AT13875U1 - Vorrichtung zur Klassifizierung von Objekten - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung (1) zum Klassifizieren von Objekten (20) mit einer spektroskopischen Sensoreinheit (2) umfasst eine erste Strahlungsquelle (3), die eine erste Strahlung (S1) mit einem definierten ersten Spektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs abstrahlt. Die spektroskopische Sensoreinheit (2) ist mit ihrem Blickfeld (2b) auf die erste Strahlung (S1) gerichtet. Zu klassifizierende Objekte (20) sind in einen im Blickfeld (2b) liegenden Messbereich (6) zwischen der spektroskopischen Sensoreinheit (2) und der ersten Strahlungsquelle (3) bringbar. Die spektrale Sensoreinheit (2) erkennt die erste Strahlung (S1) als der ersten Strahlungsquelle (3) zuzuordnendes Hintergrundsignal, wertet in Bezug auf durch das Objekt (20) verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs (S1’) durch spektrale Zerlegung aus und nimmt anhand der Auswertung eine Klassifizierung (24) des Objekts (20) vor.
Description
österreichisches Patentamt AT13 875U1 2014-10-15
Beschreibung
VORRICHTUNG ZUR KLASSIFIZIERUNG VON OBJEKTEN
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klassifizierung von Objekten mit einer spektroskopischen Sensoreinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung ist im engeren Sinne auf dem Gebiet der sensorgestützten Sortiertechnik angesiedelt.
[0002] Die sensorgestützte Sortiertechnik kennt mittlerweile bildgebende multi- und hyperspektrale Sensorsysteme, wie in US 2005/270528 und AU 8319082 beschrieben. Diese werden in der Regel mit einer Lichtquelle, wie z.B. Halogenlampen, in Reflexion oder auch in Transmission betrieben.
[0003] Das Konzept von Hintergrundlichtquellen ist in der Sortiertechnik ebenfalls hinlänglich bekannt, wie z.B. in WO 9505249, CN 103056113 und US 6188784 B1 beschrieben. Derlei Hintergrundlichtquellen werden in der Regel als schmal- (Laser) bzw. breitbandige Strahlungsquellen betrieben, um im Wesentlichen die Transmittanz von Objekten zu prüfen, die mit einem Kamerasystem (z.B. RGB-Kamera) aufgenommen werden kann. Die Verwendung von Hintergrundlichtquellen in Kombination mit hyperspektralen bildgebenden (Imaging-)Systemen zielt beim derzeitigen Stand der Technik rein auf den spektralen Verlauf des Transmissionsspektrums als charakteristisches Materialmerkmal zur Klassifikation der Objekte ab.
[0004] Ein in der sensorgestützten Sortiertechnik beim Einsatz von mehreren Strahlungsquellen unter verschiedenen Einstrahlwinkeln, wie z.B. bei kombinierten Auflicht- und Hintergrundlichtsystemen, bekanntes Problem ist das Übersprechen des Detektorsignals in Reflexion durch Kontamination mit Hintergrundlicht bei Inspektion von opaken nebst transparenten Materialien. Eine zuverlässige Detektion von opaken Materialien ist weitestgehend nur in Reflexion möglich und erfordert entweder hohe Reflexionskoeffizienten der Materialoberfläche und/oder hohe Intensitäten der Strahlungsquelle, was zu einer Erhöhung störender Streulichteinflüsse beiträgt. Dunkle opake Objekte erfordern hohe Strahlungsintensitäten und verursachen somit mehr störendes Streulicht. Der Einsatz eines zusätzlichen Hintergrundlichts, vor dem dunkle opake Materialien zumindest durch die Kontrastinformation als Störstoff erkannt werden können, ist ebenfalls Stand der Technik. Jedoch entsteht hierbei wiederum der Nachteil, dass Reflexionssignaturen (Intensitäten, Spektren etc.) opaker Objekte mit der Signatur des Hintergrundlichts (z.B. durch Streuung oder Transmission) kontaminiert werden und sich so das Signal- zu Rauschverhältnis des charakteristischen Detektorsignals verschlechtern kann, was eine Materialklassifikation herkömmlicher Materialien erschwert.
[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Klassifikation von Objekten zu schaffen, die die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik signifikant verringert bzw. überwindet.
