DE4127903A1 - Vorrichtung und verfahren zur qualitaets- und groessensortierung von produkten und artikeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung, insbesondere für landwirtschaftliche und Naturprodukte wie Obst, Gemüse, Hackfrüchte sowie andere Artikel.

Aus der BG-A 30 805 ist eine Vorrichtung zum Sortieren von Früchten bekannt, deren fotometrisches System zwei Fotoempfänger für zwei Wellenlängen aufweist. Die Ausgänge der Fotoempffänger sind mit zwei identischen Verstärkern verbunden, deren Verstärkung automatisch regulierbar ist. Dabei sind die Ausgänge der Verstärker über zwei Verzögerungsleitungen mit den Eingängen von zwei Analog/Digital-Wandlern verbunden, deren Ausgänge mit Rechengliedern zur Ermittlung des Mittelwertes, der Amplitude sowie des Maximal- und des Minimalverbundes sind. Die Ausgänge der Rechenglieder sind mit den Eingängen von zwei logischen Blöcken zum Ermitteln des Endergebnisses für die Güte und die Ausgänge dieser logischen Blöcke und über Endschalter mit den Sortiergliedern verbunden.

Des weiteren ist eine Vorrichtung zum automatischen Sortieren von Früchten, Gemüse und Wurzelgemüse nach DE 38 42 098 bekannt geworden, die eine fotometrische Kamera mit zwei Fotoempfängern für zwei Wellenlängen enthält. Deren Ausgänge sind über Verstärker mit Fehlerkorrektur, Hochfrequenzfilter mit Spitzendetektor, Niederfrequenzfilter, ein logisches ODER-Gatter, Diffenrenzverstärker, ein Multiplizier-/Dividier-Glied, einen Analog-Digitalwandler, ein Interface und einen Mikrocomputer mit Blöcken für die Ermittlung der Gütelösung verbunden, während die Ausgänge dieser Blöcke über Endschalter mit den Sortiergliedern in Verbindung stehen.

Ein nach DD-Patent 2 72 425 bekannt gewordenes Verfahren und Anordnung zur Qualitätssortierung landwirtschaftlicher Produkte sieht vor, mittels einer optischen Meßeinrichtung eine Qualitätssortierung, das heißt, die Klassierung nach Reifegrad, Oberflächenmerkmalen - wie Beschädigungen, Erkrankungen, Druckstellen, Anormalitäten, Mißbildungen - und nach Größe zu ermöglichen, wenn die stückartigen Güter mittels optimal gerichteten Auflicht ausreichend beleuchtet wurden und über die von der Objektoberfläche bzw. dem Hintergrund und dem beschädigten Oberflächenbezirken und/oder zwischen Hintergrund und Oberflächenrand und/oder im spektralen Grundniveau zum Vergleichsobjekt aufweist. Die remittierte optische Strahlung belichtet dabei entsprechend der jeweilig vorhandenen punktuellen Lichtintensitätsverteilung eine Anordnung zeilen- oder matrizenförmiger optoelektronischer Elemente. Die gewandelten analogen elektrischen Bildsignalfolgen werden in einer Auswerteschaltung vorverarbeitet, in einem Speichersystem digital abgelegt und anschließend in einem Informationsverarbeitungssystem die für die Qualitätssortierung erforderlichen Merkmalklassen den stückartigen Gütern zugeordnet. Eine nachgeordnete Ansteuerschaltung gibt die für die Auswurforgane benötigten Ansteuersignale aus. Durch einen Filter vor dem Objektiv kann der Kontrast zwischen Objektflächenhintergrund und dem Mangelbereich erhöht werden. Die Anordnung optoelektronischer Elemente ist vorzugsweise als monolithisch integrierte Schaltung auszuführen und als Informationsverarbeitungssystem ein oder mehrere Spezial- oder Mikroprozessoren einzusetzen. Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Unterscheidung bzw. Sortierung landwirtschaftlicher Produkte nach Oberflächenmerkmalen nach DD-Patent 2 55 594 erfolgt mittels einer speziellen elektronischen Steuerung und Verarbeitung für die Signale von Zeilensensoren insbesondere ein paarweiser Vergleich der Grauwerte von in Zeilenrichtung versetzt befindlichen größenverstellbaren Bildpunkten und eine Bewertung der Grauwertdifferenzen sowie auch von absoluten Grauwerten zur Fehlererkennung nach variabel einstellbaren Kriterien.

