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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Identifizieren und Sortieren
von bandgeförderten
Objekten, insbesondere zur Müllsortierung,
bei dem die Materialbeschaffenheit der Objekte mittels eines NIR-Meßgerätes spektroskopisch
erfaßt
wird und die Sortierung in Abhängigkeit
des Spektroskopie-Ergebnisses durch Entfernen von Objekten vom Förderband
erfolgt.
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Bei
einer derartigen bekannten Vorgehensweise unter Nutzung der NIR-Spektroskopie
zur Ermittlung der Materialbeschaffenheit von zu sortierenden Objekten
war es bislang erforderlich, die Objekte durch das Förderband
an einen stationären
Meßpunkt
zu überführen. Dies
erfordert einen hohen Aufwand bei der Ausrichtung der zu identifizierenden Objekte.
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Bekannt
ist ferner die Nutzung eines Förderbands
mit einer maximalen Breite von 70 cm, um Material durch Verblasen
auszusortieren, nachdem dieses auf seine Beschaffenheit untersucht
wurde, wobei es darum geht, Kunststoffobjekte, nämlich Verbundstoffverpackungen,
auszusortieren. Dieses Verfahren basiert auf einem rotierenden Spiegel,
der einen Meßpunkt
in halbkreisförmigen
Bewegungen über
das relativ schmale Förderband
führt.
An allen vom Meßpunkt überstrichenen
Orten wird eine extrem schnelle NIR-Messung durchgeführt, mit über 1.000
Abtastungen pro Sekunde. Dies erfordert ein spezielles NIR-Meßgerät, das jeweils
nur auf ein bestimmtes Objektmaterial reagiert. Für ein anderes Objektmaterial
ist ein anderes NIR-Meßgerät erforderlich.
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Ein
weiteres Verfahren zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten
Objekten ist aus der
DE
43 05 006 A1 bekannt. Die Erfassung der Materialbeschaffenheit
der zu sortierenden Objekte erfolgt mittels eines Polarisationsinterferometers,
und zur Wertung der durch dieses Interferometer gelieferten Daten
dient eine Fast-Fourier-Analyse. Auch ein derartiges Gerät zur Ermittlung
der Materialbeschaffenheit der zu identifizierenden und sortierenden
Objekte hat einen im wesentlichen auf einen einzigen Meßpunkt begrenzten
Erfassungsbereich und ist damit mit denselben Nachteilen behaftet
wie zuvor erläutert;
d. h, es ist eine relativ aufwendige Vorsortierung und Vereinzelung
erforderlich, bevor die Objekte dem punktförmigen Meßort zugeführt werden. Außerdem ist
ein derartiges Meßgerät kritisch
in bezug auf den Abstand zum Meßobjekt.
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Bei
dem Sortierverfahren gemäß der
DE 43 20 331 A1 werden
Kunststoffteile bereits vereinzelt in Fächern angeordnet an einem Stofferkennungssystem
vorbeigeführt.
Die gewonnene Positionsinformation wird ausschließlich dazu
benutzt, durch Etiketten, Metallprägungen oder dergleichen nicht
gestörte Stellen
auf einem Objekt zu erfassen, so daß die Bestimmung der Stoffsorte
auf ungestörte
Stellen beschränkt
werden kann. In der praktischen Ausgestaltung werden Farb- und Formmerkmale
der Objekte durch eine Kamera ermittelt. Mit Hilfe eines Positionsgebers,
der ein Signal liefert, wenn sich ein Objekt in einer vorbestimmten
Position auf dem Förderband
befindet, und eines Geschwindigkeitssensors wird die Position der
Farb- und Formmerkmale
auf dem Objekt zugeordnet. Dadurch ist es möglich, die Position zu ermitteln,
die die Farb- und Formmerkmale der Objekte beim Durchlauf durch
das Stofferkennungssystem haben, und es wird verhindert, daß die Materialermittlung
an Etiketten oder Prägungen
erfolgt. Die Objekte müssen
jedoch auf dem Förderband
so aufgelegt werden, daß sie
sich nicht berühren,
so daß der
Durchsatz gering ist.
