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Die Erfindung betrifft ein Sortiersystem und ein Sortierverfahren für Blatttabak, insbesondere Grünblatt-Tabak.
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Tabak, der einen Verarbeitungsprozess bis zur Konfektionierung stabförmiger Rauchprodukte in Form von Zigaretten, Filterzigaretten, Zigarren und dergleichen durchläuft, enthält Fremdkörper der unterschiedlichsten Art. Es ist daher notwendig, diese Fremdkörper möglichst frühzeitig und vollständig auszusondern, um Störungen im weiteren Verarbeitungsprozess und Qualitätseinbußen beim Endprodukt auszuschließen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Blatttabak ein unzerkleinerter Tabak verstanden, der ein frisch geernteter unbehandelter Grünblatt-Tabak sein kann oder ein bereits vorbehandelter Blatttabak, der von den Tabakrippen befreit ist, aber noch nicht weiter zerkleinert worden ist.
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Als Grünblatt-Tabak oder „green-leaf tobacco“ werden die geernteten und gegebenenfalls beim Farmer vorgetrockneten Tabakblätter bezeichnet, bevor sie zerkleinert und weiterverarbeitet werden. Sie stellen daher den ersten Zustand des Tabaks im maschinellen Verarbeitungsprozess des Tabaks nach der Ernte dar. Der Grünblatt-Tabak enthält häufig nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak, welcher entweder unreif, und damit zu grünlich (hell), oder schwärzlich verfärbt ist, wenn er überreif oder angefault ist. Zusätzlich sind häufig Fremdpartikel enthalten, sogenanntes „non-tobacco related material“ (NTRM). Solche NTRM können sehr unterschiedlicher Art sein, beispielsweise Bruchstücke von Bewässerungsrohren von den Tabakfeldern, Schuhsohlen, Vogelfedern, metallische Gegenstände etc. Bevor der Grünblatt-Tabak weiterverarbeitet wird, ist es daher notwendig, NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak aus dem Grünblatt-Tabak zu entfernen. Die Entfernung größerer NTRM ist in diesem Stadium besonders wichtig, da diese größeren NTRM ansonsten im Zerkleinerungsprozess mit zerkleinert werden würden und die Anzahl der später auszusortieren kleinen Störpartikel wesentlich erhöhen würde, mit der Gefahr, dass die größere Verteilung der NTRM-Partikel die Anzahl der kontaminierten Endprodukte massiv erhöhen würde.
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Die Klassifikation von Blatttabak, insbesondere Grünblatt-Tabak, als gut oder schlecht stellt eine Herausforderung dar, da es sich bei Blatttabak allgemein, ebenso wie bei Grünblatt-Tabak im Besonderen, um ein farblich sehr inhomogenes Produkt handelt. Für die Farbsortierung bedeutet das eine ständige Änderung der Farbzuordnungen im Spektrum. Hiervon sind auch Fremdkörper betroffen, die eine große Variation an Farben, Formen, Dichte, Materialzusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit etc. aufweisen können, besonders, wenn die entsprechenden Farben der Fremdkörper sich hin und wieder mit den Tabakfarben überlappen. Allgemein finden sich mit regelmäßiger und großer Wahrscheinlichkeit immer wieder Fremdkörperfarben in der Tabakfarbwolke bzw. im Tabakfarbspektrum wieder.
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Für den zerkleinerten Tabak gibt es verschiedene Sichter, die auf verschiedene Weise kleinere Partikel aus dem zerkleinertem Tabak entfernen. So werden gemäß
EP 1 027 837 B1 Fremdkörper im Massenstrom mittels einer Laser-Scannung optisch erkannt. Das Entfernen erfolgt auf der Basis eines Auswurfs mittels Druckluftdrüsen. Die Verwendung von Düsenleisten ist in der Tabakindustrie eingeführt und bietet eine hohe Präzision, geht aber mit sehr komplexen Systemen einher. Weiterhin führt der Einsatz von Druckluftstößen im Bereich der Ausschleusung zu unkontrollierten Turbulenzen und zum Auswurf von viel gutem Tabak. Außerdem können große oder auch schwere NTRM nicht mit Druckluftstößen aus Düsenleisten ausgeworfen werden.