Dieser Vergleich wird durch Quotientenbildung der Signale von Bildpunkten vorgenommen, die nicht unmittelbar benachbart, sondern durch eine Anzahl von n_z Zwischenpunkten getrennt sind.

Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren lassen lediglich begrenzte Möglichkeiten bezüglich der Merkmale der Gütebestimmung der Produkte sowie begrenzte Sortiermöglichkeiten zu und infolge der unregelmäßigen geometrischen Form der Produkte entstehen zwangsläufig Fehler durch in die Fotoempfänger reflektiertes Licht. Der Aufbau der optisch - optoelektronischen und elektronischen Bauelemente und Grundbaugruppen ist einmal sehr aufwendig und bei absoluten Schwankungen im optischen Signalpegel arbeiten diese nicht genügend sicher. Des weiteren ist zu verzeichnen, daß bei einer Erfassung von mehreren Wellenlängen ein entsprechend hoher Energieaufwand zur Erzeugung ausreichender optischer Signalpegel erforderlich ist. Bestimmte Verfahren gestatten mir, daß eine geringe Anzahl von Qualitätsklassen bei begrenzter geometrischer Auflösung der Merkmale erfaßt werden und erfordern einen hohen Ausleuchtungsgrad sowie analogen Rechenaufwand.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung und Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung zu schaffen, mittels der die Produkte und Artikel auf einer parabelförmigen Flugbahn mit hoher Geschwindigkeit durch eine fotometrische Meßkammer bewegt werden, die eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Auflichtes sowie mehrere optoelektronische Bildwandler zur Aufnahme des vom Hintergrund der fotometrischen Meßkammer oder von den sich durch die Meßkammer bewegenden Produkten remittierten Lichtes enthält und über einen mit Trennmechanismen versehenen Elektronikblock sowie einer Auffangvorrichtung derart verbunden ist, daß eine exakte Trenngenauigkeit einschließlich schonender Sortierung der Produkte nach Größe und Qualität gegeben ist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die Verwendung spezieller Leuchtstofflampen kaum störende Infrarotanteile auftreten und daß durch deren ringförmige Anordnung in der fotometrischen Meßkammer eine optimale Ausleuchtung erreicht wird. Die mit der fotometrischen Meßkammer in Verbindung stehenden Leuchstofflampen und optoelektronischen Bildwandler, wie Kameras, sind durch Spezialglas gegen Verschmutzungen, Staub und Spritzwasser abgeschirmt und lassen einen Einsatz der Sortiervorrichtung unter extremen Bedingungen zu. Durch die besondere Anordnung der optoelektronischen Bildwandler ist eine verzerrungsarme Aufnahme der Sortiergutoberfläche gegeben und die Verwendung einer parabelförmig gestalteten Auffangvorrichtung ermöglicht eine schonende Behandlung der Produkte.

Durch einen speziellen Berechnungsalgorithmus ist trotz schwankender Grundhelligkeit der Meßobjektoberfläche eine sichere Fehlererkennung möglich und außerdem erfolgt gleichzeitig eine Größen- und Formbewertung des Meßobjektes. Die ermittelten Fehler- und Größenklassen können wahlweise ein oder mehreren Trennmechanismen zugeordnet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dagestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung der Zuführeinrichtung mit nachgeordneter fotometrischer Meßkammer, Elektronikblock, Trennmechanismus, Auffangvorrichtung und Abführeinrichtungen,

Fig. 2 die fotometrische Meßkammer im Schnitt,

Fig. 3 eine Seitenansicht nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht der fotometrischen Meßkammer mit kegelförmiger Anordnung der mittleren optischen Achsen der optoelektronischen Bildwandler.

