Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren von sich bewegenden Objekten mittels Röntgenstrahlen und einer Zeitverzögerungs- und Integrationskamera nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zum Aussortieren von Objekten nach vorgegebenen Eigenschaften oder Kriterien nach erfolgter Durchführung des Analyseverfahrens. Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zum Analysieren von sich bewegenden Objekten und eine mit dieser gekoppelte Vorrichtung zum Aussortieren von Objekten nach vorgegebenen Eigenschaften oder Kriterien.

Die Erfindung bezieht sich generell auf das Gebiet der zerstörungsfreien Kontrolle und Prüfung von Objekten und Produkten mittels der Röntgenographie, insbesondere für Anwendungen in der Nahrungsmittelindustrie. In der Nahrungsmittelindustrie werden seit langer Zeit Röntgen-Analyseverfahren mittels Röntgen-Scannern zur Prüfung und Kontrolle und gegebenenfalls zur anschließenden Sortierung der Nahrungsmittel eingesetzt. Nahezu alle industriellen Röntgen-Scanner werden mit einem Förderband betrieben, d.h. während der Analyse wird das Produkt auf einem Förderband an dem Röntgenstrahl vorbeigeführt. Die Durchstrahlung des Produktes mit dem Röntgenstrahl erfolgt dabei überwiegend in vertikaler Richtung. Oberhalb des Förderbandes befindet sich eine Röntgenstrahlquelle und unterhalb des Förderbandes ein Röntgenstrahl-Detektor, sodass die Durchstrahlung des Produktes in der überwiegenden Zahl der Fälle von oben nach unten erfolgt. Dies bedeutet, dass auch das Förderband von der Röntgenstrahlung durchstrahlt werden muss. Dies stellt sich jedoch insbesondere bei sehr gering absorbierender Materie der zu durchstrahlenden Produkte als wesentlicher Nachteil heraus, da das Bandmaterial des Förderbandes (Fördergurt) ebenfalls Röntgenstrahlung absorbiert. Bei gering absorbierender Materie der zu durchstrahlenden Produkte, wie beispielsweise gefriergetrocknete Früchte oder auch bei Produkten, in denen Fremdkörper oder Strukturen detektiert werden sollen, die sich in ihrer spezifischen Absorption (Absorptions-Koeffizient) und ihrer molekularen Struktur nur geringfügig von den umgebenden Strukturen unterscheiden lassen, ist die zusätzliche durch das Förderband hervorgerufene Absorption kontraproduktiv.

In der Druckschrift DE 693 21 090 T2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von sich bewegenden Objekten mittels Röntgenographie für die Nahrungsmittelindustrie beschrieben, bei welchen die zu analysierenden Objekte den Brennpunkt einer Röntgenstrahlquelle umrunden und die Röntgenstrahlung, nachdem sie jedes Objekt durchquert hat, von einer Zeitverzögerungs- und Integrations-(TDI-)Kamera erfasst wird. Dadurch dass die Objekte den Brennpunkt der Röntgenstrahlquelle umrunden, kann eine bei einer linearen Bewegung der Objekte auftretende Unschärfe vermieden und eine realitätsnähere Erfassung der Objekte durch die TDI-Kamera erreicht werden. In der 8 dieser Druckschrift ist eine Ausführungsform für eine Kontrolleinrichtung dargestellt, bei der zu analysierende Behälter auf einem Kreisförderband eine Röntgenstrahlquelle umkreisen und die Röntgenstrahlquelle in horizontaler Richtung ein einen Ausschnitt des Kreisförderbandes erfassendes Röntgenstrahlbündel emittiert und somit die Behälter durchleuchtet. Hinter dem Kreisförderband befindet sich eine TDI-Kamera, welche einen Teil der durch die Behälter hindurchgetretenen Röntgenstrahlung erfasst. Bei dieser Kontrolleinrichtung wird jedoch ebenfalls das Förderband von der Röntgenstrahlung im unteren Bereich des Röntgenstrahlbündels mit durchstrahlt, sodass jedenfalls der untere Bereich der Behälter durch die Absorption des Förderbandes nicht richtig analysiert werden kann. Bestimmte Lebensmittelprodukte oder andere Objekte mit geringer vertikaler Ausdehnung können mit dieser Kontrolleinrichtung nicht sinnvoll analysiert werden.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren eines Produktstroms mittels Röntgenstrahlen und einer Zeitverzögerungs- und Integrationskamera anzugeben, durch welche eine Verbesserung der Qualität der Analyse erreicht werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Detektion von Produkten mit bestimmten Eigenschaften oder Strukturen in den Produkten zu verbessern, wenn nur ein geringfügiger Unterschied des Absorptions-Koeffizienten solcher Strukturen im Vergleich mit der Umgebung der Strukturen vorhanden ist. Es ist des Weiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussortieren von Objekten aus einem Produktstrom aufgrund vorgegebener Eigenschaften oder Kriterien anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Analysieren eines Produktstroms mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Es ist außerdem ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussortieren von Objekten mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 11 und 21 angegeben.

