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1. (WO2008077489) EINRICHTUNG ZUR ÜBERWACHUNG EINES PRODUKTSTROMES AUF STÖRENDE EINSCHLÜSSE
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Einrichtung zur Überwachung eines Produktstromes auf störende Einschlüsse

Zum Auffinden störender Einschlüsse, wie kleinen Metallteilchen in einem Produktstrom, und gegebenenfalls und auch zu deren Entfernung ist in der DE 100 1 1 230 Al eine Lösung dargestellt und beschrieben, mit der es möglich ist auch sehr kleine metallische Einschlüsse aufzufinden, selbst wenn diese in einer Umhüllung aus einem anderen Metall enthalten sind. Bei Einrichtungen dieser Art werden mehrere Sensoren in Förderrichtung hintereinander angeordnet und deren Ausgangssignale zeitlich so korreliert, dass Signale von störenden Metallteilchen algebraisch und Geräuschsignale geometrisch addiert werden. Informationen zur Korrelation finden sich u.a. dem in der DE 100 1 1 230 Al zitierten Buch "Korrelationselektronik" von Prof. Dr. Lange (z.B. Seiten 22 ff. und Seiten 338 ff.) und in der DE 41 15 350 Al .

Bei Einrichtungen der in der DE 100 1 1 230 Al behandelten Art werden die zu überprüfenden Objekte dabei in der Regel mit einem Objekt-Sensor, wie einem optischen Sensor z.B. Lichtschranken-Sensor, einem mechanischen Objekt-Sensor oder auch einem a-kustisch arbeitenden Sensor erfasst, der die Taktsignal-Triggerung für den elektronischen Geräteteil liefert. Von einem weiteren Sensor wird die Transportgeschwindigkeit der Förderein-richtung, z.B. eines Förderbandes erfasst und ein entsprechendes Signal ebenfalls dem elektronischen Geräteteil zugeführt, um eine korrelierte Auswertung im erwähnten Sinne zu ermöglichen. Die In Transportrichtung aufeinander folgenden einzelnen Sensoren bilden eine Sensor-Reihe. Zur Verzögerung von Sensor-Signalen können Laufzeitketten und Speicher verwendet werden. Vor allem bei digitaler Auswertung der einzelnen Sensor -Signale sind auch die allgemein bekannten digital arbeitenden Speicher anwendbar, in deren einzelne Speicherbereiche Sensor-Signale in Digitalform eingelesen und anschließend hinsichtlich des Objekt-Signals kor-reliert ausgelesen werden.

Metallsuchgeräte dieser Art haben bei Verwendung von Hallelementen oder Feldplatten (siehe Ahlers -Waldmann "Mikroelektronische Sensoren, Seiten 137- 144/ 1. Auflage, VEB-Verlag Technik, Berlin 1989) eine sehr hohe Ansprechempfindlichkeit, die auch sehr kleine ferromagne tische Teilchen, die beispielsweise in einem Aluminiumbeutel enthalten sind, erkennen lassen. In der industriellen Anwendung solcher Metallsuchgeräte kann sich die hohe Ansprechempfindlichkeit jedoch insofern störend bemerkbar machen, als äußere Magnetfelder störende Signale in den Sensoren verursachen können. Es wird in der Praxis meist versucht dieses Problem dadurch zu beheben, dass die gesamte Anlage magnetisch abgeschirmt wird. Das ist allerdings meist wenig wirksam, vor allem wenn solche Störungen von innerhalb der Abschirmung befindlichen Teilen ausgehen.

Es wurde auch versucht störenden Magnetfelder dadurch zu begegnen, dass bei einer Matrix aus Einzelsensoren, die der Erken-nung störender Einschlüsse dient, eine ebensolche weitere Matrix unterhalb der erstgenannten Matrix in einem solchen Abstand angeordnet wird, dass diese zwar die störenden Magnetfelder aufnimmt, aber nicht mehr auf störende Einschlüsse im Fördergutstrom anspricht. Jedem eigentlichen Erkennungssensor ist ein e-bensolcher Sensor in der weiteren Matrix zugeordnet und die einander entsprechenden Sensoren sind in Differenz geschaltet, um so ein von äußeren Magnetfeldern bereinigtes Signal zu erhalten. Diese Methode versagt gegenüber solchen Störungen, die in der Nähe der Sensoren und gerade bei einer magnetischen Schirmung auftreten. Auch ist der schal tungs technische Aufwand sehr hoch, da ebenso viele Kompensations-Sensoren wie eigentliche Erkennungs-Sensoren benötigt werden. Auch ist eine solche Einrichtung relativ anfällig, da im Betrieb eventuell auftretende Ausfälle mehr als linear mit der Anzahl der Bauele-mente zunehmen.
Gemäß der Erfindung wird bei einer Einrichtung der einleitend beschriebenen Art das Signal wenigstens eines Sensors der Sensor-Matrix gegenphasig zu Signalen anderer Sensoren addiert und das jeweils aus dieser Addition resultierende Signal für die Korre-lationsauswertung zur Erzeugung eines Erkennungssignals vorgesehen.

