DE2411388C3

DE2411388C3 - Anordnung zum Sortieren von stückigen Gegenständen, wie Mineralien

Info

Publication number: DE2411388C3
Application number: DE19742411388
Authority: DE
Inventors: Diethard 5601 Dornap Keitel; Rolf 5603 Wuelfrath Schorlemer
Original assignee: RHEINISCH-WESTFAELISCHE KALKWERKE AG 5601 DORNAP; TECHNISCHES BUERO SCHORLEMER TBS INH ROLF SCHORLEMER 5603 WUELFRATH
Current assignee: RHEINISCH-WESTFAELISCHE KALKWERKE AG 5601 DORNAP; TECHNISCHES BUERO SCHORLEMER TBS INH ROLF SCHORLEMER 5603 WUELFRATH
Priority date: 1974-03-09
Filing date: 1974-03-09
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DK88875A; DE2411388B2; DE2411388A1

Description

Die Erfindung bclriffl eine Anordnung zum Sortieren von stückigen Gegenständen, wie Mineralien, /. B. Dolomit und Kalkstein, nach ihrer Farbe, wobei das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierte Licht in die Spcktralbereichc Blau. Grün und Rot zerlegt und durch lichtelektrische Wandler in elektrische Signale überführt wird, diese Farbsignalspanmingcn verstärkt und einerseits /um Ermitteln der Farben mit einem Standard, andererseits zur Aussteuerung der Sij;nalver-

stärker mit einer Referenzspannung verglichen werden.

Es ist aus der DE-OS 2118 720 eine Einrichtung zur optisch-elektrischen Abtastung einer Zeichnung, die aus einer Vielzahl von Punkten unterschiedlicher Farben besteht, bekannt, wobei die durch das Abtasten der Punkte erhaltenen Informationen in elektrische Farbsignale umgewandelt werden. Dafür sind Abtastorgane vorgesehen, die relativ zu der Zeichnung b-jwegt werden (S. 6, letzter Absatz). Eine derartige Zeichnung ist als Vorlage für ein Web- oder Strickmuster naturgemäß eben, so daß unterschiedliche Abstände zwischen den Abtastorganen und der Zeichnung nicht auftreten.

Die Elektronik ist nur in der Lage, ausgewählte Farben zu erkennen, da die Farbintensitäten nur in engen Bereichen erfaßbar sind und mit einem konstanten, von außen eingestellten Standard verglichen werden müssen. Die Vorrichtung kann nur zufriedenstellend arbeiten unter günstigen, nahezu idealen Arbeitsbedingungen ohne Beeinflussung durch Staub, Spritzwasser und/oder Erschütterungen. Beleuchtung und Abstand der Abtastorgane zur Zeichnung müssen konstant eingehalten werden. Der Schaltungsaufwand ist außerdem sehr groß.

Der vorliegenden Erfindung liegt jedoch die Aufgabe zugrunde, eine Anordung zum Sortieren von stückigen Gegenständen, wie Mineralien, nach deren Oberflächenfarbe zu schaffen, mit der auch unter den rauhen Betriebsbedingungen einer Aufbereitungsanlage mit geringem Schaltungsaufwand, insbesondere die durch die wechselnde Dicke der Mineralien bedingten Abstands- und Meßfehler — z. B. BeleuchUingsschwankungen infolge der für den vorliegenden Anwendungsfall typischen Abstandsunterschiedc der einzelnen Mineralstücke zum Abtastorgan — vernieden werden und dabei auch die typischen verwaschenen Farben, deren Reflexionsvermögen in einem weiten Bereich über mehrere Größenordnungen gehen kann, noch sicher erkannt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus jeweils einem Drittel einer verstärkten Farbsignalspannung über Widerstände eine Summenspannung gebildet wird, daß die Summenspannung jeweils mit einer der drei Farbsignalspannungen in einem Komparator verglichen wird, der je nach Farbanteil des abgetasteten Gegenstandes einen positiven oder negativen Impuls an eine Matrix gibt, die in Abhängigkeit von sechs möglichen Einstellungen »Gut«- oder »Schlechtw-Impulse einem Integrator zuführt, der in Abhängigkeit von der Impulsratc eine Auswurfeinheit steuert, und daß die Summenspannung mil der Referenzspannung zur Aussteuerung der Farbsignalverstärker verglichen wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Einfluß der wechselnden Abstände vom Meßkopf zur Mincraloberflächc, bedingt durch die unterschiedliche Dicke der Mineralien, ausgeschaltet.

