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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren,
insbesondere eine Vorrichtung zum Untersuchen von Produkten auf
eine Verunreinigung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen
Vorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
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Viele
Produkte, insbesondere Lebensmittel, werden während ihrer Produktion oder
beim Verpacken untersucht, um metallische Verunreinigungen darin
festzustellen, die für
die Qualität
der Produkte und/oder für
einen Benutzer des Produkts schädlich sein
könnten,
vor allem wenn sie mit der Nahrung aufgenommen werden sollen. Es
ist daher üblich,
solche Produkte durch eine Art Metallerfassungsvorrichtung zu führen oder
an einer solchen Vorrichtung vorbei. Normalerweise umfassen solche
Vorrichtungen zwei, drei oder mehr Drahtspulen, wobei durch eine davon,
nämlich
die Emitterspule, ein gepulster oder veränderlicher elektrischer Strom
geleitet wird. Dies führt
dazu, dass zwischen den Spulen Induktionseffekte erzeugt werden
und dass in der bzw. den anderen Rezeptorspule(n), ein Induktionsstrom
fließt,
der mit einem geeigneten Verfahren überwacht werden kann. Wenngleich
solche Vorrichtungen normalerweise mit einer Emitterspule arbeiten,
die einen Stromfluss in den anderen Rezeptorspulen induziert, gab
es Vorschläge,
wonach in jeder der Spule ein elektrischer Strom fließt und die
Wechselwirkung des Induktionseffekts, zum Beispiel die Phasen- und/oder Amplitudenänderung
in dem in einer Spule fließenden
Strom unter dem Einfluss der anderen Spule, überwacht wird. Normalerweise
sind die Spulen insgesamt ebene kreisrunde Schleifen aus einem elektrischen
Leiter, die so angeordnet sind, dass die Ebenen der Spulen auf einer
gemeinsamen Achse im Wesentlichen parallel zueinander sind. Die
Spulen können
jedoch auch eine quadratische, dreieckige oder sonstige plane Form
haben. Falls gewünscht, können sich
Stangen oder Scheiben aus Ferrit in den Spulen befinden, oder es
können
andere Einrichtungen, zum Beispiel ein Metallgehäuse für die Spulen, vorgesehen sein,
um das durch die Emitterspule erzeugte Induktionsfeld zu formen,
und/oder der Gegenstand kann durch eine Öffnung in einem Metall- oder sonstigen
Schirm betrachtet werden, um die Empfindlichkeit der Rezeptorspule
gegenüber Änderungen,
die durch das Vorhandensein von Metallen im Bereich der Vorrichtung
bedingt sind, zu optimieren und den abgetasteten Bereich des Gegenstands zu
beschränken,
um Kanteneffekte zu reduzieren, um zum Beispiel zu vermeiden, dass
dünnere
Kanten des Gegenstands abgetastet werden.
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Der
Einfachheit halber wird der Begriff Metalldetektor hierin verwendet,
um jede solche Vorrichtung zu bezeichnen, die eine Änderung
in dem Kopplungseffekt zwischen zwei Spulen, wovon mindestens eine
von einem gepulsten oder veränderlichen Strom
durchflossen ist, in Reaktion auf die Nähe eines Metalls bei den Spulen überwacht.
Viele Formen von Metalldetektoren sind im Handel erhältlich und werden
beim Erfassen einer metallischen Verunreinigung von Produkten verwendet.
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Wenn
sich ein metallischer Gegenstand an den Spulen vorbeibewegt, kommt
es zu einer elektrischen Kopplung der Spulen mit dem Gegenstand und
die Induktionswirkung einer Spule auf die andere ändert sich.
Normalerweise führt
die Gegenwart eines metallischen Gegenstands zu einer Phasenänderung
des in der Rezeptorspule induzierten Stroms, die festgestellt werden
kann. Dieser Effekt ist auch festzustellen, wenn der metallische
Gegenstand ein Elektrolyt ist, zum Beispiel der Bratensaft oder
die Soße,
in der feste Lebensmittelteilchen enthalten sind. Der Einfachheit
halber wird der Begriff metallische Verunreinigung eines Gegenstands
hierin verwendet, um allgemein jeden Elektrolyten, jedes Metall
oder sonstige Material zu bezeichnen, das in diesem Gegenstand vorhanden
ist und eine Änderung
in dem von einem Metalldetektor erzeugten Signal verursacht, wenn
sich dieser Gegenstand in der Nähe des
Metalldetektors befindet.
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Normalerweise
wird der zu beobachtende Gegenstand insgesamt parallel zur Ebene
der Spulen des Metalldetektors geführt. Falls gewünscht, kann
die Ebene der Spulen jedoch auch zu der Linie der Bewegung des Gegenstands
vorbei an dem Metalldetektor geneigt sein. Alternativ kann der Gegenstand
durch die Ebene der Spulen laufen, normalerweise axial durch die
Schleife der Spulen. Der Begriff "laufen" wird nachfolgend in Bezug auf die Bewegung von
Gegenständen
relativ zu den Spulen eines Metalldetektors verwendet, um den Durchgang
durch die oder parallel zu der Ebene der Spulen oder in jedem beliebigen
Winkel zwischen diesen Bewegungslinien zu bezeichnen.
