DE3035994A1

DE3035994A1 - Sortierverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE3035994A1
Application number: DE19803035994
Authority: DE
Inventors: Eric W.D. Woodland Hills Calif. Garnett; Marvin M. Lane
Original assignee: AG Electron Inc
Current assignee: AG Electron Inc
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-09-24
Publication date: 1981-04-23
Also published as: DE3035994C2; GB2060166A; GB2060166B

Description

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Sortierverfahren und -vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Sortieren von Materialien.

Mechanische Erntemaschinen, die in der Lage sind Pflanzen und ihre eßbaren Teile zu entwurzeln und bloßzulegen, haben die Geschwindigkeit und den Gesamtwirkungsgrad des Ernteprozesses erheblich verbessert. Ein nach wie vor bestehendes Problem beim mechanischen Ernten ist jedoch das erste Absondern von Abfall und Erdklumpen von den eßbaren Pflanzenteilen. Bei den ersten Erntemaschinen wurde diese Aufgabe Arbeitern übertragen, die die an ihnen vorüberlaufende Mischung von Erntefrüchten und Fremdmaterialien visuell prüften und dann annehmbare eßbare Gegenstände zum weiteren Sortieren aus ihr herausnahmen. Das Sortieren von Hand ist nicht nur arbeitsintensiv, sondern führt auch dazu, daß Erntefrüchte teilweise wieder auf die Erde ausgeworfen werden/ bevor sie von Hand vom Förderer abgenommen werden können.

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Als man die ersten elektronischen Sortiervorrichtungen entwickelte, erwies sich die Colorimetrie als zuverlässigstes und wirkungsvollstes Verfahren zum Sortieren des Ernteguts. Die ersten colorimetrisehen Systeme arbeiteten monochromatisch, spätere durchentwickelte Systeme jedoch bichromatisch· Ein derartiges bichromatisches System weist eine Konstantlichtquelle auf, mit dem das zu Sortiergut geflutet wird. Mit zwei Detektoren, die jeweils mit einem geeigneten Filter ausgerüstet waren, werden Informationen über das reflektierte Licht aufgenommen. Die beiden Detektoren sind an eine Komparatorschaltung angeschlossen, die ein Auswerfsignal abgibt, wenn die Eingangssignale in einer vorbestimmten Beziehung zueinander vorliegen. Das Auswerfsignal wird auf einen angetriebenen Auswerfarm gegeben, der den unerwünschten Gegenstand aus dem Strom des Sortierguts herauslenkt.

Die Vorteile eines bichromatisch colörimetrischen Sortierers sind offensichtlich. Man kann ihn beispielsweise zum Absondern unreifer von reifen Früchten oder organischer von anorganischer Materie verwenden. Mit dem beim bichromatischen System möglichen Störabstand erhält man, was gleich wichtig ist, aussagekräftige Daten, die sich in einer Logikschaltung besser auswerten lassen als bei einem monochromatischen System, so daß der Sortierer weit zuverlässiger arbeitet.

Die bichromatischen Sortierer nach dem Stand der Technik arbeiten jedoch beim Absondern anorganischer von organischen Materialien nicht zufriedenstellend, da die eingesetzten Photodetektoren - im allgemeinen Siliziumphotozellen - nicht aus reichend empfindlich für langwelliges Infrarotlicht sind, das die anorganischen Materialien reflektieren. Bleisulfidzellen arbeiten als Detektoren'für längerwelliges IR-Licht zwar gut, konnten jedoch bisher nicht erfolgreich in den Vorrichtungen des Standes der Technik eingesetzt werden.

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Temperaturschwankungen haben einen starken Einfluß auf den Widerstand einer photoresistiven Bleisulfidzelle. Unterschiede des Temperaturverhaltens einzelner Zellen bewirken innerhalb des Arbeitstemperaturbereichs unterschiedliche Widerstandswerte für eine Zellengruppe. Bei dem 2-Detektor-Verfahren nach dem Stand der Technik beeinflussen Temperaturänderungen den relativen Widerstand von zwei gemeinsam arbeitenden Zellen unterschiedlich stark. Bereits bei verhältnismäßig geringfügigen Änderungen der Umgebungstemperatur müssen beide Detektorkreise nachgeeicht werden.

Das notwendige häufige Nacheichen hat sich als zu zeitraubend und im Feld zu schwierig durchführbar erwiesen. Ohne häufiges Nacheichen machten die im Einsatz im Feld auftretenden Temperaturänderungen einen 2-Detektor-Sortierer mit Bleisulfidzellen jedoch unzuverlässig und gewerblich nutzlos. Die Unfähigkeit der bekannten Sortierer, die an sich überlegenen Bleisulfidzellen erfolgreich auszunutzen, ist daher die Folge der Verwendung von zwei Detektoren, um aus dem reflektierten Licht Informationen zu gewinnen.

