System und Verfahren zur Partikelstrom-Charakterisierung

Die Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Charakterisierung eines Partikelstromes, wobei mindestens die Form die Abmessung oder das Bewegungsverhalten der einzelnen Partikel erfasst wird.

Bei dem Partikelstrom handelt es sich um einen Strom eines pulverförmigen bis körnigen Schüttgutes, insbesondere Getreide, Mehl, Zucker, Pigmente, Chemikalien, Phar- mazeutika, Staubemissionen, Russpartikel, Tonerpulver, etc.

Beim Vermählen körnigen Materials, wie z.B. Weizen oder Zucker, in einem Walzenstuhl wird das körnige Material zwischen den Walzen des Walzenpaars zerkleinert. Um z.B. Mehl einer bestimmten Feinheit zu gewinnen, muss das Mahlgut in der Regel mehrmals durch eine derartige Passage geleitet werden, wobei zwischendurch Klassierungen durch Windsichten und Sieben durchgeführt weϊden. So lassen sich z.B. Mehle mit verschiedenen Feinheiten bzw. verschiedenem Mahlgrad gewinnen.

Die Mahlwirkung einer Passage hängt vorwiegend vom Spaltabstand zwischen den beiden Walzen eines Walzenpaares ab. Es gibt aber auch andere Walzenstuhl-Be- triebsparameter, welche die Mahlwirkung einer Passage beeinflussen. Es ist daher wünschenswert, eine Charakterisierung des Mahlgutes zu erhalten, das nach einer bestimmten Passage austritt. Wenn dabei eine Abweichung des Mahlguts von einer Mahlgut-Sollcharakteristik auftritt, kann ausgehend von dieser Abweichung eine Korrektur des Spaltabstands oder ggf. eines weiteren Walzenstuhl-Betriebsparameters durchgeführt werden, um die Abweichung möglichst schnell wieder auszugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, das eine Charakterisierung eines Partikelstromes, insbesondere des aus einer Mahlpassage austretenden Mahlgutes in einem Walzenstuhl ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das System nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 33 gelöst.

Das erfindungsgemässe System umfasst ein Entnahmemittel zum Entnehmen einer Probe aus dem Partikelstrom; einen Darbietungsabschnitt zum Hindurchfördern und Darbieten der entnommenen Probe; ein Erfassungsmittel zum Erfassen der durch den Darbietungsabschnitt hindurchgeförderten Probe; und ein Analysemittel zum Analysieren der erfassten Probe.

Das erfindungsgemässe Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Entnehmen einer Probe aus dem Partikelstrom; Hindurchfördern und Darbieten der entnommenen Probe in einem Darbietungsabschnitt; Erfassen der durch den Darbietungsabschnitt hindurch geförderten Probe; und Analysieren der erfassten Probe.

Auf diese Weise lässt sich eine Charakterisierung des Partikelstromes, insbesondere des aus einer Mahlpassage austretenden Mahlgutes erzielen.

Vorzugsweise ist förderabseitig von dem Entnahmemittel und förderaufseitig von oder in dem Darbietungsabschnitt ein Desagglomerationsabschnitt zum Desagglomerieren von Partikel-Agglomeraten in der Probe vorgesehen. Dadurch wird verhindert, dass Agglo- merate aus mehreren Partikeln fälschlicherweise als grosse Partikel erfasst und identifiziert werden.

Das Entnahmemittel kann über eine Pneumatikleitung mit dem Darbietungsabschnitt derart verbunden sein, dass die Probe durch die Pneumatikleitung und den Darbietungsabschnitt entlang eines Strömungspfades befördert werden kann. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemässe System auch an einem von dem Walzenstuhl entfernten Ort innerhalb einer Mühle anbringen, wodurch die gestalterische Freiheit beim Entwurf einer Mühlenanlage erhöht wird.

Zweckmässigerweise besitzt der Darbietungsabschnitt zwei gegenüberliegende Wände, zwischen denen ein Spalt gebildet ist, wobei die beiden gegenüberliegenden Wände vorzugsweise parallel zueinander angeordnete ebene Flächen sind.

Zweckmässigerweise mündet die weiter oben erwähnte Pneumatikleitung in einem Mündungsbereich in den zwischen den gegenüberliegenden Wänden gebildeten Spalt, wobei der Strömungspfad in dem Mündungsbereich vorzugsweise eine Richtungsänderung aufweist. Dadurch wird eine Prallung des in dem Fördergas der Pneumatikleitung mitgeführten Mahlguts an der Leitungswand hervorgerufen, was zur Desagglomerierung möglicherweise vorhandener Agglomerate beiträgt. Die Richtungsänderung des Strömungspfads beträgt insbesondere zwischen 30° und 90° und liegt vorzugsweise zwischen 80° und 90°. Dies führt zu besonders grossen Impulsänderungen an den mitgeführten Partikeln bei ihren umlenkenden Stössen und somit zu einer besonders ausgeprägten Prallwirkung.

Zweckmässigerweise besitzt das Erfassungsmittel eine Kamera zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung bzw. elektromagnetischer Frequenzen, insbesondere optischer Frequenzen, wobei die Kamera vorzugsweise in den Spalt bzw. zu dem Spalt gerichtet ist.

Gemäss einer ersten Variante sind die gegenüberliegenden Wände des Darbietungsabschnitts für von der Kamera erfassbare elektromagnetische Strahlung, insbesondere optischer Frequenzen, durchlässig. Somit kann die Kamera wahlweise auf jeder Seite des Spaltes hinter einer der Wände angeordnet werden.