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Im
Gebrauch lässt
ein Bediener eine Reihe von Gegenständen, die dem zu beobachtenden
Gegenstand entsprechen, an dem Metalldetektor vorbeilaufen. Der
Durchgang dieser Gegenstände
wird dazu führen,
dass eine Reihe von Referenzsignalen erzeugt wird, deren charakteristische
Amplitude, Phasenwinkel oder sonstige Merkmale ermittelt werden
können,
zum Beispiel als eine Reihe von digitalen Impulsen oder Zahlen,
die Amplitude, Phase und Phasenwinkel des Signals definieren. Solche
charakteristischen bzw. Referenzsignale können dann verwendet werden,
um nacheinander an dem Metalldetektor vorbeibewegte Gegenstände zu identifizieren. Die
Erzeugung der Referenzsignale kann auch mit einer Charge von Proben
der zu beobachtenden eigentlichen Gegenstände durchgeführt werden,
die bekanntermaßen
die Kriterien einer metallischen Verunreinigung bei einem akzeptablen
Produkt erfüllen.
In diesem Fall können
infolge geringer Schwankungen in der Zusammensetzung der Gegenstände in jeder
Charge leicht variierende Signale für jede Probe festgestellt werden.
Die Signale werden gemittelt, um das charakteristische Referenzsignal
für die Gegenstände in jeder
Charge von Proben zu erzeugen.
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Das
einem Gegenstand entsprechende Referenzsignal wird in einem Computerspeicher
oder einer sonstigen maschinenlesbaren Speichervorrichtung gespeichert,
so dass es zum Vergleich gegen das Signal von einem anderen Gegenstand
desselben Typs, der an dem Metalldetektor vorbeiläuft, aufgerufen
werden kann. Vorausgesetzt, das Signal von dem anderen Gegenstand
ist, im Rahmen akzeptabler Grenzen, identisch mit dem Referenzsignal,
wird der Bediener wissen, dass der andere Gegenstand ebenfalls die
für den
Eichgegenstand aufgestellten Anforderungen bezüglich einer metallischen Verunreinigung
erfüllt.
Es ist daher üblich,
das in dem Speicher gespeicherte Signal so einzustellen, dass eine Fertigungstoleranzen
des zu beobachtenden Gegenstands entsprechende akzeptable Abweichung
von dem Referenzsignal festgestellt werden kann. Ein solche Toleranzen
enthaltendes Signal wird nachfolgend als Eichsignal für dieses
Produkt bezeichnet. Wie oben angemerkt, ist es außerdem üblich, die
Kalibrierung mit einer Anzahl von Proben durchzuführen und
den Durchschnitt der Signale von jenen Proben zu nehmen, um das
Eichsignal für
diese Art von Gegenstand zu erzeugen.
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Es
wurde vorgeschlagen, dass der Computer, der das Speichern und Überwachen
der beobachteten Signale steuert, eine Mittelung der beobachteten
Signale aus einer Reihe von Signalen derselben Art von Gegenstand
durchführen
sollte, um festzustellen, ob eine Optimierung eines anfänglichen
Eichsignals im Hinblick auf die vom Betreiber der Produktionsstraße oder
des Produktionsverfahrens für
die zu beobachtenden Gegenstände
festgelegten Akzeptabilitätsgrenzen
vorgenommen werden kann. Eine solche automatische Einstellung und Überprüfung des
Eichsignals kann beim ersten Anfahren der Produktion der Gegenstände durchgeführt werden
und/oder kann als fortlaufender Prozess durchgeführt werden, während der
Strom von Gegenständen
an dem Detektor vorbeiläuft.
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Der
Betreiber der Produktionsstraße
für die Gegenstände hat
jedoch wenig oder gar keinen Einfluss auf die Steuerung der Einstellung
des Eichsignals oder der automatischen Einstellung und Optimierung
des Eichsignals während
des Prozesses der Beobachtung von Gegenständen. Normalerweise wird der
Hersteller des Metalldetektors den Detektor installieren und die
Anfangsgrenzen, in denen das Signal von dem Detektor als ein akzeptables
Produkt betreffend zu behandeln ist, auf der Basis von ihm durch
den Betreiber des Verfahrens zur Produktion von Gegenständen bereitgestellter
Ausgangsproben und auf der Basis von Toleranzen für eine vom
Betreiber zugelassene Schwankung der metallischen Verunreinigung
einstellen. Diese Faktoren werden in die Software integriert, die
den Computer steuert, der das automatische Einstellen und Optimieren
des Eichsignals durchführt.
All dies erfordert sachkundige Bediener und ist zeitraubend.
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Angesichts
der Komplexität
der Form des Signals, das von dem Metalldetektor erzeugt wird, ist der
Bereich, über
den ein Signal als akzeptabel gilt, als kastenartiges Bild formuliert,
und die Grenzen eines akzeptablen Signals sind als Koordinaten des Kastens
und als allgemeiner Phasenwinkel dieses Kastens zu einer Nulllinie,
zum Beispiel der gedachten x-Achse einer Anzeige des Signals, angegeben. Dem
Bediener wird eine aus zwei oder drei Linien bestehende Anzeige
alphanumerischer Symbole zur Verfügung gestellt, die diese Merkmale
definieren, so dass er den Betrieb des Metalldetektors überwachen und
verifizieren kann, dass er das korrekte Eichsignal zur Verwendung
bei einem gegebenen Gegenstand ausgewählt hat. Sobald jedoch die
Grenzen eines akzeptablen Signals eingestellt sind, hat der Bediener wenig
Möglichkeit,
den Kasten, in dem ein akzeptables Signal liegen muss, zu verändern, und
kann nur zwischen dem Kasten für
ein Produkt und dem für
ein anderes Produkt erforderlichen Kasten umschalten. Ferner erfordert
das automatische Einstell- und Kalibrierverfahren zum Einstellen
einen erfahrenen Bediener, das Einstellen ist komplex und zeitraubend, und
die Ergebnisse sind eher ungenau.
