DE2722294A1

DE2722294A1 - Vorrichtung zum sortieren von gegenstaenden

Info

Publication number: DE2722294A1
Application number: DE19772722294
Authority: DE
Inventors: Tor Arild; William F Marshall
Original assignee: ULTRA SORT CORP
Current assignee: ULTRA SORT CORP
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: GB1548062A; JPS52145277A; AU2529477A

Description

Hintergrund der Erfindung

Beim Sortieren von Gegenständen, wie Bohnen, bestand ein Verfahren zum Detektieren von fehlerhaften Produkten darin, daß Licht von den einzelnen Bohnen reflektiert wurde und das reflektierte Licht bei zwei verschiedenen Lichtwellenlängen detektiert wurde. Fehlerhafte Bohnen sind gewöhnlich verfärbt und unterscheiden sich von normalen Bohnen darin, daß sie ein anderes Verhältnis des reflektierten Lichtes an den beiden gewählten Wellenlängen liefern.

Bekannte Vorrichtungen zum Farbsortieren haben stark unter dem Mangel gelitten, daß das Bedienungspersonal erhebliche Erfahrung und technische Kenntnisse haben muß, um den Betrieb profitabel zu machen. Typisch für die Schritte, die erforderlich waren, um bekannte Vorrichtungen in Gang zu setzen, sind die Bestimmung des zu verwendenden Farb-Hintergrund-Standards zur Verwendung mit einer geeigneten Filterwahl, wobei beide Wahlen von den FärbSchattierungen abhängen, die im zu sortierenden Produkt anzutreffen sind. Wenn diese Wahlen einmal getroffen sind, müssen die entsprechenden Einrichtungen in den optischen Kopf installiert werden, wobei für größte Sauberkeit gesorgt werden muß.

Da die Auswahl von Filtern gewöhnlich nach dem Verfahren Versuch - und - Irrtum vor sich geht, kann sich das zu einer längeren Prozedur auswachsen. Wenn Schlitze verwendet werden, müssen diese ebenfalls auf der Basis der Größe der zu sortierenden Gegenstände gewählt werden. Das elektronische Steuersystem kann jetzt nach der Anwärmzeit (gewöhnlich 1/2 Stunde, wenn Fotoröhren verwendet werden), nach der die Fotoröhren standardisiert werden können, eingestellt werden, der Hintergrund ausgesucht, bewertet und, wenn akzeptabel, kann das System für optimales Sortieren eingestellt werden. Aussortierselektoren, Luftdrucke, Verzögerungszeiten für

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die Aussortierer, Dauer der Aussortierzeit und schließlich endgültige Einstellungen oder ZeitabStimmungen müssen anschließend zur optimalen Sortiergenauigkeit durchgeführt werden.

Da Mühlenspeicher und andere Sortiereinrichtungen für Trockenprodukte, wo Sortiervorrichtungen verwendet werden, gewöhnlich keinen Zugang zu Arbeitskräften mit der hohen technischen Qualifikation haben, die für ein tieferes Verständnis der Maschine und der Justierungen erforderlich ist, und da weiter die Wechselwirkung zwischen den Einstellungen so ist, daß eine Person benötigt wird, die eine erhebliche Ausbildung an der Maschine hat, ist ersichtlich, daß diese Betriebe, die gewöhnlich mit sehr geringen Gewinnspannen arbeiten, und darüber hinaus Saisonbetriebe sind, Vorrichtungen benötigen, die mit relativ unerfahrenen Hilfskräften betrieben können. Das Problem wird weiter dadurch kompliziert, daß die Vorrichtung gewöhnlich kontinuierlich als Routinearbeit nach der Anfangseinstellung nachgestellt werden muß, um Drifterscheinungen zu korrigieren, die sich durch Verstaubung und mit der Temperatur in Beziehung stehende Verstärkungsvariationen ergeben. In bekannten Vorrichtungen ist es außerdem für den Betreiber nicht leicht erkennbar, ob die Vorrichtung weiterhin auf Grund der ursprünglich eingestellten Niveaus aussortiert, ohne das sortierte Produkt aus dem Hauptsammeltrichter zu entnehmen und auf statistischer Basis zu untersuchen. Die Vorrichtung wird gewöhnlich während der Untersuchung angehalten, um eine Verunreinigung des bereits sortierten Produktes zu verhindern, wodurch weiterhin produktive Zeit verlorengeht. Auf Grund dieser Probleme laufen solche Vorrichtungen oft nicht mit ihrem besten Wirkungsgrad oder stehen sogar lange Zeitspannen leer, während sie auf Reparatur oder Einstellung durch einen Techniker oder den Herstellerkundendienst warten.

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In mehreren bekannten Systemen wurde ein Log-Antilog-Analog-Teiler oder Impulsbreitenmodulationsschema verwendet, um den Quotienten des Verhältnisses der beiden Signalkanäle zu erhalten. Wo ein Signal erforderlich ist, das dem Verhältnis proportional ist, beispielsweise zur Proportionalsteuerung eines Systems, sind solche Schemata notwendig. Wenn dieser Quotient mit einer Konstanten verglichen wird, um eine Schwellwertinformation zu ergeben, ist die Analogdivison nicht notwendig;.

Die folgende Beschreibung zeigt, wie die Analogdivisionsschaltung des Standes der Technik umgangen wird, wodurch ein relativ einfaches, driftfreies elektronisches Steuerpaket möglich wird. Es wird ferner erläutert, wie diese Probleme umgangen worden sind, und daß, wenn die Erfindung in Kombination mit.einer geeigneten optischen Abtasteinrichtung, wie/beispielsweise in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin beschrieben und beansprucht wird, eine äußerst genaue und stabile Sortiervorrichtung geschaffen wird. Im Betrieb sind die einzigen kritischen Einstellungen, die vom Benutzer durchzuführen sind, die Aussortierschwellwerte, und die Einstellung dieser Schwellwerte ist dadurch vereinfacht, daß die Aussortierrateninformation als Rückmeldeinformation für den Benutzer angezeigt wird.

Hauptaufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein effektives und wirtschaftliches Steuersystem verfügbar zu machen, das eine minimale Betriebserfahrung des Benutzers erfordert, um die Signale von einem Abtaster zu verarbeiten. Das Ausgangssignal des Steuersystems ist ein Aussortiersignal, das dazu geeignet ist, ein mit Solenoiden betätigtes Luftstoß-Aussortiersystem zu betreiben.

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Weitere Merkmale des Steuersystems erlauben dem Benutzer, die Aussortierschwelle einzustellen, d.h., der Benutzer kann entsprechend den Verfärbungsgrad justieren, der veranlaßt, daß das System ein Produkt, beispielsweise eine Bohne, aussortiert. Es gibt zwei Schwellwerte, die der Benutzer einstellen kann, eine Schwelle legt die Aussortierung von Bohnen fest, die dunkler als der normale Farbton sind, und der andere Schwellwert gilt für Bohnen, die einen helleren als den normalen Farbton haben. Eine von beiden, oder beide, können gleichzeitig in Betrieb sein. Zusätzlich ist eine Möglichkeit vorgesehen, kleine Fremdpartikel auszusortieren, und dieser Schwellwert wird vom Hersteller eingestellt.

Weiter ist im Steuersystem ein Meßgerät vorgesehen, das die laufende Aussortierrate anzeigt, um die Dunkel- und Heil-Schwellen einzustellen, um die Aussortierraten mehrerer Verarbeitungskanäle in einer mehrkanaligen Sortiervorrichtung abzugleichen, und um anzuzeigen, daß die Vorrichtung korrekt arbeitet.

