Vorrichtung und Verfahren zur Qualitäts- und Grössensortierung von Produkten und Artikeln

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln, insbesondere von Hackfrüchten. Bei der Erfindung sind einer Zuführeinrichtung (1) eine fotometrische Meßkammer (2) mit mehreren ringförmig angeordneten Beleuchtungseinrichtungen (5) und optoelektronische Bildwandler (6) zugeordnet, wobei die Beleuchtungseinrichtungen (5) zweckmäßigerweise aus Gasentladungslampen bestehen, deren Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm ausstrahlbar und dessen Infrarotanteil vorzugsweise kleiner als 2% der Gesamtstrahlungsleistung ist. Vorteilhafterweise sind die Beleuchtungseinrichtungen (5) außerhalb einer Meßebene angebracht und die einen parabelförmigen Fallkanal (7) bildende fotometrische Meßkammmer (2) ist über einen optisch transparenten prismatischen Körper, wie einen Glaszylinder (4), staub- und spritzwasserdicht getrennt, aber optisch verbunden. Die fotometrische Meßkammer (2) steht über einen nachgeordneten, einen oder mehrere Trennmechanismen (9) bewegenden Elektronikblock (10) und einer Auffangeinrichtung (11) in Verbindung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung, insbesondere für landwirtschaftliche und Naturprodukte wie Obst, Gemüse, Hackfrüchte sowie andere Artikel.
Aus der BG-A 30 805 ist eine Vorrichtung zum Sortieren von Früchten bekannt, deren fotometrisches System zwei Fotoempfänger für zwei Wellenlängen aufweist. Die Ausgänge der Fotoempfänger sind mit zwei identischen Verstärkern verbunden, deren Verstärkung automatisch regulierbar ist. Dabei sind die Ausgänge der Verstärker über zwei Verzögerungsleitungen mit den Eingängen von zwei Analog/Digital-Wandlern verbunden, deren Ausgänge mit Rechengliedern zur Ermittlung des Mittelwertes, der Amplitude sowie des Maximal- und des Minimalwertes verbunden sind. Die Ausgänge der Rechenglieder sind mit den Eingängen von zwei logischen Blöcken zum Ermitteln des Endergebnisses für die Güte und die Ausgänge dieser logischen Blöcke und über Endschalter mit den Sortiergliedern verbunden.
Desweiteren ist eine Vorrichtung zum automatischen Sortieren von Früchten, Gemüse und Wurzelgemüse nach DE 38 42 098 bekannt geworden, die eine fotometrische Kamera mit zwei Fotoempfängern für zwei Wellenlängen enthält. Deren Ausgänge sind über Verstärker mit Fehlerkorrektor, Hochfrequenzfilter mit Spitzendetektor, Niederfrequenzfilter, ein logisches ODER-Gatter, Differenzverstärker, ein Multiplizier-/Dividier-Glied, einen Analog-Digitalwandler, ein Interface und einen Mikrocomputer mit Blöcken für die Ermittlung der Gütelösung verbunden, während die Ausgänge dieser Blöcke über Endschalter mit den Sortiergliedern in Verbindung stehen.
Ein nach DD 272 425 bekannt gewordenes Verfahren und Anordnung zur Qualitätssortierung lanwirtschaftlicher Produkte sieht vor, mittels einer optischen Meßeinrichtung eine Qualitätssortierung, d.h. die Klassierung nach Reifegrad, Oberflächenmerkmalen - wie Beschädigungen, Erkrankungen, Druckstellen, Anormalitäten, Mißbildungen - und nach Größe zu ermöglichen, wenn die stückartigen Güter mittels optimal gerichteten Auflichts ausreichend beleuchtet wurden und über die von der Objektoberfläche bzw. dem Hintergrund und den beschädigten Oberflächenbezirken und/oder zwischen Hintergrund und Oberflächenrand und/oder im spektralen Grundniveau zum Vergleichsobjekt aufweist. Die remittierte optische Strahlung belichtet dabei entsprechend der jeweilig vorhandenen punktuellen Lichtintensitätsverteilung eine Anordnung zeilen- oder matrizenförmiger optoelektronischer Elemente. Die gewandelten analogen elektrischen Bildsignalfolgen werden in einer Auswerteschaltung vorverarbeitet, in einem Speichersystem digital abgelegt und anschließend in einem Informationsverarbeitungssystem die für die Qualitätssortierung erforderlichen Merkmalklassen den stückartigen Gütern zugeordnet. Eine nachgeordnete Ansteuerschaltung gibt die für die Auswurforgane benötigten Ansteuersignale aus. Durch einen Filter vor dem Objektiv kann der Kontrast zwischen Objektflächenhintergrund und dem Mengelbereich erhöht werden. Die Anordnung optoelektronischer Elemente ist vorzugsweise als monolithisch integrierte Schaltung auszuführen, und als Informationsverarbeitungssystem sind ein oder mehrere Spezial- oder Mikroprozessoren einzusetzen.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Unterscheidung bzw. Sortierung landwirtschaftlicher Produkte nach Oberflächenmerkmalen nach DD 255 594 erfolgt mittels einer speziellen elektronischen Steuerung und Verarbeitung für die Signale von Zeilensensoren insbesondere ein paarweiser Vergleich der Grauwerte von in Zeilenrichtung versetzt befindlichen größenverstellbaren Bildpunkten und eine Bewertung der Grauwertdifferenzen sowie auch von absoluten Grauwerten zur Fehlererkennung nach variabel einstellbaren Kriterien.
Dieser Vergleich wird durch Quotientenbildung der Signale von Bildpunkten vorgenommen, die nicht unmittelbar benachbart, sondern durch eine ganze Anzahl von n_z Zwischenpunkten getrennt sind.
Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren lassen lediglich begrenzte Möglichkeiten bzgl. der Merkmale der Gütebestimmung der Produkte sowie begrenzte Sortiermöglichkeiten zu, und infolge der unregelmäßigen geometrischen Form der Produkte entstehen zwangsläufig Fehler durch in die Fotoempfänger reflektiertes Licht. Der Aufbau der optischoptoelektronischen und elektronischen Bauelemente und Grundbaugruppen ist einmal sehr aufwendig, und bei absoluten Schwankungen im optischen Signalpegel arbeiten diese nicht genügend sicher. Desweiteren ist zu verzeichnen, daß bei einer Erfassung von mehreren Wellenlängen ein entsprechend hoher Energieaufwand zur Erzeugung ausreichender optischer Signalpegel erforderlich ist. Bestimmte Verfahren gestatten nur, eine geringe Anzahl von Qualitätsklassen bei begrenzter geometrischer Auflösung der Merkmale zu erfassen und erfordern einen hohen Ausleuchtungsgrad sowie analogen Rechenaufwand.

