DE4410596A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Dichteverteilung eines inhomogenen Materials - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dich­ teverteilung eines inhomogenen Materials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Bestimmung der lokalen Masse eines Materialstranges ist bei homogenen Materialien und Kenntnis der Dichte einfach durch die Bestimmung der Querschnittsfläche möglich. Die Kenntnis der Materialdichte über eine Querschnittsfläche er­ möglicht zahlreiche Anwendungen. Die wichtigste dürfte die Erzeugung von gewichtsgenauen Portionen durch Steuerung der Schnittbreite einer nachgeschalteten Schneidvorrichtung sein. Bei im wesentlichen homogenen Materialien mit einem vorbekann­ ten konstanten Querschnitt ist es durch die Steuerung der Schnittbreite möglich, gewichtsgenaue Portionen des Materials abzulängen, so daß eine anschließende Wägung mit einer her­ kömmlichen Waage entfallen kann. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise das Abschneiden von Wurstscheiben oder Käse­ scheiben so steuern, daß im wesentlichen ein vorbestimmtes Gewicht erreicht wird, wenn die Wurst bzw. der Käse im wesent­ lichen homogen ausgebildet ist.

Bei Käse, der mehr oder weniger große Lufteinschlüsse enthält, läßt sich die Dichte nicht mehr über den Querschnitt vorherbe­ stimmen. Ähnliches gilt für Wurst, die Einschlüsse von anders­ artigen Materialien oder Fettränder enthält. Bei der Betrach­ tung von Schüttgut werden Inhomogenitäten durch Hohlräume zwi­ schen den einzelnen Schüttgut-Körpern gebildet.

Um in solchen Fällen eine gewichtsorientierte Portionierung mit einer brauchbaren Genauigkeit zu realisieren, offenbart die DE-A-40 25 575 ein Verfahren, bei dem zur Bestimmung der lokalen mittleren Dichte die ungleichmäßig verteilten Inhomo­ genitäten über einen Querschnitt des Stranges dadurch erfaßt werden, daß für definiert beabstandete Förderschritte die Ka­ pazität des Materialstranges in wenigstens zwei quer zur För­ derrichtung stehenden Richtungen für einen definierten Ab­ schnitt des Materialstranges gemessen wird und aus der Ände­ rung des Kapazitätswertes bei jedem Förderschritt die Kapazi­ tät für den in den Abschnitt eintretenden bzw. aus dem Ab­ schnitt austretenden Querschnitt ermittelt wird.

Die Durchführung dieses Verfahrens ist relativ aufwendig.

Es ist ferner bekannt, zur Bestimmung der lokalen Dichte eines Körpers Röntgenstrahlen einzusetzen. Hierbei wird in den Kör­ per schichtweise aus allen Raumrichtungen eingestrahlt und der nicht gestreute Anteil hinter dem Versuchskörper an genau ge­ genüberliegender Stelle gemessen. Neben den hohen Sicherheits­ anforderungen, die an ein solches System hinsichtlich des Per­ sonals und eventueller Rückwirkungen auf den Materialstrang gestellt werden und die Meßvorrichtung zusätzlich verteuern, ist nachteilig, daß zur Auswertung eine Auflösung über das ge­ samte durchleuchtete Volumen benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Dichte des Materials stetig bestimmt werden kann, insbesondere mit dem die Bestimmung der förder­ wegabhängigen Liniendichte eines vorgeförderten Materialstran­ ges möglich ist.

Ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzu­ geben.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt in verfahrensmäßiger Hinsicht mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorrichtungsmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 18.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran­ sprüchen entnehmbar.

Das von einer Lichtquelle (optischer Sender) emittierte Licht wird in den Materialstrang eingestrahlt. Die in das Material eindringende Strahlung wird dort von dem Medium selbst und den in ihm enthaltenen Inhomogenitäten in seiner Eigenschaft ver­ ändert. Beispielsweise finden dort wellenlängenabhängige Ab­ sorptionen, Polarisationsänderungen, Reflexionen, Brechungen und Streuungen statt, die je nach Beschaffenheit, Anteil und Verteilung vorhandener Inhomogenitäten verschieden ausgeprägt sein können. Die aus dem Material wieder austretende Licht­ strahlung wird von einem optischen Empfänger erfaßt. Zur Mes­ sung des transmittierten Lichts ist dieser Empfänger vorzugs­ weise direkt gegenüber dem Sender angebracht. Wenn beispiels­ weise ein Streulichtanteil oder Reflexionslichtanteil bestimmt werden soll, kann der Empfänger jedoch auch an anderer Stelle angebracht sein.

