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Dokumentenidentifikation DE10338005A1 24.03.2005
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Zählen kleiner Körperchen
Anmelder Amazonen-Werke H. Dreyer GmbH & Co. KG, 49205 Hasbergen, DE
Erfinder Marquering, Johannes, Dipl.-Ing. Dr., 49176 Hilter, DE;
Mix, Arthur, 27798 Hude, DE
DE-Anmeldedatum 19.08.2003
DE-Aktenzeichen 10338005
Offenlegungstag 24.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.03.2005
IPC-Hauptklasse G06M 7/00
Zusammenfassung Vorrichtung zum Zählen kleiner Körperchen, insbesondere die von einer Sämaschine auszubringenden Saatkörner, bei dem die zu zählenden Körner einen mit Sensoren besetzten Messraum passieren, um eine Vorrichtung zum Zählen kleiner Körperchen zu schaffen, mittels welcher über den gesamten in der Praxis vorkommenden Ausbringmengenbereich bei einer Sämaschine die auszubringenden bzw. ausgebrachten Saatkörner zuverlässig ausreichend genau gezählt und erfasst werden können, ist vorgesehen, dass in dem Messraum zumindest auf zwei unterschiedliche physikalische Messprinzipien arbeitende und/oder ansprechende Sensoren, die in unterschiedlichen, sich jedoch überlappenden Messbereichen die Bestimmung der Körnerzahl vornehmen, angeordnet sind, Verfahren zum Zählen kleiner Körperchen, insbesondere die von einer Sämaschine auszubringenden Ssstkörner, bei dem die zu zählenden Körner einen mit Sensoren besetzten Messraum passieren, wobei die Sensoren Messdaten zur Bestimmung der Körnerzahl an eine elektronische Auswerteeinheit übermitteln. Um ein Verfahren zum Zählen kleiner Körperchen zu schaffen, mittels welcher über den gesamten in der Praxis vorkommenden Ausbringmengenbereich bei einer Sämaschine die auszubringenden bzw. ausgebrachten Saatkörner zuverlässig ausreichend genau gezählt und erfasst werden können, ist vorgesehen, dass Sensoren verwendet werden, die auf zumindest zwei unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien arbeiten und/oder ansprechen, wobei die Messbereiche der ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zählen kleiner Körperchen gemäß des Oberbegriffes des Patentanspruches 1, sowie ein Verfahren zum Zählen kleiner Körperchen gemäß des Oberbegriffes des Anspruches 8.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind durch die DE 33 25 542 A1, DE 34 19 883 A1 und DE 34 19 884 A1 bekannt.

Die deutsche Offenlegungsschrift 33 25 542 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung und Regelung der Ausbringmenge bei einer Verteilmaschine. Bei diesem bekannten Verfahren und Vorrichtung ist unterhalb eines Dosierorgans eine Kondensatorplatten aufweisende elektronische Messeinrichtung angeordnet. Wenn das auszubringende und von den Dosierorganen dosierte Gut zwischen den Kondensatorplatten durchgeleitet wird, ändert sich die dieses Feld beschreibende physikalische Größe. Ein derartiger Sensor eignet sich insbesondere für die Bestimmung von relativ großen Ausbringmengen. Bei relativ kleinen Ausbringmengen oder einer kleinen Anzahl von Saatkörnern pro Zeiteinheit ist dieser Sensor relativ ungenau.

Die deutsche Offenlegungsschrift 34 19 883 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Zählen kleiner Körperchen. Die Körner werden mittels einer sog. Lichtschranke gezählt, wobei die den Messraum passierenden Körper den Strahlengang zwischen einem Lichtemitter und einem Lichtdetektor unterbrechen. Dieser Sensor eignet sich insbesondere für das Zählen von Saatkörnern, wenn die Ausbringmenge bzw. die Anzahl pro Zeiteinheit ausgebrachter Saatkörner relativ gering ist. Bei größeren Ausbringmengen, insbesondere wenn mehrere Saatkörner quasi gleichzeitig den Messraum durchschreiten, wird die Messung ungenau.