Typischerweise werden bei der Verarbeitung von Gegenständen mehrere Sortiereinrichtungen parallel betrieben, um die Verarbeitungsrate zu erhöhen. Es können zwar getrennt eingestellte Sortiereinrichtungen verwendet werden, dieser Weg erfordert jedoch eine weitere Arbeit für den Benutzer, eine zusätzliche Einstellzeit und kann unterschiedliche Aussortierkriterien für jede Sortiereinheit ergeben. Es ist deshalb erwünscht, eine Haupteinheit verfügbar zu haben, die die verschiedenen vom Benutzer eingestellten Steuerorgane enthält, sowie mehrere Folge-Einheiten, die automatisch den Haupt-Sortierkriterien folgen. Indem mehrere Einheiten vorgesehen werden, die zwischen Haupt-

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\ind Folge-Betrieb umschaltbar sind, kann beim Ausfall einer Haupt-Einheit eine Folge-Einheit in Hauptbetrieb umgeschaltet werden, um einen Ausfall des gesamten Systems zu vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei einer Vorrichtung zum Sortieren von Gegenständen werden Signale auf Grund von Licht getrennter Wellenlängenspektren erzeugt, das von den Gegenständen reflektiert wird, wenn diese nacheinander durch eine vorgegebene Position hindurchlaufen. Diese Lichtsignale bestehen Jeweils aus einem gepulsten Signal, das vom reflektierten Licht auf Grund des Durchlaufs des Gegenstandes durch den Detektor erzeugt wird, und einem ständigen Signal, das durch das Hintergrundlicht auf Grund von anderen Quellen erzeugt wird als das vom Gegenstand reflektierte Licht. Eine Steuervorrichtung mit zwei Schaltungen zur Aufnahme der Lichtsignale auf Grund der unterschiedlichen Wellenlängenspektren, bzw. Durchlassbänder, entfernt den ständigen Lichtanteil aus dem Signal und ein erster Komparator vergleicht die Lichtsignale nach Weglassen des ständigen Lichtsignals, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Verhältnis der beiden Signale größer als ein vorgegebener Wert ist, wodurch ein hellerer als gewünschter Farbton angezeigt wird. Ein zweiter Komparator vergleicht die Lichtsignale nach Weglassen des ständigen Lichtsignals, um ein zweites Ausgangssignal zu erzeugen, wenn das Verhältnis der beiden Signale kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert ist, so daß ein dunklerer als der gewünschte Farbton angezeigt wird. Eine dritte Komparatoreinrichtung erzeugt ein drittes Ausgangssignal, wenn die absolute Amplitude eines

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Signals kleiner als eine vorgegebene Amplitude ist. Ee sind Einrichtungen vorgesehen, um das Auftreten des ersten, zweiten oder dritten Ausgangssignals zu detektieren, um die Sortiervorrichtung in die Lage zu versetzen, durch Sortieren der Produkte zu reagieren. Eine Meßanzeige für den Benutzer zeigt proportional die Aussortierrate an, um eine Einstellung des Betriebes der Vorrichtung zu erlauben. Es werden ferner die Produktzuführrate, die Gleichmäßigkeit der Zuführung und das Funktionieren des Aussortierers angezeigt. Eine Fernalarmeinrichtung zeigt eine fehlerhafte Funktion des Systems an. Es ist ferner eine Ausgangssignalanzeige für die Überwachung der Menge des verarbeiteten Produktes vorgesehen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des optischen Abtasters;

Fig. 2k und

2B verschiedene Spannungsverläufe zur Erläuterung

der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltung nach der Erfindung;

Fig. 4 das Steuerpult für eine Vorrichtung nach der Erfindung mit der Schwellwerteinstellung und der angezeigten Rückmeldeinformation für den Benutzer;

Fig. 5 ein Teil-Blockschaltbild einer Modifikation eines Teils der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 6-8 Blockschaltbilder einer modifizierten Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 3 und 5; und

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Fig. 9 und 10 Teil-Blockschaltbilder von Details der Schaltungen nach Fig. 7 und 8.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form den Lichtdetektorabtaster 10, durch den die Gegenstände, wie Bohnen, hindurchgeschickt werden, um fehlerhafte zu detektieren. Die Gegenstände werden nacheinander durch eine rohrförmige Hülse 11 mit transparenten Wänden geschickt. Um die Hülse herum sind vorzugsweise vier Lichtquellen 12, 13, 14- und 15 in Kombination mit Kollimatoren 16, 17, 18 und 19 angeordnet, die einen Gegenstand beleuchten, wenn dieser durch die Hülse passiert. Die Energiequelle für die Lichtquellen kann in üblicher Weise ausgelegt sein und ist nicht dargestellt. DiesenLichtquellen sind Detektoren 20, 21, 22, 23, 24, 25 und 20a, 21a, 22a, 23a, 24a und 25a zugeordnet, die so positioniert sind, daß sie kein direktes Licht von den zugehörigen Lampen erhalten, sondern reflektiertes Licht von den Gegenständen, die durch die Hülse 11 laufen, zusammen mit Streulicht. Die beiden Sätze Fotodioden sprechen auf zwei verschiedene optische Wellenlängenspektren oder Passbänder an, vorzugsweise im sichtbaren und infraroten Teil des Spektrums.

Die Detektoren, 20, 22, 24 und 20a, 22a und 24a sind mit dem Leiter 26 mit einem Signalverstärker 27 verbunden. Die Detektoren 21, 23, 25 und 21a, 23a und 25a sind mit dem Leiter 28 mit dem Verstärker 29 verbunden. Der elektrische Rückweg geht über Masse. Auf diese Weise wird das reflektierte sichtbare Signal einer ersten Schaltung zugeführt, die den Verstärker 27 enthält, während das reflektierte Infrarotlicht einer zweiten Schaltung zugeführt wird, die den Verstärker 29 enthält. Diese Verstärker können auf Schaltungsplatinen montiert sein, die entweder dem optischen

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Abtaster oder dem Steuermodul zugeordnet sind.

Bei einem Durchlauf von Gegenständen durch den optischen Abtaster werden zwei koinzidierende Signale von den beiden Gruppen Fotodioden erzeugt, die reflektiertes Licht bei den beiden verschiedenen Wellenlängenspektren detektieren. Diese Signale erscheinen am Ausgang der Fotodioden als Impulse, wobei deren Dauer grob der Laufzeit des Gegenstandes entspricht, wenn dieserdurch das Beleuchtungsband innerhalb des optischen Abtasters läuft.

Da der Oberflächenreflexionsgrad des sortierten Gegenstandes durch das Verhältnis der beiden Spektralbereiche des reflektierten Lichtes bestimmt wird, ist das Farbdetektorsystem für die Größe des sortierten Artikels nicht empfindlich. Die Menge des von einem Gegenstand reflektierten Lichtes wird von der Größe und dem selektiven Reflexionsgrad (Farbe) des Gegenstandes bestimmt, und wenn dieses reflektierte Licht entweder als absolute Größe detektiert wird oder gegen ein Normal beurteilt wird, kann der Reflexionsgrad auf Grund der Farbe nicht von dem Reflexionsgrad auf Grund der Größe unterschieden werden. Wenn das Verhältnis der beiden Spektralbereiche des vom gleichen Gegenstand unter identischen Betrachtungsbedingungen reflektierten Lichtes jedoch detektiert wird, wird nur der selektive Reflexionsgrad oder die Oberflächenfarbe des Gegenstandes detektiert, da die Änderung der Gegenstandsgröße dieses Verhältnis nicht ändert.

Wenn auch die Fotodioden kein direktes Licht von den Lichtquellen innerhalb des optischen Abtasters erhalten, so wird doch der Innenumfang der transparenten Hülse, durch die die Gegenstände hindurchlaufen, unvermeidlich mit

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Staub bedeckt. Der Staub streut Licht von der Lichtquelle, so daß ein Gleichsignal erzeugt wird, das hier als ständiges Lichtsignal bezeichnet wird. Über eine Periode von einigen Minuten ändert sich der Wert des Staubaufbaus leicht, so daß sich eine geringe Variation dieses Gleichsignals ergibt. Die durch den Durchlauf von Gegenständen durch den optischen Abtaster erzeugten Impulse sind deshalb einem langsam variierenden ständigen Lichtsignal überlagert. Um einen genauen Verhältnisvergleich durchzuführen, muß dieses ständige Lichtsignal negiert werden. Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf der Signale, wie sie am Ausgang der Fotodiodenverstärker 27 und 29 nach Fig. 1 auftreten. Impulse 30 und 31 der Spannungsverläufe 32 bzw. 33 sind als den ständigen Lichtsignalen 3^ bzw. 35 überlagert dargestellt. Die Fotodioden-Ausgangssignale sind, wie oben beschrieben, direkt mit den Stromsummieranschlüssen der Verstärker 27 und 29 verbunden, bei denen es sich um Gegen-Wirkwiderstandsverstärker handelt. D^.e Ausgangssignale bei 27a und 29a sind Spannungen proportional dem Betrag an den Eingängen, so daß die Fotodioden nahezu im Kurzschlußbetrieb betrieben werden, so daß eine sehr gute Fotodiodenlinearität erhalten wird. Es ist zu beachten, daß das Signal 31 des Spannungsverlaufs 33 entgegengesetzte Polarität zum Signal 30 des Spannungsverlaufs 32 hat. Das wird dadurch erreicht, daß die den Spannungsverlauf 32 erzeugenden Fotodioden den den Spannungsverlauf 33 erzeugenden Fotodioden entgegengesetztgepolt geschaltet sind. Der Zweck dieser Maßnahme ist, die ratiometrische Bestimmung an den Ausgängen der beiden Kanäle, die später beschrieben wird, zu vereinfachen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die beiden Schaltungen, die das sichtbare bzw. infrarote Lichtsignal erhalten, Einrichtungen auf, um das ständige Lichtsignal effektiv wegzulassen. Diese Einrichtung wird in Form einer kapazitiven Kopplung geschaffen, die aus Kondensatoren Cl

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und C2 in den betreffenden Schaltungen mit zugehörigen Widerständen R, und R- bestehen (vergl. Fig. 3)· Durch diese differenzierende RC-Schaltung wird der ständige, sich jedoch langsam ändernde Lichtpegel entfernt, und die Signale werden in dem Maße versetzt, daß die Spannungsverläufe in den beiden Schaltungen als Spannungsverläufe bzw. 37 (Fig. 2B) erscheinen. Die durch die Koppelkondensatoren Cl und C2 in Kombination mit den Widerständen R, bzw. Rp sowie die Eingangsimpedanz der Verstärker 42 bzw. gebildete Zeitkonstante ist groß, beispielsweise in der Größenordnung von 5 Sekunden.

