DE69508594T2

DE69508594T2 - Bestimmung der eigenschaften von materialien

Info

Publication number: DE69508594T2
Application number: DE69508594T
Authority: DE
Inventors: Geir Foss-Pedersen; Ib-Rune Johansen; Clas Mender; Jon Tschudi; Borre Ulrichsen
Original assignee: Tiedemanns Jon H Andresen ANS
Current assignee: Titech Visionsort As Oslo/oslo No
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2015-08-22
Also published as: JPH10506832A; DE69520757D1; DK0776257T3; EP0876852B1; EP0776257A2; NO970654L; US6060677A; EP0876852A1; EP0776257B1; CA2197862A1; ATE200637T1; DE69508594D1; CA2197862C; AU3189095A; US7262380B1; GR3030301T3; DK0876852T3; GR3036179T3; US6353197B1; WO1996006689A2

Description

Die Erfindung betrifft die automatische Prüfung von Material, z. B. von Abfall-Gegenständen, oder die automatische Prüfung von bahnförmigem, z. B. streifenförmigem Material, in Hinblick auf die Zusammensetzung der Oberflächenschicht, z. B. auf die Dicke der Oberflächenschicht.
Aufgrund des derzeitigen Interesses am Sammeln und Recyceln von Abfall hat sich die Effektivität der Abfallsortierung zu einem wesentlichen ökonomischen Parameter entwickelt.
Bei dem "Dualen System" in Deutschland wird sämtlicher recycelbare "nichtbiologische" Verpackungsmüll mit Ausnahme von Glasbehältern und Druckerzeugnissen gesammelt und in einer von mehr als 300 Sortieranlagen sortiert.
Gegenstände können sortiert werden auf der Basis von
Größe,
Dichte/Gewicht,
Metallgehalt (anhand des Wirbelstromeffektes),
Eisenmetallgehalt (mittels magnetischer Trennung),
doch derzeit werden die meisten Gegenstände, z. B. Kunststoffflaschen und Getränkekartons, manuell sortiert. Einige Getränkekartons enthalten eine Aluminiumbarriere und können durch Wirbelstrominduktion aus dem Abfall-Strom entfernt werden.
Generell bilden Getränkekartons in ihrer einfacheren Form einen Verbundkörper aus Karton, der an seinen Innen- und Außenflächen Polymerbeschichtungen aufweist.
Das Durchführen einer positiven Identifizierung mittels automatischer Einrichtungen ist sehr schwierig. Die äußere Form ist normalerweise ziemlich verzerrt, wodurch jede auf Kamera- Basis durchgeführte Erkennung sehr kompliziert wird, falls das Bedruckungsmuster nicht in einer speziell erkennbaren Art ausgebildet ist oder der Karton nicht mit einem erkennbaren Markierung oder einem Tracer versehen ist.
Derzeit existieren mehrere Sortiersysteme, die eine Anzahl unterschiedlicher Kunststoff-Flaschen/Gegenstände voneinander separieren können, wenn diese nacheinander (d. h. ein Teil nach dem anderen) eintreffen. Die Detektion basiert auf einer Analyse des reflektierten Infrarot-Spektrums. Zum Separieren der verschiedenen Polymere muß eine ziemlich anspruchsvolle Varianz-Analyse durchgeführt werden, und somit werden die Detektionssysteme kostenaufwendig. Die zugeführten Gegenstände werden nacheinander unter dem Infrarotspektraldetektor hindurchgeführt, so daß eine Infrarotstrahlung auf die Gegenstände ausgegeben wird, und die relativen Intensitäten gewählter Wellenlängen der reflektierten Infrarotstrahlung werden verwendet, um die jeweiligen Kunststoff-Komponenten der unter dem Detektionskopf hindurchgeführten Kunststoff-Gegenstände zu bestimmen. Stromabwärts von dem Detektionskopf sind mehrere Luft-Strahle vorgesehen, die die einzelnen Kunststoff-Gegenstände je nach den Kunststoffen, die den Haupt-Materialanteil des Gegenstandes bilden, in entsprechende Fächer blasen.
US-A-5,134,291 beschreibt ein ähnliches System, bei dem es, obwohl die zu sortierenden Gegenstände aus jedem beliebigen Material - z. B. Metall, Papier, Kunststoff oder jeder Kombination aus diesen - bestehen können, kritisch ist, daß mindestens einige der Gegenstände vorwiegend aus PET (Polyethylen terephthalat) und PS (Polystyrol) bestehen sowie vorwiegend aus mindestens zweien der folgenden Materialien bestehen: PVC (Polyvinylchlorid), PE (Polyethylen) und PP (-Polypropylen), wobei es z. B. um einen der folgenden Gegenstände handeln kann: einen vorwiegend aus PET bestehenden Gegenstand, einen vorwiegend aus PS bestehenden Gegenstand, einen vorwiegend aus PVC bestehenden Gegenstand und einen vorwiegend aus PE bestehenden Gegenstand. Eine Quelle von NIR (nahes Infrarot), vorzugsweise eine Wolfram-Lampe, strahlt NIR-Strahlung auf einen Förderer, der die Gegenstände nacheinander vorbewegt, welche die NIR-Strahlung in einen Detektor reflektieren, der in Form eines Abtastgitter-NIR-Spektrometers oder eines Dioden-Array- NIR-Spektrometers ausgebildet ist. Der Detektor ist mit einem Digitalcomputer verbunden, der mit einer Folge von Magnetventilen zur Steuerung einer Reihe luftbetätigter Schieber verbunden ist, die entlang des Förderers gegenüber einer Reihe von querverlaufenden Förderern angeordnet sind. Die diffuse Reflektivität der bestrahlten Gegenstände in dem NIR-Bereich wird gemessen, um die einzelnen Kunststoffe in jedem Gegenstand zu identifizieren, und das entsprechende Magnetventil und somit der Schieber werden derart betätigt, daß dieser Gegenstand seitlich von dem Förderer auf den korrekten querverlaufenden Förderer geführt wird. Der Computer kann Daten in Form diskreter Wellenlängenmessungen und in Form von Spektren handhaben. Ein Meßwert einer Wellenlänge kann in einen Meßwert einer anderen Wellenlänge umgesetzt werden. Vorzugsweise jedoch werden die Daten in Form von Spektren gehandhabt, und die Spektren werden durch Analogsignalverarbeitung und Digitalmustererkennung derart behandelt, daß die Unterschiede stärker hervorgehoben werden und die resultierende Identifikation zuverlässiger wird.
DE-A-43 12 915 beschreibt eine Trennung von Kunststoffen, insbesondere von Kunststoff-Abfall, in separate Typen, die auf der Basis der Tatsache vorgenommen wird, daß einige Typen von Kunststoffen charakteristische IR-Spektren aufweisen. Bei dem IR-spektroskopischen Verfahren wird die Intensität diffus reflektierter Strahlung von jedem Untersuchungsgegenstand gleichzeitig bei einer diskreten Anzahl von NIR-Wellenlängen gemessen, und die gemessenen Intensitäten werden verglichen. Die Messungen werden bei Wellenlängen durchgeführt, bei denen die jeweiligen Typen von Kunststoffen die minimalen Intensitäten der reflektierten Strahlung erzeugen. Falls. z. B. drei verschiedene Kunststoffe getrennt werden sollen, wird jeder Untersuchungsgegenstand bei drei Wellenlängen gleichzeitig gemessen, wodurch ein Typ von Kunststoffen in einem ersten Vergleich identifiziert wird, in dem die Intensität der reflektierten Strahlung bei der niedrigsten Wellenlänge mit der Strahlung bei der zweitniedrigsten Wellenlänge verglichen wird, und die anderen beiden Typen von Kunststoff werden in einem zweiten Vergleich bestimmt, in dem die größere Intensität bei einer Wellenlänge aus dem ersten Vergleich mit der Intensität bei der dritten Wellenlänge verglichen wird. Zum Messen der Lichtes bei bestimmten Wellenlängen können jeweilige Detektoren Schmalbandpaßfilter für die jeweils erforderlichen Wellenlängen aufweisen, und jeweilige Einzel-Kabel eines Kabels mit aufgeteilten Optikfasern sind den jeweiligen Detektoren zugeordnet, wobei der Kabeleinlaß in dem Strahlenweg einer Linse zum Detektieren des von dem Untersuchungsgegenstand reflektierten Lichtes liegt. Alternativ ist ein lichtdispergierendes Element, z. B. ein Prisma oder Gitter, in dem Strahlenweg hinter der Linse plaziert, und mehrere Detektoren sind derart angeordnet, daß sie die NIR-Strahlung der erforderlichen Wellenlängen detektieren. Die Sortieranlagen werden unter Verwendung der aus den Vergleichen erhaltenen Detektionsdaten gesteuert. Als weiteres Beispiel können fünf unterschiedliche Kunststoffe, nämlich PA (Polyamid), PE, PS, PP und PETP getrennt werden, wobei Meßpunkte an fünf unterschiedlichen Wellenlängen zwischen 1500 nm und 1800 nm verwendet werden.
EP-A-557738 beschreibt ein automatisches Sortierverfahren mit substanzspezifischer Separierung unterschiedlicher Kunststoff- Komponenten, die insbesondere aus Haushalts- und Industrieabfall stammen. Bei diesem Verfahren wird Licht auf die Kunststoff-Komponenten abgestrahlt, oder die Kunststoff-Komponenten werden über die Raumtemperatur hinaus geheizt, und von den Kunststoff-Komponenten emittiertes Licht und/oder durch diese hindurchgelassenes Licht (bei einer Ausführungsform, bei der das durch die Komponenten und durch ein Förderband für diese geschickte Licht gemessen wird) wird bei ausgewählten IR-Wellenlängen gemessen, und das Material der jeweiligen Kunststoff-Komponenten wird anhand der Unterschiede der Intensität (Kontrast) zwischen dem ausgegebenen und/oder absorbierten Licht identifiziert, das bei mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen gemessen wird. Das ausgegebene oder durchgelassene Licht wird von einer Kamera aufgenommen, die das Licht durch eine Linse hindurch auf einem Detektor wiedergibt. Es kann ein eindimensionaler Zeilendetektor verwendet werden, obwohl auch ein zweidimensionaler Matrixdetektor oder ein Ein- Element-Detektor mit Abtastfunktion verwendet werden können. Damit die Kamera Licht bei gewählten IR-Wellenlängen empfangen kann, können Interferenzfilter entweder vor der Lichtquelle oder vor der Linse oder dem Detektor verwendet werden. Gemäß einem Beispiel, bei dem das Material der Kunststoff-Komponenten aus den Intensitätsdifferenzen des ausgegebenen Lichtes bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen identifiziert wird, sind die Wellenlängen derart gewählt, daß sie einen maximalen Kontrast erzeugen. Dies bedeutet, daß eine Wellenlänge derart gewählt ist, daß die maximale Intensität des ausgegebenen Lichtes unter einem bestimmten Blickwinkel erreicht wird, während die andere Wellenlänge derart gewählt ist, daß unter diesem Blickwinkel die minimale. Intensität erreicht wird. Die. Änderung der Wellenlänge kann herbeigeführt werden, indem die Filter an einer drehenden Scheibe befestigt werden, wobei die Drehfrequenz mit der Abbildungsfrequenz des Detektors synchronisiert ist. Alternativ kann ein elektrisch ausgelöstes, dreh bares optisches Filter verwendet werden. Die von dem Detektor erzeugten elektrischen Signale werden einem elektronischen Signalprozessor zugeführt, digitalisiert und anschließend durch Bildverarbeitungssoftware ausgewertet. Es muß gewährleistet sein, daß die Kunststoff-Komponenten zum Zeitpunkt der Abbildung ungefähr die gleiche Temperatur aufweisen, da Unterschiede im Kontrast auch durch Temperaturdifferenzen verursacht werden können. Das Band sollte aus einem Material bestehen, das bei den einzelnen Wellenlängen einen konstanten Kontrast garantiert.
Ferner ist bereits ein System bekannt, bei dem eine Infrarotspektraldetektion von unterhalb der Gegenstände her durchgeführt wird, wobei die Gegenstände nacheinander über eine Öffnung bewegt werden und der IR-Strahl aufwärts durch diese Öffnung gerichtet wird. Auch in diesem Fall wird die reflektierte IR-Strahlung verwendet, um die Gegenstände gemäß den verschiedenen Kunststoffen, die in den verschiedenen Gegenständen enthalten sind, zu sortieren.
US-A-5,260,576, aus der der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 24 bekannt ist, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterscheiden und Trennen von Material-Gegenständen, die unterschiedliche Niveaus der Absorption hindurchtretender elektromagnetischer Strahlung aufweisen, wobei eine Strahlungsquelle zum Abstrahlen einer Bestrahlungszone verwendet wird, die quer zu einem Zuführweg verläuft, über den die Material- Gegenstände zugeführt oder entlangbewegt werden. Die Bestrahlungszone weist mehrere querverlaufende, beabstandete Strahlungsdetektoren auf, die die Strahlungs-Strahlen von der Strahlungsquelle empfangen. Die Material-Gegenstände werden durch die Bestrahlungszone hindurch zwischen der Strahlungsquelle und den Detektoren bewegt, und die Detektoren messen bei jedem durch die Bestrahlungszone hindurchbewegten Gegenstand einen oder mehrere der durchgelassenen Strahlen, um Verarbeitungssignale zu erzeugen, die mittels Signalanalyse vorrichtungen analysiert werden, um Signale zur Betätigung einer Trennvorrichtung zu erzeugen, mit der die bestrahlten Gegenstände je nach dem Niveau der Strahlungsabsorption jedes der Gegenstände zu verschiedenen Stellen hin ausgegeben werden. In der Beschreibung ist aufgeführt, daß Mischungen, die Metalle, Kunststoffe, Textilien, Papier und/oder andere derartige Abfallmaterialien enthalten, getrennt werden können, da die hindurchgeschickte elektromagnetische Strahlung typischerweise in unterschiedlichem Ausmaß durch die aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Gegenstände hindurchtritt; zu den erwähnten Beispielen zählen die Trennung von Aluminium-Getränkedosen aus Mischungen, die derartige Dosen und Kunststoffbehälter enthalten, und die Trennung chlorierter Kunststoffe aus gemischtem Stadt-Feststoffmüll. Die Quelle der hindurchgeschickten Strahlung kann eine Röntgenstrahlungsquelle, eine Mikrowellenquelle, eine Gammastrahlen ausgebende radioaktive Substanz oder eine Quelle von UV-Energie, IR-Energie oder sichtbaren Lichtes sein. Zu den angegebenen Beispielen von Material-Gegenständen, die erfolgreich getrennt worden sind, zählen recycelbare Kunststoff-Behälter, z. B. Polyester-Behälter und Behälter aus Polyvinylchlorid (PVC), die mittels Röntgenstrahlen getrennt wurden.
