DE4303213C2 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung des Auftreffgebietes eines Schüttgut-Massenstromes mittels Bildauswertung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Auftreffgebietes eines Schüttgut-Massenstromes mittels Bildauswertung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Anordnung hierzu gemäß den Ansprüchen 11 und 12.

Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung zur Bestim­ mung des Auftreffgebietes eines Schüttgut-Massenstromes mittels Bildauswertung sind aus der DD-PS 2 08 460 bekannt.

Im Braunkohlenbergbau werden die über dem Kohleflöz liegen­ den Erdmassen mittels Bagger aufgenommen, über Bandanlagen zur Halde transportiert und dort mittels Abraumförder­ brücken oder Absetzer verstürzt. Aus Umweltschutzgründen ist eine anschließende Kultivierung der Halden notwendig und dazu müssen deren Ebenen planiert sein. Der zur Nivellierung der Halde notwendige Aufwand hängt unmittelbar von der bei der Schüttung erzielten Planheit ab, so daß beim Betrieb der Abraumförderbrücke oder des Absetzers (allge­ mein der Abwurfgeräte) eine konstante Schütthöhe über die Länge der Kippe angestrebt wird.

Aus der DD-PS 2 08 460 ist es bekannt, die Schütthöhe vom Leitstandpersonal manuell zu steuern. Dazu übertragen am Ausleger der Abraumbrücke befestigte Fernsehkameras Bilder der auf der Kippe auftreffenden Massenströme in den Leit­ stand. Ziel ist es, Kippenoberflächen so herzustellen, daß nur noch eine minimale Nacharbeitung mittels Planierraupen erforderlich ist. Der Massenversturz bei Abwurfgeräten soll nach frei wählbaren Schütthorizonten erfolgen. Hierzu wird eine lagemäßig frei wählbare, in den Monitor einer indu­ striellen Fernsehanlage eingeblendete Sollschüttlinie als Bezugsbasis für den Massenversturz benutzt. Die wetterge­ schützte und positionierbare Fernsehkamera ist auf einem gedämpften Pendel oder einem Schwenk-Neigekopf angeordnet und speist über eine Einblendeinrichtung für die Soll­ schüttlinie und Markengruppen den Monitor. Die Sollschütt­ linie wird bei automatischem Betrieb über einen Rechner nachgeführt. Bei ungünstigen Lichtverhältnissen werden künstliche Lichtquellen im automatischen Betrieb über Rechner positioniert. Für die Einhaltung eines gleich­ mäßigen Kippenabstandes ist eine Fahrwegerfassung vorge­ sehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Auftreffgebietes eines Schüttgut-Massenstro­ mes mittels Bildauswertung der eingangs genannten Art anzu­ geben, das das Auftreffgebiet mit sehr großer Präzision und selbsttätig ermittelt. Ferner soll eine dem entsprechende Anordnung geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens in Verbin­ dung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Anordnung alternativ durch die in den Ansprüchen 11 und 12 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß beispielsweise der im Braunkohlenberg­ bau geschüttete Abraum mit präzise eingehaltener, vorgege­ bener Schütthöhe über der Länge der Kippe verstürzt werden kann. Die Schütthöhe ergibt sich in einfacher Weise bei be­ kannter Bildaufnahmegeometrie aus dem präzise ermittelten Auftreffgebiet. Dabei ist eine direkte Messung im Turbu­ lenzbereich des Auftreffgebietes möglich, wodurch die Dyna­ mik des Auftreffgebietes erfaßt wird. Die Schütthöhen kön­ nen in Echtzeit gesteuert bzw. geregelt werden.

Ein besonderer Vorteil ist es, daß das Auftreffgebiet auch beim "Schütten vor der Rippe" und bei schwierigen Witte­ rungseinflüssen und Beleuchtungsbedingungen präzise be­ stimmt wird. Dies ist trotz des geringen Kontrastes zwi­ schen Hintergrund (schon geschüttete Halde) und dem Schütt­ gut-Massenstrom möglich.