Indem sie die Art der Beleuchtungsquelle ändert, kommt die vorliegende Erfindung mit nur einer Zelle zum Ermitteln des reflektierten Lichts aus. Temperaturänderungen beeinträchtigen die Zuverlässigkeit eines einzelligen Detektorsystems nicht mehr, da die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung sich erforderlichenfalls leicht einstellen läßt, um temperaturbedingte Empfindlichkeitsänderungen einer einzigen Bleisulfid-Detektorzelle zu kompensieren. Weiterhin kann man beim Reif/Unreif-Sortieren das Einzellensystem mit Vorteil auch mit einer weniger empfindlichen Siliziumdetektorzelle ausrüsten.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Sortieren

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von zwei Materialien, die Lichtwellenenergie mit einer Amplitudenspitze bei jeweils einer bestimmten charakteristischen Frequenz reflektieren. Hierbei belichtet man einen ebenen Bereich, der eine Probenzone bildet, abwechselnd mit Lichtwellenenergieimpulsen zweier unterschiedlicher Frequenzen, wobei die Lichtfrequenz der Impulse jeweils der charakteristischen Frequenz der Amplitudenspitze der reflektierten Lichtenergie für jedes der Materialien entspricht, schickt die Materialien durch die Probenzone, erfaßt die alternierenden Lichtimpulse, die die durch die Probenzone laufenden Materialien reflektieren, erzeugt ein Auswerfsignal, wenn die erfaßten Impulse einen vorbestimmten Zusammenhang zeigen und trennt ansprechend auf das Auswerfsignal das eine körperlich vom anderen Material.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zum Sortieren von zwei Materialien, die Lichtwellenenergie mit einer Amplitudenspitze bei jeweils einer bestimmten charakteristischen Frequenz reflektieren. Diese Vorrichtung weist eine Einrichtung, die eine eine Probenzone bildenden ebenen Bereich mit Lichtwellenenergieimpulsen von abwechselnd zwei unterschiedlichen Frequenzen belichtet, wobei die Impulse jeweils in ihrer Lichtfrequenz der charakteristischen Frequenz der Amplitudenspitze der reflektierten Lichtenergie für jedes der Materialien entsprechen, eine Einrichtung, die die Materialien durch die Probenzone führt, eine Einrichtung, die die alternierenden Lichtimpulse erfaßt, die die durch die Probenzone laufenden Materialien reflektieren, eine Einrichtung, die ein Auswerfsignal abgibt, wenn die erfaßten Impulse einen vorbestimmten Zusammenhang zeigen, und eine Einrichtung auf, die ansprechend auf das Auswerfsignal eines der Materialien körperlich vom anderen trennt.

Die Erfindung soll nun an einer Ausfuhrungsform unter Bezug

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auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisiert die Bestandteile der Erfindung , die mit einem Blockdiagramm der zugehörigen elektrischen Schaltung verbunden sind;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Reflexionsvermögens von Erdboden und Tomaten in Abhängigkeit von den Prüffrequenzen im Infrarotbereich;

Fig. 3 ist ein Aufriß der Drehtrommel, dem Hauptelement der die Lichtimpulse erzeugenden Einrichtung;

Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt auf der Ebene 4-4 der Fig. 3 und zeigt die in ümfangsrichtung verteilten öffnungen und angrenzenden Doppelfilter mit einer herabhängenden Stablinse;

Fig. 5 ist ein Teilschnitt wie in Fig. 4, aber vergrößert und zeigt beide Filter gegen die Beleuchtungsquelle abgeblendet;

Fig. 6 ist ein elektrisches Schaltbild der zwei Verstärkerkanäle, die die AusgangsSignaIe der IR-Detektoren verstärken;

Fig. 7 ist ein elektrisches Schaltbild der Impulsgeneratorschaltung mit dem Tachogenerator, dem Frequenzzähler mit dekodiertem Ausgang und dem Rücksetζgenerator;

Fig. 8 ist ein elektrisches Schaltbild der beiden Komparatorkanäle mit den Spannungsfolgern, vier Komparatoren, Größenvergleichsschaltungen, Verzögerungs- und Verlängerungsschaltungen und den Ventiltreiberelementen;

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Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der Auswerfsignale für einen untergroßen und einen minimalgroßen Gegenstand an bestimmten Punkten der Größenbestinünungsschaltung;

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung der Wirkung der Verzögerungs- und Verlängerungsschaltung auf ein Auswerfsignal; und

Fig. 11 zeigt die Niederspannungsversorgung, deren Anschlüsse +V und V mit den anderen +V- bzw. V -Symbolen ver

bunden sind.

Da der unmittelbare Nutzen, den die vorliegende Erfindung bietet, in einem Verfahren und einer Vorrichtung liegt, die anorganische von organischen Materialien körperlich trennen kann, soll die Erfindung hier ausführlich an einem Organisch/ Anorganisch-Sortierer beschrieben werden. Wie jedoch erläutert ist, sind das Verfahren und die Vorrichtung ebenso einsetzbar zum Trennen von unreifen von reifen Ernte- und sonstigen Früchten. Die Erfindung umfaßt daher diese beiden Ausführungsformen sowie die Abänderungen derselben, die für den Fachmann naheliegen.

Die in einem bichromatischen colorimetrischen System zum Trennen von anorganischen von organischen Materialien verwendeten Lichtfrequenzen leiten sich aus den natürlichen Reflexionseigenschaften des Sortierguts ab. Die Fig. 2 zeigt an einer Kurve die reflektierte Lichtenergie als prozentualen Anteil des einfallenden Lichts in Abhängigkeit von der Frequenz (als Wellenlänge im Mikrometer ausgedrückt) für zwei Arten von Materialien. Tomaten zeigen eine hohe und scharfe"Eriergiereflexionsspitze bei 0,8 um, während Erdreich eine mäßig hohe, aber breite Spitze bei 1,8 um zeigt. Günstigerweise ist das

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Reflexionsvermögen von Erdreich bei 0,8 um niedrig, desgleichen das Reflexionsvermögen von Tomaten bei 1,8 um. Dieser Unterschied der Reflexionseigenschaften von Tomaten und Erdreich bei zwei verschiedenen Frequenzen stellt die Basis für eine bichromatische colorimetrische Sortierung nach der vorliegenden Erfindung dar.