Die derzeitige industrielle Röntgentechnik in der Lebensmittelindustrie findet ihr Hauptanwendungsgebiet in der Detektion von Fremdkörpern in lose geschütteten und fest verpackten Produkten. Die Unterscheidung zwischen Fremdkörper und Produkt während der Röntgenprüfung basiert im Wesentlichen auf dem "Lambert-Beer-Gesetz", welches die exponentielle Schwächung von Röntgenstrahlung mit einer auf ein Produkt auftreffenden Ausgangsintensität durch den Absorptions-Koeffizienten &mgr; des Produktes bei der Wellenlänge der Röntgenstrahlung und die Dicke d des Produktes entlang dem Pfad der hindurchgetretenen Röntgenstrahlung beschreibt. Für die Feststellung, ob in dem Produkt ein Fremdkörper enthalten ist oder nicht, wird im Prinzip das Produkt dieser beiden Größen &mgr; × d verwendet. Zu diesem Zweck wird die Dosisleistung der Röntgenstrahlung solange variiert, bis eine optimale Unterscheidung zwischen Produkt und Fremdkörper möglich ist. Damit ein Fremdkörper von dem Produkt abgegrenzt werden kann, muss ein signifikanter Unterschied zwischen den Größen [&mgr;d]_Produkt und [&mgr;d]_Fremdkörper bestehen. Auf der Basis dieses Prinzips können organische und anorganische Materialien, deren Absorptions-Koeffizienten im Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung relativ stark voneinander verschieden sind, zuverlässig unterschieden werden.

Problematisch wird es jedoch bei der Unterscheidung von Fremdkörpern in Produkten, wenn sowohl das Material des Fremdkörpers als auch das Material, welches den Fremdkörper umgibt, organischer Natur ist. Derartige organisch-organische Anwendungen treten beispielsweise bei Knochen als Fremdkörpern in Fleisch oder bei einem Fruchtstein als Fremdkörper in einer Frucht auf. Bei organisch-anorganischen Anwendungen liegen die in konventionellen Röntgenstrahlquellen eingestellten Hochspannungen bei etwa 50 kV-60 kV und die eingestellten Ströme bei 4 mA-8 mA. Hierdurch lassen sich Metalle, z.B. Eisen, Kupfer und Blei, und Steine gut, jedoch Glassplitter, Knochen und Fruchtsteine nur bedingt oder gar nicht detektieren. Glas lässt sich nur noch aufgrund seines Siliziumgehaltes detektieren.

Um Glas gut und sicher detektieren zu können, muss mit geringerer Röhrenspannung bei den konventionellen Röntgenstrahlquellen gearbeitet werden. Typischerweise werden hier 40-50 kV eingestellt. Die häufigsten Anwendungsgebiete hierfür finden sich in der Prüfung von homogenen Produkten, beispielsweise Kakaopulver, Kaffee und Joghurt. Die Anwendungsgebiete, bei denen mit 40-50 kV gearbeitet werden kann, sind jedoch sehr begrenzt. Je höher die Schütthöhe (Dicke) des zu untersuchenden Produktes ist, desto mehr Leistung wird zur Röntgenprüfung und zur sicheren Detektion von Fremdkörpern benötigt. Durch Erhöhen der Spannung werden jedoch gering absorbierende Materialien, wie beispielsweise Glassplitter, "überstrahlt", sodass der Glassplitter nicht sicher oder überhaupt nicht detektiert werden kann.

Die Unterscheidung von Fremdkörper und Produkt basiert somit bei industriellen Röntgenprüfverfahren lediglich auf dem Absorptions-Koeffizienten &mgr; der zu unterscheidenden Materialien. Dies bedeutet, dass die industrielle zerstörungsfreie Produkt-Röntgenprüfung zwar auf dem "Lambert-Beer-Gesetz (e^–&mgr;d)" basiert, tatsächlich jedoch nur der Absorptions-Koeffizient &mgr; genutzt wird, um Fremdkörper und Produkt voneinander zu unterscheiden. Die Größe d bleibt unberücksichtigt und somit unbekannt.

Organische Materialien lassen sich im unteren Energiebereich bei ca. 25-40 kV und 4-8 mA gut voneinander unterscheiden. Dies haben Testmessungen mit getrockneten Kirschen, deren Wassergehalt bei ca. 18-20% liegt, gezeigt. Damit dieser Energiebereich zur Unterscheidung von organisch-organischen Materialien optimal ausgenutzt werden kann, ist es jedoch erforderlich, keinen zusätzlichen Absorber zwischen Produkt und Röntgensensor zu haben. Ein Förderband oder eine Kunststoffscheibe zwischen Produkt und Sensor würde bei diesen niedrigen Energien so viel absorbieren, dass keine "Rest-Röntgenstrahlung" (ungeschwächt) in optisches Licht umgewandelt werden kann, um von einem lichtsensitiven Sensor empfangen zu werden.

Es ist somit ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung, die Durchstrahlung des Produktstroms in einem Bereich durchzuführen, in dem sich kein Förderband befindet. Eine Möglichkeit, um dies zu realisieren, besteht darin, den Produktstrom im freien Fall zu analysieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Analysieren eines Produktstroms beruht somit darauf, dass der Produktstrom mittels Röntgenstrahlen und einer Zeitverzögerungs- und Integrationskamera analysiert wird, wobei

• a) der Produktstrom in den freien Fall überführt wird,
• b) die Röntgenstrahlen derart abgestrahlt werden, dass sie durch einen Teilbereich der Fallstrecke des Produktstroms hindurchtreten, und
• c) die Zeitverzögerungs- und Integrationskamera so positioniert wird, dass sie die durch den Teilbereich der Fallstrecke des Produktstroms hindurchgetretene Röntgenstrahlung mindestens teilweise erfasst.

