DE60032136T2 - Materialinspektion - Google Patents

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Bengt Borre ULRICHSEN
Henrik Jon TSCHUDI
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Description

  • Die Erfindung betrifft die automatische Inspektion von Material, beispielsweise die automatische Inspektion und Sortierung von separaten Objekten unterschiedlicher Zusammensetzungen, beispielsweise Abfallobjekte.
  • Bei dem gegenwärtigen Fokus auf dem Sammeln und Wiederverwerten von Abfall, ist die Kosteneffizienz der Abfallsortierung zu einem wesentlichen wirtschaftlichen Parameter geworden.
  • In dem "Dualen System" in Deutschland wird sämtlicher wiederverwertbarer "nicht biologischer" Verpackungsmüll, ausschließlich Glasbehälter und Zeitungen, gesammelt und in mehr als 300 Sortieranlagen sortiert.
  • Objekte können auf der Grundlage von
    Größe
    Dichte/des Gewicht
    Metallgehalt (unter Verwendung des Wirbelstromeffekts)
    Gehalt an Eisenmetall (unter Verwendung magnetischer Trennung)
    sortiert werden, jedoch werden die meisten Objekte, wie Kunststoffflaschen und Getränkekartons, heute noch heute in erheblichem Maß manuell sortiert. Einige Getränkekartons enthalten eine Aluminiumsperrschicht und können durch Wirbelstrominduktion aus dem Abfallstrom ausgestoßen werden. Allgemein bilden Getränkekartons in ihrer einfacheren Form ein Verbundobjekt, das aus Pappe mit Polymerbeschichtungen sowohl auf der Innenfläche, als auch auf der Außenfläche besteht.
  • Gegenwärtig existieren mehrere Sortiersysteme, die eine Anzahl unterschiedlicher Kunststoffflaschen/-objekte voneinander trennen können, wenn sie nacheinander (d.h. einzeln) ankommen. Die Erkennung basiert auf der Spektral analyse von reflektiertem Infrarotlicht. Zum Trennen der verschiedenen Polymere wird eine sehr aufwendige Varianzanalyse durchgeführt und dies verteuert die Erkennungssysteme. Die nacheinander zugeführten Objekte laufen unter dem Infrarot-Spektraldetektor durch, wodurch Infrarotlicht auf die Objekte abgestrahlt wird, und die relativen Intensitäten gewählter Wellenlängen der reflektierten Infrarotstrahlung werden zur Bestimmung der jeweiligen Kunststoffzusammensetzung des unter dem Erkennungskopf her laufenden Kunststoffs verwendet. Stromabwärts des Erkennungskopfs befindet sich eine Anzahl von Luftstrahldüsen, welche die einzelnen Kunststoffobjekte je nach dem den Hauptteil des Objekts bildenden Kunststoff in jeweilige Behälter blasen.
  • Ein ähnliches System ist in US-A-5 134 291 beschrieben, bei welchem es wichtig ist, obwohl die zu sortierenden Objekte aus beliebigem Material bestehen können, beispielsweise Metall, Papier, Kunststoff oder jegliche Kombination derselben, dass zumindest einige der Objekte vorwiegend aus PET (Polyethylenterephthalat) und PS (Polystyrol) sowie vorwiegend aus mindestens zwei der folgenden Kunststoffe PVC (Polyvinylchlorid), PE (Polyethylen) und PP (Polypropylen) bestehen, wobei die Objekte beispielsweise umfassen: ein vorwiegend aus PET bestehendes Objekt, ein vorwiegend aus PS bestehendes Objekt, ein vorwiegend aus PVC bestehendes Objekt, und ein vorwiegend aus PE bestehendes Objekt. Eine NIR-Quelle (Nahinfrarot-Quelle) vorzugsweise eine Wolframlampe, strahlt NIR auf einen Förderer, der die Objekte nacheinander vorbewegt, welche die NIR in einen Detektor in Form eines Abtastraster-NIR-Spektrometers oder eines Diodenarray-NIR-Spektrometers reflektieren. Der Detektor ist mit einem digitalen Computer verbunden, welcher mit einer Reihe von Magnetventilen verbunden ist, die eine Reihe von luftbetätigten Schiebeeinrichtungen steuern, welche entlang dem Förderer gegenüber einer Reihe von quer gerichteten Förderern angeordnet sind. Die diffuse Reflektanz der bestrahlten Objekte im NIR-Bereich wird gemessen, um den jeweiligen Kunststoff jedes Objekts zu identifizieren, und das geeignete Magnetventil, und somit die Schiebeeinrichtung, wird betätigt, um dieses Objekt seitwärts von dem Förderer auf den geeigneten Querförderer zu leiten. Der Computer kann Daten in Form von einzelnen Wellenlängenmessungen und in der Form von Spektren verarbeiten. Eine Messung bei einer Wellenlänge kann in ein Verhältnis zu einer Messung bei einer anderen Wellenlänge gesetzt werden. Vorzugsweise werdend die Daten jedoch in der Form von Spektren verarbeitet, und die Spektren werden durch analoge Signalverarbeitung und digitale Mustererkennung verarbeitet, um die Unterschiede zu verdeutlichen und die resultierende Erkennung zuverlässiger zu machen.
  • DE-A-4312915 beschreibt das Trennen von Kunststoffen, insbesondere von Kunststoffabfall, in separate Typen, basierend auf der Tatsache, dass einige Typen von Kunststoffen charakteristische IR-Spektren aufweisen. Bei dem IR-Spektroskopievorgang wird die Intensität von durch jede Probe diffus reflektierter Strahlung gleichzeitig für eine bestimmte Anzahl von NIR-Wellenlängen gemessen und die gemessenen Intensitäten werden verglichen. Messungen werden mit Wellenlängen durchgeführt, bei denen die jeweiligen Kunststoffarten die minimalen Intensitäten reflektierter Strahlung erzeugen. Wenn beispielsweise drei verschiedene Kunststoffe getrennt werden sollen, wird jede Probe gleichzeitig auf drei Wellenlängen gemessen, wodurch in einem ersten Vergleich zwischen der Intensität der reflektierten Strahlung auf der niedrigsten Wellenlänge und derjenigen auf der zweitniedrigsten Wellenlänge ein Kunststofftyp identifiziert wird und die anderen beiden Kunststofftypen in einem zweiten Vergleich zwischen der in dem ersten Vergleich höheren Intensität auf einer Wellenlänge und der Intensität auf der dritten Wellenlänge identifiziert werden. Um Licht auf bestimmten Wellenlängen zu messen, können jeweilige Detektoren Schmalbandpassfilter für die jeweiligen erforderlichen Wellenlängen aufweisen, und jeweilige einzelne Kabel eines geteilten Faseroptikkabels sind den jeweiligen Detektoren zugeordnet, wobei der Kabeleingang in dem Strahlengang einer Linse liegt, um das von der Probe reflektierte Licht zu erkennen. Alternativ ist ein Lichtstreuelement, beispielsweise ein Prisma oder ein Gitter, in dem Strahlengang hinter der Linse angeordnet, und mehrere Detektoren sind zum Erkennen der NIR der erforderlichen Wellenlängen angeordnet. Sortiereinrichtungen werden unter Verwendung der durch die Vergleiche erhaltenen Erkennungsdaten gesteuert. Als weiteres Beispiel können fünf unterschiedliche Kunststoffe, nämlich PA (Polyamid), PE, PS, PP und PETP, ge trennt werden, wobei Messpunkte auf fünf verschiedenen Wellenlängen zwischen 1500 nm und 1800 nm verwendet werden.
  • EP-A-557738 beschreibt ein automatisches Sortierverfahren mit substanzspezifischer Trennung verschiedener Kunststoffteile, insbesondere aus Haus- und Industrieabfall. Bei diesem Verfahren wird Licht auf die Kunststoffteile abgestrahlt oder die Kunststoffteile werden über Raumtemperatur erwärmt, von den Kunststoffteilen emittiertes Licht und/oder durch diese hindurchgehendes Licht (bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem Licht durch die Teile und durch ein diese förderndes Band hindurch transmittiert wird) wird auf ausgewählten IR-Wellenlängen empfangen, und das Material der jeweiligen Kunststoffteile wird anhand von Unterschieden in der Intensität (Kontrast) zwischen dem emittierten und/oder dem absorbierten Licht identifiziert, welche auf mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen gemessen wurden. Das emittierte oder durchgelassene Licht wird von einer Kamera empfangen, welche dieses durch eine Linse auf einen Detektor abbildet. Ein eindimensionaler Zeilendetektor kann verwendet werden, obwohl ein zweidimensionaler Matrixdetektor oder ein Ein-Element-Detektor mit einer Abtasteinrichtung verwendet werden können. Damit die Kamera das Licht auf ausgewählten IR-Wellenlängen empfangen kann, können Interferenzfilter entweder vor der Lichtquelle oder vor der Linse oder dem Detektor angebracht werden. In einem Beispiel, bei dem das Material der Kunststoffteile anhand der Unterschiede der Intensität des emittierten Lichts mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen identifiziert wird, sind die Wellenlängen derart gewählt, dass sie einen maximalen Kontrast erzeugen. Das bedeutet, dass eine Wellenlänge derart gewählt ist, dass die maximale Intensität des emittierten Lichts unter einem bestimmten Blickwinkel erreicht wird, während die andere Wellenlänge derart gewählt ist, dass unter diesem Blickwinkel die minimale Intensität erreicht wird. Eine Veränderung der Wellenlängen kann durch Anbringen der Filter auf einer Drehscheibe erreicht werden, wobei die Drehfrequenz mit der Abbildungsfrequenz des Detektors synchronisiert ist. Alternativ kann ein elektrisch ausgelöster, abstimmbarer optischer Filter verwendet werden. Die von dem Detektor erzeugten elektrischen Signale werden in einen elektronischen Signalprozessor eingegeben, digitalisiert, und anschließend durch Bildverarbeitungssoftware ausgewertet. Es ist gewährleistet, dass die Kunststoffteile zum Zeitpunkt des Abbildens ungefähr die gleiche Temperatur aufweisen, da Kontrastunterschiede auch durch Temperaturunterschiede bewirkt werden können. Das band sollte aus einem Material bestehen, das einen konstanten Kontrast bei einzelnen Wellenlängen gewährleistet.
  • Es ist ferner bereits ein System bekannt, bei dem die Infrarotspektrumerkennung von unterhalb der Objekte durchgeführt wird, wobei die Objekte nacheinander über ein Loch laufen, durch welches die IR nach oben gerichtet ist. Auch hier wird das reflektierte Infrarotlicht verwendet, um die Objekte nach den verschiedenen Kunststoffen in jeweiligen Objekten zu sortieren.