Auf eine Scharfeinstellung über Objektive, wie sie bei flächigen Objekten wie Papieren, Textilien oder Kncheln unabdingbar ist. kann hier verzichtet werden. Erschwerend kommt hinzu, daß das Reflexionsvermögen von Mincraloberflächen wegen Glanzflächen und/oder Obcrflächcnrauhigkcitcn über mehrere Größenordnungen gehen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren der Auswertung kann diese großen Bereiche verarbeiten. Der elektronische Schaltungsaufwand ist verhältnismäßig gering und kann auch unter den erschwerten Bedingungen einer Aufbereitungsanlage

betriebssicher arbeiten.

Der Anmeldungsgegenstand zeichnet sich auch aus durch seine große Anpassungsfähigkeit durch den sich ständig aus den vorliegenden Farben ableitenden und automatisch sich bildenden Standard an die z. B. für Mineralien typische Vielfalt der Farben mit unterschiedlichem Sättigungsgrad und ist nicht auf ausgewählte Farben und dem Vergleich mit einem festen Standard beschränkt

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens erhält jeder Farbsignalverstärker in Abhängigkeit von den zu erwartenden Farben eine einstellbare Vorspannung.

Durch eine derartige einstellbare Vorspannung kann man für vorliegende Farben erreichen, daß vorteilhaft das Auswertesignal des !Comparators positiv oder negativ wird. Ferner wird erfindungsgemäß jedes Mineral mehrmals pro Zeiteinheit gemessen, z. B. lOOmal je Sekunde, wodurch erzielt wird, daß erst mehrere aufeinanderfolgende »Schlechiw-Impulse ein Auswurfsignal erzeugen. Ein einzelner Farbunterschicd, z. B. durch eine nur örtliche Farbabweichung, kann somit noch nicht zum Auswurf führen. Von jedem Mineral werden entsprechend seiner Größe und der Förderbandgeschwindigkeit zehn und mehr Einzelmessungen gemacht.

Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung aus durch mehrere parallele Kanäle, die durch einen in Fließrichtung der Mineralien mit Winkelprofilen versehenen Boden einer Siebmaschine gebildet werden, durch ein hinter der Siebmaschine angeordnetes, etwa doppelt so schnell wie die Mineralien auf dem Sieb laufendes Förderband und durch je einen Meßkopf, eine elektronische Einheit und eine Auswurfeinheit pro Kanal. Da jedes Mineral einzeln abgetastet werden muß, werden somit zweckmäßig die Mineralien in parallele Kanäle aufgeteilt. Weiterhin wird vorteilhaft auch eine Anpassung an die geforderte Leistung durch eine entsprechende Anzahl von Kanälen ermöglicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigt

Fig. 1 die .schematische Darstellung einer Anordnung zum Sortieren von stückigen Mineralien im Schnitt,

Fig. 2 den linearen und gesättigten Bereich eines Farbsignalvcrstärkers im Diagramm,

F i g. 3 eine Prinzipschaltung mit der Rückführung des Summensignals und

Fig.4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die in Fig. I dargestellte Ausführungsform besteht im wesentlichen aus einer Siebmaschine 1 und einem Förderband 2, auf dcr;i die stückigen Mineralien 3 unter einer Beleuchtungswannc 4 hindurchgeführt werden. Mehrere Leuchtstofflampen 5 erzeugen mit der Innenwand ein weißes Licht, so daß keine Schatten auf der Mineraloberfläche auftreten.

Die Leuchtstofflampen 5 werden mit Wechselstrom von ca. 2OkHz gespeist, damit das niederfrequente Flackern des 50 H/. Drchstromes vermieden wird, das bei der elektrischen Weiterverarbeitung stören würde. Ein in der BelcuchUingswanne 4 angeordneter Meßkopf 6 lastet optisch einen begrenzten Teil der Oberfläche des Minerals 3 ab.

