EP1005398B1 - Einrichtung zu einer merkmalsbezogenen sortierung von produkten und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

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EP1005398B1
EP1005398B1 EP98945211A EP98945211A EP1005398B1 EP 1005398 B1 EP1005398 B1 EP 1005398B1 EP 98945211 A EP98945211 A EP 98945211A EP 98945211 A EP98945211 A EP 98945211A EP 1005398 B1 EP1005398 B1 EP 1005398B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
products
product
separating element
zone
real
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98945211A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1005398A1 (de
Inventor
Jörg LUDWIG
Andreas Osterer
Joachim Poller
Jens Schmieder
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.)
Select Ingenieurgesellschaft fur Optoelektronik Bilderkennung und Qualitatspruefung Mbh
Original Assignee
Select Ingenieurgesellschaft fur Optoelektronik Bilderkennung und Qualitatspruefung Mbh
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Publication date
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Publication of EP1005398A1 publication Critical patent/EP1005398A1/de
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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
    • B07C5/361—Processing or control devices therefor, e.g. escort memory
    • B07C5/362—Separating or distributor mechanisms
    • 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 device for a feature-related Sorting products, especially small pieces agricultural products, of products of Food industry or other lumpy sequential Mass flows, as well as a method of operating the facility.
  • US Pat. No. 5,388,705 describes a device in which plastic bottles are classified as contaminated by a detection station or in some other way as defective by means of an ejector (plunger) operated with compressed air.
  • a prerequisite for this solution is a strict lateral alignment of the plastic bottles of uniform standard size between the detection station and the ejector.
  • This solution uses four retro-reflective sensors, which are aimed at the height of the bottle necks arriving serially on a belt, which only serve as position indicators and only provide a yes / no signal. This teaching is not suitable for achieving the object of the present invention.
  • DE 195 32 306 A1 also describes a sorting device for bottles, in which a stepper motor drives a cam-shaped sorting device which impulses the bottles to be sorted out with a pulse-like impact.
  • a prerequisite for the functionality of this device is the strict alignment of the bottle flow to be sorted, with all bottles having to be in the same position with respect to a constant small distance from the rejecting device.
  • a product-friendly sorting out according to different characteristics from a product stream with different sizes and quality is also not possible with this solution.
  • the known devices closest to the invention are sorting devices in the fields of agriculture and the food industry.
  • a device is known from DE 27 23 674 A1, in which a discharge plate is provided in a crop to be sorted in a falling stream, which is controlled by a previous detection device and can thus be sorted into two fractions.
  • a similar sorting into two fraction streams is described in DE 27 09 905 A1, in which stones in particular are to be separated from harvested crops and in which a finger unit adjustable in two positions, for example, clears a path for the vertical diarrhea of stones.
  • a further improvement is brought about by an optoelectronic sorting machine, as described, for example, in DE 41 27 903.
  • These selectors are that the products to be read out are optoelectronically scanned individually, one after the other in a drop space by, for example, image converters arranged at 120 ° to one another. Products with damaged areas are identified and an incorrectly identified product is separated from the material flow by means of an air blast using suitable computer programs.
  • These sorting machines work for example with potatoes with throughput rates of up to 5000 kg / h.
  • For the quality selection or size sorting of smaller or more sensitive products such as tomatoes, beans, peas, stone east, pome fruit, berries, carrots, finger carrots, carrots, onions, cereal grains, legumes, almonds, nuts, spice grains etc.
  • WO 91/04803 describes a solution for sorting and classifying objects, in particular fruits, in which a feature-related product acquisition is carried out by means of a real-time image tracking system.
  • the camera provided there only detects the products being passed on chain rollers from above; A visual assessment of the side product surfaces is not guaranteed.
  • wet, slippery or non-uniform product geometries mean that the products on the chain rollers cannot rotate and therefore pass under the camera without changing their position, which means that only the product surface facing upwards can be detected, which leads to very high sorting inaccuracies.
  • the invention has for its object a device feature-based sorting of any lumpy products and to provide a process for their operation which is very fast, at least three-channel fractionation of a product stream at the same time gentle product treatment, low energy consumption, enable low noise emissions and high wear resistance and when changing products to be sorted, e.g. between carrots, Onions, screws, plastic parts, a largely automatic Adaptation to the target result of the sorting enabled.
  • the essence of the invention is that products are sequential Product partial stream pass through a first approach zone, into a enter the second zone, in which by means of a stepper motor Rotationally movable separating element is provided, which circumferentially equally spaced fingers and which depending on Control the products to be sorted in at least three more Sub-fraction stream zones transferred using a real-time image tracking system is provided so that it is all the way of the products through the three zones mentioned and assignable and addressable to each individual product
  • Single product information such as one or more parameters, such as Volume, speed, part contour, center of mass, damaged areas, Deflection characteristics, angular momentum or the like, stores in a memory whose Addresses or address ranges a fixed assignment to the geometric coordinates of the zones traversed by the products and the geometric coordinates of the starting position or congruent position of the separating element with a resolution in of the order of 1 mm / address and its Access speed is at least so great that between each of the Image tracking system stored image by multiple processors different addresses simultaneously in parallel or
  • the device according to the invention with its Features essential to the invention schematically in their entirety shown.
