Sortierung von Schüttgut und Nahrungsmittel

Schüttgüter sind Fördergüter in loser Form wie z.B. Erze, Kies, Reis, Getreide oder Recyclingmaterialien. Bei der industriellen Verarbeitung soll das Schüttgut in möglichst reiner Form sortiert werden. Fremdkörper oder Fehlprodukte müssen aussortiert werden. Die Sortierkriterien sind produktabhängig. Bei der Farbreinheit des ausgelieferten Produktes werden Objekte mit abweichender Farbe ohne Rücksicht auf Größe des Objekts oder Art der Farbabweichung aussortiert. Enthalten die Produkte eine Vielzahl von Farbwerten, muss neben der Farbanalyse auch eine Formprüfung von farblich auffälligen Objekten durchgeführt werden. In einem Projekt des Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) für eine automatische Sortierung wird das Schüttgut in dünner Schicht auf ein Förderband aufgebracht, das sich mit 3m/s bewegt. Am Ende der Transportstrecke löst sich das Produkt vom Band und fliegt in einer Wurfparabel weiter, die auf ihrer Flugbahn mit einer 2k-Farbzeilenkamera aufgenommen wird. Der Hintergrund der Aufnahmeebene ist in Farbe und Helligkeit variabel. Knapp 20cm hinter der Kamera sind Luftdruckdüsen mit Magnetventilen in einem Abstand von 5mm voneinander in Reihe montiert, über die fehlerhafte Teile aus dem Massestrom ausgeblasen werden. Während der Flugzeit von ca. 70ms zwischen der Sichtlinie der Kamera und der Ausblaslinie erkennt der FPGA-Framegrabber fehlerhafte Produkte und sorgt dafür, dass die Düsen positions- und zeitgenau angesteuert werden, um den Ausschuss aus einer Transportmasse von ca. 2,5t/h auszublasen. Weitere Beispiele für eine Sortierung wurden im Bereich Nahrungsmittel (Reis) und Textil (Baumwollfasern) realisiert. Hierfür wurden Reiskörner im freien Fall auf Reisqualität (Farbe) und Fremdkörper überprüft und unmittelbar über Steuerung von Druckluftventilen aussortiert. Eine Zeilenkamera liefert die Bilder, die innerhalb der Fallhöhe bzw. der Fallzeit analysiert werden müssen. Innerhalb der geringen Zeitdauer des Fallens muss eine Entscheidung über die Aussortierung getroffen werden. Bei der Anwendung zur Baumwollsortierung wird, analog zur vorhergehenden Anwendung die Faser auf ihre Farbqualität geprüft, wobei die zulässigen Farbabweichungen in einer Datenbank als Farbraumprofil hinterlegt werden. Auch hier liefert eine Reihe von mehreren Zeilenkameras die Bilder, die direkt auf der Framegrabberkarte ausgewertet wird und über die E/A-Schnittstelle die Steuerung der Druckluftventile übernimmt.

Fazit

Mit der microEnable Framegraberserie und VisualApplets als Lösungsansatz wird eine latenzminimierte Verbindung zwischen Bildverarbeitung und Signalverarbeitung geschaffen. Über die grafische Programmierung der kompletten Aufgabenstellung als gemeinsame Implementierungbasis, können Ergebnisse an die Signalverarbeitung und somit direkt über die on-board GPIO-Schnittstelle an eine Maschine weitergegeben werden. Für eine weitere E/A-Karte besteht keine Notwendigkeit. Dieses ermöglicht die Entwicklung eines echtzeitfähigen autarken Systems, das für Inline-Inspektionen in der Produktion oder für die Robotik prädestiniert ist. Aber auch in Hinblick auf Industrie 4.0 mit einer Stückzahl-1-Produktionsvorgabe ergeben sich neue Möglichkeiten.