In den Figuren ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln, insbesondere Kartoffeln dargestellt, das eine Zuführeinrichtung (1) mit einer nachgeordneten fotometrischen Meßkammer (2) aufweist. Die Zuführeinrichtung (1) ist zweckmäßigerweise als V-förmiges Band gestaltet, auf dem die Kartoffeln (3) auf eine genau definierte Geschwindigkeit gebracht und vereinzelt der fotometrischen Meßkammer (2) zugeführt werden. Die fotometrische Meßkammer (2) ist mit einem Glaszylinder (4) sowie zwei Beleuchtungseinrichtungen (5) versehen, wobei zweckmäßigerweise eine im oberen und eine im unteren Bereich des Glaszylinders (4) angebracht ist. Am Umfang der fotometrischen Meßkammer (2) befinden finden sich mehrere Bildwandler (6). Der Glaszylinder (4) läßt das von den Beleuchtungseinrichtungen (5) ausgestrahlte Licht durch und dichtet gleichzeitig so ab, daß die Beleuchtungseinrichtungen (5) und optoelektronische Bildwandler (6) bei Arbeiten unter extremen Einsatzbedingungen, speziell in der Landwirtschaft, vor Schmutz, Staub und Nässe geschützt sind.

Die der fotometrischen Meßkammer (2) vereinzelt zugeführten Kartoffeln (3) fallen im freien Fall durch den Fallkanal (7) der fotometrischen Meßkammer (2), wo mittels der Beleuchtungseinrichtungen (5), die ein Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm ausstrahlen, einmal die gesamte Oberfläche der Kartoffeln (3) und infolge der Anordnung mehrerer optoelektronischen Bildwandler (6) im bestimmten Winkel zur fotometrischen Meßkammer (2) beim Eintreten und Verlassen derselben auch die Polkappen der Kartoffeln (3) erfaßt werden. In Richtung der mittleren optischen Achse (8) der optoelektronischen Bildwandler (6) erfolgt eine zeilenweise Erfassung der Oberfläche der Kartoffeln (3).

In einem der fotometrischen Meßkammern (2) zugeordneten und mit einem Trennmechanismus (9) in Verbindung stehenden Elektronikblock (10) erfolgt die Bewertung und Berechnung der in der fotometrischen Meßkammer (2) ermittelten Ergebnisse und die Ansteuerung des Trennmechanismus (9), wo mittels eines Luftstrahles oder Wasserstrahles die aussortierte schlechte Ware über die Trennkante einer beispielsweise parabelförmig gestalteten Auffangeinrichtung (11) gefördert wird und ebenso wie die gute Ware auf Bänder (12) oder andere Transport-, respektive Austrageeinrichtungen gelangt. Die parabelförmig gestaltete Auffangeinrichtung (11) bewirkt eine schonende Übergabe der Kartoffeln (3) auf das Band (12).