Die Fläche B in Fig. 2 ist für die graphische Darstellung wesentlich übertrieben worden. Die durch die RC-Kombination geschaffene Zeitkonstante ist ausreichend lang, so daß die Versetzung des Pegels der Grundlinie der Impulse nicht merkbar geändert wird, wenn sich die Amplitude der Impulse statistisch ändert, jedoch kurz genug, so daß die langsamen Variationen des ständigen Lichtsignals nicht durchgekoppelt werden, um die Grundlinie zu variieren. Die Zeitkonstanten im Infrarot- und Sichtbar-Kanal sind ferner exakt gleich, so daß gewährleistet ist, daß die geringfügige Drift durch mögliche Variationen in Impulshöhe durch Variationen in der Gegenstandsgröße dafür sorgen, daß die Grundlinien in gleicher Weise driften. Da die Drift in beiden Kanälen gleich ist, wird sie praktisch ausgenullt, wenn das Ver^ hältnis gemessen wird.

Wegen der kapazitiven Kopplung ist die Fläche A oberhalb der Null-Spannungslinie gleich der Fläche B unterhalb der Null-Spannungslinie. Durch die differenzierende RC-Wirkung hängt die Versetzung der Fläche B von der Impulsrate und der Impulshöhe ab. Wegen der entfernten Anordnung der Impulse mit Bezug auf die länglichen signalfreien Bereiche

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im Zwischenraum sind die Impulse vertikal ausreichend weit versetzt, um eine effektive Detektierung von Amplitudenänderungen der Impulse (in noch zu beschreibender Weise) zu ermöglichen, so daß ein unerwünschter Gegenstand angezeigt werden kann.

Beispielsweise ist der Impuls 38 des Spannungsverlaufs mit dem entsprechenden Impuls 39 des Spannungsverlaufs dargestellt, um einen Gegenstand zu illustrieren, der eine dunklere Farbschattierung hat als normal, was auf irgendeine fehlerhafte Eigenschaft der Oberfläche im Falle der Sortierung von Bohnen zurückgeführt werden könnte. Ersichtlich ist das Verhältnis der Amplituden dieser Signale ausreichend unterschiedlich vom normalen Impulsverhältnis für eine normale Bohne, das durch die vorangegangenen Impulse angedeutet ist, daß es detektiert werden kann, obwohl der Impuls leicht relativ gegen das Nullspannungssignal um die Fläche B zur entgegengesetzten Seite der Nullabszisse vom Impulssignal versetzt ist.

In ähnlicher Weise sind die Impulse A-O und A-I der Spannungsverläufe 36 bzw. 37 dargestellt, um eine Bohne anzuzeigen, die eine hellere Farbschattierung hat als normal, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, daß, beispielsweise im Falle von Kaffeebohnen, die Bohne nicht reif ist. Diese Impulse haben auch eine ausreichende Verhältnisdifferenz gegenüber den anderen Impulsen, die durch normale Bohnen erzeugt werden, um detektierbar zu sein, obwohl sich eine gewisse Versetzung durch die Fläche unterhalb der Nullabszissenlinie ergibt.

Die Signale 36 und 37 werden also den Pufferverstärkern 4-2 bzw. 4-3 hoher Impedanz zugeführt, und laufen von dort über einstellbare Tiefpassfilter A-A- bzw. A-5 in den beiden

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Schaltungen, um Rauschspitzen wegzulassen oder auszufiltern, und gewünschtenfalls teilweise das Signal von jeder einzelnen Bohne zu integrieren, während diese durch das Lichtband abgetastet wird. Durch Verengerung der Bandbreiten der Tiefpassfilter können die Signalausgänge vom Abtaster elektronisch zeitlich gemittelt werden, so daß die reflektierte Licht- oder Farb-Information von jedem einzelnen Gegenstand akkumuliert wird, während der Artikel durch das schmale Beleuchtungsfeld hindurchläuft. Auf diese Weise wird das Beleuchtungsband effektiv elektronisch verbreitert und es kann ein Verhältnis gebildet werden, das nur auf der mittleren oder gesamten Farbcharakteristik des speziellen inspizierten Gegenstandes beruht. Durch Verbreiterung der Filterbandbreite werden nicht gemittelte oder momentane, lokalisierte Signalausgänge vom Abtaster zur Verarbeitung zwecks Fleckdetektierung verfügbar. Das System kann also als Fleckdetektor oder als Plittelfarbdetektor für jeden Gegenstand verwendet werden (beispielsweise beim Sortieren von gewissen Arten von mehrfarbigen Saatbohnen, wie "Scarlet Runners", die vollständig gefleckt sind).

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung und zum Zwecke der Bestimmung der Qualität der zu sortierenden Gegenstände werden die beiden Impulssignale 36 und 37 für jeden Gegenstand verglichen, um zu bestimmen, ob das Verhältnis zwischen ihnen größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Diejenigen Gegenstände, die in das Fenster aus gegebenen Werten fallen, werden zu einem Sammelpunkt für akzeptable Gegenstände durchgelassen, und diejenigen Gegenstände, die außerhalb dieser Werte fallen, werden an einen Sammelpunkt für aussortierte Gegenstände abgeleitet. Diese Bestimmung wird durch die Verwendung einer Kombination von zwei Potentiometern und zwei Komparatoren verwirklicht. Ein Potentiometer 4-6 und der zugehörige Komparator 48 sorgt

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für die Aussortierung von Gegenständen mit einem Verhältniswert größer als ein vorgegebener Wert, wodurch angezeigt wird, daß der Gegenstand einen helleren als den gewünschten Farbton hat. Das andere Potentiometer 47 mit dem Komparator 4-9 bewirkt die Aussortierung von Gegenständen mit einem Verhältniswert kleiner als ein vorgegebener Wert, wodurch angezeigt wird, daß der Farbton dunkler als erwünscht ist. Da die Signalpegel 50 und 51 auf einen Massebezug zurückgeführt sind und die ständigen Lichtsignale heraussübtrahiert sind, und da das Schwellwertverhältnis vorweg eingestellt ist, ist eine analoge Division der beiden Signale zur Bestimmung des Verhältnisses nicht notwendig.

Gemäß Fig. 3 sind die Enden der Potentiometer 46 und 47 an die Ausgänge der beiden Signalkanäle bei 52 und 53 angeschlossen. Die Abgriffe der Potentiometer sind Spannungssummierpunkte, die an die Eingänge von Operationsverstärker-Komparatoren 48 bzw. 49 angeschlossen sind, während die Komparator-Bezugseingänge mit Masse verbunden sind. Das Schwellwertverhältnis ist der Punkt, an dem der Widerstand der Arme des Potentiometers proportional der Amplitude des zugehörigen negativen Impulses 50 und positiven Impulses ist. Bei diesem Schwellwert bleibt der Abgriff des Potentiometers auf Massepotential, unabhängig von der Amplitude der Impulse, solang das Verhältnis zwischen den Impulsen das gleiche bleibt.

Wenn sich das Verhältnis zwischen den Impulsamplituden in der Weise ändert, daß der Absolutwert der Impulsamplitude/größer wird als der Impuls 51» geht ersichtlich der Abgriff der Potentiometer 46 und 4? negativ. Wenn die Impulsamplitude 51 im Verhältnis größer wird als der Impuls 50, gehen in ähnlicher Weise die Abgriffe ins Positive. Die Komparatoren fühlen, ob die Potentiometer-

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abgriffsignale positiv oder negativ gegen Masse sind. Der Verstärker 48 spricht auf Signale an, die positiver als Masse sind, wodurch angezeigt wird, daß ein Gegenstand "zu hell" ist, und der Verstärker 49 spricht auf Signale an, die negativer sind als Masse, wodurch angezeigt wird, daß der Gegenstand "zu dunkel" ist.

Es ist also klar, daß zur Hochgeschwindigkeitssortierung von Gegenständen die Erfindung sich nicht mit dem numerischen Wert des Verhältnisses beschäftigt, sondern bestimmt, ob das Verhältnis größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Ferner ist ersichtlich, daß der Benutzer den vorgegebenen Verhältniswert auf irgendeinen Aussortierpegel einstellen kann und dadurch unendliche Kontrolle über den Aussortierungs-Prozentsatz hat, und daß auch der Benutzer wählen kann, daß entweder "zu hell" oder "zu dunkel" aussortiert wird, oder daß beide gleichzeitig aussortiert werden, wobei nur eine minimale Zeit für die Einstellung benötigt wird.