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Angesichts
dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art
zu schaffen, durch die beliebig geformte Gegenstände zuverlässig identifiziert und sortiert
werden können,
und die insbesondere in existierende Müllsortieranlagen integriert
werden kann.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
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Mit
anderen Worten beseitigt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Nachteil
des Standes der Technik bezüglich
einer aufwendigen Vorsortierung und Vereinzelung durch Bereitstellen
eines relativ großflächigen,
differenziert anfahrbaren Erfassungsbereichs durch auf die Objekte
zielende abtastende Bewegung des Meßpunkt des NIR-Meßgeräts über dem
objekttragenden Förderband.
Erreicht wird eine derartige Abtastbewegung bevorzugt durch eine
Abtasteinrichtung in Gestalt einer Spiegelanordnung zum gezielten
Richten des Meßpunkts
des NIR-Geräts
auf die Objekte.
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Im
Gegensatz zu dem vorstehend erläuterten
Stand der Technik auf Grundlage eines speziellen NIR-Meßgeräts kann
erfindungsgemäß das NIR-Meßgerät unterschiedliche
Objektmate rialien gleichzeitig identifizieren. Dies erfordert zwar
grundsätzlich
längere
Belichtungszeiten bzw. Abtastzeiten wie der der NIR-Abtastung gemäß dem Stand
der Technik. Dies wird jedoch dadurch wettgemacht, daß nicht
an allen Orten des Förderkanals
gemessen werden muß,
sondern lediglich dort, wo die erfindungsgemäß der NIR-Messung vorgeschaltete
Bildverarbeitung ein Objekt lokalisiert hat.
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Gemäß der Erfindung
ist der NIR-Spektralanalyse eine Bildanalyse, bevorzugt eine Farbbildanalyse
zur Lokalisierung vorgeschaltet, einschließlich gegebenenfalls einer
Form- und einer Größenbestimmung
der zu identifizierenden Objekte. Die mittels Bildanalyse gewonnene
Information dient zur Bewegungssteuerung der dem NIR-Meßgerät vorgeschalteten
Abtasteinrichtung; d. h., es folgt gezielt ausschließlich eine
Abtastung der zu identifizierenden Objekte unter Aussparung von
nicht mit Objekten besetzten Stellen des Förderbands. Dadurch wird der
Abtastvorgang rational durchgeführt.
Außerdem erbringt
die Bildanalyse Information über
Form, Größe, Farbe
und beispielsweise Textur, was eine bessere Selektierung gewährleistet.
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Nach
erstmaliger Aussonderung einer Objekt-Fraktion können mit einer erneuten (Farb)Bildanalyse
auf Grundlage einer weiteren Kamera stromab von der Trennstelle
die auf dem Förderband
verbliebenen Objekte bezüglich
ihrer gegebenenfalls veränderten
Lage wiedererkannt werden, und zwar ohne erneute NIR-Sepktroskopie,
wenn die Daten dieser Kamera mit den bereits erfaßten NIR-Daten abgleichend
verknüpft
werden. Das heißt,
die bereits gewonnenen und gespeicherten NIR-Werte können bei
jedem weiteren Trennschritt genutzt werden.
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Der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
liegt demnach mit anderen Worten folgendes Prinzip zugrunde:
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Zunächst findet
eine Objekt- (beispielsweise Müll)erkennung
auf einer größeren Fläche mit
Hilfe eines Farbbildes statt. Dabei können Lage, Form, Kontur, Größe, Farbe
und Textur er kannt und entsprechende Kennwerte gespeichert werden.
Daraufhin wird die Materialbeschaffenheit der Objekte mittels NIR-Spektroskopie
ermittelt. Im Gegensatz zu der vorausgehenden Bilderkennung konzentriert
sich die Infrarot-Bestrahlung der der NIR-Spektroskopie nur auf
einen Meßpunkt.