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Während die vorhergehenden Ausführungen für bereits zerkleinerten Tabak gelten, wird bei dem unzerkleinerten Grünblatt-Tabak aufgrund der zuvor genannten Herausforderungen häufig auf menschliche Arbeit an sogenannten „Picking Tables“ zurückgegriffen. Dabei wird ein Grünblatt-Tabak-Massenstrom auf einem Transportband an, meist mehreren angelernten Arbeitern/Arbeiterinnen vorbei gefördert, die NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak mit hoher Sicherheit erkennen und aus dem Massenstrom händisch entfernen. Die Geschwindigkeit des typischerweise ca. 60 bis 120 cm breiten Transportbandes ist dabei ca. 70 cm/s. Bei der monotonen Arbeit mit ständigem Blick auf sich gleichmäßig bewegende Tabakblätter lassen allerdings nach kurzer Zeit die Konzentration und die Effizienz nach.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Vorgang des „Picking“ effizienter zu gestalten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Sortiersystem für Blatttabak, insbesondere Grünblatt-Tabak gelöst, umfassend ein oder mehrere Transportmittel, insbesondere Transportbänder oder Transportrinnen, zum Transport eines ausgebreiteten Massenstroms von Blatttabak, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein optisches Detektionssystem, welches ausgebildet und eingerichtet ist, NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Blatttabak im Massenstrom auf dem Transportmittel oder in einem Fallbereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Transportmitteln zu erkennen, und eine Entferneinheit zur Entfernung von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak aus dem Massenstrom, umfasst sind, wobei die Entferneinheit einen oder mehrere Picker-Roboter umfasst, die in Förderrichtung des Massenstroms stromabwärts des wenigstens einen optischen Detektionssystems angeordnet sind und ausgebildet sind, erkannte NTRM und/oder erkannten nicht-spezifikationsgemäßen Blatttabak aus dem Massenstrom zu entfernen.
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Damit wird eine Automatisierung des Picking erzielt, in der NTRM und/ oder nicht-spezifikationsgemäßer Blatttabak auf optischem Wege erkannt wird und, im Unterschied zu bisher, nicht händisch oder mit Druckluft-Düsenleisten aus dem Massenstrom entfernt werden, sondern durch Picker-Roboter, die ebenso gezielt wie menschliche Arbeitskräfte die unerwünschten Bestandteile aus dem Massenstrom entfernen, ohne viel guten Blatttabak, insbesondere Grünblatt-Tabak, dabei mitzunehmen. Die Automatisierung erlaubt es auch, einen größeren Massenstromdurchsatz als bisher zu sortieren. Ferner kann bei höherer Transportbandgeschwindigkeit die Belegungsdichte des Massenguts verringert werden, so dass die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak erhöht wird. Es wird weniger wahrscheinlich, dass zu entfernende Objekte unter gutem Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak verborgen bleiben.
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In Ausführungsformen ist oder sind der oder die Picker-Roboter als Portal-Roboter mit Linearführungen und/oder als Arm-Roboter mit beweglichem Gelenkarm oder beweglichen Gelenkarmen ausgebildet, wobei insbesondere der oder die Picker-Roboter jeweils ein mechanisches Greifmittel, insbesondere mit zwei oder mehr beweglichen Greiffingern, deren Abstand zueinander beim Greifen verringert wird, ein Saugmittel und/oder einen Magneten, insbesondere einen schaltbaren Elektromagneten, aufweist oder aufweisen. Diese Aufzählung ist nicht als einschränkend auszulegen, denn als Picker-Roboter können alle Typen von Robotern eingesetzt werden, die in der Lage sind, einzelne erkannte Objekte aus dem Grünblatt-Tabak-Massenstrom zu ergreifen und zu entfernen, wobei der Begriff „ergreifen“ im Rahmen der Erfindung jede geeignete Art der Kontaktbildung umfasst, mit der NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßer Grünblatt-Tabak aus dem Massenstrom entfernt werden kann. Im Rahmen der Erfindung können beispielsweise Klauengreifer oder Greifer mit drei oder vier Pins oder Fingern eingesetzt werden, jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. 3-oder 4-Pin-Parallelgreifer haben den Vorteil, dass beim Greifen keine Höhenänderung eintritt.
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Das optische Detektionssystem weist in Ausführungsformen mehrere in Förderrichtung des Massenstroms nacheinander angeordnete optische Detektoren auf, die insbesondere bei gleichen oder unterschiedlichen Farben oder Wellenlängenbereichen verwendet werden. Die Verwendung mehrerer nacheinander angeordneter optischer Detektoren hat mehrere Vorteile. So kann durch Verwendung unterschiedlicher optischer Eigenschaften des Massenstroms, die in verschiedenen Farbbereichen unterschiedlich zur Geltung kommen, eine Optimierung der Erkennung für bestimmte Klassen von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Grünblatt-Tabak anhand verschiedener Eigenschaften wie Farbe, Form, Oberflächenbeschaffenheit etc. erfolgen. Dies verringert die Komplexität der Bildauswertung an jedem einzelnen Detektor. Weiterhin ist es möglich, ein Tracking von Objekten durch die nacheinander angeordneten optischen Detektoren zu realisieren, um das Entfernen dieser Objekte auch dann zu ermöglichen, wenn diese sich nicht mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Transportband oder dem Massenstrom auf der Transportrinne bewegen.
