DE19530987C1

DE19530987C1 - Verfahren zum Auswerten der Signale eines Metalldetektors

Info

Publication number: DE19530987C1
Application number: DE1995130987
Authority: DE
Inventors: Eckhard Tikwinski
Original assignee: ELMED DR ING MENSE GmbH
Current assignee: ELMED DR ING MENSE GmbH
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2015-08-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten der Signale eines Metall detektors. Der Einsatz von Metalldetektoren erfolgt häufig im Rahmen von Qualitätskontrollen kontinuierlich hergestellter Produkte, z. B. bei der Ferti gung von Spanplatten. Hierbei wird das auf Metallpartikel zu untersuchende Produkt mittels eines Endlos-Förderbandes durch den Metalldetektor hindurch geführt. Die von dem Metalldetektor ermittelten Metallsignale sind jedoch nicht in allen Fällen auf in dem Produkt eingelagerte Metallpartikel zurückzu führen, sondern in vielen Fällen auf Störeinflüsse, die ihre Ursache in dem verwendeten Förderband haben. Im Rahmen der technischen Entwicklung werden zunehmend antistatische Förderbänder verwendet, deren Verbin dungsnähte von dem Metalldetektor als Störsignal erfaßt werden, wobei diese Störsignale von den Suchsignalen nicht oder kaum unterscheidbar sind. Cha rakteristisch bei diesen Störsignalen ist lediglich, daß diese wiederholt auftre ten, nämlich bei jedem Umlauf des Förderbandes.

Eine Metalldetektionseinrichtung, bei der mittels einer auf metallische Körper reagierenden Meßanordnung laufend Meßsignale erzeugt, in einer Bewer tungsstufe analysiert und hieraus Metallsignale identifiziert werden, ist aus der DE 33 33 832 A1 und, in geringfügig abgewandelter Ausführungsform, aus der DE 30 46 058 A1 bekannt. In beiden Fällen erfolgt die Verwendung zweier an unterschiedlichen Orten des Transportbandes angeordneter Detekto ren. Der erste Detektor befindet sich an einer Stelle des Obertrums, an der sich das fördernde Gut auf Metallsignale hin detektieren läßt, während sich der zweite Detektor in Transportrichtung gesehen stromaufwärts befindet, und zwar entweder am Untertrum des Förderbandes oder ebenfalls auf dem Ober trum, jedoch örtlich gesehen vor der Transportstrecke für das Fördergut. Die Distanz zwischen den beiden Detektoren wird im Rahmen der Signalauswer tung berücksichtigt, wozu mittels impulsgebender Markierungen an dem För dergurt dessen Geschwindigkeit erfaßt wird. Bei der Auswertung des Detek tionsergebnisses werden die Signale des vorgelagerten Metalldetektors in ei nem Verschiebespeicher abgelegt und abhängig von der Geschwindigkeit des Förderbandes zu dem Zeitpunkt wieder abgerufen, an dem der betreffende Bandabschnitt den zweiten Detektor durchläuft. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt ein Vergleich zwischen den in dem Verschiebespeicher abgelegten Signalwer ten und dem aktuell von dem nachgeordneten Detektor erfaßten Signalwerten. Zeigt dieser Vergleich eine Abweichung auf, wird auf das Vorhandensein eines unerwünschten Metallteiles geschlossen.

Die bekannten Verfahren erfordern wegen der beiden räumlich voneinander zu trennenden Detektoren eine relativ platzaufwendige Prüfanordnung. Wegen der räumlichen Trennung der Detektoren kann es ferner zu Schwankungen bei der Signalauswertung kommen, wie sie z. B. auf zeitliche Abweichungen in der Transportgeschwindigkeit des Förderbandes und damit der zu prüfenden Produkte zurückgeführt werden kann. Da bei dem genannten Stand der Tech nik der zeitliche Versatz zwischen den Detektionssignalen der beiden Detekto ren einerseits durch deren Abstand, und andererseits durch die jeweilige Bandgeschwindigkeit bestimmt ist, führen Schwankungen bei der Bandge schwindigkeit unmittelbar zu Fehlinterpretationen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Eliminierung nicht auf zu detektierende metallische Körper zurückzuführender Störsignale zu schaffen, das sich in einer kompakt bauenden Prüfanordnung realisieren läßt, und das unabhängig von Schwankungen äußerer Einflußgrö ßen, wie z. B. der Transportgeschwindigkeit der zu prüfenden Produkte arbei tet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen ein Verfahren zum Auswerten der Signale eines Metalldetektors, bei dem mittels einer auf metal lische Körper reagierenden Meßanordnung laufend Meßsignale erzeugt, in ei ner Bewertungsstufe analysiert und hieraus Metallsignale identifiziert werden, und bei dem

