DE102005018590A1

DE102005018590A1 - Gerät zur Erkennung von metallischen Teilchen in einem Produktstrom

Info

Publication number: DE102005018590A1
Application number: DE200510018590
Authority: DE
Original assignee: Mesutronic Geraetebau GmbH
Current assignee: Mesutronic Geraetebau GmbH
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Metallsuchgerät zur Überwachung eines Produktstromes auf unerwünschte metallisch leitende Partikel, bei dem in einem zu überwachenden Abschnitt des auf einem Transportband befindlichen Produktstromes mittels in Förderrichtung hintereinander angeordneten SET-/RESET getakteter Einzelsensoren, deren Signale über Sensorsignal-Verstärker einer Auswerteschaltung zur Ableitung eines materialspezifischen Erkennungssignals zugeführt werden, in der die Ausgangssignale der Sensoren derart gegeneinander zeitverzögert einer Additionsschaltung zugeführt werden und ferner der durch den Abstand der Sensoren und die Fördergeschwindigkeit des Förderstromes bedingte Laufzeitunterschied zwischen den Sensorsignalen ausgeglichen wird und bei dem eine wenigstens nahezu arithmetische Addition der auf ein metallisch leitendes Partikel im Fördergutstrom beruhenden Signalanteile in der Addionsschaltung erfolgt. DOLLAR A Dem einzelnen Sensorsignal-Verstärker ist eine Schaltungsstufe zugeordnet, welche die Gesamt-Verstärkung bei Überschreiten einer vom zulässigen Maximalwert abhängigen Schwelle auf einen geringeren Wert vermindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Metallsuchgerät zur Überwachung eines Produktstromes auf unerwünschte metallisch leitende Partikel, bei dem in einem zu überwachenden Abschnitt des auf einem Transportband befindlichen Produktstromes mittels in Förderrichtung hintereinander angeordneten Einzelsensoren und einer diesen zugeordneten Auswerteschaltung ein materialspezifisches Erkennungssignal in der Weise abgeleitet wird, daß die Ausgangssignale der Sensoren derart gegeneinander zeitverzögert einer 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 Partikel im Fördergutstrom beruhenden Signalanteile in der Additionsschaltung erfolgt, deren Ausgangssignal der Auswerteschaltung zur Erzeugung des Erkennungssignals zugeführt wird.

In der Deutschen Patentschrift 10011230 ist eine Weiterbildung eines solchen Geräts beschrieben, das eine so wesentliche Steigerung der Ansprechempfindlichkeit ermöglicht, dass auch extrem kleine magnetisierbare Teilchen erkennbar werden, die sich innerhalb einer Verpackung aus einer Aluminiumfolie befinden. Hierzu sind die einzelnen Sensoren im wesentlichen nur auf magnetisierbares Material ansprechende, den Förderstrom nicht umfassende konzentrierte Einzelsensoren in Form von Hallgeneratoren oder magnetische Feldplatten, auf einer Seite des das Fördergut tragenden Transportbandes unter Bildung einer Sensor-Reihe hintereinander angeordnet und zur Speisung einer Additionsschaltung vorgesehen, deren Ausgangs-signal der Auswerteschaltung zugeführt wird, und mehrere solcher Sensor-Reihen aus Einzelsensoren sind in Richtung quer zum Fördergutstrome unter Bildung einer Matrixfeldes nebeneinander angeordnet.

Bei derartigen Geräten wird der einzelne Sensor periodisch intermittierend betrieben, beispielsweise durch eine Abtastung mit einer Frequenz von einigen Hundert Hertz bis zu etwa 100 Kilohertz. Dies erfolgt zum einen um einen sicheren Set-/Reset-Betrieb und damit stabile Betriebszustände sicherzustellen. Zum anderen werden Temperatureinflüsse durch Erwärmung des Sensor-Materials durch die unvermeidbare Wärmeentstehung in den Spulen für die Magnetfelderzeugung im Sensor-Bauteil reduziert. Die vom einzelnen Sensor-Element erhaltenen Abtastwerte werden wegen ihrer meist geringen Größe zunächst verstärkt und dann in Digitalsignale umgewandelt. Enthält das zu überwachende Transportgut jedoch auch verhältnismässig grosse Teilchen, so können Störungen auftreten, indem unerwünscht viele nachfolgende Produkte mit ausgeschieden werden, obwohl sie frei von störenden Teilchen sind. Zur Behebung derartiger Störungen ist es bekannt, dem Sensor eine weitere Magnetisierungsspule zuzuordnen, mit deren Feld unerwünscht grosse Signale teilweise kompensiert werden. Dies führt in der Praxis aber meist zu weiteren Schwierigkeiten, weil nicht nur eine weitere Magnetspule im Sensor-Element gesteuert zu speisen ist, sondern eine weitere Wärmequelle entsteht. Auch können sich störende Trägkeitserscheinungen bemerkbar machen.