Das Verfahren und die Anordnung sind nicht auf Abraum-Abla­ gerung beschränkt, sondern allgemein in der Fördertechnik von Schüttgut verwendbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Förderanlage für Schüttgüter und den ge­ bildeten Kippenaufbau in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Förderanlage und den gebildeten Kippenauf­ bau in Aufsicht,

Fig. 3 einen von einer CCD-Kamera erfaßten und von der Bildauswertungseinheit aufbereiteten Bildaus­ schnitt,

Fig. 4 eine Anordnung zur automatischen Bestimmung der Schütthöhe bzw. des Auftreffgebietes von Schüttgut mittels Bildverarbeitung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Anordnung für Überwachung und Auswertung.

In Fig. 1 sind eine Förderanlage für Schüttgüter und der gebildete Kippenaufbau in Seitenansicht dargestellt. Es ist eine schematisch skizzierte Förderanlage 1 für Schüttgüter zu erkennen, die insbesondere als Abraumförderbrücke im Kohlentagebau verwendbar ist. Die Förderanlage weist drei in Reihe angeordnete Haldenförderer (Gurtbandförderer) 2, 3, 4 auf, wobei ein Sattelwagen 5 zwischen den Haldenförde­ rern 2 und 3 sowie ein Sattelwagen 6 zwischen den Halden­ förderern 3 und 4 angeordnet ist. Durch entsprechende Ein­ stellung des Sattelwagens 5 wird der Förderstrom des Haldenförderers 2 in einen über einen Abwurf 7 auf die Kippe (Hochkippe 12) verstürzten Schüttgut-Massenstrom und einen Förderstrom des Haldenförderers 3 aufgeteilt. In gleicher Weise ergibt sich durch entsprechende Einstellung des Sat­ telwagens 6 eine Aufteilung des Förderstromes des Halden­ förderers 3 in einen über einen Abwurf 8 auf die Kippe (Hochkippe 13) verstürzten Schüttgut-Massenstrom und einen Förderstrom des Haldenförderers 4. Der Förderstrom des Haldenförderers 4 wird über einen Abwurf 9 auf die Kippe (Hochkippe 14) als Schüttgut-Massenstrom verstürzt.

Es ergibt sich ein Kippenaufbau (Halde) 10 über einer Ar­ beitsebene 11, mit einer unteren, durch den Schüttgut-Mas­ senstrom über den Abwurf 7 gebildeten Hochkippe 12, einer mittleren, durch den Schüttgut-Massenstrom über den Abwurf 8 gebildeten Hochkippe 13 und einer oberen, durch den Schüttgut-Massenstrom über den Abwurf 9 gebildeten Hoch­ kippe 14.

Um eine konstante oder vorgegebene-Schütthöhe über die Länge (siehe Längenachse L gemäß Fig. 2) der Kippe zu er­ zielen, werden die Schütthöhen h1, h2, h3 der Hochkippen 12, 13, 14 jeweils erfaßt. Hierzu sind CCD-Kameras 15, 16, 17 (Fernsehkameras) am Haldenausleger oder an der kippen­ seitigen Brückenstütze angebracht, wobei die CCD-Kamera 15 die Schütthöhe h1 der Hochkippe 12, die CCD-Kamera 16 die Schütthöhe h2 der Hochkippe 13 und die CCD-Kamera 17 die Schütthöhe h3 der Hochkippe 14 erfassen.

Am Beispiel der CCD-Kamera 15 ist der zur exakten Erfassung der Schütthöhe h1 erforderliche Bildausschnitt 18 darge­ stellt. Der Bildausschnitt 18 wird festgelegt durch eine Bildunterkante 19, deren exakte Höhe über der Arbeitsebene 11 bekannt sein muß, und durch die Bildhöhe 20. Die in Fig. 1 dargestellten Bildausschnitte 27 und 28 der weiteren CCD-Kameras 16 und 17 sind in gleicher Weise definiert.

Die in Schutzgehäusen befindlichen CCD-Kameras 15, 16, 17 geben über Koaxialkabel Bildsignale HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD an eine im Hauptleitstand befindliche Bildauswertungsein­ heit (siehe Ziffer 29 in Fig. 4) ab, aus denen die Auf­ treffgebiete des Schüttgutes bzw. die Schütthöhen h1g, h2g, h3g der Hochkippen 12, 13, 14 ermittelt werden.