  • the products should only be hinted at Channel k has already been lined up in a row and this on a path p, here a flight parabola, as sequential Leave partial flow or be forwarded in such a stream.
  • the products 51, 52, 53 shown here pass through a first, Zone a designated as an approach zone, followed by a zone b, in which a separating element 1 is provided, and depending on selection to be made, in fraction partial streams c1, c2 and c3.
  • a separating element 1 is provided, and depending on selection to be made, in fraction partial streams c1, c2 and c3.
  • fraction partial streams can be provided for the selection specification.
  • the signals of the real-time image acquisition system 3 are assigned to the individual products.
  • the respective Single product information such as volume, speed, Part contour, center of mass, damaged areas, angular momentum, Deflection characteristics are each in a separate microprocessor 40 stored and addressed from there to a main coordinate processor 4 fed. Signals outgoing from the main coordinate processor 4 are fed to a high speed stepper motor 2. This carries a separating element 1, to which in the context of the figure description Figures 2, 3a and 3b is discussed in more detail.
  • Figure 2 shows a separating element 1 in plan view.
  • the circumference Fingers 10 arranged, in the example in each case by an angular offset of 72 °.
  • Number of fingers should be provided, at least in the sense of the invention however, there are three fingers 10.
  • the fingers externally preferably with a covering 11 consisting of a very soft elastomer.
  • the fingers are as in 3a and 3b indicated in section as follows: The inside of a finger is a conical taper Cavity 14 is provided, which is surrounded by a core body 13.
  • the core body 13 Around to give the core body 13 high inherent rigidity, it is made a hard elastomer (e.g. 80 Shore) the fibers, in particular Carbon fibers, are stored, manufactured. On this core body 13 are further wrappings with increasing softness (e.g. 70, 60, 50, 40 Shore) applied, of which in Figures 3a and 3b only two envelopes 11, 12 are shown.
  • the separating element 1 requires a relatively small mass and thus low inertia, making it with great angular velocity and much less energy than one Compressed air selection unit can be driven. The resulting noise emission can be reduced to below 70 db.
  • the top reaches as a ripe, healthy fruit designated fruit 51 between the fingers 10a and 10b, the Stepper motor 2 no pulse from the main coordinate processor 4 or a control subordinate to this and the fruit 51 gets into the Fraction stream c1 while the separating element is in its initial position remains. If it already arrives in approach zone a as too small recognized fruit 52 in zone b between fingers 10a and 10b the stepper motor sends an acceleration pulse in the direction (in FIG.
  • the real-time image tracking system is also the way of Products after the separation into the individual fraction partial streams c1, c2, c3 tracked and the signals obtained (ejection distances) feeds a memory 41. These won signals are constantly with the specifiable target values, the hits in the respective, the Partial streams assigned, otherwise not shown in detail Discharge channels or bands correspond, compared.
  • one Logic level 42 are adapted to the setpoint in the memory Output signals generated and the stepper motor 2 with respect to Acceleration application changed. This measure is particularly in the start-up phase of sorting a product batch and important when switching between different products, because For example, different-mass products of different types with identical Experience impulse different ejection distances. In particular harbors However, this measure has the advantage that no structural Changes to the entire facility when changing products need to be made.
  • the real-time image tracking system 3 detects sequential product streams originating from several channels k simultaneously.
  • Proximity zone a is upstream or partially includes, and which independently of the real-time image tracking system 3 enables independent all-round product detection and also the signals obtained, assigned to the data of the real-time image tracking system 3 on an individual product basis and fed to the main coordinate processor 4. Such a combination is sensible if all-round product recognition is desired.
  • the task of all-round product detection can also be assigned to the real-time image tracking system 3 in an integrated manner, but in this case at least two such real-time image tracking systems 3 are to be provided which, opposite one another, detect the products at different angles, comparable to an arrangement according to DE 196 46 753.5, and theirs supply information obtained to a common evaluation and control unit 4, 40, 41, 42.
  • the invention is not limited to that described Embodiments limited in their entirety and in detail. So can the described separating element 3 depending on the sorting products and the specifiable sorting criteria also e.g. Products lined up from above in fixed routes intervention.
  • the design of the fingers 10 can also differ of the circular design described e.g. flattened carried out if, for example, products are to be sorted that are by such a finger design no injuries or Experience surface damage.
  • a device has been created by the invention, which at appropriate mode of operation at high speed and Hit accuracy a product-friendly sorting at low Energy consumption, high wear resistance and comparably low Enables costs.
  • sortings for any part sizes depending on the design of the Separating element, in particular on the number of fingers, possible. in the special example, five fingers in a 72 degree arrangement, are included Part sizes from 35 ... 150 mm Part sequences of at least fifty Sortable / sec.
  • tomatoes or Cucumbers are throughput rates in the range of 6000 ... 9000 kg / h reachable.

Landscapes

  • Sorting Of Articles (AREA)
  • Discharge Of Articles From Conveyors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zu einer merkmalsbezogenen Sortierung von Produkten, insbesondere von kleinstückigen landwirtschaftlichen Erzeugnissen, von Erzeugnissen der Lebensmittelindustrie oder anderen stückigen sequentiellen Masseströmen, als auch ein Verfahren zum Betrieb der Einrichtung.