Der dritte Operationsverstärker-Komparator 5^-» der später noch näher erläutert wird, bestimmt einfach, ob der Absolutwert der Amplitude des Infrarotsignals kleiner als ein vorgegebener Wert ist, der durch Potentiometer 55 eingestellt wird, wodurch bewirkt wird, daß Gegenstände, deren Größe "zu klein" ist, aussortiert werden. Wenn von einem oder allen der Komparatoren 48, 49 oder 54- ein Ausgangssignal kommt, erscheint ein Signal am ODER-Gatter 56. Dieses Signal wird einem Eingang eines UND-Gatters 57 zugeführt.

Schalter 73, 74· und 75 erlauben jede Kombination der Komparatoren 48, 49 und 54, um die Aussortierschaltung zu steuern.

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Zur Zeitgabe des Aussortiersignals wird der Impuls vom Infrarotkanal durch den Leiter 58 und über Signalkonditionierelemente 59 und 60 an den Spitzenwertdetektor 61 geliefert. Der Spitzenwertdetektor gibt den Zeitpunkt an, an dem die Spitze des Impulses auftritt, indem ein kurzer Logikimpuls erzeugt wird, der zeitlich der Spitze des Infrarot-Kanal-Impulses entspricht. Dieser Logikimpuls wird an den anderen Eingang des UND-Gatters 57 gelegt. Das Auftreten eines Signals an den beiden Eingängen des UND-Gatters 57 liefert das Aussortiersignal bei 62 und erlaubt also,eine Aussortier-Information von den Komparatoren nur dann als Aussortiersignal zu betrachten, wenn die Komparatoren diese Information auf der Spitze des Impulses geben, der durch den Gegenstand erzeugt wird, der durch den optischen Kopf läuft. Das Aussortiersignal wird durch den Leiter 62 an die verzögerte Aussortier-Treibschaltung 63 geschickt, um diese unerwünschten Gegenstände auszusortieren, wie durch die Verhältnisse festgelegt ist, die durch die Einstellung der Potentiometer nnd 4-7 voreingestellt sind.

In diese gleiche Schaltung kann die Null-Rückführ-Schaltung 59 eingeliefert werden, die dazu dient, die Grundlinie des wechselstromgekoppelten Signals auf Massepotential zu setzen, um eine Rauschsperrforderung für den Spitzendetektor zu befriedigen. Es kann ferner eine Rausch-Clipper-Schaltung 60 vorgesehen sein, die Signale kleiner

daran
als ein vorgegebener Wert / hindert, wobei dieser Wert immer kleiner ist als der Wert der "zu klein"-Einstellung, den Spitzendetektor zu erreichen, wodurch weiter gewährleistet wird, daß Störsignale den Spitzendetektor nicht aktivieren.

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Es kann auch ein dritter Komparator 5^- vorgesehen sein, dessen Funktion darin besteht, ein Signal an das ODER-Gatter 56 zu liefern, wenn der Spitzenwert des Infrafotsignals kleiner ist als ein vorgegebener Pegel, der durch die Einstellung des Potentiometers 55 festgelegt wird. Der Zweck dieses Merkmals ist es, ein Aussortiersignal einzuleiten, wenn ein Gegenstand durch den Abtaster 10 läuft, dessen Infrarot-Reflexionsgrad aufgrund seiner geringen Größe beträchtlich kleiner ist,als er von Gegenständen des sortierten Produktes erhalten wird. Beispielsweise ist der Impuls 64- des Spannungsverlaufs 37 (Fig. 2B) dargestellt, um einen Gegenstand (typischerweise einen kleinen Stein) zu illustrieren, dessen Infrarot-Reflexionsgrad erheblich kleiner ist, als er typisch für das sortierte Produkt ist. Die Aussortierung dieses Gegenstandes kann durch den Komparator 5^- eingeleitet werden, unabhängig vom Verhältnis der Spitze 65 zur Spitze 64- des Spannungsverlaufs 36. Diese Schaltung selektiert die Größe jedoch nicht in präziser Weise, und zwar wegen der oben erwähnten Unfähigkeit eines Einzelkanals, zwischen Größe und Reflexionsgrad des sortierten Produktes zu unterscheiden.

Zusätzlich ist die Schnellstartschaltung 66 nach der Kondensatorkoppelschaltung zwischen die beiden Schaltungen geschaltet. Es handelt sich um einen Schaltkreis, der beim Anlegen der Betriebsspannung an die Schaltung beim Einschalten die Anschlüsse des Kondensators C, und Widerstand R, und des Kondensators Cp und Widerstand Rp an Masse schaltet, um die Kondensatoren in den Anfangszustand zu bringen, während das den ständigen Lichtpegel repräsentierende Signal ansteigt und einen eingeschwungenen Zustand erreicht. Dadurch wird die Schaltung in die Lage versetzt, genaue ratiometrische Bestimmungen unmittelbar

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nach Betriebsbeginn der Maschine durchzuführen, statt fehlerhaft zu arbeiten, bis die RC-Schaltung den eingeschwungenen Zustand erreicht hat.

Um die Einstellung der Verhältnisschwelle zu erleichtern, und um zu prüfen, daß das System korrekt arbeitet, ist eine Aussortierratenschaltung 6? vorgesehen, die eine bewegliche Anzeige 68 treibt, um die Aussortierrate auf einer relativen Skala anzuzeigen. Die Aussortierratenschaltung mißt die Rate, mit der Aussortiersignale auftreten, verglichen mit der Rate, mit der Gegenstände durch den Abtaster hindurchgeschickt werden, so daß eine Spannung erzeugt wird, die proportional ist dem Prozentsatz der aussortierten Artikel und die nicht durch Variationen der Rate beeinflußt wird, mit der Gegenstände sortiert werden. Der erste Eingang für diese Schaltung ist der Ausgang des Aussortiertreibers. Da die Impulse vom Aussortiertreiber gleichförmige Amplitude und Dauer haben, wird nur ein einfaches RC-Filter benötigt, um eine Spannung über einem Kondensator zu erzeugen, die proportional der Frequenz der Aussortierimpulse ist. Der zweite Eingang für die Schaltung sind- die Impulse, die innerhalb der Rausch-Clipper-Schaltung 60 erzeugt werden, um Bohnen-Impulse an den Spitzendetektor zu leiten, während jedes Rauschen abgeblockt wird, das zwischen Bohnen-Impulsen auftreten kann. Die Rausch-Clipper-Steuerimpulse haben gleichförmige Amplitude und Dauer und treten mit einer Rate von 1 für jeden abgetasteten Gegenstand auf. Diese Impulse werden dazu verwendet, das Tastverhältnis eines Halbleiterschalters und Entladewiderstandnetzwerks zu steuern, die parallel zum Ladekondensator der Aussortierratenschaltung liegen. Der Kondensator lädt sich also mit einer Rate auf, die durch die Rate der Aussortierimpulse gesteuert wird, und entlädt sich mit einer Rate, die durch die Rate der

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Gegenstandszuführung gesteuert wird, so daß die Kondensatorspannung sich nur ändert, wenn die prozentuale Aussortierrate sich ändert.

Die Alarmschaltung 69 ist effektiv ein Zeitgeber, der jedes Mal zurückgestellt wird, wenn ein Aussortierimpuls auftritt. Wenn für eine längere Zeitspanne kein Impuls auftritt, um den Zeitgeber zurückzustellen, läuft die Zeit am Zeitgeber aus, und dadurch wird eine Schalterschließung aktiviert, die ein Alarmsystem treibt. Die normale Zeitperiode des rückstellbaren Zeitgebers wird so eingestellt, daß die statistische Wahrscheinlichkeit, für die eingestellte Zeitperiode keine Aussortierungen zu haben, extrem fern liegt. Vorzugsweise ist die Zeitperiode vom Benutzer nicht einstellbar.

