EP0602176A1

EP0602176A1 - Sortieroptik für eine farbsortiermaschine und verfahren.

Info

Publication number: EP0602176A1
Application number: EP92919858A
Authority: EP
Inventors: Rainer Schumann; Thomas Moritz; Harald C Justus; Jos Peter Mallant
Original assignee: Elexso Sortiertechnik GmbH
Current assignee: ELEXSO SORTIERTECHNIK AG
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2012-09-28
Also published as: EP0602176B1; DE4132472C1; WO1993006944A1; DE59206253D1; BR9206564A; JPH06106138A; US5579921A; ES2089564T3

Description

Sortieroptik für eine Farbsortiermaschine und Verfahren

Die Erfindung betrifft eine Sortieroptik gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Aus der DE-PS 36 14 400 ist bereits eine Farbsortiermaschine bekannt, bei der das zu sortierende Produkt durch einen zentra¬ len Kanal transportiert wird. Dabei ist der Kanal im Bereich eines Beobachtungskopfs durchsichtig. Der Beobachtungskopf weist um den Kanal verteilt mehrere Lichtsender in Form von Lampen auf, die den durchsichtigen Kanal durchstrahlen. Neben jeder Lampe ist eine Fotozellenanordnung als Produktsignalempfänger angeordnet. Eine Hintergrundplatte liegt der Fotozellenanordnung diametral gegenüber an der anderen Seite des Kanals, die ent¬ sprechend der Farbe des zu sortierenden Produkts gewählt wird. Im Betrieb beleuchtet immer ein Sender die Vorderseite des Pro¬ dukts und ein zweiter Sender die Hintergrundplatte. Das Produkt¬ signal und das Hintergrundsignal werden von der Fotozellenanord¬ nung aufgenommen und miteinander verglichen. Entspricht das Produktsignal dem Hintergrundsignal, so hat das Produkt die Anforderungen erfüllt. Weichen die Signale jedoch voneinander ab, so wird ein Auswerfer angesteuert, der das entsprechende Produkt aus dem Produktstrom ausstößt. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung und des dabei verwendeten Verfahrens besteht darin, daß die Hintergrundplatte stets phy¬ sisch der Produktfarbe angepaßt werden muß, so daß für jedes Produkt eine große Anzahl von Hintergrundplatten mit verschiede- nen Farben vorrätig zu halten ist. Das Austauschen der Hinter¬ grundplatten erfordert darüber hinaus nicht nur Zeitaufwand, sondern auch Erfahrung in der Auswahl der richtigen Farbe.

Aus der US 4,863,041 ist es zwar bekannt, die Hintergrundfarbe für eine vergleichbare Farbsortiermaschine dynamisch zu verän¬ dern, indem für den Hintergrund eine Lichtquelle gewählt wird, deren Wellenlänge durch eine elektronische Dimmer-Schaltung verändert werden kann. Dies enthebt den Benutzer zwar von^' der Notwendigkeit eines physischen Austausches von Hintergrundplat- ten, es besteht aber weiterhin die Schwierigkeit, Gegenstände auszusortieren, die den vom Sender ausgesendeten Lichtstrahl nicht vollständig abdecken. Dadurch ist die Signalausbeute nur sehr gering und kleine Farbabweichungen lassen sich nur schwer erkennen.

Aus der DE 34 06 599 C2 ist es bekannt, Produkt an Lichtsendern und Lichtempfängern vorbeizuleiten, sodaß Licht sowohl von der Vorderseite, als auch von der Rückseite des Produkts zu den Lichtempfängern reflektiert wird. Dabei sieht der Lichtempfänger immer dann, wenn kein Produkt da ist, das Licht eines Hinter¬ grundsenders. Die neben dem Lichtempfänger liegenden Sender strahlen zwar ebenfalls Licht aus, aber dieses Licht wird man¬ gels einer Reflexionsfläche nicht von dem Lichtempfänger auf¬ genommen. Tritt nun gutes Produkt in den Strahlengang vom Hin- tergrundsender zum Lichtempfänger, dann wird die Hintergrund- strahlung zwar ganz oder teilweise unterbrochen, aber die Strah¬ lung von den Sendern wird auf den Lichtempfänger reflektiert, und zwar mit einer Wellenlänge, die der Hintergrundstrahlung entspricht. Dies bedeutet bei gutem Produkt für den Lichtempfän- ger nichts anderes, als wäre überhaupt kein Produkt vorhanden. Es kann also nicht zwischen der Anwesenheit oder Abwesenheit von gutem Produkt unterschieden werden. Unterscheidungen werden erst dann getroffen, wenn schlechtes Produkt den Strahlengang kreuzt. Damit ist es nicht möglich, gutes Produkt zu zählen, falls dies für die weitere Prozeßsteuerung gewünscht werden sollte. Ferner kann kein gutes Produkt aussortiert werden, was beispielsweise dann wünschenswert sein kann, wenn nach einem oder mehreren Sortierläufen, in denen gutes von schlechtem Produkt getrennt wurde, eine inverse Sortierung vorgenommen werden soll, bei der man nur aussortiertes Produkt noch einmal durch die Sortierma- schine schickt, um das unweigerlich darin noch enthaltene gute Restprodukt auszusortieren.