In US-PS 5,388,705 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Aussortierung von durch eine Detektionsstation als kontaminiert oder in sonstiger Art als schadhaft eingestufter Kunststoffflaschen vermittels eines mit Druckluft betriebenen Auswerfers (Stößels) erfolgt. Voraussetzung bei dieser Lösung ist eine strenge seitliche Ausrichtung der Kunststoffflaschen einheitlicher Normgröße zwischen der Detektionsstation und dem Auswerfer. Bei dieser Lösung finden vier Reflexionslichtschranken Verwendung, die auf die Höhe der seriell auf einem Band eintreffenden Flaschenhälse gerichtet sind, welche lediglich als Positionsmelder dienen und einzig ein Ja/Nein-Signal liefern. Zur Lösung der Aufgabe vorliegender Erfindung ist diese Lehre nicht geeignet.
In DE 195 32 306 A1 ist ebenfalls eine Aussortiervorrichtung für Flaschen beschrieben, bei der ein Schrittmotor einen nockenscheibenartig ausgebildeten Aussortierer antreibt, welcher die auszusortierenden Flaschen mit einem impulsartigen Stoß beaufschlagt. Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit dieser Vorrichtung ist die strenge Ausrichtung des zu sortierenden Flaschenstroms, wobei sich alle Flaschen in gleicher Lageposition befinden müssen, in bezug auf einen konstanten kleinen Abstand zum Aussortierer. Eine produktschonende Aussortierung nach verschiedenen Merkmalen aus einem in Größe und Qualität unterschiedlich zusammengesetzten Produktstromes ist mit dieser Lösung ebenfalls nicht möglich.
Die der Erfindung am nächsten kommenden bekannten Einrichtungen sind Sortiereinrichtungen auf den Gebieten der Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie. Aus DE 27 23 674 A1 ist eine Einrichtung bekannt, bei der in einem Fallstrom zu sortierenden Ernteguts eine Auswerfplatte vorgesehen ist, die eine Ansteuerung durch eine vorherige Detektionseinrichtung erfährt und so eine Sortierung in zwei Fraktionen durchführen kann. Eine ebensolche Sortierung in zwei Fraktionsströme beschreibt DE 27 09 905 A1, bei der insbesondere Steine von Erntegut zu trennen sind und bei der eine in zwei Positionen verstellbare Fingereinheit bspw. einen Weg für den senkrechten Durchfall von Steinen freigibt. Eine weitere Verbesserung bringt ein optoelektronischer Sortierautomat, wie er bspw. in DE 41 27 903 beschrieben ist. Das Prinzip dieser Selektoren besteht darin, daß die zu verlesenden Produkte einzeln, nacheinander in einem Fallraum durch bspw. in 120° zueinander versetzt angeordnete Bildwandler optoelektronisch abgetastet werden. Produkte mit Schadstellen werden dabei erkannt und mittels geeigneter Rechenprogramme wird über einen Luftstoß ein fehlerhaft erkanntes Produkt aus dem Gutstrom abgetrennt. Diese Sortierautomaten arbeiten z.B. bei Kartoffeln mit Durchsatzraten von bis zu 5000 kg/h. Für die Qualitätsverlese- oder Größensortierung kleinstückigerer oder empfindlicherer Produkte, wie Tomaten, Bohnen, Erbsen, Steinost, Kernobst, Beeren, Möhren, Fingermöhrchen, Karotten, Zwiebeln, Getreidekörnern, Hülsenfrüchten, Mandeln, Nüssen, Gewürzkörnern etc. oder auch z.B. Pommes frites, sind diese Automaten im Hinblick auf die dort erforderlichen Durchsätze oder die Empfindlichkeit der Produkte jedoch nicht geeignet.
Die Qualitätsverlesesortierung kleinstückiger Produkte, wie z.B. Kartoffelchips, Pommes frites, Linsen oder vergleichbarer kleinstückiger Erzeugnisse erfolgt nach dem gegenwärtigen Stand der Technik derart, daß die Produkte möglichst voneinander beabstandet auf ein Transportband aufgegeben werden, dort von optoelektronischen Bildwandlern erfaßt und am Bandende durch entsprechend angesteuerte Selektionsmechanismen schadhafte Produkte aus dem Gutstrom abgetrennt werden. Die Nachteile dieser Vorgehensweise sind vielgestaltig. So können sich die Produkte auf dem Förderband überlagern, so daß schadbehaftete gar nicht erkannt werden können. Schadhaft erkannte Produkte können infolge unruhig laufender Förderbänder nach ihrer Erkennung bis zum Abwurfende eine Lageveränderung erfahren, so daß sie in eine andere Bahn geraten und Folge dessen nicht ausgesondert werden. Den Bildwandlern abgewandte Produktteile, nämlich solche Oberflächen, die auf dem Förderband aufliegen, können überhaupt nicht erfaßt werden. Diese Nachteile werden durch eine Lösung nach DE 196 46 753.5 beseitigt, welche ebenfalls vermittels einer Druckluftdüseneinheit, als derzeit bekanntem schonendsten Selektiereinheit, lediglich eine Selektion des Produktstroms in zwei Fraktionen, nämlich einen Gut- und einen Mangelstrom vornehmen kann. Neben dem recht hohen Aufwand, der für die Steuerung der Druckluftdüseneinheiten betrieben werden muß, wirkt die mit ihnen erreichbare Impulsfolge begrenzend auf den erzielbaren Gesamtdurchsatz zu sortierender Produkte. Auch ist bei dieser Auswurflösung der Energieaufwand nicht unerheblich und die Lärmemission kann bis an 90 db heranreichen.