  • WO-A-98/44335 beschreibt ein System zum Sortieren von Produkten, die aus losen Teilen sehr unterschiedlicher Natur bestehen, wie beispielsweise Erbsen, Rosinen, Shrimps, getrocknete oder tiefgefrorene Nahrungsmittel, alle Arten von Erzen oder Medikamenten in Trabletten- oder Kapselform. Es dient hauptsächlich dem Trennen geringerwertiger Teile und von Fremdobjekten von den guten Teilen in einem breiten Strom. Der Strom bewegt sich durch eine Detektionszone, um das Charakterisieren der losen Teile und somit das Unterscheiden zwischen den guten Teilen, die im wesentlichen keine Unregelmäßigkeiten aufweisen, und den geringerwertigen Teilen oder den Fremdobjekten zu ermöglichen. Die Vorrichtung weist zwei Laserquellen auf, die Licht von zwei verschiedenen Frequenzen erzeugen, wobei diese Laserstrahlen durch einen dichroitischen Spiegel und einen normalen Spiegel zusammengebracht werden, um einen kombinierten Laserstrahl zu bilden. Dieser kombinierte Strahl wird auf einen polygonalen Drehspiegel gerichtet, dessen Drehachse auf der Achse seines Polygons liegt und sich in der Transportrichtung des Stroms erstreckt. Der von dem polygonalen Drehspiegel reflektierte ko0mbinierte Strahl tastet einen quergerichteten Abschnitt des Stroms ab und wird von den losen Teilen des Stroms gestreut und/oder reflektiert. Ein Teil des gestreuten Lichts kehrt zu der Fläche des polygonalen Spiegels zurück, von welcher er als Teil des kombinierten Lichtstrahls reflektiert wurde, und wird über diese Fläche entlang ungefähr den gleichen Weg wie der kombinierte Strahl an einen ersten Strahlteiler transmittiert, welcher das gestreute Licht über ein Linsensystem zu einem zweiten Strahlteiler reflektiert. Der erste Strahlteiler weist eine Mittelöffnung auf, welche es dem kombinierten Laserstrahl der Laserquellen ermöglicht, ungehindert hindurchzutreten. Der zweite Strahlteiler trennt das Streulicht in zwei Lichtbänder unterschiedlicher Frequenzen, die anschließend durch jeweilige Detektoren empfangen werden. Die Vorrichtung weist einen Hintergrund in Form eines sich senkrecht zur Förderrichtung erstreckenden Rohres auf, der von dem kombinierten Strahl abgetastet wird, wobei das Rohr hinsichtlich der Streuung des kombinierten Strahls die gleichen Charakteristiken aufweist wie ein gutes Teil. Der Strom wird mittels eines Förderbandes in das Rohr verbracht, und stromabwärts des Rohres befindet sich eine Druckluftvorrichtung, die ein System zum Entfernen von geringerwertigen Teilen oder Fremdobjekten bildet.
  • US-A-5260576 und US-A-5339962 beschreiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterscheiden und Trennen von Materialstücken mit unterschiedlichen Graden der Absorption durchdringender elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung einer Strahlungsquelle zum Bestrahlen einer Bestrahlungszone, die sich quer zu einem Förderweg erstreckt, auf dem die Materialstücke zugeführt oder bewegt werden. Die Bestrahlungszone weist mehrere in Querrichtung beabstandete Strahlungsdetektoren zum Empfangen der Strahlungsstrahlen von der Strahlungsquelle auf, wobei die Detektoren die Strahlung im wesentlichen auf einer direkten Linie von der Quelle empfangen. Die Materialstücke durchlaufen die Bestrahlungszone zwischen der Strahlungsquelle und den Detektoren und die Detektoren messen einen oder mehrere der transmittierten Strahlen in jedem die Bestrahlungszone durchlaufenden Stück, um Verarbeitungssignale zu erzeugen, welche durch Signalanalysatoren analysiert werden, um Signale zu erzeugen, mittels welcher eine Separatorvorrichtung derart betätigt wird, dass die bestrahlten Stücke je nach dem Grad der Strahlungsabsorption in jedem der Stücke in Richtung verschiedener Stellen ausgegeben werden. Die Beschreibung gibt an, dass Mischungen, die Metalle, Kunststoffe, Textilien, Papier und/oder andere derartige Abfallmaterialien ent halten, getrennt werden können, da durchdringende elektromagnetische Strahlung üblicherweise in verschiedenen Graden durch die Stücke aus verschiedenen Materialien dringt, wobei als Beispiele die Trennung von Aluminiumgetränkedosen von Mischungen, welche derartige Dosen und Kunststoffbehälter umfassen, und die Trennung von chlorierten Kunststoffen von einer Mischung aus städtischen Festabfallstoffen angeführt sind. Die Quelle der durchdringenden Strahlung kann eine Röntgenstrahlungsquelle, eine Mikrowellenquelle, eine radioaktive Substanz, welche Gammastrahlen emittiert, oder eine Quelle von UV-Energie, IR-Energie oder sichtbarem Licht sein. Ein Beispiel für Materialstücke, die als erfolgreich getrennt beschrieben sind, sind wiederverwertbare Kunststoffbehälter, wie Polyesterbehälter und Polyvinylchloridbehälter (PVC), die unter Verwendung von Röntgenstrahlen getrennt wurden. WO-A-95/03139 beschreibt ein ähnliches System, das zum automatischen Sortieren von Altglas und Kunststoffbehältern nach Farben verwendet wird.
  • Bei einem Wirbelstromsystem zum Ausstoßen von Metall aus einem Abfallstrom weist die Rolle am Ausgabeende eines Bandförderers normalerweise ein starkes Wechselmagnetfeld auf, welches von Permanentmagneten erzeugt wird, die in der Rolle enthalten und entlang derselben verteilt sind sowie gegenläufig zur Drehrichtung der Rolle drehen. Dieses Feld stößt Metallobjekte in verschiedenem Maße je nach der Menge und der Leitfähigkeit des Metalls des Objekts aus. Da Metallobjekte, deren Metallgehalt gering ist, beispielsweise alte Verpackungskartons aus einem Laminat, welches aus polymerbeschichteter Pappe und Aluminiumfolie besteht, von dem Magnetfeld nur schwach beeinflusst werden, werden solche Kartons üblicherweise nicht durch das Wirbelstromausstoßsystem separiert.
  • Ein weiteres bekanntes System verwendet ein elektromagnetisches Feld für die Wirbelstromerkennung durch Induktion von Wirbelströmen in das Metall von Metallobjekten, und der Detektionsausgang dient zur Steuerung einer Luftstrahldüsenausstoßanordnung, wobei hier jedoch die Objekte in einer Reihe einzeln hintereinander angeordnet werden.
  • WO-A-96/06689 beschreibt eine Kombination von Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 21. Insbesondere beschreibt sie ein System zum automatischen Inspektion von Material hinsichtlich variierender Zusammensetzung, das eine oder mehrerer Detektionsstationen umfasst, durch welche ein oder mehrere Materialströme bewegt und bestimmte Materialien in diesem anhand ihrer diffus reflektierten IR-Spektren, falls vorhanden, erkannt werden. Bei einer Version ist eine Vielzahl von Erkennungspunkten, die durch Linsen repräsentiert sind, in einer geraden Linie quer über und unter dem Strom verteilt, der sich über einen querverlaufenden Schlitz durch eine abwärts geneigte Platte am stromabwärtigen Ende eines Förderbandes bewegt, wobei für jede Linse eine separate Lichtquelle vorgesehen ist. Optische Fasern übertragen die IR-Strahlung von den jeweiligen Linsen zu einem Drehabtaster, wo ein Diffusor die IR-Strahlung auf Infrarotfilter abstrahlt, welche vor jeweiligen Wellenlängen zugeordneten IR-Detektoren angeordnet sind, deren Ausgang bei der Steuerung von Luftstrahldüsen verwendet wird, die gewünschte Teile des Stroms aussortieren. In anderen Versionen kann eine Reihe von über die Gesamtbreite eines oder mehrerer Förderbänder verteilten Lichtquellen bewirken, dass erwünschte Teile des Stroms an bogenförmig über den Strom verteilten Detektionspunkten Licht diffus auf einen teilringförmigen Spiegel reflektieren, welcher sich über die genannte Gesamtbreite erstreckt, wo das Licht durch einen drehenden polygonalen Spiegel durch optische Filter, welche verschiedenen IR-Wellenlängen zugeordnet sind, hindurch auf Detektoren reflektiert wird, deren Datenausgänge bei der Steuerung von Magnetventilen verwendet werden, welche Luftstrahldüsen betätigen, welche die gewünschten Teile aussortieren. Alternativ oder zusätzlich können ein Oszillator und eine Antenne, die sich über die Gesamtbreite erstreckt, ein elektromagnetisches Feld durch das Band hindurch erzeugen, und Sensorspulen erfassen Schwankungen in diesem, welche durch metallische Teile des Stroms verursacht werden, welche die Detektionsstation durchlaufen, und die von den Sensorspulen erzeugten Detektionsdaten werden zur Steuerung der die Düsen betätigenden Magnetventile verwendet, um die metallischen Teile auszusortieren. In einer weiteren Version sind die drehenden polygonalen Spiegel beibehaltenen und der teilringförmige Spiegel kann durch einen Spiegel ersetzt werden, der aus einer Reihe von Facetten oder sehr kleinen Spiegeln in einer quer zum Strom verlaufenden horizontalen Reihe gebildet ist, wobei es sich in dieser Version um ein Laminat aus Pappe handelt, auf welche ein Polymer extrudiert wurde. Die Detektionspunkte sind in einer geraden Reihe quer über das Laminat angeordnet.
  • DE-A-3242447 beschreibt ein System zur Oberflächeninspektion einer Textillinie, wobei die Vorrichtung mehrere lineare Fluoreszenzröhren in zueinander paralleler Anordnung aufweist, die Abtastspuren verschiedener optischer Abtastvorrichtungen unter variierenden Winkeln beleuchten. Die Abtastspuren ergänzen einander, so dass sie die gesamte Abtastbreite der Textillinie abdecken. Um Abtastlücken zu vermeiden, die entstehen, wenn mehrere optische Abtastvorrichtungen nebeneinander in Reihe angeordnet sind, weist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zwei Reihen von optischen Abtastvorrichtungen auf, wobei die Vorrichtungen einer Reihe in bezug auf die Vorrichtungen der anderen Reihe derart versetzt sind, dass Abtastlücken zwischen den Vorrichtungen der einen Reihe in die Abtastbereiche der Vorrichtungen der anderen Reihe fallen. Das System ist insbesondere auf eine beschichtete Textillinie anwendbar, bei welcher die Beschichtung mit einem Aufheller versehen ist, der durch UV-Licht zum Emittieren von Licht angeregt wird, das zum größten Teil in einem Teil des sichtbaren Lichtspektrums liegt. Jede optische Abtastvorrichtung weist eine Detektionsvorrichtung auf, die aus einer optischen Filteranordnung besteht, welche vor einem Photokonverter angeordnet ist, wobei die optische Filteranordnung der Begrenzung der Empfindlichkeit des Photokonverters auf das von dem Aufheller emittierte Lichtwellenlängenband dient. Jede optische Abtastvorrichtung weist ferner einen polygonalen Drehspiegel auf, dessen Drehachse auf der Achse seines Polygons liegt und sich in Transportrichtung der Textillinie erstreckt. Durch den Aufheller emittiertes Licht geht durch ein Linsensystem der optischen Abtastvorrichtung zu dem polygonalen Drehspiegel, der es auf die optische Filteranordnung der Detekionsvorrichtung reflektiert.
  • JP-A-11-183399 beschreibt eine Oberflächenfehlerinspektionsvorrichtung, die mit mehreren hintereinander in Breitenrichtung des zu inspizierenden Materials, das in Form einer mit einer Zinklegierung plattierten Stahlplatte vorliegt, angeordneten Kameraeinheiten versehen ist. Jede Kameraeinheit umfasst mindestens zwei Licht empfangende Kameras, welche die Platte unter unterschiedlichen optischen Bedingungen beobachten. Die Vorrichtung weist ferner einen Verarbeitungsabschnitt auf, der das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Oberflächenfehlers an jeder Position in Breitenrichtung der Platte basierend auf den Beobachtungsdaten feststellt, welche von den in der entsprechenden Kameraeinheit enthaltenen Kameras empfangen wurden. Wenn der Verarbeitungsabschnitt von einer bestimmten Kameraeinheit nicht die Beobachtungsdaten für sämtliche erforderlichen optischen Bedingungen erhalten kann, wie an der Grenze zwischen den Beobachtungsbereichen dieser Kameraeinheit und einer benachbarten Kameraeinheit, verwendet sie die von dieser benachbarte Kameraeinheit erhaltenen Beobachtungsdaten als die fehlenden Beobachtungsdaten, um das Vorhandensein oder das Fehlen eines Oberflächenfehlers an der Grenze festzustellen. Die Platte wird mittels einer linearen Diffusionslichtquelle beleuchtet, die sich über die gesamte Breite der sich vorbewegenden Platte erstreckt. Das Licht leuchtet von der Lichtquelle beispielsweise unter einem Winkel von 60° zur Vertikalen auf die Platte, durch eine zylindrische Linse und eine Ablenkplatte, deren Ablenkungswinkel 45° beträgt. Das von der Platte reflektierte Licht läuft direkt zu einem Spiegel und dann zu den Kameraeinheiten, die über dem Spiegel angebracht sind.