Das reflektierte Licht wird sodann im Meßkopf 6 in elektrische Werte umgesetzt; diese werden in einer elektronischen F.inhcit 7 ausgewertet, die ggfs. einen Auswurfimpuis erzeugt, mit dem ein Magnetventil 8 geschaltet wird. Dieses steuert einen Preßluftzylinder 9, der eine am Bandende angeordnete Auswurfeinheit 10 betätigt.

Zur Erzielung einer ausreichenden Durchsatzleistung der Sortieranlage sind im allgemeinen mehrere parallele Kanäle erforderlich. Die Mineralien 3 müssen dabei in den einzelnen, hier nicht näher dargestellten Kanälen hintereinanderliegen und voneinander einen ausrei-

ίο chenden Abstand aufweisen. Die Mineralien 3 laufen über eine Siebmaschine 1, deren Boden in Fließrichtung mit Winkelprofilen versehen ist, so daß trapezförmige Rinnen entstehen, in die die Mineralien zwangsweise zum Liegen kommen und somit kanalisiert werden. Die Siebmaschine übergibt die Mineralien auf das Förderband 2, das etwa doppelt so schnell wie die Mineralien auf der Siebmaschine läuft, so daß die notwendigen Abstände geschaffen werden. Je Meßkanal sind ein Meßkopf 6, eine elektronische Einheit und eine Auswurfeinheit 10 erforderlich. Die zwischen Meß- und Auswurfvorgang vorhandene Zeitverzögerung wird von der elektronischen Einheit 7 gesteuert, wie u. a. nachfolgend beschrieben.

Förderband 2 und Mineralien 3 werden mit weißem

y> Licht beleuchtet. Der Meßkopf 6 empfängt das diffus reflektierte Licht vom Förderband 2 und den Mineralien 3, zerlegt das diffus reflektierte Licht mit Farbfiltern oder dichroitischen Spiegeln in drei Spektralbereiche, z. B. Blau, Grün und Rot; und drei fotoelektrische

jo Lichtwandler 11 setzen die Lichtintensitäten in elektrische Signale um.

Die weitere Meßwertverarbeitung wird nun wie folgt durchgeführt:

Die drei Lichtwandler Il (Fig. 3) erzeugen drei

Γι Fotosignale Sr (Blau), so (Grün), sr (Rot), die verstärkt werden. Um gewünschte positive oder negative Auswertesignale für jede der drei Farben zu erzielen, wird jedem Fotosignal entsprechend den jeweils /m sortierenden Mineralfarben ein Vorstrom zugeschaltet.

to der nur einmal über Potentiometer 12 eingestellt wird und dann konstant bleibt: Vn für Blau, V₍, für Grün und Vr für Rot. Da diese Fotosignale Sn, Sc; und sn sehr stark variieren können, wird über Widerstände 13 ;iii dem Eingang aller Farbsignalverstärker 14 jeweils ein

r. Regelsignal ±;/ als Rückführung zugeschaltet.

Auf diese Weise werden die Eingänge der Farbsignalverstärker 14 immer auf ein im linearen Bereich liegendes Niveau gebracht. Jeder Farbsignalverstärker 14 weist nur einen begrenzten Dynamikbereich ujf, und

><) es muß verhindert werden, daß die Ausgangsspannung Ua diesen linearen Bereich überschreitet, da sonst Unterschiede in den Fotosirömen nicht mehr darstellbar ;ind.

F i g. 2 veranschaulicht die Verhältnisse und zeigt den

μ linearen und den gesäitigten Bereich eines Farbsignalverstärkers 14. Hat die Ausgangsspannung Ua die Sättigungsspannung U₁₁₁, erreicht, ruft jede weitere Erhöhung der Eingdngsspannung Ue keine Vergrößerung der Ausgangsspannung Ua mehr hervor. Eine als

wi Regelsignal arbeitende Rückführung bewirkt, daß die Fotosignalc am Eingang der Farbsignalverstärker jeweils auf jin noch im Bereich der linearen Verstärkung liegendes Niveau gebracht werden.