In Fig. 2 sind eine Förderanlage und der gebildete Kippen­ aufbau in Aufsicht dargestellt. Es ist die schematisch skizzierte Förderanlage 1 mit den Haldenförderern 2, 3, 4 und den Abwürfen 7, 8, 9 zu erkennen. Der sich ergebende Kippenaufbau 10 mit Arbeitsebene 11 und Hochkippen 12, 13, 14 ist ersichtlich. Die Förderanlage 1 stützt sich über Brückengerüste auf mehrere Fahrwerke 21 ab, wobei die Fahr­ werke senkrecht zum Kippenaufbau 10 auf Gleisen 22 beweg­ lich sind. Die Längenachse L der Kippe ist parallel zum Gleis 22 definiert und der jeweilige Standort S der Förder­ anlage 1 bzw. der Abwürfe 7, 8, 9 ist mit S1, S2, S3 . . . be­ zeichnet.

Wie vorstehend bereits erwähnt, ermittelt die Bildauswer­ tungseinheit 29 die aktuelle Schütthöhe h1g der Hochkippe 12 aus dem Bildsignal HK1CCD, die aktuelle Schütthöhe h2g der Hochkippe 13 aus dem Bildsignal HK2CCD und die aktuelle Schütthöhe hg3 der Hochkippe 14 aus dem Bildsignal HK3CCD, indem jeweils das Auftreffgebiet des Schüttgutes und dann der Schwerpunkt(= Schütthöhe) mittels Bildverarbeitung be­ stimmt werden.

Aus den Bildsignalen HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD lassen sich be­ reits aus einem Einzelbild durch bildanalytische Verfahren (Konturdetektion) bei ausreichenden Beleuchtungsbedingungen der horizontale Verlauf der Rippe (Kippe) und die Fallrich­ tung der Abraummassen (Schüttgut-Massenstrom) bestimmen. Der Schnittpunkt dieser Linien ist das Auftreffgebiet der Massen beim Schütten auf die Rippe. Beim Schütten vor der Rippe ist dieses Einzelbild-Verfahren aufgrund des geringen Kontrastes zwischen Hintergrund (bereits geschüttete Halde) und dem Schüttgut-Massenstrom nicht sicher. Ebenso kann durch Witterungseinflüsse die Detektion der Rippenkante (Kippenkante) erschwert werden, so daß das Verfahren zur Detektion des Auftreffgebietes aus einem Einzelbild wenig geeignet ist um eine kontinuierliche und automatische Be­ stimmung des Auftreffgebietes des Massenstromes bzw. der Schütthöhen zu sichern.

Durch Subtraktion aufeinanderfolgender, aus den Bildsigna­ len gewonnener Bilder (Bildfolge) wird die Veränderung in der Folge detektiert, d. h. der Strom der Schüttgutmassen ermittelt. Dies ist notwendig, da der Schüttgut-Massenstrom keine kompakte, homogene Masse darstellt, sondern durch Verwehung und Windrichtungs- bzw. Windstärkenänderungen von Bild zu Bild variiert. Durch die Nutzung eines Differenz­ bildes wird eine weitestgehende Unabhängigkeit von Witte­ rungs- und Beleuchtungsbedingungen erzielt und die Erken­ nung von Auftreffgebieten vor der Rippe (Kippe) wird siche­ rer. Dabei werden die Bildsignale HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD digitalisiert, so daß jedem Bildpunkt ein Grauton von 256 unterschiedlichen Grautönen zugeordnet wird. Die digitali­ sierten Bildsignale werden dann mittels digitaler Bildver­ arbeitung ausgewertet.

Um die Sicherheit des Auswerteverfahrens zu erhöhen, kann dieses ergänzt werden. Diese Systemergänzung erfolgt unter der Annahme, daß sich die Höhenänderung des Auftreffgebie­ tes bzw. die Schütthöhenänderung annähernd aus den stand­ ortbezogenen abgespeicherten vorangegangenen Schüttungen als Funktion der vertikalen Schüttgut-Massenstrom-Geschwin­ digkeit (Fahrgeschwindigkeit des Fahrwerks 21), der Schütt­ gut-Massenstrom-Menge (Abraummenge, Meterlast, Strecken­ last) und der Zeit mittels eines Simulationsmodells (siehe Modellierungseinheit 36 gemäß Fig. 4) nachbilden läßt. So kann nach einer Initialisierungsphase das Auftreffgebiet des Massenstroms modellgesteuert vorhergesagt und somit zur Korrektur falscher Meßwerte des Auftreffgebietes oder zur Einschränkung des Suchgebietes für das Auffinden des Auf­ treffgebietes genutzt werden. Die aktuellen Messungen wer­ den ebenfalls in die Modellierung einbezogen und dienen der Adaption des Modells. Zur Störsignalunterdrückung kann bei­ spielsweise das Kalman-Filter verwendet werden.

