabstände gelten die Ausführungen nach der Fig. 5. Da ein festzustellendes Metallteil im Regelfall im Erfassungsbereich zwischen zwei Sensoren auf dem Förderband passiert, werden die Signale aus jeweils zwei benachbarten Sensoren einem Vektoriellen Addierer VA bzw. VA' zugeführt. Die Ausgangssignale der einzelnen vektoriellen Addierer können zur Abgabe eines Steuersignals für eine Abscheidevorrichtung oder dergleichen mittels einer üblichen Logik-Schaltung zusammengefaßt werden. Weitere Literatur 1. Ahlers-Waldmann "Mikroelektronische Sensoren" VEB Verlag Technik Berlin, 1989, Seiten 137 bis 149.
2. W. D. Schmidt "Sensorschaltungstechnik" Vogel-Buchverlag, 1997, Seiten 139 bis 164.
3. Lange "Korrelationstechnik" VEB Verlag Technik Berlin, 2. Auflage 1962, Seiten 96 bis 99. (vorhanden in der Bibliothek der Technischen Universität München, der Bibliothek des Deutschen Museums in München und in der Bibliothek des Deutschen Patent- und Markenamts).

Claims

1. Einrichtung zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von metallisch leitenden Teilen in einem zumindest weitgehend nichtleitenden Förderstrom, bei der in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstromes mittels einer Sensorik und einer dieser zugeordneten Auswerteschaltung ein materialspezifisches Erkennungssignals ableitet wird, dadurch gekennzeichnet, die Sensorik aus wenigstens zwei Einzelsensoren besteht, daß eine vektorielle Additionsschaltung vorgesehen ist, der die auf ein festzustellendes Metallteil zurückgehenden Ausgangssignale der Einzelsensoren zeitgleich zugeführt werden, und daß das Ausgangssignal der Additionsschaltung der Auswerteschaltung zur Erzeugung des Erkennungssignals zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Sensorik aus wenigstens zwei Einzelsensoren besteht, die in Fördereinrichtung in Abstand hintereinander angeordnet sind, daß die Ausgangssignale der Sensoren derart gegeneinander zeitverzögert der Additionsschaltung zugeführt werden, daß der durch den Abstand der Sensoren und die Fördergeschwindigkeit des Förderstromes bedingte Laufzeitunterschied zwischen den Sensorsignalen ausgeglichen wird und eine wenigstens nahezu arithmetische Addition der auf ein metallisch leitendes Teil im Fördergutstrom beruhenden Signalanteile in der Additionsschaltung erfolgt, und daß das Ausgangssignal der Additionsschaltung der Auswerteschaltung zur Erzeugung des Erkennungssignals zugeführt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Bezug auf die Breite des Förderstroms eine geringere seitliche Erfassungsbreite aufweisenden Sensoren mehrere Sensoren zu einer sich über die Förderstrombreite erstreckenden Sensorenzeile nebeneinander angeordnet sind, und daß jeweils nach ihrer Lage in der Zeile benachbarte Sensoren der Sensorzeilen zur Speisung einer Additionsschaltung vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sensoren in einer Zeile derart eng benachbart zueinander angeordnet sind, daß sich ihre Erfassungsgebiete teilweise überlappen und über die Sensorzeile eine wenigstens nahezu gleichförmige Ansprechempfindlichkeit gegeben ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung metallartselektiv ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der von einem Wechselstromgenerator über ein Sendespulensystem in einem zu überwachenden Abschnitt des Förderstromes ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird und der einzelne Sensor als Empfangsspule ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Empfangsspulen-Sensoren in Förderrichtung im Abstand hintereinander als Sensoren vorgesehen sind und ihre Ausgangssignale zu einem Signal, unter Zwischenschaltung wenigstens eines Verzögerungsgliedes zum Ausgleich der durch den Sensorabstand bedingten Zeitverzögerung, vektoriell addiert werden und aus diesem Signal ein Phasen-Änderungssignal und eines Amplituden-Änderungssignal erzeugt werden, die der Ableitung eines materialspezifischen Erkennungssignals dienen und bei der desweiteren eine Stufe zur vektoriellen Addition der beiden Änderungssignale und außerdem ein Phasenvergleicher vorgesehen ist, dem zum einen das vektorielle Summensignal und zum anderen eines der beiden Änderungssignale zugeführt werden und dessen Ausgangssignal (Phasenwinkelsignal) dem Phasenwinkel zwischen dem vektoriellen Summensignal und einem der beiden Änderungssignale entspricht und zusätzlich an den Phasenvergleicher eine Bewertungsstufe für das Phasenwinkelsignal angeschaltet ist, die aus diesem ein materialspezifisch bewertetes Steuersignal ableitet, das einer regelbaren Ausgangsstufe als Regelsignal zugeführt wird, deren Ausgangssignal als materialspezifisches Erkennungssignal für ein im Förderstrom befindliches, zu erkennendes Teil dient.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Sensor ein im wesentlichen nur auf magnetisierbares Material ansprechender Sensor ist.