EP0734789B1 - Vorrichtung und Verfahren zum Sortieren von Schüttgut - Google Patents

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EP0734789B1
EP0734789B1 EP96104846A EP96104846A EP0734789B1 EP 0734789 B1 EP0734789 B1 EP 0734789B1 EP 96104846 A EP96104846 A EP 96104846A EP 96104846 A EP96104846 A EP 96104846A EP 0734789 B1 EP0734789 B1 EP 0734789B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bulk material
objects
particles
colour
bulk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96104846A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0734789A2 (de
EP0734789A3 (de
Inventor
Günther Petzold
Hartmut Harbeck
Gerd Reischmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CommoDaS GmbH
Original Assignee
CommoDaS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CommoDaS GmbH filed Critical CommoDaS GmbH
Publication of EP0734789A2 publication Critical patent/EP0734789A2/de
Publication of EP0734789A3 publication Critical patent/EP0734789A3/de
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Publication of EP0734789B1 publication Critical patent/EP0734789B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/36—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution
    • B07C5/363—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air
    • B07C5/365—Sorting apparatus characterised by the means used for distribution by means of air using a single separation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour
    • B07C5/3425—Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour of granular material, e.g. ore particles, grain

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for sorting bulk goods in two fractions Color and / or shape according to the preamble of the main claim, corresponding to that known from EP-A-0 396 290 State of the art.
  • Methods and devices for sorting out have become more recent increasingly for sorting out certain stones Particle size or color from a bulk material flow for Sorting ergot from bulk grain, for Sorting out glass of different colors and for sorting out of impurities from glass, for sorting from plastic to color or transparency and to Sort food and pharmaceuticals by Color, e.g. B. with French fries and corn flakes, or by shape, e.g. B. in case of tablet breakage and according to minimum sizes, e.g. B. of fruit, related.
  • Color e.g. B. with French fries and corn flakes
  • shape e.g. B. in case of tablet breakage and according to minimum sizes, e.g. B. of fruit, related.
  • EP 0 550 944 Another device of the generic type is known from EP 0 550 944 known in the non-transparent particles of transparent Particles are separated.
  • the device described there has the task set to sort particles of different sizes.
  • the different trajectory is problematic here objects of different sizes. This is through a with grooves provided conveyor belt released. After the particles have separated from the conveyor belt, they go through a Flight route, being observed by a CCD camera whose signal to control blow-out nozzles, which correspond to the individual pixels of the CCD camera assigned, is used.
  • the device is from the cited document unable to bulk different Shapes or sizes according to these characteristics sort by.
  • EP 0 426 893 relates to one similar device in which by scanning at two Wavelengths are a color differentiation from green and brown glass should be made. A more universal Adaptation to other colors is not without further possible, and the image processing speed conceptually too slow to work efficiently to be able to.
  • the invention is therefore based on the object of a method or a method To create device with which a sorting of various Bulk goods is possible and improved Sorting with the least possible wrong sorting at high throughput.
  • Backlit camera instead of one in the bulk material flow Backlit camera also uses cameras be working under reflected light, or there may be one Combination of two cameras facing each other are used, each under reflected or transmitted light conditions work. Preferred is one under incident light conditions working camera with two fluorescent tube elements on both sides of the observation beam path are arranged. This can be used for Most applications have achieved low-cost lighting become.
  • This enables an aluminum chip, that flies differently on longer free fall routes than for example broken glass on the chute from the broken glass is taken away so that it is the same Speed reached.
  • the bulk material slide makes it possible to individual bulk particles on a conveyor belt to isolate a vibrating device.
  • the vibrating device without bulk chute would leave upon leaving otherwise uneven output speeds produce. Through the bulk chute the output speeds have evened out.
  • the advantageously easily replaceable bulk chute can also be provided with guide grooves with trapezoidal Cross section in the direction of the extension of the Bulk chute ensure that transverse movements of individual Bulk particles largely in straight motion is transferred. It is also advantageous that Bulk goods chute for different materials to produce different materials. Except for one Plastic version used in some applications due to electrostatic charges from a Bulk slide made of glass can also be replaced conceivable for food technology applications (e.g. Sort rice or cereals) a bulk chute made of metal with profiled guide grooves.
  • the successive Line signals a two-dimensional, for a brief picture of the bulk material flow generated.
  • Two-dimensional images are usually in the Television technology by scanning a two-dimensional Image area reached. However, it is also possible to use one to scan one-dimensional line if that Bulk goods, as in the present case, moved on uniformly.
  • This two-dimensional image can be produced on a Screen are displayed, being particularly advantageous is when the ones to be blown out after image signal processing Particles are displayed in a different color.
  • This allows the user to put him on the conveyor apparent sorting ratio with that of the device to visually compare the rejected sorting ratio.
  • the correct detection of the objects clearly presented to the user at all times become.
  • objects should be essential other shape or number on the screen Image signal processing than actually for example Seeing on the conveyor is a parameter the device, e.g. B. readjust the speed.
  • this readjustment can also be automatic according to the blow-out statistics recorded and the user to carry out this readjustment appropriate signals, for example to a control center or alarm signals are announced.
  • a is particularly advantageous here recursive filter, which is to be sorted out with homogeneously distributed Bulk particles, for example ergot and rye grain, with changing sorting statistics notify the user in good time can.
  • the color is on both sides of an object can be checked independently of one another, so that if necessary both transmitted light and incident light information through combination in electronic image signal processing can be determined for a single object and this can be sorted accordingly.