Falls diese Systemergänzung verwendet wird, können prinzi­ piell drei Systemzustände definiert werden. Der erste Sy­ stemzustand betrifft die Initialisierungsphase, d. h. den Start des Systems. Dabei läßt sich keine sinnvolle Vorher­ sage des Auftreffgebietes mittels des Modells durchführen und zur Steuerung des übergeordneten Systems - beispiels­ weise der Einstellung der Sattelwagen 5, 6 zur Festlegung der Massenströme über die Abwürfe 7, 8, 9 - werden die mit­ tels der Bildauswertungseinheit 29 gemessenen Auftreffge­ biete bzw. Schütthöhen h1g, h2g, h3g verwendet und danach standortbezogen abgespeichert. Beim zweiten Systemzustand, der Verfolgungsphase, befindet sich das System in einem stabilen Zustand und die gemessenen Schütthöhen h1g, h2g, h3g und die mittels des Modells vorhergesagten Schütthöhen h1v, h2v, h3v stimmen in einem vorgebbaren Ausmaß überein. Zur Regelung/Steuerung des übergeordneten Systems werden die vorhergesagten Schütthöhen h1v, h2v, h3v bzw. die Auf­ treffgebiete verwendet, wobei die von der Bildauswertungs­ einheit 29 gemessenen Schütthöhen h1g, h2g, h3g jedoch zur kontinuierlichen Adaption des Modells herangezogen werden. Beim dritten Systemzustand, der Alarmphase, ist die Stabi­ lität des Systems gestört und die gemessenen und die vor­ hergesagten Schütthöhen bzw. Auftreffgebiete differieren signifikant. Zur Steuerung des übergeordneten Systems wer­ den die vorhergesagten Schütthöhen bzw. Auftreffgebiete verwendet und es werden Maßnahmen ergriffen, um die Alarm­ phase zu beenden (z. B. Verstellung der Neigung der Kamera über Schwenk-Neigekopf oder korrigierte Positionierung des Suchgebietes im Bild in Abhängigkeit davon, welches von den beiden nachfolgend dargestellten Verfahren I oder II für die vertikale Positionierung des Suchgebietes verwendet wird). Das System befindet sich nach der Alarmphase wie­ derum in der Initialisierungsphase.

Es ist jedoch zu bemerken, daß das System auch ohne die vorstehend erwähnte Systemergänzung hinreichend genau und sicher arbeitet.

Zur Eingrenzung des Suchgebietes, in dem das Auftreffgebiet erwartet werden kann, wird mit Hilfe der Bildauswertungs­ einheit 29 die Fallrichtung des Schüttgut-Massenstromes be­ stimmt. Mit Hilfe der Fallrichtung wird die Lage des Such­ gebietes in horizontaler Richtung festgelegt. Um den Schüttgut-Massenstrom (Gebiet mit starker zeitlicher Verän­ derung) vom zeitlich schwach veränderten Hintergrund (Kip­ pe) trennen zu können, werden jeweils zwei aufeinanderfol­ gende Bilder subtrahiert. Zur stärkeren Hervorhebung der Massenbewegung werden mehrere Differenzbilder akkumuliert. Im akkumulierten Differenzbild werden vertikale Bildele­ mente verstärkt und zu bildpunktbreiten Linien gebündelt. Die zwei wahrscheinlichsten, sich hinsichtlich ihrer Grau­ werte im Bild hervorhebenden vertikalen Geraden (Begren­ zungsgeraden 23a, 23b) werden als Begrenzung des Schütt­ gut-Massenstromes betrachtet und zur Bestimmung der Fall­ richtung (Fallgerade 24) verwendet.

Für die Festlegung der Lage des Suchgebietes in vertikaler Richtung wird eines von zwei nachfolgend erläuterten mögli­ chen Verfahren I oder II eingesetzt.