  • Ca-A-1219933 beschreibt das Prüfen einer Bahn aus transparentem Material, insbesondere Flachglas, auf Fehler wie Fremdsubstanzen oder in der Bahn eingeschlossene Gasblasen, wobei das die Bahn mittels eines fliegenden Lichtpunkts über ihre Breite abgetastet wird, und die transmittierte und reflektierte Strahlung abgefangen, in elektrische Signale umgewandelt und ausgewertet wird. Über der Bahn befindet sich ein Empfänger für reflektierte Strahlung, während unter der Bahn ein Empfänger für transmittierte Strahlung angeordnet ist, wobei die beiden Empfänger mit einer Auswerteeinheit verbunden sind, die ebenfalls mit Photovervielfachern verbunden ist, die jeweiligen Seitenrän dern der Bahn zugewandt sind. In einer bevorzugten Version ist ein Laser mit einem Strahlteiler vorgesehen, der einen Referenzteilstrahl und einen anderen Teilstrahl auf einen polygonalen Drehspiegel reflektiert, dessen Achse im wesentlichen parallel zu der Transportrichtung der Bahn verläuft. Aufgrund der Drehung des Spiegels tasten die Teilstrahlen die gesamte Breite der Bahn ab, wobei der Referenzstrahl über einen gekerbten Referenzstreifen geleitet wird, der sich über die Bahn erstreckt. Ein photoelektrischer Wandler ist jedem der Enden des Referenzstreifens zugeordnet, empfängt von dem Referenzstreifen kommendes Licht und leitet ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinheit. Wenn die Bahn einen Fehler in Form einer Gasblase aufweist, erreicht der andere Teilstrahl nicht länger den oberen Empfänger, sondern wird zur seitlichen Randfläche der Bahn abgelenkt, wo er in einen oder beide Photovervielfältiger eintritt. Der Referenzstrahl tastet den Referenzstreifen ab und tritt in diesen an den Kerben ein, wobei Impulse in den jeweiligen Photovervielfältigern durch die Kerben erzeugt werden, wobei die Impulse in der Auswerteeinheit mit entsprechenden von den Photovervielfältigern erhaltenen Werten verglichen werden.
  • US-A-5305894 beschreibt ein System zum Sortieren von Gegenständen wie Kartoffelchips, das die geometrische Mitte eines jeden Gegenstandes berechnet, der einen oder mehr Fehler aufweist, und einen Ausstoßluftstoß auf die geometrische Mitte des Gegenstandes richtet. Videodaten einer Abtastkamera werden an einen Gegenstandsprozessor und einen Fehlerprozessor geleitet. Der Gegenstandsprozessor erstellt im Speicher eine Abbildung jedes Gegenstandes, egal ob akzeptabel oder fehlerhaft, während der Fehlerprozessor eine Fehlerliste von Fehlerkoordinatenpunkten erstellt, die nur auf fehlerhaften Gegenständen gefunden wurden. Der Fehlerprozessor übermittelt die Fehlerliste an den Gegenstandsprozessor, in dem die Fehlerliste mit dem gespeicherten Bild des Gegenstands verglichen wird. Für jeden fehlerhaften Gegenstand berechnet der Gegenstandsprozessor dessen geometrische Mitte, welche einer Liste fehlerhafter Gegenstände hinzugefügt wird, um in einem Entfernungsvorgang verwendet zu werden, welcher Luftstrahlen betätigt, die in Richtung der Mitten fehlerhafter Gegenstände gerichtet werden. Die Gegenstände kön nen mittels eines Förderers zur Entfernungsstation gebracht werden, welcher die akzeptablen Gegenstände auf einen anderen Förderer verbringt, während die Luftstrahlen die über den Spalt zwischen den beiden Förderern fliegenden fehlerhaften Gegenstände abwärts leiten.
  • US-A-5448359 beschreibt einen optischen Entfernungssensor gemäß dem Prinzip der konfokalen optischen Abbildung zur Bestimmung von Höhenwerten und für dreidimensionale Flächenmessungen, insbesondere bei der Inspektion komplexer Einheiten, beispielsweise bestückter Platinen. Ein Beleuchtungsstrahl eines Lasers geht durch einen Auskopplungsspiegel weiter zu einem polygonalen Drehspiegel und anschließend durch ein Abtastobjektiv zu der geprüften Einheit. Der Beleuchtungsstrahl wird von der Einheit zurück durch das Abtastobjektiv und über den polygonalen Spiegel zu dem Auskopplungsspiegel reflektiert, von wo er durch eine Strahlteilereinheit hindurch als Teilstrahlen auf mehrere Photodetektoren geleitet wird. Das Höhenmaß in der Brenntiefe wird von dem Photodetektor mit der größten Lichtintensität erkannt.
  • US-A-4996440 beschreibt ein System zum Messen eines oder mehrerer Bereiche eines Objekts, um eine oder mehrere Abmessungen des Objekts bestimmen zu können. Bei einem Beispiel verwendet das System eine Spiegelanordnung zum Übertragen von gepulstem Laserlicht. So dass das Licht nach unten auf das Objekt fällt, und zum Empfangen des nach oben reflektierten Lichts. Das System umfasst einen Laser, einen planaren Drehspiegel und einen konkaven kegelstumpfförmigen Spiegel, der dem planaren Spiegel umkreist, wobei die Spiegel zum Richten des Lichtstrahls auf das Objekt dienen. Der kegelstumpfförmige Spiegel, der planare Spiegel und ein Lichtempfänger dienen dem Empfangen von Lichtstrahlen, die von dem Objekt reflektiert werden. Mit dem einen Lichtempfänger verbundene elektronische Schaltungen dienen der Berechnung der Laufzeit des Strahls zu und von dem Objekt, wobei ein Modulator den Lichtstrahl mit einer festen Frequenz moduliert und der planare Drehspiegel und der kegelstumpfförmige Spiegel den Lichtstrahl während des gesamten Abtastvorgangs unter einem in bezug auf eine feste Referenzebene definierten Winkel/Winkeln über das Objekt streichen lassen.
  • EP-A-0747665 beschreibt das Erkennen von vorderen und hinteren Rändern von Objekten, die sich auf einem definierten Weg bewegen. Eine Lichtquelle richtet einen Lichtstrahl auf einen Strahlpunk in dem Weg. Von dem Strahlpunkt reflektiertes Licht wird von zwei Lichtdetektoren empfangen. Ein vorderer Rand eines sich vorbewegenden Objekts, der sich dem Strahlpunkt nähert, blockiert im wesentlichen den Empfang des Lichts durch einen Detektor und anschließend blockiert der hintere Rand des sich von dem Strahlpunkt entfernenden Objekts im wesentlichen den Empfang des Lichts durch den anderen Detektor. Elektrische Schaltungen sind zum Unterscheiden der Veränderungen des in jedem Detektor empfangenen Lichts und zum Bestimmen, ob der vordere oder der hintere Rand das reflektierte Licht blockiert, vorgesehen. Die erhaltenen Daten werden verarbeitet, um Informationen über das Objekt zu liefern, beispielsweise die Höhe des vorderen und des hinteren Randes des Objekts und die Länge des Objekts.
  • JP-A-61-82106 beschreibt als ein herkömmliches Verfahren zum Erkennen der Unebenheit einer Straßenoberfläche mittels eines sich langsam bewegenden Detektionsfahrzeugs. Das Fahrzeug trägt eine vertikal nach unten gerichtete Kamera zum Erfassen eines Bildes der Straßenoberfläche und einen Projektor, der Licht schräg auf die Straßenoberfläche unmittelbar unter der Kamera strahlt. Sie beschreibt die eigene Erfindung als, anstelle eines einzelnen Projektors, zwei Projektoren auf der linken bzw. der rechten Seite des Fahrzeugs aufweisend. Die beiden Projektoren strahlen verschiedenfarbiges Licht auf die Straßenoberfläche unmittelbar unter der Kamera und die beleuchtete Straßenoberfläche wird mit der Kamera in Farbe entweder durchgehend oder in regelmäßigen Intervallen erfasst. Dies vereinfacht die Unterscheidung zwischen Unebenheiten der Straßenoberfläche und darin bestehenden Rissen.
  • US-A-5220450 beschreibt ein optisches Abtastsystem mit einem Gaslaser zum Emittieren eines Schreibstrahls, einem polygonalen Drehspiegel zum Ablenken und Reflektieren der Lichtstrahlen des Gaslasers, einer Abtastlinse, die in bezug auf eine Bildebene telezentrisch ist und die abgelenkten Lichtstrahlen von der Bildebene fokussiert, um den Fokussierzustand auf der Ebene durch die Abtastlinse zu erkennen, und einer Fokuseinstelleinheit, welche die Abtastlinse auf der Basis der Ausgänge des Fokusdetektors in Fokus auf die Bildebene bringt.
  • Eine Aufgabe, welche die vorliegende Erfindung betrifft, ist die Verbesserung des Systems von WO-A-96/06689, insbesondere die Verringerung der Kapitalkosten desselben, ohne jede wesentliche Verringerung der Genauigkeit der von diesem erhaltenen Daten sowie, gegebenenfalls, eine Verbesserung der Definition der Daten und/oder der Flexibilität des Systems.
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur automatischen Inspektion eines aus Objekten gebildeten Materialstroms und zum automatischen Sortieren der Objekte vorgesehen, mit einer Sendeeinrichtung zum Ausgeben eines an dem Material aktiven Detektionsmediums, das ein Wellenlängenspektrum elektromagnetischer Strahlung umfasst, einer Empfangseinrichtung in Form eines polygonalen Drehspiegels, der von mehreren Detektionszonen an dem Material ein Wellenlängenspektrum des Detektionsmediums empfängt, das durch Variationen in dem Material verändert ist, mehreren Detektionseinrichtungen zum Empfangen des veränderten Mediums durch Reflexion von dem Spiegel, um jeweilige Wellenlängen des veränderten Mediums im wesentlichen gleichzeitig zu detektieren und um Detektionsdaten bezüglich der Wellenlängen im wesentlichen gleichzeitig und in Abhängigkeit von den Variationen des Mediums zu erzeugen, einer Datenerfassungseinrichtung, die mit den Detektionseinrichtungen verbunden ist und die Detektionsdaten von dieser erhält, und Entfernungseinrichtungen zum Entfernen von Objekten aus dem Strom in Abhängigkeit von den Detektionsdaten, wobei die Anordnung derart ist, dass die Strahlen des veränderten Mediums, die von den Detektionseinrichtungen empfangen werden und von den jeweiligen Detektionsbereichen kommen, entlang jeweiliger Wege von dem Material zu dem Spiegel laufen, wobei die Wege von dem Material zu dem Spiegel kontinuierlich aufeinander zu laufen, wobei die Detektionseinrichtungen in der Vorrichtung mehrere Detektoren aufweisen, die derart angeordnet sind, dass sie gleichzeitig das veränderte Medium von jeweiligen Gruppen von Detektionspunkten empfangen, wobei jede der Gruppen mehrere Detektionspunkte umfasst, die den jeweiligen Detektoren entsprechen und einander benachbart entlang eines Weges angeordnet sind, der quer zu dem Strom verläuft und eine der Detektionszonen bildet.
  • Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur automatischen Inspektion eines aus Objekten gebildeten Materialstroms und zum automatischen Sortieren der Objekte vorgesehen, umfassend das Ausgeben eines an dem Material aktiven Detektionsmediums, das ein Wellenlängenspektrum elektromagnetischer Strahlung umfasst, von einer Sendeeinrichtung, wobei das Medium durch Variationen in dem Material verändert wird, das Empfangen eines Wellenlängenspektrums des variierten Mediums von mehreren Detektionszonen an dem Material durch eine Empfangseinrichtung in Form eines polygonalen Drehspiegels, das Reflektieren des Wellenlängenspektrums des veränderten Mediums von dem Spiegel zu mehreren Detektionseinrichtungen, das im wesentlichen gleichzeitige Detektieren mehrerer diskreter Wellenlängen des veränderten Mediums an den Detektionseinrichtungen, das im wesentlichen gleichzeitige Erzeugen von Detektionsdaten von den Detektionseinrichtungen in bezug auf die mehreren diskreten Wellenlängen und in Abhängigkeit von den Variationen des Mediums, und das Entfernen von Objekten aus dem Strom in Abhängigkeit von den Detektionsdaten, wobei die Strahlen des veränderten Mediums, die an den Detektionseinrichtungen empfangen werden und von den jeweiligen Detektionszonen kommen, entlang jeweiliger Wege von dem Material zu dem Spiegel laufen, wobei die Wege von dem Material zu dem Spiegel kontinuierlich aufeinander zu laufen, wobei bei dem Verfahren jede Detektionszone in Form einer Gruppe von Detektionspunkten vorliegt, die nebeneinander entlang einem quer zu dem Strom verlaufenden Weg angeordnet sind, und wobei das von sämtlichen Detektionspunkten in jeder Gruppe kommende veränderte Medium gleichzeitig an jeweiligen Detektoren der Detektionseinrichtungen empfangen wird.
  • Aufgrund dieser Aspekte der Erfindung ist es möglich, die Auflösung der Detektion um einen Faktor der Anzahl von Detektionspunkten in jeder Zone zu erhöhen und dadurch die Auflösung bei der gleichen Detektionsgeschwindigkeit oder bei einer bestimmten Auflösung die Detektionsgeschwindigkeit zu erhöhen, ohne beispielsweise die Geschwindigkeit eines polygonalen Drehspiegels zu erhöhen, falls dieser vorgesehen ist. Somit können relativ kleinere Objekte genauer hinsichtlich ihrer Position (und, falls gewünscht, ihrer Zusammensetzung) identifiziert werden, so dass es möglich ist, ein System zu schaffen, das zum Sortieren von Granulaten besonders geeignet ist.
  • Die Vorrichtung kann ferner mindestens einen Knickspiegel, über welchen der polygonale Drehspiegel das veränderte Medium empfängt, wobei der oder jeder Knickspiegel zum Reflektieren von aus wenigstens einigen der mehreren Detektionszonen kommendem verändertem Medium angeordnet ist.
  • Ein besonderer Vorteil des Merkmals, dass die Strahlen des veränderten Mediums entlang Wegen laufen, welche in bezug zueinander kontinuierlich konvergieren, ist, dass die von dem polygonalen Drehspiegel abgedeckte Materialbreiteverändert werden kann, indem der Abstand zwischen dem Material und dem Spiegel verändert wird, wodurch eine Vielzahl von Anordnungen, die jeweils einen derartigen polygonalen Drehspiegel aufweisen, derartigen Detektionseinrichtungen und derartigen Datenerfassungseinrichtungen nebeneinander, insbesondere in Form von Modulen, quer zu dem Material angeordnet werden können, so dass jede Anordnung einen Teil der Breite des Materials inspiziert und die Teile der Breite, welche von den jeweiligen Anordnungen inspiziert werden, einander in gewünschtem Maß überlappen.
  • Vorzugsweise wird das Material durch eine Detektionsstation bewegt, an welcher das Detektionsmedium aktiv ist.
  • Die Anzahl der reflektierenden Flächen des polygonalen Drehspiegels ist mindestens zwei und sie können entweder planar oder gebogen und entweder im wesentlichen parallel oder zu der Drehachse des Spiegels geneigt sein, d.h. der Spiegel kann zylindrisch oder pyramidenförmig sein.
  • Die Objekte können verschiedene Materialien umfassen und mindestens eines der Materialien kann aus den Daten identifiziert werden.
  • Die Sendeeinrichtung kann einen Abtaststrahl eines Detektionsmediums zum Abtasten des Materials emittieren.
  • Auf diese Weise ist es möglich, Energie bei der Erzeugung des Detektionsmediums zu sparen, ohne an Intensitätspegel des an der Empfangseinrichtung empfangenen veränderten Mediums einzubüßen. Um zu vermeiden, dass die Empfindlichkeit der Detektionseinrichtung durch die Intensität des unmittelbaren Rückstrahls gesättigt wird, ist die Detektionseinrichtung gegenüber dem direkten Rückweg versetzt. Der emittierte Strahl kann kontinuierlich oder gepulst sein. Es ist vorteilhaft, zwei oder mehr Abtaststrahlen gleichzeitig zu emittieren und diese auf einen im wesentlichen gemeinsamen Bereich der Station zu richten, um Oberflächenbereiche des Materials in diesem Bereich einer weitreichenden Belichtung mit dem Medium auszusetzen.
  • Durch die Verwendung des Abtaststrahls zum Bestrahlen eines Weges über dem Material, kann der Weg unter einem schrägen Winkel zu dem Material inspiziert werden, wodurch das allgemeine Profil dieses Weges durch Bestimmungseinrichtungen bestimmt werden kann.
  • Es ist somit möglich, auf einfache Weise und mit relativ geringem Energieverbrauch das allgemeine Profil des Materials zu bestimmen, insbesondere die allgemeinen Profile der Objekte, aus denen das Material zusammengesetzt ist.
  • Vorzugsweise wird das Material durch eine Detektionsstation bewegt, an welcher das Detektionsmedium aktiv ist.
  • Es kann beim Vorbewegen des aus einzelnen Objekten bestehenden Stromes durch die Detektionsstation vorteilhaft sein, die mehreren einzelnen Detektionszonen in einem Querabschnitt des Stroms im wesentlichen über die Breite des Stroms zu verteilen. Eine von der Empfangseinrichtung verschiedene Kamera kann an einer derartigen Detektionsstation zum Erkennen von räumlichen Eigenschaften der Objekte und zum Erzeugen einer zweiten Folge von Detektionsdaten in Abhängigkeit von den räumlichen Eigenschaften verwendet werden. Bei dieser Anordnung ist die Datenerfassungseinrichtung mit der Detektionseinrichtung und mit der Kamera verbunden, um die erste und die zweite Reihe von Detektionsdaten von diesen zu empfangen.
  • Die räumlichen Eigenschaften können Profile der jeweiligen Objekte oder der relativen Positionen der Objekte.
  • Auf diese Weise ist es möglich, die Objekte auf einfache und kostengünstige Weise, je nach Wunsch, nach ihrer Größe und/oder ihrer Zusammensetzung zu sortieren und/oder in aufeinanderfolgenden Stufen jeweilige Teile des Stroms, die sich voneinander hinsichtlich ihrer Eigenschaften, beispielsweise ihrer Zusammensetzung oder ihrer Farbe, unterscheiden, auszustoßen.
  • Eine Version der Vorrichtung weist eine erste und eine zweite Empfangseinrichtung von jeweiligen ersten und zweiten Inspektionsanordnungen auf, die voneinander getrennt sind und angeordnet sind, um von dem aus den Objekten gebildeten Material durch Variationen in dem Material verändertes Detektionsmedium zu empfangen. Die erste und die zweite Detektionseinrichtung der jeweiligen ersten und zweiten Inspektionsanordnungen dienen dem Empfang des veränderten Mediums durch Reflexion von der Empfangseinrichtung und erzeugen die Detektionsdaten, wobei die Datenerfassungseinrichtung mit der ersten und der zweiten Detektionseinrichtung verbunden ist und dem Erhalten der Detektionsdaten von diesen dient. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Inspektionswege der jeweiligen Inspektionsanordnungen im wesentlichen quer zum Strom miteinander ausgerichtet sind, um einen im wesentlichen kontinuierlichen Inspektionsweg zu bilden.
  • Auf diese Weise ist es möglich, die inspizierbare Materialbreite zu vergrößern, und/oder die Auflösung der Inspektion bei gleicher Materialbreite zu verbessern, indem die Inspektionsanordnungen jeweilige Teile der Breite des Materials inspizieren oder jeweils im wesentlichen die gesamte Breite des Materials inspizieren. Vorteilhafterweise ist der Inspektionsweg jeder Anordnung im wesentlichen geradlinig und erstreckt sich im wesentlichen senkrecht quer zu dem Material und, höchst bevorzugt, fallen die Inspektionswege im wesentlichen zusammen, wo sie überlappen, oder sie grenzen direkt aneinander an, wo sie nicht überlappen. Es ist besonders erwünscht, dass die Inspektionsanordnungen entweder jeweilige Abtastungen in Breitenrichtung von einer gemeinsamen Stelle aus beginnen, oder jeweilige Abtastungen in Breitenrichtung an einer gemeinsamen Position beenden. Die Inspektionsanordnungen können in Form jeweiliger Module vorliegen, die nebeneinander angeordnet sind.
  • Nach einer anderen Version geht wenigstens ein Teil des emittierten Mediums durch das Material, wobei das veränderte Medium, welches das Material passiert hat, an der Erkennungseinrichtung empfangen wird. Die Erkennungseinrichtung wird durch Abschirmeinrichtungen daran gehindert, das Medium direkt von der Sendeeinrichtung zu empfangen.
  • Auf diese Weise ist es möglich, ein Überfluten der Erkennungseinrichtung durch direkt von der Sendeeinrichtung empfangenes Medium zu verhindern, und so eine relativ hohe Empfindlichkeit der Erkennungseinrichtung für Veränderungen in dem Medium zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vielzahl verschiedener Systeme zum automatischen Inspizieren von Material anwendbar.
  • Durch das Verwenden mehrerer Sensoren und/oder einer Abtastanordnung ist es möglich, eine hohe Anzahl von Detektionspunkten vorzusehen.
  • Das Detektionsmedium kann elektromagnetische Strahlung, beispielsweise IR-Strahlung oder sichtbares Licht sein, um Veränderungen in der Zusammensetzung oder der Farbe zu erkennen, oder es kann ein elektromagnetisches Feld sein, um beim Sortieren der Objekte Metallteile des Stroms zu erkennen. Objekte aus einer Vielzahl verschiedener Materialien können voneinander getrennt werden, jedoch werden insbesondere Objekte mit Kunststoffoberflächen von anderen Objekten getrennt. Bei dem vorliegenden automatischen Sortieren müssen die Objekte in im wesentlichen einer einzigen Schicht verteilt sein.
  • Durch Verwenden von sichtbarem Licht als Detektionsmedium und durch im wesentliche gleichzeitiges Analysieren mehrerer Wellenlängen im sichtbaren Lichtspektrum des veränderten Mediums ist es möglich, die Farbe des Materials genauer zu identifizieren, was beispielsweise beim Sortieren leicht gefärbter Behälter besonders vorteilhaft ist.
  • Wenn das Material an der Detektionsstation in freiem Fall bewegt wird, ist es möglich, die Erkennung durchzuführen, ohne das Vorhandensein einer Fördereinrichtung berücksichtigen zu müssen, und es ist ferner möglich, eine reflexionsabhängige Erkennung in einem im wesentlichen konstanten Abstand zwischen dem sich bewegenden Material und der Empfangseinrichtung durchzuführen. Ferner hat das Merkmal, dass das Material am Detektionspunkt eher vertikal als horizontal (vorzugsweise entweder vertikal oder nahezu vertikal) fällt, den Vorteil, dass die Vorrichtung horizontal kompakt sein kann, was in einer Wiederverwertungsanlage ein besonders erwünschtes Merkmal ist. Mittels eines geeigneten Deflektors über der Stelle, an der das Detektionsmedium aktiv sein soll, kann das Material in einer gebogenen Verteilung um eine vertikale Achse frei fallen, höchst bevorzugt mit einem im wesentlichen konstanten Radius von dieser Achse aus.