[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch Bereitstellen einer Vorrichtung zum Klassifizieren von Objekten mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Klassifizieren von Objekten verwendet eine erste Strahlungsquelle, wobei die erste Strahlungsquelle eine erste Strahlung mit einem definierten ersten Spektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs als Hintergrundbeleuchtung abstrahlt. Die von der ersten Strahlungsquelle ausgestrahlte erste elektromagnetische Strahlung wird von einer spektroskopischen Sensoreinheit aufgenommen, die mit ihrem Blickfeld auf die erste Strahlung gerichtet ist. Zu klassifizierende Objekte sind in einen im Blickfeld liegenden Messbereich zwischen der spektroskopischen Sensoreinheit und der ersten Strahlungsquelle bringbar, wobei die von dieser ersten Strahlungsquelle emittierte erste elektromagnetische Strahlung bei der Inspektion von Objekten in Transmission betrieben wird. Die spektrale Sensoreinheit erkennt die erste Strahlung als der ersten Strahlungsquelle zuzuordnendes Hintergrundsignal und wertet es in Bezug auf durch das bestrahlte Objekt verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs durch spektrale Zerlegung aus. Anhand dieser Auswer- 1 /8 österreichisches Patentamt AT13 875U1 2014-10-15 tung nimmt die spektroskopische Sensoreinheit eine Klassifizierung des Objekts vor. Die Erfindung nützt hierbei die Fähigkeit der spektroskopischen Sensoreinheit aus, empfangene Strahlung in ihre spektralen Bestandteile zu zerlegen und so durch die Verwendung definierter Hintergrundspektren den Unterschied zu Materialspektralsignaturen gezielt zu erhöhen, um das Signal zu Rauschverhältnis (signal-to-noise, S/N) optimal gestalten zu können, indem sie die Möglichkeiten des kombinierten Einsatzes einer Strahlungsquelle mit einem definiert gewählten Spektralverlauf als Hintergrundbeleuchtung in Kombination mit der spektroskopischen Sensoreinheit ausnützt.
[0008] Bevorzugt ist die spektroskopische Sensoreinheit als multispektrale oder hyperspektrale Kamera, bildgebender Spektrograph, Spektrometer, Spektroskop, oder Monochromator konfiguriert.
[0009] Aufgrund einfacher Realisierbarkeit, aber dennoch hohe Verlässlichkeit bietend, wird das Objekt von einem Transportmittel, z.B. einem Förderband, einer Rutsche, einem Rüttelförderer, oder dem freien Fall, in den Messbereich gebracht.
[0010] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist bevorzugt zumindest eine zusätzliche Strahlungsquelle auf, die aus einer von der ersten Strahlung abweichenden Richtung zumindest eine zusätzliche Strahlung in den Messbereich strahlt, wobei die zumindest eine zusätzliche Strahlung zur optischen Achse der spektroskopischen Sensoreinheit verkippt ist. Die spektrale Sensoreinheit erkennt die zumindest eine zusätzliche Strahlung als der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle zuzuordnendes Vordergrundsignal und wertet in Bezug auf durch das Objekt verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs durch spektrale Zerlegung aus. Diese Auswertung wird von der spektroskopischen Sensoreinheit zur Klassifizierung des Objekts herangezogen.
[0011] Wenn die zusätzliche Strahlung der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle einen sich vom definierten ersten Spektralverlauf (= 1. spektrale Signatur) der ersten Strahlung unterscheidenden, definierten zweiten Spektralverlauf (= 2. spektrale Signatur) innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs aufweist, überlagert sich die zweite Strahlung mit der zweiten spektralen Signatur aus der in Reflexion betriebenen zweiten Strahlungsquelle der ersten Strahlung mit der ersten spektralen Signatur und kann mittels allgemein bekannter da-ten- und klassifikationsanalytischer Verfahren verglichen werden.
[0012] Die Zuordnung der ersten Strahlung zur ersten Strahlungsquelle und der zumindest einen zusätzlichen Strahlung zur zweiten Strahlungsquelle durch die spektroskopische Sensoreinheit wird vereinfacht, wenn der definierte zweite Spektralverlauf der zumindest einen zusätzlichen Strahlung in einem Wellenlängenbereich liegt, der sich vom Wellenlängenbereich, in dem der definierte erste Spektralverlauf der ersten Strahlung liegt, unterscheidet.
[0013] Auf Basis der Klassifizierung der Objekte kann ein Sortiersignal gewonnen werden, das Sortiereinrichtungen, z.B. Luftdüsen oder Klappen, zum Ausbringen von Objekten, die vorbestimmte Klassifizierungskriterien erfüllen, ansteuert.
[0014] In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der ersten Strahlungsquelle ein Polarisator vorgeschaltet. Weiters ist die spektroskopische Sensoreinheit polarisationssensitiv ausgebildet, wobei die spektrale Sensoreinheit die erste Strahlung als der ersten Strahlungsquelle zuzuordnendes Hintergrundsignal erkennt, in Bezug auf durch das Objekt verursachte Polarisationsänderungen der ersten Strahlung auswertet und die Auswertung zur Klassifizierung des Objekts heranzieht.