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Die
US-A-5,896,031 beschreibt das automatische Einstellen einer Kalibrierung,
und die US-A-5,691,640 verwendet eine Anzeige und eine Tastatur
zum erstmaligen Einstellen der Kalibrierschwellwerte.
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Wir
haben nun eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben derselben
entwickelt, das dem Bediener die Möglichkeit gibt, das automatische
Einstellprogramm zu übersteuern
und vom Bediener festgelegte Einstellungen genau und problemlos
für die
Größen zu übernehmen,
die die Koordinaten festlegen, in denen ein akzeptables Signal liegen
muss. Damit kann der Bediener die Grenze der kastenartigen Hüllkurve
des Eichsignals aufgrund seiner praktischen Erfahrung optimieren
und dies online tun, während
die Gegenstände
an dem Detektor vorbeilaufen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann ein Bediener außerdem
feststellen, warum ein bestimmter Gegenstand zurückgewiesen wurde, und kann
Hilfsmaßnahmen
ergreifen, die bei den bekannten Metallerfassungssystemen nicht
möglich
wären. Da
das Eichsignal und das beobachtete Signal von dem Metalldetektor
optisch angezeigt werden, vorzugsweise als übereinander liegende Bilder,
können der
Vergleich der Signale und die Optimierung des Eichsignals von weniger
erfahrenen Bedienern und interaktiv durchgeführt werden, was zu einer einfacheren
und genaueren Optimierung des Eichsignals führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
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Demzufolge
stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen der
Verunreinigung eines Gegenstands durch ein Metall oder einen sonstigen
Elektrolyten bereit, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
Folgendes umfasst:
- a. einen Mechanismus zum
Transportieren des Gegenstands relativ zu einer Abtaststation, in
der der Gegenstand abgetastet werden soll;
- b. einen Metalldetektor, der sich in der Abtaststation befindet
und dazu ausgelegt ist, den Gegenstand abzutasten und ein beobachtetes
Signal zu erzeugen, das dem Einfluss der in dem Gegenstand vorhandenen
metallischen Verunreinigung auf das von dem Metalldetektor erzeugte
Signal entspricht;
- c. Computermittel zum Vergleichen des beobachteten Signals von
dem Metalldetektor mit einem Eichsignal, das einem Gegenstand mit
einem akzeptablen Grad der metallischen Verunreinigung entspricht,
und zum Feststellen, wann ein von dem Metalldetektor empfangenes
beobachtetes Signal um einen inakzeptablen Betrag von diesem Eichsignal
abweicht;
- d. Anzeigemittel zum Anzeigen des beobachteten Signals von dem
Metalldetektor und des Eichsignals in einer sichtbaren graphischen
Form; und
- e. Mittel, zum Beispiel eine Tastatur, zur Verwendung durch
einen Bediener zum Verändern
des auf dem Anzeigemittel angezeigten Eichsignals.
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Wie
oben angemerkt, stellt die Erfindung ein Verfahren zum online erfolgenden
Einstellen der Hüllkurve
des Eichsignals für
einen akzeptablen Gegenstand anstelle der bisher verwendeten automatischen
Einstell- und Optimierungsverfahren bereit. Bei diesem Verfahren
betrachtet ein Bediener, vorzugsweise gleichzeitig, die Anzeigen
der beobachteten Signale von dem einen Gegenstand abtastenden Metalldetektor
und des Eichsignals für
einen akzeptablen Grad der metallischen Verunreinigung bei diesem
Gegenstand. Diese Signale haben normalerweise die Form einer komplexen
Schleife wie Bilder, deren Form und Ausrichtung für den durch
den Metalldetektor beobachteten Gegenstand charakteristisch sind.
Der Bediener kann die Form und Ausrichtung des Eichsignals durch
Eingabe von Steuerdaten über die
Tastatur oder eine sonstige Eingabeeinrichtung einstellen, um das
Eichsignal in Bezug auf die beobachteten Signale für diesen
Gegenstand zu optimieren. Da er der optischen Anzeige ohne weiteres
entnehmen kann, ob die Modifikation einer bestimmten Größe in einem
Eichsignal resultiert, das nicht genügend Spielraum zwischen den
beobachteten Signalen und dem Eichsignal bereitstellt, um Fertigungstoleranzen
Rechnung zu tragen, kann er unpraktische Modifikationen ohne weiteres
ausschließen.
Außerdem
kann er leicht sehen, ob eine bestimmte Modifikation einer Größe in einem übermäßigen Spielraum zwischen
dem beobachteten Signal und dem Eichsignal resultiert, was dazu
führen
könnte,
dass Gegenstände
akzeptiert werden, die die gewünschten
Toleranzen überschreiten.
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Eine
solche einfache optische Verifizierung der Auswirkung einer Änderung
von Größen beim Einstellen
des Eichsignals ist bei den bisher verfügbaren begrenzten alphanumerischen
Anzeigen nicht möglich.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung geben dem Bediener
also mehr Flexibilität
beim Einstellen des Eichsignals für eine gegebene Art von Gegenstand.