Bei dieser ersten Anordnung ist die Kamera auf der einen Seite des Spaltes spaltabseitig an einer der beiden durchlässigen Wände angeordnet, und eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Lichtquelle, für die von der Kamera erfassbare elektromagnetische Strahlung ist auf der anderen Seite des Spaltes spaltabseitig an der anderen der beiden durchlässigen Wände angeordnet ist. Dadurch können die durch den Spalt hindurch geförderten Partikel der Probe von der elektromagnetischen Strahlung bestrahlt werden, und der Schattenwurf bzw. die Projektion der Partikel der Probe gelangt in das Sichtfeld der Kamera.

Gemäss einer zweiten Variante ist von den beiden gegenüberliegenden Wänden des Darbietungsabschnitts die erste Wand für von der Kamera erfassbare elektromagnetische Strahlung, insbesondere optischer Frequenzen, durchlässig, während die zweite Wand für die von der Kamera erfassbaren elektromagnetischen Frequenzen, insbesondere optischer Frequenzen, undurchlässig und stärker absorbierend als die Mahlgutpartikel ist.

Bei dieser zweiten Anordnung ist die Kamera auf der einen Seite des Spaltes spaltabseitig an der durchlässigen Wand angeordnet, und eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, insbesondere eine Lichtquelle, für die von der Kamera erfassbare elektromagnetische Strahlung ist auf derselben Seite des Spaltes spaltabseitig an der durchlässigen Wand angeordnet. Dadurch lassen sich die durch den Spalt hindurch geförderten Partikel der Probe bestrahlen, und das Streulicht bzw. die Reflexion der Partikel der Probe gelangt in das Sichtfeld der Kamera.

Es ist dabei vorteilhaft, wenn die spaltseitige Oberfläche der zweiten Wand eine stärkere Absorption der von der Quelle emittierten elektromagnetischen Strahlung aufweist als die Oberflächen der Partikel. Dadurch wird gewährleistet, dass zwischen den reflektierenden, Partikeln, die sich vor der spaltseitigen Oberfläche bewegen, und dem von der Wand reflektierten Licht ausreichend viel Kontrast besteht, so dass eine mühelose Erfassung der abgebildeten Partikel erfolgen kann und die anschliessende Bildverarbeitung wesentlich erleichtert wird. Dies erspart aufwändige und zeitraubende Filter- Prozesse bei der Bildverarbeitung.

Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist den beiden gegenüberliegenden Wänden jeweils eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet, mit der die beiden gegenüberliegenden Wände von an ihnen haftenden Partikeln befreit werden können. Dies sorgt dafür, dass nicht zu viele ruhende, d.h. an der einen oder der anderen Wand haftende Partikel in die Kamera abgebildet werden. Die Partikel-Grössenverteilung der an den Wänden haftenden Partikel ist in der Regel eine andere als die der im Partikelstrom mitgeführten Partikel. Wenn man bei der Erfassung und Verarbeitung der Partikelstrom-Bildinformation auf eine Unterscheidung zwischen ruhenden und bewegten Partikeln verzichten

möchte, sollte daher eine solche Wandreinigung regelmässig durchgeführt werden, um die an den Wänden haftenden Partikel "abzuschütteln".

Bei der Reinigungsvorrichtung kann es' sich um eine Vibrationsquelle, insbesondere eine Ultraschallquelle handeln, die mit den beiden gegenüberliegenden Wänden jeweils starr verbunden ist, um die beiden Wände in Vibration versetzen zu können. Wir bezeichnen diese Version auch als "Körperschall-Version" der Reinigungsvorrichtung.

Alternativ kann es sich bei der Reinigungsvorrichtung auch um eine Vibrationsquelle, insbesondere eine Ultraschallquelle handeln, mit der das gasförmige Medium zwischen den beiden gegenüberliegenden Wänden in Vibration versetzt werden kann. Wir bezeichnen diese Version auch als "Luftschall-Version" der Reinigungsvorrichtung.

Der Desagglomerationsabschnitt ist vorzugsweise eine Prallfläche im Eingangsbereich des Darbietungsabschnitts. Neben der Desagglomerationswirkung durch Prallung _. und Impulsübertragung auf Agglomerate kann auch die Luftschall-Version der Wand- Reinigungsvorrichtung zur Desagglomeration der in der Luft mitgeführten Partikel beitragen, wobei ggf. nacheinander oder gleichzeitig mit verschiedenen Ultraschall- Frequenzen gearbeitet wird.

Die Richtungsänderung des Strömungspfades befindet sich vorzugsweise im Eingangsbereich des Darbietungsabschnitts. Dadurch erfolgt die Prallung kurz vor der optischen Erfassung des Partikelstromes, so dass die Partikel praktisch vollständig de- sagglomeriert sind.

In diesem Zusammenhang muss auch erwähnt werden, dass es ausserdem besonders vorteilhaft ist, wenn stromauf kurz vor dem Darbietungsabschnitt öffnungen in der Pneumatikleitung vorgesehen sind, über die in die mit geringem Unterdruck betriebene Pneumatikleitung Umgebungsluft ("Falschluft") eingesaugt wird. Diese ggf. pulsiert eingeschleuste Falschluft trägt ebenfalls zur Wandreinigung und in zur Desagglomerierung bei.

Zweckmässigerweise ist der Darbietungsabschnitt bzw. das "Fenster" grösser als das Sichtfeld der Kamera, wobei die Kamera dann nur einen Teilbereich des Darbietungsabschnitts erfasst. Dies ermöglicht es, die Kamera innerhalb des Darbietungsbereichs an einem Ort an der Wand bzw. dem Fenster zu platzieren, wo eine minimale Entmischung der Partikel innerhalb des Partikelstromes zu erwarten ist.