Die vorliegende Erfindung benutzt eine 2-Frequenz-Beleuchtungseinrichtung, um geordnet aufeinanderfolgende Impulse von IR-Lichtenergie von 0,8 um und 1,8 um Wellenlänge zur Organisch/ Anorganisch-Sortierung auszusenden. Die Beleuchtungseinrichtung 11 ist allgemein in Fig. 1 gezeigt, während die Flg. 3, 4 spezielle Einzelheiten ihres Hauptbestandteils zeigen, nämlich einer Drehtrommelanordnung 12 mit einem waagerecht liegenden, hohlen rechtwinkligen Zylinder 13 mit einer Vielzahl von entlang des Umfangs verteilten langgestreckten öffnungen 14. Die Naben 15 und Spinnenarme 16 tragen den Zylinder 13 um eine Achse 17 drehbar. Das linke Ende der Achse 17 (vergl. Fig. 3) ist auf einem linken Bock 18 gelagert. Der rechte Bock 19 dient zur Lagerung der Nabenverlängerung 21, die über das rechte Ende der Achse 17 hinaus vorsteht. Eine Riemenscheibe 22 ist auf das rechte Ende der Verlängerung 21 aufgesetzt, so daß betrieblich der Zylinder 13 dreht, wenn Drehmoment auf die Scheibe 22 aufgebracht wird, während die Achse 17 vom linken Bock 18, an dem sie befestigt ist, bewegungslos festgehalten wird.

Eine Vielzahl von Lampen 23 hängt von der Unterseite der festen Achse 17 herab; sie sind so gerichtet, daß sie einen gekrümmten Abschnitt des Zylinders 13 unmittelbar unter sich ausleuchten. Ein Organisch-IR-Filter 24 und ein Anorganisch-IR-Filter 26 liegen koplanar unmittelbar unter dem Zylinder 13 und verlaufen über dessen gesamte Länge (vergl. Fig. 3, 4). Eine im Schnitt konvexe Stablinse 27 verläuft unter der ebenen

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Unterseite der Filter 24, 26 und ist deckungsgleich mit der ebenen Unterseite der Filter 24, 26.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind der Antriebsmotor 28, der Tachogenerator 29 und die Antriebsscheibe 22 durch einen Riemen 31 miteinander verbunden. Wird der Antriebsmotor 2 8 erregt,, beginnt die zylindrische Trommel 13 (in Fig. T gesehen) im Uhrzeigersinn zu drehen. Die von den Lampen 23 erzeugte Lichtenergie fällt zunächst durch die öffnungen 14 und dann nacheinander durch die Filter 24, 26, bevor sie vom Zylinderwandteil 32 wieder abgeschattet wird.

Die Querabmessungen der öffnungen 14, des Organisch-Filters und des Anorganisch-Filters 26 sind im wesentlichen identisch. Der Zylinderwandabschnitt 32 hat etwa die doppelte Querabmessung der öffnung 14. Auf diese Weise entsteht eine Folge sich wiederholender Lichtimpulse, die abwärts durch die beiden IR-Filter fallen, wobei jedes Impulspaar von einem Dunkelbereich getrennt wird, wenn der Zylinderwandteil 32 die Beleuchtungsquelle, d.h. die Lampen 23 abschattet.

Der gefilterte, aus jedem Filter nach unten austretende Lichtimpuls wird von der Stablinse 27 gesammelt und auf einen verhältnismäßig schmalen querverlaufenden Teil am Ablaufende eines Förderers 33 gerichtet. Wie die Fig. 3, 4 zeigen, sind acht Gruppen von öffnungen 14 gleichmäßig um den Zylinder 13 beabstandet angeordnet. Bei jeder vollständigen Umdrehung des Zylinders 13 entstehen daher 24 Informationsbits, d.h. acht Zyklen aus jeweils einem Impuls durch das Filter 24, gefolgt von einem Impuls durch das Filter, gefolgt von einem Dunkelintervall.

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Die organischen eßbaren Gegenstände 34 und die anorganischen Fremdstoffe 36, die regellos auf dem Förderer 33 verteilt ankommen, laufen in eine Probenzone 35 am Ablaufende des Forderers 33 ein. Wie die Fig. 1 zeigt, fallen dort aus der 2-Frequenz-Beleuchtungseiηrichtung 11 gefilterte und aufeinanderfolgende Lichtimpulspaare auf die Gegenstände 34 und die Fremdstoffe 36; ein Teil der reflektierten Energie erreicht die Kollektorlinse 37 in einer Detektoranordnung 38. Die Kollektorlinse 37 fokussiert die Impulse auf eine Bleisulfiddetektorzelle 39. Während die Fig. 1 eine einzige Linse 37 und Zelle 39 zur Vereinfachung zeigt, erfordert die Durchführung der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Linsen und der zugehörigen Zellen, um sämtliche durch die Probenzone 35 laufenden Gegenstände erfassen zu können.