  • Fig. 1 they are both in the lateral directions up and down in guides 22 movable like pivotable blow-out nozzles 10 by a compressed air control 24 are controlled, shown.
  • the guides 22, 36, etc., for adjusting the Angular and spatial relations of the individual parts to each other serve, are each laterally on the side walls of the Ball bearing guides arranged by machine.
  • a conveyor belt equipped with a vibrating device (not shown) is in the upper area from the right the bulk material comes onto the bulk material chute 12 convey on which it is sliding down to the desired one Speed is accelerated, the bulk flow "pulled apart" and thus the particles isolated become. With an essentially straight-line continuation of their flight movement they become, as by the solid line and the one particle indicated, fall.
  • the arranged essentially vertically to this Blow-out nozzles 10 cause certain air to be blown out Bulk particles in a sorting bulk channel 26.
  • a bulkhead 16 is provided in bulk material with a pivoting device 18 via a continuous straight rod or plate connection coupled is to the exact location of the top edge of the partition 16 desired to place.
  • Below shafts 26 and 32 are interchangeable drawers to catch the sorted good shown in the figure. Of course can larger containers or more here Processing plants follow.
  • lighting means 14th provided that each consist of two parallel to Extension of the bulk material slide, i.e. perpendicular to the Fluorescent tubes parallel to the drawing exist between which there is a distance.
  • this distance which is also a slit a radiation allowed from outside the device, the Line cameras used according to the invention the bulk material flow observe.
  • at least one Camera (not shown) on the right and / or top left from the part of the device shown in the drawing placed to watch.
  • Bulk particles either on the transparent bulk chute or preferably due to the lower optical interference observed just behind the bulk chute.
  • reference numeral 34 is a device for pivoting the bulk chute 12 shown with reference numerals 36 the side guides to the Height adjustment of the bulk material slide. This is also also adjustable sideways, like this too for the blow-out nozzles through the guides 22 and for the Light elements 14 by provided in their attachment Guided tours are provided.
  • the two-dimensional generated with this device Image is displayed on a color monitor, in particular it is advantageous that an image to build his many lines a certain time, for example one half a second needed while the rest of the picture stands still. During this half a second, a captured Bulk particles are stationary on the screen be recognizable so that its scope, color and size as well the amount of such particles is easily read by the user can be. Only after the line scan camera is sufficient Lines in the same place, but with moving bulk material flow recorded to fill an entire image, the display is replaced by a new one Image replaced.
  • a user can use this for a comparatively long time Viewing time of a pixel can tell whether the summarizing object-indicating pixels to two-dimensional Image objects that should correspond to the bulk particles, is dealt with correctly by the electronics, or whether objects that are too large or too small are recognized. Possibly can be adjusted.
  • this Representation also shows object inclusions in a different color can be. This is especially for applications beneficial in ore or rock for inclusions to be examined.
  • color information can also be used for an object.
  • you can also the color information on the front as well also the back by arithmetic means to one Total color information can be summarized that For example, sorting according to different types of waste glass Colors much easier.
  • inclusions can also be recorded, it is possible to use the system also for bulk particles after a relation between own size and Sort out the size of an inclusion. This can be both sorting out those bulk particles, where the bulk goods parts with larger inclusions make processing worthwhile, as well as the reverse Case sorting out those bulk goods parts that have such large inclusions that post-processing or use does not appear to make sense.
  • a color line sensor is used for color information acquisition, which has a FZKINT color line camera interface is suggested.
  • FIG. 2 the incoming pixel data streams using a multi-stage pipeline processed. As input data serve the three color channels red, green and blue. You need to are available in digitized, 8-bit wide form, like some color line cameras or the FZKSAIM module used for simulation purposes. At the output of the processing stands for each pixel 8-bit wide color class information available on one line, which are fed to an SBIP / L module can.
  • the desired color space coding of the individual Classes are created by the content of several lookup tables (LUT's) determined. The following will focus on the individual Processing levels of the pipeline were discussed in more detail.
  • the first step is a line delay (Color Divergence). Their function is narrow with the geometric conditions of the camera used linked and was therefore physically the color line camera interface assigned.
  • the FZKINT especially does justice to the fact that at some color line cameras the individual colors (red, Green and blue) are assigned to separate CCD sensors are. This creates significant problems in color identification of edges that are parallel to the CCD camera run because the individual sensors first successively receive the new color value. During the Transitional wrong color values are therefore read out.
  • the problem can be solved, however, that the individual color channels depending on their spatial separation be delayed accordingly. requirement for this procedure is the constant speed of movement of objects that are also software controlled the corresponding delay time is coupled.
  • the blue channel has no delay is provided.
  • the objects must always be the first red, then the green and finally the blue color line happen.
  • the pixel data stream reaches the FZKINT and reaches the CCD lookup tables on a color line preprocessing facility. There is then a separate LUT for each color channel available (rccd-LUT, gccd-LUT, bccd-LUT). She serves linearization and offset correction of the CCD sensor. It can also be used for white balance.
  • Y 0.299 R + 0.587 G + 0.114
  • the Color process the use of a recursive filter possible.
  • the recursive filter works just like that shading correction on the brightness signal. In contrast to the latter, which the brightness differences within compensate for one line, this works recursively Filters as brightness correction across several lines.
  • the color signals in the YUV space are also called chrominance referred to, which is advantageously independent of the Are luminance.
  • Fig. 2 is finally within dashed lines
  • the optional online statistics are shown, which are guided over the objects recorded in each case.
  • the optional morphology processor is used for recursion.