Wenn der Darbietungsabschnitt bzw. das Fenster grösser als das Sichtfeld der Kamera ist, können auch mehrere Kameras jeweils einen Teilbereich des Darbietungsabschnitts erfassen. Dadurch lässt sich eine Mittelung verschiedener Partikelstrom-Abbildungen von verschiedenen Orten innerhalb des Darbietungsabschnitts erzielen. Sollten an den verschiedenen Teilbereichen Entmischungen des Partikelstromes stattfinden, so kann durch diese Mittelung eine Vergleichmässigung erfolgen, durch die derartige Entmischungen zumindest teilweise ausgeglichen werden können, so dass die gemittelte Gesamtheit der Information aus den jeweiligen Partikelstrom-Abbildungen für die Partikei- grössen-Verteilung im gesamten Partikelstrom repräsentativ ist.

Bei einer speziellen Ausführung sind die mehreren Kameras jeweils selektiv ansteuerbar, so dass selektive Ausschnitte der Partikelstrom-Abbildung am Bildsensor verwendbar sind und gemittelt werden können.

Alternativ kann der Darbietungsabschnitt im wesentlichen dem gesamten Sichtfeld der Kamera entsprechen, wobei der Bildsensor der Kamera dann selektiv ansteuerbar ist, so dass selektive Ausschnitte der Partikelstrom-Abbildung am Bildsensor verwendbar sind. Vorzugsweise erfolgt eine solche selektive Ansteuerung rein zufällig, und zwar insbesondere durch Ansteuerung mittels eines Zufallsgenerators.

Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist das erfindungsgemässe System einem Walzenstuhl zugeordnet und umfasst mehrere entlang der axialen Richtung einer Walzenpassage angeordnete Entnahmemittel nach der Walzenpassage, wobei vorzugsweise ein erstes Entnahmemittel im Bereich des ersten axialen Endes der Walzenpassage sowie ein zweites Entnahmemittel im Bereich des zweiten axialen Endes der Walzenpassage angeordnet ist. Dadurch läs.st sich Information über den Mahlgrad als Funktion der axialen Position entlang des Walzenpaares gewinnen. Im Falle nicht-

symmetrischer Mahlgut-Charakteristiken entlang des Walzenpaares oder insbesondere zwischen dem linken und dem rechten Endbereich der Walzenpassage kann man Rückschlüsse auf eine Fehlausrichtung der Walzen des Walzenpaares treffen und korrigierend eingreifen.

Zweckmässigerweise sind die Lichtquelle und die Kamera mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden, welche die Lichtquelle und die Kamera synchron ein- und ausschalten kann, so dass eine Abfolge von Stroboskopaufnahmen erfolgt. Es können auch mehrere Lichtquellen bzw. Stroboskop-Blitzgeräte vorgesehen sein, die gleichzeitig, aber unterschiedlich betrieben werden können, und zwar insbesondere im Hinblick auf der Blitzdauer und die Blitzintensität.

Das Analysemittel weist vorzugsweise ein Bildverarbeitungssystem auf.

Dieses Bildverarbeitungssystem weist vorzugsweise Mittel auf, um bei den durch die Kamera im Projektionsmodus oder im Reflexionsmodus abgebildeten und erfassten Partikeln zwischen bewegten Partikeln und an den Wänden haftenden Partikeln zu unterscheiden. Dann können die an der Wand haftenden, ruhenden Partikel in der Auswertung bei der Bildverarbeitung unberücksichtigt bleib ^' en, so dass nur die bewegten Partikel für die Auswertung verwendet werden. Dadurch wird, ähnlich wie weiter oben beschrieben, eine Verfälschung der Partikel-Grössenverteilung des Partikelstromes vermieden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens an einem Walzenstuhl wird die Mahlgutprobe vorzugsweise an verschiedenen Stellen aus dem die Walzenpassage verlassenden Mahlgutstrom entnommen, so dass, wie weiter oben erläutert wurde, Information über die relative Walzenausrichtung des Walzenpaares der Passage gewonnen werden kann.

Die so gewonnene Mahlgutprobe wird dann vorzugsweise in einer Radialströmung durch den Darbietungsabschnitt hindurchgefördert. In einer solchen Radialströmung nimmt die radiale Strömungsgeschwindigkeit in radialer Richtung von innen nach aussen ab. Die Beladung des Transportfluids (z.B. Pneumatikluft) ist radial von innen nach

aussen weitgehend konstant, d.h. die Zahl der Mahlgut-Partikel pro Volumeneinheit ist nach aussen hin im wesentlichen auch konstant, so dass die Wahrscheinlichkeit von Teilchenüberlagerungen bei der Abbildung des Projektionsbildes oder des Reflexionsbildes über den radialen Bereich im wesentlichen ^' konstant ist. Man kann dann bei der radialen Positionierung eines Erfassungs-Teilbereichs durch radiales Verschieben der Kamera eine optimale Abwägung treffen zwischen einerseits einer ausreichend dichten Beladung des Mahlgutstromes, um eine repräsentative Abbildung zu erhalten, und andererseits einer ausreichenden Verdünnung des Mahlgutstromes, um das Zusammenfallen von Partikel-Abbildungen in der Kamera möglichst gering zu halten (keine "optischen Agglomerate").

Durch das Einströmenlassen von Falschluft im radial innen gelegenen Teil des Erfassungsbereichs kann die Beladung des Transportfluids variiert werden.