Somit können die sehr hohen Intensitätsschwankun-

hi gen. die helle und dunkle Mineralien aufweisen, kompcn.'jrt werden. Diese Regelung paßt sich automatisch der mittleren Helligkeit eines Minerals an.
Wie Fig. 3 zeigt, wird jeweils ein Drittel der

l-'arbsigniilspariMiingcn ί'/ι Hc. (/«über Widerstände K im .Summenpunkt 15. zu einem Summcnsigiial l\ verarbeitet. Dieses ist der Mittelwert der verstärkten f'otosignalc. Im nachfolgenden Differenzverstärker lh wird dieses .Siimmensigruil //_s- mil einer Keferenzspannting Hncf verglichen. Am Ausgang des Differenzversliirkers 16 stellt sich ein Kegelsignal ± .·/ ein. welches der Differenz lh minus Ur,-i proportional ist. Dieses Rcgclsignal wird an den I-'ingang aller l'arbsij:nal\ erstärker 14 zurückgeführt und bewirkt eine Stabilisierung de; Arbeilspunkte. unabhängig von der absoluten Beleuchtungsstärke der l.ichlwancller II. llcträgt beispielsweise I¹KcI- I Volt und {',.,,= IO Volt, so können F'rbsignalspanmmgen im Hereich I : 20 im linearen Bereich des Farbsignalverstärker verarbeitet werden. Der Bereich vergroliert sich auf I : 40. wenn t 'HeI — 0,5 y üii Ocii'figi.

Die Verstärkung der Farbsignalspannungcn wird demnach wiedergegeben mit

U„ = (V₁, +h + Sh) χ f

U₁, = (V,;±il+S,;) X f

Uh = (V_n +.) + .Sr) χ f

f/.s =

Zum Beispiel entsteht die verstärkte Farbsignalspannung Ub demnach aus dem gemessenen Fotosignal v» vom Lichtwandier II. dem konstanten Vorstrom Vn. dem Regelsignal + .) und der konstanten Verstärkung f.

Das Summensignal Us. das den Mittelwert der verstärkten Farbsignalspannung darstellt, wird somit ständig uus den Fotosignalen st. s₍,. sr selbst abgeleitet und ist mit ihnen über die Rückführung des Rcgelsignals ±a relativiert. Auf diese Weise sind alle Beleuchtungsschwankungen voll kompensiert. Das Summensignal i/.s. das als Standard dient, paßt sich somit hellen und dunklen Mineraloberflächen automatisch an.

F i g. 4 zeigt das Blockschaltbild der gesamten elektronischen Einheit 7. Nach der Lichtaufteilung im Meßkopf 6 und hinter den Farbsignalverstärkern 14 mit dem Regelsignal ± ;i erfolgt in den Komparatoren 17 der Vergleich der Farbsignalspannungen Ub, U_t~„ URtnii der als Standard verwendeten Summenspannung Us-Als Ausgang liefert jeder der drei Komparatoren 17 ein negatives oder positives Auswertesignal S» .SV,. Sr. je nacheem, ob Ub- Us. ίI_n größer oder kleiner ist als Us-Zum Beispiel:

U_n + U_G + U_R

	Komparator Blau	Komparator Grün	Komparator Rot
	•V«	S₁.	S_K
1.	+	₊	I
2.	+	+	-
3.	+	-	I
4.	t	-
5.		i	f
6.	-	+
7.		-
8		-	-

Damit ergeben sich acht Möglichkeiten:

Davon haben die erste und die achte Möglichkeit keinen praktischen Sinn, da es nicht möglich ist. daß ^IciCli/eiUg «lltO ι (U'uSijiiuiopMririüngCi'r grOuCr OiiCT kleiner sind als ihr Mittelwert.

Die sechs Möglichkeiten 2. bis 7. dagegen sind sinnvoll.

|e nach der vorliegenden Aufgabe wird eine Matrix 18 so geschaltet, daß eine oder mehrere dieser sechs Möglichkeiten erkannt werden und am Ausgang entweder ein »Gut«-Ir">uls 0 oder ein »Sehlechto-Impuls !.erzeugt wird.

