DE4127903C2 - Anordnung und Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für landwirtschaftliche und Naturprodukte wie Obst, Gemüse, Hackfrüchte sowie andere Artikel.

In DE-OS 27 23 674 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, bei dem Erntegut eine Lichtschranke passiert, die mit rotem bis infrarotem Licht betrieben wird und auf einen Trennmechanismus einwirkt. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung ist nur eine grobe Trennung des Ernteguts von Fremdkörpern, wie z. B. Steinen, realisierbar. Eine vergleichbare Einrichtung ist in DE-OS 27 09 905 beschrieben. Beide genannten Vorrichtungen sind einzig in der Lage, vom Erntegut stark abweichende Fremdkörper zu erfassen und auszusortieren.

Aus der DE-OS 21 47 611 ist eine Vorrichtung zum Sortieren von Früchten bekannt, deren fotometrisches System zwei Fotoempfänger für zwei Wellenlängen aufweist. Die Ausgänge der Fotoempfänger 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 Minimalwertes verbunden 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 Fehlerkorrektor, Hochfrequenzfilter mit Spitzendetektor, Niederfrequenzfilter, ein logisches ODER-Gatter, Differenzverstärker, 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 272 425 bekanntgewordenes Verfahren und Anordnung zur Qualitätssortierung landwirtschaftlicher Produkte sieht vor, mittels einer optischen Meßeinrichtung eine Qualitätssortierung, d. h. die Klassierung nach Reifegrad, Oberflächenmerkmalen - wie Beschädigungen, Erkrankungen, Druckstellen, Anormalitäten, Mißbildungen - und nach Größe zu ermöglichen, wenn die stückartigen Güter mittels optimal gerichteten Auflichts ausreichend beleuchtet wurden und über die von der Objektoberfläche bzw. dem Hintergrund und den 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 sind ein oder mehrere Spezial- oder Mikroprozessoren einzusetzen.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Unterscheidung bzw. Sortierung landwirtschaftlicher Produkte nach Oberflächenmerkmalen nach DD 255 594 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 ganze Anzahl von n_z Zwischenpunkten getrennt sind.

Des weiteren ist in US-PS 4,207,985 eine Sortiervorrichtung beschrieben, bei der in einer ringförmigen Kammer zu sortierende Artikel eine Beleuchtung erfahren, die von mehreren einzelnen Strahlungsquellen ausgehen und bei der die von den Artikeln reflektierten Signale von mehreren Strahlungsdetektoren erfaßt werden, wobei genannte Beleuchtungseinrichtungen und Detektoren sich in einer Ebene befinden. Diese Anordnung ermöglicht neben einer Trennung von Fremdkörpern auch eine Größenklassierung der sie durchlaufenden Artikel, jedoch sind insbesondere im Bereich der Polkappen solcher Artikel, wie bspw. Kartoffeln, befindliche Fehlerstellen damit nicht hinreichend erfaßbar.

Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren lassen lediglich begrenzte Möglichkeiten bzgl. 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 optischoptoelektronischen 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 nur, eine geringe Anzahl von Qualitätsklassen bei begrenzter geometrischer Auflösung der Merkmale zu erfassen 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 Anordnung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung zu schaffen, mittels denen 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 erfindungsgemäße ringförmige Anordnung in der fotometrischen Meßkammer eine optimale Ausleuchtung erreicht wird. Die mit der fotometrischen Meßkammer in Verbindung stehenden Leuchtstofflampen und optoelektronischen Bildwandler, wie Kameras, sind durch Spezialglas gegen Verschmutzung, 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 Meßoberfläche eine sichere Erkennung von Fehlerflächen, im Beispielfall von Faul-, Grün- oder Schnittflächen an Kartoffeln, 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 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

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

Fig. 2 die fotometrische Meßkammer im Schnitt,

Fig. 3 eine Seitenansicht nach Fig. 2 und

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

In den Figuren sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln, insbesondere Kartoffeln dargestellt, die eine Zuführeinrichtung 1 mit einer nachgeordneten fotometrischen Meßkammer 2 aufweisen. 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 transparenten hohlzylindrischen Körper, im Beispiel einem Glaszylinder 4, sowie zwei Beleuchtungseinrichtungen 5 versehen, wobei erfindungsgemäßer Weise eine im oberen und eine im unteren Bereich des Glaszylinders 4 angebracht ist. Am Umfang der fotometrischen Meßkammer 2 befinden sich mehrere Bildwandler 6. Der Glaszylinder 4 läßt das von der Bleuchtungseinrichtung 5 ausgestrahlte Licht durch und dichtet gleichzeitig so ab, daß die Beleuchtungseinrichtung 5 und die optoelektronischen 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 Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm ausstrahlen, einmal die gesamte Oberfläche der Kartoffeln 3 und infolge der Anordnung mehrerer optoelektronischer 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 Meßkammer 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 bspw. parabelförmig gestalteten Auffangeinrichtung 11 gefördert wird, 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 (7)