a) der Signalverlauf bereits identifizierter Metallsignale vorläufig als Refe renzsignal in einem Referenzsignalspeicher der Bewertungsstufe gespei chert wird,
b) die von der Meßanordnung gelieferten Meßsignale zeitabschnittsweise in einem Eingangsspeicher abgelegt werden,
c) für den jeweils betrachteten Zeitabschnitt in einer Korrelationsstufe ein Ähnlichkeitsvergleich des in dem Eingangsspeicher abgelegten Meßsi gnals mit dem in dem Referenzsignalspeicher gespeicherten Referenzsi gnal durchgeführt wird,
d) für den Fall einer festgestellten Ähnlichkeit der Signalverlauf des Refe renzsignals von dem Meßsignal subtrahiert wird,
e) der Ähnlichkeitsvergleich anschließend für einen zeitlich versetzten oder teilweise überlappenden Zeitabschnitt wiederholt wird,
f) und die so bereinigten Meßsignale der Identifizierung der Metallsignale zugrundegelegt werden.

Mit einem solchen Verfahren lassen sich Störsignale, die nicht auf zu detektie rende metallische Körper, sondern auf andere, wiederholt auftretende Ein flüsse zurückzuführen sind, wirksam unterdrücken, so daß das die Bewer tungsstufe verlassende Nutzsignal nur noch solche Metallsignale wiedergibt, die eindeutig auf zu detektierende Metallpartikel zurückzuführen sind. Das Verfahren eignet sich besonders zur Qualitätskontrolle kontinuierlich auf einem endlosen Förderband durch den Metalldetektor hindurchgeführter Produkte.

Mit einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß für den Fall einer festgestellten Ähnlichkeit des Meßsignals mit dem Referenz signal die Werte des Referenzsignals in ein zweites Schieberegister kopiert und dann von den in dem ersten Schieberegister abgelegten Werten des Meßsi gnals subtrahiert werden.

Zur Durchführung des Ähnlichkeitsvergleichs können für jeden Zeitabschnitt sämtliche in dem ersten Schieberegister abgelegten Meßwerte des Meßsignals mit den entsprechenden Referenzwerten des Referenzsignals multipliziert wer den, und die hierbei erhaltenen Produkte in einem Summierer aufsummiert werden, wobei von der Bewertungsstufe eine Ähnlichkeit des jeweiligen Meß signals mit dem Referenzsignal dann angenommen wird, wenn die über eine Zeitachse aufgetragenen Summenwerte

a) ein Maximum aufweisen
b) und/oder einen vorgegebenen Betrag übersteigen.

Vorzugsweise wird das von der Meßanordnung zunächst erzeugte Metallsignal nach Zeitpunkt und Amplitude diskretisiert, und die so gebildeten, zeitabhän gigen Amplitudenwerte werden in dem ersten Schieberegister abgelegt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Dabei wird Bezug auf die anliegenden Zeichnungen und Darstellungen genommen. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen Metalldetektor mit einem durch den Metalldetektor hindurchgeführten, endlosen Förderband sowie einer Station zur Aussonderung fehlerhafter Produkte;

Fig. 2 ein stark verrauschtes Eingangssignal des Metalldetektors;

Fig. 3 Referenzsignale, die in einem Referenzsignalspeicher abgelegt sind;

Fig. 4 eine über der Zeitachse aufgetragene Summen- bzw. Korrelations funktion;

Fig. 5 ein von Störsignalen bereinigtes Meßsignal des Metalldetektors und

Fig. 6 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auswer ten der Signale eines Metalldetektors.