Bei einer Einrichtung dieser Art werden nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Ausgangssignale von jeweils zwei in Richtung des Produktstromes aufeinander folgenden Sensoren gegenphasig zur Kompensation störender äußerer Magnetfelder addiert und die daraus resultierenden Signale entsprechend zeitlich korreliert zur Erzeugung des Erkennungssignals addiert.

Die Erfindung ist sowohl bei einem Metallsuchgerät mit nur einer Sensor-Reihe als auch bei einem Metall-Suchgerät mit einer Sensor-Matrix anwendbar. Gegen besonders starke äußere Magnetfelder kann um eine Blockierung der Sensoren zu vermeiden, zusätz-lieh eine magnetische Schirmung vorgesehen werden, die einen Durchläse für das Fördergut enthält.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die erwähnten Störungen durch Magnetfelder weitgehend gleichzeitig und gleichphasig alle Sensoren beeinflussen, wodurch praktisch alle Sensoren im Fall störender Felder ein der Störung entsprechendes Signal abgeben. Durch eine erfindungsgemäße Ausbildung können die Ausgangssignale jedoch weitgehend frei vom Ein-fluss störender Felder gehalten werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und von darin dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

die Figur 1 eine mit einem Metalldetektor versehene Einrichtung zur Feststellung störender Einschlüsse in einem beispielsweise in Beuteln aus Aluminiumfolie verpacktem Fördergut, das auf einem Transporthand befördert wird;

die Figur 2 ein Matrix-Sensorfeld nach der bereits erwähnten DE 100 1 1 230, das in der in der Figur 1 dargestellten Einrichtung zur Anwendung kommt;

die Figur 3 einen der Sensorstreifen des in der Figur 2 dargestellten Matrix-Sensorfeldes, der die Anordnung der einzelnen Sensoren erkennen lässt und eine schematische Andeutung der Einwirkung von zu erfassenden Ein- Schlüssen im Fördergut und eines Störfeldes auf die Sensoren des Sensorstreifens;

die Figur 4 ein Raumdiagramm für die Ansprechempfindlichkeit eines als Hallelement oder Feldplatte ausgebildeten

Sensors;

die Figur 5 einen Signal-Verlauf eines einen unerwünschten Ein- schluss enthaltenden Beutels unter gleichzeitigem Ein- fluss eines störenden äußeren Feldes;

die Figur 6 eine schematische Darstellung des Kompensationsvorgangs zur Auffindung eines einen unerwünschten Ein- schluss enthaltenden Förderguts;

die Figur 7 ein Ausführungsbeispiel mit Kompensation für den Fall einer Analog-Auswertung;

die Figur 8 ein Ausführungsbeispiel mit Kompensation für den Fall einer digital arbeitenden Auswertung;

die Figur 9 eine weitere Möglichkeit für eine Differenzbildung zwischen Signalen.

Die in der Figur 1 dargestellte Einrichtung besteht aus einem Grundgestell 1 , das über höhenverstellbare Tragfüße 2 horizontal ausrichtbar ist und eine Transporteinrichtung für das Fördergut, die bei dem Ausführungsbeispiel als Förderband 3 ausgebildet ist. Unterhalb des Förderbandes 3 ist ein als Sensor-Matrix 4 ausge-bildeter Metalldetektor derart angeordnet, dass die einzelnen Sensoren - siehe Figur 3 - auf das Förderband 3 und damit auf das darauf transportierte Fördergut weisen. Die Sensor-Matrix 4 besteht aus konzentrierten Einzelsensoren in Form von Hallelementen oder Feldplatten (sh. das Buch "Mikroelektronische Sensoren" von Ahlers -Waldmann, 1. Auflage VEB-Verlag Technik Berlin, Seiten 137- 14 und DE 100 1 1 230). Die Sensor-Matrix 4 speist eine Auswerteschaltung 5, die in an sich bekannter Weise mit einem Bediengerät und einem Anzeigegerät kombiniert ist. Die Transportrichtung des Förderbandes 3 ist durch einen Richtungspfeil kenntlich gemacht. Im Endbereich des Förderbandes 3 ist eine Vorrichtung 6 zum Auswurf von solchem Transportgut in einen Sammelbehälter 7 angeordnet, das als störend festgestellte Einschlüsse, wie Späne aus VA-Stahl oder dergleichen, enthält. Die Auswurfeinrichtung 6 ist als sogenannter "pusher" ausgebildet.