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In weiteren Ausführungsformen sind mehrere optische Detektionssysteme vorhanden, die jeweils gleiche und/oder unterschiedliche Klassen oder Merkmale von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak erkennen, wobei die mehreren optischen Detektionssysteme mit nachgeordneten Picker-Robotern insbesondere in aufeinanderfolgenden Abschnitten des Transportmittels angeordnet sind. Diese Kombinationen aus optischen Detektoren und Picker-Robotern können auch als Module eingesetzt werden, die jeweils für bestimmte Klassen von Objekten spezialisiert sind. Je nach Lokalität des Anbaugebiets können die häufig auftretenden Klassen von Objekten unterschiedlich sein, so dass das Gesamtsystem durch die Auswahl geeigneter Module zusammengesetzt werden kann. Das Einsetzen mehrerer solcher Module aus optischen Detektoren und Picker-Robotern hintereinander kann auch helfen, solche Objekte zu entfernen, die zwar bereits im ersten Modul erkannt worden waren, jedoch beispielsweise aufgrund einer Häufung von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Grünblatt-Tabak von dem oder den Picker-Robotern des ersten Moduls nicht entfernt werden konnten.
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Für restliche zu entfernende Objekte, oder Objekte, die aufgrund ihrer Beschaffenheit wie extremer Größe oder Gewicht oder einer zu großen Zahl von zu entfernenden Objekten nicht durch die bereits vorhandenen Picker-Roboter entfernt werden können oder konnten, ist oder sind in Ausführungsformen stromabwärts des oder der Picker-Roboter an dem oder an einem der Transportmittel eine oder mehrere schaltbare Ausschleusklappen, Fallschächte und/oder Bandumschaltungen zur Ausschleusung von restlichen NTRM und/oder restlichem nicht-spezifikationsgemäßen Blatttabak angeordnet. Diesen kann in Förderrichtung des Massenstroms eine weitere optische Detektionsvorrichtung vorausgehen.
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Der oder die Picker-Roboter ist oder sind vorzugsweise in Förderrichtung des Massenstroms von Blatttabak stromaufwärts eines Zerkleinerers angeordnet. Da dieser Massenstrom bereits von NTRM und/oder von nicht-spezifikationsgemäßem Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak befreit worden ist, wird auch der im Zerkleinerer zerkleinerte Massenstrom des Tabaks nicht mit einer erhöhten Anzahl von Fremdpartikeln belastet sein.
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In Ausführungsformen umfasst das optische Detektionssystem eine Beleuchtungsvorrichtung, die ausgebildet ist, das Transportmittel oder den Fallbereich zwischen den Transportmitteln über dessen gesamte Breite zu beleuchten, als Aufnahmevorrichtung eine Zeilenkamera oder eine Flächenbildkamera, die insbesondere farbsensitiv ausgebildet ist, sowie eine Bildauswertungseinheit. Vorteilhafterweise ist das optische Detektionssystem, insbesondere die Bildauswertungseinheit, ausgebildet, NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Blatttabak anhand einer vom spezifikationsgemäßen Blatttabak abweichenden Färbung, Struktur und/oder Form zu erkennen. Das optische Detektionssystem ist in Ausführungsformen ausgebildet, NTRM mit einer Mindestgröße von 5 cm zu erkennen, insbesondere mit einer Mindestgröße von 1 cm. Kleinere Objekte sind mit Picker-Robotern nicht mehr effizient zu entfernen. Für Objekte dieser Größe sind die nachfolgenden Sichter und Sortierer für den bereits zerkleinerten Tabak effizienter.