  • the angular relationships especially the bulk material slide the exhaust nozzles and the relative position of these to each other along the intended guides and angle adjustment devices if necessary, be changed automatically.
  • Suitable sensors for e.g. humidity, temperature or similar environmental factors if necessary be provided additionally.

Landscapes

  • Sorting Of Articles (AREA)
  • Control And Other Processes For Unpacking Of Materials (AREA)
  • Combined Means For Separation Of Solids (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sortieren von Schüttgut in zwei Fraktionen nach Farbe und/oder Form nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, entsprechend dem aus EP-A-0 396 290 bekannt gewordenen Stand der Technik.
Verfahren bzw. Vorrichtungen zum Aussortieren werden in jüngerer Zeit zunehmend zum Aussortieren von bestimmten Steinen nach Partikelgröße oder -farbe aus einem Schüttgutstrom zum Aussortieren von Mutterkorn aus Getreideschüttgut, zum Aussortieren von Glas verschiedener Farben und zum Aussortieren von Verunreinigungen aus Glas, zum Sortieren von Kunststoff nach Farbe oder Durchsichtigkeit und zum Sortieren von Nahrungsmitteln und Pharmazeutika nach Farbe, z. B. bei Pommes Frites und Corn Flakes, oder nach Form, z. B. bei Tablettenbruch, und nach Mindestgrößen, z. B. von Obst, verwandt.
Eine ebenfalls gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0 550 944 bekannt, in der nichtdurchsichtige Partikel von durchsichtigen Partikeln getrennt werden.
Die dort beschriebene Vorrichtung hat sich zur Aufgabe gesetzt, Partikel unterschiedlicher Größe zu sortieren. Problematisch hierbei ist die unterschiedliche Flugbahn verschieden großer Objekte. Dies wird durch ein mit Rillen versehenes Förderband gelöst. Nachdem die Partikel sich vom Förderband getrennt haben, durchlaufen sie eine Flugstrecke, wobei sie von einer CCD-Kamera beobachtet werden, deren Signal zur Ansteuerung von Ausblasdüsen, die die einzelnen Bildpunkten der CCD-Kamera entsprechend zugeordnet sind, benutzt wird.
Problematisch hierbei ist, daß bereits bei Erfassen eines ersten Abschnittes eines größeren Teilchens eine Ausblasdüse ausgelöst wird, die dadurch, daß sie auf den vorderen Rand des Teilchens bläst, dieses Teilchen in eine unkontrollierte Taumelbewegung versetzt, die unter Umständen bewirken kann, daß das Teilchen eben nicht, wie beabsichtigt, in eine andere Richtung ausgeblasen wird, sondern nur in Drehung versetzt wird.
Durch die mangelnde Anpassung an große bzw. kleine Teilchen ergibt sich eine je nach Einstellung der vorgewählten Zeitverzögerung schlechte Sortiercharakteristik für unterschiedlich große Teilchen. Weiter wird für unterschiedlich schwere Teilchen, beispielsweise die Aussortierung von Aluminium aus Glas, die schlechte Anpassung an die unterschiedlichen Flug- bzw. Fallkurven und Geschwindigkeiten bewirken, daß unterschiedlich schwere Teilchen schlecht ausgeblasen werden können. Da der Aufbau in seiner Geometrie fest ist, läßt er sich nicht auf verschiedene auszusortierende Materialien kalibrieren. Auch kann nicht, beispielsweise durch langsameres Fortbewegen des Schüttgutes, eine Anpassung an anderes Schüttgut vorgenommen werden. Die Sortierung nach unterschiedlichen Farbcharakteristika ist nicht möglich.
Durch die längere Fallstrecke, in der die Teilchen sich drehen, bzw. taumelnd (jedenfalls nicht gerade) bewegen, ist es bei der Vorrichtung nach der genannten Druckschrift möglich, daß Teilchen an den angesteuerten Düsen vorbeifallen. Ein die Vorrichtung steuernder Benutzer hat nicht die Möglichkeit, durch Veränderung einzelner Systemparameter gezielt auf den momentanen Sortiercharakteristen einzuwirken. Um bestimmte Sortiercharakteristiken an das Schüttgut anzupassen, muß er langwierige Sortierversuche mit Auswertung der jeweils erzielten Ergebnisse durchführen. Dies macht das Sortieren von sich verändernden Schüttgutzusammensetzungen praktisch unmöglich.
Schließlich ist die Vorrichtung aus der genannten Druckschrift nicht dazu in der Lage, Schüttgut verschiedener Formen bzw. Größen nach diesen Charakteristiken zu sortieren.
Eine andere Druckschrift, EP 0 426 893, betrifft eine ähnliche Vorrichtung, bei der durch Abtastung bei zwei Wellenlängen eine farbliche Unterscheidung von grünem und braunem Glas vorgenommen werden soll. Eine universeller Anpassung an andere Farben ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, und die Bildverarbeitungsgeschwindigkeit ist konzeptbedingt zu langsam, um rationell arbeiten zu können.
So wird dort zwar vorgeschlagen, das Licht nur einer Lichtquelle zu nutzen und Strahlenteiler vor einer Vielzahl von Photodioden zu verwenden, vor denen dann Interferenzfilter verwandt werden sollen. Die Steuerung durch die Signale der Photodioden wird jedoch nicht weiter ausgeführt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, womit ein Sortieren verschiedenster Schüttgüter möglich ist und eine verbesserte Sortierung mit möglichst geringen Fehlsortierungen bei hohem Durchsatz ermöglicht wird. Die Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder, die einzeln oder in Kombination für spezielle Zwecke realisiert werden können.