[0002] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung zu schaffen, mittels denen die Produkte und Artikel auf einer parabelförmigen Flugbahn mit hoher Geschwindigkeit durch eine fotometrische Meßkammer bewegt werden, die eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Auflichtes sowie mehrere optoelektronische Bildwandler zur Aufnahme des vom Hintergrund der fotometrischen Meßkammer oder von den sich durch die Meßkammer bewegenden Produkten remittierten Lichtes enthält und über einen mit Trennmechanismen versehenen Elektronikblock sowie einer Auffangvorrichtung derart verbunden ist, daß eine exakte Trenngenaugikeit einschließlich schonender Sortierung der Produkte nach Größe und Qualität gegeben ist.

[0003] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß durch die Verwendung spezieller Leuchtstofflampen kaum störende Infrarotanteile auftreten und daß durch deren ringförmige Anordnung in der fotometrischen Meßkammer eine optimale Ausleuchtung erreicht wird. Die mit der fotometrischen Meßkammer in Verbindung stehenden Leuchtstofflampen und optoelektronischen Bildwandler, wie Kameras, sind durch Spezialglas gegen Verschmutzung, Staub und Spritzwasser abgeschirmt und lassen einen Einsatz der Sortiervorrichtung unter extremen Bedingungen zu. Durch die besondere Anordnung der optoelektronischen Bildwandler ist eine verzerrungsarme Aufnahme der Sortiergutoberfläche gegeben, und die Verwendung einer parabelförmig gestalteten Auffangvorrichtung ermöglicht eine schonende Behandlung der Produkte.
Durch einen speziellen Berechnungsalgorithmus ist trotz schwankender Grundhelligkeit der Meßoberfläche eine sichere Fehlererkennung möglich, und außerdem erfolgt gleichzeitig eine Größen- und Formbewertung des Meßobjektes. Die ermittelten Fehler- und Größenklassen können wahlweise ein oder mehreren Trennmechanismen zugeordnet werden.