Der Tachogenerator 29 ist ein Wechse!spannungsgenerator, der 12 Hz pro Umdrehung abgibt. Der Generator 29 und der Zylinder 13 werden vom Riemen gleichschnell angetrieben. Der Generator 29 und der Zylinder 13 laufen also synchron, so daß, wenn die Ausgangssinuswelle des Tachogenerators 29 einen Nulldurchgang hat, die öffnungen 14 über entweder der Faseroptik 41 (Fig. 5), dem Organisch-Filter 24 oder dem Anorganisch-Filter 26 zentriert liegen. Der Sinn dieses Synchronimpulses wird sich aus der Erläuterung der im folgenden zu beschreibenden Demodulatorschaltung ergeben.

Die Fig. 7 zeigt den Tachogenerator 29 an zwei Brückengleichrichter 43, 44 angeschlossen. Am Punkt C der Negativspannungsschaltung 43 steht eine negative Hochspannung zum Vorspann der Bleisulfidzelle 39 des Vorverstärkers 42 (Fig.6). Die Impulserzeugerschaltung 44 richtet das 12-Hz-Ausgangs- ^J

signal des Tachogenerators 29 zu einer pulsierenden Gleich- > spannung einer Frequenz von 24 Hz gleich. Eine Diode 46 ,,

klippt diese Sinushalbwellen bei 1oV, so daß man verkürzte |

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Impulstäler von 24 Hz erhält. Die impulsformenden NOR-Glieder 4 7 verkürzen die Impulse weiter, bevor sie auf einen Zähler 48 bzw. einen Synchrondemodulator gegeben werden.

In der Fig. 5 befindet der Zylinder 13 sich in der "Dunkel"-Stellung, da der opake Zylinderwandteil 32 das Licht vor dem Organisch-Filter 24 und dem Anorganisch-Filter 26 abschattet. Eine der öffnungen 14 ist jedoch über der Faseroptik zentriert, so daß Licht auf einen faseroptischen Wellenleiter 51 fallen kann, der das Licht auf einen Rücksetzgenerator (Fig. 7) führt, wo es eine Photodiode 55 durchschaltet. Das vom Verstärker 54 verstärkte Signal wird auf den Zähler 48 gegeben. Immer wenn der Zylinder 13 eine Dunkel-Stellung erreicht, bewirkt ein Rücksetzimpuls einen erneuten Zyklendurchlauf des Zählers 48, so daß eine weitere Reihe von Impulsen an die Ausgangs-UND-Glieder 53 geht. Jeder der aufeinanderfolgenden Synchronimpulse entspricht entweder einer Dunkel-Stellung (Ausgang D), einem Impuls für kürzerwelliges IR-Licht durch das Organisch-Filter 24 (Ausgang O) oder einem Impuls für längerwelliges IR-Licht durch das Anorganisch-Filter 26 (Ausgang I).

Die Fig. 8 zeigt zwei vollständige Kanäle einer Komparator-, Schwellwerteinste11-, Größenvergleichs-, Verzögerungs-, Verlängerungs- und Ventiltreiberschaltung. Es sind zwei nebenein an der liegen de Kanäle gezeigt, so daß die Gemeinsamkeiten und das Zusammenwirken der Elemente augenscheinlich wird.

Befindet der Zylinder 13 sich in einer Dunkel-Stellung, schaltet ein Synchronimpuls am Ausgang 0 des UND-Glieds 53 einen Dunkel-Analogschalter 54 durch. Damit werden die Kondensatoren 56, 57 im Kanal A bzw. B der Fig. 8 zur Speicherung des Augenblickssignals aus der zugehörigen Detektor-

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zelle 39 mit Vorverstärker 42 vorbereitet. In der Dunkel-Stellung wirken nur das erfaßte Umgebungslicht sowie der Ruheverstärkungsfaktor des Verstärkers 42, so daß die Kondensatoren 56, 57 ein Dunkel-Signal speichern.

Dreht der Zylinder 13 (in Fig. 5 gesehen) im Gegenuhrzeigersinn, trennen die öffnungen 14 sich von der Faseroptik 41 und leuchten das Organisch-Filter 24 aus. Ein Synchronimpuls wird am Ausgang 0 von den UND-Gliedern 53 abgegeben, wenn die öffnungen 14 und das Organisch-Filter 24 aufeinander ausgerichtet sind. Dieser Synchronimpuls schaltet die Organisch-Analogschalter 58 durch und von einem durch die Probenzone 35 laufenden Gegenstand reflektiertes Licht aus dem kürzerwelligen IR-Bereich wird von dem bzw. den Detektoren 39 erfaßt, der bzw. die auf diesen Bereich fokussiert sind.

Zunächst sei der Gegenstand verhältnismäßig klein und befinde sich vollständig im Sichtfeld eines einzelnen Detektors 39, der beispielsweise den Kanal A des Vorverstärkers 42

* (Fig. 6) ansteuert. Das verstärkte Signal wird im Kondensator

"^:ί· 59 im Kanal A (Fig. 8) gespeichert. Da der im Kondensator

56 gespeicherte Dunkel-Signalwert (Umlicht + Ruheverstärkungsfaktor) des Kanals A dem ankommenden reflektierten Signalwert (Umlicht + Ruheverstärkungsfaktor + Istsignal) entgegengesetzt ist, speichert der Kondensator 59 nur den Istsignalwert.