Beim ersten Verfahren I wird das Suchgebiet in einer a priori festgelegten Höhe positioniert, die so gewählt ist, daß es das potentielle Auftreffgebiet überdeckt. Der Schnittpunkt der Fallgeraden mit der a priori festgelegten Höhenlinie stellt die Mitte des Suchgebietes in horizonta­ ler Richtung dar. Mittels Nachführung der jeweiligen Nei­ gungsverstelleinrichtung (Schwenk/Neigekopf) kann dafür ge­ sorgt werden, daß das festgelegte Suchgebiet das Auftreff­ gebiet stets überdeckt (siehe Ziffern 30 . . . 35 gemäß Fig. 4).

Die Festlegung der Lage des Suchgebietes in vertikaler Richtung erfolgt beim Verfahren II adaptiv durch eine Mo­ dellierungseinheit (siehe Ziffer 36 gemäß Fig. 4), ohne dabei die Neigung der jeweiligen Kamera zu ändern. Dies er­ folgt, indem das Suchgebiet im Bild so verändert und damit nachgeführt wird, daß das detektierte Auftreffgebiet im Mittelpunkt des Suchgebiets in vertikaler Richtung liegt.

Zur Hervorhebung des Auftreffgebietes, das im Einzelbild aufgrund der Streuung der Massen nur schwer erkennbar ist, werden jeweils acht aufeinanderfolgende Bilder akkumuliert. Das Auftreffgebiet ist über den Akkumulationszeitraum rela­ tiv fixiert. Es wird durch die Akkumulation erhalten, wäh­ rend die Streuung unterdrückt wird. Das Suchgebiet wird in drei Teile in Übereinstimmung mit den Begrenzungsgeraden 23a, 23b geteilt (siehe Fig. 3). In den Teilen 25a - links von der linken Begrenzungsgeraden 23a - und 25c - rechts von der rechten Begrenzungsgeraden 23b - wird die Rippe 13 detektiert, vor der (auf die) die Schüttung erfolgt. Da­ durch weicht man dem unmittelbaren Turbulenzbereich aus und die Stabilität der Ergebnisse wird erhöht. Im Teil 25b des Suchgebiets (unmittelbarer Turbulenzbereich) wird dann nach dem Auftreffgebiet gesucht. Als wahrscheinlichstes Auf­ treffgebiet des Schüttgut-Massenstromes wird die horizon­ tale zusammenhängende Region bestimmt, die im akkumulierten Grauwertbild einen niedrigen Grauwert aufweist, eine homo­ gene Grauwertverteilung hat, unterhalb einer Rippe liegt und sich in Übereinstimmung mit der Fallgeraden befindet.

In Fig. 3 ist in Ergänzung zu den vorstehenden Ausführun­ gen ein von einer CCD-Kamera erfaßter und von der Bildaus­ wertungseinheit 29 aufbereiteter Bildausschnitt darge­ stellt. Es ist der Bildausschnitt 18 der CCD-Kamera 15 mit Bildunterkante 19 und Bildhöhe 20 zu erkennen. Es sind der Schüttgut-Massenstrom 23 mit den beiden Begrenzungsgeraden 23a, 23b und der Fallgeraden 24 sowie das Suchgebiet 25a, 25b, 25c mit dem Auftreffgebiet 26 schematisch gezeigt. Die Rippenkanten der Hochkippen 13 und 14 sind zu erkennen. Die Fallgerade 24 liegt ungefähr in der Mitte zwischen beiden Begrenzungsgeraden 23a, 23b.

In Fig. 4 ist in Ergänzung zu den vorstehenden Ausführun­ gen eine Anordnung zur automatischen Bestimmung der Schütt­ höhen bzw. der Auftreffgebiete von Schüttgut mittels Bild­ verarbeitung dargestellt, wobei die Alternativen mit Neigungsverstelleinrichtungen für die Kameras und mit Simu­ lationsmodell betrachtet werden. Es ist die Bildauswer­ tungseinheit 29 zu erkennen, die eingangsseitig die Bildsi­ gnale HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD der lichtempfindlichen CCD-Kameras 15, 16, 17 empfängt und hieraus Schütthöhen hg1, hg2, hg3 der Hochkippen 12, 13, 14 bildet. Diese ge­ messenen Schütthöhen hg1, hg2, hg3 werden einem Vergleicher 37 und zusätzlich zur Adaption einer Modellierungseinheit 36 (Simulationsmodell, adaptierbarer Speicher) zugeleitet. Die Modellierungseinheit 36 empfängt als weitere Signale die Fahrwerkgeschwindigkeit FWV und die Schüttgutmenge (Meterlast-Istwert, Streckenlast) ML und gibt ausgangssei­ tig vorhergesagte Schütthöhen h1v, h2v, h3v der Hochkippen 12, 13, 14 an den Vergleicher 37 ab.