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In vorteilhaften Ausführungsformen ist oder sind das oder die Transportmittel als endlos verschweißter Gurtförderer und/oder als Saugband ausgebildet, und/oder weist oder weisen eine Farbe auf, die in der Farbpalette des Blatttabak-Massenstroms liegt oder von der Farbpalette des Blatttabak-Massenstroms sowie von den Farbpaletten von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak abweicht. Die Ausbildung des Transportmittels als Saugband, bei dem das Band perforiert ist und sich unter dem Band ein Unterdruck befindet, führt dazu, dass erreicht wird, dass der Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak auf dem Saugband angesaugt wird und somit auch dann nicht seine Position auf dem Saugband verändert, wenn NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßer Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak durch den oder die Picker-Roboter entfernt wird, selbst, wenn diese Objekte teilweise mit dem Grünblatt-Tabak überlappten oder unter diesen teilweise begraben waren. Außerdem liegen, abhängig vom Druck, sowohl der Blatttabak als auch die Fremdkörper mit ihrer maximalen Fläche auf dem Saugband und werden folglich mit ihrer maximalen Fläche zum Sensor hin präsentiert. Dies verbessert die Erkennung zu entfernender Objekte.
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Die Farbwahl für das Transportmittel unterstützt die optische Erkennung von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak. In dem Fall, dass das Transportmittel in der gleichen Farbschattierung wie der spezifikationsgemäße Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak gefärbt ist, entfällt die gesonderte Erkennung des Transportmittels als eigenständiges Objekt, das nicht zu entfernen ist. Dabei sollte die Färbung des Transportmittels in den Bereich der als gut akzeptierten Exemplare von Blatttabak fallen. Wenn das Transportmittel in einer anderen Farbe oder Schattierung gefärbt ist als der ordnungsgemäße Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak, so sollte sich diese Färbung sowohl von dem spezifikationsgemäßen Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak unterscheiden als auch von den Farben üblicher NTRM und/oder des nicht-spezifikationsgemäßen Blatt- bzw. Grünblatt-Tabaks. Auf diese Weise kann das Transportmittel bei der optischen Detektion als solches erkannt werden, so dass ein Aufschluss über die Dichte der Belegung des Transportmittels mit Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak möglich ist. So kann es möglich sein, bei einer geringen Belegungsdichte andere Entfernungsmittel für bestimmte erkannte Objekt zu verwenden als bei einer hohen Belegungsdichte. Bei einer geringen Belegungsdichte ist beispielsweise ein Ausschleusen mittels eines Klappensystems oder ähnlichem mit weniger Verlust an guten Tabakmaterial verbunden als bei einer hohen Belegungsdichte, so dass die Picker-Roboter beispielsweise mit einer höheren Priorität auf dicht belegte Bereiche des Transportmittels angesetzt werden als auf gering belegte Bereiche.
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In Ausführungsformen sind mehrere optische Detektionssysteme vorhanden, die jeweils gleiche und/oder unterschiedliche Klassen oder Merkmale von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak erkennen, wobei die mehreren optischen Detektionssysteme mit nachgeordneten Picker-Robotern insbesondere in aufeinanderfolgenden Abschnitten des Transportmittels angeordnet sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Sortierverfahren für Blatttabak, insbesondere Grünblatt-Tabak, gelöst, bei dem ein Blatttabak-Massenstrom auf einem oder mehreren Transportbändern oder in einem Fallbereich zwischen zwei Transportbändern eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Sortiersystems an wenigstens einem optischen Detektionssystem und einer Entferneinheit vorbei gefördert wird, das dadurch weitergebildet ist, dass NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßer Blatttabak im Massenstrom erkannt und mittels eines oder mehrerer Picker-Roboter der Entferneinheit aus dem Massenstrom entfernt wird oder werden. Das Sortierverfahren verwirklicht die gleichen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile wie das erfindungsgemäße Sortiersystem.
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Vorteilhafterweise nimmt das optische Detektionssystem eine Abfolge von Zeilen- oder Flächenbildern des Massenstroms auf und wertet sie mittels einer Bildauswertungseinheit aus, wobei ein zuvor eingelerntes oder vordefiniertes Farbspektrum von Blatttabak-Farben sowie die Farbe des oder der Transportmittel als gut und die davon abweichenden Farben von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak als schlecht indiziert werden, wobei die Position der als schlecht indizierten Bereiche, gegebenenfalls nach einer weiteren, nachgelagerten Bildanalyse dieser Bereiche, dazu verwendet wird, die Picker-Roboter anzusteuern, um die diesen Bereichen entsprechenden Objekte auf dem Laufband zu entfernen.
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Eine Klassifikation der Objekte erfolgt in Ausführungsformen über
- - die Anzahl der zusammenhängenden als schlecht indizierten Pixel für die Größe der Objekte,
- - die Lage der Kanten der Objekte für die Form der Objekte und/oder
- - die Anzahl der Farben, die mit einer bestimmten Breite hintereinander liegen für die Größe der Objekte,
wobei insbesondere anhand einer erfolgten Klassifikation ein Picker-Roboter mit einem für erkannte Objektklassen geeigneten Greifmittel zur Entfernung des Objekts aus dem Massenstrom verwendet wird.