Der Zylinder 13 dreht nun weiter (Fig. 4), so daß die längsausgerichteten öffnungen 14 sich auf das Anorganisch-Filter 26 richten. Ein diesbezüglicher Synchronimpuls "steht am Ausgang I des UND-Glieds 53 an und wird auf die Anorganisch-Analogschalter 61 gegeben. Während die Anorganisch-Schalter 61 kurzzeitig durchgeschaltet sind, wird im Kondensator 62

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ein elektrisches Signal gespeichert, das der Lichtenergie aus dem längerwelligen IR-Bereich entspricht, die von einem durch die Probezone 35 laufenden Gegenstand reflektiert und vom Detektor 39 erfaßt worden ist. Ähnlich der oben erläuterten Funktionsweise wird das im Kondensator 56 des Kanals A gespeicherte Dunkel-Signal vom zusammengesetzten Reflexionssignalwert subtrahiert, so daß nur der eigentliche resultierende Wert des Reflexionssignals im Kondensator 62 gespeichert zurückbleibt.

Der Zylinder 13 wird so schnell gedreht, daß die Probenzone 25 etwa 2oomal pro Sekunde beleuchtet wird. Mit dieser Häufigkeit ist gewährleistet, daß genug Informationen über die durch die Probenzone laufenden Gegenstände aufgenommen werden, daß sich eine Materialbestimmung durchführen läßt. Mit der gleichen Häufigkeit werden die reflektierten Impulse erfaßt und zu elektrischen Signalen umgewandelt, zu diskreten Informationsbits dekodiert und schließlich zwecks Auswertung abgespeichert, wie oben erläutert. Der Rest der Beschreibung soll sich daher mit einer Erläuterung der Informationsauswertungsschaltung und der mit ihr zusammenwirkenden mechanischen Trennelemente befassen.

Die Fig. 8 zeigt eine Vielzahl von Spannungsfolgern 63 mit dem Verstärkungsfaktor eins, die die Kondensatoren 62, 59 von den vier Komparatoren 64 trennen. Es sei angenommen, daß der Detektor 39 im Kanal A einen Gegenstand erfaßt hat und ein Signalwert, der diesem Gegenstand entspricht, in den Kondensatoren 62, 59 gespeichert worden ist.Der Komparator 6 4 vergleicht nun die beiden Spannungen über jedem Kondensator. Ist die Spannung am Kondensator 62 höher als die am Kondensator 59, ist der Gegenstand anorganisch und das .Ausgangssignal des Komparators 64 wird in beiden Ausgangszwei-, J gen des Kanals zu H. Ist der Gegenstand organisch, ist die

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Spannung am Kondensator 59 höher als die am Kondensator 62, so daß der Ausgang am Anschluß 68 zu L wird, während der Ausgang bei 69 auf H bleibt. Die aus einer Schwellspannungsquelle 7o zugeführte Schwellspannung setzt die untere Empfindlichkeitsgrenze des Komparators 64 fest. Wenn der im Kondensator 59 gespeicherte Signalpegel diese Minimalspannung nicht übersteigt, reagiert der Komparator 64 nicht. Es werden also geringfügige Stör- und andere belanglose Signale an diesem Punkt eliminiert, so daß die Anordnung zuverlässig arbeitet.

Das UND-Glied 66 des Komparators erfordert an beiden Eingängen den Η-Pegel, um ein Signal durchzuschalten. Ist der Gegenstand also organisch und nimmt die Spannung am Widerstand 68 den L-Pegel an, wird das Signal an diesem Punkt unterdrückt. Ist der Gegenstand jedoch anorganisch, geht ein Auswerfsignal auf die Größenvergleichsschaltung 67.

Der auszuwerfende Gegenstand muß eine Minimalgröße haben, bevor das Auswerfsignal weitergegeben wird. Eine Größenvergleichsschaltung ist erforderlich, um die Empfindlichkeit des Auswerfsystems abzuschwächen und ein zuverlässiges Auswerfen nur derjenigen Gegenstände zu gewährleisten, deren Größe ein Abtrennen aus dem Strom des Sortierguts erfordert.

Wie insbesondere die Fig. 8 und 9 zeigen, sind, wenn kein Auswerfsignal vorliegt, die Spannungen bei F, G und H jeweils auf dem L-Pegel. Die Klemmdiode 75 ist durchgeschaltet, so daß G auf L-Pegel gehalten wird. Schaltet das Komparator-ÜND-Glied 66 ein Auswerfsignal durch, das am Punkt F erscheint, springt das Ausgangssignal des ODER-Glieds 49 auf H, so daß die Diode 75 sperrt und die Klemmung vom Punkt G abgenommen wird. Das Auswerfsignal läuft weiterhin durch einen

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veränderbaren Widerstand 71, der als von Hand bedienbarer Größeneinsteller dient,, und lädt den Kondensator 72 mit einer Schnelligkeit auf, die von dem so gebildeten RC-Kreis bestimmt wird. .

Der Kondensator 72 liegt über dem Eingang des Komparators 85 der Größenvergleichsschaltung, Da am unteren Eingang des Komparators 85 eine Spannung von 5V liegt (Fig. 11), springt das Ausgangssignal bei H erst auf den Η-Pegel, wenn die Spannung am oberen Eingang einen Wert von 5V übersteigt.

Es sei angenommen, daß der Gegenstand zu klein ist. Der Kondensator 72 nimmt dann eine Spannung von 5V gegebenenfalls erst an, wenn das Auswerfsignal bei F verschwunden ist und die Diode 75 den Punkt G - und damit den Kondensator 72 nach Masse klemmt. Wie die Fig. 9 zeigt, wird das Auswerfsignal für den zu kleinen anorganischen Gegenstand ausgeblendet; am Punkt H erscheint also kein Signal.