Der Vergleicher 37 bildet entsprechend den vorstehenden Ausführungen und entsprechend der momentan vorliegenden Phase (Initialisierungsphase, Verfolgungsphase, Alarmphase) Schütthöhen-Istwerte HK1ist, HK2ist, HK3ist der Hochkippen 12, 13, 14 und leitet diese an eine Regeleinrichtung 38 für das übergeordnete System. Dieser Regeleinrichtung 38 liegen ferner Schütthöhen-Sollwerte HK1soll, HK2soll, HK3soll vor, wodurch mit Hilfe eines Ist/Soll-Vergleichs Ansteuersignale SW1, SW2 zur Positionsveränderung der Sattelwagen 5, 6 pro­ duzierbar sind.

Falls die die Sicherheit des Auswerteverfahrens erhöhenden Maßnahmen nicht notwendig sind, entfallen die Modellie­ rungseinheit 36 und der Vergleicher 37. Die Regeleinrich­ tung 38 erhält dann direkt die gemessenen Schütthöhen h1g, h2g und h3g, die in diesem Fall mit den Schütthöhen-Istwer­ ten HK1ist, HK2ist, HK3ist identisch sind, und der Ist/Sollvergleich und die Generierung der Ansteuersignale SW1, SW2 zur Positionsveränderung der Sattelwagen 5, 6 er­ folgt nach demselben Prinzip.

Für die Festlegung der Lage des Suchgebietes in vertikaler Richtung nach Verfahren I sind die CCD-Kameras 15, 16, 17, wie in Fig. 4 zu erkennen ist, jeweils mit Neigungsver­ stelleinrichtungen 33, 34, 35 ausgerüstet, wodurch die Bildausschnitte 18, 27, 28 der Kameras 15, 16, 17 in einfa­ cher Weise den aktuellen Auftreffgebieten 26 der Massen­ ströme 23 derart nachführbar sind, daß die erwarteten Auf­ treffgebiete der Massen immer ungefähr in Bildmitte liegen. Zur exakten Ausrichtung der Neigungsverstelleinrichtungen 33, 34, 35 sind Neigungsregler 30, 31, 32 vorgesehen, denen Neigungs-Sollwerte N1soll, N2soll, N3soll von der Bildaus­ wertungseinheit 29 vorgegeben werden. Ferner liegen den Neigungsreglern die aktuellen Neigungs-Istwerte N1ist, N2ist, N3ist der Neigungsverstelleinrichtungen 33 bis 35 an. Die Neigungsregler 30 bis 32 bilden in Abhängigkeit des Ist/Soll-Vergleichs Ansteuersignale N1, N2, N3 für die Nei­ gungsverstelleinrichtungen 33 bis 35.

Dabei verändert die Bildauswertungseinheit 29 die Nei­ gungs-Sollwerte N1soll, N2soll, N3soll simultan in Abhän­ gigkeit der jeweils gemessenen Schütthöhen h1g, h2g, h3g, damit sich das Suchgebiet 25a, 25b, 25c stets innerhalb des Bildausschnitts (z. B. Ziffer 18) der CCD-Kameras 15 bis 17 befindet. Darüberhinaus verändert die Bildauswertungsein­ heit 29 die Neigungs-Sollwerte N1soll, N2soll, N3soll, wenn der Vergleicher 37 ein Alarmsignal A an die Bildauswer­ tungseinheit 29 abgibt. Ein derartiges Signal A wird vom Vergleicher 37 insbesondere dann abgegeben, wenn sich die gemessenen Schütthöhen h1g, h2g, h3g und die vorhergesagten Schütthöhen h1v, h2v, h3v signifikant unterscheiden (Alarm­ phase), was im allgemeinen darauf hindeutet, daß sich das Suchgebiet 25 nicht mehr innerhalb des Bildausschnitts der betroffenen Kamera befindet. Durch Korrektur der Neigungs­ winkel der Kameras kann die Alarmphase rasch beendet wer­ den.