[0004] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

die schematische Darstellung der Zuführeinrichtung mit nachgeordneter fotometrischer Meßkammer, Elektronikblock, Trennmechanismus, Auffangvorrichtung und Abführeinrichtung,

Fig. 2

die fotometrische Meßkammer im Schnitt,

Fig. 3

eine Seitenansicht nach Fig. 2 und

Fig. 4

eine Seitenansicht der fotometrischen Meßkammer mit kegelförmiger Anordnung der mittleren optischen Achsen der optoelektronischen Bildwandler.

[0005] In den Figuren sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln, insbesondere Kartoffeln dargestellt, die eine Zuführeinrichtung 1 mit einer nachgeordneten fotometrischen Meßkammer 2 aufweisen. Die Zuführeinrichtung 1 ist zweckmäßigerweise als V-förmiges Band gestaltet, auf dem die Kartoffeln 3 auf eine genau definierte Geschwindgkeit gebracht und vereinzelt der fotometrischen Meßkammeer 2 zugeführt werden. Die fotometrische Meßkammer 2 ist mit einem Glaszylinder 4 sowie zwei Beleuchtungseinrichtungen 5 versehen, wobei zweckmäßigerweise eine im oberen und eine im unteren Bereich des Glaszylinders 4 angebracht ist. Am Umfang der fotometrischen Meßkammer 2 befinden sich mehrere Bildwandler 6. Der Glaszylinder 4 läßt das von der Beleuchtungseinrichtung 5 ausgestrahlte Licht durch und dichtet gleichzeitig so ab, daß die Beleuchtungseinrichtung 5 und der optoelektronische Bildwandler 6 bei Arbeiten unter extremen Einsatzbedingungen, speziell in der Landwirtschaft, vor Schmutz, Staub und Nässe geschützt sind.

[0006] Die der fotometrischen Meßkammer 2 vereinzelt zugeführten Kartoffeln 3 fallen im freien Fall durch den Fallkanal 7 der fotometrischen Meßkammer 2, wo mittels der Beleuchtungseinrichtungen 5, die Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm ausstrahlen, einmal die gesamte Oberfläche der Kartoffeln 3 und infolge der Anordnung mehrerer optoelektronischer Bildwandler 6 im bestimmten Winkel zur fotometrischen Meßkammer 2 beim Eintreten und Verlassen derselben auch die Polkappen der Kartoffeln 3 erfaßt werden. In Richtung der mittleren optischen Achse 8 der optoelektronischen Bildwandler 6 erfolgt eine zeilenweise Erfassung der Oberfläche der Kartoffeln 3.

[0007] In einem der fotometrischen Meßkammer 2 zugeordneten und mit einem Trennmechanismus 9 in Verbindung stehenden Elektronikblock 10 erfolgt die Bewertung und Berechnung der in der fotometrischen Meßkammer 2 ermittelten Ergebnisse und die Ansteuerung des Trennmechanismus 9, wo mittels eines Luftstrahles oder Wasserstrahles die aussortierte schlechte Ware über die Trennkante einer bspw. parabelförmig gestalteten Auffangeinrichtung 11 gefördert wird, ebenso wie die gute Ware auf Bänder 12 oder andere Transport-, respektive Austrageeinrichtungen gelangt. Die parabelförmig gestaltete Auffangeinrichtung 11 bewirkt eine schonende Übergabe der Kartoffeln 3 auf das Band 12.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln bestehend aus einer Zuführeinrichtung, einer fotometrischen Meßkammer mit Beleuchtungseinrichtungen und optoelektronischen Bildwandlern sowie einem Elektronikblock mit zugeordneten Trennmechanismen sowie Austrage- und Auffangeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die fotometrische Meßkammer (2) mit mehreren, vorzugsweise ringförmig angeordneten Beleuchtungseinrichtungen (5) und optoelektronischen Bildwandlern (6) versehen ist, daß die Beleuchtungseinrichtungen (5) aus Gasentladungslampen bestehen, deren Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 620 nm ausstrahlbar und dessen Infrarotanteil vorzugsweise kleiner als 2% der Gesamtstrahlungsleistung ist, und daß die Beleuchtungseinrichtungen (5) außerhalb einer Meßebene angebracht sind und die einen parabelförmigen Fallkanal (7) bildende fotometrische Meßkammer (2) über einen optisch transparenten prismatischen Körper, wahlweise Glaszylinder (4), staub- und spritzwasserdicht getrennt, aber optisch verbunden ist, und daß die fotometrische Meßkammer (2) über einen nachgeordneten, einen oder mehrere Trennmechanismen (9) bewegenden Elektronikblock (10) und einer Auffangeinrichtung (11) in Verbindung steht.

