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Verfahren und Vorrichtung zum Sortieren von Teilen, z. B. von Kohlestücken,
entsprechend ihren relativen Glanzwerten Die Erfindung betrifft das Sortieren, Trennen
oder Aufteilen von Teilen, z. B. Stücken aus Mineralien, wie beispielsweise Eisenerz
oder Kohle oder von Pigmentwerkstoffen (im nachfolgenden Objekte genannt). Es ist
bekannt, Objekte entsprechend ihrem Reflektionsfaktor oder ihrer optischen Dichte
zu sortieren, der bzw. die durch Ansprechen einer photoelektrischen. Zelle auf das
Licht bestimmt wird, das von den Objekten reflektiert oder durch sie hindurchgeschickt
wird. Die Erfindung betrifft andererseits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Sortieren von Objekten entsprechend den Änderungen des Glanzes bzw. Glanzwertes
verschiedener Oberflächen solcher Teile. Unter Verschiedenheit des Glanzes einer
solchen Oberfläche soll verstanden werden die Verschiedenheiten zwischen einer Fläche
und einer anderen in bezug auf die Differenzwerte der Intensitäten bzw. Lichtstärken
der Reflektionen bei verschiedenen Winkeln zur Richtung des einfallenden Lichtes.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sortieren von Teilen entsprechend
ihrem relativen Glanzwert, wobei das Verfahren darin besteht, daß relative Ansprechwerte
einer photoelektrischen Zelle einerseits auf das Licht hin hervorgerufen werden,
welches in der Hauptsache gerichtet reflektiert ist, sowie andererseits auf Licht
hin, welches im. wesentlichen diffus reflektiert wird, und zwar jeweils von
jedem
Objekt, wobei dann diese Ansprechwerte dazu benutzt werden, um Trenn- oder Sortiervorrichtungen
zum Aufteilen der Objekte in zwei oder mehr Gruppen je nach ihren relativen Ansprechwerten
zu betätigen oder zu steuern.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Sortieren von
Objekten entsprechend ihren relativen Glanzwerten, das darin besteht, daß ein Lichtstr.alhlenbündel
auf jedes Objekt in Wechselfolge geworfen wird, daß mittels einer lichtempfindlichen
Zelle die Lichtstärke des Lichtstroms über wenigstens einen Teil oder Bereich eines
Strahlenbündels beobachtet wird, das weitgehend gerichtet reflektiertes Licht aufweist,
da:ß mittels der gleichen oder einer zweiten Zelle die Lichtstärke des Lichtstroms
beobachtet wird, welcher von jedem Objekt über ein Gebiet oder eine Fläche reflektiert
wird, welches bzw. welche Licht empfängt, das vorwiegend diffus reflektiert wird,
und daß die verschieden relativen Ansprechwerte der Zelle oder Zellen entsprechend
den verschiedenen Objekten benutzt werden, um Trenn- oder Sortiervorrichtungen zum
Aufteilen -der Objekte in zwei oder mehr Gruppen zu betätigen oder zu steuern.
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Bei der Anwendung der Erfindung können die Objekte in verschiedener
Weise beleuchtet und die Beobachtungen in verschiedener Weise angestellt werden:
Beispielsweise besteht eine Möglichkeit darin, daß, jedes Objekt jeweils mittels
eines Lichtstrahlenbündels beleuchtet wird, das die Oberfläche des Objekts unter
einem Winkel schräg zur Lotrechten auf dieser Fläche trifft, wobei eine photoelektrische
Zelle benutzt wird, um die Lichtstärke eines Lichtstroms auf einer Fläche zu beobachten,
welche quer oder senkrecht zum gerichtet reflektierten Lichtstrahl verläuft, während
eine zweite Zelle benutzt wird, um die Lichtstärke eines Lichtstroms zu beobachten,
der auf eine Fläche reflektiert wird, welche senkrecht zur Lotrechten auf dieser
Fläche verläuft.
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Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß; jedes Objekt in Hintereinanderfolge
mit Licht beleuchtet wird, welches auf eine Oberfläche des Objekts unter zwei odermehr
verschiedenen Winkeln auftrifft, und daß' mittels einer einzigen photoelektrischen
Zelle entsprechende Beobachtungen der Lichtstärke des Lichtes angestellt werden,
das auf einer Fläche reflektiert wird, welche quer oder senkrecht zu einem gerichtet
reflektierten Lichtstrahl verläuft, wobei die gleiche Fläche für jede-Beleuchtung
benutzt wird, so daß zeitlich aufeinanderfolgende Beobachtungen von gerichteter
Reflektion und von diffuser Reflektion angestellt werden.