Für die Festlegung der Lage des Suchgebietes in vertikaler Richtung nach Verfahren II entfallen die Neigungsverstell­ einrichtungen 33, 34, 35 und die Neigungsregler 30, 31, 32, jedoch gibt die Modellierungseinheit 36 Signale M1, M2, M3 an die Bildauswertungseinheit 29 ab, die das Suchgebiet im Bild derart verändern und damit nachführen, daß das detek­ tierte Auftreffgebiet im Mittelpunkt des Suchgebiets in vertikaler Richtung liegt.

Das vorstehend beschriebene Bildauswertungs-Verfahren setzt einen gewissen Mindest-Kontrast zwischen dem Hintergrund und den fallenden und auftreffenden Schüttgütern (Abraum­ massen) voraus. Dadurch kann bei schwacher Beleuchtung und bei Gegenlicht die Genauigkeit der Auftreffgebietsbestim­ mung und damit die Bestimmung der Schütthöhen geringer sein. Nebel und starker Niederschlag (Regen oder Schnee) wirken sich ebenfalls kontrastvermindernd aus und können somit auch zu einer Verringerung der Genauigkeit führen. Auf der Kippe liegender Schnee beeinflußt die Meßgenauig­ keit eher positiv.

Für die automatische Bestimmung des Auftreffgebietes der Massen bei Dämmerung und Nacht ist eine ausreichende Be­ leuchtung notwendig. Das Fallgebiet ist mit einem Lichtband auszuleuchten, so daß der Massenstrom 23 und das Aufprall­ gebiet 26 ständig (auch bei Schütthöhenänderungen) erhellt werden. Dazu sind die Leuchten mit bündelnden Systemen aus­ zustatten und entsprechend auszurichten.