Die den Materialstrang an der Lichtquelle vorbei führende För­ derbewegung kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens konnte aufge­ funden werden, daß das Durchstrahlungsverhalten eines Körpers mit dessen Dichte korreliert ist.

Mit der Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 2 werden die Fehler, die gegenüber einem idealen durchstrahlten Körper aus der Größe, dem Umfang und der Verteilung der in dem zu prüfenden Material enthaltenen Inhomogenitäten resultieren, vermindert. Starke Streuungen können dabei erkannt und über ein geeignetes Auswerteverfahren berücksichtigt werden. Durch die Korrelation vieler Helligkeitswerte und/oder -verteilungen zu unterschiedlichen Lichtquellen und Empfängern wird außerdem berücksichtigt, daß beispielsweise Löcher in der Oberfläche sich optisch anders verhalten als Löcher im Volumen. Dasselbe gilt für die unterschiedlich Größe und Verteilung von Inhomo­ genitäten.

Durch die Integration der Liniendichte des Materialstranges zu einer vorgegebenen Stelle des Förderweges kann diejenige För­ derlänge bestimmt werden, die zum Vorfördern eines Material­ abschnitts mit vorgegebener Masse erforderlich ist. Wenn diese bestimmte Förderlänge einem mit der Steuerschaltung in Wirk­ verbindung stehenden Stell- und Regelkreis zugeführt wird, können - eine entsprechende Schneidvorrichtung vorausgesetzt - Materialstücke, z. B. Käse, mit einem vorgegebenen Nenngewicht portioniert werden.

Die bestimmte Förderlänge wird vorzugsweise durch Ausführen einer definierten Längenmessung während des Vorförderns des Materialstranges eingehalten. Diese Längenmessung muß sich auf einen festen Punkt des noch unzerteilten Materialstranges be­ ziehen. Da in der Regel die Dichtemessung und die anschließen­ de Portionierung in zwei getrennten Einheiten erfolgt, muß ein geeigneter Körperpunkt des Materialstranges gewählt werden, der von beiden Einheiten aufgefunden werden kann. Hierzu bie­ tet sich der Anfang des Materialstranges an, der beispielswei­ se durch eine Lichtschranke erfaßt wird. Bei bekannter Trans­ portgeschwindigkeit kann so in beiden Einheiten exakt eine beliebige Stelle mit vorgegebener Entfernung zum Anfang des Materialstranges aufgefunden werden.

Änderungen in der Liniendichte, die nicht durch eine Änderung des lokalen Querschnitts bzw. Anteils an Inhomogenitäten im lokalen Querschnitt, sondern durch Änderungen in der spezifi­ schen Dichte der Materialkomponenten - z. B. der Grundmasse Käse bei den Materialkomponenten Käse/Luftlöcher - hervorgeru­ fen werden, können durch zusätzliche Meßvorrichtungen, z. B. eine Kontrollwaage, erfaßt und in den Steuer- und Regelkreis zur Ablängung von Materialstücken vorgegebenen Nenngewichts mit einbezogen werden.

Die Auswerteeinheit wird vorzugsweise über ein Rechenprogramm gesteuert, das beispielsweise aufgrund der Erkenntnisse, die aus einem numerischen Simulationsmodell, das den idealen Kör­ per als Grundlage hat, erstellt werden könnte.