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Bei einer dritten Möglichkeit wird jedes Objekt durch Licht beleuchtet,
welches senkrecht zur Oberfläche des Objekts gerichtet ist, auf weiches es auftrifft,
derart, .daß über eine Fläche, welche sich quer bzw. senkrecht zur Lotrechten erstreckt,
eine scheibenartige Fläche gebildet wird, welche im wesentlichen reflektiert gerichtetes
Licht aufweist, und um die Scheibe herum eine -äußere Ringfläche von diffus reflektiertem
Licht, wobei Beobachtungen der Lichtstärkenr des Lichtes über den Gesamtbereioh
oder einen Teil ,der Scheibenfläche und über den Gesamtbereich oder einen Teil der
Außenfläche angestellt werden.
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Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen zur Ausübung des oder der
vorerwähnten Verfahren und bezieht sich auf Mittel zum Richten eines Lichtstrahlenbündels
auf jedes einer Aufeinanderfolge von Objekten, auf photoelektrische Mittel zum Beobachten
der Lichtstärken eines Teils des gerichteten reflektierten Lichtes und eines Teils
des diffus reflektierten Lichtes, und aus Steuermitteln, welche auf die photoelektrischen
Mittel ansprechen und die Objekte je nach den Veränderungen der relativen Ansprechwerte
in bezug auf die gerichtete Reflektion und die diffuse Reflektion sortieren, aufteilen
oder auftrennen.
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Die photoelektrischen Mittel können aus zwei photoelektrischen Zellen
bestehen, durch welche getrennt das gerichtet reflekierte Licht und- das diffus
reflektierte Licht beobachtet werden, oder eine einzige Zelle kann benutzt werden,
um die beiden Re-flektionen in zeitlicher Wechselfolge zu beobachten.
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Das Lichtstrahlenbündel kann senkrecht oder schräg zur Oberfläche
des Objekts gerichtet werden, und vorzugsweise werden die Objekte über eine Haltefläche
mit einer Aussparung hinwegbewegt, durch welche hindurch ein Lichtstrahlenbündel
von einer Lichtquelle her geschickt werden kann, welche unterhalb dieser Fläche
angeordnet ist.
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Die Mittel, welche auf die photoelektrische Zelle ansprechen, können
als Elektronenverstärkungs-Schaltungsanordnung und als elektromagnetische Steuervorrichtung
ausgebildet sein, welche auf die Ausgangsleistung der Schaltungsanordnung anspr.-icht,
um unmittelbar oder über mechanische oder druckluftgesteuerte Übertragungsvorrichtungen
zum Auftrennen oder Sortieren der Objekte wirksam zu werden.
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Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der drei Ausführungsbeispiele
wiedergebenden Zeichnung beschrieben werden, wobei sich die Ausführungsbeispiele
auf die Anwendung der Erfindung zum Sortieren von nichtglänzenden hzw. stumpfen
und glänzenden Kohlestücken bezieht.
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Wie aus Fig. i hervorgeht, ist eine Rutsche i vorgesehen, entlang
welcher der Reihe nach Kohlenstücke 2 heruntergleiten, welche sortiert werden sollen.
In einem Gebiet der Rutsche, über welches jedes Kohlenstück hinweggleitet, ist eine
Aussparung iA vorgesehen, welche vorzugsweise die Form eines Schlitzes aufweist,
dessen Längsabmessung quer zur Richtung der Bewegung der Kohle verläuft und: welcher
mit einer Platte oder einem Prisma von lichtdurchlässigem Werkstoff, z. B. Glas,
bedeckt sein kann.
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Unterhalb der Aussparung IA ist eine Lichtquelle so vorgesehen, daß
sie ein eng begrenztes Licht-, strahlenbündel durch die Aussparung hindurch unter
einem Winkel von etwa 45° zur Rutsche schickt. Eine photoelektrische Zelle 4. ist
angeordn-et, um die Lichtstrahlen aufzunehmen, welche winkelrecht bzw. gerichtet
reflektiert (d. h. einen
Reflektionswinkel aufweisen, der
gleich dem Einfallwinkel ist, so daß im vorliegenden Fall eine Reflektion um go°
zum einfallenden Strahlenbündel erfolgt) werden durch ein Kohlestück2, welches auf
der Aussparung iA liegt, daher mit seiner Oberfläche annähernd parallel zur Rutsche
ist und sich darauf abstützt. Die Zelle -. ist mit geeigneten Lichtsammehnitteln,
wie beispielsweise einem Linsensystem, einem Spiegel oder einer Sammelhalbkugel
4A, ausgerüstet, um das Licht über einen Kegel .48 mit einem Winkel von 6o° zu sammeln,
wobei die Achse des Kegels unter einem Winkel von 45 ° zur Rutsche verläuft
und daher mit der Achse des gerichtet reflektierten Strahlenbündels zusammenfällt.
