DE3411540C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrich
tung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bereits bekannt, den mittels Bandförderern
transportierten Fördergutmengenstrom von Schütt
gütern zu ermitteln, indem die Kontur der freien
Oberfläche des Schüttguts quer zur Förderrichtung
durch den Einsatz einer fotografischen oder einer
Fernsehkamera sowie auch durch Ultraschall-Entfer
nungsmessung bestimmt wird. Unter Berücksichtigung
des bekannten Profils, das durch den Tragrollensatz
und den Fördergut an der Meßstelle festgelegt ist,
wird dann der Füllquerschnitt in verhältnismäßig
kurzen Abständen bestimmt und mit der Förderge
schwindigkeit multipliziert, woraus sich dann der
Volumenstrom, d. h. das geförderte Volumen pro Zeit
einheit, ergibt. Durch Multiplikation mit der
Schüttgutdichte ergibt sich der Massenstrom. Vo
lumenstrom und Massenstrom sind hier zur Verein
fachung zusammenfassend mit Fördergutmengenstrom
bezeichnet.
Ein Verfahren, bei dem die Kontur des Schüttguts
mittels einer Photodioden-Einrichtung dadurch er
faßt wird, daß eine schräg angestellte Lichtquelle
über eine mit einer quer zur Förderrichtung ver
laufenden Kante versehenen Blende auf die Schütt
gutoberfläche einen Schatten wirft, ist vorbekannt
aus der GB-PS 14 92 114. Die auf diese Weise auf
gezeichnete Konturkurve, die noch entzerrt werden
muß, wird von Punkten erzeugt, die zu einem größe
ren Teil nicht auf der vorgesehenen Meßebene lie
gen, wobei vor allem aber deren Abweichung von der
Meßebene nicht feststellbar ist. Die ermittelten
Werte sind daher insbesondere bei stark zerklüfte
ten Oberflächen sehr ungenau. Außerdem muß die
Lichtquelle, wenn eine brauchbare Schattenkontur
erzeugt werden soll, verhältnismäßig dicht über der
Schüttgutoberfläche angeordnet werden, wo sie leicht
zerstört werden kann.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, bei
dem die fortlaufende Entfernungsmessung berührungs
frei mit Hilfe von mindestens einer Sende/Empfangs
einrichtung durchgeführt wird, besteht diese Sende/
Empfangseinrichtung in einer Ultraschall-Abstands
meßeinrichtung. Dieses bekannte Verfahren ist mit
dem Nachteil behaftet, daß das Ultraschall-Entfer
nungsmeßgerät nahe an der Schüttgutoberfläche ange
ordnet werden muß, damit die Auftreff-Fläche des
Schalls, die durch die sogenannte Schallkeule gebil
det wird, nicht zu groß wird, damit ferner der re
flektierte Schallimpuls noch genügend Energie be
sitzt, um einen eindeutigen Wert zu liefern, was
besonders für schlecht reflektierende Materialien
gilt, und daß Störungen verursachende Luftströmun
gen auch sicher abgeschirmt werden können. Die An
bringung der Meßgeräte in der Nähe der Schüttgut
oberfläche kann jedoch, insbesondere im Bereich von
Übergabestellen, leicht zur Zerstörung der Entfer
nungsmeßgeräte führen. Aber selbst bei einer Anord
nung der Meßgeräte verhältnismäßig dicht über der
Schüttgutoberfläche ergeben sich aufgrund verschie
dener Einflüsse, insbesondere bei höheren Förderge
schwindigkeiten, oftmals Meßfehler.
Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, für die
Mengenmessung an Förderbändern einen nach dem Prin
zip des Dauerstrich-Radars mit Frequenzmodulation
(FM-CW-Radar) arbeitenden Meßkopf einzusetzen
(messen + prüfen/automatik, Januar, Februar 1983,
S. 40-43). Hierbei wird jedoch nur ein Mittelwert
der Schütthöhe für die Berechnung des Schüttquer
schnitts ermittelt, wodurch eine genauere Bestim
mung des Fördergutmengenstromes nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ver
fahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu
verbessern, daß auch bei größeren Meßabständen und
gleichzeitig bei größeren Fördergeschwindigkeiten
genaue Meßwerte erzielbar sind.
Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Eine Vor
richtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfindung ist in Anspruch 5 wiedergegeben.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, berüh
rungslose Abstandsmessungen mittels Laser-Entfer
nungsmeßvorrichtungen durchzuführen (DE-Z: Tech
nisches Messen, 48. Jg. 1981, S. 323; DE-Z: VDI
Nachrichten, Nr. 10, 11. März 1983, S. 6), wobei der
Meßwert auch digital angezeigt und gespeichert werden
kann; Messungen für die Ermittlung des
Fördergutmengenstromes von Bandförderern oder solche
mit einer ähnlichen Problematik werden jedoch nicht
offenbart.
Die Erfindung bringt außer der Vermeidung der
aufgezeigten Nachteile der bekannten
Abstands-Meßtechniken den weiteren Vorteil, daß die
Frequenz der einzelnen Messungen um ein Vielfaches
größer ist, so daß auch bei hohen
Fördergeschwindigkeiten Füllquerschnittswerte in
Abständen von nur einigen Zentimetern in
Förderbandlaufrichtung erfaßt werden können, daß eine
weit größere Anzahl von Entfernungsmeßgeräten über den
Schüttgut-Querschnitt verteilt werden können und
dadurch genauere Messungen zu erzielen sind, und daß
auch durch die Kleinheit des Sendestrahldurchmessers
stark zerklüftete und stark bewegte Oberflächen mit
einer feinen Auflösung ausgemessen werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des neuen Verfahrens sind
in den Ansprüchen 2 bis 4 und der zugehörigen
Vorrichtung im Anspruch 6 wiedergegeben.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft,
zwei bis sieben Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen
einzusetzen.
Ausführungsbeispiele des nachfolgend näher erläuterten
Verfahrens und zugehörige Vorrichtungen sind in der
Zeichnung schematisch wiedergegeben. Es zeigt
Fig. 1 eine über einem Förderband angeordnete
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
in Schrägansicht,
Fig. 2 ein Systemschaltbild des verwen
deten Rechners und
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Durchfüh
rung eines anderen Ausführungs
beispiels des Verfahrens und
dem Förderband im Querschnitt.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist über einem Förder
band 1 ein kastenförmiges geschlossenes Gehäuse 2 an
einem ortsfesten Träger 3 so angeordnet, daß seine mit
einer lichtdurchlässigen Scheibe 4 versehene Unter
seite etwa 6 mm über der Oberfläche 5 des auf dem För
derband 1 befindlichen Schüttguts im Bereich eines Gir
landen-Tragrollensatzes 6 liegt. Im Innern des Gehäu
ses 2 sind drei Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen 7,
8, 9 angeordnet, die aus je einem Sendeteil 7 a, 8 a,
9 a und einem Empfangsteil 7 b, 8 b,
9 b bestehen. Die Sendeteile enthalten den Laser-Sender
und an ihrer dem Schüttgut zugewandten Unterseite je
weils ein Sendeobjektiv und in entsprechender Weise die
Empfängerteile 7 b, 8 b und 9 b einen Empfänger und ein
Empfangsobjektiv. Die Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen
7, 8, 9 sind so nebeneinander angeordnet, daß die als
Strahlen 10 ausgesendeten Lichtimpulse und die von der
Oberfläche 5 des Schüttguts reflektierten Strahlen 11,
welche in das jeweilige Empfangsobjektiv gelangen, je
weils möglichst dicht nebeneinander liegen, und daß die
Strahlen 10 untereinander parallel verlaufen und in
einer Ebene senkrecht zur Förderrichtung liegen. Der
mittlere, vom Sendeteil 8 a ausgehende Strahl verläuft
gleichzeitig in der senkrechten Symmetrieebene des
Förderbandes 1.