Mit der Erfindung ist es möglich, die gewünschte Information über die Liniendichte eines betrachteten Materialstrangquer­ schnitts aus der Messung der optischen Lichtdurchlässigkeit des zugeordneten Materialabschnitts zu erhalten. Der über die­ sen Abschnitt gemessene Mittelwert der optischen Transmission ist mit der mittleren Liniendichte korreliert. Der Materialab­ schnitt beinhaltet also ein Wechselwirkungsvolumen, das im Idealfall durch die Bestrahlungsfläche, an der die optische Strahlung in das Material eintritt, und dem Meßfeld, an dem die den Empfänger erreichende Strahlung aus dem Material wie­ der austritt, aufgespannt wird. Infolge von Streuung und Re­ flexion ist das die empfangende Strahlung beeinflussende Meß­ volumen jedoch größer. Hierzu können weitere optische Empfän­ ger vorgesehen werden, die den störenden Strahlungsanteil er­ kennbar machen.

Zur Erhöhung der lokalen Auflösung und zur Verifizierung der Meßwerte ist es sinnvoll, die Meßgutoberfläche von dem Empfän­ ger bildmäßig zu erfassen. Dies bietet zudem den weiteren Vor­ teil, daß gleichzeitig auch die Abmaße des Materialstranges erfaßt werden können, wenn beispielsweise die Dicke über die Länge nicht konstant ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung des Informationsgehaltes der aufgenommenen Meßwerte besteht in der Variation der Posi­ tion der Bestrahlungsflächen. Beispielsweise durch ein abta­ stendes Beleuchten des Meßgutes mit einem Punktstrahler. Die Lichteinstrahlung an mehreren Stellen ergibt verschiedene durchstrahlte Materialvolumen, so daß mit bildmäßigen Aufnah­ men Rückschlüsse auf die Verteilung der Inhomogenitäten er­ zielt werden können. Hierdurch wird eine bessere Korrelation der Transmissionsmeßwerte zur Liniendichte erzielt.

Zur Bestimmung der Liniendichte eines Materialquerschnitts für flache Strangprofile ist wenigstens eine Transmissionsmessung vorzusehen. Dies gilt beispielsweise für scheibenförmige Käse­ stränge. Für hohe Strangprofile, beispielsweise quaderförmige, sind jedoch sinnvollerweise vier Transmissionsmessungen zweck­ mäßigerweise in jeweils um 90° zueinander gedrehten Richtungen auszuführen, so daß je zwei Sende- und Empfangsrichtungen ge­ geneinander vertauscht sind. Durch Messungen desselben Materi­ alquerschnitts in verschiedenen Richtungen lassen sich die durch die ungleichmäßige Verteilung der Inhomogenitäten und durch die Absorption und Streuung im Material entstehenden Meßfehler dann besser berücksichtigen.

Über ein numerisches Simulationsmodell, bei dem gezielte Ver­ suche beispielsweise mit getrübten und ungetrübten Material­ proben durchgeführt werden, können Rückschlüsse auf das Durch­ strahlungsverhalten des Körpers gezogen werden, aus denen an­ schließend ein die Reproduzierbarkeit des Meßergebnisses erhö­ hendes Auswerteverfahren abgeleitet werden kann.

Anhand schematischer Darstellungen soll ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die Prinzipskizze des optischen Meßverfah­ rens,

Fig. 2 die Korrelation von Transmission und Liniendichte,

Fig. 3 die schematische 3D-Darstellung der opti­ schen Meßanordnung,

Fig. 4 die optische Meßanordnung mit einem abbil­ denden Lichtempfänger,

Fig. 5 die optische Meßanordnung mit mehreren Sen­ soren zum Erfassen von Reflexion- und Streulichtanteilen,

Fig. 6a, b die Skizzierung der vom Lichtempfänger er­ faßten Materialstrangoberfläche,

Fig. 7a, b, c die Varianten der Meßflächengeometrie bei Verwendung von nichtauflösenden Sensoren,

Fig. 8a, b, c, d die Varianten der Meßflächengeometrie bei Verwendung von auflösenden Sensoren,

Fig. 9 die sequentielle Bilderfassung durch punkt­ weises Abtasten,

Fig. 10 die schematische Darstellung der Durch­ licht- und Streulichtmessung mit auflösen­ den Liniensensoren,

Fig. 11 die schematische Betrachtung zum Einfluß der ungleichmäßigen Verteilung von Inhomo­ genitäten auf die Meßwerte,

Fig. 12a, b, c die perspektivische Darstellung des Durch­ laufs eines Materialstranges durch vier optische Meßanordnungen.