Die Erfindung macht es somit möglich, dass der zu analysierende Produktstrom von der Röntgenstrahlung durchstrahlt werden kann, ohne dass ein zusätzlicher und störender Röntgenabsorber die Messung der durch den Produktstrom hindurchgetretenen Röntgenstrahlung beeinträchtigt. Die Erfindung schafft damit die Voraussetzung dafür, dass Fremdkörper detektiert werden können, deren Absorptions-Koeffizient sich nicht wesentlich von dem Absorptions-Koeffizienten des übrigen Produktes unterscheidet. Bei Wahl geeigneter Werte für die Hochspannungen in der Röntgenstrahlquelle und somit für die Intensitäten der ausgesandten Röntgenstrahlung wird es somit beispielsweise möglich, einen Kirschkern in einer Kirsche sicher und zuverlässig zu detektieren. Das Detektionsergebnis kann dann an eine Auswerfereinrichtung weitergegeben werden, mit der die den Kirschkern enthaltende Kirsche aus dem Produktstrom aussortiert wird, wie weiter unten noch genauer erläutert werden wird.

Der Produktstrom kann dabei insbesondere durch einzelne in sich abgeschlossene Produkte wie Früchte oder verpackte Produkte gegeben sein. Es ist aber ebenso möglich, dass der Produktstrom durch einen homogenen zusammenhängenden Produktstrom, wie beispielsweise Kakaopulver oder Kaffee oder dergleichen gebildet wird, aus welchem Fremdkörper aussortiert werden sollen.

Um den Produktstrom in den freien Fall zu befördern, wird er bevorzugtermaßen zunächst auf einem Förderband transportiert und auf diesem auf eine vorgegebene Geschwindigkeit gebracht. Die Fördergeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 100 m/min oder mehr. An einem Umkehrpunkt des umlaufenden Förderbandes werden die zu analysierenden Produkte von dem Förderband weggeschleudert und in den freien Fall befördert. Entlang der Fallstrecke der Produkte befindet sich dann der genannte Teilbereich der Fallstrecke, der von der Röntgenstrahlung durchleuchtet wird und auf den die Zeitverzögerungs- und Integrations-(TDI-)Kamera ausgerichtet ist, um die durch den Teilbereich hindurchgetretene Röntgenstrahlung zu erfassen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Produkte zunächst in geeigneter Weise voneinander separiert oder vereinzelt und dieser Form in die Fallstrecke überführt. Dies kann entweder durch geeignete Ausgestaltung des Förderbandes selbst oder durch eine mit dem Förderband gekoppelte geeignete Einheit erfolgen. Diese Einheit kann beispielsweise eine Rüttel- oder Vibrationsrinne sein.

Das Förderband selbst kann mehrspurig ausgelegt sein, um einen hohen Produktdurchsatz zu gewährleisten. Das Förderband kann insbesondere auch als ein Muldenband ausgelegt sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aussortieren von Objekten aus einem Produktstrom aufgrund vorgegebener Eigenschaften oder Kriterien besteht darin, dass der Produktstrom zuvor mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Analysenerfahren analysiert wurde und anschließend in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Analyse bestimmte Objekte aussortiert werden.

Dabei können die auszusortierenden Objekte durch eine geeignete mechanische Einrichtung, wie beispielsweise eine mechanische Auswerfereinrichtung, aussortiert werden. Um diese zeitrichtig ansteuern zu können, ist es notwendig, zumindest einen ungefähren Zeitpunkt oder ein Zeitfenster für das Eintreffen der auszusortierenden Objekte in der mechanischen Einrichtung zu kennen. Diese Zeitinformation für die zeitrichtige Ansteuerung der mechanischen Einrichtung kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, indem die Geschwindigkeit der auszusortierenden Objekte in der Fallstrecke herangezogen und über das "Weg-Zeit-Gesetz" aus dem bekannten Abstand des Teilbereichs von der Auswerfereinrichtung ein Zeitpunkt gewonnen wird. Als Näherung für diese Geschwindigkeit kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Förderbandes verwendet werden.

Anstelle diesen näherungsweisen Geschwindigkeits-Wert zu verwenden, kann jedoch auch die Geschwindigkeit der in der Fallstrecke befindlichen Produkte individuell gemessen werden. Sobald durch die TDI-Kamera und die daran angeschlossene Bilderfassung und -auswertung ein Produkt erkannt wird, welches aussortiert werden soll, so wird die Geschwindigkeitsinformation über das "Weg-Zeit-Gesetz" in eine Zeitinformation umgerechnet und an die mechanische Einrichtung bzw. eine diese ansteuernde Rechnereinheit weitergegeben. Ebenso kann verfahren werden, wenn der Produktstrom durch einen homogenen Schüttgutstrom, wie beispielsweise Kakaopulver oder dergleichen gebildet wird. Sobald darin ein Fremdkörper detektiert wird, wird dessen Geschwindigkeit in der Fallstrecke bestimmt und die mechanische Einrichtung zeitrichtig angesteuert, um diesen auszusortieren.

Die Geschwindigkeit der herabfallenden Produkte oder Objekte kann beispielsweise bestimmt werden, während sich diese in dem bereits oben genannten Teilbereich der Fallstrecke befinden, in welchem sie von der Röntgenstrahlung durchstrahlt werden. Dieser Raumbereich ist um eine bekannte Wegstrecke von der mechanischen Auswerfereinrichtung entfernt. Unter der vereinfachenden Annahme, dass die gemessene Geschwindigkeit sich in der weiteren Fallstrecke nicht ändert, kann somit der Zeitpunkt oder das Zeitfenster des Eintreffens des Objektes an der mechanischen Auswerfereinrichtung bestimmt werden.