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Bei Erkennung einer zu hohen Anzahl von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Blatttabak erfolgt vorzugsweise eine Priorisierung, welche Objekte aus dem Massenstrom entfernt werden, wobei insbesondere die farbliche Ähnlichkeit zu spezifikationsgemäßem Tabak und die Größe als Kriterien verwendet werden. Eine zu hohe Anzahl von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak bedeutet, dass die Kapazität der Picker-Roboter überschritten ist, solche auszusortieren Bestandteile des Massenstroms zu ergreifen und auszusortieren. Es verbleiben also zwangsläufig einige der eigentlich auszusortierenden Bestandteile. In diesem Fall ist es vorteilhaft, eine Priorisierung vorzunehmen, um solche NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Blatt- bzw. Grünblatt-Tabak aus dem Massenstrom zu entfernen, die zu einer besonders starken Kontaminierung des nachfolgend zerkleinerten Tabaks führen würden. Dies betrifft beispielsweise besonders große NTRM oder besonders stark in der Färbung abweichenden nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak, die jeweils priorisiert zu entfernen sind. Bei NTRM sind außerdem Eigenschaften wie das Material des NTRM zu berücksichtigen, falls die Materialeigenschaften von dem System erkannt worden sind.
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In Ausführungsformen erfolgt für die Ansteuerung der Picker-Roboter und/oder nachfolgender Ausschleusmittel eine Positionsberechnung basierend auf einem Zeitstempel der Erkennung eines NTRM oder nicht-spezifikationsgemäßen Blatttabaks und der konstanten Fördergeschwindigkeit des Transportbands bzw. des Massenguts auf der Förderrinne gemacht wird.
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Das Farbspektrum des Blatt- bzw. Grünblatt-Tabaks wird in Ausführungsformen zu Anfang der Sortierung einer neuen Charge oder einer neuen Produktion neu eingelernt. So kann die Konsistenz bzw. das Erscheinungsbild des Grünblatt-Tabaks sich von Charge zu Charge, saisonal oder unter anderen sich langsam ändernden Randbedingungen unterscheiden. Das Festhalten an einem bestimmten Spektrum würde solche natürlich auftretenden Variationen im Erscheinungsbild des Blatttabaks ignorieren und zu einem vermehrten Ausschuss von eigentlich gutem Grünblatt-Tabak aus dem Massenstrom führen. Dass Anlernen des zu akzeptierenden Farbspektrums kann unter Aufsicht eines menschlichen Beobachters erfolgen, der beispielsweise über ein User Interface definiert, ob ausgeschiedenes Material eigentlich gut gewesen wäre oder händisch an einer Konsole fehlklassifiziertes Material markiert. Alternativ kann das Anlernen automatisch erfolgen, gegebenenfalls unter der Aufsicht eines menschlichen Bedieners. Um das System automatisch anzulernen, kann dem System nacheinander eine Charge händisch ausgewählten guten Grünblatt-Tabaks und eine Charge händisch ausgewählten schlechten Grünblatt-Tabaks vorgeführt werden, so dass das jeweilige Farbspektrum ohne weiteren Eingriff angelernt wird.
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Zusätzlich zur Farbspektrumsanalyse kann auch eine Formerkennung erfolgen. Typische Formen können über Klassifikatoren angelernt werden. Bekannte Methoden hierfür sind etwa Perceptrons, Decision Trees, Random Forest-Methoden u.a.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
- 1 a)-d) schematische Prinzipdarstellungen erfindungsgemäßer Sortiersysteme,
- 2 eine schematische Prinzipdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Sortiersystems,
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Sortiersystems und
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Sortiersystems.
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Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
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In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
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Die folgende Figurenbeschreibung betrifft Ausführungsbeispiele mit Grünblatt-Tabak, sind aber in gleicher Weise für Blatttabak im Allgemeinen anwendbar.