Weiterhin ist aus WO 92/18259 eine Sortieranlage für Zigarettenschachteln bekannt, beim der die Schachteln auf einem horizontalen Förderband einer Sortiervorrichtung zugeführt werden, wobei eine Sortierung in lediglich drei Produktströme vornehmbar ist. Voraussetzung bei dieser Sortieranlage ist, daß die einzelnen Schachteln auf dem Förderband exakt ausgerichtet und voneinander beabstandet sind. Eine allseitige Produktinspektion vermittels der dort vorgesehenen Scanner ist bei dieser Lösung nicht gegeben.
In WO 91/04803 ist eine Lösung zum Sortieren und Klassifizieren von Objekten, insbesondere Früchten beschrieben, bei der eine merkmalsbezogene Produkterfassung vermittels eines Echtzeitbildverfolgungssystems vorgenommen wird. Die dort vorgesehene Kamera erfaßt dabei die auf Kettenrollen vorbeigeführten Produkte lediglich von oben; eine visuelle Erfassung der seitlichen Produktoberflächen ist damit nicht gewährleistet. Des weiteren bewirken nasse, glitschige oder ungleichförmige Produktgeometrien, daß sich die Produkte auf den Kettenrollen nicht drehen können und damit ohne Lageänderung unter der Kamera vorbeilaufen, wodurch nur die nach oben gewandte Produktoberfläche erfaßbar ist, was zu sehr hohen Sortierungenauigkeiten führt. Weiterhin ist durch die dort fest vorgegebene Kettengeometrie nur eine schmalbandige Produktvielfalt sortierbar; zu kleine Produkte fallen durch die Kettenglieder, zu große können nicht beabstandet werden, was zu Doppellagen mit Sortierfehlern sowie zu Produktstauungen und Produktionsstörungen führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu einer merkmalsbezogenen Sortierung von beliebigen stückigen Produkten und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, die eine sehr schnelle, zumindest dreikanalige Fraktionierung eines Produktstroms bei gleichzeitig schonender Produktbehandlung, niedrigem Energieverbrauch, niedriger Lärmemission und hoher Verschleißfestigkeit ermöglichen und beim Wechsel von zu sortierenden Produkten, bspw. zwischen Möhren, Zwiebeln, Schrauben, Plastteilen, eine weitestgehend selbsttätige Anpassung an das Sollergebnis der Sortierung ermöglicht.
Wenn im Rahmen der Erfindung von einer merkmalsbezogenen Sortierung gesprochen wird, sollen darunter Produktparameter, wie Volumen, Geschwindigkeit, Teilekontur, Massemittelpunkt, Schadstellen, Ablenkcharakteristik, Drehimpuls o.ä. verstanden werden.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß Produkte eines sequentiellen Produktteilstromes eine erste Annäherungszone durchlaufen, in eine zweite Zone gelangen, in der ein vermittels eines Schrittmotors in Drehbewegungen versetzbares Trennelement vorgesehen ist, welches umfangsmäßig gleichbeabstandete Finger trägt und welches je nach Ansteuerung die zu sortierenden Produkte in mindestens drei weitere Teilfraktionsstromzonen überführt, wobei ein Echtzeit-Bildverfolgungssystem derart vorgesehen ist, daß es den gesamten Weg der Produkte durch die genannten drei Zonen zu erfassen gestattet und jedem Einzelprodukt zuorden- und adressierbar Einzelproduktinformationen, wie einem oder mehrere Parameter, wie Volumen, Geschwindigkeit, Teilekontur, Massemittelpunkt, Schadstellen, Ablenkcharakteristik, Drehimpuls o.ä., in einem Speicher ablegt, dessen Adressen bzw. Adressenbereiche eine feste Zuordnung zu den geometrischen Koordinaten der von den Produkten durchlaufenen Zonen und zu den geometrischen Koordinaten der Ausgangsstellung bzw. deckungsgleichen Stellung des Trennelementes mit einer Auflösung in der Größenordnung von 1 mm/Adresse haben und dessen Zugriffsgeschwindigkeit mindestens so groß ist, daß zwischen jedem vom Bildverfolgungssystem gespeicherten Bild durch mehrere Prozessoren auf verschiedene Adressen gleichzeitig parallel oder zeitmultiplex nacheinander ein Lesezugriff auf die Einzelproduktinformationen erfolgen kann und diese Prozessoren mittels geeigneter Programme Steuersignale erzeugen, die dem das Trennelement antreibenden Schrittmotor die erforderliche Weg-Zeit-Funktion vorgeben, damit das betreffende Produkt zum richtigen Zeitpunkt und mit der erforderlichen Drehrichtung und Beschleunigung herausgetrennt wird, wobei der Schrittmotor über einen Winkelgeber mit einer Auflösung in der Größenordnung von 0,5 Grad verfügt, dessen Koordinatensignale den steuernden Prozessoren die Momentanwerte des steuernden Schrittmotors für Winkelposition, Drehrichtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung mitteilen. Der