DE19804147C2

DE19804147C2 - Einrichtung zur Größen- und Qualitätssortierung landwirtschaftlicher Produkte

Info

Publication number: DE19804147C2
Application number: DE19804147A
Authority: DE
Inventors: Peter Lieske; Ulrich Riese; Dietmar Scholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: DE19804147A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Größen- und Qualitätssortierung landwirtschaftlicher Produkte, insbesondere von Kartoffeln.

In DE-OS 27 23 674 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, bei dem Erntegut eine Lichtschranke passiert, die mit rotem bis infrarotem Licht betrieben wird und auf einen Trennmechanismus einwirkt. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung ist nur eine grobe Trennung des Erntegut von Fremdkörpern, wie z. B. Steinen, realisierbar. Eine vergleichbare Einrichtung ist in DE-OS 27 09 905 beschrieben. Beide genannten Vorrichtungen sind einzig in der Lage, vom Erntegut stark abweichende Fremdkörper zu erfassen und auszusortieren.

Aus der DE-OS 21 47 611 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 A1 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 A1 bekannt gewordenes Verfahren und Anordnung zur Qualitätssortierung landwirtschaftlicher 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 Mangelbereich erhöht werden. Die Anordnung optoelektronischer Elemente ist vorzugsweise als monolithisch integrierte Schaltung auszuführen, und als Informatiosverarbeitungssystem 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 A1 erfolgt mittels einer speziellen elektronischen Steuerung und Verarbeitung für die Signale von Zeilensensoren insbesondere ein paarweiser Vergleich der Grauwerte von in Zeilenlichtung 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.

Desweiteren ist in US-PS 4,207,985 ein Sortiervorrichtung beschrieben, bei der in einer ringförmigen Kammer zu sortierende Artikel eine Beleuchtung erfahren, die von mehreren einzelnen Strahlungsquellen ausgehen und bei der die von den Artikeln reflektierten Signale von mehreren Strahlungsdetektoren erfaßt werden, wobei genannte Beleuchtungseinrichtungen und Detektoren sich in einer Ebene befinden. Diese Anordnung ermöglicht neben einer Trennung von Fremdkörpern auch eine Größenklassierung der sie durchlaufenden Artikel, jedoch sind insbesondere im Bereich der Polkappen solcher Artikel, wie bspw. Kartoffeln, befindliche Fehlerstellen damit nicht hinreichend erfaßbar.

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 optisch- optoelektronischen 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.

Der Erfindung kommt ein optoelektronischer Sortierautomat nahe, wie er bspw. in DE 41 27 903 C2 zur Qualitäts- und/oder Größensortierung von Kartoffeln beschrieben ist. Das Prinzip dieses Selektors 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 oder abweichender Sollgröße werden dabei erkannt und mittels geeigneter Rechenprogramme wird bspw. über einen Luftstoß ein als zu selektierendes erkanntes Produkt aus dem Gutstrom abgetrennt. Die mit diesem Selektor erreichbaren Durchsatzraten werden insbesondere jedoch in Großsortieranlagen als nicht ausreichend angesehen.

Eine Vorrichtung, der der gleiche vorstehende Nachteil anhaftet, ist in DE 689 23 611 T2 beschrieben. Bei dieser Lösung sind zunächst auf einer Kette Rollen mit einer Achsausrichtung senkrecht zum Förderweg vorgesehen, wobei zwischen zwei Rollen eine Fördertasche zur Aufnahme des vereinzelten Förderguts gebildet ist und in der das vereinzelte Fördergut in Drehung versetzt wird, so daß dieses unterhalb einer mit optischen Erfassungselementen versehenen Abtaststation möglichst allseitig betrachtet und in einer nachfolgenden Ausgabestation nach dem vorgegebenen Selektionskriterium auf verschiedenen Leitwegen vermittels einer Auswerferplatte ausgegeben werden kann. Abgesehen von den mit dieser Vorrichtung erreichbaren geringen Durchsatzraten der zu sortierenden Produkte ist es zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit Voraussetzung, daß zunächst eine so hinreichende Vorvereinzelung des Förderguts stattfindet, daß nur ein Produkt pro Fördertasche übergeben wird, wobei die Produkte annähernd gleichförmig sein und gleiche Größe aufweisen müssen, um ein Schleifen der Produkte auf der Auswerferplatte zu verhindern, da die Produkte sonst nicht in die gewünschte Drehung versetzt werden können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, die eine Größen- und Qualitätssortierung landwirtschaftlicher Produkte, insbesondere von Kartoffeln, mit einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Durchsatzrate bei gleichzeitig schonender Produktbehandlung ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß ein Erntegutstrom zunächst größenordnungsmäßig grob vorverteilt und verbreitert mehreren absperrbaren Leitwegen zugeführt und anschließend an mehrere Fördereinrichtungen übergeben wird, die bezogen auf einen Leitweg zumindest zweigeteilt ausgebildet sind, wobei die zweigeteilten Fördereinrichtungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betreibar sind und selbst mehrere Leitwege beinhalten, denen sich jeweils optoelektronische Erfassungs- und Bewertungseinrichtungen anschließen, die eine weitere Produktauftrennung in wiederum mehrere Leitkanäle nach Qualität und Größe der Produkte ermöglichen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Einrichtung mit ihren wesentlichen Baugruppen,