Der in Fig. 1 dargestellte Metalldetektor 1 wird für die Qualitätsprüfung von Produkten verwendet, die auf dem Obertrum eines Förderbandes 2 durch den Metalldetektor 1 hindurchgeführt werden. Bei den Produkten kann es sich z. B. um Spanplatten handeln, die auf darin eingelagerte Metallpartikel hin zu über prüfen sind. Die Produkte liegen auf dem Obertrum des endlosen Förderban des 2 auf, und gelangen durch den ringförmig gestalteten Metalldetektor 1 hindurch. Im Inneren des Gehäuses des Metalldetektors 1 sind eine oder meh rere Induktionsschleifen 3 eines Spulensystems angeordnet, die an eine nicht dargestellte Meßanordnung angeschlossen sind. Werden in dem zu prüfenden Produkt Metallpartikel erkannt, wird das insoweit fehlerhafte Produkt in einem Ausschußbehälter 4 befördert. Hierzu ist hinter dem Förderband 2 eine in Ab hängigkeit von den Detektionssignalen des Metalldetektors 1 zu öffnende Klappe 5 angeordnet, unterhalb der sich der Ausschußbehälter 4 befindet.

Bei dem Förderband 2 kann es sich um ein antistatisches Band handeln, wel ches entlang der Verbindungsnaht 6 geschlossen ist. Der Nachteil dieser Ver bindungsnähte 6 besteht darin, daß diese Unsauberkeiten aufweisen können, die beim Hindurchtreten der Verbindungsnaht 6 durch die Detektionsebene des Metalldetektors 1 zur Abgabe eines Detektionssignales führen. Dieses Detektionssignal muß, um ein verwertbares Nutzsignal zu erhalten, als Störsi gnal erkannt werden. Hierbei ist es von Vorteil, daß dieses Störsignal wieder kehrend auftritt, nämlich bei jedem Umlauf des Förderbandes 2.

Weitere Störsignale, die aus dem Nutzsignal zu eliminieren sind, können sich z. B. durch an dem Förderband 2 anhaftende Metallpartikel ergeben. Auch sol che Störsignale treten mit jedem Umlauf des Förderbandes 2 erneut auf, ohne im Rahmen der Qualitätsprüfung des auf dem Förderband 2 transportierten Produktes verwertbar zu sein.

Mittels des nachfolgend beschriebenen Verfahrens können von den insgesamt erhaltenen Metallsignalen jene Störsignale neutralisiert werden, die auf Ein flüsse des Förderbandes 2 zurückzuführen sind, und daher keinen Aufschluß über die Qualität des Produktes geben. Nach Durchführung des Verfahrens wird daher schließlich ein Nutzsignal erhalten, welches von sämtlichen Störsi gnalen bereinigt ist, und damit nur noch solche Metall- oder Detektionssignale enthält, die ihre Ursache in metallischen Partikeln innerhalb des Produktes ha ben. Erst auf Grundlage dieses Nutzsignales ist es möglich, ein fehlerhaftes Produkt sicher zu erkennen, und damit zu vermeiden, daß ein Produkt bereits dann als fehlerhaft ausgesondert wird, wenn die Ursache des den Aussonde rungsprozeß einleitenden Metallsignals in der Fördereinrichtung liegt, und nicht im Produkt selbst.

Durch die mittels der Induktionsschleife 3 arbeitende Meßanordnung werden laufend Meßsignale erzeugt, wobei sich das in Fig. 2 dargestellte, unter Um ständen stark verrauschte Eingangssignal ergibt. Das Eingangssignal enthält bei A.2 ein Metallsignal in Form eines in etwa sinusförmigen Amplitudenaus schlages.

Die verwendete Meßanordnung ist mit einer Bewertungsstufe versehen, in der aus dem Eingangssignal eventuelle Störsignale ausgefiltert werden. Hierzu wird jedes neue Metallsignal unabhängig davon, ob es sich um ein Störsignal oder ein echtes Detektionssignal handelt, als Referenzsignal in einem Refe renzsignalspeicher gespeichert. Eines dieser abgespeicherten Referenzsignale ist in Fig. 3 dargestellt. Im Rahmen der systeminternen Bewertung wird ge prüft, ob ein dem gespeicherten Referenzsignal ähnliches Metallsignal erneut auftritt. Falls dies der Fall ist, wird dieses Metallsignal als Störsignal erkannt, und von dem Signalverlauf des Eingangssignales zwecks Erzeugung eines Nutzsignales subtrahiert.

