DE3411540C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bereits bekannt, den mittels Bandförderern transportierten Fördergutmengenstrom von Schütt­ gütern zu ermitteln, indem die Kontur der freien Oberfläche des Schüttguts quer zur Förderrichtung durch den Einsatz einer fotografischen oder einer Fernsehkamera sowie auch durch Ultraschall-Entfer­ nungsmessung bestimmt wird. Unter Berücksichtigung des bekannten Profils, das durch den Tragrollensatz und den Fördergut an der Meßstelle festgelegt ist, wird dann der Füllquerschnitt in verhältnismäßig kurzen Abständen bestimmt und mit der Förderge­ schwindigkeit multipliziert, woraus sich dann der Volumenstrom, d. h. das geförderte Volumen pro Zeit­ einheit, ergibt. Durch Multiplikation mit der Schüttgutdichte ergibt sich der Massenstrom. Vo­ lumenstrom und Massenstrom sind hier zur Verein­ fachung zusammenfassend mit Fördergutmengenstrom bezeichnet.

Ein Verfahren, bei dem die Kontur des Schüttguts mittels einer Photodioden-Einrichtung dadurch er­ faßt wird, daß eine schräg angestellte Lichtquelle über eine mit einer quer zur Förderrichtung ver­ laufenden Kante versehenen Blende auf die Schütt­ gutoberfläche einen Schatten wirft, ist vorbekannt aus der GB-PS 14 92 114. Die auf diese Weise auf­ gezeichnete Konturkurve, die noch entzerrt werden muß, wird von Punkten erzeugt, die zu einem größe­ ren Teil nicht auf der vorgesehenen Meßebene lie­ gen, wobei vor allem aber deren Abweichung von der Meßebene nicht feststellbar ist. Die ermittelten Werte sind daher insbesondere bei stark zerklüfte­ ten Oberflächen sehr ungenau. Außerdem muß die Lichtquelle, wenn eine brauchbare Schattenkontur erzeugt werden soll, verhältnismäßig dicht über der Schüttgutoberfläche angeordnet werden, wo sie leicht zerstört werden kann.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die fortlaufende Entfernungsmessung berührungs­ frei mit Hilfe von mindestens einer Sende/Empfangs­ einrichtung durchgeführt wird, besteht diese Sende/ Empfangseinrichtung in einer Ultraschall-Abstands­ meßeinrichtung. Dieses bekannte Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, daß das Ultraschall-Entfer­ nungsmeßgerät nahe an der Schüttgutoberfläche ange­ ordnet werden muß, damit die Auftreff-Fläche des Schalls, die durch die sogenannte Schallkeule gebil­ det wird, nicht zu groß wird, damit ferner der re­ flektierte Schallimpuls noch genügend Energie be­ sitzt, um einen eindeutigen Wert zu liefern, was besonders für schlecht reflektierende Materialien gilt, und daß Störungen verursachende Luftströmun­ gen auch sicher abgeschirmt werden können. Die An­ bringung der Meßgeräte in der Nähe der Schüttgut­ oberfläche kann jedoch, insbesondere im Bereich von Übergabestellen, leicht zur Zerstörung der Entfer­ nungsmeßgeräte führen. Aber selbst bei einer Anord­ nung der Meßgeräte verhältnismäßig dicht über der Schüttgutoberfläche ergeben sich aufgrund verschie­ dener Einflüsse, insbesondere bei höheren Förderge­ schwindigkeiten, oftmals Meßfehler.

Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, für die Mengenmessung an Förderbändern einen nach dem Prin­ zip des Dauerstrich-Radars mit Frequenzmodulation (FM-CW-Radar) arbeitenden Meßkopf einzusetzen (messen + prüfen/automatik, Januar, Februar 1983, S. 40-43). Hierbei wird jedoch nur ein Mittelwert der Schütthöhe für die Berechnung des Schüttquer­ schnitts ermittelt, wodurch eine genauere Bestim­ mung des Fördergutmengenstromes nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ver­ fahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß auch bei größeren Meßabständen und gleichzeitig bei größeren Fördergeschwindigkeiten genaue Meßwerte erzielbar sind.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in Anspruch 5 wiedergegeben.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, berüh­ rungslose Abstandsmessungen mittels Laser-Entfer­ nungsmeßvorrichtungen durchzuführen (DE-Z: Tech­ nisches Messen, 48. Jg. 1981, S. 323; DE-Z: VDI Nachrichten, Nr. 10, 11. März 1983, S. 6), wobei der Meßwert auch digital angezeigt und gespeichert werden kann; Messungen für die Ermittlung des Fördergutmengenstromes von Bandförderern oder solche mit einer ähnlichen Problematik werden jedoch nicht offenbart.

Die Erfindung bringt außer der Vermeidung der aufgezeigten Nachteile der bekannten Abstands-Meßtechniken den weiteren Vorteil, daß die Frequenz der einzelnen Messungen um ein Vielfaches größer ist, so daß auch bei hohen Fördergeschwindigkeiten Füllquerschnittswerte in Abständen von nur einigen Zentimetern in Förderbandlaufrichtung erfaßt werden können, daß eine weit größere Anzahl von Entfernungsmeßgeräten über den Schüttgut-Querschnitt verteilt werden können und dadurch genauere Messungen zu erzielen sind, und daß auch durch die Kleinheit des Sendestrahldurchmessers stark zerklüftete und stark bewegte Oberflächen mit einer feinen Auflösung ausgemessen werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des neuen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 und der zugehörigen Vorrichtung im Anspruch 6 wiedergegeben.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft, zwei bis sieben Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen einzusetzen.

Ausführungsbeispiele des nachfolgend näher erläuterten Verfahrens und zugehörige Vorrichtungen sind in der Zeichnung schematisch wiedergegeben. Es zeigt

Fig. 1 eine über einem Förderband angeordnete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Schrägansicht,

Fig. 2 ein Systemschaltbild des verwen­ deten Rechners und

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung eines anderen Ausführungs­ beispiels des Verfahrens und dem Förderband im Querschnitt.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist über einem Förder­ band 1 ein kastenförmiges geschlossenes Gehäuse 2 an einem ortsfesten Träger 3 so angeordnet, daß seine mit einer lichtdurchlässigen Scheibe 4 versehene Unter­ seite etwa 6 mm über der Oberfläche 5 des auf dem För­ derband 1 befindlichen Schüttguts im Bereich eines Gir­ landen-Tragrollensatzes 6 liegt. Im Innern des Gehäu­ ses 2 sind drei Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen 7, 8, 9 angeordnet, die aus je einem Sendeteil 7 a, 8 a, 9 a und einem Empfangsteil 7 b, 8 b, 9 b bestehen. Die Sendeteile enthalten den Laser-Sender und an ihrer dem Schüttgut zugewandten Unterseite je­ weils ein Sendeobjektiv und in entsprechender Weise die Empfängerteile 7 b, 8 b und 9 b einen Empfänger und ein Empfangsobjektiv. Die Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen 7, 8, 9 sind so nebeneinander angeordnet, daß die als Strahlen 10 ausgesendeten Lichtimpulse und die von der Oberfläche 5 des Schüttguts reflektierten Strahlen 11, welche in das jeweilige Empfangsobjektiv gelangen, je­ weils möglichst dicht nebeneinander liegen, und daß die Strahlen 10 untereinander parallel verlaufen und in einer Ebene senkrecht zur Förderrichtung liegen. Der mittlere, vom Sendeteil 8 a ausgehende Strahl verläuft gleichzeitig in der senkrechten Symmetrieebene des Förderbandes 1.