Um Rechenzeit bei der Bildverarbeitung zu sparen, ist es durchaus sinnvoll, wenn der durch den Darbietungsabschnitt hindurchgeführte Partikelstrom nur in Teilbereichen erfasst wird. Vorteilhafterweise wird dann im Verlaufe der gesamten Erfassung z.B. zwischen einem ersten Teilbereich, in dem zunächst ein erster Teil der Erfassung stattfindet, zu mindestens einem weiteren Teilbereich, in derrfanschliessend ein weiterer Teil der Erfassung stattfindet, mindestens einmal gewechselt. Die Auswertungsergebnisse der verschiedenen Erfassungs-Teilbereich können dann gemittelt werden, um eine möglichst repräsentative Charakterisierung des gesamten Partikelstromes zu erzielen. Vorzugsweise werden die jeweils erfässten Teilbereiche des Darbietungsabschnitts zufällig ausgewählt.

Wie schon erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, wenn vor und/oder während des Hin- durchförderns des Partikelstromes durch den Darbietungsabschnitt ein ständiges De- sagglomerieren von Partikel-Agglomeraten in dem Partikelstrom erfolgt. Das Desagglo- merieren kann dabei einerseits vor dem Hindurchführen des Partikelstromes durch den Darbietungsabschnitt vorwiegend durch Umlenkung und Prallung erfolgen. Andererseits kann das Desagglomerieren während des Hindurchführens des Partikelstromes durch den Darbietungsabschnitt vorwiegend durch Turbulenz in der pneumatischen Partikelströmung erfolgen.

Zweckmässigerweise werden die entnommenen Proben von der Entnahme bis zum Darbieten pneumatisch befördert, wobei vorzugsweise das Entnehmen, das Darbieten, das Erfassen und das Analysieren der Proben kontinuierlich erfolgen. Somit erhält man z.B. eine lückenlose überwachung des Mahlvorgangs und der Mahlgüte durch Charakterisierung des durch den Mahlvorgang erzeugten Mahlgutstromes. Dies kann in besonders vorteilhafter Weise zur Steuerung des Mahlvorgangs, insbesondere zur Mahlspalt-Einstellung herangezogen werden.

Das Erfassen des kontinuierlichen Partikelstromes erfolgt zweckmässigerweise strobo- skopartig durch eine Serie von Stroboskopblitzen.

Im folgenden werden die folgenden Abkürzungen verwendet:

v = mittlere Strömungsgeschwindigkeit des pneumatischen Mediums;

D = mittlere Partikelabmessung bzw. mittlere Partikelgrösse der Partikel;

Dmin = minimale Partikelabmessung eines Partikels;

Dmax = maximale Partikelabmessung eines Partikels.

Vorzugsweise erfolgt das Erfassen mittels einer Serie von Stroboskopblitzen, welche eine erste Teilserie aus Standbild-Stroboskopblitzen mit einer ersten Einschaltdauer Ti und einer ersten Lichtintensität L1 und eine zweite Teilserie aus Flugbahn-Stroboskop- blitzen mit einer zweiten Einschaltdauer T2 und einer zweiten Lichtintensität L2 aufweist, wobei folgende Beziehung erfüllt wird: T2 > 2 T1.

In der Regel kann man bei einem Mahlgut davon ausgehen, dass Dmax < 2 Dmin ist. Wenn die Einschaltdauer T2 der Flugbahn-Stroboskopblitze etwa mindestens doppelt so lang wie die Einschaltdauer T1 der Standbild-Stroboskopblitze ist, unterscheidet sich ein Flugbahn-Stroboskopbild eines Partikels stets von einem Standbild-Stroboskopbild eines extrem länglichen Partikels, bei dem Dmax = 2 Dmin ist. Damit kann verhindert werden, dass ein derartiges Abbild einer möglichst kurzen Flugbahn bei der Auswertung mit einem Abbild eines ruhenden, länglichen Partikels verwechselt wird.

Vorzugsweise erfüllt eine Ausschaltdauer T3 zwischen einem Standbild-Stroboskopblitz und einem Flugbahn-Stroboskopblitz die Beziehung 2 D < v T3.

Dadurch wird gewährleistet, dass die Abbildungen eines Mahlgut-Partikels aufgrund zweier aufeinanderfolgender Standbild-Stroboskopblitze einander nicht überlappen. Dies ist bei manchen Bildsensoren, wie z.B. ladungsgekoppelten Vorrichtungen (CCD) vorteilhaft.

Vorzugsweise erfüllt die Ausschaltdauer T3 zwischen dem Standbild-Stroboskopblitz und dem Flugbahn-Stroboskopblitz die Beziehung 2 D < v T3 < 10 D und insbesondere die Beziehung 2 D < v T3 < 7 D.

Dies hat zur Folge, dass für die einmal als Standbild und einmal als Flugbahn abgebildeten bewegten Partikel der Abstand zwischen dem jeweiligen Standbild und der jeweiligen Flugbahn nicht zu gross ist, so dass eine eindeutige Zuordnung zwischen dem jeweiligen Standbild und der dazugehörenden jeweiligen Flugbahn eines bewegten Partikels möglich ist.

Um ausreichend scharfe, d.h. praktisch "nicht-verschwommene" bzw. "nicht- verschmierte" Standbilder der bewegten Partikel zu erhalten, sollte die Einschaltdauer T1 der Standbild-Stroboskopblitze die Beziehung v T1 « D und insbesondere die Beziehung v T1 < D /10 erfüllen.