Auswurfvorrichtungen für diesen Zweck sind beispielsweise in der Zeitschrift "Automation" des Verlags Automation, Penton Bldg. , Cleveland, Ohio 441 13/USA, Septemberheft 1965, Seiten 102 bis 1 12 und Dezemberheft 1965, Seiten 69 bis 73 dargestellt und beschrieben. Zur Verbesserung der Erkennung von störenden Einschlüssen ist ferner - in an sich bekannter Weise - im Anfangsbereich des Förderbandes 3 ein Permanentmagnet 8 zur Vormagnetisierung des Förderguts angeordnet. Auf dem Förderband 3 lie-gend, sind als Beispiel noch zwei Beutel B dargestellt, die aus einer aluminisierten Folie bestehen und die auf störende Einschlüsse zu überprüfen sind. Solche Einschlüsse können aus den Produktions- und Beutelfüllmaschinen kommen und beispielsweise aus dem schwer magnetisch lokalisierbaren VA-Stahl bestehen, der vor allein in der Lebensmittel-Industrie wegen seiner Eigenschaften meist verwendet wird.

In der Figur 2 ist die Sensor-Matrix 4 für sich dargestellt. Auf einer als mehrlagige gedruckte Schaltung ausgebildeten Schal-tungsplatine 9 sind streifenförmige Sensorreihen Rl bis R6 nebeneinander angeordnet und so ausgerichtet, dass die einzelnen Streifen im eingebauten Zustand der Sensor-Matrix 4 in Transportrichtung des Förderbandes 3 verlaufen Die Schaltungsplatine 9 wird in einem Profilrahmen 9' verwindungs- und biegesteif gehalten, der über Distanzstücke 9" auf der Grundplatte GP befestigt ist, die auch die Anschlüsse für die an sich bekannten weiteren Auswerteeinrichtungen trägt. Die einzelne Sensorreihe besteht aus einem streifenförmigen Träger 10, der ebenfalls als mehrlagige gedruckte Schaltung ausgebildet ist, die außer mit den einzelnen Sensoren auch mit den diesen zugeordneten elektronischen Bauteile wie Signal-Verstärker, Transistoren, Integrierten Schaltungen, Kondensatoren, Widerstanden und einem elektrischen Stecker 1 1 zur Verbindung mit einem entsprechendem Gegenstück auf der Schaltungsplatine 9, usw. versehen ist. Die erwähnten e- lektronischen Bauteile sind in der Figur 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die einzelnen Sensorstreifen sind auf der Schaltungsplatine 9 über Kunststoffwinkel fest verankert.

In der Figur 3 ist als Beispiel der Streifen Rl mit seiner Sensorreihe Sl bis S6 dargestellt. Die Anzahl der Sensor in einer Reihe richtet sich primär nach der geforderten Ansprechempfindlichkeit auf aufzufindende Einschlüsse im Fördergut. Beim Ausführungs-beispiel sind sechs Sensoren vorgesehen. In der Praxis werden häufig auch acht Sensoren angeordnet. Die einzelnen Sensoren Sl bis S6 sind in gleichförmigen Abständen an dem streifenförmigen Träger 10 so befestigt, dass sie mit dem Maximum ihrer räumlichen Ansprechcharakteristik auf das Förderband 3 - siehe Figur 1 - ausgerichtet sind. Die erwähnten Sensoren haben, räumlich be-trachtet, meist keine Kugelcharakteristik sondern eine etwa keulenförmige Charakteristik. Man kann diese beispielsweise dadurch vermessen, dass man einen Sensor über einer Grundplatte und mit Abstand zu derselben fest montiert, auf der Grundplatte einen Probekörper verschiebt und das Sensor-Signal für die einzelnen Positionen des Probekörpers misst. Es ergibt sich dann ein Raumdiagramm, wie es in der Figur 4 schematisch in Form einer karte -sischen Abbildung wiedergegeben ist.