Bei einem Wirbelstrom-System zum Ausstoßen von Metall aus einem Abfall-Strom weist die am Auslaßende angeordnete Rolle eines Bandförderers normalerweise ein starkes Wechselstromfeld auf, das durch Permanentmagneten erzeugt wird, die innerhalb der Rolle angeordnet sind und entlang derselben verteilt sind und relativ zum Drehsinn der Rolle in Gegenrichtung gedreht werden. Dieses Feld stößt metallische Gegenstände in Abhängigkeit von der Menge und der Leitfähigkeit des Metalls des Gegenstandes in unterschiedlichem Ausmaß ab. Da metallische Gegenstände mit niedrigem Metallanteil, z. B. gebrauchte Verpackungskartons, die aus einem Laminat aus polymerbeschichtetem Karton und Aluminiumfolie bestehen, von dem Magnetfeld nur schwach beeinflußt werden, besteht bei diesen Kartons, falls sie sich in beträchtlich deformiertem Zustand befinden, die Tendenz, daß sie von dem Wirbelstrom-System nicht aussortiert werden.
Bei einem weiteren System wird ein elektromagnetisches Feld verwendet, um eine Wirbelstromdetektion durch Induktion von Wirbelströmen in dem Metall der metallischen Gegenstände durchzuführen, und das Detektions-Ausgangssignal wird verwendet, um eine Luftstrom-Auswurfvorrichtung zu steuern, wobei jedoch die Gegenstände in einzelnen Linien hintereinandergereiht werden müssen.
Es sind verschiedene Systeme zur automatischen Prüfung eines durchgehenden Streifens bahnförmigen Materials bekannt. Ein System weist eine mechanische Abtastvorrichtung auf, die über die Breite des Streifens hin- und herbewegt wird, während dieser an der Abtastvorrichtung vorbei vorbewegt wird. IR- Strahlung enthaltendes Licht wird auf einen Querabschnitt des Streifens ausgegeben, und die Abtastvorrichtung weist einen Transducer auf, der die reflektierte IR-Strahlung an mehreren Stellen über den Abschnitt hinweg detektiert und elektrische Signale ausgibt, die z. B. die Dicke der Polymerschicht eines aus einer Polymerschicht und einer Kartonschicht bestehenden Laminats repräsentiert. Dieses System wird in einer Laminierungsmaschine verwendet, um die Dicke des auf den Karton aufgetragenen Laminats zu steuern.
US-A-4,996,440 beschreibt ein System zum Messen eines oder mehrerer Bereiche eines Gegenstandes zwecks Bestimmung einer oder mehrerer Abmessungen des Gegenstandes. Gemäß einem Beispiel wird in dem System eine Spiegelvorrichtung verwendet, um gepulstes Laserlicht derart auszugeben, daß das Licht abwärts auf den Gegenstand auftrifft, und um das aufwärts reflektierte Licht zu empfangen. Das System enthält einen Laser, einen drehbaren planaren Spiegel und einen konkaven kegelstumpfförmigen Spiegel, der den planaren Spiegel umkreist, wobei die Spiegel dazu dienen, den Lichtstrahl zu dem Gegenstand zu lenken. Der kegelstumpfförmige Spiegel, der planare Spiegel und eine Lichtempfangsvorrichtung dienen zum Empfang von Lichtstrahlen, die von dem Gegenstand reflektiert werden. Eine mit der Lichtempfangsvorrichtung verbundene elektronische Schaltung dient zur Berechnung der Laufzeit des Strahls zu und von dem Gegenstand, wobei ein Modulator bewirkt, daß der Lichtstrahl mit einer festen Frequenz moduliert wird, und der drehbare planare Spiegel und der kegelstumpfförmige Spiegel den Lichtstrahl dazu veranlassen, den Gegenstand mit einem oder mehreren relativ zu einer festen Referenzebene definierten Winkeln zu überstreichen, und zwar während der gesamten Überstreichungsoperation.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum automatischen Prüfen von Material auf unterschiedliche Zusammensetzung angegeben, das die folgenden Schritte aufweist: Hindurchbewegen eines Stroms des Materials durch eine Detektionsstation, Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation an einem querverlaufenden Abschnitt des Stroms aktiv ist, wobei das Medium durch Veränderungen der Zusammensetzung des an dem querverlaufenden Abschnitt befindlichen Materials verändert wird, Empfangen des veränderten Mediums im wesentlichen über die Breite des Stroms an einer sich physisch im wesentlichen über die Breite des Stroms erstreckenden Empfangseinrichtung, und Erzeugung von Detektionsdaten in Abhängigkeit von den Veränderungen in dem Medium, wobei der querverlaufende Abschnitt mehrere einzelne Detektionszonen aufweist, die im wesentlichen über die Breite des Stroms verteilt sind, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Detektionsdaten aus den einzelnen Detektionszonen dazu verwendet werden, eine zweidimensionale Simulation des die Detektionsstation passierenden Materials zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum automatischen Prüfen von Material auf unterschiedliche.
Zusammensetzung vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung versehen ist mit einer Zuführeinrichtung zum Zuführen eines Stroms des Materials, einer Detektionsstation, durch die hindurch die Zuführeinrichtung den Strom bewegt, einer Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Station an einem querverlaufenden Abschnitt des Stroms aktiv ist, einer an der Station angeordneten Empfangseinrichtung zum Empfangen des durch Veränderungen der Zusammensetzung des Materials an dem Abschnitt veränderten Detektionsmediums, einer Detektionseinrichtung zum Erzeugen von Detektionsdaten in Abhängigkeit von den Veränderungen in dem Medium, und einer Datenberechnungseinrichtung, die mit der Detektionseinrichtung verbunden ist und von dieser die Detektionsdaten erhält, wobei die Empfangseinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie sich physisch im wesentlichen über die Breite des Stroms erstreckt, dessen querverlaufender Abschnitt mehrere einzelne Detektionszonen aufweist, die im wesentlichen über die Breite des Stroms verteilt sind, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Datenberechnungseinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie die Detektionsdaten von den einzelnen Detektionszonen zur Ausbildung einer zweidimensionalen Simulation des die Detektionsstation passierenden Materials verwendet.
Typischerweise kann eine querverlaufende Reihe von etwa 25 bis 50 Detektionspunkten für einen Strom mit einer Breite von 1 m vorgesehen sein. Ein zentrales Detektionssystem kann zum "Bedienen" sämtlicher 25 bis 50 Detektionspunkte verwendet werden, falls aus einer einzelnen IR-Quelle oder mehreren IR- Quellen heraus eine hinreichende IR-Intensität über die Breite des Stroms erzeugt werden kann oder falls sogar an jedem Detektionspunkt eine Infrarotquelle vorhanden ist. Optische Fasern können die reflektierte IR-Strahlung von den Detektiionspunkten her zu diesem zentralen Detektionssystem leiten. Ein System von IR-Reflektoren wird jedoch gegenüber optischen Fasern bevorzugt, da ein Reflektorsystem weniger kostenaufwendig ist, einen Betrieb bei höheren IR-Intensitäts-Niveaus ermöglicht (da es niedrigere IR-Signal-Verluste verursacht) und weniger abhängig von exakt definierten Brennweiten ist. Falls sich der Strom mit einer Geschwindigkeit- von ungefähr 2,5 m/s bewegt und das System pro Sekunde 100 bis 160 Abtastungen über den Strom ausführen kann, können die Detektionen mit Abständen von ungefähr 2,5 bis 1,5 cm entlang des Stroms durchgeführt werden. Wenn jede Abtastung in 25 bis 50 Detektionspunkte unterteilt ist, können Detektionen in einem Gitter von 1,5 · 2,0 cm bis 2,5 · 4,0 cm vorgenommen werden.
Das in Querrichtung erfolgende Abtasten des sich bewegenden Stroms ermöglicht die Ausbildung einer zweidimensionalen Simulation, die mittels Bildverarbeitung analysiert werden kann. Auf diese Weise können detektiert werden:
Materialbeschaffenheit, z. B. Dicke, und Position im Strom,
Form und Größe der Variation der Zusammensetzung,
mehrere Zusammensetzungs-Variationen im wesentlichen gleichzeitig.
Das Detektionsdaten-Verarbeitungssystem bestimmt eine gewünschte/ungewünschte Zusammensetzung an jedem Punkt.
Zur Messung der Dicke einer Polymer-Oberflächenbeschichtung einer Verpackungsbahn, die aus einem Kartonsubstrat und der Polymerbeschichtung auf der Oberfläche besteht, tastet die Vorrichtung die sich bewegende Bahn ab und mißt die Dicke der Polymerbeschichtung durch Überwachen zweier Linien in dem IR- Spektrum. Die IR-Strahlung tritt durch das Polymer hindurch und wird auf dem Weg teilweise absorbiert. Hinter der Polymerschicht trifft die IR-Strahlung auf das Kartonsubstrat, das die IR-Strahlung diffus reflektiert. Die diffus reflektierte IR-Strahlung bewegt sich zurück durch das Polymer und wird nochmals teilweise absorbiert. Die die Polymer-Oberfläche verlassende, diffus reflektierte IR-Strahlung trifft auf einen Detektor, der die eintreffende IR-Strahlung liest. Die Absorption ist ein Maß der "Absorptionslänge", d. h. der Dicke der Polymerschicht. Die beiden IR-Linien sind derart gewählt, daß die eine weitgehend in dem Polymer absorbiert wird und die andere nicht, so daß diese als Referenz funktioniert. Beide IR-Linien sind so gewählt, daß sie eine niedrige Absorption in der Faser aufweisen.
Die rauhe Faseroberfläche verursacht weitgehend eine diffuse Reflexion, während das Polymer weitgehend eine direkte Reflektion verursacht, die nicht gemessen wird.
Zur Kontrolle von Nahrungsmittelqualität mißt die Vorrichtung die Qualität der Nahrungsmittel durch Überwachen des Absorptionsspektrums im IR-Bereich. Der Fettgehalt und das Altern von Fisch sowie das Altern von Fleisch werden derzeit durch einzelne Detektoren gemessen, die nur zu Einzelpunktmessungen in der Lage sind. Momentan wird nur der niedrige Bereich des IR-Spektrums (< 1 Mikron) verwendet, wodurch die verfügbare Information beschränkt wird. Die hier beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine Analyse über einen sehr viel breiteren Bereich des IR-Spektrums und erlaubt zudem eine fast durchgehende Gesamt-Qualitätskontrolle.
Beim Trennen von Getränkekartons aus einem Abfall-Strom werden die Signale aus sämtlichen der Wellenlängenbänder mittels Signalverarbeitung für jede Detektion kombiniert. Die zweidimensionale Simulation, die aufgebaut wird, während der Strom die Detektionsstation passiert, kann unter Verwendung einer robusten statistischen Datenananlyse verarbeitet werden. Beispielsweise kann eine logische Regel angewandt werden, bei der eine minimale Gruppe positiver Detektionen, z. B. 3 · 3, erforderlich ist, bevor das System einen möglichen Getränkekarton erkennt. Bei Hochgeschwindigkeitssystemen (z. B. mit einer Bandgeschwindigkeit von 2,5 m/s) werden nur kleine Luftstöße (ein Luftkissen) benötigt, um die Bewegungsbahn für die Ausstoßen des Kartons von dem Band hinreichend zu ändern, daß der Karton in einem Fach landen kann, das von den anderen, frei herabfallenenden Gegenständen getrennt ist. Normalerweise werden für einen Ein-Liter-Karton 15-30 positive Detektionen durchgeführt. Somit können die peripheren Detektionspunkte in den Gruppen vorteilhafterweise vernachlässigt werden, und es werden nur die Luftstöße gemäß den inneren Detektionspunkten initiiert, so daß gewährleistet ist, daß der Auftrieb stärker als eine Kippbewegung ist.
Bei Systemen mit niedriger Geschwindigkeit (z. B. mit einer Bandgeschwindigkeit von 0,2-0,5 m/s), kann eine größere Anzahl positiver Luft-Auswurfimpulse erforderlich sein, um die Kartons aus dem restlichen Strom herauszustoßen. Dies macht es erforderlich, daß die Luftstöße die Kartons nahe an deren Schwerpunkte treffen, um unkontrollierte Auswurf-Bewegungsbahnen zu vermeiden.
Obwohl die Detektion der Gegenstände von unterhalb (statt von oberhalb) des Abfall-Stroms den Vorteil bietet, daß dadurch der Abstand von dem Detektionspunkt zu dem Gegenstand so gleichförmig wie möglich ist, weist die von unterhalb erfolgende Detektion Nachteile auf, die weitaus gewichtiger sind als dieser Vorteil. Durch Bestrahlen der Abfall-Gegenstände auf dem Förderband mittels Strahlung von unten her und durch Verwenden eines Reflektorsystems zum Auswählen desjenigen Anteils der reflektierten Strahlung, der im wesentlichen vertikal verläuft, kann das System sehr unempfindlich gegenüber der Fokussierung gemacht werden.
Indem das zu variierende Medium derart vorgesehen wird, daß es während seiner Bewegung von der Empfangseinrichtung zur Detektionseinrichtung zu sich selbst hin konvergiert, kann der Strom relativ breit ausgebildet werden, so daß die Prüfrate erhöht werden kann und dennoch die Anschaffungskosten für die Detektionseinrichtung nicht notwendigerweise im gleichen Verhältnis ansteigen.
Das Detektionsmedium kann elektromagnetische Strahlung, z. B. IR-Strahlung oder sichtbares Licht, mit dem Variationen in der Zusammensetzung oder Farbe detektiert werden, oder ein elektromagnetisches Feld sein, mit dem Metallanteile des Stroms detektiert werden, z. B. beim Sortieren von Materialien. Es können sehr vielfältig ausgebildete Materialien voneinander abgeschieden werden, insbesondere jedoch können Gegenstände mit einer Kunststoffoberfläche aus anderen Gegenständen heraussortiert werden. Für die hier beschriebene automatische Sortierung müssen die Gegenstände im wesentlichen innerhalb einer einzigen Lage verteilt sein.
Vorzugsweise werden zum Sortieren der Gegenstände die Gegenstände auf einem Endlosförderband durch die Detektionsstation hindurchbewegt. Falls es sich bei den auszusortierenden Gegenständen um Kunststoff-Gegenstände handelt, die im wesentlichen durchlässig für die elektromagnetische Strahlung - z. B. IR- Strahlung - sind, dann sollte die Förderfläche des Bandes für die elektromagnetische Strahlung diffus reflektierend sein.
Für ein Polymer können zwei oder mehr im NIR-Bereich angesiedelte Detektions-Wellenlängenbänder von 1,5 Mikron bis 1,85 Mikron verwendet werden. Für ein Laminat, das aus Polyethylen auf Karton besteht, werden ein eine erste Wellenlänge aufweisendes Band, das im wesentlichen auf 1,73 Mikron zentriert ist, und eine eine zweite Wellenlänge aufweisendes Band verwendet, das auf weniger als 0,1 Mikron von dem ersten Band zentriert ist, z. B. auf 1,66 Mikron.