Insbesondere können statt einer im Schüttgutstrom unter Gegenlicht betrachtenden Kamera auch Kameras benutzt werden, die unter Auflicht arbeiten, oder es kann eine Kombination zweier einander entgegen gerichteter Kameras benutzt werden, die jeweils unter Auf- bzw. Durchlichtbedingungen arbeiten. Bevorzugt wird eine unter Auflichtbedingungen arbeitende Kamera, bei der zwei Leuchtröhrenelemente an beiden Seiten des Beobachtungsstrahlenganges angeordnet sind. Hiermit kann eine für die meisten Anwendungsfälle günstige Beleuchtung erreicht werden.
Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Schüttgutrutsche, die an die Flugbahn des freien Falls angenähert, jedoch noch leicht waagerechte, so daß sich alle Teilchen noch auf der Schüttgutrutsche gleitend bewegen, vorzusehen ist, die dazu dient, eine gleichartige Flugbahn für alle Teilchen herzustellen und weiterhin dafür sorgt, daß sich die Teilchen zwischen dem Zeitpunkt der Beobachtung und dem Ausblasen nicht drehen und in ihrer relativen Ortsbeziehung mit den anderen benachbarten Teilchen möglichst gleich bleiben. Hierdurch wird ermöglicht, daß ein Aluminiumschnipsel, das bei längeren Freifallstrecken anders fliegt, als beispielsweise Glasscherben, auf der Schüttrutsche von den Glasscherben mitgenommen wird, so daß es die gleiche Geschwindigkeit erreicht.
Weiterhin macht die Schüttgutrutsche es möglich, die einzelnen Schüttgutteilchen auf einem Förderband durch eine Schwingeinrichtung zu vereinzeln. Die Schwingeinrichtung ohne Schüttgutrutsche würde bei einem Verlassen des Förderbandes ansonsten ungleichmäßige Ausgangsgeschwindigkeiten erzeugen. Durch die Schüttgutrutsche haben sich die Ausgangsgeschwindigkeiten vergleichmäßigt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann die vorteilhafterweise leicht austauschbare Schüttgutrutsche auch mit Führungsrillen versehen werden, die mit trapezförmigem Querschnitt in Richtung der Erstreckung der Schüttgutrutsche dafür sorgen, daß Querbewegungen einzelner Schüttgutteilchen weitestgehend in gerade Fortbewegung überführt wird. Weiter ist es vorteilhaft, die Schüttgutrutsche für unterschiedliche Materialien aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Außer einer Ausführung aus Plastik, die in einigen Anwendungsfällen aufgrund elektrostatischer Aufladungen durch eine Schüttgutrutsche aus Glas ersetzt werden kann, ist auch denkbar, für lebensmitteltechnische Anwendungen (z. B. Reis oder Getreide zu sortieren) eine Schüttgutrutsche aus Metall mit einprofilierten Führungsrillen zu verwenden.
Insbesondere ist jedoch die elektronische Bildverarbeitung nach der Erfindung vorteilhaft, die aus aufeinanderfolgenden Zeilensignalen ein zweidimensionales, für einen kurzen Moment stehendes Bild des Schüttgutstromes erzeugt.
Zweidimensionale Bilder werden üblicherweise in der Fernsehtechnik durch Abtasten einer zweidimensionalen Bildfläche erreicht. Es ist jedoch auch möglich, einen eindimensionalen Strich abzutasten, wenn sich das Schüttgut, wie im vorliegenden Fall, gleichförmig weiterbewegt.
Dieses erzeugte zweidimensionale Bild kann auf einem Bildschirm angezeigt werden, wobei insbesondere vorteilhaft ist, wenn nach Bildsignalverarbeitung die auszublasenden Teilchen andersfarbig dargestellt werden. Dies ermöglicht es dem Benutzer, das ihm auf dem Förderband ersichtliche Aussortierverhältnis mit dem von der Vorrichtung erkannten Aussortierverhältnis optisch zu vergleichen. Weiter kann das korrekte Erfassen der Objekte anschaulich dem Benutzer zu jedem Zeitpunkt dargestellt werden. Sollten sich beispielsweise Objekte in wesentlich anderer Form oder Zahl auf dem Bildschirm nach Bildsignalverarbeitung als tatsächlich beispielsweise auf dem Förderband zu sehen, ergeben, ist ein Parameter der Vorrichtung, z. B. die Geschwindigkeit nachzuregeln. Selbstverständlich kann diese Nachregelung auch automatisch nach den erfaßten Ausblasstatistiken erfolgen und das Vornehmen dieser Nachregelung dem Benutzer durch entsprechende Signale, beispielsweise an einen Leitstand oder Alarmsignale bekanntgegeben werden.
Vorteilhaft hierbei ist insbesondere die Benutzung eines rekursiven Filters, der bei homogen verteilten auszusortierenden Schüttgutteilchen, beispielsweise Mutterkorn und Roggengetreide, bei einer sich verändernden Aussortierstatistik dem Benutzer rechtzeitig Mitteilung machen kann.
Wenn beispielsweise die Farbe des nicht auszusortierenden Schüttgutes, des Nicht-Mutterkorngetreides, sich erheblich verändert, und sich beispielsweise nun der Anteil des als Mutterkorn erkannten Schüttgutes verdreifacht, kann durch den rekursiven Filter die Aussortiercharakteristik entsprechend geändert werden, so daß wieder nur ein vorgewählter Bestandteil des Getreides aussortiert wird. Da dieses voraussetzt, daß das auszusortierende, beispielsweise das Mutterkorn, tatsächlich homogen verteilt ist, sollte dem Benutzer entsprechend Mitteilung gemacht werden, so daß dieser das Vorliegen der Annahme nochmals kontrollieren kann.