Darüber
hinaus können ungeübte Bediener
eine solche Einstellung leicht durchführen, da die Ergebnisse jeglicher
Einstellung auf der Anzeigevorrichtung leicht zu sehen sind. Da jede
metallische Verunreinigung normalerweise zu einer charakteristischen Änderung
in dem beobachteten Signal führen
wird, ist es ferner möglich,
eine Bibliothek der charakteristischen Signale für jede Art von Verunreinigung
aufzubauen. Diese Signale können
in dem maschinenlesbaren Speicher des den Vorgang der Überwachung
von Signalen von dem Metalldetektor steuernden Computers gehalten
werden. Wenn also ein Gegenstand zurückgewiesen wird, weil sein
beobachtetes Signal außerhalb
der Hüllkurve
des Eichsignals liegt, kann der erfahrene Bediener einschätzen, welche
Art von Verunreinigung die Zurückweisung
verursacht hat. Seine Einschätzung
kann dadurch verifiziert werden, dass das Signal für diese
Verunreinigung über
das Eichsignal für
den Gegenstand gelegt wird und beurteilt wird, ob das kombinierte
Signal demjenigen ähnlich
ist, das die Zurückweisung
des Gegenstands verursacht hat. Diese Möglichkeit kann es einem Bediener
erlauben, ein Problem in dem Produktionsprozess zu identifizieren
und rasch zu beheben, zum Beispiel metallische Fremdkörper wie
zum Beispiel Münzen,
Metallspäne
oder Metallteilchen der Verarbeitungsanlage zu erfassen, die vielleicht
während
der Herstellung oder beim Verpacken in ein Lebensmittel gefallen sind.
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Viele
Produkte können
jedoch Metall in der einen oder anderen Form absichtlich enthalten,
zum Beispiel als Elektrolyt, der zum Beispiel durch die Kochfette
oder andere in dem Lebensmittel vorhandene Salze bereitgestellt
wird. In diesem Fall entspricht das Eichsignal dem Störpegel des
Signals von dem Lebensmittel, und dieses wird normalerweise eine
typische Form und einen typischen Phasenwinkel für dieses Produkt haben.
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Der
Einfachheit halber wird die Erfindung nachfolgend im Sinne einer
Packung eines Lebensmittels als abzutastendem Gegenstand beschrieben, der
Elektrolyte enthält,
die die Packung ein typisches Störsignal
von dem Metalldetektor aussenden lassen, das als Eichsignal wirkt.
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Wie
oben angemerkt, wird es aufgrund von Schwankungen hinsichtlich der
Materialien und Fertigungsverfahren normalerweise eine gewisse Schwankung
in dem Signal geben, das der Metalldetektor aus Packungen desselben
Lebensmittels erzeugt, sogar innerhalb ein und derselben Produktionscharge.
Der Bediener gibt daher akzeptable Schwankungen um das Ideal für die Produktzusammensetzung
vor, und diese werden verwendet, um die Hüllkurve um das ideale Signal
herum zu erzeugen, die das Eichsignal für ein akzeptables Produkt bestimmt.
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Die
Erzeugung des Eichsignals, mit dem nachfolgende Packungen des Lebensmittels
verglichen werden, kann nach herkömmlichen Verfahren erfolgen. Der
Bediener kann sich dann jedoch seine Erfahrung beim Einstellen der
Abmessungen, Form und Ausrichtung der Hüllkurve des Eichsignals zunutze
machen, um die Hüllkurve
zu optimieren. Er kann zum Beispiel wissen, dass das Signal von
einem akzeptablen Produkt über
bestimmten Bereichen der Hüllkurve
nicht signifikant schwankt, während
eine geringe Abweichung in der Produktzusammensetzung in anderen
Bereichen der Hüllkurve
einen viel größeren Einfluss
auf das Signal hat. Somit kann er die Grenze der Hüllkurve
des Eichsignals im ersten Fall auf eine engere prozentuale Schwankung einstellen,
zum Beispiel auf ± 1%,
während
die Schwankung der Grenze im zweiten Fall bis zu ± 5% betragen
muss. Eine solche Beurteilung der Optimierungsmöglichkeit für die Grenze der Hüllkurve
ist bei den bisher verwendeten alphanumerischen Anzeigen mit zwei
oder drei Zeilen nicht möglich.
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Ferner
ist bei den Verfahren nach dem Stand der Technik die Hüllkurve
für das
Eichsignal für
ein akzeptables Produkt als kastenförmig definiert, da die zur
Berechnung einer komplexen krummen Grenze erforderliche Rechenleistung
unökonomisch
groß wäre und eine
komplexe Programmierung erfordern würde. Das menschliche Auge kann
jedoch ohne weiteres die Unterschiede zwischen einer krummen Linie
und einer anderen auf einer optischen Anzeige definieren. Daher
kann der Bediener Bereiche definieren, in denen die Grenze verändert werden
kann, um Bereiche, wo eine sehr große Signalschwankung erlaubt
ist, auszuschneiden, indem er eine Linie über eine Ecke der durch bekannte
Systeme unter Verwendung eines automatischen Einstellverfahrens
erzeugten kastenartigen Hüllkurve
zieht. Bei Verwendung eines Touch-Screen-Displays kann es möglich sein,
dass der Bediener eine Grenze ziehen kann, die mit der Hüllkurve
des Referenzsignals für
ein Produkt im Wesentlichen kongruent ist, so dass eine im Wesentlichen
gleichmäßige zulässige Abweichung
von dem gewünschten
Signal über
die gesamte Grenze der Hüllkurve
des Eichsignals definiert wird. Der Einfachheit halber wird die
Erfindung jedoch im Folgenden im Sinne einer Veränderung der Hüllkurve
eines Eichsignals beschrieben, die als insgesamt rechteckige Hüllkurve
auf der Signalanzeigeeinrichtung angezeigt wird.