[0015] Durch den Polarisator wird die erste Strahlung (Hintergrundstrahlung) an der Austrittsapertur der ersten Strahlungsquelle zusätzlich polarisiert, so dass bei Verwendung einer polarisationssensitiven spektroskopischen Sensoreinheit (bzw. eines in die spektroskopische Sensoreinheit integrierten polarisationssensitiven Analysators) auch die Polarisation des empfangenen Hintergrundsignals vermessen werden kann. Da bei Transmission durch bzw. Streuung von Photonen der Hintergrundstrahlung an Objekten sich deren Polarisation ändert, erhöht solch eine Messung der Polarisierung die Sensitivität der gesamten Klassifikationsvorrichtung. 2/8 österreichisches Patentamt AT13 875U1 2014-10-15
Bei geeigneter Wahl des Polarisationsanalysators bzw. der polarisationssensitiven spektroskopischen Sensoreinheit wird so nur in Bezug auf den Hintergrund depolarisiertes Licht gemessen, wodurch sich das Signal- zu Rauschverhältnis erhöht. Dies ist insbesondere bei der Detektion von transparenten Materialien (Folien, Glas etc.) von Vorteil, da diese Materialien sich unterschiedlich auf den Polarisationszustand der Hintergrundstrahlung auswirken.
[0016] Zur Einstellung des definierten ersten und/oder zweiten Spektralverlaufs der ersten bzw. zumindest einen zusätzlichen Strahlung kann der ersten Strahlungsquelle und/oder der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle ein optischer Filter, insbesondere ein Bandpassfilter, vorgeschaltet sein. Die Einstellung des definierten ersten und/oder zweiten Spektralverlaufs der ersten bzw. zumindest einen zusätzlichen Strahlung kann auch durch geeignete Auswahl der ersten und der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle erfolgen. Diese Auswahl an Strahlungsquellen kann insbesondere getroffen werden aus: Halogenlampen, Leuchtdioden, Leuchtstoffröhren, Glühbirnen, Gasentladungslampen, Infrarot-Lampen, Ultraviolett-Lampen, Polarisationslichtquellen und/oder Laserquellen.
[0017] Die Erfindung wird nun anhand eines in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Klassifizieren von Objekten 20 umfasst eine spektroskopische Sensoreinheit 2, eine erste Strahlungsquelle 3, die eine erste Strahlung S1 mit einem definierten ersten Spektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs abstrahlt, wobei der Austrittsapertur 3a der ersten Strahlungsquelle 3 ein Polarisator 3b zur Polarisierung der ersten Strahlung S1 vorgeschaltet ist, und zwei zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5, die zusätzliche Strahlungen S2, S3 mit zweiten Spektralverläufen innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs aufweisen, die sich vom definierten Spektralverlauf der ersten Strahlung S1 unterscheiden. Die spektroskopische Sensoreinheit 2 ist zumindest abschnittsweise polarisationssensitiv ausgebildet und berücksichtigt die Polarisation als Kriterium der Klassifizierung 24 des Objekts 20. Die Verwendung und Auswertung von polarisiertem Licht ist bevorzugt, allerdings kann die Vorrichtung 1 auch mit nicht polarisiertem Licht und einer nicht polarisationssensitiv ausgebildeten Sensoreinheit erfindungsgemäß erfolgreich verwendet werden.
[0019] Die spektroskopische Sensoreinheit 2 ist mit ihrem durch die Eintrittspupille 2a definierten Blickfeld 2b auf die erste Strahlung S1 gerichtet. Ein zu klassifizierendes Objekt 20 wird mit einem Transportmittel 21, z.B. einem Förderband, einer Rutsche, einem Rüttelförderer, oder dem freien Fall, in einen im Blickfeld 2b liegenden Messbereich 6 zwischen der spektroskopischen Sensoreinheit 2 und der ersten Strahlungsquelle 3 gebracht. Die spektrale Sensoreinheit 2 erkennt die erste Strahlung S1 aufgrund ihres definierten ersten Spektralverlaufs als der ersten Strahlungsquelle 3 zugehöriges Hintergrundsignal bzw. Hintergrundbeleuchtung und wertet durch das Objekt 20 verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs ST der ersten Strahlung S1 durch spektrale Zerlegung aus.