Um eindeutige Flugbahnbilder zu erhalten, die mit Standbildern extrem länglicher Partikel nicht verwechselbar sind, sollte die Einschaltdauer T2 der Flugbahn-Stro- boskopblitze die Beziehung v T2 > D und insbesondere die Beziehung v T2 > 5 D erfüllen.

Unabhängig von den weiter oben genannten Merkmalen ist es vorteilhaft, wenn die Lichtintensität L1 der Standbild-Stroboskopblitze und die Lichtintensität L2 der Flug- bahn-Stroboskopblitze voneinander verschieden sind. Dies kann ebenfalls zur Unterscheidung der daraus resultierenden Standbilder und Flugbahnbilder herangezogen werden.

Die Partikel-Standbilder, denen eine Partikel-Flugbahn zuordenbar ist, können in einem ersten Standbildspeicher gespeichert werden, so dass für jeden erfolgten Standbild- Stroboskopblitz und Flugbahn-Stroboskopblitz die jeweilige Partikel-Standbildinformation in einem Standbildspeicher abgespeichert wird.

Die Partikel-Standbildinformation aufeinanderfolgender Standbilder kann dann statistisch ausgewertet werden, um insbesondere die mittlere Partikelgrösse D, deren Standardabweichung, und deren statistische Verteilung zu bestimmen. Die Darstellung kann mittels Verteilungsfunktion (differenziert) oder mittels Histogramm (integriert) erfolgen.

Das erfindungsgemässe System kann als Mahlgut-Charakterisierungssystem verwendet werden. Es wird vorzugsweise in einer Mühle verwendet und ist dort jeweils einem Walzenstuhl zugeordnet, um das jeweilige Mahlgut (z.B. Mehl, Zucker, Pigmente, etc.) zu charakterisieren.

Zweckmässigerweise sind diesem Walzenstuhl ausserdem zugeordnet:

> eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen einer erfassten Mahlgut- Charakteristik mit einer Mahlgut-Sollcharakteristik; und

> eine Einstellvorrichtung zum Einstellen des Spaltabstands oder ggf. eines weiteren Walzenstuhl-Betriebsparameters in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen der erfassten Mahlgut-Charakteristik und der Mahlgut-Sollcharakteristik.

Dies ermöglicht eine Steuerung und Regelung, insbesondere des Walzenspalts, der Walzenstühle in einer Mühle,.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung nicht einschränkend aufzufassender Ausführungsformen anhand der Zeichnung, wobei:

Fig. 1 eine schematische Schnittansjcht durch einen Teil eines erfindungsgemäs- sen Systems ist, um den Verlauf des Mahlgutstroms zu veranschaulichen;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines weiteren Teils des erfindungsgemässen Systems ist, um dessen Mittel zur Erfassung und Verarbeitung von Mahlgut- Information zu veranschaulichen;

Fig. 3 einen Teil der Erfassung und Verarbeitung von Mahlgut-Information veranschaulicht; und

Fig. 4 einen speziellen Aspekt der Erfassung und Verarbeitung von Mahlgut- Information zeigt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen Teil eines erfindungsgemässen Systems, um den Verlauf des Mahlgutstroms zu veranschaulichen. ^' Ein Walzenpaar 2, 4 bildet eine Mahlpassage 6 eines Walzenstuhls. Das durch fette Punkte schematisch angedeutete Mahlgut 1 , bei dem es sich z.B. um Weizenmehl mit Partikelgrössen im Bereich von einigen 100 μm handelt, gelangt nach seiner Vermahlung in der Mahlpassage 6 in einen Trichter 8, der in eine Pneumatikleitung 18 mündet. über diese Pneumatikleitung 18 wird das Mahlgut 1 zu einem Spalt 10 transportiert, der sich zwischen einer ersten Wand 20 und einer zweiten Wand 2 ^" 2 erstreckt, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Das Mahlgut 1 tritt in einem Mündungsbereich 19 in den Spalt 10 ein und bewegt sich dann radial von diesem Mündungsbereich 19 nach aussen, um in einen übergangsbereich 28 zu gelangen, durch den es pneumatisch und durch die Schwerkraft nach unten befördert wird und in eine weitere Pneumatikleitung 30 gelangt.

Bei einer ersten Version (Projektionsversion) befindet sich oberhalb der lichtdurchlässigen Wand 20 eine Kamera 12, die zu dem Spalt 10 gerichtet ist. Unterhalb der lichtdurchlässigen Wand 22 befindet sich eine Lichtquelle 24, die ^' den Spalt 10 durch die beiden Wände 20, 22 hindurch durchstrahlt. Die Kamera 12 erfasst die von den Mahlgutpartikeln 1 projizierten Schatten auf ihrem Bildsensor.

Bei einer zweiten Version (Reflexionsversion, nicht dargestellt) kann die Lichtquelle 24 alternativ oberhalb der lichtdurchlässiger^ Wand 20 neben der Kamera 12 angeordnet sein. In diesem Fall ist die untere Wand 22 lichtundurchlässig und hat auf der Seite des

Spaltes 10 eine dunkle Oberfläche. Die Kamera 12 erfasst das von den Mahlgutpartikeln 1 reflektierte bzw. gestreute Licht auf ihrem Bildsensor.

Die Lichtquelle 24 wird als Stroboskop betrieben. Dadurch werden die Schatten der Mahlgutpartikel (erste Version) bzw. die Bilder der Mahlgutpartikel (zweite Version) auf dem Bildsensor der Kamera 12 als Standbilder abgebildet. Diese Mahlgutstrom-Standbilder stellen Momentaufnahmen des Mahlgutstromes in dem Spalt 10 dar. Diese Bildinformation wird einem der Kamera 12 nachgeschalteten Bildverarbeitungssystem 14 zugeführt, in dem die Mahlgutstrom-Standbilder verarbeitet werden, um statistische Aussagen über die Grössenverteilung der Mahlgutpartikel machen zu können.