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Der
Metalldetektor zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung kann
jede geeignete Form annehmen, und viele solche Metalldetektoren
sind im Handel erhältlich.
Der Detektor kann somit ein spulenartiger Metalldetektor sein wie
er oben beschrieben ist, und die Spulen des Detektors können beide auf
einer Seite der Bewegungslinie der abzutastenden Packung angeordnet
sein, wobei ihre Ebenen im Wesentlichen parallel sind zur Bewegungslinie
der Packung. Falls gewünscht,
können
die Spulen jedoch jeweils auf beiden Seiten des Wegs der Packung
angeordnet sein oder so ausgerichtet sein, dass die Ebene der Spulen
senkrecht ist zur Bewegungslinie der abzutastenden Packung, wobei
die Bewegungslinie durch die Schleife der Spulen des Detektors verläuft. Die
Spulen können
auch über oder
unter der Bewegungslinie der Packung angeordnet sein, wenn zum Beispiel
ein Produkt von oben abgetastet werden soll, um den Einfluss eines
oben offenen Metallbehälters,
zum Beispiel aus Aluminiumfolie, zu minimieren, in dem das Produkt
enthalten ist. Es wird dann die Verringerung des gegenseitigen Kopplungseffekts
der Spulen infolge der zwischen sie eingebrachten dämpfenden
Wirkung der Packung überwacht,
insbesondere wenn das durch die Emitterspule erzeugte Signal ein
Hochfrequenzsignal ist. Der Einfachheit halber wird die Erfindung
nachfolgend im Sinne eines Metalldetektors mit zwei im Wesentlichen
parallelen Spulen beschrieben, die sich beide auf einer Seite der
Bewegungsbahn der Packungen befinden und durch deren Emitterspule
ein Strom mit einer Frequenz von bis zu 1 MHz oder mehr, normalerweise
10 bis 500 kHz, zum Beispiel von 25 bis 50 kHz im Falle eines Lebensmittels,
oszilliert. Der optimale Wert für
die Amplitude und Frequenz eines solchen oszillierenden Stroms kann
mit herkömmlichen
Verfahren für
jede Art von abzutastendem Produkt leicht ermittelt werden.
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Üblicherweise
werden die Packungen an einem feststehenden Metalldetektor auf einem
Förderband
oder einer sonstigen Transporteinrichtung vorbeigeführt. Es
liegt jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass die Packung
feststehend bleibt und der Metalldetektor quer über die Oberfläche der Packung
bewegt wird. Der Einfachheit halber wird die Erfindung nachfolgend
im Sinne eines statischen Metalldetektors beschrieben, der auf einem
Bandförderer,
Rollenförderer
oder auf einer sonstigen Art von Fördereinrichtung mitläuft.
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Die
Abtaststation kann mit weiteren Merkmalen versehen sein, um die
Funktionsweise des Metalldetektors zu verbessern. So kann der Metalldetektor zum
Beispiel einen Metallschirm oder sonstigen Schirm aufweisen, der
zwischen ihm und der abzutastenden Packung angeordnet ist, und der
Detektor tastet die Packung durch eine Öffnung in dem Schirm ab. Ein
solcher Lochschirm definiert den Bereich der Packung, den der Detektor
abtastet, so dass mögliche
Schwankungen in dem Signal infolge von Kanteneffekten in der Packung
minimiert werden. Vorzugsweise sollte insbesondere sichergestellt
werden, dass die Packung über
ungefähr
50 bis 90% ihrer dem Scanner zugewandten Fläche abgetastet wird, und die Öffnung in
dem Schirm kann dazu auf bekannte Weise eingestellt werden. Außerdem sollte vorzugsweise
eine Einrichtung bereitgestellt werden, die feststellt, wann sich
die Packung in der gewünschten
Stellung zu dem Metalldetektor befindet. Eine solche Einrichtung
kann die Form eines mit oder ohne Kontakt arbeitenden Näherungsschalters
annehmen, der feststellt, wann die Vorderkante der Packung einen
gegebenen Punkt auf ihrer Bewegungsbahn erreicht hat, so dass sich
die Packung mit der Öffnung
deckt. Solche Schalter schließen
Photozellen, Kippschalter und dergleichen ein, die ein elektrisches
Signal in dem Moment auslösen,
wo die Vorderkante der Packung an einem vorbestimmten Punkt vorbeiläuft. Das
elektrische Signal kann den Metalldetektor betätigen, so dass der Detektor
nur arbeitet, wenn sich eine Packung in der Position zum Abtasten
befindet; oder kann die Erfassung des Signals von einem kontinuierlich
arbeitenden Metalldetektor auslösen.
Außerdem
ist es wünschenswert, dass
die Abtaststation Führungseinrichtungen
enthält,
die zu einer konstanten Ausrichtung der Packung auf ihrem Weg an
dem Metalldetektor vorbei und zu einem konstanten Abstand der Packung
von dem Metalldetektor beitragen. Die Förder- oder sonstigen Transporteinrichtungen
können
zum Beispiel an der Abtaststation mit Führungsschienen versehen sein,
die die Packung in eine gegebene Ausrichtung und Position führen, wenn
sie an dem Metalldetektor vorbeiläuft. Falls gewünscht, können solche Führungseinrichtungen
eine Drehscheibe oder sonstige Mittel enthalten, mit denen die Packung
gedreht werden kann, so dass sie aus verschiedenen Richtungen durch
den Metalldetektor abgetastet werden kann. Dadurch können metallische
Verunreinigungen, die in einer Richtung kleine Abmessungen haben,
in einer anderen aber große
Abmessungen, zum Beispiel eine flache Metallscheibe oder ein Stück Draht,
erfasst werden, weil das Signal mit der größeren Amplitude in einer Ausrichtung
erzeugt wird, während
das in einer anderen Ausrichtung erzeugte Signal zu schwach sein
kann, so dass das beobachtete Signal außerhalb der Hüllkurve
des Eichsignals liegt.