Betrieb der Einrichtung erfolgt dabei im wesentlichen derart, daß von einem Echtzeit-Bildverfolgungssystem ein jedes Produktteil des sequentiellen Produktteilstrom beginnend vom Eintritt in die erste Annäherungszone, über eine vom Trennelement erfaßbare zweite Zone bis hin in die dritte Teilfraktionsstromzone erfaßt wird, jedes Produkt ab Eintritt in die Annäherungszone merkmalsbezogen in einem Speicher fortlaufend erfaßt wird, dessen mittels Prozessoren und geeigneter Pgrogramme erzeugten Signale dem Schrittmotor derart zugeführt werden, daß dieser beim Eintritt eines zu selektierenden Produktteils in die zweite Zone das Trennelement so ansteuert, daß ein Finger des Trennelements auf das Produktteil hin beschleunigt wird, im Moment der Produktteilberührung kurzzeitig abgebremst und unmittelbar anschließend mit einer produktteilbezogenen definierten Beschleunigung beaufschlagt und in eine solche Endstellung verbracht wird, daß die Finger des Trennelements nach erfolgter Produktteilselektion, unabhängig von der erfahrenen Rotationsrichtung, in eine zur ihrer Ausgangslage deckungsgleichen Stellung verbracht werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand detaillierterer, schematischer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1
eine Ausbildungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung mit ihren wesentlichen Einzelkomponenten,
Fig. 2
eine mögliche Ausbildung eines zum Einsatz gelangenden Trennelements,
Fig. 3a
einen Längsschnitt durch einen Finger eines Trennelements nach Fig. 2 und
Fig. 3b
einen Schnitt entlang einer ebene X-X durch einen Finger nach Fig. 3a.
In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit ihren erfindungswesentlichen Merkmalen in ihrer Gesamtheit schematisch dargestellt. Im Beispiel sollen die Produkte in einem nur angedeuteten Kanal k bereits eine hintereinanderliegende Aufreihung erfahren haben und diesen auf einem Weg p, hier einer Flugparabel, als sequentieller Teilstrom verlassen bzw. in einem solchen Strom weitergeleitet werden. Dabei durchlaufen die hier dargestellten Produkte 51, 52, 53 eine erste, als Annäherungszone bezeichnete Zone a, daran anschließend eine Zone b, in der ein Trennelement 1 vorgesehen ist, und gelangen, je nach vorzunehmender Selektion, in Fraktionsteilströme c1, c2 und c3. Je nach Selektionsvorgabe können weitere Fraktionsteilströme vorgesehen sein. Der gesamte Weg der Produkte 51, 52, 53 durch die Zonen a bis cx als auch merkmalsbezogene Produktparameter, wie Teilegröße, Annäherungsgeschwindigkeit an die Zone b, Teilekontur, Massemittelpunkt, ggf. der Drehimpuls eines Produktteils u.a.m., wird durch ein diesen Weg erfassendes Echtzeit-Bilderfassungssystem 3 erfaßt. Für ein solches Echtzeit-Bilderfassungssystem 3 kommt eine Hochgeschwindigkeitskamera, bekannt als sogenannte Smart-Kamera mit im Bildwandler bereits integrierten Pre-Prozessoren, die bereits in der Lage sind, bspw. den Flächenmittelpunkt eines Einzelprodukts neben den reinen Bilddaten zu berechnen und diese Koordinaten für die weitere Prozeßsteuerung bereitszustellen, in Betracht, die zumindest eine Auflösung von 230 Bildern/sec (bis zu theoretisch 2000 Bildern/sec) gewährleistet. Die Signale des Echtzeit-Bilderfassungssystems 3 werden den einzelnen Produkten zugeordnet. Die jeweiligen Einzelproduktinformationen, wie Volumen, Geschwindigkeit, Teilekontur, Massemittelpunkt, Schadstellen, Drehimpuls, Ablenkcharakteristik werden in je einem separaten Mikroprozessor 40 adressiert abgelegt und von dort einem Hauptkoordinatenprozessor 4 zugeführt. Vom Hauptkoordinatenprozessor 4 abgehende Signale werden einem Hochgeschwindigkeitsschrittmotor 2 zugeführt. Dieser trägt ein Trennelement 1, auf das im Rahmen der Figurenbeschreibung zu den Figuren 2, 3a und 3b näher eingegangen wird. Die bis zum Erreichen der Trennzone b durch das Echtzeit-Bilderfassungssystem 3 bereits merkmalsbezogen erfaßten Einzelproduktparameter stehen zu Ansteuerung des Schrittmotors 2 zur Verfügung und bewirken im Beispiel der Figur 1, daß bspw. eine reife, gesunde Frucht 51, vom Trennelement 1 unbeeinflußt, da dieses in Durchlaßruhestellung verharrt, den Weg c1 verfolgt, wohingegen im Beispiel eine zu kleine Frucht 52 in den Weg c2 und eine faule Frucht 53 in den Weg c3 durch den Einfluß des Trennelements 1 gelangt. Um die Wirkungsweise des Trennelementes 1 näher zu beschreiben, soll zunächst sein im Rahmen der Erfindung vorteilhaftester Aufbau ausgerührt werden.