Aus der DE 32 03 773 AI ist schließlich die Verwendung einer Mattscheibe als Diffusor in Verbindung mit einer Farberkennungs- optik bekannt, und zwar zur Erkennung der Oberfläche eines Scheibenrades. Dies hat jedoch mit dem Sortieren von Produkt nichts zu tun.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Sortieroptik einer Farbsor- tiermaschine für beispielsweise Agrarprodukte wie Kaffeebohenen, Erdnüsse, Erbsen etc. dahingehend zu verbessern, daß auch dann Farbabweichungen zuverlässig erkannt werden, wenn das Produkt den Lichtstrahl vom Sender nur teilweise abdeckt, so daß nur ein Teil der ausgesendeten Lichtmenge zurückgestreut wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient die Sortieroptik der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan¬ spruchs 1. Die Aufgabe wird außerdem durch das Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß die vom Sender ausgestrahlte Licht¬ menge entweder vollständig von der Vorderseite eines Produkts zu einem oder mehreren Produktsignalempfängern zurückgestreut und von diesen ausgewertet wird, oder es wird nur ein Teil des Lich- tes vom Produkt zurückgestreut, während der übrige Teil an dem Produkt vorbei auf den Restlichtempfänger fällt. In keinem Fall wird jedoch Licht von der Rückseite des Produkts auf den Rest- lichtempfä-αger reflektiert. Kombiniert man nun die Signale von dem Produktsignalempfänger und dem Restlichtempfänger so erhält man eine Aussage über die Breite des Produkts und kann auf diese Weise das zurückgestreute Signal normieren, d.h. so groß machen, als hätte das Produkt den gesamten Lichtstrahl abgedeckt. Da¬ durch wird eine Schadstelle oder ein Fleck vergrößert darge¬ stellt, so daß eine bessere Unterscheidung zwischen fehlerfreiem und fehlerhaftem Produkt möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert:

In der Zeichnung ist nur ein Teil des Beobachtungskopfs einer Farbsortiermaschine schematisch dargestellt, wie sie aus der DE- PS 36 14400 bekannt ist und auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Zeichnung stellt einen Schnitt durch den Kanal 1 der Farbsortiermaschine dar, und zwar senkrecht zu der Transportrichtung von Gegenständen oder Produkt, die durch den Kanal 1 fallen oder gefördert werden. An dem Kanal 1 ist minde¬ stens ein Sender 2 angeordnet, der sichtbares, infrarotes oder ultraviolettes Licht durch den Kanal 1 strahlt. Im Strahlengang 12 des vom Sender 2 ausgesandten Lichts liegt auf der anderen Seite des Kanals 1 ein Restlichtempfänger 4, dem ein Streukörper 14 vorgeschaltet ist. Neben dem Sender 2 ist an jeder Seite ein Produktsignalempfänger 6 bzw. 8 angeordnet, deren Ausgangs¬ signale über Lichtleiter 16 zu einer nicht dargestellten Signal¬ verarbeitsSchaltung geführt werden.