Die Geschwindigkeit kann durch an sich bekannte konventionelle Messmethoden bestimmt werden. Beispielsweise kann ein gepulster Laserstrahl auf die Produkte in der Fallstrecke gerichtet und die von den Objekten zurückgestreuten Laserimpulse detektiert werden. Aus einer zeitlichen Abfolge von Distanzmessungen kann die Produktgeschwindigkeit bestimmt werden.

Alternativ zur Verwendung eines Laserstrahls können auch Ultraschallwellen für die Bestimmung der Geschwindigkeit der Produkte verwendet werden.

Die Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit der herabfallenden Produkte kann vorteilhafterweise an der mechanischen Auswerfereinrichtung angeordnet oder an dieser befestigt werden. Diese Einrichtung weist im Wesentlichen eine Strahlungsquelle zum Aussenden von elektromagnetischen oder Schallwellen und einen Detektor zum Empfangen von an den Objekten rückgestreuten oder reflektierten Wellen auf. In einer an diese Einrichtung angeschlossenen Rechnereinrichtung kann dann die Geschwindigkeit ermittelt und als Reaktion darauf wieder ein geeignetes Signal zum Betätigen der mechanischen Auswerfereinrichtung an diese zurückgeführt werden. Die Rechnereinrichtung ist insbesondere durch eine zentrale Datenverarbeitungs-(DV-)Einrichtung gegeben, durch die auch die Bilderkennung und -auswertung der von der TDI-Kamera gelieferten Bilder erfolgt.

Alternativ zu der Messung der Geschwindigkeit in der Fallstrecke kann auch in einfacherer Weise von der Fördergeschwindigkeit des Förderbandes ausgegangen werden und diese als Näherung für die Geschwindigkeit für die fallenden Objekte angenommen werden. Wenn durch die TDI-Kamera ein auszusortierendes Objekt erkannt wird, so kann gerechnet ab dem Zeitpunkt des Detektierens durch die TDI-Kamera über das "Weg-Zeit-Gesetz" und der bekannten Wegstrecke von der Mitte des von der TDI-Kamera erfassten Bereichs bis zu der Auswerfereinrichtung der Auswurfzeitpunkt bestimmt bzw. geschätzt werden. Der Auswurfzeitpunkt kann jedoch möglicherweise bei dieser Variante mit einer bestimmten Ungenauigkeit geschätzt werden. Der Grund hierfür ist, dass Latenzen durch Auslesen des Röntgensensors und durch die Bildverarbeitung berücksichtigt werden müssen. Weiterhin müssen Ungenauigkeiten der Messdaten von dem Röntgensensor und der Röntgenröhre mitberücksichtigt werden. Um diesen Unsicherheiten Rechnung zu tragen, wird in der Regel die Dauer der Offen-Stellung des Auswerfers erhöht, um sicherzustellen, dass der Fremdkörper ausgeschleust wird. Dies hat jedoch zur Folge, dass der Ausschuss erhöht wird. Als Konsequenz darauf wird mit relativ geringer Fördergeschwindigkeit gearbeitet, um den Ausschuss zu minimieren, wodurch jedoch der Produktdurchsatz absinkt.

Durch die weiter oben beschriebene exakte Messung der Geschwindigkeit der herabfallenden, auszusortierenden Objekte in der Fallstrecke kann somit die Ansteuerung des Auswerfers wesentlich zeitnäher erfolgen.

Die Messung der Geschwindigkeit der herabfallenden Objekte kann zusätzlich dafür verwendet werden, um die TDI-Kamera genauer anzusteuern. Bekanntermaßen wird in einer TDI-Kamera ein spezieller Aufnahme- und Akkumulationsmechanismus angewandt, bei welchem das sich bewegende Objekt nacheinander mehrfach auf einem aus mehreren Zeilen bestehenden TDI-Sensor (in der Regel ein CCD-Chip) abgebildet wird, während es sich durch den Erfassungsbereich des TDI-Sensors bewegt. Dabei entspricht die Geschwindigkeit, mit der die in den einzelnen Zeilen des TDI-Sensors akkumulierte Ladung von einer Zeile zur nächsten Zeile transferiert wird, der Geschwindigkeit des sich vorbei bewegenden Objektes. Das von der TDI-Kamera gelieferte Bild ist somit um so schärfer, je besser die Geschwindigkeit eines an dem TDI-Sensor vorbeifliegenden Objekts an die Rasterfrequenz der TDI-Kamera, also die Abtastrate des Ladungstransfers angepasst ist. Unterschiedliche oder variierende Fluggeschwindigkeiten und Flugbahnen (geometrische Vergrößerung, siehe unten) der zu analysierenden Objekte führen zu Unschärfen des Röntgenbildes. Mit Hilfe einer Information über gemessene Geschwindigkeiten der Objekte kann jedoch die Bildunschärfe durch Anpassung der Ansteuerung der TDI-Kamera oder durch Integration der Geschwindigkeit in die Röntgenbildinformationen korrigiert werden. Des Weiteren kann eine Frequenzkorrektur mittels „Ratenanpassung" (siehe unten) aus den Bildinformationen erfolgen.

Die bereits beschriebene Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung mittels Laserstrahl kann zusätzlich als ein sehr präziser Entfernungsmesser eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine Messung der Produktdicke während der Analyse und gegebenenfalls auch des Produktgewichts. Aufgrund der hierdurch gewonnenen zusätzlichen metrischen Information der Produktdicke lässt sich das bereits genannte „Lambert-Beer-Gesetz" um die Größe d erweitert nutzen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische, teilweise schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

2 eine schematische Darstellung des Abbildungsvorgangs;

3 eine Blockdarstellung des Ratenanpassungsmodells.