Zur Feststellung einer Ähnlichkeit zwischen dem Referenzsignal und den lau fend erzeugten Meßsignalen wird ein Korrelationsverfahren verwendet, wel ches nachfolgend anhand der Fig. 6 erläutert wird.

Zunächst wird das Eingangssignal bezüglich Zeit und Amplitude durch Abta stung mit einem Analog-Digital-Umsetzer diskretisiert. Alle weiteren Bearbei tungsschritte können in diskreter Technik oder, besonders vorteilhaft, mit ei nem digitalen Signalprozessor erfolgen.

Die einzelnen Abtastwerte in Form von Amplitudenwerten eines vorgegebenen Zeitabschnittes gelangen in ein als Eingangsspeicher dienendes Schieberegi ster 7. Die so abgelegten Meßsignale betreffen einen Zeitabschnitt von i=0 bis i=N und sind in Fig. 6 mit dem Index X_n+N bis x_n bezeichnet. Der Index n wird für jeden nachfolgenden Verfahrensdurchlauf um den Wert 1 erhöht.

Die Referenzsignale, d. h. die Signalverläufe r₀ bis r_N bereits früher erkannter Metallsignale, sind in dem Referenzsignalspeicher 8, z. B. eines Ringpuffers, abgespeichert. Auch die Referenzsignale umfassen einen Zeitabschnitt von i=0 bis i=N.

Die in dem Schieberegister 7 gespeicherten Werte x werden mit den im Refe renzsignalspeicher 8 gespeicherten Referenzwerten r multipliziert, was in Fig. 6 mit der Multiplikatorstufe 9 symbolisiert ist. Die so erhaltenen Produkte wer den anschließend in einer Summierstufe 10 addiert, was gemäß der aus dem Faltungsintegral entwickelten Faltungssumme

erfolgt.

Die in der Summierstufe 10 erhaltenen Summen lassen sich über der Zeitachse auftragen, wobei sich die in Fig. 4 dargestellte Korrelationsfunktion ergibt. Diese Korrelationsfunktion gemäß Fig. 4 wird in einer in Fig. 6 dargestellten Entscheidungsstufe 11 bewertet. Sofern erkannt wird, daß die über der Zeit achse aufgetragenen Summenwerte der Korrelationsfunktion

a) ein Maximum aufweisen
b) und/oder einen bestimmten Betrag übersteigen,

gilt das Metallsignal als wiederum auftretendes Störsignal.

In Fig. 3 ist ein bereits früher als Referenzsignal abgespeichertes Metallsignal dargestellt, welches in dem beschriebenen Korrelationsverfahren als dem Me tallsignal A.2 der Fig. 2 ähnlich erkannt worden ist. Diese Ähnlichkeit wurde festgestellt, weil der Verlauf der Summenwerte über der Zeit gemäß Fig. 4 an eben dieser Stelle ein Maximum bei C.2 aufweist. Das Eingangssignal A.2 ge mäß Fig. 2 ist daher als erneut wiederkehrendes Signal, und damit als Störsi gnal erkannt worden, während über den gesamten Rest des in Fig. 2 darge stellten Eingangssignals keine Übereinstimmungen mit dem Referenzsignal festgestellt wurden, und daher an den entsprechenden Stellen der Summen werte gemäß Fig. 4 auch keine weiteren ausgeprägten Maxima auftreten.

Ist das Störsignal erkannt, wird der in dem Referenzsignalspeicher 8 gespei cherte Verlauf des Störsignals in ein zweites Schieberegister 12 kopiert. Der Schalter 13 wird freigegeben, und die in dem zweiten Schieberegister 12 ge speicherten Werte gelangen, ebenso wie die Werte des ersten Schieberegi sters 7, auf einen Summierer 14. Dort erfolgt eine Subtraktion der Werte des zweiten Schieberegisters 12 von den Werten des ersten Schieberegisters 7, wodurch am Ausgang 15 das von dem Störsignal befreite Nutzsignal anliegt. Sämtliche in diesem Nutzsignal noch enthaltenen Metallsignale sind eindeutig Hinweis auf einen gesuchten metallischen Körper; sämtliche wiederholt und insbesondere periodisch auftretenden und daher unbeachtlichen Störsignale sind eliminiert.