Fig. 4 zeigt die Frontplatte 70 mit Kontrollen und angezeigter Benutzer-Rückmeldeinformation. Die "Netz"-Anzeige 71 ist eine LED, die in der Weise geschaltet ist, daß dem Benutzer angezeigt wird, daß sowohl Plus- als auch Minus-Stromschienen aktiv sind. Die Zuführ-Rate-Anzeige 72 ist eine LED, die jedes Mal dann aufblitzt, wenn ein Gegenstand durch den Abtaster läuft, so daß dem Benutzer angezeigt wird, ob die Zuführrate zufriedenstellend ist^ und ferner, ob eine Blockierung im Zuführkanal aufgetreten ist. Die Schalter 73, 74· und 75 aktivieren die Ausgänge der Komparatoren 54, 49 bzw. 48 (vergl. Fig. 3), die ihrerseits eine LED 76 aufblitzen lassen, wennimmer ein Aussortiersignal auftritt. Ein Meßgerät 68 zeigt die Aussortierrate auf einer relativen Skala, die geändert werden kann, indem die entsprechende Position des Schalters 77 gewählt wird. Skalenlehren 78 und 78a dienen dazu, eine Feineinstellung der Potentiometer 47 bzw. 46 (Fig. 3) zu ermöglichen, wo eine numerische Anzeige 79 und 79 a. dem Benutzer

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erlaubt, den Betrag der durchgeführten Einstellung aufzuzeichnen. Wenn die richtige Einstellung erzielt worden ist, kann die Lehre mit einem Schloß 80 gesichert werden. Der Schalter 81 aktiviert die Alarmschaltung 69 und der Knopf 82 ist für die Einstellung der Tiefpassfilter 44 und 45 sowie variable Verstärkungseinstellungen vorgesehen, wenn gewünscht.

In einer praktischen Anwendung werden typischerweise mehrere Sortierkanäle simultan in einer Parallelsortiervorrichtung geführt, die nebeneinander angeordnet sind und die gleiche Produktart sortieren. Um den Betrieb einer solchen Anordnung zu vereinfachen, ist es erwünscht, einen der Kanäle als Hauptkanal zu verwenden und die restlichen Kanäle ihm folgen zu lassen. Das heißt, statt zeitaufwendige individuelle Schwellwerteinstellungen für jeden Kanal vorzusehen, setzt eine Servosteueranordnung automatisch die Schwellen in den Folgekanälen auf die des Hauptkanals.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 3 zur Veranschaulichung der Art und Weise, in der der Dunkel-Aussortier-Komparator-Eingang einem Hauptkanal folgen kann. Die Schaltung nach Fig. 3 ist in der Weise modifiziert, daß das Potentiometer 47 weggelassen ist. Statt dessen sind ein Fotowiderstand 90 und ein fester Widerstand 92 zwischen die Anschlüsse 52 und 53 geschaltet. Der Eingang zum Komparator 49 wird vom Verbindungspunkt der Elemente und 92 genommen. Der Fotowiderstand 90 ist vorzugsweise in einem lichtdichten Gehäuse 9^· enthalten, das eine lichtemittierende Diode 96 enthält. Ein solches Gehäuse 94·* das die Elemente 90 und 96 enthält, ist die Type VTL2C2 "Vactrol" der Firma Vactec, Inc. Obwohl jeder Typ eines

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Fotowiderstandes und einer LED geeignet wäre, so eliminiert doch eine dichte Einheit Störungen durch Umgebungslicht und vereinfacht den Aufbau erheblich.

Ein Differentialfehlerverstärker 97 vom Integratortyp, bestehend aus einem Operationsverstärker 98 und PNP-Transistor-Emitterfolger 100, treiben die LED 96. Die Haupt-Aussortier-Raten-Spannung vom Block 67 (Fig. 3) der Hauptkanal-Sortier-Steuerschaltung wird am integrierenden RC-Eingang aus Widerstand 102 und Kondensator IW an einen Eingang des Operationsverstärkers 98 gelegt. Die Folge-Aussort ierrate-Spannung vom Block 67 der gleichen Schaltung, bei der diese Modifikation verwendet wird, ist am RC-integrierenden Eingangswiderstand 106 am anderen Eingang des Operationsverstärkers 98 angelegt. Der integrierende Kondensator 108 und ein weiterer Widerstand 110 liegen zwischen diesem Operationsverstärker-Eingang und dem Emitter des Transistors 100. Der Transistorkollektor ist an die positive Betriebsspannung angeschlossen. Die Anode der LED 96 ist über Widerstand 112 mit Masse verbunden und über Widerstand 114 mit negativer Betriebsspannung.

Die Verstärkerstufe 97 vom Integratortyp detektiert jede Differenz zwischen der gemittelten Hauptkanal-Aussortierrate und der gemittelten Folgekanal-Aussortierrate und liefert eine Servo-Steuerspannung an die LED 96.

Im Betrieb wird der Ausgang vom Abweichungsverstärker 97 an die LED 96 gelegt, so daß deren Strahlungsausgang gesteuert wird. Der Strahlungsausgang der LED 96 steuert ihrerseits den Widerstand des Fotowiderstands 90· Auf diese Weise wird die Reihenschaltung aus Fotowiderstand und festem Widerstand zu einem variablen Spannungsteiler, der durch die relativen Aussortierraten von Haupt- und

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Folge-Kanal gesteuert wird: in Effekt ein spannungsgesteuertes Potentiometer anstelle des manuell gesteuerten Potentiometers 47. Wenn eine mittlere Differenz zwischen den Haupt- und Folge-Kanal-Aussortierraten auftritt, treibt der Abweichungsverstarker 97 den Spannungsteiler 90» 92 in der richtigen Richtung, um die Aussortierratendifferenz zu minimieren. Da der Abweichungsverstärker ein Gerät mit hoher Verstärkung ist, wird die Aussortierrate des Folgekanals automatisch und kontinuierlich an die des Hauptkanals mit vernachlässigbarem Fehler angepaßt.

Ein Hauptkanal kann jede vernünftige Anzahl von Folgekanälen auf diese Weise steuern. Um eine Maschine in Betrieb zu setzen oder eine Einstellung der Maschinenaussortierrate durchzuführen, braucht der Benutzer nur den Hauptkanal nachzustellen.

In ähnlicher Weise kann dafür gesorgt werden, daß der "zu hell"-Komparator 48 (Fig. 3) und der "zu klein"-Komparator 54 einem Hauptkanal folgt.

Wenn ein Haupt-Steuermodul und mehrere zugehörige Folge-Module vorgesehen werden, können die Frontplatte, die Steuerungen und die Indikatoren auf den Folge-Modulen weggelassen werden. Ein solches Haupt- und Folge-System vereinfacht nicht nur den Betrieb einer Sortiermaschine erheblich, sondern macht auch die Maschine wirtschaftlicher in der Herstellung, da die elektronischen Bauelemente der Servosteuerung billiger sind als die Installationsteile und Meßgeräte, die sie ersetzen.

Es ist also eine Steuerung verfügbar gemacht worden, die bei Verwendung mit einem geeigneten optischen Abtaster dem Benutzer eine einfache, wirksame und wirtschaftliche

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Vorrichtung zum Sortieren von Gegenständen, wie Bohnen, bietet, und die mit einem Minimum an Erfahrung auf Seiten des Benutzers betrieben werden kann, und da sowohl der optische Abtaster als auch die Steuerung modular aufgebaut sind, ist der Verlust an produktiver Zeit durch Service oder Ausfall minimal, da der Ersatz lediglich darin besteht, daß ein Modul herausgenommen und ein anderer eingesetzt wird, wobei die richtige Betriebsartenschaltung ausgewählt wird und die Wählscheibe so eingestellt wird, daß das Meßinstrument den gleichen Wert zeigt wie die übrigen arbeitenden Module, wenn manuell gearbeitet wird. Wenn ein Haupt-Folge-System verwendet wird.und ein Folgemodul ausfällt, sind keine Einstellungen notwendig, jedoch,wenn der Hauptmodul ausfällt, sind die erwähnten Schritte erforderlich, die richtige Betriebsart auszuwählen und die Wählscheibe auf die vorangegangene Einstellung einzustellen.

Eine modifizierte Ausführungsform des Systems nach Fig. 1 bis 5 ist in Fig. 6 bis 10 dargestellt. Bei dieser weiteren Ausführungsform ist ein Haupt-Folge-System vorgesehen, bei dem die Sortierfunktionen in größerem Ausmaß automatisiert sind. Es sind mehrere Einheiten vorgesehen, die zwischen Haupt- und Folge-Betrieb umschaltbar sind, um Redundanz im Falle eines Ausfalls verfügbar zu haben, indem Einheiten vorgesehen werden, die leicht zwischen Haupt- und Folge-Betrieb umgeschaltet werden können. Die Folge-Module schließen sich mit ihren Aussortierraten an die der Haupteinheit an. Die Alarmschaltung ist modifiziert, um zusätzliche Funktionen und einen verbesserten Betrieb zu erhalten.