4 eine Gegenüberstellung einer Werteanpassung (a.) und einer erfindungsgemäß bevorzugten Ratenanpassung (b.).

In der 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aussortieren von Objekten aus einem Produktstrom in teilweise schematischer Form dargestellt. Die in der 1 dargestellten Baugruppen und die Abstände zwischen ihnen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen.

Die in der 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einer Vorrichtung 10 zum Analysieren eines Produktstroms und einer damit verbundenen mechanischen Auswerfereinrichtung 20 zum Aussortieren von Fremdkörpern oder Produkten mit bestimmten nicht gewünschten Eigenschaften oder Kriterien.

Die Vorrichtung 10 zum Analysieren enthält ein umlaufendes Förderband 1, welches bevorzugt mit einer Fördergeschwindigkeit von 100 m/min oder mehr betrieben wird. Das Förderband 1 wird mit einem Produktstrom 2 beladen, wobei der Produktstrom 2 in dem gewählten Ausführungsbeispiel aus einzelnen, in sich abgeschlossenen Elementen wie Früchten oder verpackten Produkten besteht. Der Produktstrom kann aber auch aus einem kontinuierlichen homogenen Produkt wie Kakaopulver oder dergleichen bestehen. Der Produktstrom 2 wird zunächst auf einer schräggestellten Vibrationsrinne 3 abgeladen, durch welche der Produktstrom 2 vereinzelt und aufgelockert wird. Die Produkte gelangen dann von der Vibrationsrinne 3 auf das Förderband 1, durch welches sie mit der Fördergeschwindigkeit des Förderbandes 1 mitgerissen werden. Das Förderband 1 kann auch ein Muldenband sein, um die Produkte mehrspurig zu transportieren.

An dem in der Zeichnung rechten Umkehrpunkt des Förderbandes werden die Produkte in den freien Fall befördert und beschreiben dann eine parabelförmige Fallstrecke. Seitlich der Fallstrecke der Produkte sind eine Röntgenstrahlquelle 4 und eine TDI-Kamera 5 angeordnet. Eingezeichnet sind ebenfalls das von der Röntgenstrahlquelle 4 emittierte Röntgenstrahlungsbündel und der von der TDI-Kamera 5 erfassbare Raumbereich. Zwischen der Röntgenstrahlquelle 4 und der TDI-Kamera 5 befindet sich ein Teilbereich der Fallstrecke der Produkte. Durch diesen Teilbereich tritt die von der Röntgenstrahlquelle 4 emittierte Röntgenstrahlung durch den Produktstrom hindurch und erzeugt somit aufgrund der verschiedenen Absorptionskoeffizienten der in dem Produktstrom enthaltenen Materialien und Substanzen ein schattenartiges Abbild des Produktstroms. Auf der anderen Seite dieses Teilbereichs befindet sich die TDI-Kamera 5, deren Erfassungsbereich den Teilbereich der Fallstrecke umfasst und die die durch den Produktstrom hindurchgestrahlte Röntgenstrahlung empfängt. Der innere Aufbau einer Röntgen-TDI-Kamera ist an sich bekannt und braucht vorliegend nicht weiter erörtert zu werden.

Die TDI-Kamera 5 ist über eine Datenleitung A angeschlossen und wird über diese Leitung angesteuert und liefert ihre Ausgangsdaten über diese Leitung. Die Datenleitung A ist mit einer Datenverarbeitungs-(DV-)Einrichtung 30 wie einem Personal Computer (PC) mit einer Bilderkennungs- und -verarbeitungs-Software angeschlossen. In der Software können vorab bestimmte Kriterien definiert sein, um automatisch eine Entscheidung darüber zu treffen, ob ein analysiertes Objekt auszusortieren ist oder nicht. Durch die Software muss beispielsweise entschieden werden, ob sich im Zentrum einer Kirsche ein Kirschkern befindet. Um für derartige organisch-organische Unterscheidungen einen ausreichenden Kontrast bereitstellen zu können, kann die Röhrenspannung der Röntgenstrahlquelle in einem Bereich 25-40 kV eingestellt werden. Wenn dann bei der Bildauswertung des aufgenommenen Röntgenbildes ein Kontrastunterschied zwischen dem Zentrum einer Kirsche und ihrem äußeren Bereich festgestellt wird, der einen bestimmten kritischen Wert überschreitet, so wird die Feststellung getroffen, dass ein auszusortierendes Objekt vorliegt und ein entsprechendes Signal auf einer Datenleitung B ausgegeben.

Die Röntgenstrahlquelle 4 und die TDI-Kamera 5 sind in geeigneter Weise stabil und ortsfest zu haltern, beispielsweise in dem sie in ein Rahmengestell eingebaut werden, welches in einem Abstand von dem Umlaufende des Förderbandes 1 stationär auf den Fußboden gestellt wird. Die Röntgenstrahlquelle 4 und die TDI-Kamera 5 sind darin so einzubauen, dass ein Großteil der von der Röntgenstrahlquelle 4 emittierten Strahlung durch die TDI-Kamera 5 erfasst wird. Es kann somit auch vorgesehen sein, dass die Röntgenstrahlquelle 4 und die TDI-Kamera 5 direkt miteinander befestigt sind und als ein bereits optisch vorjustiertes Modul bereitgestellt werden. Es ist dann nur noch dafür Sorge zu tragen, dass dieses Modul in dem Rahmengestell befestigt und in einer geeigneten Position relativ zu der Fallstrecke montiert wird.