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In 1 a) bis d) sind vier verschiedene erfindungsgemäße Sortiersysteme 101, 102, 103, 104 für Grünblatt-Tabak schematisch in Form von Prinzipdarstellungen gezeigt. Allen Sortiersystemen 101-104 ist gemeinsam, dass ein Massenstrom von Grünblatt-Tabak auf einem Transportband 20 in einer Förderrichtung 26, die jeweils durch einen Pfeil dargestellt wird, transportiert wird und auf diesem Förderweg unter einem optischen Detektionssystem 30 her gefördert wird, das ausgebildet ist, NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak zu erkennen. Dazu verfügt das optische Detektionssystem 30 über einen optischen Detektor, der zur Erfassung des Massenstroms an Grünblatt-Tabak über die gesamte Breite des Transportbandes 20 ausgebildet ist, sowie gegebenenfalls über eine Beleuchtung, falls nicht die Umgebungsbeleuchtung bereits ausreicht. Nicht dargestellt ist eine Datenauswerteeinheit, in der die erfassten optischen Daten in Hinblick auf die Bestandteile des Massenstroms ausgewertet werden.
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In diesem und in den folgenden Ausführungsbeispielen werden Transportbänder als Beispiele für Transportmittel angeführt. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf andere geeignete Transportmittel für den Blatttabak, beispielsweise Transportrinnen, in denen das Massengut mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit gleitet, die unter anderem vom Neigungswinkel und den Reibungseigenschaften der Rinne abhängt.
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In Förderrichtung 26 stromabwärts des optischen Detektionssystems 30 ist gemäß 1 a) eine Entferneinheit 40 in Gestalt eines Schwenkarm-Picker-Roboters 50 mit einem Schwenkarm 52 angeordnet, an dessen Ende ein Saugmittel 84 angeordnet ist, das, symbolisch durch einen Pfeil nach oben über dem Saugmittel 84 dargestellt, mit Saugluft beaufschlagt wird, um NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak aus dem Massenstrom zu ergreifen und zu entfernen. Die Kombination aus optischen Detektionssystem 30 und Entferneinheit 40 kann auf bestimmte Arten von NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßen Grünblatt-Tabak spezialisiert sein und als Modul mit mehreren gleichartigen und/oder auf andere zu entfernende Objekte spezialisierten Modulen kombiniert werden.
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Die Erkennung von zu entfernenden Objekten erfolgt auf der Grundlage einer Farbanalyse, insbesondere im optisch wahrnehmbaren und/oder im angrenzenden Nahinfrarot- und/oder UV-Bereich. Geeignete Lichtquellen sind LEDs, Laser oder andere Leuchtmittel. Dabei werden die einzelnen aufgenommenen Pixel, die eine flächige Ausdehnung aufnehmen, daraufhin geprüft, ob die darin auftretende Farbe in das Farbspektrum von gut klassifizierten Grünblatt-Tabak fällt oder nicht. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das Transportband 20 selbst innerhalb dieses Farbspektrums gefärbt ist. Alternativ kann das Transportband auch in einer Färbung gehalten sein, die weder bei spezifikationsgemäßem Grünblatt-Tabak noch bei üblicherweise auftretenden NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßem Grünblatt-Tabak auftritt. Eine Bildanalyse kann dann zusammenhängende Pixel der gleichen oder sehr ähnlichen Färbung erkennen und zueinander zuordnen als ein Objekt, das entweder gut ist oder zu entfernen ist. Die Pixelauflösung wird dabei geeignet gewählt, um Objekte, die zu entfernen sind, sicher zu erkennen. Typischerweise ist die Pixelgröße am Ort des Massenstroms weniger als 1 mm, so dass auch relativ kleine Objekte aufgelöst werden können. Beim Einsatz von Zeilenkameras ist die Bildwiederholrate dementsprechend so zu wählen, dass auch in der Förderrichtung des Transportbandes eine entsprechende Auflösung erzielt wird.
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Die auszuschleusenden Objekte verändern ihre Position auf dem Band idealerweise nicht mehr, so dass nach Erkennung das Roboter-Timing bzw. die Ortsangabe nur noch von der erfassten 2D-Position auf dem Transportband und der Bandlaufgeschwindigkeit abhängt. Die Positionen des optischen Detektionssystems und des Picker-Roboters sind bekannt, ihr Abstand ebenfalls. Um dem nachfolgenden Picker-Roboter eine Position zu liefern, kann der Flächenschwerpunkt des zusammenhängenden Pixelbereichs genannt werden, so dass beispielsweise ein Ansaugen an diesem Punkt zu einem besonders sicheren Halt und einer sicheren Entfernung des erkannten Objekts aus dem Massenstrom führt. Alternativ können auch Kanten erkannt werden, die zwischen Pixelbereichen unterschiedlicher Färbung verlaufen, was insbesondere für Greifroboter mit Greiffingern besonders geeignet ist, die entsprechend an den Kanten ansetzen können, um die jeweiligen Objekte zu ergreifen.