Durch die individuelle Anpaßbarkeit der elektronischen Bildsignalverarbeitung an verschiedene Teilchengrößen oder Bedingungen, die die Form erfüllen muß, ist es möglich, verschiedenste Schüttgütter zu sortieren, ohne daß es eines größeren Hardware-Umbaues bedarf. Durch die Verwendung von Farb-Kameras ist eine Echtzeitfarbbetrachtung möglich, wobei durch die verwendete elektronische Bildsignalverarbeitung jedem erfaßten Objekt ein bestimmter Farbton durch Mittelung oder dergleichen zugeordnet werden kann. Nötigenfalls kann ein Objekt auch aus verschiedenen Richtungen durch zwei Kameras betrachtet werden, so daß beispielsweise bei Tablettenbruch alle möglichen Lagen von beschädigten Tabletten erfaßt werden können und in allen diesen Lagen geprüft werden kann, ob ganze oder nur halbe Tabletten vorliegen.
Ebenso ist die Farbe auf beiden Seiten eines Objektes unabhängig voneinander überprüfbar, so daß gegebenenfalls sowohl die Durchlicht- wie auch die Auflichtinformation durch Kombination in der elektronischen Bildsignalverarbeitung für ein einzelnes Objekt bestimmbar ist und dieses entsprechend sortiert werden kann.
Durch die Möglichkeit, den Schüttgutstrom und die Aussortierstatistiken und sogar die aktuellen Bildinformationen über die auszusortierenden Objekte weiterzuleiten, ist es möglich, Leitstände für unter Umständen eine Mehrzahl dieser Vorrichtungen mit Bildinformation sowohl des Schüttgutes selber, beispielsweise durch Betrachtung auf dem Förderband und detaillierter Informationen über die Menge und Art der aussortierten Teilchen und möglicherweise einer zweiten Objektklasse, die den aussortierten Teilchen am nächsten kommt, sowie mit einer Anzeige über die bei Veränderung der Sortiercharakteristika aussortierten Teilchen zu versorgen.
Hierdurch wird es dem Benutzer erheblich erleichtert, zu entscheiden, ob er durch Verändern bestimmter Sortiercharakteristika auch das Aussortieren dieser weiteren Klasse wünscht.
Weiter wird durch die Verwendung der Schüttgutrutsche erreicht, daß sich flächige Partikel entlang der Erstreckung der Schüttrutsche ausrichten und auch in dieser Richtung ihre gegenüber dem genannten Stand der Technik wesentlich kürzere Flugbewegung beginnen, so daß es den Luftausblaßdüsen wesentlich zuverlässiger möglich ist, sie flächig mit Luft zu beaufschlagen. Eine Beschleunigung, die zum Vereinzeln der Schüttgutteilchen im Schüttgutstrom erwünscht ist, findet dennoch in wenigstens gleichem Maße statt. Durch die Möglichkeit der Objektbildung in einem zweidimensionalen Bild können die Schwerpunkte der Teilchen angeblasen werden, es kann also vermieden werden, daß eine vordere Kante des Teilchens mit Druckluft beaufschlagt wird, was eine unerwünschte Taumelbewegung des Teilchens zur Folge hätte.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erheben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:
Fig. 1
eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Seite, und
Fig. 2
ein Blockdiagramm für den Fall der Echtfarb-Echtzeit-Verarbeitung.
In der Fig. 1 sind die sowohl in den Lateralrichtungen aufwärts und abwärts in Führungen 22 verfahrbaren wie verschwenkbaren Ausblasdüsen 10, die von einer Druckluftsteuerung 24 angesteuert werden, dargestellt.
Die Führungen 22, 36 usw., die zum Verstellen der Winkel- und Ortsrelationen der Einzelteile zueinander dienen, sind jeweils seitlich an den Seitenwänden der Maschine angeordnete kugelgelagerte Führungen.
Ein mit einer Rütteleinrichtung versehenes Transportband (nicht dargestellt) wird im oberen Bereich von rechts kommend das Schüttmaterial auf die Schüttgutrutsche 12 befördern, auf der es herabrutschend auf die gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt wird, wobei der Schüttgutstrom "auseinandergezogen" und somit die Teilchen vereinzelt werden. Unter im wesentlichen gradliniger Fortsetzung ihrer Flugbewegung werden sie, wie durch den durchgezogenen Strich und das eine Teilchen angedeutet, fallen. Die im wesentlichen vertikal hierzu angeordneten Ausblasdüsen 10 bewirken ein Ausblasen bestimmter Schüttgutteilchen in einen Aussortier-Schüttgutkanal 26.
In diesem Schüttgutkanal 26, in dem die Luft zum Ausblasen hineingeblasen wird, sind zum Ausbilden stetiger Luftverhältnisse, zur Vermeidung von Luftwirbelbildung ein Absauggebläse 28 sowie an der angeblasenen Seitenwand des Schachtes 26 vorgesehene Luftansaugdüsen 30 vorgesehen.