In einem Abstand von dem Teilbereich der Fallstrecke ist die mechanische Auswerfereinrichtung 20 angeordnet. Dieser Abstand kann durchaus im Bereich von wenigen Zentimetern bis ein paar Metern liegen. Die Auswerfereinrichtung 20 weist im wesentlichen ein Auffanggehäuse 21 auf, an welchem die Produkte im Bereich der Bodenplatte des Auffanggehäuses eintreffen. Auf dieser Bodenplatte ist ein mit hoher Ansprechgeschwindigkeit verschwenkbarer Trennstab 22 angeordnet. Die Auswerfereinrichtung 20 ist über die Datenleitung B mit der DV-Einrichtung 30 verbunden. Der Trennstab 22 befindet sich in einer bestimmten Grundposition, in der keine auszusortierenden Produkte vorhanden sind, so dass die Produkte auf eine bestimmte erste Halbseite des Auffanggehäuses gelangen und anschließend geeignet gesammelt werden. Sobald durch die Analysevorrichtung 10 ein auszusortierendes Produkt erkannt wird, wird ein entsprechendes Signal auf der Datenleitung B an die Auswerfereinrichtung gesandt. Als Antwort auf dieses Signal wird der Trennstab 22 verschwenkt, so dass das betreffende Produkt in dem Auffanggehäuse 21 auf eine zweite Halbseite gelangen und anschließend geeignet gesammelt werden kann.

Um dies zu ermöglichen, muss der richtige Zeitpunkt bzw. das richtige Zeitfenster bestimmt werden, in dem der Trennstab 22 zu verschwenken ist. Wenn ein Produkt durch die Analysevorrichtung 10 detektiert wird, so kann ein Start-Zeitpunkt festgelegt werden, wenn sich das Produkt im Mittelpunkt des Erfassungsbereichs der TDI-Kamera 5 befindet, der gleichzeitig der Mittelpunkt des genannten Teilbereichs der Fallstrecke sein kann. Der Abstand dieses Mittelpunkts von der Auswerfereinrichtung 20 bzw. einem bestimmten Punkt kurz vor Erreichen des Trennstabs ist bekannt. Wenn die Fluggeschwindigkeit des Produkts bekannt ist, so kann über das Weg-Zeit-Gesetz die Zeit ermittelt werden, in der das Produkt – gerechnet ab dem oben genannten Start-Zeitpunkt – die Auswerfereinrichtung 20 erreichen wird. Entsprechend bestimmt die DV-Einrichtung 30 den Zeitpunkt für das Absenden des Signals auf der Datenleitung B.

Als Annäherung für die Geschwindigkeit des Produkt kann in einer einfachen Ausführungsform die Geschwindigkeit des Förderbandes 1 verwendet werden. Es kann aber auch – wie in der Ausführungsform der 1 gezeigt – die Fluggeschwindigkeit der Produkte gemessen werden. Zu diesem Zweck ist eine Geschwindigkeitsmess-Einrichtung 40 vorgesehen, die geeigneterweise an die Auswerfereinrichtung 20 angebaut sein kann. Beispielsweise kann wie gezeigt ein dachartiger Aufbau auf der Auswerfereinrichtung 20 angeordnet sein, der als Träger für die Einrichtung 40 dienen kann. Die Einrichtung 40 kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein und beispielsweise eine gepulste Laserstrahlquelle enthalten, durch die ein Laserstrahlbündel 41 in Richtung auf die Produkte abgestrahlt wird. Mittels eines Detektors kann die von den Produkten rückgestreute Strahlung aufgefangen werden. Die Geschwindigkeit wird aus einer Folge von Distanzmessungen bestimmt. Die Distanz wird aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem Aussenden eines Laserimpulses und dem Empfangen des rückgestreuten Impulses bestimmt. Wenn um eine definierte Zeit danach eine erneute Distanzmessung durchgeführt wird, kann die von dem Produkt zurückgelegte Distanz und aus dieser und der definierten Zeit die Produktgeschwindigkeit bestimmt werden.

Die gemessene Produktgeschwindigkeit kann zusätzlich dafür verwendet werden, um die TDI-Kamera 5 genauer anzusteuern. Es kann die Geschwindigkeit der Produkte bereits bei deren Eintritt in den Teilbereich der Fallstrecke gemessen werden. Die laufend gemessene Geschwindigkeit wird an die DV-Einrichtung 30 gemeldet und diese steuert auf der Basis der gemessenen Geschwindigkeitswerte die TDI-Kamera 5 derart, dass die Rasterfrequenz der TDI-Kamera 5 an die Geschwindigkeit des an dem TDI-Sensor vorbeifliegenden Objekts angepasst wird.

Die Röntgenstrahlquelle 4 kann ebenfalls über eine Datenleitung D mit der DV-Einrichtung 30 verbunden sein, um von dieser etwa hinsichtlich der einzustellenden Röhrenspannung und dergleichen angesteuert zu werden.

In der 2 ist der Abbildungsvorgang schematisch dargestellt. Die TDI-Kamera wird auf eine Abbildungsebene scharf gestellt, die sich auf halber Höhe des Objekts befindet. Diese Ebene wird scharf abgebildet, während Bereiche oberhalb und unterhalb dieser Ebene unscharf abgebildet werden. Die geometrische Vergrößerung GV der Abbildung kann wie folgt definiert werden. GV = AQD/(AQD – OAE·OH) wobei mit AQD der Abstand Röntgenquelle zu Detektor (Kamera), mit OH die Objekthöhe und mit OAE die dynamische, scharf abgebildete Abbildungsebene des Objektes bezeichnet sein soll (s. 2).