Die eingesetzten Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen arbeiten nach folgenden bekanntem Prinzip: Die mit Halbleitern versehenen Sender erzeugen infrarote Lichtimpulse mit einer festen Taktfrequenz. Die Licht­ impulse werden in dem Sendeobjektiv zu einem Licht­ bündel erweitert, dessen Strahlen 10 auf die Ober­ fläche 5 des Schüttguts auftreffen und dort diffus reflektiert werden. Von diesen diffus reflektierten Strahlen trifft ein Teil, nämlich die Strahlen 11, auf die Empfangsobjektive der Empfängerteile 7 b, 8 b und 9 b. Die jeweils zugeordneten Sender und Empfänger sind so justiert, daß die ausgesandten Strahlen 10 und die reflektierten Strahlen 11 jeweils gleich lang sind. In der Zeit zwischen Aussendung und Empfang hat der Lichtimpuls den Weg von der Laser-Entfernungs­ meßvorrichtung zur Schüttgutoberfläche und zurück durchlaufen. Die Zeit wird registriert und in einer Auswerte-Elektronik der Laser-Entfernungsmeßvor­ richtung in einen Wert des Abstands umgerechnet, indem die Zeit halbiert und dann durch die Lichtge­ schwindigkeit geteilt wird. Der Wert für die Ent­ fernung wird in digitaler Form erfaßt.

Die entsprechend der Impulsfolge ermittelten digitalen Werte der Entfernung werden von den Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen jeweils in einen Rechner 13, der ein sogenannter Micro­ rechner ist, in dessen entsprechendem Erfassungs­ teil 14 eingespeist (Fig. 2). Von dort werden sie in die Prozessoreinheit 15 eingegeben, welche über eine Parametereingabe 16 mit den förderband­ spezifischen Daten, wie Gurtbreite, Muldung, Ab­ stand der Meßeinrichtung zum Gurt und Lage der Meß­ punkte, d. h. der Auftreffpunkte der Lichtimpulse auf der Schüttgutoberfläche, versehen ist. Ferner werden über eine Impulszähler-Baugruppe 17 Impulse in die Prozessoreinheit 15 eingegeben, die von einem an das Förderband 1 angeschlossenen Impuls­ aufnehmer 18 aufgezeichnet werden und aus denen dann die Förderbandgeschwindigkeit errechnet wird. Die Werte der Entfernungsmessung aus dem Erfassungs­ teil 14 werden mit den Werten der Parametereingabe 16 verknüpft und daraus der jeweilige Füllquerschnitt des Förderbandes fortlaufend errechnet. Der Füllquer­ schnitt ergibt multipliziert mit der Förderbandge­ schwindigkeit den Volumenstrom. Dieser wird über eine Analogwertausgabe 19 durch eine Skala 20 ständig angezeigt. Eine Digitalwertausgabe 21 gibt die Werte des aufsummierten Schüttgut-Fördervolumens, das auch in einem Speicher 23 gespeichert wird, an ein Zählwerk 22 weiter. In einen Speicher 24 ist das Auswerte-Programm eingegeben. Der Volumenstrom wird als Istwert für eine Fördergutmengenregelung herangezogen, welche für das Förderbandsystem vorge­ sehen ist.