Um diesen Meßpunkt
an die unterschiedlichen Stellen des Förderbands, wo die Objekte vorhanden
sind, gezielt zu überführen, wird eine
Spiegeleinrichtung vorgeschlagen, welche die Infrarot-Strahlen an
den gewünschten
Abtastpunkt bringen. In der Praxis bevorzugt ist jedoch die umgekehrte
Vorgehensweise, d. h. Ausleuchtung des gesamten Erfassungsbereichs
und Steuern der Meßoptik
derart, daß lediglich
reflektierte Infrarotstrahlen von gewünschten Meßpunkten auf dem jeweiligen Objekt
detektiert werden. Gesteuert wird dieses Spiegelsystem mit Hilfe
zuvor gewonnener Information aus der Bilderkennung. Die aus der
(Farb)Bilderkennung und Infrarot-Bestrahlung gewonnenen Daten werden
zusammengeführt
und liefern Signale zur Steuerung einer Vorrichtung zum gezielten
Austragen von Objekten, beispielsweise in Gestalt einer Verblasdüsenanordnung.
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Wie
bereits erwähnt,
ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nur eine relativ geringe Vereinzelung erforderlich. Sonstige aufwendige
Vorverarbeitungen sind nicht nötig.
Außerdem
wird eine Identifikation und Trennung von mehreren Objekt-Fraktionen
in einer einzigen Anlage gewährleistet.
Diese Anlage kann problemlos auf die Erkennung neuer Objekte trainiert
werden, indem genügend
viele dieser neuen Objekte in einer Lernphase auf dem Förderband
plaziert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Sortierung
von Hausmüll
geeignet. Es kommen jedoch auch Einsatzbereiche außerhalb
der Müllverarbeitung
in Betracht, bei denen es um die Identifizierung und Sortierung
von bandgeförderten
Objekten zu anderen Zwecken geht.
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Nach
bisherigen Erfahrungen gestattet die Erfindung eine visuelle Lokalisierung
sämtlicher
Objekte auf 1 m2 eines Förderbands in einem Zeitraum von
weniger als 50 ms. Für
die NIR-Messung
eines einzelnen Objekts sind typischerweise 3 ms erforderlich und
die anschließende Auswertung
zur Identifizierung des Objekts benötigt typischerweise 1 bis 2 Millisekunden.
Erreichbar ist damit bereits heute bei Benutzung gängiger Prozessor-Technologien
und NIR-Spektrometer-Technologien
eine Identifizierung von Objekten bei Bandgeschwindigkeiten von
bis zu 2 m/s.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Identifizieren und Sortieren von bandgeförderten Objekten.
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Die
in der Figur gezeigte Vorrichtung besteht aus drei Vorrichtungskomplexen:
einem Analysekomplex 1 mit einem ersten Trennkomplex, einem zweiten
Trennkomplex 2 und einem dritten Trennkomplex 3.
Jeder. dieser drei Komplexe 1, 2 und 3 umfaßt einen
Endlos-Bandförderer 4, 5 und 6 mit
Förderbändern 7, 8 bzw. 9,
die sämtliche
in derselben Horizontalebene angeordnet sind und sich unter Zwischenschaltung
von Verblasdüsenleisten
aneinander anschließen.
Insbesondere ist zwischen dem stromabwärtigen Ende des Bandförderers 4 und
dem stromaufwärtigen
Ende des Bandförderers 5 eine Verblasdüsenleiste 10 angeordnet,
während
zwischen dem stromabwärtigen
Ende des Bandförderers 5 und
dem stromaufwärtigen
Ende des Bandförderers 6 eine
Verblasdüsenleiste 11 angeordnet
ist. Jede der Verblasdüsenleisten
erstreckt sich über
die volle Breite des jeweiligen Förderbands 7, 8 bzw. 9, schließt sich
unmittelbar an deren entsprechenden Umlenkenden an und ist relativ
schmal, um zu gewährleisten,
daß auf
der durch die Förderbänder 7, 8 und 9 gebildeten
Förderstrecke
geförderte
Güter problemlos über die
Verblasdüsenleisten 10, 11 hinweglaufen
können.
Wie in der Figur durch fette schwarze Punkte gezeigt, erstrecken
sich quer über
die Verblasdüsenleisten 10, 11 eine
Vielzahl von Blasdüsenöffnungen.
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Die
durch die Bandförderer
bzw, deren Förderbänder festgelegte
Förderstrecke
dient mit den ihnen zugeordneten Aggregaten, die im folgenden näher erläutert sind,
beispielsweise zur Müllsortierung.