Die synchronisierte Kamerafrequenz f_TDI ergibt sich aus dem Produkt einer Basisfrequenz f₀ (Objektgeschwindigkeit) und des geometrischen Vergrößerungsfaktors GV und kann vereinfacht wie folgt definiert werden: f_TDI = f₀·GV

Aufgrund des TDI-Messprinzips einer Röntgen-TDI-Kamera ist es – wie bereits oben erwähnt – von Vorteil, wenn erstens die Objektgeschwindigkeit der Kamerafrequenz möglichst exakt entspricht und zweitens die Objektdistanz zur TDI-Kamera möglichst weitgehend konstant ist. Jegliche Abweichungen von entweder der Objektgeschwindigkeit, der Zeilenfrequenz oder der Objektdistanz (geometrische Vergrößerung) führen zwangsläufig zu unscharfen und verrauschten Messergebnissen. Sich verändernde Objektdistanzen führen ebenfalls zu unscharfen Objektabbildungen und damit zu ungenauen Messergebnissen, da sich durch die Veränderung der Objektdistanz zum TDI-Sensor die geometrische Vergrößerung verändert. In beiden Fällen muss entweder die Objekt- bzw. die Transportgeschwindigkeit oder Zeilenfrequenz des Sensors angepasst werden. Die Zeilenfrequenz ist somit eine Funktion der Basisfrequenz f₀, welche sich aus der Objektgeschwindigkeit und der aktuellen Sensorauflösung SA ergibt sowie einem Frequenz-Offset-Anteil f₁, resultierend aus der dynamischen geometrischen Vergrößerung GV. Also: f_TDI = fkt (f₀, f₁) = f₀ + f₁ mit

f₀

für die Basisfrequenz

f₁

für den Frequenz-Offset

Die Basisfrequenz f₀ sei wie folgt definiert: f₀ = fkt(Ov, SA) = Ov/SA mit Ov für die aktuelle Objektgeschwindigkeit

und SA für die aktuelle Sensorauflösung

Weiterhin kann der Frequenz-Offset-Anteil wie folgt definiert werden: f₁ = fkt(f₀, GV) = f₀·(1-GV).

Bei bekannten Einrichtungen wird die Zeilenfrequenz auf das zu untersuchende Objekt direkt (statisch) angepasst bzw. eingestellt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich die geometrische Vergrößerung während der Prüfung (Laufzeit) nicht ändert. Verändert sich während der Laufzeit jedoch die Objekthöhe oder gar die Objektdistanz zum TDI-Sensor, so hat dies zur Folge, dass sich die „scharfe" Abbildungsebene verschiebt oder gar verschwindet. Demnach muss die Zeilenfrequenz auf die Objektgeschwindigkeit, die Objekthöhe und die Objektdistanz zum Sensor (geometrische Vergrößerung) und zur Laufzeit dynamisch angepasst werden.

Bei Objekten im freien oder beschleunigten Fall tritt dieser Effekt noch massiver auf. Somit besteht die Notwendigkeit, die Objektgeschwindigkeit, Objekthöhe sowie die Objektdistanz „online" zu ermitteln und die Zeilenfrequenz des Sensors nahezu zeitgleich anzupassen.

Der Vorteil eines solchen gekoppelten Verfahrens liegt in einer höheren Messgenauigkeit und einem geringeren Produktausstoß. Das Verfahren gewährleistet somit eine sehr hohe Wiederholungsgenauigkeit im Messergebnis.

Das Ziel muss es daher sein, eine Online-Synchronisation von Objektgeschwindigkeit und TDI-Sensor-Zeilenfrequenz zu realisieren. Darüber hinaus werden derartige Genauigkeiten für das Ansteuern der Auswerfereinrichtung benötigt. Schwankt die Fördergeschwindigkeit bei 100m/min um nur 10%, so muss mit einem Mehrauswurf von 20 m Produkt pro Auswurf gerechnet werden.

Diesem Ziel dient die zuvor beschriebene Idee, Objekte während des Transports oder freien Falls mittels eines Lasers online zu vermessen. Gleichzeitig kann die Größe eines gescannten Objekts durch Einsatz des Lasers (Länge, Breite und Höhe) und des TDI-Sensors (Länge, Breite und Absorption) vermessen werden. Durch Aufnahme von Absorptionskennlinien (Lookup-Tabellen) besteht die Möglichkeit die Produkthöhe approximativ zu schätzen. Weiterhin können die metrischen Informationen von Laser und vom TDI-Röntgensensor beispielsweise unter Einsatz von Kalman-Filtern miteinander fusioniert und mit statistischen Verfahren verglichen werden.

Mittels Fusionierung der zwei Sensordaten lässt sich somit auch das Gewicht schätzen. Das Gewicht eines Objekts ergibt sich dann aus seinen Abmessungen L × B × H (Lasersensor), L × B × Absorptionsgrad (Röntgensensor). Unter Verwendung eines mathematischen „nichtlinearen Fit-Verfahrens" lässt sich dann eine produktabhängige bzw. eine approximative produktunabhängige Gewichtskurve bzw. Gewichtsfunktion ermitteln, die zur individuellen Gewichtsermittlung eingesetzt werden kann.

Da die aktuelle Zeilenfrequenz des TDI-Sensors bekannt ist, kann über das Weg-Zeit-Gesetz die Geschwindigkeit gemessen bzw. errechnet werden. Ebenfalls lässt sich die Objektgeschwindigkeit, resultierend aus den Lasermessungen über das Weg-Zeit-Gesetz errechnen. Beide Messergebnisse lassen sich wiederum unter Einsatz von mathematischen Modellen miteinander fusionieren und statistisch vergleichen.