Mach der Erfindung wird diesen Problemen dadurch begegnet, dass dem einzelnen Sensorsignal-Verstärker eine Schaltungsstufe zugeordnet ist, welche die Gesamt-Verstärkung bei überschreiten einer vom zulässigen Maximalwert abhängigen Schwelle auf einen geringeren Wert vermindert.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:
die 1 eine Teilübersicht eines einschlägigen Geräts,
die 2 eine Schaltung bei der den erwähnten Schwierigkeiten mit einer Regelschleife zur rückwärtigen Amplitudenregelung begegnet wird.
die 3 eine Schaltung bei der den erwähnten Schwierigkeiten mit einem dem Verstärker vorgeschalteten Amplitudenbegrenzer mit einstellbarer Begrenzungsschwelle begegnet wird,
die 4 eine Schaltung bei der den erwähnten Schwierigkeiten durch die Verwendung eines sogenannten logarithmischen Verstärkers mit regelbarer Einsatzschwelle begegnet wird.
In der 1 ist ein Förderbandabschnitt FB dargestellt mit der durch einen Pfeil angedeuteten Transportrichtung. Auf dem Förderband FB befindet sich eine Verpackungsbeutel VP z.B. aus einer aluminisierten Kunststoff-Folie in dem beispielsweise ein Nahrungsmittel enthalten ist. In dem Verpackungsbeutel kann aus einer vorhergehenden Verarbeitungsphase des Nahrungsmittels ein unerwünschter Einschluß St1 aus VA-Stahl enthalten sein, der mit der Überwachungs- und Ausscheideeinrichtung zu entfernen ist.
Unterhalb des Förderbandabschnitts FB ist in Matrix-Form eine Anzahl von Sensoren auf einer Trägerplatte angeordnet, die wie im DBP 100 11 230 B4 beschrieben, ausgewertet werden. Die Sensoren sind beim Ausführungsbeispiel magnetische Sensoren wie Hallelemente bzw. magnetoresistive Sensoren, beispielsweise vom Typ HMC 1021 der Firma Honeywell. Derartige Sensoren werden meist nur getastet im sogenanten SET-/RESET-Modus betrieben. Das geschieht in der Praxis meist im Frequenzbereich zwischen hundert Hertz bis zu über 100 Kilohertz. Man erhält damit nicht nur auf ein Bezugspotential eindeutig bezogene Amplitudenproben des von einem ferroma gnetischen Teilchen verursachten Signals. Vielmehr wird auch die thermische Belastung des Sensors wesentlich reduziert.
Das Ausgangssignal jedes Sensors wird für sich in einem Verstärker, der in der 1 nicht dargestellt ist, erheblich in der Amplitude angehoben und die in einer Sensorreihe beim Produktdurchgang anfallenden Einzelsignal werden korreliert zu einem Summensignal überführt.
Bei der Auswertung der einzelnen Sensorsignale, vor allem nach der Methode wie sie im DBP 100 11 230 B4 beschrieben ist, sind die Amplitudenwerte bei den normalerweise auftretenden unerwünschten Einschlüssen so gering, dass eine störungsfreie Auswertung gesichert ist. In der Praxis kann es aber vorkommen, dass auch grössere ferromagnetisch reagierende Teile, wie ein VA-Stahl-Relikt St2 auf das Förderband gelangen. Die von solchen Teilen ausgehenden Signale können u.U. die gesamte Anlage in der Weise störend beeinflussen, dass über einen darauffolgenden längeren Transportabschnitt störende Teile vorgetäuscht werden, obwohl das grössere Teil bereits ausgeschieden wurde.
Um solchen Schwierigkeiten vorzubeugen ist beispielsweise beim dem vorgenannten Sensor eine Zusatzspule vorgesehen, die bei Überschreiten eines maximal zulässigen Signalwertes die Empfindlichkeit des Sensors durch ein Zusatz-Magnetfeld reduziert.
Nach der Erfindung wird das erwähnte Problem auf einem anderen Wege behoben.
Nach einer ersten Lösungsform wird einem linear arbeitenden Sensorsignal-Verstärker eine Regelschleife zur Verstärkungsregelung zugeordnet, die ab einem Schwellenwert des Signals im Verstärkerausgang wirksam geschaltet wird, also ein Schwellenverhalten hat. Die Schwelle wird hierzu so gewählt, dass sie unter dem maximal zulässigen Amplitudenwert des Ausgangssignals liegt, das ist der Wert bei dem der nichtlineare Bereich verlassen wird. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Schwellenwert etwa bei der Hälfte des maximal zulässigen Amplitudenwertes liegt.