In der Figur 3 ist oberhalb des Trägers 10 ein zu überprüfender Beutel B dargestellt, der einen störenden Einschluss E enthält und mittels des in der Figur 1 gezeigten Förderbandes 3 nacheinander die Sensoren Sl bis S6 passiert. Der Einschluss E löst dabei in jedem der Sensoren ein Signal aus. Die einzelnen gegeneinander zeitverschobenen Sensorsignale werden dann, wie in der einleitend genannten DE 100 1 1 230 ausgeführt, korreliert für die Ableitung eines Erkennungssignals ausgewertet. Verläuft in der Umgebung der Einrichtung ein stromdurchflossener Leiter L, so wird dieser von einem Magnetfeld umgeben, das die Sensoren S l bis S6 mehr oder weniger stark beeinflusst und damit entspre-chende Sensor-Signale verursacht. Ähnliches kann auch dann eintreten wenn sich eine Maschine mit bewegten Teilen oder ein Antriebsmotor M in der Nähe der Sensoren befinden.

Wird der Beutel B mit seinem störenden Einschluss E in der in der Figur 3 durch einen Pfeil angedeuteten Richtung der Richtung bewegt, so löst der Einschluss in den einzelnen Sensoren zeitverschobene Signale aus, wie sie in der Figur 5 in einem Diagramm für die Sensoren Sl bis S6 dargestellt sind. Auf der Abszisse ist die Zeit aufgetragen und auf der Ordinate jeweils die Amplitude des einzelnen Sensor-Signals. Das Störsignal, das an sich einen beliebigen Amplitudenverlauf haben kann, ist durch ein Rechtecksignal angedeutet. Es kann von kurzer oder längerer Dauer sein. Wirkt auf die Sensoren ein störendes Magnetfeld ein, so wird jedem einzelnen Sensor-Signal, das einen etwa glockenförmigen Amplitudenverlauf hat, das störende Signal von beispielsweise Rechteckform überlagert. Dieses störende Signal kann das ungestörte Sensor-Signal um ein Vielfaches in der Amplitude übertref-fen und damit eine Auswertung der demgegenüber meist geringen einzelnen Sensor-Signale unmöglich machen.

Überraschenderweise sind solche störende Signale in allen Sensoren praktisch gleich groß und zeitgleich. Wird, wie bereits er-wähnt, zu jedem zur Auswertung vorgesehenen Sensor-Signal das Ausgangssignal eines anderen Sensors gegenphasig addiert, so tritt eine fast vollkommene Unterdrückung des störenden Signals ein und die einzelnen Sensor-Signale können problemlos mittels Korrelation zu dem gewünschten Erkennungssignal zusammenge-führt werden. In der Figur 6 ist diese Kompensation in einem Diagramm für die Sensoren Sl und S2 dargestellt, und zwar für den Fall, dass der störende Einschluss E den Sensor 1 passiert. Sowohl der Sensor Sl als auch der Sensor S2 werden von dem störenden Fremdfeld beeinflusst, und zwar im praktisch gleichen Umfang. Dem Signal des Sensors S l ist, verursacht durch den Einschluss E ein gegenüber dem Störsignal extrem kleines, eigentliches Nutzsignal überlagert. Durch die Subtraktion des Sensor-Signals von S2 verbleibt resultierend das eigentliche Nutzsignal für die Auswertung. Wird der Beutel B mit dein Einschluss E in Richtung des Pfeils in der Figur 3 weiterbewegt, so erreicht der zu erkennende Einschluss E den Sensor S2 und durch Subtraktion entweder des Sensor-Signals von S3 oder Sl lässt sich auch aus S2 das für die Korrelationsauswertung benötigte Sensor-Signal von S2 gewinnen. Anstelle des in der Figur 6 angedeuteten Sub- trahierers Sub kann auch ein Addierer verwendet werden, wenn eines der zu addierenden Signale vor der Addition in der Polarität umgekehrt wird.

An sich wird es meist genügen, wenn das zur Kompensation von Störfeldern benötigte Signal aus einem oder wenigen Sensoren abgeleitet wird. Eine besonders gute Kompensation kann man in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, dass jeweils die Signale von zwei in Transportrichtung des zu überprüfenden För-derguts hintereinander angeordneten Sensoren voneinander subtrahiert beziehungsweise gegenphasig addiert werden.