In Figuren 6 bis 8 sind Blockschaltbilder der Schaltung eines Moduls nach der Erfindung dargestellt. Die Eingänge 26 und 28, reflektierte sichtbare und reflektierte infrarote

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Energie, wie in Fig. 1 und 3, liegen an Pufferverstärkern 127 bzw. 129. Diese Pufferverstärker arbeiten wie die Verstärker 27 und 29 nach Fig. 3» sind jedoch invertierende Verstärker statt nicht-invertierende. Zusätzlich hat der Verstärker 127 einen Verstärkungsschalter 128 (der auf der Frontplatte des Moduls angeordnet sein kann) für hohe oder niedrige Verstärkung (10 oder 4 beispielsweise), um die Kessung sehr dunkler Gegenstände zu erlauben. Der Verstärker 129 hat feste Verstärkung (beispielsweise 4-). Die Schnellstartschaltung 166 ist die gleiche wie die Schaltung 66 nach Fig. 3. Verstärker 127 und 129 enthalten jeweils Tiefpassfilterung, um die Signale effektiv zu integrieren, so daß die mittlere Farbinformation an den Spitzenzeiten der Pufferverstärkerausgänge vorhanden ist.

Ein Rot-Inverter 130 folgt dem Pufferverstärker 129» um die Polaritätsvereinbarung der Schaltung nach Fig. 3 hinsichtlich der Spitzendetektierzeit und der "zu klein"-Schaltung wiederherzustellen. Differenzierkondensatoren 123, 124- und -widerstände 125, 126 in den Eingängen der Verstärker 128 und 129 arbeiten wie die Elemente Cl, C2 und Rl, R2 gemäß Fig. 3 hinsichtlich des ständigen Lichtsignals.

Der Ausgang des Inverters 130 wird an die "zu klein"-Aussortierschaltung 154- angelegt, der ein Schalter 173 folgt, beide sind gleich den Elementen der "zu klein"-Aussortierschaltung nach Fig. 3» Eine Nullpegelkorrektur 159» ein Rausch-Clipper 160 und ein Spitzendetektor 161, die den Blöcken 59, 60 und 61 nach Fig. 3 entsprechen, erhalten ebenfalls den Ausgang vom Inverter 130. Der Rausch-Clipper-Ausgang treibt außerdem eine LED, die an der Frontplatte montiert sein kann, damit diese mit der Zuführrate aufblitzt,und treibt eine nicht dargestellte Totalisatorschiene, um das gemessene Produkt zu zählen.

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Der Ausgang des Spitzendetektors 161 ist ein Rechteckimpuls von etwa 0,2 msec (ein "x"-Impuls), dessen voreilende Flanke der Spitze des allgemein glockenförmigen angelegten Impulses entspricht. Der Rechteckimpuls treibt einen Monoflop 162, der einen längeren Impuls ("y"-Impuls) von etwa 1 msec liefert. Später beschriebene Schaltungen erhalten die Signale "x" und "y". Der Servo-Rückstell-Zeitgeber 163 erhält ferner das "y"-Signal, um ein "z"-Signal zu liefern, mit dem die "zu hell"- und "zu dunkel"-Aussortier-Fehler-Verstärker ( die unten beschrieben werden ) geklemmt werden, um einen Folgemodul außer Betrieb zu setzen, wenn diesem Modul für eine bestimmte Zeitspanne nichts zugeführt wird, beispielsweise 1 Minute. Bei dem Zeitgeber 163 handelt es sich um eine übliche RC-Integrierschaltung zwischen Kollektor und Emitter eines Transistors, dessen Basis mit dem "y"-Signal getrieben wird.

Der "Rot"-Pufferverstärker 129, bei dem die Spitze des Eingangs im Infrarotteil des Spektrums liegt, und der "Blau"-Pufferverstärker 127, dessen Eingangsspitze grob gesprochen in der M tte des visuellen Bereichs liegt, sind mit ihren Ausgängen an einen LED-Fotowiderstand-Teiler (gemäß Fig. 5) und einen manuellen Verhaltnisteiler 171 (Fig. 3) des "zu dunkel"-Aussortier-Schaltungsteils angeschlossen. Ein Relais Kl wählt den Teiler 170 für Folge-Operation des Moduls oder den Teiler 171 für Haupt-Betrieb.

Der Fotowiderstandteil I70 der beiden Teiler (170 und 171) wird vom Servo-Fehler-Verstärker 175 gesteuert, der die Hauptkanal-Aussortierraten-Spannung und die eigene Aussortierraten-Spannung erhält, um die Aussortier-Fehlerspannung zu liefern. Der Verstärker 175 arbeitet nur, wenn das Modul ein Folge-Modul ist. Wenn das Modul Haupt-Modul ist, erhält der Fehlerverstärker I71 ein Klemm-"z"-Signal durch Betrieb weiterer Funktionen des Haupt-Folge-Wählrelais Kl,

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Der Ausgang der Verhältnisteiler 170 oder 171 liegt an einem Schwe11wertkomparator 148, wie Komparator 48 gemäß Fig. 3.

Ein Riegelgenerator 176, der Logik enthält, um einen Impuls genormter Breite aufgrund von Aussortier-Anzeigen zu erzeugen, erhält den Ausgang des Komparators 148 zusammen mit den Signalen "x" und "y".

Die Ratengeneratorschaltung 167 erzeugt, wie der Block 67 in Fig. 3» eine Spannung, um die Ratenanzeige an der Frontplatte zu treiben. Die Spannung wird auch zum Eingang des Fehlerverstärkers 175 zurückgeführt. Ein Inverter 168 invertiert das Signal, um weitere Kontakte des Relais Kl anzuschließen, wenn das Modul als Hauptmodul betrieben wird, das Signal vom Inverter 168 ist das Haupt-Aussortierraten-Ausgangssignal. Da das Haupt-Aussortierraten-Signal entgegengesetzte Polarität zur Folge-Aussortierrate hat, werden die beiden Signale leicht an einem Knotenpunkt summiert, um in den Fehlerverstärker 175 eingespeist zu werden.

Der "zu hell"-Aussortier-Schaltungsteil ist identisch dem soeben beschriebenen "zu dunkel"-Aussortier-Schaltungsteil mit der Ausnahme, daß die Polaritäten der Teiler 170, 171 und des Komparators 148 umgekehrt sind.

Die Treibsignale für das Ratenmeßgerät können mit einem Steuerpaneelschalter 177 und einem Meßgerät-Anzeigegatter gegattert werden, so daß ein einzelnes Meßgerät 179 auf der Frontplatte entweder die Aussortierrate "zu hell" oder "zu dunkel" anzeigen kann.

Die Ausgänge vom Riegel 176 der "zu dunkel"-Aussortierschaltung und des entsprechenden, nicht dargestellten

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Riegels in der "zu hell"-Aussortierschaltung treiben entsprechende Wahlgatter, die durch Schienen erregt werden, die mit Frontplattenschaltern 180 und 181 verbunden sind. Die Schalter 180 und 181 bestimmen also, zusammen mit einem "zu klein"-Aussortier-Wahlschalter, welche Kombination der drei Kriterien (zu hell, zu dunkel, zu klein) für das Aussortieren eines Gegenstandes sorgt.

Die ausgewählten Aussortier-Schaltungsausgänge werden einer Aussortier-Verzögerungsschaltung (wie Block 63 in Fig. 3) zugeführt, die aus einem Schieberegister 182 besteht, das von einem Taktgeber 183 getrieben wird, um die Signale zeitlich zu verzögern, um dem Lauf des Gegenstandes vom Lichtdetektierbereich in den Aussortierbereich der naschine Rechnung zu tragen. Das verzögerte Signal treibt einen Monoflop 184, der ein Signal optimaler Breite für den Solenoidtreiber 185 liefert, der ein nicht dargestelltes Aussortiersolenoid treibt, um beispielsweise einen Druckluftdeflektor zu steuern, mit dem der Gegenstand in einen Aussortierweg abgelenkt wird. Der Treiber 185 treibt auch eine nicht dargestellte Aussortier-LED, die auf die Frontplatte des Moduls montiert sein kann, um die Aussortierrate visuell zu beobachten.

Das Aussortiersignal wird auch einer Alarmschaltung 186 über ein Impulsunterbrechungsgatter 187 zugeführt, so daß der Alarm nur dann eingeschaltet wird, wenn gewisse Bedingungen nicht erfüllt sind, falls das Modul als Folge-Modul verwendet wird. Das Unterbrechungsgatter 187 wird erregt, wenn die "zu dunkel"-Aussortierrate außerhalb der Grenzen liegt, was vom Detektor 188 bestimmt wird, und wenn die "zu hell"-Aussortierrate außerhalb der Grenz werte liegt, was vom Detektor 189 festgestellt wird.

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Der Detektor 188 wird vom "zu dunkeV-Aussortierschalter erregt und erhält sowohl sein eigenes als auch das Haupt-"zu dunkel"-Aussortiersignal. Wenn die Differenz zwischen den Raten innerhalb eines vorgegebenen Prozentsatzes liegt, wird das Gatter 187 nicht unterbrochen. Der Detektor 189 arbeitet in der gleichen Weise hinsichtlich der "zu hell"-Aussortierrate.