Mittels des Laserscanners kann die Objektgröße und somit die aktuelle Objektgeschwindigkeit ermittelt werden. Es kann dabei vorgesehen sein, laufend die aktuelle TDI-Zeilenfrequenz durch die gemessene Objektgeschwindigkeit zu überschreiben bzw. zu ersetzen. Vorzugsweise wird jedoch stattdessen mittels eines in der 3 in Blockform dargestellten Ratenanpassungsverfahrens die aktuelle TDI-Zeilenfrequenz lediglich unter Verwendung der bereits genannten Funktion f(f₀, f₁) angepasst. In diesem Modell ist V_S die Soll-Geschwindigkeit, V₁ die Ist-Geschwindigkeit, V₀ die Objekt-Geschwindigkeit und V₀' die Objekt-Geschwindigkeit resultierend aus der „geometrischer Vergrößerung". Die Funktion f_TDI(f₀, f₁) ist derart geeignet zu wählen, dass über die geometrische Vergrößerung auch die Objekthöhe in die TDI-Zeilenfrequenz mit eingeht. Gleichzeitig kann diese Ratenanpassung zur Ansteuerung der Fördereinrichtung, also des Förderbandes oder der Druckpumpe, verwendet werden, um solchermaßen die Fördereinrichtung zu synchronisieren.

Bei der Frequenzsynchronisation wird die lokale Frequenz der TDI-Kamera in Intervallen aufgrund der Geschwindigkeits- und Objekthöheninformation des Lasersensors verändert. Das kann zu einem bestimmten Zeitpunkt durch einfaches Umstellen des Frequenzwertes der TDI-Kamera erfolgen, man spricht in diesem Fall von einer Werteanpassung. Hierdurch können jedoch Effekte entstehen, wie sie in 4 verdeutlicht sind. Die beiden Teilabbildungen zeigen die synchronisierte Kamerafrequenz f_TDI sowie den Offset-Anteil resultierend aus der dynamisch variierenden „geometrischen Vergrößerung GV". Die Gerade stellt jeweils die synchronisierte Kamerafrequenz, die Geradenstücke den Frequenz-Offset aus „GV" dar.

In 4a ist zu erkennen, dass der Frequenz-Offset höher bzw. niedriger als die synchronisierte Kamerafrequenz, daher muss die Kamerafrequenz regelmäßig vor oder zurückgestellt werden. Nachteil dieses klassischen Regelungs-Verfahrens ist jedoch, dass es hierbei zu großen Frequenzkorrektursprüngen kommt, welche zu sichtbaren Bildartefakten (Bildstörungen) führen, die eine automatische Bildverarbeitung erheblich erschweren.

Da die Objekthöhe bzw. Schütthöhe besonders bei gefrorenen Produkten (bspw. Früchte) sehr stark variieren kann, wäre in Fall einer Werteanpassung eine permanente Korrektur von IST- und SOLL-Geschwindigkeit erforderlich. Bei hohen Objektgeschwindigkeiten ist dies jedoch praktisch nicht möglich. Aus diesem Grund wird hier das Ratenanpassungs-Modell angewandt, welches Aufgrund der berechneten „geometrischen Vergrößerung GV" die aktuelle Kamerafrequenz fTDI mit kleinen In- und Dekrementen anpasst (4b). Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nicht die gesamte Frequenz neu berechnet werden muss, sondern lediglich der Geschwindigkeitsanteil (Offset) bezogen auf die ermittelte geometrische Vergrößerung GV.

Im Folgenden werden die Funktonen der Schaltungsblöcke der 3 erläutert.

• – Die Fördergeschwindigkeit wird einmal vorgegeben
• – Die Objektgeschwindigkeit entspricht dann der Fördergeschwindigkeit (f₀)
• – D.h. Das Objekt wird mit V_Förderer beschleunigt und nimmt dann idealerweise die Geschwindigkeit V_Förderer an. Also: V_Objekt ~ V_Förderer.

• – Die tatsächliche Objektlänge (OL) in Beschleunigungsrichtung wird dann mittels Laser ermittelt (OL_Est)
• – Darüber hinaus wird die aktuelle Objekthöhe (OH) mittels Laser ermittelt (OH_Est)

• – Berechnung von V₀ (Objektgeschwindigkeit)
• – Berechnung von V₀' (Geschwindigkeits-Offset aus geometrischer Vergrößerung)

• – Einlesen der prioren Objektgeschwindigkeit O_V und des Prioren Objektgeschwindigkeits-Offsets GV
• – Einlesen der aktuellen Objektgeschwindigkeit V₀ und des aktuellen Objektgeschwindigkeits-Offsets V₀
• – Berechnung der In- bzw. Dekremente für Ratenanpassung für V₀ aus OL_Est (Objektgeschwindigkeit)
• – Berechnung der In- bzw. Dekremente für Ratenanpassung für V₀, (Geschwindigkeits-Offset aus Objekthöhe OH_Est)

Die Berechnung der In- bzw. Dekremente für das Ratenanpassungsmodell kann beispielsweise unter Verwendung eines logarithmischen „Stair-Case-Verfahrens" realisiert.

• – Berechnung und Übertragung der ratenangepassten Parameter bzw. Frequenzen f₀ und f_GV bzw. f_TDI an Kamera.
• – Übergabe der aktuellen Objektgeschwindigkeit O_V an (1) zur Regelung der Fördergeschwindigkeit bzw. Objektbeschleunigung.