  • Durch Vorsehen eines ersten und eines zweiten Empfängers, um, in jeweils verschiedenen Richtungen zueinander geneigt und von einer gemeinsamen Materialzone, durch Veränderungen in dem Material verändertes Detektionsmedium zu empfangen, einer ersten und einer zweiten Detektionseinrichtung, welche zum Abtasten des Materials in Querrichtung zu einer Transportrichtung des Materials angeordnet sind, während sie eine erste und eine zweite Reihe von Detektionsdaten in Abhängigkeit von den Veränderungen des von dem ersten und dem zweiten Empfänger empfangenen Mediums erzeugen, und einer Datenerfassungseinheit, die mit der ersten und der zweiten Detektionseinrichtung verbunden ist und dem Erhalten der ersten und der zweiten Reihe von Detektionsdaten von diesen und der Verwendung der ersten und zweiten Reihe von Detektionsdaten zum Erhalten einer Angabe über die Höhe der gemeinsamen Zone dienen, ist es möglich, beispielsweise nicht zusammengedrückte Behälter in dem Material zu erkennen, da, wenn beispielsweise die Intensität des Mediums durch Veränderungen der Ausrichtung des Materials in jeweiligen Detektionszonen in dem Material verändert wird, das Volumen der Behälter durch einen Vergleich zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Daten bestimmt werden kann. Wenn ferner beispielsweise die Wellenlänge des Mediums durch Veränderungen in der Zusammensetzung des Materials in diesen Detektionszonen verändert wird, kann auch die Zusammensetzung der Behälter bestimmt werden.
  • Durch Abtasten eines Objekts quer zu dessen Transportrichtung und durch Empfangen von Detektionsmedium, das in seiner Intensität in Abhängigkeit von den jeweiligen Ausrichtungen verschieden ausgerichteter Flächen des Objekts verändert ist, ist es möglich, beispielsweise einen nicht zerdrückten Behälter zu erkennen, da Bestrahlung aus einer allgemeinen Richtung Veränderungen der Intensität der Bestrahlung der Oberflächen in Abhängigkeit von deren Ausrichtung erzeugt, und aus den daraus resultierenden Veränderungen des reflektierten Mediums kann das Volumen des Behälters bestimmt werden. Wenn ferner beispielsweise die Wellenlänge des Mediums durch Veränderungen der Zusammensetzung der Behälter verändert wird, kann auch die Zusammensetzung der Behälter bestimmt werden.
  • Zum Sortieren von Objekten können die Objekte freifallend bewegt werden. Alternativ können sie durch die Detektionsstation auf einem Endlosförderband bewegt werden. Wenn die auszusortierenden Objekte Kunststoffobjekte sind, die im wesentlichen für die elektromagnetische Strahlung, wie IR-Strahlung, durchlässig sind, sollte die Förderfläche des Bandes für die elektromagnetische Strahlung diffus reflektierend sein.
  • Für ein Polymer können zwei oder mehr Detektionswellenlängenbänder im NIR-Bereich von 1,5 Mikron bis 1,85 Mikron verwendet werden. Bei einem Laminat aus Polyethylen auf Pappe kann ein erstes auf im wesentlichen 1,73 Mikron zentriertes Wellenlängenband sowie ein zweites auf weniger als 0,1 Mikron von dem ersten Band entfernt zentriertes Wellenlängenband, beispielsweise bei ungefähr 1,66 Mikron, verwendet werden.
  • Das Material kann ein Laminat bestehend aus einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht unter der ersten Schicht, die aus einem Material mit einem Spektrum von reflektiertem, im wesentlichen nicht sichtbarer elektromagnetischer Strahlung besteht, das sich erheblich von demjenigen des Materials der ersten Schicht unterscheidet. Infolgedessen kann das Spektrum der im wesentlichen nicht sichtbaren elektromagnetischen Strahlung, insbesondere IR-Strahlung, die von einem derartigen Laminat reflektiert wird, leicht von dem Spektrum der Strahlung unterschieden werden, welche von einer einzelnen Schicht des Materials einer der Schichten reflektiert wird.
  • Es ist möglich, Objekte, beispielsweise Abfallobjekte, mit einer vorbestimmten Zusammensetzung aus einem Materialstrom, beispielsweise Abfallmaterial, auszusortieren der im Vergleich mit einem sequentiellen Strom relativ breit ist, so dass eine relativ hohe Trennrate erreicht werden kann.
  • Üblicherweise kann eine querverlaufende Reihe von etwa 25 bis 50 Detektionszonen für einen Strom von 1 m Breite vorgesehen sein. Ein zentrales Detektionssystem kann verwendet werden, um alle 25 bis 50 Detektionszonen zu "bedienen", wenn ausreichend IR-Intensität über die Breite des Stroms von einer oder mehreren IR-Quellen vorhanden ist, oder selbst wenn eine Infrarotquelle an jedem Detektionspunkt vorhanden ist. Ein System von IR-Reflektoren wird optischen Fasern vorgezogen, da ein Reflektorsystem weniger teuer ist, einen Betrieb mit höheren IR-Intensitätspegeln ermöglicht (da es geringere IR-Signalverluste aufweist), und weniger anspruchsvoll hinsichtlich gut definierter Brennweiten ist. Bewegt sich der Strom mit etwa 2,5 m/sek. und ist das System in der Lage, 100 bis 160 Abtastungen pro Sekunde quer über den Strom durchzuführen, können Erkennungen in einem Abstand von etwa 2,5 bis 1,5 cm entlang dem Strom durchgeführt werden. Wenn jede Abtastung in 25 bis 50 Erkennungszonen aufgeteilt wird, können Erkennungen in einem Raster zwischen 1,5 × 2,0 cm und 2,5 × 4,0 cm durchgeführt werden. Die quer gerichtete Abtastung des sich bewegenden Stroms ermöglicht die Ausbildung einer zweidimensionalen Simulation, die unter Verwendung von Bildverarbeitung analysiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, folgendes zu erkennen:
    die Materialzusammensetzung, beispielsweise die Dicke, und die Position im Strom,
    Veränderungen der Form und Größe der Zusammensetzung,
    mehrere Veränderungen der Zusammensetzung im wesentlichen gleichzeitig.
  • Das Detektionsdatenverarbeitungssystem bestimmt erwünschte/unerwünschte Zusammensetzungen in jeder Detektionszone.
  • Für die Nahrungsmittelqualitätskontrolle, beispielsweise hinsichtlich des Fettgehalts und der Reife von Fisch oder Fleisch, misst die Vorrichtung die Qualität von Nahrungsmitteln durch Überwachen des Absorptionsspektrums im IR-Bereich.
  • Zwar ist es ein Vorteil des Vorsehens einer Detektion von Objekten unter (anstatt über) dem Abfallstrom, dass sich ein möglichst gleichmäßiger Abstand zwischen dem Detektionspunkt und dem Objekt ergibt, jedoch hat dies auch Nachteile. Durch Bestrahlen der Abfallobjekte auf einem Förderband mit Strahlung von oben und durch Verwenden eines Reflektorsystems, um den Teil der reflektierten Strahlung, der sich nach oben ausbreitet, zu wählen, kann das System sehr fokussierintensiv ausgebildet werden. Die Alternative eines freifallenden Stroms ist besonders dahingehend vorteilhaft, dass der Abstand zwischen dem Detektionspunkt und dem Objekt so gleichmäßig wie möglich ist, während viele der Nachteile einer Bestrahlung von unten vermieden werden.
  • Zusätzlich zu Spektralerkennungsvorrichtungen können elektromagnetische Erkennungsvorrichtungen in einer Metalldetektionsstation verwendet werden. Mittels einer sich quer über den sich bewegenden Strom erstreckenden Antenne kann ein elektromagnetisches Wechselfeld quer über den Strom errichtet werden. Indem quer über den Strom so viele Wirbelstromdetektionszonen (in Form einzelner Detektionsspulen) vorgesehen werden wie Spektraldetektionszonen vorhanden sind, kann eine gleichzeitige Metallerkennung bei sehr geringen Zusatzkosten erfolgen. Somit kann in einem Abfallstrom, der polymerbeschichtete Getränkekartons enthält und mit mehreren Luftstrahldüsenanordnungen, die hintereinander angeordnet sind, folgendes aussortiert werden:
    Getränkekartons ohne Aluminium-Sperrschicht
    Getränkekartons mit Aluminium-Sperrschicht
    andere Metall enthaltende Objekte.
  • Mit einer eingehenderen Spektralanalyse wird es ebenfalls möglich, den Polymertyp in einem Kunststoffobjekt zu identifizieren und auszusortieren. Das System kann somit auf das Sortieren der verschiedenen auftretenden Kunststofftypen in separate Anteile angewendet werden.
  • Durch das Verwenden der selben Detektionsstation für mindestens zwei Ströme gleichzeitig können die Kosten der Inspektion im Vergleich mit dem Fall, dass die Ströme jeweilige Detektionsstationen aufweisen, reduziert werden.
  • Zur klaren und vollständigen Offenbarung der Erfindung wird im folgenden als Beispiel auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, welche zeigen:
  • 1 – eine schematische Darstellung, in perspektivischer Sicht von oben, eines Systems zum automatischen Sortieren von Abfallobjekten unterschiedlicher Zusammensetzung;
  • 2 – eine schematische Vorderansicht einer abgewandelten Version des Systems mit zwei polygonalen Drehspiegeln in jeweiligen ersten Winkelpositionen;
  • 3 – eine Ansicht ähnlich der 2, wobei die Spiegel sich jedoch in einer zweiten Winkelposition befinden;
  • 4 – eine Ansicht ähnlich der 2 oder 3, jedoch eine andere abgewandelte Version des Systems darstellend;
  • 5 – eine schematische, perspektivische Draufsicht einer weiteren abgewandelten Version des Systems;
  • 6 – eine schematische Vorderansicht einer Abwandlung des Systems;
  • 7 – eine Ansicht ähnlich der 6 zur Darstellung einer weiteren abgewandelten Version des Systems, jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 8 – eine Ansicht ähnlich der 1 zur Darstellung einer weiteren abgewandelten Version des Systems;
  • 9 – einen schematischen vertikalen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Version des Systems;
  • 10 – einen schematischen horizontalen Schnitt entlang der Linie X-X der 9;
  • 11 – ein Detail der 9, und
  • 12 – eine schematische, fragmentarische perspektivische Darstellung einer weiteren abgewandelten Version des Systems.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet Prinzipien des Systems von WO-A-96/06689 und zu eventuell erforderlichen Klarstellungen bezüglich der vorliegenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen wird auf diese verwiesen.
  • Wie in 1 dargestellt, wird durch eine Detektionsstation 2, die eine vertikal nach unten gerichtete Videokamera 4 und eine Detektionseinheit 6 aufweist, welche mit einer der in Zusammenhang mit den 2 und 3 beschriebenen beiden Einheiten 6 identisch ist, ein Abfallmaterialstrom, der Objekte 14 wie Behälter aufweist, auf einem im wesentlichen horizontalen Förderband 8 zu einer quergerichteten Anordnung von Luftstrahldüsen 10 bewegt. Der rechteckige Bildbereich der Kamera ist mit 12 bezeichnet und umfasst die gesamte Breite des Bandes 8 und somit des Abfallstroms. Die Daten der Kamera 4 dienen der Identifizierung der Positionen einzelner Objekte in dem Abfallstrom (entsprechend dem ungefähren Bereich, welchen das Objekt in dem Abfallstrom einnimmt). Die Einheit 6 tatstet den Abfallstrom entlang einem geradlinigen Weg P ab, der sich ebenfalls über die gesamte Breite des Bandes 8 und somit des Abfallstroms erstreckt, wobei der Weg P senkrecht zur Längsrichtung D des Bandes 8 verläuft, d.h zur Transportrichtung des Abfallstroms. Durch Infrarotspektrumanalyse erkennt die Einheit 6 die Zusammensetzung zumindest einiger der Objekte 14 in dem Abfallstrom. Die Daten der Kamera 4 und der Einheit 6 dienen der Steuerung einer Steuerung 16 für (nicht dargestellte) Magnetventile, welche die Zufuhr von Druckluft zu den jeweiligen Düsen 10 regeln. Bei diesem relativ einfachen System wird die Zusammensetzung und/oder die Farbe jedes Objekts durch die Einheit 6 erkannt, während die Videokamera der Überwachung des abgetasteten Bereichs dient und ihr Datenausgang automatisch zum Erkennen der Positionen der Objekte und zum Korrigieren der diese Objekte betreffenden, von den Detektoren 21 in der Einheit 6 her empfangenen Daten verwendet wird. Das Band 8 kann 0,5 m breit sein und die Kamera 4 sowie die Einheit 6 können über die gesamte Breite des Bandes wirksam sein.