In dem Mündungsbereich 19 befindet sich ein Desagglomerationsabschnitt 16 in Form einer Prallplatte. Die über die Pneumatikleitung 18 herantransportierten Mahlgutpartikel 1 stossen gegen diese Prallplatte 16 und erfahren dann durch die Förderluft eine Rich- tungsumlenkung um etwa 90°, bevor sie in den Spalt 10 zwischen den beiden parallelen Wänden 20, 22 gelangen. Dadurch werden Agglomerate unter den Mahlgutpartikeln wirksam aufgelöst, und es gelangen desagglomerierte Mahlgutpartikel in den Spalt 10. Somit wird eine Verfälschung der Mahlgut-Charakterisierung durch Agglomerate im Mahlgut verhindert.

In dem Mündungsbereich 19 befindet sich auch eine öffnung 38, die sich um die Pneumatikleitung 18 ringförmig erstreckt. Durch diese öffnung 38 gelangt Umgebungsluft bzw. "Falschluft" in den Spalt, da die Pneumatikleitungen 18, 28 und 30 mit geringem Unterdruck betrieben werden. Die durch diese Falschluftöffnung 38 eintretende Falschluft reinigt die Innenseiten der Wände 20, 22 und verhindert somit eine Verstopfung des Spaltes 10.

Die Pneumatikleitung 30 mündet wieder in die von dem Walzenstuhl wegführende Leitung (nicht gezeigt). Somit wird die entnommene Mahlgutprobe 1 über einen Saugstutzen (nicht gezeigt) wieder der Mühle zugeführt, um ggf. weiter vermählen, gesiebt oder windgesichtet zu werden. In Fig. 1 ist diese "Absaugung" zurück in den Mühlenkreislauf durch einen Staubsauger 36 schematisch angedeutet.

In der Pneumatikleitung 30 befindet sich auch eine Abzweigung 32, die eine Umgehungsleitung zu der Absaugung 36 bildet. Diese Zweigleitung 32 enthält eine Drosselklappe 34 über die der Strömungswiderstand der Zweigleitung 32 einstellbar ist. Dadurch lässt sich der Gesamt-Strömungswiderstand der durch die Abaaugung 36 und die Zweigleitung 32 gebildete Parallelschaltung und somit die Strömungsgeschwindigkeit in den Pneumatikleitungen 18, 28 und 30 einstellen. Mit anderen Worten kann durch die Drosselklappe 34 der Zweigleitung 32 die Saugleistung der Mühle (bzw. des "Staubsaugers" 36) moduliert werden. Dadurch ist eine Feineinstellung der Saugleistung möglich.

Für einen optimalen Betrieb des erfindungsgemässen Systems zur Mahlgut-Charakterisierung darf einerseits die Mahlgutdichte nicht zu gross sein. Andererseits müssen die Mahlgutgeschwindigkeit, die Blitzdauer und Blitzintensität der Stroboskoplampe 24 sowie die Empfindlichkeit und optische Auflösung der Kamera 12 aufeinander abgestimmt werden, um ausreichend helle und scharfe Schatten bzw. Bilder der Mahlgutpartikel zu erhalten.

Da das Mahlgut in dem Spalt 10 zwischen den Platten 20, 22 radial von innen nach aussen strömt, nimmt die Mahlgutdichte und die radiale Strömungsgeschwindigkeit radial von innen nach aussen ab. Man kann daher durch Verschieben der Kameraposition und der Lampenposition in radialer Richtung über der lichtdurchlässigen Wand 20 bei vorgegebenen Strömungsverhältnissen in den Pneumatikleitungen 18, 28, 32 eine optimale Partikeldichte und Partikelgeschwindigkeit für die Erfassung und Analyse der Bildinformation verwenden.

Unabhängig von der radialen Kamera- und Lampenposition kann die Partikeldichte auch über die Positionierung des Trichters unterhalb der Walzenpassage 6 und/oder über die Grosse der Trichteröffnung eingestellt werden.

Eine Einstellung sowohl der Partikeldichte als auch der Partikelgeschwindigkeit in dem Spalt 10 kann auch durch Einstellen des Spaltabstandes, d.h. durch Einstellen des Abstandes zwischen der Wänden 20, 22 erfolgen.

Das erfindungsgemässe System bietet somit eine grosse Freiheit bei der Einstellung der Partikeldichte und der Partikelgeschwindigkeit, deren Grobeinstellung vorwiegend durch die Position des Trichters 8, durch den Wandabstand im Spalt 10 sowie durch die Menge der Falschluftzufuhr über die öffnung 38 erfolgt, während die Feineinstellung vorwiegend über die Drosselklappe 34 in der Zweigleitung 32 erfolgt.