Erreicht jedoch der anorganische Gegenstand die Minimalgröße, lädt das Auswerfsignal den Kondensator 72 auf mehr als 5V auf, so daß am Punkt H ein Ausgangssignal erscheint, wie in Fig. 9 ersichtlich. Führen beide Punkte F und H den H-Pegel, schaltet das UND-Glied 50 eine Diode 80 durch, die den Kondensator 72 auf 10V klemmt, den eingeschwungenen Wert des Auswerfsignals. Verschwindet das Ausschußsignal vom Punkt F, sperrt die Diode 80 und der RC-Kreis beginnt, sich nach Null zu entladen. Ist die Spannung am Kondensator 72 unter 5V abgefallen, fällt das Ausgangssignal am Punkt Häuf Null, so daß die Diode 75 durchschaltet und den Kondensator 72 auf

■* Massepotential klemmt. Die Größenvergleichsschaltung eliminiert

also das Auswerfsignal für zu kleine anorganische Gegenstände

|j und schaltet es nur durch, wenn der anorganische Gegenstand

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die Minimalgröße erreicht.

Die Verzögerungs- und Verlängerungsschaltung 73 ist erforderlich, um den Zeitunterschied zwischen der fast augenblicklichen Anorganisch/Organisch-Unterscheidung und der verhältnismäßig langwierigen und verzögerten mechanischen Abtrennung der anorganischen Materialien auszugleichen. Wie am besten in Fig. 1 zu ersehen, entspricht diese Verzögerung der Zeitdauer, die ein Gegenstand braucht, um aus der Probenzone 35 zur Auslenkplatte 74 zu laufen. Das Auswerfsignal für einen bestimmten Gegenstand muß also verzögert werden, bis dieser Gegenstand gerade die Auslenkplatte 74 erreicht hat. Dieses verzögerte Auswerfsignal muß auch zeitlich gestreckt, d.h. verlängert werden, um die verzögerte Reaktion der Platte 74 auf ein elektrisches Signal zu berücksichtigen.

Die Verzögerungs- und Verlängerungsschaltung 73 enthält ein Schieberegister 73, das von einem Taktoszillator 76 veränderbarer Frequenz mit einer Grobeinstellung 77 und einer Feineinstellung 78 gespeist wird. Die Ausgangsfrequenz des Taktoszillators 76 bestimmt die Geschwindigkeit, mit der das Auswerfsignal durch das Schieberegister 73 läuft. Je höher die Ausgangsfrequenz des Taktoszillators 76, desto kürzer die Verzögerung des Auswerfsignals beim Durchlaufen des Schieberegisters 79.

Die Verlängerung des Auswerfsignals erfolgt, indem zwei verzögerte Ausgangssignale des Schieberegisters 79 in ein ODER-Glied 90 gegeben werden. Die Fig. 10 zeigt das ursprüngliche Auswerfsignal H, das 75%-Signal bei J, das 100%-Signal bei K und das resultierende 125%-Ausgangssignal bei L. Das ODER-Glied 90 addiert nur einfach die beiden Signale J und K, so daß das Auswerfsignal auf 125% seiner ursprünglichen Lage

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gestreckt wird.

Das Auswerfsignal aus dem Schieberegister 79 wird auf einen Ventiltreiber 81 aus den Transistoren 82, 83, 84 gegeben. Wie bereits erwähnt, ist der betrachtete Gegenstand nicht groß genug, um von zwei Detektorkanälen erfaßt zu werden; es liegt also nur ein Auswerfsignal vor und wird auf die Transistoren 82, 83 gegeben. Die Diode 86 verhindert, daß das Auswerfsignal des Nebenkanals den Transistor 84 durchschaltet.

Die Emitter der Transistoren 82, 83, 84 sind parallel an einen Anschluß der Spannungsversorgung 87 gelegt. Die Ausgänge X, Y, Z der Transistoren 82, 83 bzw. 84 sind an die Spulen von einzelnen elektromagnetisch betätigten Luftventilen 88 (Fig. 1 und 8) gelegt, die ihrerseits mit dem anderen Anschluß am anderen Pol der Spannungsversorgung 87 liegen. Jedes Ventil 88 steuert einen Luftzylinder 89 mit einer zugehörigen Auslenkplatte 74, wie in Fig. 1 dargestellt.

Der Luftzylinder 89 hält seine Auslenkplatte 74 normalerweise in einer schräg gestreckten Lage, wie in Fig. 1 durchgezogen gezeigt. Sofern nicht ein Auswerfsignal das Ventil 88 veranlaßt, die' Druckluft aus der Druckluftversorgung 91 umzulenken, fallen die eßbaren Produkte 34 vom Zufuhrförderer 33 auf die Platte 74, die sie zum Rückführförderer 92 lenkt. Liegt jedoch ein Auswerfsignal vor, schalten die Transistoren 82, 83 durch und betätigen die zugehörigen Luftventile. Die Platte 74 wird nun nicht mehr abgestützt; die auf sie fallenden Fremdkörper 36 drücken die Platte 74 in die in Fig. 1 gestrichelt gezeigte Lage. Ein Trichter 93 sammelt die herabfallenden Fremdkörper auf. Nach dem Ablauf des Auswerfsignals bringt das Luftventil 88 den Zylinder 89 und somit

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die Umlenkplatte 74 im wesentlichen augenblicklich in die Ausgangslage zurück.