Das Material kann ein Laminat aufweisen, das eine erste Schicht, eine unterhalb der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht und ein Material enthält, bei dem sich das Spektrum der reflektierten, im wesentlichen unsichtbaren elektromagneti schen Strahlung beträchtlich von demjenigen des Materials der ersten Schicht unterscheidet. Somit kann das Spektrum der im wesentlichen unsichtbaren elektromagnetischen Strahlung - insbesondere IR-Strahlung - in einer zur direkten Unterscheidung geeigneten Weise von dem Spektrum derjenigen Strahlung abweichen, die von einer einzelnen Schicht der beiden Schichten des Materials reflektiert wird.
Die Verwendung im wesentlichen unsichtbarer elektromagnetischer Strahlung, insbesondere IR-Stahlung, bietet den Vorteil, daß eine effektivere Bestimmung der Zusammensetzung der ersten Schicht möglich ist.
In Fällen, in denen die erste Schicht ein Polymer ist, z. B. Polyethlyen, sollte die erste Schicht nicht mehr als 1 mm dick sein, damit die von dem Substrat diffus reflektierte IR-Strahlung für die Detektionszwecke ausreichend ist. Die Dicke der Schicht beträgt vorteilhafterweise nicht mehr als 100 Mikron und vorteilhafterweise nicht mehr als 50 Mikron, z. B. liegt sie bei 20 Mikron.
Falls es sich bei dem Strom um einen fortlaufenden Laminatstreifen handelt, der auf einer Laminiermaschine vorbewegt wird, z. B. auf einer Polymer-Beschichtungsmaschine zum Auftragen einer Polymerschicht auf ein Substrat, ist es möglich, jede Variation in der Zusammensetzung der vorbewegten Polymerschicht zu detektieren und den Beschichtungsvorgang dementsprechend zu korrigieren.
Alternativ besteht die Möglichkeit, Gegenstände, z. B. Abfall- Gegenstände, einer vorbestimmten Zusammensetzung aus einem z. B. aus Abfallmaterial bestehenden Materialstrom auszusortieren, der im Vergleich mit einem sequentiellen Strom relativ breit sein kann, so daß eine verhältnismäßig hohe Trennungsrate erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Station eine Metalldetektionsstation, die Sendeeinrichtung dient zum Ausgeben eines elektromagnetischen Feldes, und die Empfängereinrichtung weist mehrere Detektionseinrichtungen für elektromagnetische Felder auf, die über den Strom verteilt angeordnet sind.
Mit dieser Ausführungsform kann eine besonders effektive Detektion von Metall erzielt werden.
Somit können zusätzlich zu den Spektraldetektionseinrichtungen oder an ihrer Stelle elektromagnetische Detektionseinrichtungen an einer Metalldetektionsstation verwendet werden. Mittels einer Antenne, die sich über die Zuführeinrichtung erstreckt, kann ein alternierendes elektromagnetisches Feld über die Zuführeinrichtung hinweg ausgebildet werden. Indem so viele Wirbelstromdetektionspunkte (in Form einzelner Detektionsspulen) über der Zuführeinrichtung angeordnet sind, wie Spektraldetektionspunkte vorhanden sind, kann eine gleichzeitige Metalldetektion mit sehr niedrigen Zusatzkosten durchgeführt werden.
Dadurch können bei einem Abfall-Strom, der polymerbeschichtete Getränkekartons enthält, und unter Verwendung mehrerer hintereinander angeordneter Luft-Strahle die folgenden Gegenstände aussortiert werden:
Getränkekartons ohne Aluminiumbarriere,
Getränkekartons mit Aluminiumbarriere,
andere Metall enthaltende Gegenstände.
Mittels einer komplexer ausgestalteten Spektralanalyse ist es ferner möglich, den Polymer-Typ in einem Kunststoff-Gegenstand zu identifizieren und auszusortieren. Das System kann somit dazu verwendet werden, die verschiedenen auftretenden Kunststoff-Typen in separate Gruppierungen zu sortieren.
Ein wichtiger Kostenfaktor bei dem Spektralanalysesystem, und zwar unabhängig davon, ob Spiegelsysteme oder faseroptische Systeme verwendet werden, besteht in dem Verfahren, das zum "Bedienen" der Detektionspunkte verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der an der Station befindliche Abschnitt des Stroms mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, bei der es sich um im wesentlichen unsichtbare elektromagnetische Strahlung handelt, der Abschnitt wird abgetastet, die Intensität der von Abschnitten des Stroms reflektierten, im wesentlichen unsichtbaren elektromagnetischen Strahlung einer oder mehrerer gewählter Wellenlängen wird bestimmt, und die Detektionsdaten werden aus der Detektionsstation erhalten, wobei das Abtasten in bezug auf mehrere diskrete Detektionszonen durchgeführt wird, die über den Strom verteilt sind, und der Bestimmungsvorgang für jede Detektionszone in bezug auf mehrere der Wellenlängen gleichzeitig durchgeführt wird.
Mit dieser Ausführungsform kann die Rate der zuverlässigen Detektion erhöht werden.
Eine einzige Einrichtung zum Abtasten sämtlicher Detektionspunkte sollte so einfach und kostengünstig wie möglich sein. Es ist eine Einrichtung mit hoher Qualität und hoher Geschwindigkeit erforderlich; dann jedoch kann eine einzige optische Trennungseinheit, die die erforderliche Anzahl von Trenn-Filtern und -Detektoren aufweist, sämtliche Detektionspunkte bedienen.
Gemäß einer weiteren Alternative kann eine Frequenz-Multiplexung der zu sämtlichen Detektionspunkten ausgegebenen IR-Impulse vorgesehen sein, jedoch wäre ein derartiges System anfälliger gegenüber Interferenz und kostenaufwendiger als die erste Alternative.
Ein Zeit-Multiplexen, und zwar unabhängig davon, ob die zu sämtlichen Detektionspunkten ausgegebenen IR-Impulse oder die Analyse der diffus reflektierten Strahlung gemultiplext werden, kann etwas einfacher als ein Frequenz-Multiplexen sein, erfordert jedoch, daß die Spektral-Identifikationen in den verschiedenen Wellenlängen sequentiell durchgeführt werden, was Probleme in der Praxis sowie Beschränkungen verursachen könnte.
Die Feststellung, daß die für gebrauchten Verpackungskartons polyethylenbeschichtete Pappe aufweisen, kann vorteilhafterweise durch Analyse bereits weniger IR-Wellenlängen getroffen werden. Es zeigt sich, daß nur NIR-Wellenlängen analysiert zu werden brauchen, zum Beispiel:
Die Wellenlänge Nr. 5 von 2.028 Mikron ist ziemlich feuchtigkeitsanfällig und sollte vorzugsweise nicht verwendet werden. Damit verbleibt eine sehr große Anzahl von Wellenlängen, die analysiert und verglichen werden können, so daß im Vergleich zu existierenden Systemen, für einen detaillierten Vergleich der Polymerabsorptionscharakteristik konzipiert sind, die maximale Berechnungsgeschwindigkeit des Systems beträchtlich erhöht werden kann.
Gemäß einem besonderen Beispiel der Erfindung erfolgt das Trennen polymerbeschichteter Karton-Gegenstände von einem Abfall-Strom durch ein Verfahren, bei dem der Strom die Detektionsstation passiert und an der Station sowie mittels im wesentlichen unsichtbarer elektromagnetischer Strahlung nur bestimmt wird ob es sich bei einem Gegenstand aus dem Abfall um einen polymerbeschichteten Gegenstand handelt oder nicht.
Auf diese Weise kann die Anzahl der Strahlungs-Wellenlängen, die analysiert werden müssen, minimiert werden.
Aus der oben aufgeführten Gruppe von Wellenlängen Nr. 1 bis 5, werden mindestens Nr. 2 und 3 vorteilhafterweise verwendet, wenn IR-Strahlung zum Aussortieren polyethylenbeschichteter plattenförmiger Materialien benutzt wird, da, wenn IR-Strahlung verwendet wird, unter den üblicherweise in einem Abfall- Strom anzutreffenden Gegenständen Papier und polymerbeschichteter Karton am schwierigsten voneinander unterscheidbar sind und diese beiden Wellenlängen eine gute Diskriminierung zwischen Papier und polymerbeschichtetem Papier ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren die folgenden Schritte: Hindurchbewegen eines ersten Stroms von Material durch die Detektionsstation, Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation an dem querverlaufenden Abschnitt des ersten Stroms aktiv ist, wobei das Medium durch Veränderungen der Zusammensetzung des an dem querverlaufenden Abschnitt befindlichen Materials verändert wird, und Erzeugen erster Detektionsdaten in bezug auf einen Bestandteil des ersten Stroms mittels der Detektionsstation, Hindurchbewegen eines zweiten Stroms von Material durch die Detektionsstation gleichzeitig mit dem ersten Strom, Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation an dem querverlaufenden Abschnitt des zweiten Stroms aktiv ist, wobei das letztgenannte Medium durch Veränderungen der Zusammensetzung des an dem letztgenannten querverlaufenden Abschnitt befindlichen Materials des zweiten Stroms verändert wird, und Erzeu gen zweiter Detektionsdaten in bezug auf einen Bestandteil des zweiten Stroms mittels der Detektionsstation, wobei das veränderte Medium sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Strom mittels einer gemeinsam für beide Ströme vorgesehenen Empfangseinrichtung empfangen wird.
Gemäß dieser weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung versehen mit der Detektionsstation, einer ersten Zuführeinrichtung zum Zuführen eines ersten Stroms von Material durch die Station; einer ersten Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation an einem querverlaufenden Abschnitt des ersten Stroms aktiv ist, einer Empfangseinrichtung zum Empfangen des durch Veränderungen der Zusammensetzung des Materials an dem Abschnitt veränderten Detektionsmediums, einer Detektionseinrichtung, um Detektionsdaten zu einem an der Station befindlichen Bestandteil des ersten Stroms zu erzeugen, einer zweiten Zuführeinrichtung zum Zuführen eines zweiten Stroms von Material durch die Station gleichzeitig mit dem ersten Strom; und einer zweiten Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation an einem querverlaufenden Abschnitt des zweiten Stroms aktiv ist, wobei die Empfangseinrichtung ferner dazu dient, das durch Veränderungen der Zusammensetzung des Materials an der letztgenannten Station veränderte Detektionsmedium zu empfangen und somit gemeinsam für die ersten und zweiten Zuführvorrichtungen vorgesehen ist, und die Detektionseinrichtung dazu dient, zweite Detektionsdaten zu einem Bestandteil des zweiten Stroms zu erzeugen.
Bei dieser weiteren Ausführungsform, bei der ein und dieselbe Detektionsstation für mindestens zwei Ströme gleichzeitig verwendet wird, können die Anschaffungs- und Betriebskosten im Vergleich zu dem Fall, in dem die Ströme mit jeweils eigenen Detektionsstationen versehen sind, reduziert werden.
Die ersten und zweiten Ströme können die Detektionsstation in einander jeweils entgegengesetzten Richtungen oder in einer gemeinsamen Richtung passieren. In dem letzteren Fall können die Ströme auf dem oberen Trum eines Endlosbandes gefördert werden, wobei eine Trennvorrichtung entlang des oberen Trums vorgesehen ist, um die Ströme getrennt zu halten. Die Ströme können auf jeweilige Bestandteile gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung hin untersucht werden, wobei im letzteren Fall der zweite Strom eine aussortierte Fraktion des ersten Stroms sein kann, um eine abgeschiedene End-Fraktion mit vergrößerter Homogenität zu erzeugen.
Zum deutlicheren Verständnis und zur leichteren Ausführung der Erfindung werden im folgenden als Beispiel die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch ein System zum automatischen Sortieren von Abfall-Gegenständen unterschiedlicher Zusammensetzungen, bei dem die Detektion von unten her erfolgt,
Fig. 2 zeigt schematisch eine modifizierte Version des Systems, bei dem die Detektion von oben her erfolgt,
Fig. 3 zeigt schematisch eine Variation der Version gemäß Fig. 2,
Fig. 4 zeigt schematisch eine Strahlteiler-Detektionseinheit der modifizierten Version,
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere modifizierte Version des Systems, bei der die Detektion mittels dreier gewählter Wellenlängen diffus reflektierter IR-Strahlung erfolgt,
Fig. 6 zeigt ein Schaubild der Intensität gegenüber der Frequenz bei diffus reflektierter IR-Strahlung, wobei jeweilige Kurven für eine einzelne Schicht aus Karton, eine einzelne Schicht aus LDPE (Polyethylen niedriger Dichte) und ein Laminat aus LDPE-beschichtetem Karton gezeigt sind,
Fig. 7 zeigt ein Fig. 6 ähnliches Schaubild, wobei jedoch Abschnitte jeweiliger Kurven für die Kartonschicht und das Laminat und ferner jeweilige Referenz-Übertragungskurven für drei optische Fasern gezeigt sind, welche in dem System gemäß Fig. 5 enthalten sind,
Fig. 8 zeigt eine von oben betrachtete schematische perspektivische Ansicht einer weiteren modifizierten Version des Systems, und
Fig. 9 zeigt eine schematische Draufsicht einer weiteren Version des Systems,
Fig. 10 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren modifizierten Version des Systems, und
Fig. 11 zeigt eine Fig. 2 ähnliche Ansicht, die jedoch ein System zum Überwachen und Steuern der Dicke einer von einer Laminiermaschine aufgetragenen Polymerbeschichtung zeigt.
Gemäß Fig. 1 sind an einer Detektionsstation 131 vierundzwanzig Detektionspunkte über die Breite sowie unterhalb eines einlagigen Stroms 1 von Abfall-Gegenständen angeordnet, und der Strom wird über einen querverlaufenden Schlitz 2 bewegt, der durch eine abwärts geneigte Platte 3 am stromabwärtigen Ende eines fortlaufend vorbewegten Förderbandes 4 verläuft, wobei für jeden Detektionspunkt eine separate IR-Quelle 5 vorgesehen ist. An jedem Detektionspunkt tritt das reflektier te IR-Licht durch eine Linse 6, die in eine optische Faser 7 fokussiert ist, und diese optischen Fasern 7 enden an einer Abtasteinrichtung 8, bei der ein Arm 9 aus einem für IR-Strahlung durchlässigen Material die 24 Endpunkte 10 der optischen Fasern abtastet. Der Kunststoff-Arm 9 kann durch ein Spiegelsystem oder eine IR-leitende Faser ersetzt werden. Der Ausgang 11 des Arms 9 liegt auf der Achse der Abtastvorrichtung 8, auf der ein Diffusor 12 die IR-Strahlung auf sechs Infrarotfilter 13 leitet, die nur jeweilige einzelne IR-Wellenlängen an IR- Detektoren 14 weiterleiten, welche für bestimmte Wellenlängen vorgesehen sind und mit einer elektronischen Steuereinrichtung 15 verbunden sind. Auf diese Weise bedient jeder Detektor 14 vierundzwanzig Detektionspunkte. Das Abtasten kann 100mal pro Sekunde durchgeführt werden. Falls eine hohe Strahlungsintensität benötigt wird, werden an den jeweiligen Detektionspunkten IR-Strahlung erzeugende Hochintensitäts-Halogenlampen 5 verwendet, wobei deren Brennweite nicht besonders kritisch ist. Stromabwärts der 24 Detektionspunkte sind eine oder mehrere Reihen von Luftdüsen 16 angeordnet, die vorgesehen sind, um laminierte Gegenstände, z. B. polymerbeschichtete Pappkartons aus dem Strom 1 herauszustoßen, und die auf Basis der Ausgangssignale der 24 Detektionspunkte von der Einrichtung 15 gesteuert werden. Zusätzlich kann über dem Strom eine Reihe einzelner Wirbelstromdetektoren angeordnet sein, deren Signale dazu verwendet werden, eine oder mehrere weitere Reihen von Lufstromdüsen zu steuern, die gleichmäßig von der einen oder den mehreren anfangs erwähnten Reihe(n) von Luftstromdüsen beabstandet sind, so, wie die Wirbelstromdetektoren von den Spektraldetektoren beabstandet sind, und die die Metallgegenstände herausstoßen.