Eine derartige Ausführung für eine analog arbeitende Einrichtung ist in der Figur 7 gezeigt. Von den Sensoren Sl bis S6 sind jeweils die in Transportrichtung aufeinander folgenden mit einem Subtrahierer Sub in Analogtechnik verbunden. Die Ausgänge dieser fünf Subtrahierer sind - wie bereits im DE 100 1 1 230 ausführlich erläutert - über Verzögerungsglieder, wie Laufzeitketten oder dergleichen zu dem die Korrelationsauswertung durchführenden Ad-dierer Add geführt. Man kann auch ein sechstes Signal - entsprechend den sechs Sensoren erhalten, indem das Ausgangssignal eines anderen nicht unmittelbar vorausgehenden Sensor aus der Reihe, zum Beispiel dem Sensor S4 einem sechsten Subtrahierer zugeführt, der als zweites Signal das des Sensors S6 erhält. In der Figur 7 ist dies gestrichelt angedeutet. Dadurch lassen sich alle Sensor-Signale für die nachfolgende Korrelation nutzen und somit eine weitere Steigerung der Ansprechempfindlichkeit erreichen.

Eine Ausführung in Digitaltechnik ist in der Figur 8 gezeigt. Die Ausgangssignale der einzelnen Sensoren S l bis S6 werden nach einer Vorverstärkung einer hoch auflösenden Analog/ Digital -Umsetzung in einem Analog/ Digitalwandler A/ D unterworfen. Dieser tastet das zunächst noch analoge Sensor-Signal ab und führt es in eine Folge von Abtastproben über, die dann mittels eines PCM -Wandlers PCM, der meistens einen Zwischenspeicher ZS enthält, in pulscodemoduliertes Signal PCM gewandelt werden. Die pulscodemodulierten Signale werden anschließend jeweils einem digital arbeitenden Subtrahierer Sub zugeführt, deren Ausgangssignale dann in digital arbeitenden Speichern Sp abgelegt werden. Jeweils nach dem Durchlauf eines Beutels B werden die in den Speichern abgelegten PCM-Signale dann zeitgleich, also korreliert ausgelesen und dem Addierer Add zugeführt, der daraus das Summensignal erzeugt, das dann als Grundlage für ein Er-kennungssignal dient.

In der Figur 9 ist schematisch eine Sensor-Matrix, bestehend aus den Sensorreihen Rl bis R6 und den für jede Reihe vorgesehenen Sensoren S l bis S6 dargestellt. Zur Kompensation von Störfeldern können jeweils zwei Sensoren in der vorhergehend geschilderten Weise hinsichtlich ihrer Ausgangssignale herangezogen werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Ausgangssignale solcher Sensoren zur Differenzbildung herangezogen werden, die nicht im gleichen Zeitpunkt auf den gleichen störenden Einschluss zurück-gehen. So kann beispielsweise der Sensor 1 der Reihe Rl mit dem Sensor 2 oder Sensor 3 der Reihe R2 zur Differenzbildung kombiniert werden. Unmittelbar nebeneinander liegende Sensoren benachbarter Reihen sind in der Regel dann ungeeignet, wenn die Sensoren benachbarter Reihen aus Gründen eine ausgeglichenen Charakteristik - wie in DE 100 1 1 230 erläutert - zueinander relativ nahe sind, weil dann bei der Differenzbildung auch das Nutzsignal geschwächt würde.

Wie vorstehend bereits ausgeführt, kann auch zusätzlich eine Schirmung gegen äußere Magnetfelder beim Gegenstand der Erfindung Anwendung finden, um eine Homogenisierung dieser Felder zu erzwingen. Ordnet man zu diesem Zweck beispielsweise bei einer Einrichtung nach den Figuren 1 und 2 unterhalb der Grundplatte GP eine über die gesamte Länge der Sensor-Matrix 4 sich erstreckende Wanne aus magnetischem Schirmungsmaterial beispielsweise MU-Metall an, so tritt eine Ausrichtung der magnetischen Feldlinien des Störfeldes und damit eine Homogenisierung desselben im Sensorbereich ein. Zusätzlich kann eine solche Wanne oberhalb, oder auch nur oberhalb des Förderbandes 3 im Bereich der Sensor-Matrix vorgesehen werden und erreicht eine ähnliche Wirkung.