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Wie
oben angemerkt, wird das Signal von dem Metalldetektor einem Computer
zugeführt,
dessen Aufgabe es ist, das beobachtete Signal in Bezug auf das Eichsignal
zu beurteilen, diese Beurteilung auf einer optischen Anzeigeeinrichtung
graphisch darzustellen und den Bediener zu alarmieren, wenn das
beobachtete Signal von einer Packung außerhalb der Hüllkurve
des Eichsignals liegt. Normalerweise wird der Computer Software
enthalten, um eine graphische Anzeige des beobachteten Signals und
des Eichsignals zu erzeugen, und einen Nachschlagespeicher, der
die Eichsignale für
eine Anzahl von Produkten enthält.
Solche Computer, Programme und Speicher können von herkömmlicher
Art, Konstruktion und Funktionsweise sein.
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Der
Computer ist mit einer optischen Anzeigeeinheit verbunden, zum Beispiel
mit einer Kathodenstrahlröhre,
einer Flüssigkristallanzeige,
einer CCD-Anordnung,
einem leuchtenden Polymer oder einer anderen geeigneten Vorrichtung,
die eine sichtbare graphische Anzeige sowohl des beobachteten Signals
von dem Metalldetektor als auch des Eichsignals von der Speichereinheit
des Computers erzeugt. Normalerweise wird das Eichsignal jedes Mal angezeigt,
wenn ein beobachtetes Signal angezeigt wird. Normalerweise werden
die beiden Signale übereinander
gelegt, damit Konfiguration, Größe, Ausrichtung
und Form des beobachteten Signals im Vergleich zum Eichsignal besser
zu sehen sind. Dies muss jedoch nicht der Fall sein, und die Anzeige
eines oder beider Signale kann nur dann erfolgen, wenn es der Bediener
verlangt, zum Beispiel in Reaktion auf das Drücken einer bestimmten Taste
auf dem Bedienfeld, wie nachfolgend näher erläutert. In diesem letzteren
Fall wird der Computer die notwendige Software enthalten, um das
beobachtete Signal und das Eichsignal zu vergleichen und ein geeignetes
Alarm- oder sonstiges Signal zu erzeugen, wenn das beobachtete Signal
außerhalb
der Grenzen des Eichsignals liegt. Normalerweise wird der Computer einen
Mechanismus zum Herausschieben oder sonstigen Zurückweisen
einer verunreinigten Packung aus dem Transportmechanismus betätigen, damit diese
nicht weiter an dem Verpackungs- oder sonstigen Vorgang teilnimmt.
Falls gewünscht
können
solche zurückgewiesenen
Packungen zu einem seitlichen Förderband
oder Behälter
umgelenkt werden, in dem sie in der Reihenfolge, in der sie zurückgewiesen
wurden, gehalten werden, und der Computer kann zusätzliche
oder sonstige Speichermittel enthalten, womit das beobachtete Signal
für diese
zurückgewiesene
Packung zur anschließenden
Untersuchung durch den Bediener der Vorrichtung gespeichert werden
kann. Der Bediener kann also die zurückgewiesene Packung mit ihrem
beobachteten Signal in Zusammenhang bringen und feststellen, welcher
Art die oben angegebene Verunreinigung war.
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Wie
oben angemerkt, ist der Computer mit einer Funktionstastatur, einem
Bedienfeld oder einer sonstigen Einrichtung verbunden, womit der
Bediener das Eichsignal auswählen
kann, mit dem eine gegebene Packung oder Reihe von Packungen beurteilt
werden kann, und das auf der optischen Anzeigeeinheit angezeigte
Eichsignal verändern
kann, um das Eichsignal zu optimieren. Wie oben angegeben, kann
diese Steuereinrichtung durch das Merkmal eines Touchscreen auf
der optischen Anzeigeeinheit bereitgestellt werden, das es dem Bediener
erlaubt, ein ausgewähltes
Eichsignal aufzurufen und dieses auf dem Bildschirm zu verändern. Normalerweise wird
jedoch bevorzugt, eine Tastatur bereitzustellen, mit der der Bediener
diese Funktionen erreichen kann.
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Der
Bediener kann die Tastatur benutzen, um das Eichsignal für einen
vorgegebenen Packungstyp aus der Speichereinheit des Computers auf
die optische Anzeigeeinheit aufzurufen. Dieses Eichsignal kann dann
auf dem Bildschirm durch Anwendung von Korrekturfaktoren mit Hilfe
der Tastatur eingestellt werden. Der Bediener kann zum Beispiel die
prozentuale Toleranz verändern,
die für
eine der Größen des
Inhalts der Packung akzeptiert werden kann. Der Bediener kann also
entscheiden, dass der Salzgehalt des Inhalts der Packung normalerweise genau
definiert ist und dass eine Toleranz von nur ± 1% zulässig ist, bevor eine Packung
inakzeptabel wird. Das Eichsignal hat vielleicht ± 5% zugelassen, und
diese Verringerung in der Toleranz kann die Größe und Form des Eichsignals
beeinflussen. Analog dazu kann eine Schwankung im Wassergehalt von bis
zu 5% akzeptabel sein, aber bei dem Eichsignal sind nur 2% erlaubt.