  • Wie in den 2 und 3 dargestellt, sind die Einheiten 6 nebeneinander über dem Förderband 8 angeordnet, das, in dieser Version, 1,0 m breit sein kann. Jede Einheit weist ein Gehäuse 18 auf, dessen Frontabdeckung von der linken Einheit in den 2 und 3 abgenommen ist. Jedes Gehäuse 18 weist einen Befestigungsbügel 20 auf. Die Detektionsstation 2 unterscheidet sich von der Detektionsstation 131 der Version von 11 der WO-A-96/06689 hauptsächlich dahingehend, dass zwei Einheiten 6 nebeneinander angeordnet sind, und dass in jeder Einheit 6 der zylindrische polygonale Spiegel 108 dieser 11 derart anders ausgerichtet wurde, dass sich seine Drehachse R nunmehr in Transportrichtung D erstreckt (ein derartiger Spiegel ist in der vorliegenden Zeichnung mit 19 bezeichnet). Diese Veränderung vereinfacht nicht nur den Übertragungsweg der veränderten IR-Strahlung von dem Materialstrom zu den Filter-/Detektorkombinationen 21, sondern auch der Verlust an IR-Intensität, der durch einen derartigen relativ langen Weg, wie demjenigen in 11, erzeugt wird, kann minimiert werden. Die Filter/Detektoren 21 sind Teil einer optischen Detektionsvorrichtung 22, die einen Strahlteiler 24 umfasst und an dem Bügel 20 befestigt ist. An dem Bügel 20 ist ferner ein Mikroprozessor 26 befestigt, welcher den Datenausgang der Filter/Detektoren 21 (und der Kamera 4, falls vorhanden) und Daten bezüglich der Winkelposition des polygonalen Drehspiegels 19 empfängt und die Steuerung 16 entsprechend steuert. Die polygonalen Spiegel 19 drehen in Richtung der Pfeile A und der Anfangsweg der diffus reflektierten IR-Strahlung über jeden der Spiegel 19 zu dem zugehörigen Strahlteiler 24 zu Beginn einer Abtastung ist durch die strichpunktierte Linie S dargestellt, während der Schlussweg am Ende der Abtastung durch die strichpunktierte Linie F angegeben ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, laufen die Strahlen des veränderten Detektionsmediums, die an jeder Detektionsvorrichtung 22 empfangen werden und aus den jeweiligen Detektionszonen des Abfallstroms kommen, entlang jewei liger Wege von dem Abfallstrom zu dem zugehörigen Spiegel 19, wobei die Wege von dem Abfallstrom zu diesem Spiegel kontinuierlich konvergieren. Eine Einheit 6 oder eine Reihe von mindestens zwei nebeneinanderliegenden Einheiten 6 ist nicht nur auf von einem Förderband bewegtes Material anwendbar, sondern auch auf ein Material, das sich eine Rutsche hinab bewegt, oder ein frei fallendes Material. Mit den drei dargestellten Filtern/Detektoren 21 ist die Einheit 6 in der Lage, eine gleichzeitige Analyse dreier Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung durchzuführen. Mindestens drei Wellenlängen und somit eine entsprechende Anzahl von Filtern/Detektoren werden gewählt, wenn IR-Strahlung als Detektionsmedium zum Erkennen der Zusammensetzung des Materials verwendet wird, oder es werden mindestens zwei Wellenlängen und somit mindestens zwei Filter/Detektoren für den Fall gewählt, das sichtbares Licht als Detektionsmedium zum Bestimmen der Farbe des Materials verwendet wird. Der polygonale Spiegel ermöglicht eine relativ hohe Abtastgeschwindigkeit bei einer relativ moderaten Drehgeschwindigkeit des Spiegels. Die von dem Material über die Abtastbreite reflektierte Strahlung konvergiert.
  • Der Abstand zwischen dem oder jedem polygonalen Spiegel und dem Materialstrom ist so gering wie möglich gehalten, um eine hohe Auflösung und eine hohe Intensität der reflektierten Strahlung bei relativ geringer Beleuchtungsintensität beizubehalten.
  • Im Vergleich mit beispielsweise dem Detektionssystem der 11 von WO-A-96/06689 ermöglicht es das System gemäß den vorliegenden 2 und 3, eine höhere Auflösung und ein etwas besseres Signal-Rauschverhältnis zu erhalten. Ferner kann die Strecke, welche die reflektierte Strahlung von dem Material zurücklegen muss, um die Filter/Detektoren 21 zu erreichen, relativ um bis zur Hälfte verringert werden, wodurch die Lichtübertragungsverluste verringert werden, die recht erheblich sein können, wenn die reflektierte Strahlung durch eine verunreinigte, beispielsweise staubige, Atmosphäre und/oder indirekt über einen zwischengefügten Spiegel laufen muss.
  • Parallaktische und Schatteneffekte können bei Objekten die weniger als beispielsweise 200 mm groß sind, in tolerierbaren Grenzen gehalten werden, wenn der Querwinkel der Reflexion innerhalb etwa 30° zu der Vertikalen gehalten werden kann. Während jeder Abtastung bewegt sich der Reflexionspunkt auf dem polygonalen Spiegel über die Oberfläche des Spiegels in der Abtastrichtung, wodurch der Reflexionswinkel gegen Ende der Abtastung etwas verringert wird.
  • Bei einem hexagonalen Spiegel, zum Beispiel, beginnt eine neue Abtastung bei einer 60°-Drehung des Spiegels. Jede Abtastung erfordert zur Vollendung jedoch etwas weniger als die Hälfte dieser 60°-Drehung, und somit besteht ein Intervall, das möglicherweise etwas länger als die tatsächliche Abtastperiode ist, in welchem beispielsweise eine Detektorkalibrierung erfolgen kann. Jedoch werden die Spektralanalyse und die zweidimensionale Simulation des Stroms weitgehend parallel zu der Datenerfassung praktisch durchgehend durchgeführt.
  • Eine durchschnittliche Mindestobjekthöhe von beispielsweise 3 cm kann als Referenz voreingestellt werden, um den parallaktischen Fehler teilweise zu korrigieren.
  • Es ist vorteilhaft, eine geringfügige Überlappung der inneren Enden der Breiten vorzusehen, welche von den beiden Einheiten 6 abgetastet werden, um ein unbeabsichtigtes Nichterkennen von Objekten oder Teilen von Objekten in der Randzone zu vermeiden. Jede Einheit 6 arbeitet unabhängig von der anderen, selbst in dem Maße, dass sie ihre eigene Anordnung (nicht dargestellter) Luftstrahldüsen steuert.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können die von den beiden Spiegeln 19 abgetasteten Breiten einander vollständig überlappen, wobei die Spiegel 19 verhältnismäßig weiter von dem sich bewegenden Material entfernt sind, als in den 2 und 3 dargestellt. Wenn die Spiegel 19 im wesentliche unmittelbar über den jeweiligen Rändern des Materialstroms angeordnet sind, wie in 4 dargestellt, können die parallaktischen und Schatteneffekte bei der Verarbeitung der Daten beseitigt werden. Selbstverständlich ist eine größere Intensität der Beleuchtung des Materials erforderlich.
  • Wie in 4 dargestellt, sind die Achsen A der Spiegel direkt über und parallel zu den jeweiligen Rändern 8a des Bandes 8 vorgesehen und sind auf der gleichen Höhe in einer bestimmten Entfernung d über dem Band 8 angeordnet, das eine bekannte Breite W hat. Ein Objekt 14a ist auf dem Band 8 angeordnet dargestellt und weist eine obere linke Ecke TLa, eine obere rechte Ecke TRa, eine untere linke Ecke RLa und eine untere rechte Ecke BRa auf. Es ist ersichtlich, dass die Position (BLa-BRa) in bezug auf das Band, die Objekthöhe h und die Objektbreite w bestimmt werden kann, sobald die Winkel α TRa und α BLa in bezug auf die linke Achse A und α TLa und α BRa in bezug auf die rechte Achse A bekannt sind. Diese Winkel beziehen sich auf die jeweiligen Punkte TRa bis BRa, an denen plötzliche Veränderungen der Wellenlänge und/oder der Intensität der von dem linken oder rechten Spiegel empfangenen diffus reflektierten IR-Strahlung auftreten, so dass diese Winkel durch den Mikroprozessor 26 aus den von ihm empfangenen Daten bestimmt werden können.
  • Wenn bei einem der Spiegel 19 eine plötzliche Veränderung der diffus reflektierten IR-Strahlung an dem Punkt TLa (für den linken Spiegel 19) oder TRa (für den rechten Spiegel 19) auftritt, beispielsweise weil die Oberseite (zwischen TRa und TLa) stärker mit IR-Strahlung bestrahlt wird, als die Seitenfläche (zwischen TLa und BLa oder zwischen TRa und BRa), so kann die andere Einheit 6 entfallen, da die eine Einheit 6 selbst die Position und sowohl h, als auch w messen kann.
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel, das nur einen polygonalen Spiegel 19 verwendet, ist es möglich, mehrere Detektoren für jede Wellenlänge in der Vorrichtung 22 vorzusehen. Auf diese Weise kann, wie in Zusammenhang mit der 7 beschrieben, entweder die optische Auflösung verbessert werden, wodurch die Erkennung sehr kleiner Objekte wie sie in Strömen fragmentier ten Materials vorhanden sein können, oder die selbe Auflösung eines Abtastmoduls 6 kann beibehalten werden, während der Abstand zwischen dem Spiegel 19 und dem Material vergrößert wird.
  • Wie in 5 dargestellt, fällt Abfall, der von einem ersten Förderband 30, das unter einem kleinen Winkel β in bezug auf die Vertikale geneigt ist, auf eine Kuppel 31, die über einem konischen oder elliptischen Deflektor 32 vorgesehen ist, so dass der Abfall in einem im wesentlichen konstanten Radius um eine vertikale Achse V des Deflektors 32 verteilt wird. Die Kuppel 31 ist mit nach außen divergierenden Führungsplatten 33 versehen, um das Abfallmaterial gleichmäßiger um den konischen oder elliptischen Deflektor 32 zu verteilen. Eine größere Sortierkapazität kann durch das Vorsehen der Platten 33 erreicht werden, da die Neigung des Abfallmaterials zur Konzentration in der Mitte der Vorderseite des Umfangs des Deflektors 32 verringert wird, anders ausgedrückt: mehr Abfallmaterial kann sortiert werden, da das Abfallmaterial in dem über den Deflektor 32 laufenden Strom dichter ist, ohne dass sich Bereiche des Abfallmaterials überlappen. Unter dem Deflektor befindet sich ein Gehäuse 34, dessen Vorderwand 34a im wesentlichen koaxial mit der Achse V ist und mit einem horizontalen Schlitz 36 versehen ist, der ebenfalls koaxial mit der Achse V ist und sich auf der gleichen Höhe befindet wie ein zylindrischer polygonaler Drehspiegel 19, der mit der Achse V koaxial ist und um diese dreht, und eine optische Detektionsvorrichtung 22. Das Gehäuse 34 enthält ferner Lampen 38 zum Beleuchten des frei an dem Schlitz 6 vorbei fallenden Materials. Von dem fallenden Material reflektierte Strahlung wird sodann auf den Spiegel 19 reflektiert, welcher das fallende Material aus einer im wesentlichen konstanten Entfernung von dem Material in der horizontalen Ebene des Schlitzes 36 abtastet. Unter dem Gehäuse 34 befindet sich eine Anzahl von Luftstrahldüsenanordnungen 40, die parallel zu dem Schlitz 36 mit im wesentlichen dem selben Radius von der Achse V angeordnet sind. Radial nach außen jenseits des fallenden Materials ist eine Anzahl von Kollektorschilden 42 vorgesehen, die radial auswärts mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Je größer der Radius von der Achse V ist, desto höher erstreckt sich der Schild 42.