Neben der Grobreinigung der Wände 20, 22 durch die Falschluftzufuhr kann eine zusätzliche Feinreinigung der Wände durch Vibration, insbesondere durch Ultraschall erfolgen, wobei die Wände 20, 22 direkt und/oder indirekt über die Luft im Spalt 10 vibriert werden können (Körperschall bzw. Luftschall). Eine ständige Reinigung, oder besser gesagt, ein ständiges Reinhalten der Wandoberflächen ist wichtig, damit neben den bewegten Mahlgutpartikeln in Form von Standbildern nicht zu viele ruhende Mahlgutpartikel von der Kamera erfasst werden. Dies könnte einerseits zu Verfälschungen der Mahlgut-Charakterisierung führen, da die Grössenverteilüng der an der Wand haftenden Partikel in der Regel nicht identisch mit der Partikel-Grössenverteilung des transportierten Mahlgutes sein dürfte. Andererseits führen zu viele an den Wänden haftende Mahlgutpartikel zu einer sehr hohen Partikeldichte im Sichtfeld der Kamera und somit zu zahlreichen überlagerungen von Schatten bzw. Bildern der Mahlgutpartikel.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines weiteren Teils des erfindungsgemässen Systems, um dessen Mittel zur Erfassung und Verarbeitung von Mahlgut-Information zu veranschaulichen. Die Lichtquelle 24 befindet sich rechts von dem Spalt 10 und die Kamera 12 links davon (Projektionsversion). Die lichtdurchlässigen Wände 20, 22 (siehe Fig. 1) sind hier nicht abgebildet. Die Lichtquelle 24 ist mit der Kamera 12 über einen Zeitabstimmungsgenerator 26 synchronisiert, so dass man ein Stroboskop 24, 26 und eine Kamera erhält, deren Einschaltdauer mit dem Stroboskop synchron ist. Die Kamera 12 nimmt somit Standbilder des Schattenwurfs der Mahlgutpartikel auf. Der Signalausgang der Kamera 12 ist mit einem Rechner 14 verbunden, auf dem die Bildverarbeitung und die statistische Auswertung der Mahlgut-Standbilder durchgeführt werden (vgl. Fig. 3). Mit Hilfe des Zeitabstimmungsgenerators bzw. Taktgenerators 26 können die Blitzdauer der Stroboskoplampe 24 und die Einschaltdauer der Kamera 12 beliebig ausgewählt werden (vgl. Fig. 4).

Fig. 3 zeigt einen Teil der Erfassung und Verarbeitung der Mahlgut-Bildinformation. Die in der Kamera 12 erfassten Bilder können mehr oder weniger perfekte, d.h. scharfe Standbilder sein. Nachdem die Kamera auf die Partikel im Spalt 10 fokussiert worden ist, hängt die Schärfe eines Partikel-Bildes oder eines Partikel-Schattens auch noch von der Partikelgeschwindigkeit ab. Da im Spalt 10 in der Regel keine laminare Strömung vorliegt und auch nicht unbedingt beabsichtigt ist (Turbulenz kann desagglomerierend wirken), haben die verschiedenen Mahlgutpartikel im Darbietungsabschnitt bzw. im Sichtfeld der Kamera 12 mitunter recht unterschiedliche Geschwindigkeiten. So kann es vorkommen, dass manche der Partikelbilder scharf sind und andere verschwommen bzw. in der Richtung der Partikelgeschwindigkeit verschmiert sind.

■ Für die Erfassung ist es zunächst notwendig, eine möglichst gleichmässige Beleuchtung des Spaltes im Sichtfeld der Kamera 12 herbeizuführen. Dies ist besonders für die Reflexionsversion wichtig, da es sonst zu einem geringe Kontrast zwischen dem von den Partikeln reflektierten Licht und dem von der licht-undurchlässigen Wand 22 (nicht gezeigt) reflektierten Licht kommen kann.

Neben der erwähnten möglichst homogenen Beleuchtung des Spaltes 10 und der ebenfalls erwähnten möglichst scharfen Fokussierung auf den Spalt sollte auch noch auf eine ausreichende Tiefenschärfe geachtet werden, so dass auch bei einem grosseren Spaltabstand von mehr als einem Zentimeter über die gesamte Spaltbreite eine ausreichend scharfe Abbildung erfolgt.

Es kann auch vorteilhaft sein eine besonders kleine Tiefenschärfe von etwa 0,2 bis 2 mm einzustellen. Dadurch wird nur ein Teilbereich (Ebene der scharfen Abbildung) des Erfassungsbereiches, in welchem die Partikel im Fluidstrom mitgeführt werden, für die Auswertung erfasst. Durch diese "optische Ausfilterung" kann die Gesamtzahl der sich im Erfassungsbereich bewegenden Partikel auf eine statisch relevante Anzahl verkleinert werden. Dies ist z. B. wichtig um überlagerungen von Partikelbildern bzw. Schattenbildern weitgehend auszuschliessen.

Wenn alle diese Massnahmen getroffen -und optimiert sind, können die so gewonnen Rohbilder des Bildsensors der Kamera 12 noch weiter verarbeitet werden.

Wie in Fig. 3 gezeigt, werden hierzu die Rohbiider der Kamera digital bearbeitet (Pixelfilter). Dabei wird zunächst eine inhomogene Beleuchtung bzw. Helligkeit in der Partikelbildern und im Bildhintergrund bzw. in den Partikelschatten korrigiert.

Anschliessend werden scharfe Partikel bzw. Partikelbilder selektiert, die dann der weiteren Auswertung zugeführt werden. In der Regel kann man davon ausgehen, dass diese Selektion für die Gesamtheit aller Partikelbilder repräsentativ ist. Sollte dies nicht der Fall sein, kann mit mehreren Kameras 12 in verschiedenen Teilbereichen des Spaltes 10 gearbeitet werden und eine Mittelung der Rohbilder oder der aus ihnen selektierten scharfen Partikel-Bilder oder Partikel-Schatten durchgeführt werden.