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Zur
Identifizierung der auf der Förderstrecke geförderten
Güter umfaßt der Analysekomplex 1 oberhalb
des Bandförderers 4 dieses
Komplexes eine Farbkamera 12, ein NIR-Spektrometer 13 mit
einem NIR-Sensor 14 und einen optischen Abtastkopf 15.
Zur Steuerung dieser Aggregate dient ein Rechner 16, der
bevorzugt entfernt von den Aggregaten 12 bis 14 angeordnet
ist und auch in ein Rechnernetz integriert sein kann, wie nachfolgend
aufgeführt.
Die Ausgänge
der Farbkamera 12 und des NIR-Spektrometers 13 sind mit entsprechenden
Eingängen
des Rechners 16 verbunden. Der NIR-Sensor 14,
der ebenfalls einen integralen Bestandteil des NIR-Spektrometers 13 bilden
kann, ist zur Übertragung
von Meßwerten
mit dem NIR-Spektrometer
verbunden.
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Der
optische Abtastkopf 15 besteht aus einer an sich bekannten
(Spiegel-)Linsenanordnung, die, beispielsweise motorisch angetrieben,
derart verlagerbar ist, daß ein
Erfassungsbereich 18 auf dem Förderband 7 punktweise
abgetastet wird, wobei der abgetastete Meßpunkt in den NIR-Sensor eingegeben
wird. In der Figur ist beispielsweise ein Meßpunkt mit der Bezugsziffer 19 bezeichnet.
Der optische Abtastkopf 15 ist so ausgelegt, daß der Erfassungsbereich
18 Rechteckform hat, sich über
die volle Breite des Förderbands 7 erstreckt
und in Förderrichtung eine
gegebene Länge
aufweist. Typischerweise hat der Erfassungsbereich 18 einen
Flächeninhalt
von etwa 1 m2, wenn ein Standard-Förderband einer Breite von 100
cm zum Einsatz gelangt.
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Um
die mit Hilfe des NIR-Spektrometers 13 mittels des Abtastkopfs 15 gewonnenen
Meßwerte problemlos
und aussagekräftig
mit Meßwerten
der Farbkamera 12 korrelieren zu können, entspricht der Erfassungsbereich 17 der
Farbkamera 12 bezüglich seiner
Form und Größe demjenigen
des Erfassungsbereichs 18; d.h., auch der Erfassungsbereich 17 hat Rechteckform
und erstreckt sich über
die volle Breite des Förderbands 7.
Damit zeichnet sich der Analysekomplex 1 durch zwei Erfassungsbereiche
aus, einem Erfassungsbereich 17, in welchem die Gestalt und/oder
Oberflächenbeschaffenheit
und Lage von Objekten auf dem Förderband 7 erfaßt werden,
und einem diesem Erfassungsbereich stromabwärts nachgeordneten Erfassungsbereich 18 zur
Erfassung der Materialbeschaffenheit eben dieser Objekte.
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Im
Rechner 16 erfolgt eine Auswertung der Ausgangsdaten der
Farbkamera 12 und der Ausgangsdaten des NIR-Spektrometers 13.
Durch Anwenden eines Bildanalyseverfahrens können Objekte auf dem Bandförderer damit
hinsichtlich Form; Größe, Buntheit,
Textur und ähnlichem
klassifiziert und lagemäßig erfaßt werden.
Durch die NIR-Spektroskopie ist eine hohe spektrale Auflösung von
z.B. bis zu 256 (512) Frequenzkanälen einer Breite von etwa 2
bis 4 nm an einem einzigen räumlichen
Meßort
möglich.
Aus diesen Gesamtinformationen kann auf Materialeigenschaften am
Meßort
bzw. am Objekt geschlossen werden. Kombiniert man die räumliche
Auflösung
der Kamera 12 im sichtbaren Bereich mit einer schnellen
Steuerung des NIR-Meßortes über den
jeweiligen Erfassungsbereich 17 bis 18 von etwa
1 m2 kann eine NIR-Messung mit räumlicher Auflösung simuliert
werden. Dies erbringt eine sehr sichere Objektlokalisierung und – identifizierung, ohne
daß vorab
eine aufwendige Objektvereinzelung erforderlich wäre. Das
heißt,
eine Vorvereinzelung ist allenfalls insoweit erforderlich, als die
Objekte in Draufsicht voneinander unterscheidbar sind.