Die eingesetzten Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen
arbeiten nach folgenden bekanntem Prinzip: Die mit
Halbleitern versehenen Sender erzeugen infrarote
Lichtimpulse mit einer festen Taktfrequenz. Die Licht
impulse werden in dem Sendeobjektiv zu einem Licht
bündel erweitert, dessen Strahlen 10 auf die Ober
fläche 5 des Schüttguts auftreffen und dort diffus
reflektiert werden. Von diesen diffus reflektierten
Strahlen trifft ein Teil, nämlich die Strahlen 11,
auf die Empfangsobjektive der Empfängerteile 7 b, 8 b
und 9 b. Die jeweils zugeordneten Sender und Empfänger
sind so justiert, daß die ausgesandten Strahlen 10
und die reflektierten Strahlen 11 jeweils gleich lang
sind. In der Zeit zwischen Aussendung und Empfang
hat der Lichtimpuls den Weg von der Laser-Entfernungs
meßvorrichtung zur Schüttgutoberfläche und zurück
durchlaufen. Die Zeit wird registriert und in einer
Auswerte-Elektronik der Laser-Entfernungsmeßvor
richtung in einen Wert des Abstands umgerechnet,
indem die Zeit halbiert und dann durch die Lichtge
schwindigkeit geteilt wird. Der Wert für die Ent
fernung wird in digitaler Form erfaßt.
Die entsprechend der Impulsfolge ermittelten
digitalen Werte der Entfernung werden von den
Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen jeweils in
einen Rechner 13, der ein sogenannter Micro
rechner ist, in dessen entsprechendem Erfassungs
teil 14 eingespeist (Fig. 2). Von dort werden sie
in die Prozessoreinheit 15 eingegeben, welche
über eine Parametereingabe 16 mit den förderband
spezifischen Daten, wie Gurtbreite, Muldung, Ab
stand der Meßeinrichtung zum Gurt und Lage der Meß
punkte, d. h. der Auftreffpunkte der Lichtimpulse
auf der Schüttgutoberfläche, versehen ist. Ferner
werden über eine Impulszähler-Baugruppe 17 Impulse
in die Prozessoreinheit 15 eingegeben, die von
einem an das Förderband 1 angeschlossenen Impuls
aufnehmer 18 aufgezeichnet werden und aus denen
dann die Förderbandgeschwindigkeit errechnet wird.
Die Werte der Entfernungsmessung aus dem Erfassungs
teil 14 werden mit den Werten der Parametereingabe 16
verknüpft und daraus der jeweilige Füllquerschnitt
des Förderbandes fortlaufend errechnet. Der Füllquer
schnitt ergibt multipliziert mit der Förderbandge
schwindigkeit den Volumenstrom. Dieser wird über
eine Analogwertausgabe 19 durch eine Skala 20
ständig angezeigt. Eine Digitalwertausgabe 21 gibt
die Werte des aufsummierten Schüttgut-Fördervolumens,
das auch in einem Speicher 23 gespeichert wird, an
ein Zählwerk 22 weiter. In einen Speicher 24 ist
das Auswerte-Programm eingegeben. Der Volumenstrom
wird als Istwert für eine Fördergutmengenregelung
herangezogen, welche für das Förderbandsystem vorge
sehen ist.
Die durch die lichtdurchlässige Scheibe 4 verschlossene
Unterseite des Gehäuses 2 ist durch eine Klappe 25
lichtdicht verschließbar. Das Verschließen wird durch
einen Magnetschalter 26 automatisch immer dann durch
geführt, wenn die Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen
ausgeschaltet werden. Diese Automatik wird ausgeschal
tet, wenn die Klappe 25 zum Eichen der Laser-Entfer
nungsmeßvorrichtungen eingesetzt wird. Die lichtdurch
lässige Scheibe 4 besteht aus einem geeigneten Spezial
glas.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind fünf Laser-
Entfernungsmeßvorrichtungen 26 eingesetzt, die als
Interferometer mit einem in sich selbst reflektieren
den Strahl ausgebildet sind; sie sind in einem Ge
häuse 27 so angeordnet, daß ihre Strahlen 27 vom Ge
häuse ausgehend in einer Ebene quer zur Förderrich
tung auseinanderlaufen. Die durch die Laser-Entfernungsmeß
vorrichtungen 26 ermittelten Werte werden in ent
sprechender Weise wie beim vorhergehenden Ausführungs
beispiel in einen Rechner 28 eingegeben und verarbeitet.