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Den Picker-Robotern können noch nicht dargestellte Ausschleusklappen, Fallschächte und/oder Bandumschaltungen nachgeschaltet sein.
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Ein Beispiel für geeignete Saugvorrichtungen bzw. Saugmittel 84 sind Rohre, die im Sinne von Venturi-Düsen verwendet werden, bei denen etwas oberhalb der unteren Ansaugöffnung ein Lufteinlass mit einer Luftführung für Druckluft vorhanden ist, die im Rohr nach oben gerichtet ist, beispielsweise mit 6 bar, so dass an der unteren Ansaugöffnung ein Unterdruck entsteht. Auf diese Weise kann sehr schnell und unter geringem Aufwand punktuell ein Unterdruck erzeugt werden und es ist nicht notwendig, ständig einen Unterdruck zu erzeugen, zumal sich ein Unterdruck auf diese Weise gegebenenfalls zu langsam aufbauen würde. Alternativ kann ein solches Saugrohr auch an einem großen Vakuum-Raum mit starkem Vakuum angeschlossen sein, von dem es mittels eines schnell schaltenden Ventils abtrennbar ist.
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Die Roboter können trainiert werden, nach dem Ergreifen oder Ansaugen von Objekten aus dem Massenstrom die Objekte frühzeitig loszulassen, so dass diese über eine Flugbahn in entsprechende Behältnisse oder auf Abförderbänder gelangen (nicht dargestellt).
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In dem Sortiersystem 102 gemäß 1 b) sind zwei solche Module hintereinander dargestellt, so dass in Förderrichtung 26 stromabwärts von dem ersten optischen Detektionssystem 30 und der ersten Entferneinheit 40 ein zweites optisches Detektionssystem 32 und eine weitere Entferneinheit 40 am Transportband 20 angeordnet sind. Das zweite optische Detektionssystem 32 kann auf unterschiedliche Objekte spezialisiert sein als das erste optische Detektorsystem 30, beispielsweise durch eine Spezialisierung auf eine andere Farbe oder eine andere Messmethode. Eine spezifische Farbsensitivität kann erreicht werden durch eine monochromatische Beleuchtung beispielsweise oder durch die Verwendung von speziellen Farbfiltern vor dem jeweiligen optischen Detektor.
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In dem Ausführungsbeispiel eines Sortiersystems 103 gemäß 1 c) folgen dem optischen Detektionssystem 30 zwei Entferneinheiten 40. Dies hat den unmittelbaren Effekt, dass die Entfernkapazität bzw. Entfernrate des Sortiersystems 103 gegenüber denjenigen des Sortiersystems 101 verdoppelt wird. Es können auch drei oder mehr Entferneinheiten verwendet werden.
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In 1 d) ist der Fall dargestellt, in dem das Sortiersystem 104 eine Mehrzahl von, im konkreten Beispiel drei, optischen Detektionssystemen 30, 32, 34 aufweist, denen eine Entferneinheit 40 folgt. Die Verwendung einer Mehrzahl von optischen Detektionssystemen 30, 32, 34 ermöglicht es, beispielsweise eine Vollfarbenanalyse auch unter Verwendung von Graustufen-Detektoren vorzunehmen, indem bei den jeweiligen Detektoren eine monochromatische Beleuchtung mit blauem, grünem und rotem Licht ausgeführt wird und/oder entsprechende Farbfilter verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ist es, dass mit den drei aufeinanderfolgenden optischen Detektionssystemen 30, 32, 34 ein Tracking von einzelnen Objekten im Massenstrom möglich ist. Diese können also auch dann erkannt werden, wenn sie sich gegenüber dem Massenstrom bewegen. Auf diese Weise kann auch ihre voraussichtliche Position vorausgesagt werden, wenn der Massenstrom den Picker-Roboter 40 passiert.