Fig. 13 die schematische Darstellung von in Trans­ portrichtung hintereinander angeordneten Linienelementen.

Die Prinzipskizze des optischen Meßverfahrens gemäß Fig. 1 zeigt den in Förderrichtung 7 transportierten Materialstrang 3. Die Inhomogenitäten des Materialstranges 3 sind durch Lö­ cher 2 gebildet. Es handelt sich beispielsweise um einen Käse­ strang, von dem über die Schneidevorrichtung 8 einzelne Por­ tionen P1, P2 von gleichem Gewicht abgetrennt werden sollen. Das Gewicht eines Körpers ist abhängig von seiner Dichte und seinem Volumen. Zur Bestimmung der lokalen Dichte wird der Materialstrang 3 von einer Lichtquelle 1 durchleuchtet und das aus dem Materialstrang 3 wieder aus tretende Licht von einem Lichtempfänger S1 erfaßt. Lichtquelle 1 und Lichtempfänger S1 sind aufeinander gegenüberliegenden Seiten des Materialstran­ ges frei angeordnet. Der Materialstrang 3 an sich absorbiert die Lichtstrahlung, die Löcher hingegen nicht. Ein Teil der Strahlung durchdringt folglich den Materialstrang 3 und er­ reicht den optischen Empfänger S1. Dieser optische Empfänger S1 registriert die Lichtdurchlässigkeit des durchleuchteten Materialstranges 3 in Abhängigkeit von der Förderposition. Je größer in dem dargestellten Beispiel der Lochanteil ausfällt, desto höher ist die Transmission, da entsprechend weniger Licht durch den Materialstrang 3 absorbiert wird. Die für eine bestimmte Förderposition gemessene Lichtdurchlässigkeit ist mit der mittleren Materialdichte des jeweils durchleuchteten Materialquerschnitts korreliert. Diese Korrelation wird durch Fig. 2 deutlich. An Stellen niedriger Liniendichte (Löcher 2) wird ein hoher Anteil der Strahlung transmittiert, während an Stellen hoher Liniendichte (Materialmedium) die Lichtdurchläs­ sigkeit entsprechend niedrig ist. Die über die Steuerschaltung 4 dem Rechner 5 zugeführten Daten über die Quantität des aus­ gesandten Lichtes und des empfangenden Lichtes lassen es zu, im Rechner 5 ein Diagramm abzubilden, bei dem die Liniendichte über dem Förderweg aufgetragen ist. Wie aus Fig. 2 ersicht­ lich ist, ist die Liniendichte umgekehrt proportional zu einem Durchlaßwert, kurz Transmission, der sich aus dem Logarithmus des Verhältnisses von durchgegangener Strahlung zu einge­ strahlter Strahlung ergibt. Das Integral der Liniendichte über dem Förderweg, das ist die in Fig. 2 schraffierte Fläche, ist die Masse der zugehörigen Portion P1, P2.

Aus dem oberen Bild der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Por­ tion P2 größer abgeschnitten wurde als die Portion P1, weil der in ihr enthaltene Hohlraumanteil größer ist, was ein grö­ ßeres Stück bei gleichem Gewicht erfordert. Der aus den Meß­ daten ermittelte relative Liniendichteverlauf längs des Mate­ rialstranges 3 läßt sich ohne Probleme in absolute Dichtewerte umrechnen, wenn Informationen über Masse und Länge des ganzen Materialstranges 3 bzw. eines abgelängten Stückes vorliegen.

Fig. 3 zeigt die Meßanordnung nochmals in perspektivischer Darstellung, wobei die Beleuchtungsfläche hier gestrichelt und die vom Lichtempfänger S1 erfaßte Oberfläche schraffiert dar­ gestellt ist. Es ist erkennbar, daß die Lichtquelle 1 bzw. der Empfänger S1 nur einen Ausschnitt des vollständigen Material­ querschnitts beleuchten bzw. detektieren.