Die deutsche Offenlegungsschrift 34 19 884 A1 beschreibt ein Verfahren und Vorrichtung zum akustischen Zählen von Partikeln, beispielsweise Saatkörnern. Gegen diesen einen als Piezo-Element ausgebildeten elektrischen Schallwandler aufweisenden Sensor, werden die von einem Dosierorgan dosierten Saatkörner geleitet. Bei kleinen Ausbringmengen bzw. einer kleinen Anzahl von Saatkörnern pro Zeiteinheit zählt dieser Sensor die den Sensor passierenden Saatkörnern genau und zuverlässig. Jedoch bei größeren Ausbringmengen bzw. bei einer relativ hohen Anzahl von Saatkörnern pro Zeiteinheit ist dieser Sensor jedoch ungenau und muss auf die größeren Ausbringmengen und Saatguteigenschaften kalibriert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zählen kleiner Körperchen zu schaffen, mittels welcher über den gesamten in der Praxis vorkommenden Ausbringmengenbereich bei einer Sämaschine die auszubringenden bzw. ausgebrachten Saatkörner zuverlässig ausreichend genau gezählt und erfasst werden können.

Diese Aufgabe wird zur Schaffung einer Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Infolge dieser Maßnahmen wird der jeweils optimale Messbereich der eingesetzten Sensoren für den kleineren wie den größeren Ausbringmengenbereich ausgenutzt. Somit wird durch die Kombination von zwei auf unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien basierenden Sensoren in überraschender Weise sehr einfach ein sehr genaues Messergebnis erzielt.

Hierbei weist die Vorrichtung eine elektronische Auswerteeinheit auf, wobei entsprechend eines in einem Speicher hinterlegten Programms bei Erreichen eines Grenzbereiches automatisch die Messwerte von dem jeweils im optimalen Bereich arbeitenden Sensor verwendet werden.

In einer Ausführung ist vorgesehen, dass der eine Sensor auf dem Prinzip der Lichtschranke und der andere Sensor auf dem kapazitiven Prinzip Messdaten ermittelt.

Weiterhin ist bei einer anderen Ausführung vorgesehen, dass der eine Sensor auf dem Piezo-Prinzip und der andere Sensor auf dem kapazitiven Prinzip Messdaten ermittelt.

Hierbei können Sensoren entsprechend der Merkmale des Anspruches 4 miteinander kombiniert werden, wobei immer Sensoren unterschiedlichen physikalischen Prinzips untereinander kombiniert werden.

Eine einfache Anordnung der Sensoren ergibt sich dadurch, dass die Sensoren im Bereich der Saatleitungen der Sämaschine angeordnet sind.

Bei einer pneumatisch arbeitenden Sämaschine mit einem Zentraldosierer, einer vom Zentraldosierer zum Verteilerkopf führenden Steigleitung, vom Verteilerkopf zu Ausbringelementen führenden Saatleitungen ist vorgesehen, dass der Sensor für den oberen Messbereich im Bereich des Steigrohres und zumindest ein Sensor für den unteren Messbereich in zumindest einer der Saatleitungen angeordnet ist. Infolge dieser Maßnahmen ergibt sich eine vorteilhafte Anordnung der Sensoren, so dass die jeweiligen Sensoren im optimalen Bereich arbeiten können.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe wird dadurch geschaffen, dass Sensoren verwendet werden, die auf zumindest zwei unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien arbeiten und/oder ansprechen, wobei die Messbereiche der unterschiedlichen Sensoren sich zumindest in ihren benachbarten Grenzbereichen überlappen.

Infolge dieser Maßnahmen werden die Sensoren im jeweils optimalen Messbereich eingesetzt. Hierbei ist in der elektronischen Auswerteeinheit, die die von den Sensoren gelieferten Messdaten auswertet und die Anzahl der ausgebrachten Saatkörner ermittelt, ein Programm hinterlegt, so dass die jeweils im optimalen Bereich arbeitenden Sensoren gelieferten Messdaten verwendet werden.