Der Einfluss solcher Größen kann
in Sekundärspeichern
in dem Computer aufgrund theoretischer Berechnungen ihres Einflusses gespeichert
sein. Alternativ kann der Speicher eine Anzahl von Signalen von
Packungen mit Materialien einer Zusammensetzung bis zu der geänderten
Größe enthalten,
und der Bediener legt diese Signale übereinander, um ein zusammengesetztes
Eichsignal zu erhalten, das jede geänderte Größe widerspiegelt. Mit jeder Änderung
wird die optische Anzeige des geänderten
Eichsignals angezeigt, und der Bediener kann den Einfluss der Änderung
in Bezug auf das beobachtete Signal leicht sehen und kann Änderungen
ablehnen, die unpraktisch sind oder zu übermäßig engen Toleranzen zwischen
dem Eichsignal und dem beobachteten Signal führen.
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Wie
oben angegeben, kann der Computerspeicher auch die charakteristischen
Signale für
bekannte Verunreinigungen in verschiedenen Konzentrationen enthalten.
Der Bediener kann diese auf das zunächst für ein akzeptables Produkt erhaltene
Referenzsignal legen, um den Einfluss einer oder mehrerer vorgegebener
Verunreinigungen auf ein Referenzsignal zu ermitteln, wenn er ein
akzeptables Eichsignal erzeugt. Alternativ können solche charakteristischen
Signale, wie oben beschrieben, auf ein Eichsignal für ein gegebenes
Produkt gelegt werden, um festzustellen, welche Verunreinigung zur
Zurückweisung
einer bestimmten Packung geführt
hat.
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Der
Computer kann auch mit einem Drucker oder einer sonstigen Datenwiedergabe-
oder Datenübertragungseinrichtung
verbunden sein, womit das beobachtete Signal und das Eichsignal
für Zufallsproben
in einem Produktionslauf ausgedruckt werden können, um zu Prüf- und sonstigen
Zwecken dauerhafte Aufzeichnungen bereitzustellen. Alternativ kann
der Computer über
Modem oder sonstige Mittel mit einem Zentralregister oder einem
zentralen Steuerort verbunden sein, zum Beispiel mit einem zentralen
Prozesssteuerungsraum, wodurch ein Bediener aus der Ferne den Betrieb
von zwei oder mehr Verarbeitungs- oder Verpackungsstraßen steuern und überwachen
kann.
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Demzufolge
stellt die vorliegende Erfindung außerdem einen Metalldetektor
in Verbindung mit einem Computer bereit, der so programmiert ist,
dass er ein Signal von dem Metalldetektor als graphische Anzeige
auf einer optischen Anzeigeeinheit präsentiert und eine Eingabe von
einer Tastatur oder sonstigen Dateneingabevorrichtung empfängt, um
die Form des auf der optischen Anzeigeeinheit angezeigten Signals
zu modifizieren.
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Die
Erfindung kann auf einen weiten Bereich von Produkten angewandt
werden, um das Vorhandensein eines weiten Bereichs von Verunreinigungen in
diesen Produkten zu überwachen.
Zum Beispiel können
damit Schwankungen im Elektrolytgehalt von Lebensmitteln oder leitfähigen Tinten
für Tintenstrahldrucker
mit kontinuierlichem Strahl überwacht
werden, wobei man Schwankungen bei ein oder mehr wünschenswerten
Bestandteilen des Inhalts einer Packung überwacht; oder es wird damit
das Vorhandensein unerwünschter
Bestandteile wie zum Beispiel Metallteilchen in einem Lebensmittel,
Schmieröl,
pharmazeutischen Produkt, Waschpulver oder dergleichen überwacht.
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Die
Erfindung wurde oben im Sinne einer ein Produkt enthaltenden Packung
beschrieben, und die Packung kann einen weiten Bereich an Formen
annehmen. Es kann zum Beispiel eine Glas- oder Kunststoffflasche
sein, die flüssige
oder partikuläre Materialien
enthält,
oder ein Karton aus Pappe oder dergleichen, der gefrorene oder andere
feste Lebensmittel enthält.