Um die Transmissionseigenschaften eines größeren Material­ strangstückes oder gar des gesamten zu vermessenden Material­ stranges 3 in einer einzigen Momentaufnahme zu messen, zeigt

Fig. 4, daß ein abbildender Lichtempfänger, z. B. eine CCD- Kamera 6, gegenüber der Lichtquelle 1 angeordnet werden kann. Zur Bestimmung des Liniendichteverlaufes ist in diesem Fall keine Förderbewegung mehr notwendig. Vielmehr läßt sich die Liniendichte der verschiedenen Materialstrangquerschnitte (das sind die in der Figur dargestellten senkrechten Linien) aus den zugeordneten streifenförmigen Bildausschnitten bestimmen. Vereinfacht beispielsweise durch Summation aller Durchlaßwerte innerhalb des zugeordneten Bildausschnittes.

Bei der bisherigen Betrachtungsweise wurde davon ausgegangen, daß der Materialstrang 3 in idealer Weise durchstrahlt werden kann. In der Realität tritt aber nicht alles nicht vollständig absorbierte Licht geradlinig auf der anderen Seite des Materi­ alstranges 3 wieder aus. Vielmehr unterliegt das Licht im Ma­ terialstrang 3 vielen Wechselwirkungen. Es wird beispielsweise gestreut, an den Inhomogenitäten reflektiert oder gebrochen und tritt deshalb seitlich aus.

Da folglich das eingestrahlte Licht nicht an exakt definierten Stellen des Materialstranges 3 wieder austritt, stellt sich bezogen auf den lokalen Querschnitt Q eine Helligkeitsvertei­ lung an der Oberfläche ein. Das Erfassen und die Auswertung dieser Helligkeitsverteilung HV, beispielsweise durch Messen der Helligkeiten im Intensitätsmaximum sowie in den Seitenbe­ reichen liefert dann zusätzliche Informationen über die opti­ schen Eigenschaften des Materialstranges.

Wenn mehrere Meßstellen, d. h. Sender-Empfänger-Anordnungen, über den Umfang verteilt angeordnet werden, werden unter­ schiedliche Verteilungswerte an die Auswerteeinheit im Rechner weitergegeben, so daß die Genauigkeit des Meßverfahrens weiter gesteigert werden kann.

Fig. 5 zeigt hierzu eine optische Meßanordnung, mit der die Genauigkeit des Meßverfahrens gesteigert werden kann. Durch Verwendung mehrerer unterschiedlich angeordneter optischer Empfänger S1, S2, S3, S4 lassen sich zusätzliche Informationen über die im durchleuchteten Material vorhandenen Reflexionen und Streuungen gewinnen. Der Empfänger S1 erfaßt näherungswei­ se das auf kürzestem Weg das Material durchdringende Licht. Der Empfänger S2 ermittelt den durch Wechselwirkung im Materi­ al (z. B. Streuung, Brechung und Reflexion) den Materialstrang 3 seitlich durchdringenden Anteil des Lichtes. Über Sensor S3 wird der durch innere Wechselwirkungen auf der Beleuchtungs­ seite wieder seitlich aus dem Material ausdringende Lichtan­ teil gemessen und der optische Empfänger S4 vermittelt den von der Materialoberfläche reflektierten Anteil. In der hier dar­ gestellten Seitenansicht sind die Lichtquellen 1 und die opti­ schen Sensoren S1, S2, S3, S4 in derselben Ebene angeordnet. Selbstverständlich sind auch winklige Anordnungen von Licht­ quelle 1 und Lichtempfängern S1 bis S4 denkbar.

Der von einer Lichtquelle 1, also einem optischen Sender, be­ strahlte Materialstrangabschnitt kann in idealisierter Form als Punkt-, Linien- oder Flächengeometrie ausgebildet sein, wobei zur Bestimmung dieser Geometrie das Größenverhältnis relativ zu den äußeren Abmaßen des Materialstrangquerschnittes maßgebend ist. Im folgenden sollen entsprechende Lichtquellen 1 durch die Begriffe Punkt-, Linien- oder Flächenstrahler ge­ kennzeichnet werden. Analog zu dieser gewählten Terminologie für die Sendergeometrie sollen die optischen Empfänger ent­ sprechend der Geometrie des durch sie detektierenden Material­ strangabschnitts in Punkt-, Linien- bzw. Flächensensoren ein­ geteilt werden.