Eine zweite photoelektrische Zelle 5 ist vorgesehen, um die Lichtstrahlen aufzunehmen,
«-elche hauptsächlich diffus in einer Richtung reflektiert wird, die etwa senkrecht
zur Kohleoberfläche verläuft, und sie ist ebenfalls mit ähnlichen Lichtsaminelmitteln
SA ausgerüstet, um das Licht über einen Kegel SB mit einem Winkel von 30° zu sammeln,
wobei die Achse desselben senkrecht zur Rutsche i verläuft. Diese Kegelwinkel stellen
sicher, daß' die Zellen 4., 5 geeignete Ansprechwerte selbst dann abgeben, wenn
die Oberfläche des Kohlestücks 2 in erheblichem Ausmaß von der Parallelen zur Oberfläche
der Rutsche abweicht.
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Die elektrischen Impulse, welche durch das Ansprechen der beiden Zellen
.I, 5 hervorgerufen werden, werden einem Elektronenverstärker 6 übermittelt, welcher
so eingerichtet ist, daß seine Ausgangsleistung durch den Differenzwert zwischen
zwei Ansprechwerten oder durch ihr Verhältnis oder durch irgendeine andere gewünschte
Beziehung, wie beispielsweise durch den Differenzwert zwischen dem einen Ansprechwert
und dem Mehrfachen des anderen Ansprechwertes, bestimmt wird. Die Ausgangsleistung
wird einem elektromagnetischen Ventil 7 übermittelt, «-elches die Zufuhr von Druckluft
von einem Einlaß 7A über eine Zuleitung 7C zu einem Druckluftzylinder 8 regelt,
in welchem sich ein Kolben g entgegen einer Feder io bewegt, wobei eine Kolbenstange
i i eine Steuerklappe 12 bewegen kann, welche bei 13 gelenkig gehalten wird. Die
Klappe kann auf diese Weise durch die Bewegung des Kolbens g aus der mit gestrichelten
Linien wiedergegebenen Stellung, in welcher sie es der Kohle ermöglicht, entlang
der Rutsche i in das Sortierfach 1.4 einer Sammelanlage zu fallen, in die durch
ausgezogene Linien wiedergegebene Stellung gebracht werden, in welcher sie die Kohle
in ein anderes Sortierfach 15 der Sammelanlage ablenkt. Die Zeitverzögerung, die
bei Betätigung des Ventils 7 und des Zylinders 8 auftritt, wird so gemessen, daß
sie mit der Zeit übereinstimmt, welche das Kohlestüch 2 benötigt, um den Weg von
der Aussparung iA bis zur Klappe 12 zurückzulegen. Falls erforderlich, kann die
Zeitverzögerung durch eine geeignete Verzögerungssc'haltungsanord':nung eingeregelt
werden, welche im Verstärker 6 vorgesehen werden kann.
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Das Ventil 7 ist im einzelnen in Fig. 6 dargestellt. Ein Kolben 3o,
welcher mit einer Kolbenstange 31 verbunden ist, bewegt sich in einem Zylinder 32,
wobei die Kolbenstange 31 über ein Kugelgelenk mit einer Stange 33 verbunden ist,
die mit einem Anker 34 in Verbindung steht, der bei 49 an einem Gehäuse 57 angelenkt
ist und unter der Wirkung einer Feder 38 steht, deren eines Ende am Anker 34, deren
anderes Ende an einem Festpunkt 35 befestigt ist.
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Die Ausgangsleistung vom Verstärker 6 her wird einer Spule 36 zwecks
Erregung eines Elektromagneten 35 zugeführt, welcher dann, wenn die Ausgangsleistung
genügend groß ist, den Anker 3,4 gegen die Wirkung der Feder 38 anzieht. Die Figur
zeigt den. Anker in, der angezogenen Stellung.