2. Vorrichtung zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Trennmechanismen (9) entgegen der Flugbahn der zu trennenden Produkte angeordnet sind und daß die Auffangeinrichtung (11) bspw. parabelförmig gestaltet ist, aus einer passiven Fläche, wahlweise einer bogenförmigen Platte, einem oder mehreren Bändern, Walzen, respektive einer Band-Walzen-Kombination (12) besteht.

3. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronischen Bildwandler (6) so in der fotometrischen Meßkammer (2) angeordnet sind, daß ihre mittleren optischen Achsen den Mantelflächen zweier im Fallkanal (7) spitz aufeinander stehender Kegel angehören, die eine verzerrungsarme Projektion der Polkappen der druchfallenden Produkte ermöglichen, und auf die optoelektronischen Bildwandler (6) im Ruhezustand ein Abbild des hellen Hintergrundes der fotometrischen Meßkammer (2) projiziert wird und daß die Teilflächen des optisch transparenten prismatischen Glaszylinders (4) und der Hintergrund der fotometrischen Meßkammer (2) in den Meßebenen, die nicht auf die optoelektronischen Bildwandler projiziert werden sollen, geometrisch und/oder farblich so gestaltet sind, daß das von ihnen reflektierte Licht, das gebrochen über den Grenzwinkel der Totalreflexion von weiteren Einrichtungen innerhalb der fotometrischen Meßkammer (2) unerwünscht auf die optoelektronischen Bidwandler (6) gelangt, vorzugsweise weniger als 2% des mittleren Meßwertes des den Fallkanal passierenden Produktes beträgt.

4. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß die von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme zeilenweise seriellisiert werden, sich ein Datenstrom für die gesamte Meßoberfläche ergibt, eine weitere Schaltung die Referenzwerte einzelner Zeilen miteinander vergleicht und bei entsprechend zu definierender Abweichung eine weitere Fehlerklasse liefert und daß aus dem Datenstrom automatisch für jede Zeile ein Referenzwert gebildet wird, der der Helligkeit der gesunden Meßoberfläche des Produktes entspricht und ein Vergleich zwischen aktuellen Bildpunkten sowie Referenzwerten der vorangegangenen Zeile vorgenommen und eine Kennzeichnung bei Erfüllung des Fehlerkriteriums ermöglicht wird.

5. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach den Ansprüchen 3. und 4., dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung die Anzahl sowie die Ausdehnung in horizontaler und vertikaler Richtung der gekennzeichneten Fehlerflächen ermittelt und verschiedenen Fehlerklassen zuordnet und daß ausgehend vom Datenumfang, der von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme sowie deren Vergleich zwischen einzelnen Zeilen eine Formbewertung des Meßprodukts gegeben ist und entsprechend der Anzahl der von den optoelektronischen Bildwandlern (6) erzeugten Datenströme pro Meßprodukt ein größenproportionales Datenwort erzeugt wird, welches eine Größensortierung gewährleistet.

6. Verfahren zur Qualitäts- und Größensortierung von Produkten und Artikeln nach den Ansprüchen 3. bis 5., dadurch gekennzeichnet, daß durch die wahlweise Zuordnung einzelner Fehler- und/oder Größenklassen von Meßprodukten zu einer oder mehreren Austrageeinrichtungen zwei, respektive mehrere unterschiedlich zusammengesetzte Fraktionen von Sortiergut trennbar sind und daß mittels einer weiteren, nicht linear arbeitenden Schaltung der Zeitpunkt sowie die Dauer der Ansteuerung der Austrageeinrichtungen in Abhängigkeit von der Größe des auszutragenden Meßproduktes bestimmbar sind.

Zeichnung