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln bestehend aus einer Zuführeinrichtung, fotometrischer Meßkammer mit Beleuchtungseinrichtungen und optoelektronischen Bildwandlern sowie Elektronikblock mit zugeordneten Trennmechanismen sowie Austrage- und Auffangeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine fotometrische Meßkammer (2) mit mehreren vorzugsweise ringförmig angeordneten Beleuchtungeinrichtungen (5) und optoelektronischen Bildwandlern (6) versehen ist, die Beleuchtungseinrichtungen (5) zweckmäßigerweise aus Gasentladungslampen bestehen, deren Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm ausstrahlbar und dessen Infrarotanteil vorzugsweise kleiner als 2% der Gesamtstrahlungsleistung ist und daß die Beleuchtungseinrichtungen (5) außerhalb der Meßebene angebracht sind und die den parabelförmigen Fallkanal (7) bildende fotometrische Meßkammer (2) über einen optisch transparent prismatischen Körper, wahlweise Glaszylinder (4), staub- und spritzwasserdicht getrennt, aber optisch verbunden ist und daß die fotometrische Meßkammer (2) über einen nachgeordneten einen oder mehrere Trennmechanismen (9) bewegenden Elektronikblock (10) und einer Auffangeinrichtung (11) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Trennmechanismen (9) entgegen der Flugbahn der zu trennenden Produkte angeordnet sind und daß die Auffangeinrichtung (11) beispielsweise parabelförmig gestaltet ist, aus einer passiven Fläche, wahlweise einer bogenförmigen Platte, einem oder mehreren Bändern, Walzen, respektive einer Band-Walzen-Kombination (12) besteht.

3. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Bildwandler (6) so in der fotometrischen Meßkammer (2) angeordnet sind, daß ihre mittleren optischen Achsen als Mantelflächen zweier im Fallkanal (7) spitz aufeinander stehender Kegel bilden, die eine verzerrungsarme Projektion der Polkappen der durchfallenden Produkte ermöglichen und auf die optoelektronischen Bildwandler (6) im Ruhestand ein Abbild des hellen Hintergrundes der fotometrischen Meßkammer (2) projiziert wird und daß die Teilflächen des optisch transparenten prismatischen Glaszylinders (4) und der Hintergrund der fotometrischen Meßkammer (2) in den Meßebenen, die nicht auf die optoelektronischen Bildwandler projiziert werden sollen, geometrisch und/oder farblich so gestaltet sind, daß das von ihnen reflektierte Licht, das gebrochen über den Grenzwinkel der Totalreflexion von weiteren Einrichtungen innerhalb der fotometrischen Meßkammer (2) unerwünscht auf die optoelektronischen Bildwandler (6) gelangt, vorzugsweise weniger als 2% des mittleren Meßwertes des den Fallkanal passierenden Produktes beträgt.

4. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme zeilenweise serialisiert werden, sich ein Datenstrom für die gesamte Meßobjektoberfläche ergibt, eine weitere Schaltung die Referenzwerte einzelner Zeilen miteinander vergleicht und bei entsprechend zu definierender Abweichung eine weitere Fehlerklasse liefert und daß aus dem Datenstrom automatisch für jede Zeile ein Referenzwert gebildet wird, der der Helligkeit der gesunden Meßoberfläche des Produktes entspricht und ein Vergleich zwischen aktuellen Bildpunkt sowie Referenzwert der vorangegangenen Zeile vorgenommen und eine Kennzeichnung bei Erfüllung des Fehlerkriteriums ermöglicht wird.

5. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung die Anzahl sowie die Ausdehnung in horizontaler und vertikaler Richtung der gekennzeichneten Fehlerflächen ermittelt und verschiedenen Fehlerklassen zuordnet und daß ausgehend vom Datenumfang, der von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme sowie deren Vergleich zwischen einzelnen Zeilen eine Formbewertung des Meßproduktes gegeben ist und entsprechend der Anzahl der von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme pro Meßprodukt ein größenproportionales Datenwort erzeugt wird, welche eine Größensortierung gewährleistet.

6. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch wahlweise Zuordnung einzelner Fehler- und/oder Größenklassen von Meßprodukten zu einer oder mehreren Austrageeinrichtungen zwei, respektive mehr unterschiedlich zusammengesetzte Fraktionen Sortiergut trennbar sind und daß mittels einer weiteren, nicht linear arbeitenden Schaltung der Zeitpunkt sowie die Dauer der Ansteuerung der Austrageeinrichtungen in Abhängigkeit der Größe des auszutragenen Meßproduktes bestimmbar ist.