Fig. 1a eine Draufsicht auf eine erste Baugruppe der Einrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 2 eine stark schematisierte Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einer ersten, in Fig. 1 strichliniert umfaßten Baugruppe 1, die eine Breitenverteilung und Größenklassierung der über ein Förderband 30 zugeführten Kartoffeln 31, durch mehrere zueinander in gleicher Weise ausgerichtete und rotierende Kegelstumpfwalzen 11, bewirkt, wobei Kartoffeln größeren Knollendurchmessers im Beispiel der Fig. 1a links durch die Walzen fallen, wohingegen solche eines kleineren Durchmessers zunehmend bereits in Richtung nach rechts durch die Walzen fallen. Der somit in der Breite aufgefächerte Kartoffelstrom, der durch die Kegelstumpfwalzen 11 auch bereits eine Größenfraktionierung erfahren hat, wird durch aktive, regelbare Leiteinrichtungen 12 mehreren, in ihrer Anzahl beliebig vorgebbaren und voneinander getrennten Leitwegen 131-138 übergeben (vgl. Fig. 2). Der Beginn dieser Leitwege 131-138, von denen im Beispiel acht dargestellt sind, ist durch schematisch angedeutete Absperrmittel 14 blockierbar, was in Fig. 1 beispielhaft anhand einer Klappe 14b angedeutet ist. Diese vorgesehene Möglichkeit hat für ggf erforderliche Servicearbeiten an im weiteren beschriebenen Nachfolgebaugruppen nicht den Stillstand der gesamten Einrichtung, sondern nur einzelner Leitwege zur Folge.

Am jeweiligen Ende 131e . . . 138e, der im Beispiel dargestellten Leitwege 131-138 (vgl. Fig. 2), erfolgt die Übergabe der in der Größe grob vorsortierten Kartoffeln in eine zweite Baugruppe 2 der Einrichtung, die in Fig. 1 ebenfalls strichliniert umfaßt dargestellt ist. Diese zweite Baugruppe 2 besteht aus zwei Fördereinrichtungen 21 und 22, die zueinander in eine unterschiedliche Fördergeschwindigkeit v₁, v₂ versetzbar sind, wobei die Fördereinrichtung(en) 22 stets eine größere Fördergeschwindigkeit aufweisen soll (sollen). Weiterhin sind genannte Fördereinrichtungen 21 und 22 jeweils in mehrere einzelne Förderwege (Förderbänder) 211-218 bzw. 221-228, wie in Fig. 2 dargestellt, aufgeteilt, die den jeweiligen Leitwegen 131 bis 138 zugeordnet sind. Die Anzahl der jeweiligen Förderwege (Förderbänder) 131 . . . 138 ist dabei entsprechend der Anzahl der durch die Leitwege 131-138 geschaffenen Teilfraktionsströme festgelegt. Weiterhin sind Neigungsverstellmittel 21n, 22n den Fördereinrichtungen 21 und 22 zugeordnet, die für Servicezwecke ein Ausschwenken der Fördereinrichtung ermöglichen. Das der zweiten Fördereinrichtung 22 zugeordnete Neigungsverstellmittel 22n ermöglicht zudem eine manuell vornehmbare oder automatische regelbare grobe Voreinstellung der Fallparabeln der einzelnen Kartoffeln am Abwurfende der Fördereinrichtung in bezug auf deren Mittenausrichtung zu einer sich anschließenden, optoelektronische Erfassungs- und Bewertungseinrichtungen beinhaltenden, weiteren modulartigen Baugruppe 23.