Die Alarmschaltung 186 wird betätigt, wenn sie für eine Zeitspanne keine Aussortierimpulse erhält. Das kann unter drei Bedingungen erfolgen: (1) keine Aussortierimpulse vom Treiber 185; (2) der Detektor 188 unterbricht die Impulse, weil die Folge-Modul-"zu dunkel"-Aussortierrate zuviel größer ist als die Hauptrate; (3) das gleiche wie (2) für "zu hell"-Aussortieren. Wenn einmal der Alarm gesetzt ist, wird er mit einer Diode 190 verriegelt, die das Unterbrechungsgatter 187 setzt. Die Alarmschaltung 186 kann dann nur manuell zurückgestellt werden. Der Alarmausgang treibt eine LED 191» die auf der Frontplatte des Moduls angeordnet sein kann, und eine Alarmschiene, die irgendeine gewünschte Antwort triggert (beispielsweise einen hörbaren Alarm).

Eine Haupt-Folge-Betriebsartenschalter 192 auf der Frontplatte des Moduls steuert beispielsweise das Kl-Relais, indem dieses entweder in den Haupt- oder Folge-Betrieb gebracht wird. Eine LED 19^, die auf der Frontplatte des Moduls angeordnet sein kann, zeigt an, daß das Relais auf Haupt-Betrieb geschaltet ist und liefert damit eine Anzeige, daß das Relais arbeitet.

Wenn das Modul für Folge-Betrieb vorgesehen ist und nicht die Doppel-Betriebsarten-Schaltmöglichkeit hat,

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können der Schalter 192, der Relaistreiber 193 und das Relais Kl weggelassen werden,und die Relaisanschlüsse werden für Folge-Betrieb überbrückt.

Fig. 9 und 10 zeigen weitere Details von Fig. 7 bzw. 8.

In Fig. 9 ist der "zu hell"-Aussortier-Steuerservo dargestellt, wobei daraufhin zu weisen ist, daß der "zu hell"-Aussortier-Steuerservo identisch ist, abgesehen von den Polaritäten des Teilers und !Comparators. Der "zu dunkel"-Aussortier-Fehlerverstärker weist einen Operationsverstärker 201 auf, dem ein Transistor 202 folgt, der als Emitterfolger für Stromverstärkung wirkt, um die folgende Stufe zu treiben. Ein Stabilisierkondensator 203 in Reihe mit einem Dämpfungswiderstand 204 liegt zwischen dem Emitterfolgerausgang und dem Eingang eines Verstärkers 201. Der Kondensator 203 mittelt die momentane Fehlerspannung am Ausgang des Verstärkers 175» um für einen stabilen Betriebspunkt zu sorgen. Der Widerstand 204 stellt die Dämpfung des Verstärkers 175 ein, um für ein schnelles Folgen ohne überschießen zu sorgen. Ein FET-Schalter, der vom "Z"-Eingang über einen Widerstand 206 gesteuert wird, kann den Kondensator 203 über einen Entladewiderstand 207 kurzschließen, um den Ausgang des Verstärkers 175 nahe Massepotential zu klemmen. Das erfolgt, wenn der Modul als Hauptmodul arbeitet und der Fehlerverstärker 173 nicht benötigt wird, oder wenn der Modul als Folge-Modul arbeitet und die Zuführung der Gegenstände unterbrochen ist. Falls eine solche Klemmung fehlt, würde der Verstärker in die Sättigung getrieben und würde mehrere Minuten lang nach Wiederaufnahme normaler Eingänge nicht betriebsfähig sein.

Im Folge-Betrieb werden die rückgekoppelte Aussortierraten-Spannung vom Aussortierratengenerator 167 und die Aussortierrat en-Spannung vom Hauptmodul über die "zu dunkel"-

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ORIGINAL INSPECTED

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Aussortierratenschiene über Widerstände 208 bzw. 209 an einen Summierknoten 210 am Eingang des Verstärkers 175 angelegt. Diese Signale "E" und "DS" werden weiter an den Detektor 188 (Fig. 9) angelegt, der die Grenzüberschreitung der "zu dunkel"-Aussortierrate detektiert. Im Haupt-Betrieb nimmt das Relais Kl den invertierten Ausgang vom Ausssortierrat engene rat or 187 und legt ihn an die "zu dunkel"-Aussortierratenschiene, um angeschlossene Folge-Module (nicht dargestellt) zu steuern.

Der Ausgang des Emitterfolgers 202 treibt eine LED 211, die in einem Gehäuse 212 angeordnet ist. Ein Fotowiderstand ändert seinen Widerstand entsprechend dem Ausgang der LED 211. Das Gehäuse 212, die LED 211 und der Fotowiderstand sind die gleichen Elemente wie die Elemente 9^·, 96 und 90, die in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben sind. Die Anode der LED 211 liegt über Widerstand 214- an Masse und über Widerstand 215 an der negativen Betriebsspannung. Ein fester Widerstand 216 ist mit einem Ende des Fotowiderstandes 213 verbunden, und deren Verbindungspunkt ist über Eingangswiderstand 217 mit dem Operationsverstärker 218 des Schwellwertkomparators 148 verbunden. Im Folge-Betrieb verbindet das Relais Kl die Ausgänge des Blau-Puffers und Rot-Puffers 129 mit den fernen Enden der Widerstände 213, bzw. 216, so daß ein spannungsgesteuertes Potentiometer gebildet wird, wie die Schaltung nach Fig. 5·

Im Haupt-Betrieb verbindet das Relais Kl die Ausgänge der Puffer 127 und 129 mit den Enden eines Potentiometers 219, das manuell eingestellt wird, um die Haupt-"zu dunkel"-Aussortierrate zu erhalten.

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Der Komparatorverstarker 218 erhält also ein manuell ausgewähltes Verhältnis der Pufferausgänge im Haupt-Betrieb oder ein servogesteuertes Verhältnis im Folge-Betrieb. Das heißt, die Spannungsteilung und damit die ratiometrische Färbinformation, die dem Komparator 148 dargeboten wird, wird elektronisch so gesteuert, daß das Aussortierraten-Verhalten jeder Folge-Einheit gezwungen wird, sich dem der Haupt-Einheit anzupassen. Der negative Eingang des Verstärkers 218 ist über Widerstand 220 mit Masse verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 218 treibt eine konventionelle Verriegelungsschaltung 176, die ein NOR-Gatter 219 und ein NAND-Gatter 220 aufweist. Der Siegel 176 hält den Auegang des Gatters 219 für die Zeitspanne des y-Impulses hoch. Das heißt, der Ausgang von 219 geht hoch, wenn der Komparator 218 tief liegt und der niedrige x-Impuls vorhanden ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der andere Eingang des Gatters 220 durch den hohen "y"-Impuls hoch, damit geht Gatter 220 niedrig, so daß das Gatter 219 gezwungen wird, für die Dauer des "y"-Impulses hoch zu bleiben. Der Ausgang des Komparators 218 ist mit einem Eingang des Gatters 219 über Diode 221 und Widerstand 222 verbunden. Der andere Eingang des Gatters 219 erhält das "x^M-Signal über Widerstand 223. Das Gatter 220 erhält den "y"-Impuls-Eingang und den Ausgang vom Gatter 219· Der Ausgang des Gatters 220 ist mit den Eingängen des Gatters 219 über Dioden 224 und 225 verbunden.

Der Ausgang des Gatters 219 ist mit dem NAND-Gatter 226 verbunden, um das Schieberegister 182 zu treiben, wenn das Gatter 226 durch Schließen des Schalters 180 erregt ist.

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Der Ausgang des Gatters 220 liegt ebenfalls am Aussortierratengenerator 167, der NPN-Transistoren 227 und 228 und einen Operationsverstärker 229 aufweist. Der Kondensator 230 integriert in Kombination mit dem Operationsverstärker 229 die "y"-Längen-Impulse vom Gatter 220, die bei Jeder Aussortierung auftreten. Die NPN-Transistoren 227 und 228 stellen die Eingangssteuerung für den Verstärker 229 dar: 227 ist ein Pegelschieber und 228 gewährleistet, daß beim Abschalten Massepegel erreicht wird. Die Widerstände 231.bis 235 sind verschiedene Kopplungs- und Vorspannwiderstände. Der Widerstand 236 verbindet den positiven Eingang des Verstärkers 229 mit Masse. Der Kondensator 230 wird periodisch durch die "y"-Impulse, die einen bilateralen CMOS-Schalter 238 schließen, über Widerstand 237 entladen. Die Zeitkonstante vom Widerstand 237 und Kondensator 230 ist so gewählt, daß die Aussortierraten-"y"-Breiten-Impulse vom Riegel 176, die den Kondensator 230 laden, für die Produktzuführrate "korrigiert" werden, indem der Kondensator 23O teilweise durch die Zuführraten-"y"-Impulse am Schalter 238 entladen wird. Bei einer praktischen Ausführungsform wurden die Werte 10 mF für den Kondensator und 47,5 kη für den Widerstand 237 verwendet. Die resultierende Spannung am Punkt 239 ist im wesentlichen proportional dem Prozentsatz der Produktaussortierungen.