Zwischen dem Schacht für ausgeblasenes Schüttgut und einem Schacht 32 für nicht ausgeblasenes, ordnungsgemäßes Schüttgut ist eine Trennwand 16 vorgesehen, die mit einer Verschwenkeinrichtung 18 über eine durchgehende gradlinige Stangen- oder Plattenverbindung gekoppelt ist, um die Oberkante der Trennwand 16 ortsgenau wie gewünscht zu plazieren. Unterhalb der Schächte 26 und 32 sind jeweils austauschbare Schubkästen zum Auffangen des sortierten Gutes in der Figur dargestellt. Selbstverständlich können hier größere Behälter oder weitere Verarbeitungsanlagen folgen.
Außer den Ausblasdüsen 10, die in Richtung des punktiert dargestellten Pfeils blasen, sind Beleuchtungsmittel 14 vorgesehen, die aus jeweils zwei parallel zur Erstreckung der Schüttgutrutsche, also senkrecht zur Zeichnungsebene parallel verlaufenden Leuchtstoffröhren bestehen, zwischen denen ein Abstand verbleibt. Durch diesen Abstand, der auch als Spalt eine Durchstrahlung von außerhalb der Vorrichtung her erlaubt, werden die erfindungsgemäß eingesetzten Zeilenkameras den Schüttgutstrom beobachten. Hierbei ist sowohl möglich, unter Auf- wie auch Durchlichtbedingunen mit wenigstens einer Kamera (nicht dargestellt) rechts und/oder links oben von dem in der Zeichnung dargestellten Teil der Vorrichtung plaziert, zu beobachten. Schüttgutteilchen werden dabei entweder auf der durchsichtigen Schüttgutrutsche oder bevorzugt aufgrund der geringeren optischen Störungen kurz hinter der Schüttgutrutsche beobachtet. Kurz hinter der Schüttgutrutsche haben die Teilchen nach wie vor die gleiche Flugrichtung wie auf der Rutsche, also in einer Ebene und mit gleicher Geschwindigkeit. Verschiedene Schüttgutteilcheneigenschaften können die Flugbahn dort noch nicht verändern. Dicht neben dem Spalt zwischen je zwei Leuchtröhren ist eine ca. ein bis zwei Centimeter weißer Streifen vorgesehen, der der jeweils gegenüberliegenden Kamera als gut ausgeleuchteter Hintergrund dient.
Mit Bezugszeichen 34 ist eine Einrichtung zum Verschwenken der Schüttgutrutsche 12 dargestellt, mit Bezugszeichen 36 die seitlich angebrachten Führungen zum Höhenverstellen der Schüttgutrutsche. Dies ist außerdem auch in seitlicher Richtung verstellbar, wie dies auch für die Ausblasdüsen durch die Führungen 22 und für die Leuchtelemente 14 durch in ihrer Befestigung vorgesehene Führungen vorgesehen ist.
Das mit dieser Vorrichtung erzeugte zweidimensionale Bild wird auf einem Farbmonitor dargestellt, wobei insbesondere vorteilhaft ist, daß ein Bild zum Aufbau seiner vielen Zeilen eine gewisse Zeit, beispielsweise eine halbe Sekunde benötigt, während der Rest des Bildes stillsteht. Während dieser halben Sekunde wird ein erfaßtes Schüttgutteilchen ortsfest auf dem Bildschirm zu erkennen sein, so daß dessen Umfang, Farbe und Größe sowie die Menge solcher Teilchen leicht von Benutzer abgelesen werden kann. Erst nachdem die Zeilenkamera genügend Zeilen am gleichen Ort, jedoch bei bewegten Schüttgutstrom aufgezeichnet hat, um ein gesamtes Bild zu füllen, wird auf dem Bildschirm die Anzeige durch ein neues Bild ersetzt.
Ein Benutzer kann durch diese vergleichsweise lange Betrachtungszeit eines Pixels erkennen, ob das Zusammenfassen objektanzeigender Pixel zu zweidimensionalen Bildobjekten, die den Schüttgutteilchen entsprechen sollen, von der Elektronik richtig bewältigt wird, oder ob zu große oder zu kleine Objekte erkannt werden. Gegebenenfalls kann nachreguliert werden.
Besonders vorteilhaft ist jedoch auch, daß durch diese Darstellung auch Objekteinschlüsse andersfarbig dargestellt werden können. Dies ist insbesondere für Anwendungen von Vorteil, in denen Erz oder Gestein auf Einschlüsse hin untersucht werden soll.
Zusätzlich zu Schwarzweiß-Information kann auch Farbinformation zu einem Objekt erfaßt werden. Hierbei können auch die Farbinformationen sowohl auf der Vorderwie auch der Rückseite durch rechnerische Mittel zu einer Gesamtfarbinformation zusammengefaßt werden, die beispielsweise bei Altglas das Sortieren nach verschiedenen Farben wesentlich erleichert.
Durch Einstufung der gebildeten Bildobjekte in eine Mehrzahl von Grauwert- und/oder Farbwertklassen, ist es möglich, Statistiken über die aussortierten und ggf. aussortierbaren Mengen wesentlich zu verfeinern. Weiter kann durch beispielsweise Darstellung mit einer weiteren Farbe auf dem Bildschirm eine Vorabinformation gegeben werden, was bei Verändern der Parameter aussortiert werden könnte, ohne daß es langwieriger Versuche des Benutzers bedarf, um festzustellen, ob er durch Verändern gewisser Parameter das gewünschte Aussortierergebnis erreicht. Gleichzeitig kann überprüft werden, ob der Inhalt der Sammelbehälter 20 während des Betriebs mit den Statistiken der auszublasenden Teilchen übereinstimmt, oder die Ausblasgeometrie angepaßt werden muß.