Erfassen zwei oder mehr Detektoren 39 einen größeren Gegenstand und stellt die Schaltung fest, daß er anorganisch ist, läuft die Funktion im wesentlichen ab, wie oben beschrieben. Anstelle eines einzelnen Auswerfsignals treten nun aber zwei oder mehr Auswerfsignale auf, abhängig davon, wie viele Ka- ώ näle den Gegenstand erfaßt haben.

Ist ein anorganischer Gegenstand beispielsweise in den Kanälen A und B erfaßt worden, schalten zwei Auswerfsignale gemeinsam die Transistoren 82, 83, 84 durch. Die Abstützung für die drei Auslenkplatten 74 wird also abgenommen, so daß der größere Fremdkörper abwärts in den Trichter 83 fallen kann, wonach alle drei Auslenkplatten in die Ausgangslage zurückkehren.

Soll eine Reif/Unreif-Trennung erfolgen, lassen das offenbarte Sortierverfahren und die zugehörige Anordnung sich ebenfalls mit gleichem Erfolg einsetzen. Abhängig von den Reflexionseigenschaften der zu sortierenden reifen und unreifen Gegenstände sind die Filter 24 und 26 auszutauschen. Sollen beispielsweise Tomaten sortiert werden, sollte das Filter 24 ein Rotfilter, das Filter 26 ein Grünfilter sein. Die Grundlage einer bichromatischen Sortierung ist der Amplitudenunterschied des von den roten und grünen Tomaten unter abwechselnd roter und grüner Impulsbeleuchtung reflektierten Lichts.

Versuche haben ergeben, daß ein Impuls mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,65 bis 0,68 um eine nutzbare Amplitudenspitze für eine reife Tomate ergibt, während man eine ent-

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sprechende Amplitudenspitze für unreife Tomaten mit einem Belichtungsimpuls einer Wellenlänge im Bereich von 0,50 bis 0,55 um erhält. Während Beleuchtungsimpulse in diesen allgemeinen Wellenlängebereichen für das Sortieren zahlreicher eßbarer Produkte mit sichtbarem Licht brauchbar sind, erhält man die besten Ergebnisse, wenn man die eingesetzten Filter genau auf die Reif/Unreif-Reflexionswerte für die jeweiligen Produkte abstimmt.

Siliziumzellen, die in dem zum Reif/Unreif-Sortieren benutzten sichtbaren Spektrumsteil sehr empfindlich sind, können die für das Organisch/Anorganisch-Sortieren verwendeten Bleisulfidzellen ersetzen. Für das Reif/Unreif-Sortieren kann es sich also beim Detektor 39 um eine Siliziumzelle handeln. Indem man einfach geeignete Filter und einen geeigneten Detektor für die eingesetzten Arbeitsfrequenzen vorsieht, ist die Erfindung auch für die Reif/Unreif-Sortierung nutzbar.

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Claims

Ag. Electron Inc., 2651 Del Monte St. W. Sacramento, Calif./VStA.

Patentansprüche

Verfahren zum Sortieren von zwei Materialien, die Lichtwellenenergie mit einer Amplitudenspitze bei jeweils einer bestimmten charakteristischen Frequenz reflektieren, dadurch gekenn ze ich ne t , daß man einen eine Probenzone ^; bildenden ebenen Bereich mit Lichtwellenimpulsen abwechselnd zweier unterschiedlicher Frequenzen bestrahlt, die den charakteristischen Frequenzen der Amplitudenspitzen des reflektierten Lichts für die beiden Materialien entsprechen, die Materialien durch die Probenzone führt, die von den durch die Probenzone laufenden Materialien abwechselnd reflektierten Lichtimpulse erfaßt, ein Auswerfsignal erzeugt, wenn die erfaßten Impulse einen vorbestimmten Zusammenhang zeigen, und ansprechend auf das Auswerfsignal eines der Materialien körperlich vom anderen trennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Material organisch und das andere anorganisch ist und daß die abwechselnden Lichtwellenenergieimpulse zwei be- .

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stimmte Frequenzen aufweisen, von denen eine eine Wellenlänge etwa im Bereich von 0,60 bis 0,95 um und die andere eine Wellenlänge etwa im Bereich von 1,40 bis 2,50 um hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das eine Material eine reife eßbare Frucht und das andere eine unreife eßbare Frucht ist und die abwechselnden Lichtwellenenergieimpulse mit zwei verschiedenen Frequenzen vorliegen, von denen die erste eine Wellenlänge etwa im Bereich von 0,65 bis 0,68 um und die zweite eine Wellenlänge etwa im Bereich von 0,50 bis 0,55 um haben.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man vor dem Abtrennschritt das Auswerfsignal ausblendet, wenn es kürzer als eine vorbestimmte Zeitspanne ist, um das Auswerfen von Gegenständen zu verhindern, die sum Auswerfen zu klein sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreten und das Verlängern des Auswerfsignals verzögert erfolgen, um den Abstand zwischen der Probenzone und dem Bereich, in dem das eine vom anderen Material getrennt wird, bzw. die betriebliche Ansprechverzögerung im Abtrennschritt auszugleichen.
6. Vorrichtung zum Sortieren von zwei Materialien, die Liehtenergie mit einer Amplitudenspitze bei jeweils einer bestimmten charakteristischen Frequenz reflektieren-,- gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die einen eine Probenzone bildenden ebenen Bereich mit Lichtwellenimpulsen abwechselnd zweier unterschiedlicher Frequenzen bestrahlt, die den charakteristischen Frequenzen der Amplitudenspitzen des