Danach werden die Partikel bzw. die Partikel-Bilder oder die Partikel-Schatten vermessen und eine Volumenapproximation durchgeführt. Dabei wird man in der Regel davon ausgehen, dass bei einem typischen Getreide-Mahlprodukt (z.B. Weizen, Gerste, Roggen) die maximale Abmessung Dmax eines Mahlgut-Partikels und die minimale Abmessung Dmin eines Mahlgut-Partikels sich kaum um mehr als einen Faktor zwei unterscheiden, also Dmax < 2 Dmin. Man kann z.B. die minimale Abmessung a und die maximale Abmessung b eines Partikel-Bildes oder eines Partikel-Schattens heranziehen und daraus den Mittelwert M = (a+b)/2 bestimmen, der wiederum mit einem für die übliche Mahlgut-Partikelform passenden Geometrie-Faktor bzw. Formfaktor k multipliziert wird, so dass'man als Volumenapproximation V = Funktion(a, b) = k m ³ = k [(a+b)/2] ³ erhält. Alternativ kann das Volumen auch durch die Funktion V = k a ² b approximiert werden. Da im vorliegenden Fall die zu untersuchenden Partikel eine plätt- chenartige Gestalt haben, ist es auch möglich, das Volumen durch die Projektionsfläche der Partikel zu ersetzen, d.h. die dritte Dimension (Dicke) ist konstant und wird in die Geometriekonstante k mit aufgenommen.

Die so aus den verarbeiteten Partikel-Bildern bzw. Partikel-Schatten gewonnenen mittleren Partikel-Abmessungen m oder Volumenapproximationen V werden dann statistisch ausgewertet und in einem Histogramm dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen speziellen Aspekt der Erfassung und Verarbeitung optischer Mahlgut- Information. Die vertikale Achse zeigt die Blitzlicht-Intensität L. Die horizontale Achse zeigt die Zeit t. Der zeitliche Blitzlichtverlauf zeigt einen kurzen, intensiven Standbild- Stroboskopblitz und einen etwas später erfolgenden Flugbahn-Stroboskopblitz. Da das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Standbild-Stroboskopblitzen mehr als das Hundertfache oder gar mehr als das Tausendfache der Einschaltdauer eines Stro- boskopblitzes betragen kann, ist die Zeitachse unterbrochen dargestellt.

Die Erfassung der Partikel-Bilder bzw. Partikel-Schatten kann mittels einer Serie von Stroboskopblitzen erfolgen, welche eine erste Teilserie aus Standbild-Stroboskopblitzen mit einer ersten Einschaltdauer T1 und einer ersten Lichtintensität L1 sowie eine zweite Teilserie aus Flugbahn-Stroboskopblitzen mit einer zweiten Einschaltdauer T2 > 2 T1 und einer zweiten Lichtintensität L2 < L1 aufweisen.

Die Ausschaltdauer T3 zwischen dem Standbild-Stroboskopblitz und dem Flugbahn- Stroboskopblitz erfüllt die Beziehung 2 D < v T3 < 10 D und insbesondere die Beziehung 2 D < v T3 < 7 D.

Um ausreichend scharfe, d.h. praktisch "nicht-verschwommene" bzw. "nicht- verschmierte" Standbilder der bewegten Mahlgut-Partikel zu erhalten, sollte die Einschaltdauer T1 der Standbild-Stroboskopblitze die Beziehung v T1 « D und insbesondere die Beziehung v T1 < D /10 erfüllen.

Um eindeutige Flugbahnbilder zu erhalten, die mit Standbildern extrem länglicher Mahlgut-Partikel nicht verwechselbar sind, sollte die Einschaltdauer T2 der Flugbahn- Stroboskopblitze die Beziehung v T2 > D und insbesondere die Beziehung v T2 > 5 D erfüllen.

Unabhängig von den weiter oben genannten Merkmalen ist es vorteilhaft, wenn die Lichtintensität L1 der Standbild-Stroboskopblitze und die Lichtintensität L2 der Flug- bahn-Stroboskopblitze voneinander verschieden sind. Dies kann ebenfalls zur Unterscheidung der daraus resultierenden Standbilder und Flugbahnbilder herangezogen werden.

Die Partikel-Standbilder, denen eine Partikel-Flugbahn zuordenbar ist, können in einem ersten Standbildspeicher gespeichert werden, so dass für jeden erfolgten Standbild- Stroboskopblitz und Flugbahn-Stroboskopblitz die jeweilige Partikel- Standbildinformation in einem Standbildspeicher abgespeichert wird.

Bezugszeichenliste

1 Mahlgutprobe / Partikelstrom

2 Walze 4 Walze

6 Walzenpassage

8 Entnahmemittel, Trichter

10 Darbietungsabschnitt, Spalt

12 Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung, Kamera

14 Analysemittel, Bildverarbeitungssystem

16 Desagglomerationsabschnitt, Prallfläche

18 Pneumatikleitung

19 Mündungsbereich

20 erste Wand 22 zweite Wand

24 Quelle für elektromagnetische Strahlung, Lichtquelle

26 Steuerungsvorrichtung, Zeitabstimmungsgenerator

28 übergangsbereich

30 Pneumatikleitung

32 Umgehungsleitung, Zweigleitung

34 Drosselklappe

36 Saugstutzen, Staubsauger (Rückführung zur Mühle)

38 Falschluftöffnung

L1 erste Intensität

L2 zweite Intensität

T1 erste Einschaltdauer

T2 zweite Einschaltdauer

T3 Ausschaltdauer

D mittlere Partikelgrösse der Mahlgut-Partikel

Dmin minimale Partikelabmessung eines Mahlgut-Partikels

Dmax maximale Partikelabmessung eines Mahlgut-Partikels