In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Anordnung für Überwachung und Auswertung dargestellt. Es ist die in einem Wetterschutzgehäuse befindliche CCD-Kamera 15 zu er­ kennen, deren Bildsignale HK1CCD über einen Videoentzerrer­ verstärker 39 einem Überwachungsmonitor 40 und einem Indu­ strie-PC 41 mit Bildverarbeitungs-Hardware zugeführt wer­ den. Die visuelle Anzeige der mittels des Industrie-PC 41 gebildeten Signale erfolgt an einem Kontrollmonitor 42. Ein Bediengerät 43 ist einerseits ein- und ausgangsseitig mit dem Industrie-PC 41 verbunden und steuert andererseits sowohl die CCD-Kameras (beispielsweise 15) als auch deren Neigungsverstelleinrichtungen (Schwenk/Neigekopf, bei­ spielsweise 33) an. Auf diese Weise kann beispielsweise das Objektiv (Zoom, Focus) der CCD-Kameras in gewünschter Weise angepaßt werden. Zur Ein/Ausgabe der interessierenden Si­ gnale ist der Industrie-PC 41 mit Eingabekanälen 44 und Ausgabekanälen 45 versehen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bestimmung des Auftreffgebietes ei­ nes Schüttgut-Massenstromes mittels Bildauswertung, wobei mindestens eine zur Bildauswertung eingesetzte Kamera auf das Auftreffgebiet gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Bildsignale (HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD) der Ka­ meras (15 bis 17) digitalisiert werden,
• - daß zwei aufeinanderfolgende Bilder subtrahiert wer­ den,
• - daß mehrere Differenzbilder akkumuliert werden,
• - daß zwei sich hinsichtlich ihrer Grauwerte im Bild hervorhebende vertikale Geraden als Begrenzungsgera­ den (23a, 23b) des Schüttgut-Massenstroms (23) heran­ gezogen und zur Bestimmung der Fallgeraden (24) ver­ wendet werden,
• - daß die in Übereinstimmung mit der Fallgeraden (24) befindliche horizontale Region mit niedrigem Grauwert und homogener Grauwertverteilung als Auftreffgebiet (26) des Schüttgut-Massenstroms (23) gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schütthöhe (h1g, h2g, h3g) des Schüttgutes aus dem Auftreffgebiet (26) des Schüttgutes abgeleitet wird, indem die bekannte Höhe des Bildausschnittes (18, 27, 28) über ei­ ner Bezugsebene und die Bildgeometrie herangezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Hervorhebung des Auftreffgebietes (26) mehrere aufeinanderfolgende Bilder akkumuliert werden.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im akkumulierten Diffe­ renzbild vertikale Bildelemente verstärkt und zu bild­ punktbreiten Linien gebündelt werden.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Suchgebiet (25a, 25b, 25c) innerhalb des Bildausschnitts (18, 27, 28) der Kamera der Schnittpunkt der Fallgeraden (24) mit der be­ reits geschütteten Rippe des Schüttgutes herangezogen wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des er­ mittelten Auftreffgebietes (26) und der daraus abgeleiteten Schütthöhe (h1g, h2g, h3g) des Schüttgutes eine Modellie­ rungseinheit (36) herangezogen wird, die eine Schütthöhe (h1v, h2v, h3v) aus den vorangegangenen Schüttungen, der Schüttgut-Massenstrom-Geschwindigkeit (FWV) und der Schütt­ gut-Massenstrom-Menge (ML) vorhersagt, wobei die ermittel­ ten Auftreffgebiete (26) laufend zur Adaption der Modellie­ rungseinheit (36) dienen und die ermittelten mit den vor­ hergesagten Schütthöhen verglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Initialisierungsphase die ermittelten Schütthöhen (h1g, h2g, h3g) und während einer Verfolgungs­ phase - in der die ermittelten und die vorhergesagten Schütthöhen in einem vorgebbaren Maß übereinstimmen - die vorhergesagten Schütthöhen (h1v, h2v, h3v) verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Alarmphase - in der die ermittelten und die vorhergesagten Schütthöhen signifikant differieren - die vorhergesagten Schütthöhen (h1v, h2v, h3v) verwendet und gleichzeitig das Suchgebiet (25a, 25b, 25c) verändert werden.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Kamera (15 bis 17) in Abhängigkeit des Auftreffgebietes (26) des Schüttgut-Massenstroms bzw. der Schütthöhe des Schüttgutes verändert wird.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Suchgebiet (25a, 25b, 25c) im Bild adaptiv durch eine Modellierungsein­ heit (36) derart in vertikaler Richtung positioniert wird, daß das detektierte Auftreffgebiet im Mittelpunkt des Such­ gebiets liegt.

11. Anordnung zur Bestimmung des Auftreffgebietes ei­ nes Schüttgut-Massenstromes mittels Bildauswertung, wobei mindestens eine zur Bildauswertung eingesetzte Kamera auf das Auftreffgebiet gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildauswertungseinheit (29) vorgesehen ist, die die Bildsignale (HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD) der Kamera (15 bis 17) empfängt und hieraus Schütthöhen (h1g, h2g, h3g) des Schüttgutes ableitet und die die Neigungsverstellung der Kamera in Abhängigkeit der abgeleiteten Schütthöhe veran­ laßt.

12. Anordnung zur Bestimmung des Auftreffgebietes ei­ nes Schüttgut-Massenstromes mittels Bildauswertung, wobei mindestens eine zur Bildauswertung eingesetzte Kamera auf das Auftreffgebiet gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bildauswertungseinheit (29) vorgesehen ist, die die Bildsignale (HK1CCD, HK2CCD, HK3CCD) der Kamera (15 bis 17) empfängt und hieraus Schütthöhen (h1g, h2g, h3g) des Schüttgutes ableitet, daß eine Modellierungseinheit (36) vorgesehen ist, die aus den vorangegangenen Schüttungen, der Schüttgut-Massenstrom-Geschwindigkeit (FWV) und der Schüttgut-Massenstrom-Menge (ML) Schütthöhen (h1v, h2v, h3v) voraussagt und daß ein Vergleicher (37) Schütthöhen-Ist­ werte (HK1ist, HK2ist, HK3ist) in Abhängigkeit der von der Bildauswertungseinheit (29) und der Modellierungseinheit (36) vorgegebenen Schütthöhen ermittelt.