Da auch Einschlüsse erfaßt werden können, ist es möglich, die Anlage auch dazu zu benutzen, Schüttgutteilchen nach einer Relation zwischen eigener Größe und Größe eines Einschlusses auszusortieren. Dies kann sowohl ein Aussortieren derjenigen Schüttgutteilchen sein, bei denen die Schüttgutteile mit größeren Einschlüssen eine Aufbereitung lohnend machen, als auch im umgekehrten Fall ein Aussortieren derjenigen Schüttgutteile, die so große Einschlüsse aufweisen, daß eine Nachbearbeitung bzw. Verwendung nicht sinnvoll erscheint.
Durch Einsatz rekursiver Bildverarbeitungsfilter ist es möglich, bei homogen verteiltem Bildmaterial unter Zugrundelegung der Annahme, daß diese homogene Verteilung anhält, immer dann, wenn sich die Aussortierstatistik verändert, entsprechend auch die Sortiercharakteristiken zu verändern, so daß wieder der gleiche Anteil an Fehlmaterial aussortiert wird.
Dies ist insbesondere für Grundmaterial sich verändernder Farbe, beispielsweise Getreide, von Interesse, wo davon auszugehen ist, daß das Mutterkorn immer einen konstanten Beimengungsfaktor hat, jedoch das Grundgetreide stark in der Farbe schwanken kann.
Zur Farbinformationserfassung wird ein Farbzeilensensor, der mit einem Farbzeilenkamerainterface FZKINT versehen ist, vorgeschlagen. Wie in der Fig. 2 dargestellt, werden die einlaufenden Pixeldatenströme mit Hilfe einer mehrstufigen Pipeline verarbeitet. Als Eingangsdaten dienen die drei Farbkanäle Rot, Grün und Blau. Sie müssen in digitalisierter, 8 Bit breiter Form vorliegen, wie sie zum Beispiel einige Farbzeilenkameras oder die zu Simulationszwecken verwendete FZKSAIM-Baugruppe liefert. Am Ausgang der Verarbeitung steht für jede Pixel einer Zeile eine 8 Bit breite Farbklasseninformation bereit, welche einer SBIP/L-Baugruppe zugeführt werden kann. Die gewünschte Farbraumcodierung der einzelnen Klassen wird durch den Inhalt mehrerer Lookup-Tabels (LUT's) bestimmt. Im folgenden wird auf die einzelnen Verarbeitungsstufen der Pipeline näher eingegangen.
In einem ersten Schritt wird eine Zeilenverzögerung (Color Divergence) vorgenommen. Ihre Funktion ist eng mit dem geometrischen Verhältnissen der verwendeten Kamera verknüpft und wurde deshalb physikalisch dem Farbzeilenkamerainterface zugeordnet.
Das FZKINT wird speziell der Tatsache gerecht, daß bei manchen Farbzeilenkameras die einzelnen Farben (Rot, Grün und Blau) räumlichen getrennten CCD-Sensoren zugeordnet sind. Hieraus ergeben sich erhebliche Probleme bei der Farbidentifikation von Kanten, die parallel zu der CCD-Kamera verlaufen, da die einzelnen Sensoren erst nacheinander den neuen Farbwert erhalten. Während des Übergangs werden deshalb falsche Farbwerte ausgelesen. Das Problem läßt sich jedoch dadurch beheben, daß die einzelnen Farbkanäle abhängig von ihrer räumlichen Trennung entsprechend verzögert werden. Voraussetzung für diese Vorgehensweise ist die konstante Bewegungsgeschwindigkeit der Objekte, die auch softwaregesteuert an die entsprechende Verzögerungszeit gekoppelt ist.
Mit Hilfe des Color-Divergence-Wertes läßt sich ein variabler Zeilenversatz für die einzelnen Farbkomponenten programmieren und damit bewegungsbedingte Farbdivergence eliminieren. Als maximaler Zeilenversatz zwischen zwei räumlich benachbarten Farbkanälen (Rot:Grün, Grün:Blau) lassen sich 8 Zeilen einstellen.
Zu beachten ist, daß der Blaukanal mit keiner Verzögerung versehen ist. Die Objekte müssen immer zuerst die rote, dann die grüne und schließlich die blaue Farbzeile passieren.
Nach Durchlauf der entsprechenden Zeilenverzögerung verläßt der Pixeldatenstrom das FZKINT und gelangt an die CCD Lookup-Tables auf einer Farbzeilenvorverarbeitungseinrichtung. Pro Farbkanal steht dann eine eigene LUT zur Verfügung (rccd-LUT, gccd-LUT, bccd-LUT). Sie dient der Linearisierung und der Offset-Korrektur des CCD-Sensors. Sie kann auch für den Weißabgleich benutzt werden.
Die einlaufenden Farbdaten werden hier aus dem RGB Raum in den YUV Farbraum konvertiert. Hierbei entsprich Y der Intensität und U, V den Farbanteilen nach folgender Formel: Y = 0,299 R + 0,587 G + 0,114 B U = B - Y V = R - Y.
Um die maximale Datenbreite von 8 Bit zu nutzen, werden die Größen U und V so skaliert, daß sie im Wertebereich -127 bis +127 liegen.
   u = 0,5649 U
   v = 0,7138 V.
Vorteil des YUV-Farbraums ist, daß man eine "Farbe" erhält, die helligkeitsunabhängig ist. Dickenunterschiede oder Unterschiede in der Beleuchtung werden daher keine Farbunterschiede mehr bewirken.