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Die Wandung des Zylinders 32 hat eine Bohrung 39 für den Eintritt
der Druckluft durch den Einlaß 7A, eine Bohrung 40 für den Austritt der Luft durch
78 hindurch sowie eine Aussparung 41. Der Kolben 3o hat ebenfalls einen ausgesparten
Teil 42, und in der dargestellten Stellung kann die Luft durch 39, 42, 41,
70 zum Zylinder 8 strömen. Wenn dieAusgangsleistung vomVerstärker 6 her abnimmt
und die Feder 38 den Anker 34 nach rechts gemäß der Zeichnung bewegt, so bewegt
der Kolben 30 sich gleichfalls nach rechts um einen solchen Betrag, daß die
Verbindung zwischen 39 und 41 unterbrochen und die Verbindung zwischen 40
und 41 hergestellt wird, wodurch Luft vom Zylinder 8 abfließen kann.
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Beim Betrieb werden die Kohlestücke der Rutsche i in einer dichten
Folge zugeführt und gleiten nach unten, derart, daß in den meisten Fällen eine verhältnismäßig
ebene Fläche in Kontaktberührung mit der Halteoberfläche der Rutsche ist. Sobald
jedes Kohlestück 2 über die Aussparung iA hinweggleitet, wird es beleuchtet, und
die Intensitäten bzw. Lichtstärken des gerichtet reflektierten und des diffus reflektierten
Lichtes werden durch die photoelektrischen Zellen 4 bzw. 5 beobachtet. Eine glänzende
Kohlenoberfläche ruft einen bedeutend stärkeren Ansprechwert durch die Zelle 4 hervor,
welches die gerichtete Reflektion beobachtet, als tdurch die Zelle 5, welche auf
die diffuse Reflektiön anspricht, und der resultierende Verstärkeransprechwert betätigt
das Ventil 7, um Druckluft dem Zylinder 8 zu übermitteln und eine Drehung der Klappe
12 zur jeweiligen Zeit zu bewirken, um den Kohleblock in das Sortier fach 15 abzulenken.
Nachdem das Kohlestück die Aussparung iA passiert hat, bewirkt das Fehlen von Ansprechwerten
in den Zellen 4, 5 über Ventil 7, daß die Druckluft im Zylinder 8 durch die Entlüftungsl-eitun:g
7B entweichen kann, und; die Klappe 12 kehrt in ihre Ursprungsstellung zurück. Wenn
ein nichtglänzendes,Kodlilestück über dieAussparung hinweggleitet, so beeinfluiß't
die stumpfe Oberfläche beide photoelektrische Zellen mehr oder weniger gleichmäßig,
so daß keine Bewegung der Klappe 12 auftritt und nichtglänzende Kohlestücke in das
Sortierfach 14 fallen.
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Wenn mehr glänzende als nichtglänzende Kohlestücke vorhanden sind,
kann die Anlage so eingerichtet werden, daß sie im umgekehrten Sinne
arbeitet,
so daß. sich die Klappe z2 bewegt, wenn die Zellen im wesentlichen gleichmäßig beleuchtet
werden; und sich nicht bewegt, wenn sie ungleichmäßig beleuchtet werden.
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In Fig.2 ist die allgemeine Anordnung der Rutsche i, des Verstärkers
6, Ventils 7, Zylinders 8, der Klappe 12 und der Sortierfächer 4,15 ähnlich derjenigen
in Fig. i; jedoch ist in diesem Fall nur eine photoelektrische Zelle 8 vorgesehen,
während zwei Lichtquellen 17, 18 von gleicher Lichtstärke je einen Lichtstrahl unter
verschiedenen Winkeln relativ zur Kohleoberfläche in Kontakt mit der Glasplatte
iA werfen, mit der Folge, daß' infolge der Lichtquelle 17 gerichtet reflektiertes
Licht die Zelle 16 beeinflußt, während infolge der Lichtquelle 18 diffus reflektiertes
Licht diese Zelle beeinflußt. Die Lichtstrahlen werden mittels Linsen 45, 46 auf
eine Scheibe 26 (vgl. Fig. 5) geworfen, welche sich um eine Achse 26A dreht und
Aussparungen 28, 29 aufweist, so daß, durch Drehung der Scheibe die beiden Lichtstrahlen
in Wechselfolge unterbrochen bzw. zerhackt werden. Die Zelle 16 spricht auf gerichtete
und diffuse Reflektion an, wobei der Differenzwert oder das Verhältnis zwischen
aufeinanderfolgenden elektrischen Impulsen beobachtet und im Verstärker 6 verstärkt
wird.