Der Sender 2 ist eine Lichtquelle für sichtbares, infrarotes oder ultraviolettes Licht. In einer Ausführungsform ist der Sender 2 eine Kaltlichtquelle, beispielsweise eine Halogenlampe. Sein Licht wird von einer ebenfalls an sich bekannten Spaltoptik 10 zu einem flachen Band begrenzt, das in einer Ausführungsform beispielsweise eine Breite von 20 bis 50 mm und eine Höhe von 1 bis 2 mm hat. Der an der gegenüberliegenden Seite des Kanals 1 und außerhalb davon hinter einem lichtdurchlässigen Wand¬ abschnitt angeordnete Streukörper 14 ist mindestens so breit wie das Lichtband vom Sender 2, so daß die gesamte, den Kanal 1 durchsetzende Lichtmenge vom Sender 2 auf den Streukörper 14 fällt und von diesem zum Restlichtempfänger 4 geleitet werden kann. Die Signale vom Restlichtempfänger 4 werden ebenfalls beispielsweise durch Lichtleiter zu einer Signalverarbeitungs- schaltung übertragen, in der sie optoelektrisch umgewandelt werden. Auf diese Weise entstehen aus Lichtsignalen elektrische Signale, deren Amplituden proportional zu den empfangenen Licht¬ mengen ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß die in der Zeichnung dargestell¬ te Baugruppe bestehend aus Sender 2, Restlichtempfänger 4 und den Produktsignalempfängern 6 bzw. 8 noch weitere Male um den Kanal 1 in identischer Bauweise angeordnet sein können, bei¬ spielsweise um einen Winkel von 90° oder 120° versetzt. Sofern es der Raum zuläßt, können auch mehr als drei Sender mit zugehö¬ rigen Restlichtempfängern und Produktsignalempfängern vorgesehen sein.

Es ist zweckmäßig, bei Verwendung von mehr als einem Sender 2 die Ansteuerung der Sender 2 zeitlich versetzt zueinander vor¬ zunehmen, damit der Restlichtempfänger 4 nicht Streulicht von einem anderen Sender 2 empfängt, das von der Rückseite des Pro¬ dukts reflektiert wird. Diese Ansteuerung wird dadurch vorgenom¬ men, daß man das durch den Kanal 1 gesendete Licht pulst, indem beispielsweise in der Spaltoptik 10 ein Verschluß vorgesehen wird, der nur zu bestimmten Zeiten öffnet. Auf diese Weise ge- langt immer nur Licht von einem einzigen Sender zur Zeit zu dem gegenüberliegenden Restlichtempfänger.

Arbeitsweise

Für das Sortieren eines bestimmten Produkts wird zunächst die Wellenlänge des vom Sender 2 ausgestrahlten Lichts in Anpassung an die Farbe des Produkts ausgewählt und über ein nicht darge¬ stelltes Steuergerät eingestellt. Außerdem wird die Empfindlich¬ keit der Produktsignalempfänger 6 und 8 auf den gewünschten Wellenlängenbereich eingestellt, der der Wellenlänge der vom Produkt zurückgestreuten Strahlung entspricht. Anschließend kann Produkt durch den Kanal 1 senkrecht zur Zeichenebene transpor¬ tiert werden. Wenn kein Produkt im Strahlengang 12 vorhanden ist, wird das gesamte Licht vom Sender 2 zum Restlichtempf nger 4 gesendet und von diesem aufgefangen. Das daraus abgeleitete erste elektrische Signal hat dann die maximale Amplitude und maximale Breite. Befindet sich hingegen Produkt im Strahlengang 12, so wird ein Teil des Lichtes von dem Produkt zu den Produkt¬ signalempfängern 6 und 8 zurückgestreut. Das zurückgestreute Licht wird als Lichtsignal über die Lichtleiter 16 zu einer nicht dargestellten Wandlerschaltung geleitet, in der es in zweite elektrische Signale umgewandelt wird. Die Breite der zurückgestreuten zweiten Signale ist ein Maß dafür, wieviel Licht vom Sender 2 zurückgestreut und wieviel durchgelassen wurde. Die Amplitude der zweiten elektrischen Signale läßt einen Rückschluß auf die Farbe des Produkts zu, wobei das Plateau oder Maximum der Signalamplitude der Hauptfarbe des Produkts ent¬ spricht, während Täler oder Minima das Vorhandensein von Flecken oder schadhaften Stellen anzeigen. Durch übliche Signalverarbei¬ tung können die vom zurückgestreuten Licht stammenden zweiten elektrischen Signale normiert und damit auf einen Maximalwert gebracht werden, so daß Täler oder Minima, die auf Schadstellen hindeuten, auf größt mögliche Weise verstärkt werden. Diese Täler oder Minima können dann bei Überschreiten eines bestimmten Pegels herangezogen werden, um andere Komponenten anzusteuern. Dies geschieht beispielsweise durch eine an sich bekannte Dis- kriminatorschaltung, die immer dann, wenn ein Minimum tiefer als eine vorgegebene Schwellenwertspannung reicht, einen Impuls abgibt, der einen nicht dargestellten Ejektor steuert. Der Ejek- tor, beispielsweise eine Luftdüse, kann dann das schadhafte Produkt ausstoßen, indem ein Druckluftventil von dem Steuerim¬ puls angesteuert wird. Gemäß Erfindung kann der Restlichtempfänger 4 stets erkennen, ob Produkt vorhanden ist, oder nicht. Außerdem kann sein Signal so ausgewertet werden, daß das Produktsignal abhängig von der Größe des die Lichtschranke durchsetzenden Produkts stets auf einen Normwert gebracht wird, der einem Zustand entspricht, als ob das Produkt immer die gleiche Größe hätte. Auf diese Weise ist die Summe aus Restlicht + reflektiertem Licht bei gutem Produkt immer konstant, und zwar gleichgültig, wie groß das Produkt beim Durchgang durch den Meßbereich gerade erscheint. Damit lassen sich Abweichungen in der Produktfarbe oder Flecken wesentlich besser definieren, als dies beim Stand der Technik der Fall ist.