Nach anschließender Normierung und Skalierung anhand fest einprogrammierter Tabellen wird den Farben ein 8-Bit-Wert zugeordnet, so daß beispielsweise aus einer Menge von 16 Millionen Farben im YUV-Raum nur noch bspw. 1000 ausgewählt werden. Anschließend können mehrere solcher Farben zu einer Klasse zusammengefaßt werden.
Infolge ungleichmäßiger Ausleuchtung kann der Helligkeitswert Y in Rändern der Zeile abfallen. Die Umwandlung in den YUV-Farbenraum trägt diesem "shading"-Fehler Rechnung.
Ebenso wie in den schwarz-weißen Verfahren ist auch im Farbverfahren der Einsatz eines rekursiven Filters möglich. Der rekursive Filter wirkt ebenso wie die shading-Korrektur auf das Helligkeitssignal. Im Gegensatz zu letzterer, die die Helligkeitsunterschiede innerhalb einer Zeile ausgleichen, wirkt das rekursive Filter als Helligkeitskorrektur über mehrere Zeilen hinweg.
Die Farbsignale im YUV-Raum werden auch als Chrominanz bezeichnet, die vorteilhafterweise unabhängig von der Luminanz sind.
In der Fig. 2 ist schließlich noch innerhalb gestrichelter Kästchen die optionale Online-Statistik dargestellt, die über die jeweils erfaßten Objekte geführt werden. Der optionale Morphologieprozessor dient der Rekursion.
Bei sich verändernden mechanischen Eigenschaften, beispielsweise feuchterem Getreide, können die Winkelbeziehungen, insbesondere der Schüttgutrutsche aber auch der Ausblasdüsen sowie die relative Lage dieser zueinander entlang der vorgesehenen Führungen und Winkelverstelleinrichtungen ggf. automatisiert verändert werden. Geeignete Sensoren für beispielsweise Feuchte, Temperatur oder ähnliche umgebungsbedingte Faktoren können ggf. zusätzlich vorgesehen werden.
Bevor derartige Verstellungen der Winkelbeziehungen vorgenommen werden oder rekursive Filter, die Aussortiermerkmale stark ändern, kann vorgesehen werden, daß Alarmmittel den Benutzer hiervon vorher in Kenntnis setzen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Sortieren von Schüttgut in wenigstens zwei Fraktionen nach Farbe und/oder Form mit den Schritten :
    Fördern der Schüttgutteilchen in einem Schüttgutstrom vorbestimmter Breite,
    Erfassen der Schüttgutteilchen über die Breite des Schüttgutstroms mit optoelektronischen Abtastmitteln im Bereich des Endes einer Rutschenstrecke,
    Umlenken einzelner Schüttgutteilchen durch selektives Betätigen von Ausblasdüsen, die entlang der Breitenerstreckung des Schüttgutstromes in einem Fallbereich vorgesehen sind, aufgrund der Abtastungsergebnisse der Abtastungsmittel in einen weiteren, abgezweigten Schüttgutstrom,
    gekennzeichnet durch
    Erzeugen eines zweidimensionalen Bildes eines Teilbereichs des Schüttgutstromes aus den aufeinanderfolgenden Zeilensignalen der optoelektronischen Abtastmittel,
    Erfassen der Objekte in diesem Bild des Teilbereich des Schüttgutstroms,
    Bestimmen der Schwerpunkte6 und Anwenden der vorbestimmten Parameter auf jedes Objekt zu dem eine Vielzahl von Abtastinformationen vorliegen.
    Ausblasen eines Schüttgutteilchens durch Betätigung einer berechneten Düse zu dem Zeitpunkt, an dem diese auf den Schwerpunkt des auszublasenden Teilchens wirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
    Zusammenfassen objektanzeigender Pixel zu wenigstens zweidimensionalen Bildobjekten, die den Schüttgutteilchen entsprechen, und jeweils Zuordnen einer Grauwert- und oder Farbwertinformationen zu jedem Bildobjekt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung mit Farbzeilenkameras mit räumlich getrennten CCD-Sensoren erfolgt, und ein Teil der Farbkanäle entsprechend ihrer räumlichen Anordnung individuell bis zu einem Zeilenversatz von acht Zeilen verzögert sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch
    Konvertieren der Farbdaten aus dem RGB- in den YUV-Farbraum zum Ausgleich von wechselnden Objektdicken, Rand-shading und Schwankungen in der Beleuchtungsintensität.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
    Einstufung der Bildobjekte in eine aus einer Mehrzahl von Grauwert- und/oder Farbwertklassen,
    Anzeige und/oder Protokollierung der als auszublasend eingestuften Objekte neben der Gesamtzahl der erfaßten Objekte,
    Ermitteln einer zweiten Einstufungsklasse, die der Klasse der auszublasenden Objekte am nächsten kommt, und deren Protokollierung zur optionalen Aussortierung auch solcher Objekte.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
    Filtern mit einem rekursiven Bildsignalverarbeitungsfilters zur automatischen Anpassung an Schüttgutverfärbungen bei homogen verteiltem Fehlmaterial im Schüttgut.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
    Veränderung des Winkels der Schüttgutrutsche in Abhängigkeit von Veränderungen in den mechanischen Schüttgutcharakteristika.
  8. Vorrichtung zum Sortieren von Schüttgut unter Nutzung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Luftabsaugeinrichtung im abgezweigten Schüttkanal für die ausgeblasenen Teilchen.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Feuchtesensor.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verstellen des Winkels der Schüttgutrutsche.
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Farbmonitor zur für eine halbe Sekunde ortsfesten Darstellung der objektanzeigenden Pixel der erfaßten zweidimensionalen Bildobjekte.
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