Wenn als optischer Empfänger ein Punktsensor verwendet wird, wird auf der Oberfläche des Materialstranges 3 ein Ausschnitt definierter Länge l und Breite b erfaßt. Da ein Punktsensor mit seinem kleinen Meßfeld nur einen kleinen Meßquerschnitt erfaßt, der kleiner als ein zu untersuchender Materialquer­ schnitt sein wird, müssen hier zur Erfassung des vollständigen Materialquerschnitts entweder mehrere sinnvoll angeordnete Punktsensoren angebracht sein, oder ein Punktsensor muß den Querschnitt zeitlich nacheinander punktweise abtasten. Nach­ einander erfolgendes punktweises Abtasten (sogenanntes Scan­ nen) der durchleuchteten Materialoberfläche ermöglicht eine bildmäßige Erfassung der Helligkeitsverteilung. Zum Detektie­ ren einer zweidimensionalen Helligkeitsverteilung muß unter Verwendung eines Punktsensors dessen Meßfläche sowohl quer zur Förderrichtung 7 als auch in Förderrichtung 7 bewegt werden.

Bei Verwendung eines auflösenden Liniensensors, bei dem über die vollständige Materialbreite B die Materialoberfläche abge­ tastet werden kann, muß nur die Bewegung in Förderrichtung 7 durchgeführt werden, um ein lückenloses und überdeckungsfrei aufgenommenes Transmissions- bzw. Liniendichtediagramm (Fig. 2) zu erhalten. Die Bewegung in Förderrichtung 7 wird im Nor­ malfall ja bereits durch die Förderbewegung an sich reali­ siert.

Die Fig. 7 und 8 zeigen einige Varianten der Meßflächengeo­ metrie bei Verwendung von nicht auflösenden bzw. auflösenden Sensoren. Durch die Aneinanderreihung von Punkt-, Linien- oder Flächensensoren zu einem ein- oder zweidimensionalen auflösen­ den Array läßt sich eine bildmäßige Erfassung der durchleuch­ teten Materialoberfläche mit einer Momentaufnahme (also nur ein Meßzeitpunkt) durchführen.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Transmissionsmessung auch am Anfang des Materialstranges 3 von Bedeutung. Tritt infolge der Förderbewegung der Materialstrang 3 in die optische Meßanordnung für die Transmissionsbestimmung ein, findet normalerweise eine extrem große Änderung der den Empfänger erreichenden Strahlungsenergie bzw. Bestrahlungs­ stärke ein. Diese Änderung kann zu einer Überforderung der Meßanordnung führen. Auch dann, wenn der Materialstrang 3 be­ reits so weit in die Meßstrecke der optischen Meßanordnung eingetreten ist, daß nur noch die den Materialstrang 3 durch­ dringende Strahlung den Empfänger S1 erreichen kann, wird der störende Einfluß des Materialstranganfangs wegen der im Mate­ rial auftretenden Wechselwirkungen (Streuungen, Brechungen und Reflexionen) erst nach einer bestimmten Förderstrecke abge­ klungen sein. Es ist daher vorteilhaft, am Anfang und ggfs. am Ende des Materialstranges 3 diesen durch ein Füllmaterialstück mit vorbekannter, ähnlicher und möglichst homogener Absorption lückenlos zu ergänzen, um die Relativmessung gegenüber diesem Materialstück vorzunehmen. Hierdurch läßt sich das Auftreten eines zu großen Sprunges in der den optischen Empfänger S1 bis S4 erreichenden Strahlung vermeiden und der Randstörungsein­ fluß vermindern.