Nach Abschluß der Korrelationsrechnung, d. h. dem Ähnlichkeitsvergleich zwi schen Referenzsignal und aktuellem Meßsignalverlauf, erfolgt die Wiederho lung des Verfahrens für den nächsten, eventuell auch überlappenden Zeitab schnitt. Hierzu wird in dem Schieberegister 7 durch Verschieben der darin ab gelegten Werte der Index n um eine Ziffer erhöht, und das Korrelationsverfah ren unter Verwendung der Faltungssumme F(n+1) erneut durchgeführt.

Bezugszeichenliste

1 Metalldetektor
2 Förderband
3 Induktionsschleife
4 Ausschußbehälter
5 Klappe
6 Verbindungsnaht
7 erstes Schieberegister
8 Referenzsignalspeicher
9 Multiplikatorstufe
10 Summierstufe
11 Entscheidungsstufe
12 zweites Schieberegister
13 Schalter
14 Summierer
15 Ausgang

Claims

1. Verfahren zum Auswerten der Signale eines Metalldetektors, bei dem mittels einer auf metallische Körper reagierenden Meßanordnung laufend Meßsignale erzeugt, in einer Bewertungsstufe analysiert und hieraus Metallsignale identifiziert werden, und bei dem

a) der Signalverlauf bereits identifizierter Metallsignale vorläufig als Re ferenzsignal in einem Referenzsignalspeicher (8) der Bewertungsstu fe gespeichert wird,
b) die von der Meßanordnung gelieferten Meßsignale zeitabschnitts weise in einem Eingangsspeicher (7) abgelegt werden,
c) für den jeweils betrachteten Zeitabschnitt in einer Korrelationsstufe ein Ähnlichkeitsvergleich des in dem Eingangsspeicher (7) abgeleg ten Meßsignals mit dem in dem Referenzsignalspeicher (8) gespei cherten Referenzsignal durchgeführt wird,
d) für den Fall einer festgestellten Ähnlichkeit der Signalverlauf des Referenzsignals von dem Meßsignal subtrahiert wird,
e) der Ähnlichkeitsvergleich anschließend für einen zeitlich versetzten oder teilweise überlappenden Zeitabschnitt wiederholt wird,
f) und die so bereinigten Meßsignale der Identifizierung der Metallsi gnale zugrundegelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs speicher (7) ein Schieberegister ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall einer festgestellten Ähnlichkeit des Meßsignals mit dem Referenzsignal die Werte des Referenzsignals in ein zweites Schieberegi ster (12) kopiert und dann von den in dem ersten Schieberegister (7) ab gelegten Werten des Meßsignals Wert für Wert subtrahiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des Ähnlichkeitsvergleichs für jeden Zeitabschnitt sämtliche in dem ersten Schieberegister (7) abgelegten Meßwerte des Meßsignals mit den entsprechenden Referenzwerten des Referenzsignals multipliziert, und die hierbei erhaltenen Produkte in einer Summierstufe (10) aufsummiert werden, wobei von der Bewertungsstufe eine Ähnlich keit des jeweiligen Meßsignals mit dem Referenzsignal dann angenom men wird, wenn die über einer Zeitachse aufgetragenen Summenwerte

a) ein Maximum aufweisen
b) und/oder einen vorgegebenen Betrag übersteigen.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das von der Meßanordnung zunächst erzeugte Metallsignal nach Zeitpunkt und Amplitude diskretisiert wird, und die so gebildeten, zeitabhängigen Amplitudenwerte in dem ersten Schieberegister (7) abge legt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Meßsignal und das zu subtrahierende Referenzsignal in einem Ringpuffer gespeichert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalver arbeitung teilweise oder ganz in einem Signalprozessor erfolgt.