  • Im Gebrauch werden die Zusammensetzung des an dem Schlitz 36 vorbei fallenden Materials und/oder die relative Position von an dem Schlitz 36 vorbei fallenden Objekten 14 erkannt und die Düsen der Anordnungen 40 entsprechend aktiviert, um die Objekte 14 in Räume zwischen den Schilden 42 und auf der Außenseite des äußersten Schildes 42 zu sortieren, wobei das übrige Material einfach weiter vertikal in das Innere des innersten Schildes 42 fällt.
  • Die Abwärtsneigung des Bandes 30 ist vorgesehen, um die abwärts gerichtete Beschleunigung des Materials beim Verlassen des Bandes zu fördern. Die abwärts gerichtete Beschleunigung erhöht die vertikale Geschwindigkeit des Materials und somit die Kapazität der Vorrichtung. Es kann ebenfalls vorteilhaft sein, einen relativ großen Radius der vorderen Endrolle 44 des Bandförderers vorzusehen, um eine derartige abwärts gerichtete Beschleunigung zu unterstützen und das Rollen der Objekte 14 zu verringern.
  • Die Verwendung der mit Platten versehenen Kuppel 31 und des Deflektors 32 unterstützt die Verteilung von Material in eine frei fallende Verteilung, die mit der Achse V koaxial ist. Dies hat den Vorteil, dass, da der Spiegel 19 ebenfalls mit der Achse V koaxial ist, kein wesentlicher parallaktischer Fehler auftritt. Anstatt die Lampen 38 in dem Gehäuse 34 anzubringen, können diese außerhalb desselben montiert werden.
  • Bei der Version nach 5 können die Detektionseinrichtung, die Beleuchtungseinrichtung und die Ausstoßeinrichtung zu einer Einheit zusammengefügt sein. Es wird angenommen, dass das Ausstoßen von mehr als einem Anteil des Materials vorteilhaft auf verschiedenen Höhen während des Fallens des Materials erfolgen sollte. Jedoch kann eine Überwachung durch eine Kamera erforderlich sein, um ein genaueres Ausstoßen zu erreichen, insbesondere, wenn mehr als zwei gewünschte Anteile ausgestoßen werden sollen.
  • Das System nach 5 hat den besonderen Vorteil, dass es weniger Fläche benötigt als ein äquivalentes horizontales System.
  • Zwar ist die in 6 dargestellte Abwandlung in Zusammenhang mit Material auf einem Förderband 8 dargestellt, jedoch ist sie auch auf eine Rutsche herab bewegtes oder frei fallendes Material anwendbar. Ein polygonaler Spiegel 19 ist wiederum das Material abtastende dargestellt; in diesem Fall jedoch empfängt der Spiegel 19 nicht nur reflektiertes Licht von dem Material auf dem Band 8 und reflektiert es zu der optischen Detektionsvorrichtung 22, sondern er empfängt auch die das Material beleuchtende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, von zwei Kollimatoren 46 und reflektiert die kollimierten Lichtstrahlen B auf einen in Querrichtung abtastenden Punkt auf dem Material. Diese Alternative zum Vorsehen von stationären Lichtquellen hat den Vorteil, dass die Beleuchtungsenergieanforderungen bei gleichem Intensitätspegel der reflektierten Strahlung an der Vorrichtung 22 erheblich verringert sind. Die Verwendung des hexagonalen Spiegels (möglicherweise über einen anderen Spiegel zwischen diesem und dem sich bewegenden Material) zum Reflektieren sowohl der Beleuchtungsstrahlen, als auch der Rückstrahlen hat den Vorteil, dass eine vollkommen zuverlässige Synchronisierung derselben erreicht wird. Alternativ ist es möglich, zwei separate polygonale Spiegel, einen für die Beleuchtungsstrahlen und einen für die Rückstrahlen, auf entweder dem gleichen Drehkörper oder verschiedenen Drehkörpern zu verwenden, jedoch wäre im letzteren Fall eine Art von Synchronisieranordnung zusätzlich erforderlich. Egal welche Lichtquellen verwendet werden, seien es die Kollimatoren 46 oder andere, kann die direkte Strahlungsreflexion auf die Teiler in der Vorrichtung 22 das Problem des Sättigens der Empfindlichkeit der Detektoren bewirken, weshalb in diesem Fall eine derartige direkte Reflexion vermieden werden muss. Dies kann erreicht werden, indem die Lichtquellen in bezug auf die Strahlteiler versetzt angeordnet werden, wie in 6 dargestellt. Falls gewünscht, können die separaten Kollimatoren 46 durch einen ringförmigen Kollimator ersetzt werden, der um den Strahlungseingang der Vorrichtung 22 zentriert ist.
  • Bei der in 7 dargestellten erfindungsgemäßen Abwandlung (die wiederum auf Material auf dem Band 8 oder auf eine Rutsche herab bewegtes oder frei fallendes Material anwendbar ist) weist die Einheit 6 zusätzlich zu dem Spiegel 19 und dem (nicht dargestellten) Mikroprozessor 26 zwei nebeneinander liegende Vorrichtungen 22 auf, die zum gleichzeitigen Empfangen von diffus reflektierter Strahlung von jeweiligen Detektionspunkten 101 und 102 angeordnet sind, welche einander benachbart entlang dem Weg P angeordnet sind, so dass zwei (nicht dargestellte) Filter/Detektoren 21 für die oder jede erkannte elektromagnetische Strahlungswellenlänge vorhanden sind. Bei fortschreitendem Abtasten werden unterschiedliche Detektionszonen, d.h. Paare von Detektionspunkten, entlang dem Weg P inspiziert. Nach einer (nicht dargestellten) Variante dieser Abwandlung sind die beiden Vorrichtungen 22 durch eine einzelne Vorrichtung 22 ersetzt, die Doppel-Filter/Detektoren 21 enthält.
  • Wie in 8 dargestellt, emittiert bei dieser Version ein Modul 50 einen in Querrichtung abtastenden Strahl B elektromagnetischer Strahlung, die für eine Kamera 52 sichtbar ist, welche schräg zur Richtung D gerichtet und in einer vertikalen Mittelebene des Bandes 8 angeordnet ist. Der Strahl B bestrahlt einen Weg P', der an der Detektionsstation 2 quer über das Band 8 und generell an jedem von dem Band 8 bewegten Objekt 14 hinauf, über dieses und an diesem herab verläuft. Die Kamera 52 kann auf diese Weise verwendet werden, um das allgemeine Profil jedes Objekts zu erkennen, beispielsweise ob es einen rechteckigen Querschnitt, wie der mit giebelförmiger Oberseite ausgebildete Karton 14a, einen im wesentlichen konstanten kreisförmigen Querschnitt, wie die Dose 14b, oder einen variierenden kreisförmigen Querschnitt aufweist, wie die Flasche 14c. Die Kamera 52 erkennt auch die Positionen der Objekte 14. Es ist somit möglich, diese Objekte voneinander zu trennen. Wenn das Modul 50 die gleiche Fähigkeit hat wie das Modul 6, unter Einbeziehung der Abwandlung nach 6, nämlich die Zusammensetzungen der Objekte 14 aus diffus reflektierter elektromagnetischer Strahlung des Strahls B zu bestimmen, können zusätzlich die Zusammensetzungen der Objekte sowie deren allgemeine Profile und Positionen bestimmt werden. Diese Version ist selbstverständlich nicht nur auf Material anwendbar, das auf dem Band 9 transportiert wird, sondern auch auf eine Rutsche herab oder frei fallend bewegtes Material.
  • Die in den 9 bis 11 dargestellte Version unterscheidet sich von derjenigen der 5 hauptsächlich darin, dass die Strahlung, welche sichtbares Licht L umfasst, das zu inspizierende Material 14 passiert. Die Lichtquelle 60 ist somit außerhalb des Gehäuses 34 angeordnet, welches den polygonalen Drehspiegel 19 und die Detektionsvorrichtung 22 enthält. Die Lichtquelle 60 weist zwei horizontale Fluoreszenzröhren 62 auf, die sich jeweils über die gesamte Breite des Materialstroms 14 erstrecken und bis auf einen horizontalen schlitzförmigen Auslass 66 für das Licht von einem horizontalen Gehäuse 64 umgeben sind. Die Röhren 62 sind jeweils über und unter dem Auslass 66 angeordnet und die Innenfläche des Gehäuses 64 reflektiert sichtbares Licht. Somit ist das aus dem Auslass 66 austretende Licht L in gewissem Maß kollimiert. Die Verwendung von im wesentlichen senkrecht auf den Materialstrom 14 fallendem relativ kollimiertem Licht sollte eine zuverlässige Analyse erleichtern. Das Licht passiert den Schlitz 36 zu einer Fresnel-Linse 68, die sich über die Breite des Materialstroms 14 erstreckt und, zumindest in einer horizontalen Ebene, das Licht L auf eine Innenwand 70 konvergieren lässt, die mit einer inneren Öffnung 71 in Form eines horizontalen Schlitzes versehen ist, von welcher das Licht weiter in Richtung des polygonalen Spiegels 19 konvergiert. Die Anordnung ist derart gestaltet, dass die Teile 64a des Gehäuses 64 verhindern dass sich das Licht L direkt von den Fluoreszenzröhren 62 zu der Detektionsvorrichtung 22 bewegt. Besonders vorteilhaft liegt das Material 14 in Form zerdrückter Flaschen verschiedener Farben aus relativ transparentem Kunststoff vor. Die das Förderband 30 verlassenden Flaschen treffen auf eine kurze Führung 72, welche das Drehen der zerdrückten Flaschen um ihre eigenen Achsen verhindert; dies verringert die Erzeugung falscher Daten der Vorrichtung 22. In Abhängigkeit von den Farben der durch die Inspektion der Flaschen erkannten Farben, sortieren/sortiert die Luftstrahldüsenanordnung/-en 40 das Material 14 in einen oder mehrere gewünschte Farbanteile 72 und einen verbleibenden Anteil 74.
  • Im Betrieb werden drei Wellenlängen der Strahlung, d.h. drei Farben, analysiert, die sämtlich im Spektrum (400 bis 700 nm) des sichtbaren Lichts liegen.
  • Es wird angenommen, dass durch das Vorsehen wenigstens zweier Fluoreszenzröhren 62 und durch das Verwenden nur diffus reflektierten Lichts zum Durchdringen der Objekte, bei einem Mischen des Lichts der mehreren Röhren 62, der Effekt des Alterns der Röhren 62 reduziert wird.
  • Die Vorderwand 34a hilft, ein Verschmutzen der Linse 68 durch das Material 14 zu verhindern, während die Innenwand 70 Streureflexionen und Mehrfachbilder unterdrückt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich das in den 5 und 9 frei fallende Material 14 auf der Detektionshöhe mehr vertikal als horizontal bewegt. Dies hat den Vorteil, dass ein relativ geringer Platz von der Vorrichtung eingenommen wird, was in Wiederverwertungsanlagen oder in Lastkraftwagen ein besonders vorteilhaftes Merkmal ist, in welchen üblicherweise viel vertikaler Platz, jedoch wenig horizontaler Platz vorhanden ist. Ferner ist dies die bevorzugte Anordnung, wenn die Vorrichtung mittels Luftstrahldüsenanordnungen 40 mehrere Anteile des Materials 14 auf der Basis einer Abtastung des Materials ausstoßen soll.