Für hohe Strangprofile ist es sinnvoll, vier Transmissionsmes­ sungen in zweckmäßiger Weise jeweils um 90° zueinander gedreh­ ten Richtungen vorzunehmen. Wie Fig. 12 entnehmbar ist, sind dabei je zwei Lichtquellen 1, 1′; 1a, 1a′ und zwei optische Empfänger S1, S3; S2, S4 gegeneinander vertauscht. Durch Mes­ sung desselben Materialquerschnitts in verschiedenen Richtun­ gen lassen sich die durch die ungleichmäßige Verteilung der Inhomogenitäten und durch die Absorption und Streuung im Mate­ rial entstehenden Störeinflüsse dann besser berücksichtigen. Zur Vermeidung gegenseitiger Störungen ist es sinnvoll, die vier Meßanordnungen jeweils zeitlich abwechselnd zu betreiben und/oder sie räumlich voneinander zu trennen. Bei dem sequen­ tiellen Betrieb können alle vier Meßanordnungen denselben Ma­ terialquerschnitt in derselben Meßposition messen, d. h. di­ rekt nach Beenden der vierten Messung kann die Bestimmung der dieser Meßposition entsprechenden Liniendichte erfolgen. Bei der räumlichen Trennung messen die vier Meßanordnungen densel­ ben Materialquerschnitt zu unterschiedlichen Zeiten, da der Materialstrang 3 (der Querschnitt) zunächst in alle vier Meß­ positionen gefördert werden muß. Daher ist bei dieser Ausfüh­ rungsform die Bestimmung der diesem Querschnitt zugeordneten Liniendichte erst zu einem späteren Zeitpunkt, nämlich nach dem Durchlaufen der letzten Meßanordnung, möglich.

Die Lichtquellen und -empfänger können in verschiedenster Wei­ se realisiert werden. Bei einer Anordnung aus mehreren Einzel­ elementen können diese parallel oder sequenziell einzeln oder in Gruppen angesteuert und ausgewertet werden. Dadurch ist eine spezielle Anpassung an das Auswerteverfahren möglich. Der allgemeinste Fall ist, wenn ein 2-dimensionales Array aus Punktelementen benutzt wird. Nun ergibt sich die Möglichkeit den Materialstrang schrittweise vorzufördern und in jedem Schritt die Lichtquellen sequentiell bei fester Materialposi­ tion anzusteuern. Die Punktlichtquellen könnten z. B. als durchlaufende Linien, Ringe oder als Einzellichtquellen ange­ steuert werden. Aus der speziellen geometrischen Abfolge der gewählten Beleuchtungsart und dem Ergebnis der Helligkeitsmes­ sungen können weitere Informationen über Anordnung und Umfang Inhomogenitäten gezogen werden. In Fig. 13 ist ein Beispiel von in Transportrichtung hintereinander angeordneten Linien­ elementen dargestellt, die in einem Förderschritt sequentiell in der Reihenfolge L_-2-L_-1-L₀-L₁-L₂ angesteuert werden und die Helligkeiten im Empfängerfeld S_-2-S_-1-S₀-S₁-S₂ gleichzeitig zu jeder Linienlichtquelle erfaßt und ausgewertet werden.

Claims (26)