1. Anordnung zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln bestehend aus einer Zuführeinrichtung, einer fotometrischen Meßkammer mit Beleuchtungseinrichungen, optoelektronischen Bildwandlern sowie einem Elektronikblock mit zugeordneten Trennmechanismen, dadurch gekennzeichnet, daß die fotometrische Meßkammer (2) mit wenigstens zwei ringförmig geschlossenen und in untersschiedlichen Ebenen angeordneten Beleuchtungseinrichtungen (5) versehen ist
die Beleuchtungseinrichtungen (5) Licht mit drei Wellenlängen ausstrahlen lassen, wobei insbesondere Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm zum Einsatz gelangen und der Infrarotanteil der Gesamtstrahlungsleistung weniger als 2% beträgt,
die ringförmigen Beleuchtungseinrichtungen (5) einen zumindest für genannte Wellenlängen transparenten hohlzylindrischen Körper (4), der einen Fallkanal (7) für genannte Produkte und Artikel (3) umschließt und die übrigen Baugruppen vor Staub und Spritzwasser schützt, umgeben
mehrere optoelektronische Bildwandler (6) mit Blickrichtung zum Fallkanal (7) gleichmäßig um den Umfang der Beleuchtungseinrichtungen (5) und zwischen genannten Ebenen angeordnet sind und
die optoelektronischen Bildwandler (6) in an sich bekannter Weise mit einem Elektronikblock (10) in Verbindung stehen, dessen Ausgangssignale einem Trennmechanismus (9) zuführbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Bildwandler (6) so in der fotometrischen Meßkammer (2) angeordnet sind, daß ihre mittleren optischen Achsen (8) zueinander derart geneigt sind, daß der vom transparenten hohlzylindrischen Körper (4) umfaßte Raum zwischen den Ebenen der Beleuchtungseinrichtungen (5) vollständig erfaßbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Bildwandler (6) paarweise gegenüberstehend so angeordnet sind, daß ihre mittleren optischen Achsen (8) zueinander parallel, aber in unterschiedlichen Ebenen verlaufen.

4. Verfahren zur Qualitäts- und Größenordnung von Produkten oder Artikeln unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die optoelektronischen Bildwandler (6) ein helles Abbild des Hintergrundes der Meßkammer (2) gelangt, wobei der durch Reflexion und/oder Beugung auf die Bildwandler (6) gelangende Lichtanteil durch entsprechende geometrische und/oder optische Gestaltung der Meßkammer (2) unterhalb von 2% des mittleren Meßwertes, der von den zu sortierenden, den Fallkanal passierenden Produkten stammt, festgelegt wird,
und daß durch alle optoelektronischen Bildwandler (6) permanent Datenströme, die während des Passierens der den Fallkanal (7) durchlaufenden Produkte und/oder Artikel (3), bezogen auf deren jeweilige gesamte Oberfläche, erzeugt werden, welche an entsprechende elektronische Schaltungen (10) weitergegeben werden, in denen eine Datenbewertung vorgenommen wird und die Ergebnisse der Datenbewertung an entsprechende Trennvorrichtungen (9) weitergegeben werden.

5. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme zeilenweise seriellisiert werden, sich ein Datenstrom für die gesamte Meßoberfläche 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 die Helligkeit der gesunden Meßoberfläche des Produktes entspricht und ein Vergleich zwischen aktuellen Bildpunkten sowie Referenzwerten der vorangegangenen Zeile vorgenommen und eine Kennzeichnung bei Erfüllung des Fehlerkriteriums ermöglicht wird.

6. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach Anspruch 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 Datenströmen sowie deren Vergleich zwischen einzelnen Zeilen eine Formbewertung des Meßprodukts gegeben ist und entsprechend der Anzahl der von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme pro Meßprodukt ein größenproportionales Datenwort erzeugt wird, welches eine Größensortierung gewährleistet.

7. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die wahlweise Zuordnung einzelner Fehler- und/oder Größenklassen von Meßprodukten zu einer oder mehreren Austrageeinrichtungen zwei respektive mehrere unterschiedlich zusammengesetzte Fraktionen von Sortiergut trennbar sind und daß mittels einer weiteren, nicht linear arbeitenden Schaltung der Zeitpunkt sowie die Dauer der Ansteuerung der Austrageeinrichtungen in Abhängigkeit von der Größe des auszutragenden Meßproduktes bestimmbar sind.