Gemäß einer alternativen Form der Abstastvorrichtung enden die 24 optischen Fasern an einer einzigen festen Scheibe, wobei gegenüber dieser Scheibe eine drehende Scheibe befestigt ist, die 6 (oder 12) IR-Filter trägt, welche durchlässig für sechs Wellenlängen sind. Hinter der drehenden Scheibe ist ein Ring von 24 Detektoren angeordnet. Die drehende Scheibe ist gegenüber IR-Strahlung undurchlässig, und die IR-Strahlung tritt nur an den Stellen der Filter durch diese Scheibe hindurch. Da jedoch sämtliche sechs Filter das Ende einer der optischen Fasern passieren müssen, bevor ein kleiner Karton den entsprechenden Detektionspunkt passieren kann, muß die undurchlässige Scheibe mit einer sehr hohen Geschwindigkeit von ungefähr 30.000 u/m rotieren. Zudem sind 24 Detektoren anstelle der oben erwähnten sechs Detektoren erforderlich.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist eine einzelne Quelle von IR-Strahlung eine Zerhackerscheibe auf, die effektiv sechs Strahlen von IR-Strahlung in gepulster Form ausgibt, wobei jeder Strahl eine unterschiedliche Impulsfrequenz hat. Diese IR-Strahlen werden dann durch optische Fasern den Detektionspunkten zugeführt, und die Reflexionen an diesen Detektionspunkten werden anschließend elektrisch detektiert und an einen einzigen elektrischen Prozessor ausgegeben. Ein Nachteil dieser Ausführungsform liegt jedoch darin, daß aufgrund der Umsetzung der IR-Strahlung in gepulste IR-Strahlung die Lichtintensität an den Detektionspunkten verhältnismäßig stark reduziert wird und folglich die Brennweite relativ kritisch ist. Zudem verlangt diese Ausführungsform ein digitales Verarbeitungssystem mit relativ hoher Schnelligkeit, um sämtliche der Frequenzen zu erzeugen und Steuer-Ausgangssignale zu erzeugen, wo dies erforderlich ist.
Bei der Version gemäß Fig. 2 sind die IR-Quellen 105 in einem horizontalen Bogen über das horizontale Förderband 4 hinweg und oberhalb desselben angeordnet. Bei einigen und möglicherweise sämtlichen Wellenlängen in dem zu analysierenden Infrarot-Spektrum ist es sehr wünschenswert, zu vermeiden, daß direkt reflektierte IR-Strahlung zu den (in Fig. 4 mit 114 gekennzeichneten) IR-Detektoren ausgesandt wird. Mit diffus reflektierter IR-Strahlung werden die besten und am deutlichsten definierten Absorptionseigenschaften erzielt, die die Basis für die Bestimmung der Materialien und der Laminat-Identität der Abfall-Gegenstände bilden. Deshalb sind die IR-Quellen 105 in bezug auf das Förderband 4 und die zu identifizierenden Gegenstands-Oberflächen unter kleinen Winkeln befestigt, um die Möglichkeiten für eine direkte IR-Reflexion zu reduzieren. Ferner scheint es vorteilhaft, die Lichtquellen 105 derart anzuordnen, daß jeder Detektionspunkt durch mehr als eine der Quellen 105 beleuchtet ist um Schatten zu minimieren und die Empfindlichkeit des Systems gegenüber der Orientierung der zu prüfenden Gegenstands-Oberflächen zu minimieren.
Ein IR-Übertragungssystem 107, 108 basiert auf metallischen Spiegeln. Durch Verwendung eines Reflektors 107, der im wesentlichen als konisches Segment mit im wesentlichen vertikaler Konusachse geformt ist, besteht die Möglichkeit, denjenigen Teil der von den Gegenständen auf dem Förderband reflektierten IR-Strahlung auszuwählen, der sich im wesentlichen im vertikaler Richtung ausbreitet, wodurch das System sehr fokussierungsunempfindlich wird. Dies ist der Fall, da, wenn nur die im wesentlichen vertikale IR-Strahlung detektiert wird, Höhenvariationen der Gegenstände keine falschen Meßwerte erzeugen, die dadurch verursacht werden könnten, daß niedrige Gegenstände durch hohe Gegenstände verdeckt werden oder die tatsächlichen Positionen der Gegenstände fehlinterpretiert werden. Höhenvariationen der Gegenstände von bis zu 20 cm können toleriert werden, vorausgesetzt, daß die Gegenstände hinreichend gut bestrahlt werden.
Bei Verwendung eines Reflektors 107, der als doppelkurvige Fläche der Form eines Teils eines Torus ausgebildet ist, kann man einen zusätzlichen Fokussierungseffekt der von einem gegebenen Detektionspunkt zu einer optischen Trenn-/Detektionseinheit 120 hin reflektierten IR-Strahlung erzielen. Dadurch kann ein größerer Anteil der reflektierten IR-Strahlung von einem gegebenen Detektionspunkt auf die Einheit 120 zu fokussiert werden als der Anteil, der sich in exakt vertikaler Richtung ausbreitet. Somit läßt sich im Vergleich zur Verwendung planarer oder konischer Reflektoren die Intensität beträchtlich erhöhen.
Bei Verwendung eines drehenden polygonalen (in diesem Fall hexagonalen) Spiegels 108 vor der optischen Trenn-/Detektionseinheit 120 kann pro Abtastung eine fast unbegrenzt frei wählbare Anzahl von Detektionspunkten abgetastet werden. Diese unbegrenzte Auswahl ist möglich, da die Einheit 120 zur Abtastung an gewählten regelmäßigen Intervallen einstellbar ist. Pro Drehung der Spiegels 108 wird sechsmal eine Abtastung der Breite des Förderbandes durchgeführt. Bei dem Reflektor 107 ist die "Abtastlinie" 121 des Förderbandes kreisbogenförmig. Bei einem differenziert ausgebildeten Reflektor kann die Abtastlinie geradlinig sein. Beispielsweise kann anstelle eines Reflektors 107, der im wesentlichen die Form eines konischen Segments hat, eine Reihe einzelnen planarer oder doppelkurviger Spiegel verwendet werden, die in geeigneter Weise abgewinkelt sind, um die IR-Strahlung zu dem Spiegel 108 zu konvergieren. Dadurch wird im Vergleich zu der in den Figuren gezeigten Version die erforderliche Datenverarbeitungskapazität reduziert, da dann die Abstände von den Detektionspunkten zu den Luft-Strahlen 116 am Ende des Bandes 104 einander gleich sind. Die Verwendung eines hexagonalen Spiegels reduziert die notwendige Drehgeschwindigkeit des Spiegels auf ein Drittel der "Vorder-und-Hinter"-Zwei-Spiegel-Konfiguration. Das Reflektorsystem 107, 108 ist verlustarm und kann mit hoher Intensität und hohen Signalpegeln betrieben werden. Dies macht die Material-/Gegenstands-Identifikation weniger anfällig gegenüber Rauschen, z. B. in Form von Streulicht und intern erzeugtem Rauschen in dem optoelektronischen System.
Gemäß Fig. 4 weist die Einheit 120 transparente Platten 122 auf, die relativ zu dem reflektierten IR-Strahl schräg abgewinkelt sind, um diesen in sechs Strahle 124 aufzuteilen, die auf "positive" optische Filter 113 der Detektoren 114 abgestrahlt werden.
Indem für jede zu analysierende Wellenlänge eine Kombination aus Strahlteiler und optischem Filter verwendet wird, können sämtliche gewählten Wellenlängen anhand des gleichen Punktes auf der Gegenstands-Oberfläche gleichzeitig analysiert werden.
Als Alternative zu der Strahlteiler- und Filter-Kombination 122 und 133 können "negative" optische Filter in Form selektiv reflektierender Flächen verwendet werden. Ein derartiges negatives Filter, das unter einem schrägen Winkel befestigt ist, läßt fast das gesamte Licht außerhalb einer bestimmten Wellenlänge durch, und das Licht wird zu dem zugehörigen Detektor hin reflektiert. In diesem Fall können sämtliche Detektoren mit wesentlich höheren Signalpegeln arbeiten als bei Verwendung eines Signalteilers und "positiver" Filter.
Bei langsam arbeitenden Sortieranlangen besteht die Möglichkeit, die IR-Wellenlängen nacheinander abzutasten, so daß es nicht nötig ist, den reflektierten IR-Strahl abzutasten. Eine Fehlerquelle tritt dahingehend auf, daß die verschiedenen Wellenlängen nicht exakt auf den gleichen Punkt bezogen werden; jedoch kann dies akzeptabel sein, wenn sich das Förderband mit niedriger Geschwindigkeit bewegt. Indem aufgrund der Bewegung des polygonalen Spiegels 108 der reflektierte IR- Strahl 25 bis 50 mal pro Sekunde zerhackt wird, kann für jede Detektionsstelle eine Reihe von Filtern abgetastet werden, und mittels eines internen Reflektors in der optischen Detektionseinheit können sämtliche Signale zu dem gleichen Detektor geleitet werden. Dies kann auch erreicht werden, indem die Filter auf einem Drehrad vor dem Detektor befestigt werden. Der Vorteil dieser Lösungen besteht darin, daß sämtliche Detektionen mit dem gleichen Detektor durchgeführt werden, so daß Empfindlichkeits- und Reaktionsdifferenzen, die sich mit der Zeit in einem Satz mehrerer Detektoren entwickeln würden, vermieden werden. Zudem können Kosten eingespart werden.
Das Luftstrahl-Auswurfsystem für die gewählten Abfall-Gegenstände kann als magnetbetätigtes Düsen-Array vorgesehen sein, das in Fig. 2 mit 116 gekennzeichnet ist. Normalerweise wird jede Düse in diesem Array in Abhängigkeit von dem Signal von einem einzelnen Detektionspunkt gesteuert, und das Auswerfen erfolgt durch Verändern des Höhenwinkels der Bewegungsbahn, auf der der Gegenstand das Förderband verläßt. Als Beispiel zeigt Fig. 2 polymerbeschichtete Kartons 125, die zum Auswurf in ein Fach 126 ausgewählt sind. Als Alternative kann gemäß Fig. 3 das Düsen-Array 116 innerhalb eines schmalen Profils 127 angeordnet sein, daß gerade etwas über der Oberfläche des Bandes 104 aufliegt oder aufgehängt ist, so daß unerwünschte Gegenstände die Auswurfstation ungehindert passieren. Die Getränkekartons werden mittels der Düsen 116 von dem Profil abgehoben und auf einen zweiten Förderer 128 bewegt. Alternativ können die Getränkekartons, nachdem sie mittels der Düsen 116 abgehoben worden sind, einem zweiten Luftimpuls - z. B. einem querverlaufenden Luftstrom - ausgesetzt werden, der, statt als ununterbrochener Luftstrom vorgesehen zu sein, von einer Photozelle ausgelöst wird, so daß die Kartons in einem seitlich des Förderbandes 104 angeordneten Fach landen. Dieser "zweischrittige" luftbetätigte Auswurf kann auch vorteilhaft sein, wenn das Düsen-Array 116 am Ende des Förderbands angeordnet ist. Das Profil 127 ist mit einer Einrichtung 129 versehen, um die Abfall-Gegenstände über seine obere Fläche hinweg zu bewegen. Normalerweise ist das Profil 127 an einer Rahmenstruktur 132 befestigt, die auch das Detektionssystem 107, 108, 120 trägt.
Bei Hochgeschwindigkeits-Fördersystemen kann die Geschwindigkeit des Bandes 104 über 2 m/s liegen. In diesem Fall haben die Gegenstände, wenn sie das Band am Ende verlassen, eine derart hinreichende Geschwindigkeit, daß schon ein schwacher Luftstoß, eventuell sogar nur ein Luftkissen, zum Verändern der Bewegungsbahn ausreicht. Es besteht die Möglichkeit, sämtliche Detektionspunkte derart auszulegen, daß sie diesen schwachen Luftstrom auslösen und folglich für die Düsensteuerung eine sehr schwache Logik verwendet werden kann, da der Schwerpunkt des Gegenstandes nicht berechnet zu werden braucht.
Die Analog-Signale von dem Detektor 120 werden dem Analog-/Digital-Konverter und Datenprozessor 135 zugeführt, dessen Ausgangssignal einer Steuervorrichtung 136 für (nicht gezeigte) Magnetventile übermittelt wird, die die Druckluftzufuhr zu den jeweiligen Düsen des Arrays 116 steuern.
Anstelle der IR-Detektionsvorrichtung 105, 107, 108, 120 oder zusätzlich zu dieser kann an der gleichen Detektionsstation 131 oder einer zweiten Detektionsstation 131 eine ebenfalls in Fig. 2 gezeigte Metalldetektionsvorrichtung verwendet werden. Diese Vorrichtung weist einen elektrischen Oszillator 137 auf, der eine im wesentlichen über die gesamte Breite des Bandes 104 verlaufende Antenne 138 speist. Die Antenne 138 erzeugt ein durch das Band 104 hindurch verlaufendes oszillierendes elektromagnetisches Feld, das durch eine Reihe mehrerer Detektionsspulen 139 detektiert wird, die unter dem oberen Trum des Bandes 104 im wesentlichen über die gesamte Breite des Bandes verlaufen. Die elektrischen Ausgangssignale von den Spulen 139 werden einer Spuleninduktions-Analyseinheit zugeführt, deren Ausgangssignal an den Konverter/Prozessor 135 ausgegeben wird und zum Steuern der Druckluftzufuhr zu den Düsen 116 verwendet wird.