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reflektierten Lichts für jedes der Materialien entsprechen, durch eine Einrichtung, die die Materialien durch die Pro.benzone führt, eine Einrichtung, die die abwechselnden Lichtimpulse erfaßt, die die durch die Probenzone laufenden Materialien reflektieren, eine Einrichtung, die ein Auswerfsignal abgibt, wenn die erfaßten Impulse einen vorbestimmten Zusammenhang zeigen, und durch eine Einrichtung, die ansprechend auf das Auswerfsignal eines der Materialien körperlich vom anderen trennt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Material organisch und das andere anorganisch ist und die abwechselnden Lichtwellenenergieimpulse zwei unterschiedliche Frequenzen haben, von denen die erste eine Wellenlänge etwa im Bereich von 0,60 bis 0,95 um und die andere eine Wellenlänge etwa im Bereich von 1,40 bis 2,50 um hat.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine auf die Probenzone gerichtete Bleisulfidzelle aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Material eine reife Frucht und das andere Material eine unreife Frucht ist und die abwechselnden Lichtwellenenergieimpulse zwei bestimmte unterschiedliche Frequenzen aufweisen, von denen die erste eine Wellenlänge etwa im Bereich von 0,65 bis 0,68 um und die zweite eine Wellenlänge etwa im Bereich von 0,50 bis 0,55 um hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine auf die Probenzone gerichtete Siliziumzelle aufweist. *

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11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung, die die Materialien durch die Probenzone führt, ein Zufuhr-Gurtförderer ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die einen eine Probenzone bildenden ebenen Bereich bestrahlt, einen Rahmen, einen auf dem Rahmen um eine parallel zur Ebene der. Probenzone drehbar gelagerten rechtwinkligen Hohlzylinder mit Kreisquerschnitt, dessen Wandung eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten langgestreckten Öffnungen enthält, eine Einrichtung, die den Zylinder dreht, eine festliegende Lichtquelle, die auf dem Rahmen angeordnet ist und durch den Zylinder verläuft und deren Licht von einer allgemein mittigen Position entlang der Zylinderachse nach außen zur Innenfläche des Zylinders in Richtung der Probenzone gerichtet ist, ein Paar langgestreckter koplanarer Lichtfilter, die der Rahmen trägt und die nebeneinander an der Außenfläche des Zylinders parallel zur ebenen Probenzone angeordnet sind, wobei die Filter -etwa die gleiche Breite und Länge wie die langgestreckten Öffnungen haben und jeweils eine charakteristische Lichtfrequenz aufweisen, die der charakteristischen Frequenz jedes der zu sortierenden Materialien entspricht, und eine Linse zwischen den beiden Lichtfiltern und der Probenzone aufweist, die allgemein deckungsgleich mit den Filtern verläuft, so daß bei Drehen des Zylinders ein aus den Öffnungen austretender Lichtstrahl zunächst über das eine und dann über das andere Filter streicht und, bevor er von der Zylinderwandung abgeblendet wird, auf die Probenzone fällt, so. daß die durch die Probenzone laufenden Materialien in jedem Zyklus durch einen Lichtimpuls aus einem und dann aus dem anderen Filter beleuchtet werden, worauf ein Dunke!Intervall folgt.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die ein Auswerfsignal erzeugende Einrichtung einen Komparator mit mindestens zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist, daß an die Eingänge elektrische Impulse entsprechend den erfaßten aufeinanderfolgenden reflektierten Lichtimpulsen gelegt sind und am Ausgang ein Auswerfsignal erscheint, wenn der erste elektrische Impuls, der der Amplitudenspitze der reflektierten Lichtenergie für das auszuwerfende Material zugeordnet ist, eine größere Amplitude hat als der nachfolgende elektrische Impuls, der dem rückzuhaltenden Material zugeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das Auswerfsignal ausblendet, wenn es kürzer als eine vorbestimmte Dauer ist, die sich aus der minimalen Größe des auszuwerfenden Materials ergibt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung, die das körperliche Abtrennen des einen Materials vollzieht, einen Rückführgurtförderer, der deckungsgleich mit diesem unter dem Zufuhrgurtförderer angeordnet ist und in der entgegengesetzten Richtung läuft, eine Auslenkplatte, die zwischen einer ersten Lage, in der sie in der Abwärtsbahn der vom Austragende des Zufuhrgurtförderers herabfallenden Gegenstände schräg verläuft, um die Gegenstände auf das naheliegende Ende des Rückführgurtförderers umzulenken, und einer zweiten Lage bewegbar ist, in die sie vom Gewicht der auf sie fallenden Gegenstände auf der Abwärtsbahn ausgelenkt wird, so daß die Gegenstände unbehindert fallen können, Mittel, um die Platte aus der zweiten in die erste Lage zurückzuführen, wenn kein Auswerfsignal vorliegt, und eine Einrichtung aufweist, die die Plattenrückführeinrichtung beim Vorliegen eines Auswerfsignals deaktiviert.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine elektrische Einrichtung, die das Auswerfsignal verzögert, um die Funktion der deaktivierenden Einrichtung um eine Zeitspanne zu verzögern, die vom vertikalen Abstand zwischen der Probenzone und der Auslenkplatte abhängt..
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine elektrische Einrichtung, die das Auswerfsignal verlängert, um die durch die Trägheit der Auslenkplatte verursachte Verzögerung auszugleichen.

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