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In Fig. 3 ist die Anordnung ähnlich derjenigen in Fig. i mit zwei
Zellen 4, 5, die jeweils für gerichtete und diffuse Reflektion benutzt werden. In
diesem Fall ist jedoch die Aussparung iA eine kleine kreisförmige Öffnung, und eine
Lichtquelle richtet einen schmal gebündelten Lichtstrahl auf einen ebenen Reflektor
i9, welcher in einem Gehäuse 43 sitzt und Licht auf die untere Oberfläche -eines
Kohlestücks 2 wirft. Gerichtet reflektierte Strahlen, wie z. B. Strahl2o, welche
über eine Mittelfläche emittiert werden, werden mittels Linsen 2i und 23B brennpunktartig
zusammengefaßt der Zelle 4 übermittelt, während diffus reflektierte Strahlen, wie
beispielsweise Strahl 22, die über eine äußere ringförmige Fläche emittiert werden,
durch Linse 21 auf die Zelle 5 brennpunktartig zusammengefaßt geworfen werden. Der
übrige Teil der Anlage und ihre Wirkungsweise sind die gleichen wie zu Fig. i beschrieben.
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In Fig. 4 ist .die Anordnung ähnlich derjenigen in Fig. 3, mit der
Ausnahme, daß nur eine einzige Stelle 24 zur Anwendung kommt, welche gerichtet und
diffus reflektiertes Licht 2o, 22 in Wechselfolge mittels einer Schlitzscheibe 26
empfängt, welche, auf einer Welle 26A sich drehend, mittels eines nicht dargestellten
elektrischen Motors angetrieben wird. Gerichtet reflektierte Strahlen 2o werden
durch die Mittelfläche der Linse 2,1 einem Prisma 25, der sich drehenden Schlitzscheibe
26 und Prisma 27 der Zelle 24 übermittelt, während diffus reflektierte Strahlen
22 durch eine äußere Fläche der Linse 21 einer Scheibe 26 und der Zelle 24 (vgl.
wiederum Fig. 7) übermittelt werden. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, weist die Scheibe
26.eine äußere Reihe von Öffnunden 2g für diffus reflektiertes Licht und eine Innenreihe
28 für gerichtet reflektiertes Licht auf. Bei der Anordnung nach Fig. 4 wird ebenso
wie bei Fig:2 der Differenzwert oder das Verhältnis zwischen aufeinanderfolgenden
Impulsen gemessen und durch Verstärker 6 verstärkt.
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Die Erfindung ist nicht auf die genauen Ausführungsformen der gezeigten
Bauart und der beschriebenen Anwendungsfälle beschränkt. Beispielsweise kann dann,
wenn, wie im erstbeschriebenen Fall, Reflektionen in zwei Richtungen beobachtet
werden, eine einzige photoelektrische Zelle in Verbindung mit einer optischen Umschaltvorrichtung
benutzt werden. Wenn, wie im zweitbeschriebenen Fall, aufeinanderfolgende Reflektionen
von einer einzigen photoelektrischen Zelle beobachtet werden, so kann eine Elektronenumschalteinrichtung
benutzt werden, um die Zellenausgangswerte in verschiedene elektrische Kanäle in
Verbindung mit einer mechanischen Umschaltvorrichtung zu leiten, welche die Lichtquellen
steuert. Wiederum können die relativen Ansprechwerte von der oder den Zellen dazu
benutzt werden, um eine Trennung in mehr als zwei Gruppen, je nach der Größe des
Differenzwertes zwischen zwei Ansprechwerten, zu bewirken. Weitere geeignete mechanische
Mittel zum Bewirken einer Auftrennung oder Sortierung der Objekte, Gegenstände oder
sonstigen Teile können unter der Steuereinwirkung der Zellenansprechwerte zur Anwendung
kommen.
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Weiterhin liegt es im Anwendungsbereich der Erfindung, das vorbeschriebene
Verfahren und die vorbeschriebenen Einrichtungen zum Bestimmen der Glanzwerte einer
kontinuierlichen Fläche zu benutzen, welche gestrichen oder poliert sein kann, oder
die Glanzwerte eines Schraubgewindes zu bestimm-en, wobei die Ansprechwerte der
photoelektrischen Zellen zum Steuern eines Arbeitsganges benutzt werden können,
durch welche der Glanz hervorgerufen wird, oder zum Sortieren oder zum Kennzeichnen
von aufeinanderfolgenden Teilen eines Gewebes od. dgl-. entsprechend ihren Glanzwerten.