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Die
Erfindung betrifft die automatische Inspektion von Material, beispielsweise
die automatische Inspektion und Sortierung von separaten Objekten
unterschiedlicher Zusammensetzungen, beispielsweise Abfallobjekte.
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Bei
dem gegenwärtigen
Fokus auf dem Sammeln und Wiederverwerten von Abfall, ist die Kosteneffizienz
der Abfallsortierung zu einem wesentlichen wirtschaftlichen Parameter
geworden.
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In
dem "Dualen System" in Deutschland wird sämtlicher
wiederverwertbarer "nicht
biologischer" Verpackungsmüll, ausschließlich Glasbehälter und Zeitungen,
gesammelt und in mehr als 300 Sortieranlagen sortiert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
wird das Material durch eine Detektionsstation bewegt, an welcher
das Detektionsmedium aktiv ist.
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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.
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Die
Objekte können
verschiedene Materialien umfassen und mindestens eines der Materialien kann
aus den Daten identifiziert werden.
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Die
Sendeeinrichtung kann einen Abtaststrahl eines Detektionsmediums
zum Abtasten des Materials emittieren.
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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.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
wird das Material durch eine Detektionsstation bewegt, an welcher
das Detektionsmedium aktiv ist.
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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.
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Die
räumlichen
Eigenschaften können
Profile der jeweiligen Objekte oder der relativen Positionen der
Objekte.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Vielzahl verschiedener Systeme
zum automatischen Inspizieren von Material anwendbar.
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Durch
das Verwenden mehrerer Sensoren und/oder einer Abtastanordnung ist
es möglich,
eine hohe Anzahl von Detektionspunkten vorzusehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Detektionsdatenverarbeitungssystem bestimmt erwünschte/unerwünschte Zusammensetzungen
in jeder Detektionszone.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zur
klaren und vollständigen
Offenbarung der Erfindung wird im folgenden als Beispiel auf die zugehörigen Zeichnungen
Bezug genommen, welche zeigen:
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1 – eine schematische
Darstellung, in perspektivischer Sicht von oben, eines Systems zum automatischen
Sortieren von Abfallobjekten unterschiedlicher Zusammensetzung;
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
durchschnittliche Mindestobjekthöhe von
beispielsweise 3 cm kann als Referenz voreingestellt werden, um
den parallaktischen Fehler teilweise zu korrigieren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
System nach 5 hat den besonderen Vorteil,
dass es weniger Fläche
benötigt
als ein äquivalentes
horizontales System.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Betrieb werden drei Wellenlängen
der Strahlung, d.h. drei Farben, analysiert, die sämtlich im
Spektrum (400 bis 700 nm) des sichtbaren Lichts liegen.
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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.
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Die
Vorderwand 34a hilft, ein Verschmutzen der Linse 68 durch
das Material 14 zu verhindern, während die Innenwand 70 Streureflexionen
und Mehrfachbilder unterdrückt.
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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.
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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.