1. Verfahren zur Bestimmung der Dichteverteilung eines in­ homogenen Materials über dessen Länge, insbesondere eines vorgeförderten Materialstranges, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Materialstrang (3) von einer Licht­ quelle (1) durchstrahlt und das ohne und/oder mit Wech­ selwirkung aus dem Materialstrang (3) aus tretende Licht registriert wird, wobei die austretende Lichtmenge als Maß für die lokale mittlere Dichte des Materials dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein lokaler Querschnitt (Q) des Materialstranges (3) an unterschiedlichen Stellen durchstrahlt und an unter­ schiedlichen Stellen die sich aus direkt transmittier­ tem Licht, Streulicht und Reflexionslicht zusammenset­ zenden Helligkeitswerte oder Helligkeitsverteilungen (HV) gemessen werden, über eine Steuerschaltung (4, 4a, 4b, 4c) an eine in einem Rechner (5) vorgesehene Aus­ werteeinheit gelangen, und diese Helligkeitswerte oder Helligkeitsverteilungen (HV) zur Bestimmung einer Li­ niendichte des Materialstranges (3) herangezogen wer­ den.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Integration der Liniendichte des Materialstranges (3) zu einer vorgegebenen Stelle des Förderweges die­ jenige Förderlänge bestimmt wird, die zum Vorfördern eines Materialabschnitts mit vorgegebener Masse erfor­ derlich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Förderlänge einem mit der Steuerschaltung (4, 4a, 4b) in Wirkverbindung stehendem Stell- und Regel­ kreis zugeführt wird, um dadurch Materialstücke mit einem vorgegebenen Nenngewicht portionieren zu können.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Förderlänge durch Ausführen einer defi­ nierten Längenmessung während des Vorförderns des Mate­ rialstranges (3) eingehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Materialstrang (3) austretende Licht von einem Lichtempfänger (S1) registriert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Stellen durch die Anordnung und die Art der einzelnen oder mehreren Lichtquellen (1) sowie deren Betriebsart und -reihenfolge festgelegt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeitswerte oder -verteilungen (HV) über grö­ ßere Bereiche gemessen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das von der Materialoberfläche reflektierte Licht ermittelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das durch innere Wechselwirkung, beispielsweise Streu­ ung, Brechung und Reflexion seitlich aus dem Material austretende Licht ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das das Material durch innere Wechsel­ wirkung, beispielsweise Streuung, Brechung und Refle­ xion seitlich durchdringende Licht erfaßt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstrahlung quer zur Förder­ richtung (7) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchstrahlung senkrecht zur Förderrichtung (7) er­ folgt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmission auf der der Lichtquelle (1) gegenüber­ liegenden Seite des Materialstranges (3) registriert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht den Materialstrang (3) zeilenförmig beleuch­ tet und der Lichtempfang flächenförmig erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger in Querrichtung auflöst und hierbei die Abmaße des Materialstranges (3) erfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen der Liniendichte, die in Folge von Änderun­ gen in der spezifischen Dichte des Materialstranges (3), insbesondere seiner Materialkomponenten, hervor­ gerufen werden, durch zusätzliche Meßvorrichtungen erfaßt und in den Steuer- und Regelkreis zur Ablängung von Materialstücken vorgegebenen Nenngewichtes mit ein­ bezogen werden.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine aus einer Lichtquelle (1) und einem optischen Empfänger (S1) bestehende Meßein­ richtung vorgesehen ist, wobei die Lichtquelle (1) und der Empfänger (S1) auf unterschiedlichen Seiten des Materialstranges (3) geordnet sind und die Meßeinrich­ tung über wenigstens eine Steuerschaltung (4) mit einer in einem Rechner (5) angeordneten Auswerteeinheit in Verbindung steht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit eine Einrichtung zur Erfassung von Helligkeitswerten und -verteilungen (HV) und eine Einrichtung zur Korrelation der Helligkeitswerte und -ver­ teilungen (HV) mit der lokalen Dichte und Darstel­ lung einer Liniendichte über einen Förderweg sowie we­ nigstens ein Integrator zur Bestimmung des Integrals der Liniendichte über den Förderweg ist, wobei durch den wenigstens einen Integrator derjenige Förderweg bestimmbar ist, der zum Vorfördern einer vorgegebenen Masse des Materialstranges (3) erforderlich ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Meßeinrichtungen nebeneinander, bezogen auf den Umfang des Materialstranges (3) zuein­ ander versetzt angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für eine Lichtquelle (1) mehrere optische Empfänger (S1, S2, S3, S4) zur Erfassung des Streu­ lichts und/oder Reflexionslichts und mehrere den Emp­ fängern (S1, S2, S3, S4) zugeordnete Steuerschaltungen (4, 4a, 4b, 4c) vorgesehen sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) und der Empfän­ ger (S1) auf sich gegenüberliegenden Seiten des Materi­ alstranges (3) angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Empfänger die Oberfläche des Materi­ alstranges (3) bildmäßig erfaßt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine zeilenauflösende Kamera (6) ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine 2-dimensional auflösende Kamera ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels eines eindimensionalen Empfängers eine abtastende Oberflächenerfassung erfolgt.