Figur 2 zeigt ein Trennelement 1 in Draufsicht. Um ein nicht näher bezeichnetes Mittenteil sind sternförmig, umfangsmäßig gleichverteilt Finger 10 angeordnet, im Beispiel jeweils um einen Winkelversatz von 72°. Auch kann in Abhängigkeit von der Sortiergutgröße eine höhere Fingeranzahl vorgesehen sein, mindestens sollen im Sinne der Erfindung jedoch drei Finger 10 vorhanden sein. In Abhängigkeit der zu sortierenden Produkte, bspw. empfindliche Früchte, sind die Finger äußerlich vorzugsweise mit einer Umhüllung 11, bestehend aus einem sehr weichen Elastomer versehen. Insbesondere sind die Finger, wie in den Figuren 3a und 3b im Schnitt angedeutet wie folgt aufgebaut: im Inneren eines Fingers ist ein sich nach außen konisch verjüngender Hohlraum 14 vorgesehen, der von einem Kernkörper 13 umfaßt ist. Um dem Kernkörper 13 eine hohe Eigensteifigkeit zu verleihen, ist er aus einem harten Elastomer (bspw. 80 Shore) dem Fasern, insbesondere Kohlefasern, eingelagert sind, gefertigt. Auf diesen Kernkörper 13 sind weitere Umhüllungen mit nach außen zunehmender Weichheit (bspw. 70, 60, 50, 40 Shore) aufgebracht, von denen in den Figuren 3a und 3b lediglich zwei Umhüllungen 11, 12 dargestellt sind. Ein solcher Aufbau des Trennelements 1 bedingt eine relativ geringe Masse und damit geringe Trägheit, so daß es mit großer Winkelgeschwindigkeit und wesentlich geringerem Energieaufwand, als eine Druckluftselektionseinheit antreibbar ist. Die entstehende Lärmemission läßt sich auf unter 70 db senken. Am Beispiel von Fig. 2 soll die Trennung in die genannten Fraktionsteilströme c1, c2, c3 näher beschrieben werden. Gelangt die oben als reife, gesunde Frucht bezeichnete Frucht 51 zwischen die Finger 10a und 10b, erhält der Schrittmotor 2 keinen Impuls vom Hauptkoordinatenprozessor 4 bzw. einer diesem nachgeordneten Steuerung und die Frucht 51 gelangt in den Fraktionsstrom c1, während das Trennelement in seiner Ausgangslage verbleibt. Gelangt die bereits in der Annäherungszone a als zu klein erkannte Frucht 52 in die Zone b zwischen die Finger 10a und 10b, erhält der Schrittmotor einen Beschleunigungsimpuls in Richtung (in Fig. 2 entgegen dem Uhrzeiger) der Frucht 52 soweit, bis der Finger 10a die Oberfläche der Frucht gerade berührt, wird in diesem Moment kurzzeitig abgebremst, um unmittelbar anschließend, wenn sich der Massemittelpunkt der Frucht 52 in Höhe der Mittenlängsachse des Fingers 10a befindet, eine definierte Beschleunigung in gleicher Richtung aufgeprägt zu bekommen, wodurch die Frucht 52 in den Fraktionsstrom c2 ausgeworfen wird. Nach erfolgtem Auswurf bewirkt die Ansteuerung des Trennmittels 1 durch einen weiteren Impuls eine weitere Verdrehung in gleicher Richtung, so daß der Finger 10a die bisherige Lage des Fingers 10b einnimmt, wodurch die Gesamtlage des Trennmittels 1 deckungsgleich zur beschriebenen Ausgangslage ist. Käme nun anschließend wieder eine Frucht, die in den Fraktionsteilstrom c2 zu verbringen wäre, braucht das Trennmittel 1 nicht wieder in die beschriebene Ausgangslage verbracht zu werden, da es sich in einer identischen Lage befindet. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß eine Verdoppelung der Sortiergeschwindigkeit gegenüber einfachen impulsförmig arbeitenden Trennmechanismen erreicht wird. Die Selektion von Produkten 53 in den Fraktionsteilstrom c3 erfolgt in analoger Weise mit entgegengesetztem Drehsinn des Trennmittels 1 und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung. Auch ist es im Rahmen der Erfindung leicht möglich, bspw. zur Aussonderung von Fremdkörpern aus dem sequentiellen Produktteilstrom, einen höheren Beschleunigungsimpuls zur Ausonderung eines derartigen Bestandteils dem Trennmittel 1 aufzuerlegen, so daß eine Aussonderung in weiter abliegende Fraktionsteilströme erfolgen kann, so daß die Erfindung sich nicht nur auf drei Teilströme beschränkt. Wesentlich im Rahmen der Erfindung ist, daß das Echtzeit-Bildverfolgungssystem auch den Weg der Produkte nach der Auftrennung in die einzelnen Fraktionsteilströme c1, c2, c3 verfolgt und die hierbei gewonnenen Signale (Auswurfweiten) einem Speicher 41 zuführt. Diese gewonnen Signale werden ständig mit den vorgebbaren Sollwerten, die Treffern in die jeweiligen, den Fraktionsteilströmen zugeordneten, im übrigen nicht näher dargestellten Abführkanälen oder -bändern entsprechen, verglichen. Vermittels einer Logikstufe 42 werden im Speicher dem Sollwert angepaßte Ausgangssignale erzeugt und der Schrittmotor 2 bzgl. seiner Beschleunigungsbeaufschlagung verändert angesteuert. Diese Maßnahme ist insbesondere in der Anlaufphase der Sortierung einer Produktcharge und beim Wechsel zwischen verschiedenen Produkten von Bedeutung, da bspw. massegleiche Produkte unterschiedlicher Art bei identischem Impuls unterschiedliche Auswurfweiten erfahren. Insbesondere birgt diese Maßnahme jedoch den Vorteil in sich, daß keine baulichen Veränderungen an der Gesamteinrichtung bei einem Produktwechsel vorgenommen werden brauchen.
Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, zwecks optimaler Anpassung an das jeweilige Sortiergut einen austauschbaren Satz unterschiedlich fingerbesetzter und/oder unterschiedlich umhüllter Finger vorzusehen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, daß das Echtzeit-Bildverfolgungssystem 3 sequentielle Produktströme, die von mehreren Kanälen k ausgehen gleichzeitig erfaßt.
Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, beidseitig zum Weg p der Produkte 51, 52, 53 eine, an sich bekannte, deshalb hier nicht weiter ausgeführte und in Fig. 1 nur strichliniert angedeutete mit mehreren optoelektronischen Bildwandlern ausgestattete Meßkammer 6 vorzusehen, die der ersten Annäherungszone a vorgelagert ist oder diese teilweise beinhaltet, und welche unabhängig vom Echtzeit-Bildverfolgungssystem 3 eine eigenständige allseitige Produkterfassung ermöglicht und die gewonnenen Signale ebenfalls, den Daten des Echtzeit-Bildverfolgungssystems 3 einzelproduktbezogen zugeordnet und dem Hauptkoordinatenprozessor 4 zuführf. Eine solche Kombination ist dann sinvoll, wenn eine allseitige Produkterkennung gewünscht ist. Die Aufgabe der allseitigen Produkterkennung kann auch dem Echtzeit-Bildverfolgungssystems 3 integriert zugeordnet sein, wobei dann jedoch wenigstens zwei solcher Echtzeit-Bildverfolgungssysteme 3 vorzusehen sind, die einander gegenüberstehend die Produkte unter unterschiedlichen Winkeln, vergleichbar einer Anordnung nach DE 196 46 753.5, erfassen und ihre gewonnenen Informationen einer gemeinsamen Auswerte- und Steuereinheit 4, 40, 41, 42 zuführen.
Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen in ihrer Gesamtheit und im Detail beschränkt. So kann das beschriebene Trennelement 3 in Abhängigkeit von den zu sortierenden Produkten und den vorgebbaren Sortierkriterien auch bspw. von oben auf in festen Leitwegen geführte, aufgereihte Produkte eingreifen. Ebenso kann die Gestaltung der Finger 10 auch abweichend von der beschriebenen kreisrunden Ausführung z.B. abgeflacht ausgeführt erfolgen, wenn bspw. Produkte zu sortieren sind, die durch eine solche Fingergestaltung keine Verletzungen oder Obeflächenbeschädigungen erfahren.
Durch die Erfindung ist eine Einrichtung geschaffen worden, die bei entsprechender Betriebsweise mit hoher Geschwindigkeit und Treffergenauigkeit eine produktschonende Sortierung bei niedrigem Energieaufwand, hoher Verschleißfestigkeit und vergleichbar niedrigen Kosten ermöglicht. Mit der beschriebenen Lösung sind Sortierungen für beliebige Teilegrößen in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Trennelementes, insbesondere von der Anzahl der Finger, möglich. Im speziellen Beispiel, fünf Finger in 72 Grad Anordnung, sind bei Teilegrößen von 35 ... 150 mm Teilesequenzen von mindestens fünfzig Teilen/sec sortierbar. Für die Produktarten Kartoffeln, Tomaten oder Gurken sind damit Durchsatzraten im Bereich von 6000 ... 9000 kg/h erreichbar.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 -
Trennelement
10, 10a, 10b -
Finger des Trennelementes 1
11, 12 -
elastomere Umhüllungen
13 -
Kernkörper
14 -
Hohlraum
2 -
Schrittmotor
3 -
Echtzeit-Bildverfolgungssystem
4 -
Hauptkoordinatenprozessor
40 -
Mikroprozessoren bzw. Adressbereiche
41 -
Speicher
42 -
Logikstufe
51, 52, 53 -
Produkte
k -
Kanal
a -
erste Annäherungszone
b -
zweite Zone (Trennzone)
c1, c2, c3 -
Fraktionsteilstromzonen
p -
Weg (Flugparabel)

Claims (9)

  1. Einrichtung zu einer merkmalsbezogenen Sortierung von Produkten, bestehend aus wenigstens einem Kanal (k), den die zu sortierenden Produkte einzeln nacheinander passieren, wobei die Produkte (51, 52, 53) eine erste Annäherungszone (a) durchlaufen, in eine zweite Zone (b) gelangen, in der ein vermittels eines Schrittmotors (2) in Drehbewegungen versetzbares Trennelement (1) vorgesehen ist, welches umfangsmäßig gleichbeabstandete Finger (10) trägt, denen ein Kernkörper (13) hoher Eigensteifigkeit gegeben ist, der mit wenigstens einer elastomeren Umhüllung (11) versehen ist und welches je nach Ansteuerung die zu sortierenden Produkte (51, 52, 53) in mindestens drei weitere Zonen (c1, c2, c3) überführt, wobei ein Echtzeit-Bildverfolgungssystem (3) derart vorgesehen ist, daß es den gesamten Weg der Produkte (51, 52, 53) durch die Zonen (a; b; c1, c2, c3) zu erfassen gestattet und jedem Einzelprodukt (51, 52, 53) zuorden- und adressierbar Einzelproduktinformationen, wie einem oder mehrere Parameter, wie Volumen, Geschwindigkeit, Teilekontur, Massemittelpunkt, Schadstellen, Ablenkcharakteristik, Drehimpuls o.