Eine einfache Kalibrierung des für den oberen Bereich (größere Ausbringmenge) vorgesehenen Sensor wird dadurch erreicht, dass bei der Ausbringung einer kleinen Körnerzahl der erste Sensor Messdaten liefert, und dass die hier gelieferten Messdaten zur Kalibrierung des für den Messbereich der höheren Körnerzahl vorgesehenen Sensor zu dessen Kalibrierung verwendet werden, und dass bei der Ausbringung von Saatkörnern im unteren Bereich (kleine Ausbringmenge) der für den oberen Bereich (größere Ausbringmenge) vorgesehene Sensor kalibriert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen, der Beispielsbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigen

1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Sämaschine in Prinzipdarstellung,

2 die Anordnung der Sensoren zum Zählen kleiner Körperchen in Prinzipdarstellung,

3 eine weitere Anordnung der Sensoren zum Zählen der dosierten Saatkörner in Seitenansicht und Prinzipdarstellung,

4 die Anordnung der Sensoren gemäß 3 in der Ansicht IV-IV,

5 ein Diagramm in dem die Messgenauigkeitsbereiche der Sensoren in Abhängigkeit der Kornfrequenz dargestellt ist,

6 eine erfindungsgemäß ausgestattete pneumatische Sämaschine in Prinzipdarstellung und

7 die Anordnung der Sensoren in dem Versteilersystem der Sämaschine gemäß 6 in vergrößerter Darstellung und in Prinzipdarstellung.

Die Sämaschine weist den Rahmen 1 und den Vorratsbehälter 2 sowie die Laufräder 3 auf. Im unteren Bereich des Vorratsbehälters 2 befinden sich die die Dosierräder 4 aufweisenden Dosiereinrichtung 5, die über eine Antriebswelle 6 und einen Antriebsstrang 7 von den Laufrädern 3 über ein einstellbares Regelgetriebe 8 in einstellbarer Weise angetrieben werden. Über die Dosiereinrichtung 5 wird den an dem Rahmen 1 der Maschine angeordneten Säscharen 9 über die Saatleitungen 10, die sich im Vorratsbehälter 2 befindlichen Saatkörner in einstellbarer Weise zudosiert. Den Laufrädern 3 ist eine Wegstreckenmesseinrichtung 11 zugeordnet, welche die Messdaten an eine als Bordcomputer 12 ausgebildeten elektronischen Auswerteeinheit übermittelt. Des weiteren ist dem Regelgetriebe 8 der Dosiereinrichtung 5 ein elektrischer Stellmotor 13 zugeordnet, um das Regelgetriebe entsprechend der gewünschten Ausbringmenge von Saatkörnern einstellen zu können. Von dem Bordcomputer 12 erhält der Stellmotor 13 über eine Datenleitung entsprechende Stellimpulse. Zumindest einer Saatleitung 10 sind Sensoren 14 und 15 zugeordnet, um die die Saatleitung 10 passierenden Saatkörner zählen zu können. Die Sensoren 14 und 15 sind in einem Messraum der Saatleitung 10 angeordnet. Die beiden Sensoren arbeiten auf zwei unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien bzw. sprechen auf unterschiedliche physikalische Messprinzipien an. Die Sensoren 14 und 15 arbeiten in unterschiedlichen, sich jedoch überlappenden Messbereichen, um die Körnerzahl bestimmen zu können. Der Sensor 14 arbeitet sehr genau in einem Ausbringbereich kleiner Ausbringmengen während der Sensor 15 im größeren Ausbringmengenbereich arbeitet.

Der Sensor 14 zur Bestimmung der Körnerzahl im unteren, also kleineren Ausbringmengenbereich arbeitet auf dem Prinzip der Lichtschranke und der andere Sensor 15 für den oberen, also größeren Ausbringmengenbereich auf dem kapazitiven Prinzip.

Die Sensoren 14 und 15 übermitteln die ermittelte Anzahl Saatkörner bzw. die Messdaten an den Bordcomputer 12.

Die Funktionsweise der Sensoren 14 und 15 ist folgende und die Ermittlung der Messdaten geschieht folgender Maßen:

Bei der Ausbringung einer kleinen Körnerzahl ermittelt der auf dem Lichtschrankenprinzip arbeitende Sensor 14 die tatsächlich ausgebrachte Körnerzahl. Gleichzeitig wird zur Kalibrierung des kapazitiven Sensors 15, also der auf dem anderen physikalischen Messprinzip arbeiten den Sensor, die Körnerzahl im Kalibrierverfahren so erhöht, dass die ermittelte Körnerzahl im Überlappungsbereich der Messbereiche beider Sensoren 14 und 15 liegt. Hierdurch wird dann der für den oberen Messbereich vorgesehene kapazitive Sensor 15 kalibriert. Hierbei wird so vorgegangen, dass bei der Ausbringung einer kleinen Körnerzahl der erste Sensor 14 Messdaten liefert, die im Überlappungsbereich des Messbereiches der beiden Sensoren 14 und 15 liegen und die hier gelieferten Messdaten zur Kalibrierung des für den Messbereich der höheren Körnerzahl vorgesehenen Sensor 15 zu dessen Kalibrierung verwendet werden, so dass bei der Ausbringung im unteren Bereich der für den oberen Bereich vorgesehene Sensor 15 durch den Sensor 14 kalibriert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 sind die beiden Sensoren in Durchflussrichtung der Saatkörner durch die Saatleitung hintereinander angeordnet, wie die 2 dies in vergrößerter Darstellung zeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 sind die Sensoren 14 und 15 in einer Ebene, jedoch um 90° versetzt zueinander angeordnet, an der Saatleitung 10 angeordnet, so dass sie zum gleichen Zeitpunkt Messdaten ermitteln.

In 5 ist der jeweilig genaue Messbereich und der von den Sollwerten abweichende tatsächliche Messbereich der Sensoren 14 und 15 dargestellt. Die Kurve 16 zeigt den Verlauf der Lichtschranke 14 und die Kurve 17 den Verlauf des kapazitiven Sensors 15. In dem Überlappungsbereich 18 findet die Kalibrierung des Sensors 15 aufgrund der Messdaten des Sensors 14 statt. In diesem Bereich kann immer wieder eine Nachkalibrierung während des Ausbringvorganges erfolgen. Durch den im unteren Bereich scharf arbeitenden Sensor 14 wird somit der unscharfe Sensor 15 im Überlappungsbereich 18 der beiden Messbereiche der Sensoren 14 und 15 kalibriert und für den oberen Bereich „scharf" gestellt. Durch die die tatsächliche Körnerzahl messende Lichtschranke 14 wird der kapazitive Sensor 15 auf die Eigenschaften des auszubringenden Saatgutes kalibriert, so dass Ausbringmenge, Korngröße, Feuchtigkeit etc. entsprechend berücksichtigt werden. Hierbei kann in dem Bordcomputer 12 ein Programm zur Selbstkalibrierung der Lichtschranke 14 abgespeichert sein, so dass die Lichtschranke 14 sich selbst auf die Kornart, Korngröße etc. einstellen kann.

Die Sämaschine gemäß 6 ist als pneumatische Verteilmaschine ausgebildet. Sie weist einen Rahmen 19 und Vorratsbehälter 20 auf. Der Rahmen 19 stützt sich auf Laufrädern 21 oder einer Bodenwalze auf dem Boden ab. Dem Vorratsbehälter 20 ist ein Zentraldosierer 22 zugeordnet, der das sich im Vorratsbehälter 20 befindliche Saatgut über eine Schleuse 23 in eine zentralepneumatisch beanschlagte Zuführleitung 24, die als Steigrohr 24 ausgebildet ist, einleitet. Dieses Steigrohr mündet an seinem oberen Ende in einem Verteilerkopf 25, über den das dosierte Saatgut auf die einzelnen sich an dem Verteilerkopf anschließenden Saatleitungen 21 aufgeteilt wird. Die Saatleitungen 26 führen zu den am Rahmen 19 angelenkten Säscharen 9. Dem Laufrad 21 ist eine Wegstreckenmesseinrichtung 12 zugeordnet, die Messdaten an eine als Bordcomputer 12 ausgebildete elektronische Auswerteeinheit übermittelt. Der Dosierer 22 wird über einen Antriebsstrang und ein einstellbares Getriebe 27 von einer Kraftquelle 21 angetrieben. Das Getriebe 27 wird über einen Einstellmotor 13 eingestellt und von dem Bordcomputern 12 angesteuert. Anstelle des Antriebes über ein Laufrad und im Pegelgetriebe, kann das Dosierorgan auch unmittelbar von einem regelbaren elektrischen oder hydraulischen Antriebsmotor angetrieben werden.