Diese 0- oder L-Impulsc erscheinen kontinuierlich und synchron zu der Abtastung der Oberfläche des Minerals 3. Sie werden nun an den Fingang eines Schieberegisters 19 gegeben, das von einem Taktgenerator 20 gespeist wird. In den Zellen des Schieberegisters 19 stehen dann digitalisiert 0- oder I.-Impulse.

Das Schieberegister 19 gibt diese 0- oder L-Impiilse zeitverzögert auf einen Integrator 21. Diese konstante Zeitverzögerung wird benötigt, weil optisches Abtasten und Auswerfen räumlich getrennt sind und somit nacheinander ablaufen müssen.

Der Integrator 21 ist ein Digital-Analogumsetzer. der die 0- und I.-Impulse in eine Spannung umsetzt 1. Impulse lassen sie Spannung pro Zeiteinheit anMei yen. 0-lmpulse abfallen. Diese Integrierspannung wird mit einer internen Spannung verglichen: übersteigt sie diese, so erzeugt der Integrator 21 das eigentliche Auswurfsignal. Eine Zeitstufe 22 stellt für eine Mindestdauer dieses Auswurfsignals bereit. Die einstellbare Höhe der internen Spannung erlaubt es somit zu bestimmen, bei welcher Anzahl L-Impulsen pro Zeiteinheit das Auswurfsignal erscheinen soll. Dieses wird in einem Verstärker 23 so weit verstärkt, daß es z. B. ein Magnetventil 8 schalten kann, das seine neits einen Preßluftzylinder 9 steuert. Dieser betätigt sodann eine Auswurfeinheit 10.

Für eine Zweiguttrennung müssen die Bauteile 19 und 21 bis 23 einmal, bei einer Mehrguttrennung entsprechend oft vorhanden sein. In Fig.4 ist z.B. eine Anordnung für eine Vierguttrennung gestrichelt angedeutet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Sortieren von stückigen Gegenständen, wie Mineralien, z. B. Dolomit und ^r> Kalkstein, nach ihrer Farbe, wobei das von der Oberfläche des Gegenstandes reflektierte Licht in die Spektralbereiche Blau, Grün und Rot zerlegt und durch lichtelektrische Wandler in elektrische Signale überführt wird, diese Farbsignalspannungen ver- in stärkt und einerseits zum Ermitteln der Farben mit einem Standard, andererseits zur Aussteuerung der Signalverstärker mit einer Referenzspannung verglichen werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: !■>

a) aus jeweils einem Drittel einer verstärkten Farbsignalspannung (Ub, Ug, Ur) wird über Widerstände R eine Summenspannung (Us) gebildet

b) die Sinn/nenspannung (Us) wird jeweils mit ·?<> einer der drei Farbsignalspannungen (Ub, Ug, Ur) in einem Komparator(17) verglichen, der je nach Farbanteil des abgetasteten Gegenstandes einen positiven oder negativen Impuls an eine Matrix (18) gibt, die in Abhängigkeit von sechs ->> möglichen Einstellungen »Gut«- oder »Schlechtw-Impulse einem Integrator (21) zuführt, der in Abhängigkeit von der Impulsrate eine Auswurfeinheit (10) steuert,

c) die Summenspannung (Us) wird mit der jo Referenzspannung (Ur_c{) zur Aussteuerung der Farbsignalverstärker (14) verglichen.

2. Anordnung nach An.-pn.ich I, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Farbsignal" orstärker (14) in Abhängigkeit von den zu erwartenden Farben eine r> einstellbare Vorspannung erhält.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mineral mehrmals pro Zeiteinheit gemessen wird.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, to gekennzeichnet durch mehrere parallele Kanäle, die durch einen in Fließrichtung der Mineralien mit Winkelprofilen versehenen Boden einer Siebmaschine (1) gebildet werden, durch ein hinter der Siebmaschine angeordnetes, etwa doppelt so schnell ■»'> wie die Mineralien auf dem Sieb laufendes Förderband (2) und durch je einen Meßkopf (6), eine elektronische Einheit (7) und eine Auswurfeinheil (10) pro Kanal.