In der 2 ist in einem Schema-Schaltbild eine derartige Ausbildung wiedergegeben. Mit FB ist das angedeutete Transportband bezeichnet. Ferner ist nur ein einzelner Sensor Sn aus der Vielzahl der in Matrix-Form angeordneten Sensoren aus Gründen der Übersichtlichkeit dargestellt. Die Signalwege der übrigen Sensoren ist gleichartig. Der Sensor Sn, dessen an sich bekannte Stromversorgung für seine Magnetisierungsspule ebenfalls nicht dargestellt ist, wird von einer SET-/RESET-Stufe R/S in an sich bekannter Weise gepulst gespeist. Das Ausgangssignal des Sensors Sn wird einem Signalverstärker, im vorliegenden Fall einem Operationsverstärker OP mit hoher Verstärkung zugeführt. Im Ausgang von OP wird das verstärkte Si gnal abgenommen und für die Korrelationsauswertung nach der Deutschen Patentschrift 100 11 230 B4 zusammen mit den verstärkten Signalen der übrigen Sensoren verwendet. Zusätzlich wird das verstärkte Signal einem Amplituden-Hochpass zugeführt, der ab einem wählbaren Signalpegel bzw. Schwelle die Stufe RE zur Verstärkungsregelung im Sinne einer Verstärkungsminderung wirksam werden lässt. Hierdurch wird vermieden, dass bei sehr kleinen störenden Teilchen die Sensorsignal geschwächt und so die Korrelation mit den Signalen der anderen Sensoren erschwert wird. Die Regelung der Verstärkung bei Operationsverstärkern ist an sich allgemein bekannt, beispielsweise durch die DE 2803751 C2 .
Wesentlich ist des weiteren für eine derartige Regelung die Auswahl der Regelzeitkonstanten, das heisst des Einsetzens und der Rückführung der Regelung. Das Ausgangssignal von OP ist eine Folge von Impulsen, deren Amplituden nicht ausgeregelt werden dürfen, solange ein Signal anliegt. Wenn die Amplitude des Ausgangssignals soweit ansteigt, dass die erwähnte Schwelle überschritten wird, so darf für die Zeit einiger weniger Impulse die Regelung noch nicht einsetzen. Das bestimmt die Ansprechzeit bzw. das Einsetzen der Regelung. Die Rückführung bzw. die Rückstellzeit der Regelung nach Verschwinden eines unzulässig hohen Sensorsignals wird durch die Transportgeschwindigkeit des Förderbandes FB und den Abstand der zu untersuchenden Produkte auf dem Förderband bestimmt. Beträgt die Transportgeschwindigkeit beispielsweise 50 cm/sec und der Abstand von in Förderrichtung aufeinander folgenden Produkten, z.B. Beuteln, 0,5 cm so sollte diese Rückstellzeit bei etwa 0,5 [cm]/50 [cm/sec] = 1/100 sec liegen.
Beim Ausführungsbeispiel nach der 3 ist anstelle einer Amplituden-Regelung mit Schwellwert-Verhalten ein Amplituden-Tiefpaß in Form eines Amplitudenbegrenzers Bg dem Operationsverstärker OP vorgeschaltet. Vom Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP wird über einen Koppelkondensator C1 über die Widerstände R1 und R2 und die Diode D1 an einem Ladekondensator C2 eine Gleichspannung aufgebaut, die als Regelspannung für OP dient. In den Stromkreis R2, D1 und R1 ist eine Vorspannungsquelle Us eingeschaltet deren Spannung einstellbar ist. Dies ist durch einen Pfeil beim Schaltungssymbol angedeutet. Die im Schaltungsweg wirksame Spannung ist so eingestellt, dass sie D1 für Amplitudenwerte sperrt, die unterhalb des zulässigen Amplitudenwertes des Verstärker-Ausgangsignal liegen. Insoweit gelten sinngemäß die entsprechenden Ausführungen zur 2, in dem die Schaltung ähnlich einem Amplituden-Hochpass wirkt, der ab einem wählbaren Signalpegel bzw. Schwelle den Begrenzer wirksam werden lässt. Hierdurch wird vermieden, dass bei sehr kleinen störenden Teilchen die Sensorsignal geschwächt und so die Korrelation mit den Signalen der anderen Sensoren erschwert wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach der 4 ist der Operationsverstärker OP als sogenannter "logarithmischer Verstärker" ausgebildet. Solche Verstärker enthalten entweder intern ein entsprechendes Regelorgan oder es wird einem linearen Operationsverstärker ein sogenannter Exponential-Vorverzerrer Vex vorgeschaltet. Der Exponential-Vorverzerrer Vex wird über einen Amplituden-Hochpass AH so gesteuert, dass er erst bei Ausgangssignalwerten wirksam wird, die zumindest etwas unter dem maximal zulässigen Amplitudenwert des Ausgangssignals liegen.
Hinsichtlich der Ansprech- und Rückstellzeiten gelten auch für die Ausführungsbeispiele nach den 3 und 4 die zur 2 gegebenen Ausführungen.
Mit Ri ist jeweils der Innenwiderstand des Sensor-Elements bezeichnet, der bei der exakten Schaltungsbemessung in an sich bekannter Weise zu berücksichtigen ist.
Stand der Technik:

DE 100 11 230 C2
Datenblatt AN-207 der Fa. Honeywell/USA erreichbar über http://www.ssec.honeywell.com
Datenblatt AN213 der Fa. Honeywell/USA erreichbar über http://www.magneticsensors.com
DE 30 27 715 A1
DE 101 06 388 C2
Hölzler/Holzwarth "Theorie und Technik der Pulsmodulation" Springer-Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg 1957 Seiten 194 bis 199

Claims

Metallsuchgerät zur überwachung eines Produktstromes auf unerwünschte metallisch leitende Partikel, bei dem in einem zu überwachenden Abschnitt des auf einem Transportband befindlichen Produktstromes mittels in Förderrichtung hintereinander angeordneten SET-/RESET getakteter Einzelsensoren, deren Signale über Sensorsignal-Verstärker einer Auswerteschaltung zur Ableitung eines materialspezifischen Erkennungssignals zugeführt werden, in der die Ausgangssignale der Sensoren derart gegeneinander zeitverzögert einer Additionsschaltung zugeführt werden und ferner der durch den Abstand der Sensoren und die Fördergeschwindigkeit des Förderstromes bedingte Laufzeitunterschied zwischen den Sensorsignalen ausgeglichen wird und bei dem eine wenigstens nahezu arithmetische Addition der auf ein metallisch leitendes Partikel im Fördergutstrom beruhenden Signalanteile in der Additionsschaltung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dem einzelnen Sensorsignal-Verstärker eine Schaltungsstufe zugeordnet ist, welche die Gesamt-Verstärkung bei überschreiten einer vom zulässigen Maximalwert abhängigen Schwelle auf einen geringeren Wert vermindert.
Metallsuchgerät nach Anapruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprechzeit der Schaltungsstufe der Zeit einiger weniger Impulse der Taktimpulse und die Rückstellzeit der Regelung nach Verschwinden von unzulässig hohen Sensorsignalen in Abhängigkeit von der Transportgeschwindigkeit des Förderbandes und den Abstand der zu untersuchenden Produkte auf dem Förderband derart festgelegt ist, dass die einzelnen Sensoren vor dem Eintritt eines nachfolgenden Produkts in den jeweiligen Sensor-Erfassungsbereich in den Ursprungszustand zurückgekehrt sind.
Metallsuchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungstufe als Amplituden-Tiefpass mit einstellberer Amplitudenschwelle ausgebildet ist, deren Aktivierung vom Ausgangssignal des Sensorsignal-Verstärker abgeleitet ist.
Metallsuchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorsignal-Verstärker als regelbarer Verstärker ausgebildet ist, in dessen Regelschleife die Schaltungstufe nach Art eines Amplituden-Tiefpass mit einstellberer Amplitudenschwelle ausgebildete eingefügt ist, deren Aktivierung vom Ausgangssignal des Sensorsiganl-Verstärker abgeleitet ist.
Metallsuchgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorsignal-Verstärker als logarithmischer Verstärker ausgebildet ist.
Metallsuchgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorsignal-Verstärker aus einem linearen Verstärker besteht dem ein exponentieller Vorverzerrer vorgeschaltet ist.