Die durch die lichtdurchlässige Scheibe 4 verschlossene Unterseite des Gehäuses 2 ist durch eine Klappe 25 lichtdicht verschließbar. Das Verschließen wird durch einen Magnetschalter 26 automatisch immer dann durch­ geführt, wenn die Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen ausgeschaltet werden. Diese Automatik wird ausgeschal­ tet, wenn die Klappe 25 zum Eichen der Laser-Entfer­ nungsmeßvorrichtungen eingesetzt wird. Die lichtdurch­ lässige Scheibe 4 besteht aus einem geeigneten Spezial­ glas.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind fünf Laser- Entfernungsmeßvorrichtungen 26 eingesetzt, die als Interferometer mit einem in sich selbst reflektieren­ den Strahl ausgebildet sind; sie sind in einem Ge­ häuse 27 so angeordnet, daß ihre Strahlen 27 vom Ge­ häuse ausgehend in einer Ebene quer zur Förderrich­ tung auseinanderlaufen. Die durch die Laser-Entfernungsmeß­ vorrichtungen 26 ermittelten Werte werden in ent­ sprechender Weise wie beim vorhergehenden Ausführungs­ beispiel in einen Rechner 28 eingegeben und verarbeitet. Die Ausführung mit auseinanderlaufenden Strahlen ermöglicht ein dichteres Aneinanderrücken der Laser-Entfernungs­ meßvorrichtungen und damit ein kompaktes Gehäuse, das diese aufnimmt. Es ist jedoch auch möglich, die Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen in Förderrichtung gestaffelt anzuordnen. Das gleiche gilt für die Meß­ punkte auf der Oberfläche 5 des Schüttguts. In diesem Falle, in welchem die Meßpunkte nicht sämtlich in einer Ebene senkrecht zur Förderrichtung liegen, ist die Zuordnung zu einem Querschnittswert durch Zeit­ korrektur leicht herstellbar.

Die Anzahl der für die Querschnittsmessung einge­ setzten Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen richtet sich nach der Breite des Fördergurts; und für jede Gurtbreite gilt, daß mit einer größeren Anzahl eine größere Genauigkeit des Füllquerschnitts ermittelt werden kann. Im Regelfall sind jedoch drei bis fünf Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen ausreichend. Das neue Verfahren ist besonders vorteilhaft für den Einsatz an Großgeräten, wie Schaufelradbaggern od. dgl.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung des Fördergutmengenstromes von mittels Bandförderern od. dgl. geförderten Schüttgütern durch fortlaufende Bestimmung der Kontur der freien Oberfläche des Schüttguts quer zur Förderrichtung durch fortlaufende berührungsfreie Entfernungsmessung mit Hilfe von mindestens einer nach dem Impuls-Laufzeitmeßprinzip arbeitenden Sende/Empfangseinrichtung, der ein Rechner nachgeschaltet ist, und Füllquerschnittserrechnung, dadurch gekennzeichnet, daß als Sende/Empfangseinrichtung mindestens zwei jeweils einen Laserstrahl aussendende und den jeweils reflektierten Laserstrahl empfangende Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen verwendet werden, wobei die Strahlen etwa senkrecht zur Förderrichtung des Schüttguts verlaufen und jeder in einem von der Schüttgutoberfläche zwischen 2 bis 20 m betragenden Abstand angeordneten Laser-Entfernungsmeßvorrichtung einer von mehreren über den Schüttquerschnitt verteilten Meßpunkten zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die gemessenen Werte der Entfernung digital aufgezeichnet und an den nachgeschalteten Rechner weitergeleitet und jeweils mit zugehörigen durch einen an das Förderband angeschlossenen Impulsgeber aufgezeichneten Werten der Bandgeschwindigkeit verknüpft und die errechneten Werte des Fördergutmengenstromes analog und die der Fördergutmenge digital angezeigt und vorzugsweise gespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine entsprechende Anlage der Wert des Schüttgutmengenstroms als Istwert einer Fördergutmengenregelung zugrundegelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser- Entfernungsmeßvorrichtungen so angeordnet sind, daß deren Meßpunkte in Förderrichtung gegeneinander versetzt sind, und die Meßwerte so synchronisiert werden, daß jeweils die Kontur der Oberfläche des Schüttguts im Querschnitt senkrecht zur Förderrichtung ermittelt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsmeßvorrichtungen nebeneinander in einer senkrecht zur Förderrichtung des Förderbandes verlaufenden Ebene in einem Gehäuse angeordnet sind, welches an der dem Band zugewandten Unterseite eine lichtdurchlässige Scheibe aufweist, die durch eine verstellbare Klappe verschließbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) den Rechner (13) und ggf. die zugehörigen Einrichtungen enthält.