[0020] Die zusätzlichen Strahlungen S2, S3 aus den zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5, werden aus einer von der ersten Strahlung S1 abweichenden Richtung in den Messbereich 6 gestrahlt, wobei die zusätzlichen Strahlungen S2, S3 zur optischen Achse 2c der spektroskopischen Sensoreinheit 2 verkippt sind. Die erste Strahlung S1 ist eine Durchlichtstrahlung, die das Objekt 20 durchstrahlt (sofern es nicht völlig opak ist). Die zusätzlichen Strahlungen S2, S3 sind Auflichtstrahlungen, wobei die spektroskopische Sensoreinheit 2 im Wesentlichen den vom Objekt 20 reflektierten und gegebenenfalls veränderten spektralen Verlaufs S2’, S3’ der zusätzlichen Strahlungen S2, S3 als Vordergrundsignal empfängt, durch spektrale Zerlegung auswertet und die Auswertung zur Klassifizierung 24 des Objekts 20 heranzieht.
[0021] Eine zusätzliche Strahlungsquelle 4 weist einen vorgeschalteten Filter 4a zur Einstellung des definierten zweiten Spektralverlaufs der zusätzlichen Strahlung S2 auf.
[0022] Aus der Klassifizierung 24 wird ein Sortiersignal 23 gewonnen, das eine Sortiereinrichtung 22, z.B. Luftdüsen oder Klappen, zum Ausbringen von Objekten 20, die vorbestimmte 3/8 österreichisches Patentamt AT 13 875 Ul 2014-10-15
Klassifizierungskriterien erfüllen, ansteuert.
[0023] Nachfolgend werden die Funktionsweise und der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Klassifizierung von Objekten 20 näher beschrieben. Dafür sei angenommen, dass die spektroskopische Sensoreinheit 2 als eine multi- bzw. Hyperspektralkamera konfiguriert sei, dass die erste Strahlungsquelle 3 eine schmalbandige Strahlung S1 mit definiertem Spektrum ausstrahle, und z.B. als Laserlicht oder schmalbandige LED oder Superlumineszenzdiode konfiguriert sei, und dass die zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5, als Halogenlampen konfiguriert seien. Die spektroskopische Sensoreinheit 2 wird mit ihrer optischen Achse 2c so auf die erste Strahlungsquelle 3 gerichtet, dass deren Spektralverlauf S1 ’ als Hintergrundsignal in der spektroskopische Sensoreinheit 2 dient. Die beiden zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5 dienen zur zusätzlichen Beleuchtung von in der Sichtlinie zu inspizierenden Objekten 6. Der spektrale Verlauf der Strahlung S1 der ersten Strahlungsquelle 3 wird so gewählt, dass er sich maximal von den zu erwartenden Reflexionsspektren S2’, S3’ der zu inspizierenden Objekte 20 (und gegebenenfalls der Strahlcharakteristik der zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5) unterscheidet, so dass störende Streulicht- und Kontaminationseffekte des Nutzsignals (also der Reflexionsspektren S2’, S3’ der zusätzlichen Strahlungen S2, S3) durch die erste Strahlungsquelle 3 minimiert werden können. So wäre z.B. eine Möglichkeit als erste Strahlungsquelle 3 eine schmalbandige Laserlinie oder LED-Linie bei einer Wellenlänge von z.B. 1550 nm zu wählen, während die Reflexionsspektren S2’, S3’ der von zu inspizierenden Objekten 20 reflektierten Strahlungen S2, S3 aus den zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5 bei anderen Wellenlängen ihre größten Merkmalsunterschiede zeigen. Somit wäre Kontamination von Reflexionsspektren S2’, S3’ bei 1550 nm durch die erste Strahlung S1 unkritisch für das S/N in den für eine Klassifikation von Materialien relevanten Spektralbereichen. Der generelle Vorteil eines Hintergrundlichts als Transmittanzmessung und zusätzlicher Strahlungsquellen bleibt davon unberührt. Die Transmittanz bzw. das prinzipielle Vorhandensein eines Objekts 20 im Messbereich 6 kann durch das Verhalten des detektieren Spektrums bei 1550 nm erfasst werden. Eine Veränderung des von der spektroskopischen Sensoreinheit 2 empfangenen Signals S1 ’ bei 1550 nm lässt unmittelbar das Vorhandensein eines Objekts 20 im Blickfeld 2b erkennen. Wird nun zusätzlich ein vom Objekt 20 reflektiertes charakteristisches Reflexionsspektrum S2’, S3’ (dessen Spektralverlauf hauptsächlich in anderen Bändern als um 