  • Bei der in 12 dargestellten Version bewegen sich die Strahle B des veränderten Detektionsmediums, die von der Detektionsvorrichtung 22 empfangen werden und aus den jeweiligen Detektionszonen Z kommen, entlang jeweiliger Wege von dem Materialstrom zu dem polygonalen Drehspiegel 19, wobei die Wege von dem Materialstrom zu dem Spiegel 19 kontinuierlich aufeinander zu konvergieren, obwohl sich in diesem Fall die Strahlen B über einer planaren Spiegel 80 von dem Materialstrom zu dem Spiegel 19 bewegen. Diese Version ist selbstverständlich nicht nur auf Material anwendbar, das mittels dem Band 8 bewegt wird, sondern auch auf Material, das sich eine Rutsche herab oder frei fallend bewegt.

Claims (32)

  1. Vorrichtung zur automatischen Inspektion eines aus Objekten (14) gebildeten Materialstroms (14) und zum automatischen Sortieren der Objekte (14), mit einer Sendeeinrichtung (38, 50, 60) zum Ausgeben eines an dem Material (14) aktiven Detektionsmediums, das ein Wellenlängenspektrum elektromagnetischer Strahlung umfasst, einer Empfangseinrichtung in Form eines polygonalen Drehspiegels (19), der von mehreren Detektionszonen (Z) an dem Material (14) ein Wellenlängenspektrum des Detektionsmediums empfängt, das durch Variationen in dem Material (14) verändert ist, mehreren Detektionseinrichtungen (21, 22) zum Empfangen des veränderten Mediums durch Reflexion von dem Spiegel (19), um jeweilige Wellenlängen des veränderten Mediums im wesentlichen gleichzeitig zu detektieren und um Detektionsdaten bezüglich der Wellenlängen im wesentlichen gleichzeitig und in Abhängigkeit von den Variationen des Mediums zu erzeugen, einer Datenerfassungseinrichtung (26), die mit den Detektionseinrichtungen (21, 22) verbunden ist und die Detektionsdaten von dieser erhält, und Entfernungseinrichtungen (10, 40) zum Entfernen von Objekten (14) aus dem Strom in Abhängigkeit von den Detektionsdaten, wobei die Anordnung derart ist, dass die Strahlen (B) des veränderten Mediums, die von den Detektionseinrichtungen (21, 22) empfangen werden und von den jeweiligen Detektionsbereichen (Z) kommen, entlang jeweiliger Wege von dem Material (14) zu dem Spiegel (19) laufen, wobei die Wege von dem Material (14) zu dem Spiegel (19) kontinuierlich aufeinander zu laufen, wobei die Detektionseinrichtungen (21, 22) in der Vorrichtung mehrere Detektoren (21) aufweisen, die derart angeordnet sind, dass sie gleichzeitig das veränderte Medium von jeweiligen Gruppen von Detektionspunkten (101, 102) empfangen, wobei jede der Gruppen mehrere Detektionspunkte (101, 102) umfasst, die den jeweiligen Detektoren (21) ent sprechen und einander benachbart entlang eines Weges (P) angeordnet sind, der quer zu dem Strom verläuft und eine der Detektionszonen (Z) bildet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Spiegel (19) das veränderte Medium direkt von dem Material (14) empfängt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und ferner mit mindestens einem planaren Spiegel (80), mittels welchem die Strahlen von dem Material (14) zu dem polygonalen Drehspiegel (19) gelangen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Sendeeinrichtung (50) das Medium in Form eines Abtaststrahls (B) emittiert, welcher die Detektionszonen (Z) abtastet.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Sendeeinrichtung (50) das Medium in Form mehrerer Abtaststrahlen (B) emittiert, welche zueinander koextensiv sind und die Detektionszonen (Z) abtasten.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ferner mit einer Kamera (4, 52) zum Detektieren räumlicher Charakteristiken einzelner das Material (14) bildender Objekte und zum Erzeugen weiterer Detektionsdaten in Abhängigkeit von den detektierten räumlichen Charakteristiken, wobei die Datenerfassungseinrichtung (26) die erstgenannten Detektionsdaten zum Erkennen von Variationen in der Zusammensetzung des Materials (14) verwendet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Sendeeinrichtung (38, 60) und der polygonale Drehspiegel (19) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Materials (14) angeordnet sind, wobei die Vorrichtung ferner eine Abschirmeinrichtung (34a) aufweist, welche verhindert, dass die Detek tionseinrichtungen (21, 22) das Medium direkt von der Sendeeinrichtung (38, 60) empfangen.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ferner mit einem zweiten polygonalen Drehspiegel (19) zum Empfangen von Detektionsmedium, das durch Variationen in dem Material (14) verändert wurde, und mit zweiten Detektionseinrichtungen (21, 22), welche das veränderte Medium durch Reflexion von dem zweiten polygonalen Drehspiegel (19) empfangen, um andere Detektionsdaten in Abhängigkeit von den Variationen des Mediums zu erzeugen, wobei die Datenerfassungseinrichtung (26) mit den zweiten Detektionseinrichtungen (21, 22) verbunden ist und zum Erhalten der anderen Detektionsdaten von diesen dient.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, welche derart angeordnet ist, dass Strahlen des veränderten Mediums, die an den zweiten Detektionseinrichtungen (21, 22) empfangen werden und von jeweiligen Detektionszonen (Z) kommen, entlang jeweiliger Wege von dem Material (14) zu dem zweiten polygonalen Drehspiegel (19) laufen, wobei die Wege von dem Material (14) zu dem zweiten Drehspiegel (19) kontinuierlich aufeinander zu laufen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher der erstgenannte polygonale Drehspiegel (19) und die erstgenannten Detektionseinrichtungen (21, 22) Teile einer ersten Inspektionsanordnung (6) sind, wobei der zweite polygonale Drehspiegel (19) und die zweiten Detektionseinrichtungen (21, 22) Teile einer zweiten Inspektionsanordnung (6) sind, und wobei die erste und die zweite Inspektionsanordnung (6) nebeneinander angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste und die zweite Inspektionsanordnung (6) jeweils Module sind.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ferner mit einer Detektionsstation (2), welche den polygonalen Drehspiegel (19) und die Detektionseinrichtungen (21, 22) umfasst, und durch welche sich das Material (14) in Transportrichtung (D) vorbewegt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Drehachse (R, A) des oder jedes polygonalen Drehspiegels (19) im wesentlichen auf der Achse seines Polygons liegt und sich in der Transportrichtung (D) erstreckt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, welche derart angeordnet ist, dass das Material (14) frei durch die Detektionsstation (2) fällt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14 und ferner mit einer Verteilungseinrichtung (31, 32, 33), die derart angeordnet ist, dass sie das freie Fallen des Materials (14) in einer gebogenen Verteilung um eine vertikale Achse (V) bewirkt.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Verteilungseinrichtung (31, 32, 33) derart angeordnet ist, dass sie die Verteilung mit einem konstanten Radius von der vertikalen Achse (V) bewirkt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wenn auf Anspruch 8 bezogen, bei der die Transportrichtung (D) unter einem Winkel (β) zur Vertikalen verläuft, und wobei die erstgenannten Detektionsdaten und die anderen Detektionsdaten verwendet werden, um eine Angabe über die Höhe einer gemeinsamen Zone des Materials (14) zu erhalten.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Sendeeinrichtung (38) zum Ausgeben von sichtbarem Licht als das Detektionsmedium dient, und wobei die Datenerfassungseinrichtung (26) eine im wesentlichen gleichzeitige Analyse mehrerer Wellenlängen im Spektrum des sichtbaren Lichts durchführt.
  19. Verfahren zur automatischen Inspektion eines aus Objekten (14) gebildeten Materialstroms (14) und zum automatischen Sortieren der Objekte (14), umfassend das Ausgeben eines an dem Material (14) aktiven Detektionsmediums, das ein Wellenlängenspektrum elektromagnetischer Strahlung umfasst, von einer Sendeeinrichtung (38), wobei das Medium durch Variationen in dem Material (14) verändert wird, das Empfangen eines Wellenlängenspektrums des variierten Mediums von mehreren Detektionszonen (Z) an dem Material (14) durch eine Empfangseinrichtung in Form eines polygonalen Drehspiegels (19), das Reflektieren des Wellenlängenspektrums des veränderten Mediums von dem Spiegel (19) zu mehreren Detektionseinrichtungen (21, 22), das im wesentlichen gleichzeitige Detektieren mehrerer diskreter Wellenlängen des veränderten Mediums an den Detektionseinrichtungen (21, 22), das im wesentlichen gleichzeitige Erzeugen von Detektionsdaten von den Detektionseinrichtungen (21, 22) in Bezug auf die mehreren diskreten Wellenlängen und in Abhängigkeit von den Variationen des Mediums, und das Entfernen von Objekten (14) aus dem Strom in Abhängigkeit von den Detektionsdaten, wobei die Strahlen (B) des veränderten Mediums, die an den Detektionseinrichtungen (21, 22) empfangen werden und von den jeweiligen Detektionszonen (Z) kommen, entlang jeweiliger Wege von dem Material (14) zu dem Spiegel (19) laufen, wobei die Wege von dem Material (14) zu dem Spiegel (19) kontinuierlich aufeinander zu laufen, wobei bei dem Verfahren jede Detektionszone (Z) in Form einer Gruppe von Detektionspunkten (101, 102) vorliegt, die nebeneinander entlang einem quer zu dem Strom verlaufenden Weg (P) angeordnet sind, und wobei das von sämtlichen Detektionspunkten (101, 102) in jeder Gruppe kommende veränderte Medium gleichzeitig an jeweiligen Detektoren (21) der Detektionseinrichtungen (21, 22) empfangen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Strahlen (B) direkt von dem Material zu dem Spiegel (19) laufen.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem das Medium in Form eines Abtaststrahls (B) emittiert wird, welcher die Detektionszonen (Z) abtastet.
  22. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem das Medium in Form mehrerer Abtaststrahlen (B) emittiert wird, welche zueinander im wesentlichen koextensiv sind und die Detektionszonen (Z) abtasten.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem das Material (14) Granulate umfasst.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem das Material (14) einzelne Objekte umfasst, die Detektionsdaten zum Bestimmen von Variationen in der Zusammensetzung des Materials verwendet werden, eine Kamera (4, 52) zum Erkennen von räumlichen Charakteristiken der Objekte verwendet wird, und ferner Detektionsdaten in Abhängigkeit von den erkannten räumlichen Charakteristiken erzeugt werden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die räumlichen Charakteristiken Profile der jeweiligen Objekte (14) enthalten.
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die räumlichen Charakteristiken Relativpositionen der Objekte (14) enthalten.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem mindestens ein Teil des emittierten Mediums das Material (14) durchdringt und an dem polygonalen Drehspiegel (19) empfangen wird, und wobei verhindert wird, dass die Detektionseinrichtungen (21, 22) das Medium direkt von der Sendeeinrichtung (38, 60) empfangen.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem das Medium an den mehreren Detektionszonen (Z) aktiv ist, während das Material (14) an einer Detektionsebene frei fällt.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das Material (14) frei mit einer gebogenen Verteilung um eine vertikale Achse (V) fällt.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem die Verteilung einen im wesentlichen konstanten Radius von der Achse (V) hat.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem das Material (14) ein Objekt (14a) umfasst, dessen Flächen voneinander verschieden ausgerichtet sind, wobei das Medium in seiner Stärke in Abhängigkeit von den jeweiligen Ausrichtungen der Flächen verändert wird, und wobei die Detektionsdaten verwendet werden, um eine Angabe über eine Abmessung (h, w) des Objekts (14a) zu erhalten.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, bei dem das Detektionsmedium sichtbares Licht ist und die Analyse mehrerer Wellenlängen im Spektrum des sichtbaren Lichts im wesentlichen gleichzeitig an dem veränderten Medium erfolgt.
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