Dem Steigrohr 24 ist ein Sensor 28 zur Ermittlung der ausgebrachten Saatkörneranzahl zugeordnet und der andere Sensor 29 ist zumindest einer Saatleitung 26 zugeordnet. Der Sensor 28 für den oberen Messbereich ist im Bereich des Steigrohres 24 und der Sensor 29 für den unteren Messbereich zumindest einer der Saatleitungen 26 zugeordnet. Die Sensoren 28 und 29 sind über Übertragungsmittel mit dem Bordcomputer 12 verbunden, so dass die Messdaten der Sensoren 28 und 29 an den Bordcomputer 12 übermittelt werden. Die Lichtschranke 29, die der Saatleitung 26 zugeordnet ist, zählt die einzelnen von dem Verteilerkopf 25 zu den jeweiligen Säscharen 9 gelangenden Anzahl Saatkörner. Hierbei wird davon ausgegangen, dass über den Verteilerkopf 25 das durch das Steigrohr zum Verteilerkopf gelangende Saatgut gleichmäßig auf die einzelnen Saatleitungen 26 aufgeteilt wird.

Die Kalibrierung des für den oberen Messbereich vorgesehenen Sensors 28 erfolgt in folgender Weise:

Wenn im Überlappungsbereich der beiden Messbereiche der Sensoren 28 und 29 die Saatkörnerzahl liegt, wird der Sensor 29 für den oberen Messbereich kalibriert, wie dies zuvor für die Sensoren 14 und 15 beschrieben ist.

Wenn mehreren Saatleitungen 26 Sensoren 29 für den unteren Messbereich zugeordnet sind, wird aus den Messdaten der Sensoren 29 ein Mittelwert gebildet.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Zählen kleiner Körperchen, insbesondere die von einer Sämaschine auszubringenden Saatkörner, bei dem die zu zählenden Körner einen mit Sensoren besetzten Messraum passieren, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Messraum zumindest auf zwei unterschiedliche physikalische Messprinzipien arbeitende und/oder ansprechende Sensoren (14, 15, 28, 29), die in unterschiedlichen, sich jedoch überlappenden Messbereichen die Bestimmung der Körnerzahl vornehmen, angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sensor auf dem Prinzip der Lichtschranke (14, 29) und der andere Sensor (15, 28) auf dem kapazitiven Prinzip Messdaten ermittelt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sensor auf Piezo-Prinzip und der andere Sensor, auf dem kapazitiven Prinzip Messdaten ermittelt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (14, 29) für den unteren Bereich eine Lichtschranke oder ein Piezo-Element verwendet wird, dass für den oberen Bereich als Sensor (15, 28) ein kapazitiver Sensor oder ein Radarsensor oder ein Mikrowellenelement oder ein Piezo-Element verwendet wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (14, 15, 29) im Bereich der Saatleitungen (10) der Sämaschine angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer pneumatisch arbeitenden Sämaschine mit einem Zentraldosierer (20), einer vom Zentraldosierer (20) zum Verteilerkopf (25) führenden Steigleitung (24), vom Verteilerkopf (25) zu Ausbringelementen (9) führenden Saatleitungen (26) der Sensor (28) für den oberen Messbereich im Bereich des Steigrohres (24) und zumindest eines Sensors (29) für den unteren Messbereich in zumindest einer der Saatleitungen (26) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Sensoren (29) für den unteren Messbereich vorgesehen sind, dass jeder Sensor (29) einer Saatleitung (26) zugeordnet ist, und dass aus den Messdaten der Sensoren (29) eine Mittelwert gebildet wird.
  8. Verfahren zum Zählen kleiner Körperchen, insbesondere die von einer Sämaschine auszubringenden Saatkörner, bei dem die zu zählenden Körner einen mit Sensoren besetzten Messraum passieren, wobei die Sensoren Messdaten zur Bestimmung der Körnerzahl an eine elektronische Auswerteeinheit übermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (14, 15, 28, 29) verwendet werden, die auf zumindest zwei unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien arbeiten und/oder ansprechen, wobei die Messbereiche der unterschiedlichen Sensoren (14, 15, 28, 29) sich zumindest in ihren benachbarten Grenzbereichen überlappen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbringung einer kleinen Körnerzahl der erste Sensor (14, 29) Messdaten liefert und dass die hier gelieferten Messdaten zur Kalibrierung des für den Messbereich der höheren Körnerzahl vorgesehenen Sensor (15, 28) zu dessen Kalibrierung verwendet werden, und dass bei der Ausbringung im unteren Bereich der für den oberen Bereich vorgesehene Sensor (15, 28) kalibriert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sensortyp (14, 29) für den unteren und der andere Sensortyp (15, 28) für den oberen Messbereich vorgesehen ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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