Beider bevorzugten Version gemäß Fig. 5 werden Abfall-Gegenstände über eine Rutsche 145 auf den horizontalen Förderer 104 abwärtsbewegt (wobei die Rutsche die Ausbildung einer einzigen Lage von Gegenständen auf dem Förderer 104 unterstützt). Über das Band 104 hinweg erstrecken sich Arrays von Halogenlampen 105 jeweils Seiten gegenüber an der Detektionsstation, und diese Halogenlampen werden auf den betreffenden Querabschnitt des Bandes an der Station gerichtet und beleuchten somit die auf dem Band befindlichen Gegenstände sowohl aus stromaufwärtiger als auch von stromabwärtiger Richtung, um eine Verschattung der Gegenstände aufgrund des von den Lampen 105 ausgegebenen Lichtes zu verhindern. Das von den Gegenständen diffus reflektierte Licht wird von dem Spiegel 107 (oder äquivalenten Klappspiegeln) auf den polygonalen Spiegel 108, der um eine vertikale Achse drehbar ist, und von dort zu zwei Strahlteilern 122 reflektiert. Die drei Unter-Strahle, die von den beiden Strahlteilern 122 erzeugt werden, treffen auf drei positive optische Filter 113, von denen IR-Strahle dreier jeweils vorbestimmter Wellenlängen durch betreffende Linsen 146 zu drei Detektoren 114 verlaufen. Die Detektoren 114 sind über jeweilige Verstärker 147 mit einem Analog-/Digital-Konverter 135A verbunden, dessen Ausgangssignal einem Datenverarbeitungsmodul 135B zugeführt wird. Das Modul 135B ist mit einem User-Interface 148 in Form eines Tastatur-/Anzeige-Moduls und mit einer Treiberschaltung 136 für die Magnetventile der jeweiligen Düsen des Arrays 116 verbunden. Ein Tachometer 149 an dem Austrittsende des Förderers 104 übermittelt dem Modul 135B Daten zu der Geschwindigkeit des Bandes 104. Die Düsen stoßen die Kartons 125 aus dem Strom bis zu einem hinter einer Trennwand 150 gelegenen Bereich aus.
Fig. 6 zeigt in durchgezogenen bzw. gepunkteten bzw. gestrichelten Linien die Kurven (i), (ii) und (iii) typischer diffus reflektierter IR-Spektren für Karton bzw. LDPE bzw. LDPE-beschichteten Karton. In Fig. 7 zeigen die drei gepunkteten Linien (iv) bis (vi) die Kurven der Übertragungsbänder der drei Filter 113 gemäß Fig. 5. Insbesondere das um 1730 nm zentrierte Band (vi) und in geringerem Ausmaß das um 1660 nm zentrierte Band sind Optimierungen für die Trennung von Papier und Karton einerseits sowie LDPE-beschichtetem Karton andererseits. Das um 1550 nm zentrierte Band (iv) dient zum Unter scheiden LDPE-beschichteten Kartons von bestimmten anderen Materialien, z. B. Nylon und einigen Kunststoffen mit hohem Farbpigment-Anteil. Die Kurven (i) bis (iii) in Fig. 6 und 7 sind derart normalisiert worden, daß der Mittelwert der Intensität über dem Wellenlängenbereich 1,0 beträgt.
Bei der Version gemäß Fig. 8 ist das horizontale obere Trum des Bandes 104 durch eine längsverlaufende Trennvorrichtung 160 in zwei Spuren unterteilt. Die eine oder die mehreren Detektionsstationen 131 weisen wiederum die Lichtempfangseinrichtung 7; 107 und/oder die zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes vorgesehene Einrichtung 138 und die diesen zugeordnete Feldvariations-Detektionseinrichtung 139 auf, und diese Einrichtung bzw. diese Einrichtungen erstrecken sich wiederum im wesentlichen über die gesamte Breite des Bandes 104. Das Düsen-Array 116 verläuft auch hier über die gesamte Breite des Bandes 104. Ein Abfall-Strom, der auszusortierende Gegenstände wie z. B. Laminat-Kartons enthält, wird als einzelne Abfall-Lage entlang der durch den Pfeil 161 gekennzeichneten Spur vorbewegt, die auszusortierenden Gegenstände werden auf eine der oben anhand der Zeichnungen beschriebenen Arten detektiert, und die Gegenstände werden mittels Luft-Strahlen aus den Düsen des Arrays 116 in einen Trichter 162 ausgestoßen, wobei der meiste verbleibende Abfall auf ein querverlaufendes Förderband 163 fällt, um entsorgt zu werden. Die in den Trichter 162 ausgegebene Fraktion des Strom enthält tendenziell zusätzlich zu den auszusortierenden Gegenständen eine Fraktion von Abfall und wird deshalb aus dem Trichter 162 auf ein schräg aufwärts verlaufendes Rückführ-Förderband 164 ausgegeben, das diese Fraktion aufwärts auf eine Rutsche 165 bewegt, so daß die Fraktion auf die durch den Pfeil 166 gekennzeichnete Spur herabfällt. Dann führt das Band 104 die Fraktion entlang der Spur 166 an der bzw. den Detektionsstationen 131 vorbei und bewegt gleichzeitig den Strom entlang der Spur 161 an der bzw. den gleichen Detektionsstationen vorbei, und anschließend werden die auszusortierenden Gegen stände mittels aus anderen Düsen des Arrays 116 ausgegebener Luft-Strahle aus der Fraktion in einen Trichter 167 hinein ausgestoßen, von dem aus sie in einen Behälter 168 ausgegeben werden. Anderer Abfall aus der Fraktion fällt auf den Förderer 163, um entsorgt zu werden.
Fig. 9 zeigt eine Modifikation von Fig. 8, bei der sich zwei nebeneinander angeordnete, parallele, horizontale Förderbänder 104A und 104B in einander entgegengesetzten Richtungen durch eine Detektionsstation oder Detektionsstationen 131 bewegen, bei der bzw. denen der bzw. die lichtaufnehmenden Spiegel und/oder die Antenne und die Reihe der Detektionsspulen im wesentlichen über die ganze Gesamtbreite der beiden Bänder 104A und 104B verlaufen. Ein die auszusortierenden Abfall-Gegenstände enthaltender Abfall-Strom wird mittels des Förderers 104A an der bzw. den Detektionsstationen 131 vorbei, wo diese Gegenstände detektiert werden, und zu einem Luftdüsen-Array 116A bewegt, an dem eine hauptsächlich aus den auszusortierenden Gegenständen bestehende Strom-Fraktion in einen Trichter 162 ausgestoßen, auf einen Förderer 164 ausgegeben und auf eine Rutsche 165 gehoben wird, von der die Fraktion auf das Band 104B herunterfällt. Der Rest des Stroms fällt auf einen querverlaufenden Förderer 163A. Das Band 104B bewegt die Fraktion an der bzw. den Detektionsstationen 11 vorbei, wo diese Gegenstände erneut detektiert werden, und zu einem Luftdüsen-Array 116B, mit dessen Hilfe die gewünschten Gegenstände in den Trichter 167 hinein ausgestoßen werden, wobei der restliche Abfall in der Fraktion auf einen querverlaufenden Förderer 163B fällt.
Die beiden Spuren 161 und 166 oder die beiden Förderer 104A und 104B können auch jeweilige Ströme zuführen, von denen jeweilige unterschiedliche Ströme von Material (z. B. laminiertes Material und reines Kunststoffmaterial, oder als weiteres Beispiel laminiertes Material und Holz-Faser-Material oder metallisches Material) ausgeschieden werden sollen. In diesem Fall kann der Förderer 164 entfallen, und der Trichter 162 gibt in das Behältnis eine Strom-Fraktion aus, die das in den Trichter 162 hinein abgeschiedene Material aufweist, und der Rest des durch die Spur 161 oder den Förderer 104A vorbewegten Stroms wird durch den Förderer 163A zu der Rutsche 165 bewegt, um den Strom auf der Spur 166 oder dem Förderer 104B zu bilden, und der Trichter 167 entlädt in den Behälter eine zweite Strom-Fraktion, die das andere auszusortierende Material aufweist.
Die anhand Fig. 1 bis 5, 8 und 9 beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen, bei denen die Detektion mittels Strahlung erfolgt, sind auf dem Gebiet der Abfallrückgewinnung auch verwendbar, um eine Mischung von Kunststoff-Abfällen in Fraktionen zu sortieren, welche jeweils überwiegend aus einem einzigen Typ von Kunststoff bestehen, und sie sind ferner auf zahlreichen anderen Gebieten anwendbar, die ein Sortieren von Materialien unterschiedlicher Zusammensetzung verlangen. Beispielsweise sind die Ausführungsformen in der Nahrungsmittelindustrie verwendbar, um aus tierischen Feststoffen, nämlich Fleisch und Fisch, diskrete Anteile auszusortieren, z. B. ganze Hühner oder Lachs oder Teile von Hühnern, Lachs oder Rindfleisch, die unterhalb der Qualitätsanforderungen liegen. Als Instanz kann die Detektion diffus reflektierter IR-Strahlung verwendet werden, um eine Überwachung auf übermäßige Fettanteile hin durchzuführen, während eine Detektion diffus reflektierten sichtbaren Lichtes erfolgen kann, um die Farbe der Anteile zu beobachten und so z. B. eine Kontrolle auf Abgestandenheit hin durchzuführen. Da mehrere diskrete Abschnitte nebeneinander in dem Strom vorbewegt werden können, kann eine Überwachung mit hoher Kapazität durchgeführt werden, und zwar mit oder ohne Verwendung von Luft-Strahlen zum Auswurf der relevanten Fraktion aus dem Strom.
Die Version gemäß Fig. 10 weist ein per se bekanntes Wirbelstrom-Auswurfsystem zum Auswerfen elektrisch leitenden Metalls aus einem Abfall-Strom auf. Das Wirbelstrom-System weist in einer Ausgabeend-Walze 170 des Bandförderers 104 Permanentmagneten 170a auf, die innerhalb der Walze 170 angeordnet und entlang dieser verteilt sind und sich gegenläufig zu der Walze 170 drehen. Zum Aussortieren polymerbeschichteter Pappkartons ohne Metallfolie und zur Verbesserung der Separierung polymerbeschichteter Pappkartons mit Metallfolie kann auch das IR- Detektionssystem gemäß Fig. 5 verwendet werden, wie in Fig. 10 schematisch angedeutet ist, wo die IR-Detektionsstation 131; die beiden Arrays von Halogenlampen 105 und das Luftdüsen- Array 116 gezeigt sind. Das Band 104 bewegt sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit, die mindestens 2 m/s beträgt. An seinem Ausgabe-Ende sind drei Fächer 171 bis 173 angeordnet, und zwar für Restmüll, aussortierte Metallgegenstände mit größerem Metallgehalt und aussortierte polymerbeschichtete Papp-Artikel, normalerweise Kartons, unabhängig davon, ob sie mit Metallfolie versehen sind oder nicht. Die metallischen Gegenstände mit höherem Metallanteil, z. B. gebrauchte Bierdosen, werden durch das Wirbelstrom-System aufwärts aus dem Abfall-Strom herausgestoßen und fallen in das Fach 172 direkt hinter dem generellen Abfallfach 171. Die polymerbeschichteten Papp-Artikel werden - falls eine Oberflächenpolymerbeschichtung, die direkt auf dem Karton angeordnet ist (und z. B. nicht eine direkt auf Aluminiumfolie angeordnete Oberflächenpolymerbeschichtung) zu dem Spiegel 107 hin gerichtet ist - durch die aus dem Düsen-Array 116 austretenden schwachen Luftstrom-Stöße aufwärts gestoßen, jedoch nicht höher als die Metall-Gegenstände mit größerem Metallgehalt, und fallen in die am weitesten hinten angeordneten Fächer 173.
Diese Version bietet die Vorteile, daß sie den Abfall in einer einstufigen Operation in drei Fraktionen unterteilt und daß ein IR-Detektionssystem in einem bereits vorhandenen Wirbelstrom-Auswurfsystem installierbar ist, ohne daß eines der beiden Systeme signifikant verändert zu werden braucht.
Gemäß Fig. 11 wird bei der Laminiermaschine ein Karton-Substrat 180 durch eine Extrusions-Beschichtungsstation 181 hindurch bewegt und in den Spalt zwischen einem Paar von Walzen 182 eingeführt. Ein Extruder 183 extrudiert einen geschmolzenen Film 184 aus Polymer, z. B. aus LDPE, auf die obere Fläche des Substrats 180 an dem Spalt. Eine Wickelrolle 185 bewegt die in dieser Weise ausgebildete Laminat-Bahn 186 entlang der Detektionsstation 131. Wie bereits erläutert, werden zum Messen der Dicke der Polymerbeschichtung zwei in geeigneter Weise gewählte Wellenlängen in dem IR-Spektrum überwacht. Diese Überwachung wird in dem Konverter/Prozessor 135 durchgeführt, der den Extruder 183 entsprechend steuert. Der Spiegel 107 kann statt einer teilweise toroiden Form eine Reihe von Facetten 107a (oder sogar eine Reihe sehr kleiner Spiegel) aufweisen, die in einer horizontalen Reihe quer zu dem Laminat 186 vorgesehen und derart angeordnet sind, daß sie die diffus reflektierte IR-Strahlung von den (bei 187 schematisch angedeuteten) jeweiligen Detektionspunkten zu dem polygonalen Spiegel 108 reflektieren. Jeder Detektionspunkt 187 ist somit eine eigene Facette 107a zugeordnet. Auf diese Weise kann sich der Spiegel 107 geradlinig statt bogenförmig über die Bahn 186 erstrecken, was auch für das Array von Halogen-Lampen 105 gilt, so daß vorteilhafterweise die erforderliche Gesamtgröße der Detektionsstation 131 in Längsrichtung der Bahn 186 reduziert wird. Ein derartiger geradlinig verlaufender Spiegel 107 ist selbstverständlich mit entsprechendem Vorteil bei den Versionen gemäß Fig. 2 bis 5 und 8 bis 10 anwendbar.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Prüfen von Material auf unterschiedliche Zusammensetzung hin, mit den folgenden Schritten: Hindurchbewegen eines Stroms des Materials durch eine Detektionsstation (131), Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation (131) an einem querverlaufenden Abschnitt des Stroms aktiv ist, wobei das Medium durch Veränderungen der Zusammensetzung des an dem querverlaufenden Abschnitt befindlichen Materials verändert wird, Empfangen des veränderten Mediums im wesentlichen über die Breite des Stroms an einer sich physisch im wesentlichen über die Breite des Stroms erstreckenden Empfangseinrichtung (7; 107; 139), und Erzeugung von Detektionsdaten in Abhängigkeit von den Veränderungen in dem Medium, wobei der querverlaufende Abschnitt mehrere einzelne Detektionszonen aufweist, die im wesentlichen über die Breite des Stroms verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionsdaten aus den einzelnen Detektionszonen dazu verwendet werden, eine zweidimensionale Simulation des durch die Detektionsstation hindurchbewegten Materials zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweidimensionale Simulation durch Bildverarbeitung analysiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Detektionsmedium elektromagnetische Strahlung aufweist, die auf den Abschnitt gestrahlt wird, wobei die Datenerzeugung das Bestimmen der Intensität der elektromagnetischen Strahlung ausgewählter Wellenlänge(n) umfaßt, die von über den Strom verteilten Teilen (125) des Stroms reflektiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Teile (125) Polymer aufweisen und die gewählten Wellenlängen mehrere Wellen längen-Bänder im Bereich von 1, 5 Mikron bis 1, 85 Mikron aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Empfangseinrichtung (7; 107) die im wesentlichen rechtwinklig zu einer sich in Breiten- und Längenrichtung erstreckenden Ebene des Stroms verlaufende elektromagnetische Strahlung diffus reflektiert von dem Strom empfängt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem der Bestimmungsvorgang für jede Detektionszone gleichzeitig in bezug auf mehrere Wellenlängen durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem Teile des Stroms im wesentlichen transparent für die elektromagnetische Strahlung sind und der Strom auf einer Tragfläche (4, 104) zugeführt wird, die die elektromagnetische Strahlung diffus reflektiert.

8. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem das Material ein Laminat (125, 186) aufweist, das eine erste Schicht (184) und eine zweite Schicht (180) umfaßt, die unter der ersten Schicht (184) angeordnet ist und ein Material enthält, bei dem sich das Spektrum der reflektierten elektromagnetischen Strahlung beträchtlich von demjenigen des Materials der ersten Schicht (184) unterscheidet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Material-Strom ein fortlaufender Laminatstreifen (186) ist, der auf einer Laminaterzeugungsmaschine zugeführt wird, und die Detektionsdaten zum Steuern des an der Maschine durchgeführten Laminierungsprozesses verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ferner die Detektionsdaten dazu verwendet werden, einen Anteil des Stroms, der gewünschte Teile (125) des Stroms umfaßt, von dem Strom abzutrennen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Strom feste Nahrung aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 in Abhängigkeit von Anspruch 8, bei dem der genannte Anteil des Stroms das Laminat (125) als gewünschte Teile (125) umfaßt, und bei dem der Material-Strom ein Strom aus Abfall ist, der das Laminat (125) in Form mit Polymer beschichteter Kartongegenstände (125) enthält, und das Bestimmen ausschließlich unter dem Aspekt erfolgt, ob ein Teil des Abfalls ein mit Polymer beschichteter Kartongegenstand (125) ist oder nicht, wobei der genannte Anteil des Stroms die mit Polymer beschichteten Kartongegenstände (125) als gewünschte Teile (125) umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Detektionsmedium ein elektromagnetisches Feld aufweist, das an der Detektionsstation Wirbelströme in Metallteilen des Stroms induziert.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Strom durch eine Metalldetektionsstation (131) hindurchbewegt wird, die mehrere über den Strom verteilte Metalldetektionszonen aufweist, wobei an der Metalldetektionsstation die Wirbelströme in den Metallteilen des Stroms induziert werden, elektrische Signale in Abhängigkeit von den Wirbelströmen erzeugt werden und die in Form elektrischer Signale vorliegenden Detektionsdaten dazu verwendet werden, einen Anteil des Stroms, der die Metallteile als gewünschte Teile aufweist, von dem Strom zu trennen.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 14, ferner mit einem gleichzeitigen Durchlauf des Verfahrens, bei dem ein weiterer Strom von Material durch die Detektionsstation(en) (131) hindurchbewegt wird und die aus dem weiteren Strom erhaltenen Detektionsdaten verwendet werden, um einen anderen Anteil, der andere gewünschte Teile umfaßt, von dem Strom zu trennen.

16. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12, 14 oder 15, bei dem das Trennen das Ausgeben von Luftstrahlstößen zum Aufprall auf die gewünschten Teile umfaßt, um diese zwangsweise aus dem Strom bzw. den Strömen hinauszubewegen, wobei die Zuführbewegung relativ schnell erfolgt und die Luftstrahlstöße relativ schwach sind.

17. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12, 14 oder 15, bei dem das Trennen das Ausgeben von in einem ersten querverlaufenden Array erzeugten Luftstrahlstößen zum Aufprall auf die gewünschten Teile und das dadurch erfolgende Aussortieren der gewünschten Teile, und das Ausgeben von in einem zweiten querverlaufenden Array erzeugten Luftstrahlstößen zum Aufprall auf andere gewünschte Teile eines anderen Anteils des Stroms und das dadurch erfolgende Aussortieren der anderen gewünschten Teile umfaßt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Detektionsdaten erste Detektionsdaten in bezug auf einen Bestandteil des Stroms aufweisen, gekennzeichnet durch das Hindurchbewegen eines zweiten Stroms von Material durch die Detektionsstation (131) gleichzeitig mit dem erstgenannten Strom, Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Detektionsstation (131) an dem querverlaufenden Abschnitt des zweiten Stroms aktiv ist, wobei das Medium durch Veränderungen der Zusammensetzung des an dem querverlaufenden Abschnitt befindlichen Materials des zweiten Stroms verändert wird, und Erzeugen zweiter Detektionsdaten in bezug auf einen Bestandteil des zweiten Stroms mittels der Detektionsstation (131).