Jedem der genannten einzelnen Förderkanäle 211-218 bzw. 221-228 sollen dabei bevorzugt, unabhängig vom jeweils benachbarten Förderkanal, vorgenannte Verstellmöglichkeiten gegeben sein. Im Beispiel sind, zwecks Einsparung gesonderter Antriebsmittel, einzelne Förderwege 211 und 212, 221 und 222 bis 217 und 218, 221 und 228 jeweils paarweise zusammengefaßt. Diesen Förderwegen sind jeweils modulartig dargestellte Baugruppen 23 nachgeordnet, innerhalb derer eine optoelektronische Erfassung und Bewertung der stückig separierten Kartoffeln erfolgt. Die optoelektronische Erfassung und Bewertung der einzelnen Kartoffeln als solche, ist nicht Gegenstand vorliegender Erfindung, ihr Vorhandensein jedoch Voraussetzung für deren Funktionsweise und kann bspw. durch eine, insbesondere mehrere angepaßte Vorrichtungen nach DE 41 27 903 erfolgen. Zur Feinanpassung an genannte Fallparabeln der einzelnen Kartoffelströme, die geschwindigkeits- und größenabhängig sind, sind die modulartigen Baugruppen jeweils mit Verschiebe- und/oder Neigungsverstellmitteln 231 versehen, die in Fig. 1 durch Doppelpfeile angedeutet sind. Durch beispielsweise mit Luftdruck beaufschlagbare Düsen 23d, die ihr Steuersignal durch die jeweilige optoelektronische Bewertung einer einzelnen Kartoffel erhalten, erfolgt ein Auslenken des Erntegutes in mehrere Einzelteilströme 23e, wie durch Pfeile in Fig. 2 dargestellt, in diesem Fraktionierungsschritt vornehmlich je nach Qualität, jedoch ist auch hier noch eine weitere Feinaufteilung nach Größe möglich.

Die im Bereich 23 der Einrichtung erfolgte Aufteilung der Erntegutteilströme wird von weiteren Fördereinrichtungen 24, die mit Leitblechen 241 versehen sind, aufgenommen und abgeführt. Die Geschwindigkeit (v₃. . . v₄), mit der die jeweiligen Förderbänder 242 bewegt werden, ist variabel festlegbar; bevorzugt erfolgt eine automatische regelbare Anpassung an den pro Leitweg bereitgestellten Erntegutstrom. Ein dafür notwendiges Steuersignal kann ebenfalls mit Hilfe der optoelektronischen Erfassungs- und Bewertungseinheit 23 gewonnen werden. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, daß ein Zusammenstoß einzelner Kartoffeln auf den Förderbändern 242 vermieden wird.

Insbesondere sind den rotierenden Förderbändern 221 . . . 228 eine V- förmige Profilierung gegeben (in einem in Fig. 2 herausgezogenen Kreis sind dabei gebildete Leitwege schematisch angedeutet), um die Kartoffeln in ihrer Lage zu stabilisieren. Eine Ausrichtung und Zuordnung der Kartoffeln zu den einzelnen V-förmigen Leitwegen erfolgt bevorzugt durch zwischen den Leitwegen 21 und 22 vorgesehene Ausrichtmittel 26, die als Kämme, Leitbleche o. ä. ausgebildet sein können.

Weiterhin sind zwischen den jeweiligen Fördereinrichtungen 211 bis 218 und 221 bis 228 Mittel 25 zur Bandreinigung vorgesehen, wobei bevorzugt nur eins dieser Mittel zugleich beide Transportabschnitte 211 und 221 usw. erfaßt. Diese Mittel 25 verhindern insbesondere ein Zusetzen genannter V-förmiger Profilierungen durch mitgeschlepptes Erdreich.

Die vorgeschlagene Einrichtung ermöglicht eine kontinuierlich verstellbare Größen- und Qualitätssortierung eines breit verteilten Kartoffenstroms mit hohen Durchsatzraten bei einem gleichzeitig vergleichmäßigten Produktstrom mit schonender Behandlung der einzelnen Kartoffeln, da durch eine mehrfach variable Geschwindigkeitsvariation innerhalb der einzelnen Leitwege eine weitestgehende Auftrennung eines einzelnen Produktstroms und somit ein Zusammenstoßen der Kartoffeln im Ausgabebereich vermieden wird. Der Aufbau der Einrichtung ermöglicht ferner Wartungsarbeiten an einzelnen Leitwegen, ohne daß der Betrieb der anderen Leitwege unterbrochen werden müßte. Weiterhin ermöglicht die vorgeschlagene Einrichtung eine weit größere Klassierungsbreite des zu sortierenden Produktstroms als es mit Einrichtungen nach dem Stand der Technik möglich wäre, wo zur Erzielung des gleichen Sortierergebnisses mehrere Sortierungen in wiederholten Sortiervorgängen erforderlich wären, was eine unzumutbare mehrfache Belastung des Sortierguts zur Folge hätte.