Claims

Patentansprüche

1. Sortieroptik für eine Farbsortiermaschine, mit der insbeson¬ dere Agrarprodukte wie Kaffeebohnen, Erdnüsse, Erbsen, etc. sortiert werden, indem diese durch eine Rutsche oder einen Kanal (1) an einem Beobachtungskopf mit mindestens einem optischen Sender (2) und mindestens einem neben dem Sender (2) angeordneten Produktsignalempfänger (6, 8) vorbei trans¬ portiert werden, wobei der Kanal (1) im Bereich des Senders (2) und des Produktsignalempfängers (6,8) durchsichtig ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Restlichtempfänger (4) an der dem Sender (2) gegenüberliegenden Seite des Kanals (1) im Strahlengang (12) des Senders (2) angeordnet ist und nur von dem Sen¬ der (2) ausgesandtes Licht, hingegen kein vom Produkt reflektiertes Licht empfängt; und

- daß zwischen dem Sender (2) und dem Kanal (1) eine Spalt¬ optik (10) angeordnet ist, die den Kanal (1) streifen¬ artig senkrecht zu seiner Achse (14) beleuchtet.

2. Sortieroptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Restlichtempfänger (4) eine Fotodiodenanordnung ist.

3. Sortieroptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (12) vom Sender (2) zum Restlichtempfän¬ ger (4) zwischen dem Kanal (1) und dem Restlichtempfänger (4) ein Streukörper (14) angeordnet ist.

4. Sortieroptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten des Senders (2) ein Produktsignalempfänger (6, 8) angeordnet ist.

5. Sortieroptik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (4, 6, 8) auf unterschied¬ liche Wellenlängen einstellbar sind.

6. Verfahren zum Erkennen und Unterscheiden von teilchenför i- gen Gegenständen wie Agrarprodukten, Mineralien etc., in einer Farbsortiermaschine, bei dem ein die Gegenstände führender Kanal (1) mit einer Strahlung von einem oder mehreren Sendern (2) aus dem sichtbaren oder ultravioletten Bereich durchleuchtet wird, wobei die von dem jeweiligen Gegenstand zurückgestreute Strahlung von mindestens einem Produktsignalempfänger (6, 8) aufgenommen und einer Produkt¬ signal-Verarbeitungsschaltung zugeführt wird, in der sie in erste elektrische Signale umgesetzt wird, deren Amplituden proportional zur zurückgestreuten Lichtmenge sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur die von dem Gegenstand nicht zurückgestreute Strahlung von einem Restlichtempfänger (4) empfangen und in zweite elektrische Signale umgesetzt wird, deren Amplituden ebenfalls proportional zu der aufgenommenen Lichtmenge sind; daß die ersten und zweiten elektrischen Signale miteinander multipliziert werden; und daß die sich aus der Signalmultiplikation ergebenden Signal- maxima oder Signalminima zur Ansteuerung anderer Komponenten der Farbsortiermaschine herangezogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender (2) und der oder die zugehörigen Produktsignalempfän¬ ger (6, 8) pulsierend und im Gleichtakt betrieben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (2) zeitlich versetzt aktiviert werden, so daß immer nur ein Sender (2) zur Zeit sichtbare oder ultraviolette Strahlung durch den Kanal (1) zum 'Restlichtempfänger (4) sendet.