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das veränderte Medium sowohl von dem ersten als auch dem zweiten Strom mittels einer gemeinsam für beide Ströme vorgesehenen Empfangseinrichtung (7; 107) empfangen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem der erstgenannte und der zweite Strom über den Strom verteilte Gegenstände aufweisen.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die ersten und die zweiten Ströme in einander jeweils entgegengesetzten Richtungen durch die Detektionsstation (131) hindurchbewegt werden.

22. . Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, ferner mit der Verwendung der ersten und zweiten Detektionsdaten, um von dem erstgenannten und dem zweiten Strom jeweilige erste bzw. zweite Anteile zu trennen, die den Bestandteil des ersten Stroms bzw. den Bestandteil des zweiten Stroms umfassen.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der erste Anteil den zweiten Strom bildet.

24. Vorrichtung zum automatischen Prüfen von Material auf unterschiedliche Zusammensetzung hin, mit einer Zuführeinrichtung (4; 104; 185) zum Zuführen eines Stroms des Materials; einer Detektionsstation (131), durch die hindurch die Zuführeinrichtung (4; 104; 185) den Strom bewegt, einer Sendeeinrichtung (5; 105; 138) zum Aussenden eines Detektionsmediums derart, daß dieses an der Station (131) an einem querverlaufenden Abschnitt des Stroms aktiv ist, einer an der Station (131) angeordneten Empfangseinrichtung (7; 107; 139) zum Empfangen des durch Veränderungen der Zusammensetzung des Materials an dem Abschnitt veränderten Detektionsmediums, einer Detektionseinrichtung (14; 114, 140) zum Erzeugen von Detektionsdaten in Abhängigkeit von den Veränderungen in dem Medium, und einer Datenberechnungseinrichtung (15; 135), die mit der Detektionseinrichtung (14; 114, 140) verbunden ist und von dieser die Detektionsdaten erhält, wobei die Empfangseinrichtung (7; 107; 139) derart ausgebildet ist, daß sie sich physisch im wesentlichen über die Breite des Stroms erstreckt, dessen querverlaufender Abschnitt mehrere einzelne Detektionszonen aufweist, die im wesentlichen über die Breite des Stroms verteilt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Datenberechnungseinrichtung (15; 135) derart ausgebildet ist, daß sie die Detektionsdaten von den einzelnen Detektionszonen zur Ausbildung einer zweidimensionalen Simulation des durch die Detektionsstation (131) hindurchbewegten Materials verwendet.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Sendeeinrichtung (5; 105) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung als Detektionsmedium dient, die Detektionseinrichtung (14; 114) zum Bestimmen der Intensität der elektromagnetischen Strahlung gewählter Wellenlänge(n) dient, die von über den Strom verteilten Teilen (125) des Stroms reflektiert wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Sendeeinrichtung (105) derart angeordnet ist, daß sie die Teile (125) relativ zu einer in Breiten- und Längenrichtung verlaufenden Ebene des Stroms schräg bestrahlt, und die Empfangseinrichtung (107) derart angeordnet ist, daß sie die im wesentlichen rechtwinklig zu dieser Ebene verlaufende elektromagnetische Strahlung diffus reflektiert von den Teilen (125) empfängt.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, bei der die Sendeeinrichtung (5; 105) mehrere Quellen (5; 105) der elektroma gnetischen Strahlung aufweist, die über den Strom verteilt angeordnet sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, bei der die Empfangseinrichtung (7; 107) eine Reflexionseinrichtung (7; 107) aufweist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Reflexionseinrichtung (107) einen Spiegel (107) aufweist, der in einer Ebene, die sich parallel zu der in Breiten- und Längenrichtung verlaufenden Ebene des Stroms erstreckt, im wesentlichen konkav gekrümmt ist und der relativ zu der letztgenannten Ebene winklig geneigt ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der der Spiegel (107) Teil einer imaginären, im wesentlichen ringförmigen Fläche ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, ferner mit einem polygonalen Spiegel (108), der zwischen der Empfangseinrichtung (107) und der Detektionseinrichtung (114) angeordnet ist und dessen Reflexionsflächen um eine Drehachse des polygonalen Spiegels (108) herum angeordnet sind.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 31, ferner mit einer Metalldetektionsstation (131), durch die hindurch die Zuführeinrichtung (104) den Strom bewegt, einer weiteren Sendeeinrichtung (138) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes, und einer weiteren Empfangseinrichtung (139), die an der Metalldetektionsstation (131) in diskreter Verteilung über den Strom angeordnet ist und zum Detektieren von Metallteilen des durch die Metalldetektionsstation (131) hindurchbewegten Stroms dient, und einer stromabwärts von der Metalldetektionseinrichtung (139) angeordneten Metalltrenneinrichtung (116) zum Tren nen eines die Metallteile aufweisenden Anteils von dem Strom.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der die zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes dienende Sendeeinrichtung (138) eine Antenne (138) aufweist, die sich an der Metalldetektionsstation (131) über die Zuführeinrichtung (104) erstreckt, wobei sich die Zuführeinrichtung (104) zwischen der Antenne (138) und der Empfangseinrichtung (139) für das Feld erstreckt.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, ferner mit einer zweiten Zuführeinrichtung (104) zum Hindurchbewegen eines weiteren Stroms von Material durch die Detektionsstation(en) (131), wobei die Empfangseinrichtung (7; 107) ferner dazu dient, das durch Veränderungen der Zusammensetzung des Materials des weiteren Stroms an einem querverlaufenden Abschnitt des weiteren Stroms veränderte Detektionsmedium zu empfangen, die Detektionseinrichtung (14, 114) ferner dazu dient, in Abhängigkeit von den genannten Veränderungen in dem Medium Detektionsdaten zu erzeugen, und die Datenberechnungseinrichtung (15; 135) ferner zum Berechnen der Detektionsdaten für den anderen Strom dient.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der die zweite Zuführeinrichtung (104) derart angeordnet ist, daß sie den anderen Strom im wesentlichen in der gleichen Richtung durch die Detektionsstation(en) (131) hindurchbewegt, in der die erstgenannte Zuführeinrichtung (104) den erstgenannten Strom durch die Detektionsstation(en) (131) hindurchbewegt.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der die erstgenannte Zuführeinrichtung (104) und die zweite Zuführeinrichtung (104) in Form eines Einfach-Förderbandes (104) ausgebildet sind.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, ferner mit einer stromabwärts von der Detektionsstation (131) angeordneten Trenneinrichtung (116), die dazu dient, einen Anteil, der gemäß den errechneten Detektionsdaten gewählte gewünschte Teile (125) des Stroms umfaßt, von dem Strom zu trennen.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, ferner mit einer stromabwärts von der Trenneinrichtung angeordneten weiteren Trenneinrichtung, die dazu dient, einen weiteren Anteil, der gemäß den errechneten Detektionsdaten gewählte weitere gewünschte Teile des Stroms umfaßt, von dem Strom zu trennen.

39. Vorrichtung nach Anspruch 37 oder 38, bei der die oder jede Trenneinrichtung (116) ein querverlaufendes Array von Luftstrahldüsen aufweist.

40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39 in Ergänzung zu einem der Ansprüche 34 bis 36, ferner mit einer Rückführeinrichtung (164), die dazu dient, den aussortierten Anteil bzw. die Anteile des erstgenannten Stroms stromaufwärts der Detektionsstation(en) (131) zu der zweiten Zuführeinrichtung (104B) zu bewegen, um den anderen Strom zu bilden.

41. Vorrichtung nach Anspruch 24, oder Anspruch 24 und einem der Ansprüche 34 bis 40, bei der die Empfangseinrichtung (139) mehrere Metalldetektoreinrichtungen (139) aufweist, die diskret über den Strom bzw. die Ströme verteilt angeordnet sind und zum Detektieren von Metallteilen dienen, die einen oder mehrere Bestandteile des Stroms bzw. der Ströme bilden.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der die Sendeeinrichtung (138) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes dient und die Empfangseinrichtung (139) mehrere Detektionseinrichtungen (139) für elektromagnetische Felder aufweist, die über den Strom oder die Ströme verteilt angeordnet sind.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der die zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes dienende Sendeeinrichtung (138) eine Antenne (138) aufweist, die sich über die Zuführeinrichtung (104) erstreckt.

44. Vorrichtung nach Anspruch 42 oder 43, bei der die Zuführeinrichtung (104) zwischen der Sendeeinrichtung (138) und der Empfangseinrichtung (139) für das Feld angeordnet ist.