In Fig. 10 sind weitere Details der Alarmschaltung dargestellt. Das Impulsunterbrechungsgatter 187 weist einen FET-Schalter 240 auf, der von einem Operationsverstärker 241 über Widerstand 242 getrieben wird. Wenn der Schalter 240 geschlossen ist, werden die Impulse vom Treiber 185 über Widerstand 243 und Kondensator 244, die normalerweise an die Basis des NPN-Transistors 245 und Widerstand 246 zur Masse angelegt werden, an Masse gelegt. Die Alarmschaltung kann als Detektor für fehlende Impulse betrachtet werden.

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Venn der Alarmschalter 247 geschlossen ist, lädt sich der Kondensator 248 über Widerstand 249 von der positiven Spannungsquelle auf. Der periodische Empfang von Aussortierimpulsen an der Basis des Transistors 245 entlädt den Kondensator 248 über Widerstand 250. Wenn es möglich ist, daß sich der Kondensator 248 auf einen Pegel auflädt, der ausreicht, die Vorspannung am Transistor 251 zu überwinden, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist, geht die Alarmschiene niedrig und hörbare und/oder sichtbare Anzeigen werden betätigt. Der Alarm erfolgt also entweder, wenn der Schalter 240 leitet, um irgendwelche ankommenden Aussortierimpulse vom Treiber abzuleiten, oder wenn die Aussortierimpulse fehlen oder so selten sind, daß es möglich ist, daß die Ladung am Kondensator 248 die Vorspannung am Transistor 251 überwindet .

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wurden die folgenden Komponentenwerte verwendet: Widerstand 249 1 Megohm; Kondensator 248 50 mF; Widerstand 250 22 Ohm; Kondensator 244 10 mF und Widerstand 243 10 kOhm.

Der Schalter 240 wird von den Detektoren 188 und 189 gesteuert, die Grenzüberschreitungen der "zu dunkel"- und "zu hell"-Aussortierrate feststellen. Beide sind identisch, nur daß der Detektor 189 die Haupt-"zu hell"-Aussortierratensignale und nicht die "zu dunkel"-Aussortierratensignale erhält.

Der Detektor 188 weist einen Operationsverstärker 252 und einen Rückkopplungsstabilisier-Widerstand 253 auf, die als Fehlerverstärker wirken. Das "E"-Signal von Fig. 8 wird über Widerstand 254 an den Summierknoten 255 gelegt. Das "DS"-Signal wird über einen bilateralen CMOS-Schalter und Widerstand 257 an den Knoten 255 angelegt. Der "zu dunkel"·

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Aussortierschalter 180 erregt den Detektor 188. Da die "E"- und "DS"-Signale entgegengesetzte Polarität haben, werden sie am Knoten 255 summiert. Die Dioden 258 und zwischen den Detektoren 188, 189 und Verstärker 24-1 gewährleisten, daß nur ein Signal durchgelassen wird, das eine Modulaussortierrate anzeigt, die die Hauptaussortierrate übersteigt. Wenn die Differenz ausreicht, um die am anderen Eingang des Komparatorverstarkers 241 stehende Spannung zu übersteigen, wird der Schalter 240 geschlossen.

Wenn der Verstärker 241 einen Ausgang liefert, um den Schalter 240 zu schließen, treibt er auch die Alarm-LED über Widerstand 260. Der Verstärker 241 wird auch getrieben, wenn der Kondensator 248 sich auflädt, weil Aussortierimpulse fehlen, und zwar mittels einer Verriegelungsdiode 261. Der Widerstand 262 vom Vereinigungspunkt der Dioden 258, 259 und 261 nach Masse stabilisiert den Verstarker 241.

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Leer e 11 e

Claims

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT _q

Orthstroße 12 · D-8000 München 60 · Telefon 832024/5 ^ ' * ^ ^ ^ ^

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

P2 D

Ultra-Sort Corporation Belmont, CaI., USA

Vorrichtung zum Sortieren von Gegenständen

Prioritäten: 19. Mai 1976 - USA - Ser. No. 687 94-9 14. Juni 1976 - USA - Ser. No. 695 4-78 29. Nov. 1976 - USA - Ser. No. 74-5 935

Patentansprüche

Vorrichtung zum Sortieren von Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund von Licht, das in zwei getrennten Spektralbereichen von den Gegenständen reflektiert wird, wenn diese einzeln nacheinander einen vorgegebenen Weg durchlaufen, zwei Signale erzeugt werden, die jeweils einen impulsförmigen Teil aufgrund des von den Gegenständen reflektierten Lichtes und einen ständigen Lichtteil aufgrund von Licht

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ORtGWAL INSPECTED

aufweisen, das von anderen Stellen als den Gegenständen reflektiert wird, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der der ständige Lichtteil im wesentlichen von den beiden Signalen entfernt wird, um dritte und vierte Signale zu bilden, und Einrichtungen vorgesehen sind, die das dritte und vierte Signal aufnehmen, um ein Gegenstand-Aussortiersignal zu erzeugen, wenn das Verhältnis des dritten und vierten Signals größer als ein vorgegebenes Verhältnis ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das dritte und vierte Signal erhält, um ein Aussortiersignal zu erzeugen, wenn das Verhältnis des dritten und vierten Signals kleiner als ein vorgegebenes Verhältnis ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zum zweiten Signal führende Spektralbereich im Infrarotbereich liegt und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das vierte Signal und ein Festpegelsignal erhält, um ein Aussortiersignal zu erzeugen, wenn das Verhältnis des vierten Signals zum Festpegelsignal kleiner als ein vorgegebenes Verhältnis ist.
4·. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das Aussortiersignal aufnimmt und verzögert, um ein Aussortiersteuersignal zur Verwendung in einem externen Aussortiermechanismus zu erzeugen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die das dritte

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und vierte Signal erhält, einstellbare Tiefpassfilter aufweist, um die niederen Frequenzen der Signale einstellbar schmalbandig oder breitbandig zu filtern.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur weitgehenden Entfernung des ständigen Lichtteils der beiden ersten Signale zwei Differenzierverstärker aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche Ibis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Aussortiersignal erhält, um ein Aussortierratensignal zu erzeugen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur visuellen Anzeige des Aussortierratensignals.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Aussortiersignals ein Potentiometer aufweist, das das dritte und vierte Signal an den Enden erhalt, und einen Komparator, dessen einer Eingang mit dem Abgriff des Potentiometers verbunden ist und dessen zweiter Eingang mit einem Bezugssignal verbunden ist, so daß das Potentiometerzweigverhältnis ein vorgegebenes Verhältnis des dritten zum vierten Signal ergibt, um einen Ausgang vom Komparator als Aussortiersignal zu erzeugen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Detektor- und Signalgabeeinrichtung, die detektiert und anzeigt, wenn längs des vorgegebenen Weges keine Gegenstände laufen.

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aussortiersignal erzeugt wird, wenn das maßgebende Verhältnis sich um mehr als eine vorgegebene Di fferenz voa vorgegebenen Wert unterscheidet.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für einen zweiten vorgegebenen Sortierweg eine gleichartige Vorrichtung vorgesehen ist, die fünfte und sechste Signale erzeugt und daraus Aussortiersignale für den zweiten Sortierweg ableitet, in beiden Vorrichtungen Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen die Aussortiersignale zeitlich gemittelt werden, für jede Art Aussortiersignal eine Einrichtung vorgesehen ist, in der die beiden zeitlich gemittelten gleichartigen Aussortiersignale der ersten und der zweiten Vorrichtung miteinander verglichen werden, um ein Abweichungssignal zu bilden, und eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der jeweils der vorgegebene Verhältniswert in der Vorrichtung für den zweiten Sortierweg aufgrund des jeweiligen Abweichungssignals geändert wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Mittelung der Aussortiersignale Integriereinrichtungen sind und die Vergleichseinrichtung ein Differentialverstärker ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf die Zuführrate der Gegenstände im zweiten Sortierweg anspricht, um die Einrichtung zur Erzeugung eines Abweichungssignals zu klemmen, wenn die Zufuhr unterbrochen wird, so daß diese Einrichtung im Bereitschaftszustand bis zur Wiederaufnahme der Artikelzuführung gehalten wird.

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15- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, gekennzeichnet durch eine Alarmeinrichtung, die das Aussortiersteuersignal· der ersten oder zweiten Vorrichtung erhält, um einen Alarm auszulösen, wenn die Rate des Äussortiersteuersignals kleiner als eine vorgegebene Rate ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmeinrichtung weiter die bemittelten beiden Aussortierratensignale erhält, um einen Alarm zu erzeugen, wenn die Differenz der Signale einen vorgegebenen Wert übersteigt.

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