Die Ausführung mit auseinanderlaufenden Strahlen ermöglicht
ein dichteres Aneinanderrücken der Laser-Entfernungs
meßvorrichtungen und damit ein kompaktes Gehäuse,
das diese aufnimmt. Es ist jedoch auch möglich, die
Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen in Förderrichtung
gestaffelt anzuordnen. Das gleiche gilt für die Meß
punkte auf der Oberfläche 5 des Schüttguts. In diesem
Falle, in welchem die Meßpunkte nicht sämtlich in
einer Ebene senkrecht zur Förderrichtung liegen, ist
die Zuordnung zu einem Querschnittswert durch Zeit
korrektur leicht herstellbar.
Die Anzahl der für die Querschnittsmessung einge
setzten Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen richtet
sich nach der Breite des Fördergurts; und für jede
Gurtbreite gilt, daß mit einer größeren Anzahl eine
größere Genauigkeit des Füllquerschnitts ermittelt
werden kann. Im Regelfall sind jedoch drei bis fünf
Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen ausreichend. Das
neue Verfahren ist besonders vorteilhaft für den
Einsatz an Großgeräten, wie Schaufelradbaggern od. dgl.
Claims (6)
1. Verfahren zur Ermittlung des
Fördergutmengenstromes von mittels Bandförderern
od. dgl. geförderten Schüttgütern durch
fortlaufende Bestimmung der Kontur der freien
Oberfläche des Schüttguts quer zur
Förderrichtung durch fortlaufende
berührungsfreie Entfernungsmessung mit Hilfe von
mindestens einer nach dem Impuls-Laufzeitmeßprinzip
arbeitenden Sende/Empfangseinrichtung, der ein
Rechner nachgeschaltet ist, und
Füllquerschnittserrechnung, dadurch
gekennzeichnet, daß als
Sende/Empfangseinrichtung mindestens zwei
jeweils einen Laserstrahl aussendende und den
jeweils reflektierten Laserstrahl empfangende
Laser-Entfernungsmeßvorrichtungen verwendet
werden, wobei die Strahlen etwa senkrecht zur
Förderrichtung des Schüttguts verlaufen und
jeder in einem von der Schüttgutoberfläche
zwischen 2 bis 20 m betragenden Abstand
angeordneten Laser-Entfernungsmeßvorrichtung
einer von mehreren über den Schüttquerschnitt
verteilten Meßpunkten zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der bzw. die gemessenen
Werte der Entfernung digital aufgezeichnet und
an den nachgeschalteten Rechner weitergeleitet
und jeweils mit zugehörigen durch einen an das
Förderband angeschlossenen Impulsgeber
aufgezeichneten Werten der Bandgeschwindigkeit
verknüpft und die errechneten Werte des
Fördergutmengenstromes analog und die der
Fördergutmenge digital angezeigt und
vorzugsweise gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß für eine entsprechende
Anlage der Wert des Schüttgutmengenstroms als
Istwert einer Fördergutmengenregelung
zugrundegelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-
Entfernungsmeßvorrichtungen so angeordnet sind,
daß deren Meßpunkte in Förderrichtung
gegeneinander versetzt sind, und die Meßwerte so
synchronisiert werden, daß jeweils die Kontur
der Oberfläche des Schüttguts im Querschnitt
senkrecht zur Förderrichtung ermittelt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Entfernungsmeßvorrichtungen nebeneinander in
einer senkrecht zur Förderrichtung des
Förderbandes verlaufenden Ebene in einem Gehäuse
angeordnet sind, welches an der dem Band
zugewandten Unterseite eine lichtdurchlässige
Scheibe aufweist, die durch eine verstellbare
Klappe verschließbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) den Rechner
(13) und ggf. die zugehörigen Einrichtungen
enthält.
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