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Nachdem
Objekte im Analysekomplex 1 lokalisiert und identifiziert
wurden, erreichen sie nach Verlassen des Förderbands 7 die Verblasdüsenleiste 10 und
werden durch die dort austretenden Luftstrahlen in Richtung des
Pfeils 20 in eine Auffangvorrichtung 21 verblasen, über der
Förderstrecke
angeordnet ist, und die verblasenen Objekte werden aus der Auffangvorrichtung 21 etwa über eine
Rutsche oder einem Querförderer 21a ausgetragen.
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Die
verbliebenen Objekte gelangen daraufhin auf das Förderband 8 des
ersten Trennkomplexes 2. über dem Förderband 8 ist eine
weitere Farbkamera 22 angeordnet, die ähnlich wie die Farbkamera 12 des
Analysekomplexes 1 mit dem Rechner 16 verbunden
ist und zur Erfassung eines Bereichs 23 auf dem Förderband 8 dient.
Alternativ kann dem ersten Trennkomplex 2 (ebenso wie weiteren
stromabwärtigen
Trennkomplexen, wie z.B. dem Trennkomplex 3) ein eigener
Rechner zugeordnet sein, der mit dem Rechner 16 vernetzt
ist, wie vorstehend angesprochen. Dieser Erfassungsbereich 23 hat
dieselbe Formgröße und Relativlage
zu dem Förderband 8 wie
die Erfassungsbereiche 17 und 18 zu dem Förderband 7 des
ersten Analysekomplexes. Die im Rechner 16 verarbeiteten
Erfassungsdaten von der Farbkamera 22 erlauben eine Erfassung
der verbliebenen Objekte sowie gegebenenfalls deren Lageänderung.
Durch Abgleichen dieser Daten mit den im Analysekomplex 1 gewonnenen
Daten im Rechner 16 wird gewährleistet, daß die im
Analysekomplex 1 erfolgte Bildanalyse automatisch "nachgehalten" wird, ohne daß eine erneute
NIR-Spektroskopie erforderlich ist; vielmehr können die vorher gewonnenen
und im Rechner 16 gespeicherten NIR-Werte genutzt und für einen
weiteren Trennschritt herangezogen werden, der stromabwärts vom
ersten Trennkomplex erfolgt, und zwar durch die Verblasdüsenleiste 11 zwischen
dem Bandförderer 5 und
dem Bandförderer 6.
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Mittels
der Verblasdüsenleiste 11 werden
gezielt Objekte in Richtung eines Pfeils 24 zu einer Auffangvorrichtung 25 und
von dort über
eine Rutsche bzw. einen Querförderer 25a ausgetragen.
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Der
zweite Trennkomplex 3 ist identisch zu dem ersten Trennkomplex 2 aufgebaut
und weist demnach eine weitere Farbkamera 26 auf, die einen Bereich 27 auf
dem Förderband 9 erfaßt, dessen Größe und Form
denjenigen der vorausgehenden Erfassungsbereiche entspricht. Die
Arbeitsweise des zweiten Trennkomplexes 3 entspricht derjenigen
der Arbeitsweise des vorstehend erläuterten ersten Trennkomplexes
mit dem Unterschied, daß die
Bildbezugsdaten als Bezugsdaten verwendet werden, die von der Farbkamera 22 des
ersten Trennkomplexes erfaßt
wurden, anstatt die Daten, die von der Farbkamera 12 des
Analysekomplexes bereitgestellt wurden.
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Die
vorstehend erläuterte
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist nicht auf die dargestellte Anlage mit lediglich drei Trennkomplexen
beschränkt.
Vielmehr können
den jeweiligen Erfordernissen entsprechend auch mehr Trennkomplexe
oder lediglich ein einziger Trennkomplex zum Einsatz gelangen.
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Es
ist auch nicht zwingend erforderlich, daß es sich bei den Kameras 12, 22 und 26 um
Farbkameras handelt; vielmehr können
gegebenenfalls auch Schwarzweiß-Kameras
zum Einsatz gelangen.