Es kann auch möglich
sein, Produkte in oben offenen Behältern aus Aluminium- oder einer
sonstigen Metallfolie abzutasten, indem der Behälter von oben abgetastet wird
und eine Metallmaske verwendet wird, um den Einfluss der Seitenwände des
Behälters
auf den Metalldetektor abzuschirmen. Die Erfindung kann jedoch auch
auf andere Gegenstände
angewandt werden, zum Beispiel auf feste Blöcke gefrorener Lebensmittel,
Früchte,
Brot und sonstige Backwaren, die nicht in einer Hülle oder
Verpackung enthalten sind.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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Die
Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform derselben gemäß den beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen 1 ein schematisches Blockdiagramm
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist; und 2 ist eine schematische Darstellung
der auf der optischen Anzeigeeinheit von 1 angezeigten
Bilder.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM:
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst ein Band- oder Rollenfördersystem 1 zum
Transportieren von Gegenständen 2 an
einem Metalldetektor 3 vorbei. Normalerweise ist der Detektor 3 ein
herkömmlicher
handelsüblicher
Doppelspulendetektor, der so positioniert ist, dass seine Spulen 4 so
ausgerichtet sind, dass ihre Ebenen zur Linie der Bewegung der Gegenstände vorbei
an dem Detektor 3 im Wesentlichen parallel sind. Die Spulen
können
jedoch so ausgerichtet sein, dass ihre Ebenen zu der Bewegungslinie
senkrecht sind, wie in 1 gestrichelt dargestellt, so
dass die Gegenstände
in einer zur Ebene der Spulen insgesamt quer verlaufenden Richtung
durch die Ringe der Spulen laufen. In diesem Fall muss die Bewegungslinie
nicht unbedingt längs
der Achse der Spulen verlaufen, sondern könnte radial von dieser Achse
versetzt sein. Das Förderband 1 ist
mit Führungsschienen 5 versehen,
um die Gegenstände
in Bezug auf ihre Ausrichtung zu und ihren Abstand von dem Detektor 3 korrekt
zu positionieren. Außerdem
sollte vorzugsweise ein massiver oder gitterartiger Metallschirm 6 mit
einer rechteckigen oder anders geformten Öffnung darin, durch die der
Detektor den Mittelteil des Gegenstands 2 abtastet, zwischen
dem Detektor 3 und dem Förderband 1 vorgesehen
sein. Eine Photozelle 7 stellt fest, wann sich die Vorderkante
des Gegenstands 2 auf ihrem Weg vorbei an dem Detektor 3 in
einer solchen Position befindet, dass sich der Mittelteil des Gegenstands 2 mit
der Öffnung
in dem Schirm 6 deckt.
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Der
Detektor 3 ist mit einem Computer 10 verbunden,
der wiederum mit einer optischen Anzeigeeinheit (Bildschirm) 20 und
mit einer Tastatur 30 verbunden ist. Der Computer ist mit
einem vollständigen
Graphikprogramm versehen, wodurch die Signale von dem Detektor 3 als
graphische Darstellung auf dem Bildschirm der optischen Anzeigeeinheit
angezeigt werden können.
Der Computer 10 ist mit ein oder mehr Speicherchips oder
sonstigen Nachschlageeinheiten oder ähnlichen Speichereinheiten
versehen, um Signale von dem Detektor 3 zu speichern; und
er ist so programmiert, dass er über
eine Tastatur 30 eingegebene Daten oder Anweisungen empfängt, um
Speichersignale aufzurufen und diese entsprechend den von der Tastatur
empfangenen Daten oder Anweisungen zu verändern.
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Im
Betrieb wird ein Gegenstand 2 an dem Detektor 3 vorbeitransportiert.
Dadurch wird die Photozelle 7 betätigt, die bewirkt, dass der
Detektor 3 den ihm zugewandten Teil des Gegenstands durch
die Öffnung
in dem Schirm 6 abtastet und ein der metallischen Verunreinigung
des Gegenstands entsprechendes Signal zu dem Computer 10 sendet.
Der Bediener hat dem Computer gegenüber die Art des abgetasteten
Gegenstands identifiziert, indem er auf der Tastatur 30 die
entsprechenden Identifikationscodes eingibt. Der Computer erzeugt
daraufhin eine optische Anzeige sowohl des beobachteten Signals 40 von
dem Detektor 3 als auch des entsprechenden Eichsignals 50 aus
seinem Speicher, wie in 2 jeweils mit einer durchgezogenen
Linie und mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Falls gewünscht, kann der
Computer auch so programmiert werden, dass er eine automatisch eingestellte
Optimierung des Eichsignals durchführt, bei der eine Reihe beobachteter Signale
gemittelt werden und die zulässigen
Toleranzen auf dieses gemittelte Signal angewandt werden, um ein
modifiziertes Eichsignal zu erzeugen.
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Der
Bediener kann das Eichsignal auch ändern, indem er Änderungen
auf die Toleranzen für
die Art des Produkts anwendet und die Auswirkung jeder inkrementellen Änderung
auf das angezeigte Eichsignal beobachtet. Er kann problemlos feststellen, wann
eine Änderung
zu einem inakzeptablen Eichsignal führt, entweder weil das Eichsignal
ganz oder teilweise innerhalb des beobachteten Signals liegt und
zu einer nachhaltigen Zurückweisung
der Gegenstände
wegen Verunreinigung führen
würde; und/oder
weil die Hüllkurve
des geänderten
Eichsignals so weit außerhalb
der Hüllkurve
des beobachteten Signals liegt, dass übermäßige Mengen von Verunreinigungen
vorliegen könnten,
bevor die Hüllkurve
des Eichsignals durchbrochen wurde. Der Bediener kann somit das
Eichsignal interaktiv ändern
und die Ergebnisse dieser Änderung
online beobachten, während
ein Signal von dem Gegenstand zu Vergleichszwecken erzeugt wird.
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Die
Erfindung wurde oben im Sinne eines beobachteten Signals beschrieben,
das innerhalb der Hüllkurve
des Eichsignals liegt. Es kann jedoch Fälle geben, wo das Eichsignal
innerhalb der Hüllkurve des
beobachteten Signals liegt, weil die erwartete Verunreinigung eher
zur Kontraktion des beobachteten Signals als zur Expansion oder
Neigung des Phasenwinkels des Signals führt. In diesem Fall wird das System
so eingestellt, dass es auf eine übermäßige Kontraktion des Signals
im Vergleich zum Eichsignal reagiert. Die Erfindung stellt also
fest, wann die Verunreinigung eines Gegenstands dazu führt, dass
das beobachtete Signal um einen inakzeptablen Betrag von dem Eichsignal
abweicht.