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

erste Baugruppe zur Breitenverteilung und Grobsortierung

11

Kegelstumpfwalzen

12

aktiv regelbare Leiteinrichtungen

131

. . .

138

Leitwege

131

e . . .

138

e Enden der Leitwege

14

Absperrmittel

2

zweite Baugruppe mit Fördereinrichtungen

21

erste Fördereinrichtung

211

. . .

218

Förderbänder der ersten Fördereinrichtung

21

n Neigungsverstellmittel der ersten Fördereinrichtung

22

zweite Fördereinrichtung

221

. . .

228

Förderbänder der zweiten Fördereinrichtung

22

n Neigungsverstellmittel der zweiten Fördereinrichtung

23

modulartige Baugruppe mit optoelektronischen Auswertemitteln

231

Verschiebe- und/oder Neigungsverstellmittel der Baugruppe

23

d Düsen

23

e Einzelteilströme

24

weitere Fördereinrichtung

241

Leitbleche

242

Förderband

25

Mittel zur Bandreinigung

26

Ausrichtmittel

30

Fördermittel zur Zufuhr eines Produktstroms

31

Einzelprodukt (Kartoffel)

Claims

1. Einrichtung zur Größen- und Qualitätssortierung landwirtschaftlicher Produkte, insbesondere Kartoffeln, beinhaltend ein Fördermittel (30) zur Zufuhr eines Produktstromes, weitere Transportmittel und optoelektronische Auswertemittel, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine erste Baugruppe (1) vorgesehen ist, die mehrere rotierbare Kegelstumpfwalzen (11) beinhaltet, deren Achsen zueinander parallel festgelegt sind, wobei
unterhalb der Baugruppe (1) aktiv regelbare Leiteinrichtungen (12) vorgesehen sind, die den Produktstrom in mehrere voneinander getrennte Leitwege (131, . . . 138) übergeben, wobei jeder der Aufgabebereiche der einzelnen Leitwege durch den Leitwegen zugeordnete Absperrmittel (14) blockierbar ist,
b) den Enden (131e, . . . 138e) der Leitwege (131, . . . 138) jeweils eine zweite Baugruppe (2) nachgeordnet ist, die durch zwei zueinander mit unterschiedlicher Geschwindigkeit betreibbaren ersten (21) und zweiten Fördereinrichtungen (22) gebildet sind
und diesen nachgeordnet, optoelektronische Erfassungs- und Bewertungseinrichtungen beinhaltende weitere modulartige Baugruppen (23) vorgesehen sind, deren Signale Auslenkeinrichtungen für das zu sortierende Erntegut als auch Regelungseinrichtungen für die Geschwindigkeit der Fördereinrichtungen (21; 22) zuführbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Fördereinrichtungen (21; 22) jeweils Neigungsverstellmittel (21n; 22n) zugeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtungen (21; 22) als Förderbänder ausgebildet sind, denen eine mehrfach V-förmige Profilierung zur Bildung mehrerer Leitwege gegeben sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest je zwei benachbarte Förderbänder (211 und 212 . . . . 217 und 218) der ersten Fördereinrichtung (21) und je zwei benachbarte Förderbänder (221 und 222 . . . . 227 und 228) der zweiten Fördereinrichtung (22) von je einem gemeinsamen Antrieb antreibbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Fördereinrichtungen (21, 22) unterhalb des Produktübergabebereiches je ein die beiden Fördereinrichtungen gemeinsam erfassendes Mittel (25) zur Bandreinigung zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den die optoelektronischen Erfassungs- und Bewertungseinrichtungen beinhaltenden modulartigen Baugruppen (23) jeweils ein Verschiebe- und/oder Neigungsverstellmittel (231) zugeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den modulartigen Baugruppen (23) jeweils weitere Fördereinrichtungen (24) mit mehreren, voneinander getrennten Förderkanälen und einem Förderband (242) nachgeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß von der optoelektronischen Erfassungs- und Bewertungseinrichtung (23) Steuerungssignale abgreifbar sind, welche verwendbar sind, um die Geschwindigkeitsverhältnisse der einzelnen Fördermittel (21; 22; 242) bezogen auf die jeweiligen Leitwege (131, . . . 138) voneinander unabhängig aufeinander abzustimmen und zu beeinflussen.