ä., in einzelnen Mikroprozessoren bzw Adressbereichen (40) beim Eintritt in die Annäherungszone merkmalsbezogen ablegt und einem Hauptkoordinatenprozessor (4) zuführt, dessen Ausgangssignale den Schrittmotor (2) und damit das Trennelement (1) mit einzelproduktbezogener unterschiedlicher Drehrichtung und Beschleunigung derart ansteuern, daß ein Finger (10) des Trennelements (1) auf das zu sortierende Produktteil hin beschleunigbar, im Moment der Produktteilberührung kurzzeitig abbremsbar und unmittelbar anschließend mit einer produktteilbezogenen definiert veränderbaren Beschleunigung beaufschlagbar ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig zum einem Weg (p) der Produkte (51, 52, 53) eine mit mehreren optoelektronischen Bildwandlern ausgestattete Meßkammer (6) vorgesehen ist, die der ersten Annäherungszone (a) vorgelagert ist oder diese teilweise beinhaltet, und welche unabhängig vom Echtzeit-Bildverfolgungssystem (3) eine eigenständige allseitige Produkterfassung ermöglicht und die gewonnenen Signale ebenfalls, den Daten des Echtzeit-Bildverfolgungssystems (3) emzelproduktbezogen zugeordnet, dem Hauptkoordinatenprozessor (4) zuführt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trennelement (1), sternförmig verteilt, wenigstens drei Finger (10) zugeordnet sind.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trennelement (1) bevorzugt fünf, jeweils um 72° versetzte Finger (10) zugeordnet sind.
  5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernkörper (13) durch einen sich vom Zentrum des Trennelements (1) nach außen hin verjüngenden Konus gebildet ist, der aus einem harten Elastomer mit Fasereinlagerung, insbesondere Kohlefasereinlagerung, gefertigt ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Umhüllung des Kernkörpers (13) durch mehrere aufeinander aufgebrachte Einzelumhüllungen (12, 11) gebildet ist, deren jeweilige Weichheit nach außen hin zunimmt.
  7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Echtzeit-Bildverfolgungssystem (3) durch eine Hochgeschwindigkeitskamera mit einer Auflösung von wenigstens 230 Bildern/sec gebildet ist.
  8. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Echtzeit-Bildverfolgungssystem ein jedes Produktteil (51, 52, 53) eines sequentiellen Produktteilstrom beginnend ab Eintritt in eine Annäherungszone (a), über eine von einem Trennelement (1) erfaßbare zweite Zone (b) bis hin in eine dritte Teilfraktionsstromzone (c1, c2, c3) erfaßt wird, jedes Produkt beim Eintritt in die Annäherungszone (a) merkmalsbezogen in einem Mikroprozessor bzw. Adressbereichen (40) abgelegt und einem Hauptkoordinatenprozessor (4) zugeführt wird, dessen Signale einem Schrittmotor (2) derart zugeführt werden, daß dieser beim Eintritt eines zu selektierenden Produktteils in die zweite Zone (b) ein Trennelement (1) so ansteuest, daß ein Finger (10) des Trennelements (1) auf das Produktteil (52; 53) hin beschleunigt wird, im Moment der Produktteilberührung kurzzeitig abgebremst und unmittelbar anschließend mit einer produktteilbezogenen definierten Beschleunigung beaufschlagt und in eine solche Endstellung verbracht wird, daß die Finger (10) des Trennelements (1) nach erfolgter Produktteilselektion, unabhängig von der erfahrenen Rotationsrichtung, in eine zur ihrer Ausgangslage deckungsgleichen Stellung verbracht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse von Produktteilselektionen, insbesondere masse- oder volumenbezogene, in der dritten Zone (c2, c3) ermittelte Auswurfweiten, zumindest in der Anlaufphase oder bei Produktwechsel, vom Echtzeit-Bildverfolgungssystem (3) erfaßt und in einem weiteren Speicher (41) abgelegt werden und bei Nichterfüllung eines vorgebbaren Sollwertes in einer weiteren Logikstufe (42) eine Korrektur derart erfahren, daß die vom Hauptkoordinatenprozessor (4) zur Ansteuerung des Schrittmotors (2) abgehenden Signale solange verändert werden, bis der einzelproduktteilbezogene Sollwert erreicht wird.
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