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In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sortiersystems 105 schematisch prinzipiell dargestellt, das sich von dem in 1 dargestellten Sortiersystem 101-104 darin unterscheidet, dass NTRM und/oder nicht-spezifikationsgemäßer Grünblatt-Tabak nicht auf dem Transportband 20, sondern in einer Fallstrecke 24 zwischen einem ersten Transportband 20 und einem zweiten Transportband 22 erkannt wird. Zu diesem Zweck ist ein optisches Detektionssystem 36 auf die Fallstrecke 24 ausgerichtet. An dieser Stelle ist der Massenstrom gegenüber der Belegung der Transportbänder 20, 22 lockerer gefasst, so dass die Erkennung von Fremdmaterialien oder nicht-spezifikationsgemäßem Grünblatt-Tabak gegebenenfalls leichter möglich ist, insbesondere bei einer hohen Belegungsdichte im Massenstrom. Andererseits sollte die Fallhöhe der Fallstrecke 24 nicht zu groß sein, damit die Position von gutem Grünblatt-Tabak und NTRM und/oder als nicht-spezifikationsgemäß erkanntem Grünblatt-Tabak auf dem zweiten Transportband 22 vorhersagbar bleibt. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass der Picker-Roboter 40 diese Objekte ergreifen und aus dem Massenstrom entfernen kann. Das optische Detektionssystem 36 kann auch mit einem direkt auf das zweite Transportband 22 gerichteten optischen Detektionssystem kombiniert werden, so dass die Erkennung mittels des optischen Detektionssystem 36 erfolgt und das weitere optische Detektionssystem dieses Objekt im auf dem Transportband 22 geförderten Massenstrom wiedererkennt. Auf diese Weise wird eine hohe Erkennungssicherheit und Lagepositionssicherheit erreicht.
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3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sortiersystems 10 mit einem Transportband 20, auf dem die Förderrichtung 26 von rechts ins Bild läuft. Das auf dem Transportband 20 über die gesamte Breite ausgebreitete Massengut (nicht dargestellt) durchläuft ein optisches Detektionssystem 30, das in 3 in größerem Detail dargestellt ist. Das optische Detektionssystem 30 umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 37 in Kastenform und eine Aufnahmevorrichtung 38, die oberhalb der Beleuchtungsvorrichtung 37 angeordnet ist. Die Aufnahmevorrichtung 38 verfügt beispielsweise über eine Zeilenkamera, deren durch eine ebenfalls umfasste Optik definierter Aufnahmewinkel 39 symbolisch dargestellt ist und die gesamte Breite des Transportbandes 20 überdeckt. Ein geeignetes Blendensystem (nicht dargestellt) an der Aufnahmevorrichtung 38 verhindert, dass Streulicht in die Aufnahmevorrichtung 38 eintritt und den Kontrast vermindert. Anstelle einer Zeilenkamera kann auch eine Flächenbildkamera verwendet werden.
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In Förderrichtung 26 stromabwärts des optischen Detektionssystems 30 sind zwei Greifarm-Picker-Roboter 60, 62 angeordnet, von denen der erste Greiffinger 82 aufweisen, die an den Enden von Greifarmen 64 angeordnet sind, während der zweite ein Saugmittel 84 aufweist. Die Greiffinger 82 und Saugmittel 84 sind lediglich schematisch angedeutet. Wenn ein Objekt im Massenstrom von der optischen Detektion erkannt wird, erhält einer der beiden Roboter den Befehl, dieses Objekt aus dem Massenstrom zu entfernen. Dazu erhält er genaue Positionsangaben für das zu entfernende Objekt auf dem Transportband 20. Die Greifarme 64 sind derart gelenkig ausgebildet, dass sie dem Massenstrom folgen können und sich diesem von oben nähern und sich nach dem Ergreifen des Objekts wieder nach oben entfernen. Anstelle von Greiffingern können die Greifarme auch eine Saugvorrichtung umfassen. Geeignete Quattro-Arm-Roboter sind beispielsweise als Omron Quattro von Omron Corporation erhältlich.
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Das Sortiersystem 12 der 4 unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten System in der Ausgestaltung der Picker-Roboter. In diesem Fall sind die Picker-Roboter als Portal-Picker-Roboter 70, 72 ausgestaltet, die jeweils auf einer x-y-z-Linearführung 74 beweglich gelagert sind und schematisch angedeutete Greiffinger 82 bzw. Saugmittel 84 zum Entfernen von Objekten aus dem Massenstrom aufweisen.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 12
- Sortiersystem
- 20, 22
- Transportband
- 24
- Fallstrecke
- 26
- Förderrichtung
- 30, 32, 34, 36
- optisches Detektionssystem
- 37
- Beleuchtungsvorrichtung
- 38
- Aufnahmevorrichtung
- 39
- Aufnahmewinkel
- 40
- Entferneinheit
- 50
- Schwenkarm-Picker-Roboter
- 52
- Schwenkarm
- 60, 62
- Greifarm-Picker-Roboter
- 64
- Greifarm
- 70, 72
- Portal-Picker-Roboter
- 74
- x-y-z-Linearführung
- 82
- Greiffinger
- 84
- Saugmittel
- 101 - 105
- Sortiersystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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