1550 nm interessiert) der zusätzlichen Strahlungen S2, S3 detektiert, so kann eine eindeutige Klassifikationsentscheidung getroffen werden. Ist das Reflexionsspektrum S2’, S3’ extrem schwach (dunkle Objekte) oder unbekannt für den angewandten Klassifikationsalgorithmus und somit das Objekt 20 durch bloße Auswertung der Reflexion nicht detektierbar, so dient die Information der veränder-ten/verminderten Intensität des transmittierten Signals S1 ’ bei 1550 nm als sicheres Zeichen für das Vorhandensein eines fremden Objekts 20, wodurch das Sortiersignal 23 ausgelöst wird, das die Sortiereinrichtung 22 zur zielsicheren Ausbringung des Fremdkörpers ansteuert. Da die Strahlung S1 der ersten Strahlungsquelle 3 in einen Wellenlängenbereich gelegt werden kann, der für die Material- bzw. Reflexionsspektren S2’, S3’ opaker Objekte 20 datenanalytisch unerheblich ist, können geeignete Intensitäten für die erste Strahlung S1 gewählt werden, um den Kontrast zu erhöhen, ohne gleichzeitig Einbußen bei den Material- bzw. Reflexionsspektren S2’, S3’ durch schlechtes S/N wegen Streulicht und Kontamination hinnehmen zu müssen. Das Vorhandensein einer Vielzahl von spektralen Kanäle in der spektroskopischen Sensoreinheit 2 erlaubt es, die Mehrheit der Kanäle für die Auswertung der durch Reflexion am Objekt 20 veränderten Reflexionsspektren S2’, S3’ der zusätzlichen Strahlungen S2, S3 zu verwenden, und eine kleinere Anzahl von Kanälen im Sinne einer Lichtschranke zur Detektion des vom Objekt transmittierten oder abgeschatteten Verlaufs S1 ’ der ersten Strahlung S1 zu verwenden, wobei letztere nichts zur eigentlichen materialspezifischen Klassifikationsinformation beitragen müssen, sondern bloß das Vorhandensein eines Objekts indizieren.
[0024] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst den Betrieb einer Hyperspektralkamera als spektroskopische Sensoreinheit 2 im Nahinfrarotbereich (800-1700 nm) in Kombination mit einer LED-Linie mit einer Zentralwellenlänge von 1550 nm als erste Strahlungsquelle 3 und Hintergrundbeleuchtung. Der Wellenlängenbereich wird hier so gewählt, dass er nicht mit spektralen Eigenschaften der zu sortierenden Objekte 20 (z.B. Kartoffeln) in Konkurrenz tritt, da 4/8 österreichisches Patentamt AT13 875U1 2014-10-15 diese bei 1550 nm keine großen Merkmalsunterschiede bzw. nur niedrigere Intensitäten zeigen. Als zusätzliche Strahlungsquellen 4, 5, die die Auflichtbeleuchtung bilden, dienen Halogenscheinwerfer. Der als Inspektionslinie ausgebildete Messbereich 6 liegt zwischen der spektroskopischen Sensoreinheit 2 und der ersten Strahlungsquelle 3 und verläuft durch den Kreuzungspunkt zwischen der optischen Achse 2c der spektroskopischen Sensoreinheit 2 und den Strahlengängen der zusätzlichen Strahlungen S2, S3 der Halogenbeleuchtung, wo zu sortierende bzw. inspizierende Objekte 20 im freien Fall von einer Rutsche oder einem Band kommend vermessen werden. Befindet sich kein Objekt 20 im Blickfeld 2b der Hyperspektralkamera, so zeigt jeder Ortspunkt im Blickfeld das schmalbandige Spektrum der LED-Linie mit einem Intensitätsmaximum um 1550 nm. Befindet sich ein Objekt 20 im Blickfeld der Hyperspektralkamera so lassen sich folgende Fälle unterscheiden: [0025] 1. Das Objekt ist opak: Im von der Hyperspektralkamera empfangenen Signal ver schwindet an den Ortspunkten, an denen sich das opake Objekt 20 befindet, das charakteristische LED-Signal mit Intensitätsmaximum bei 1550 nm. Die Information, dass sich ein Objekt im Blickfeld befindet, ist schon allein durch die Änderungen der Intensität des empfangenen Signals um 1550 nm erkennbar. Zusätzlich wird sich im Kamerasignal in der Regel, wenn das Objekt nicht zu dunkel ist, auch die Materialsignatur des Objektes in Form der Reflexionsspektren S2’, S3’ durch das Auflicht (Halogenscheinwerfer) nachweisen lassen. Diese zweiten Spektrumssignaturen dienen nun zur Materialklassifikation durch Datenverarbeitungsmethoden (Multivari-ate Datenanalyse) gemäß dem Stand der Technik.
[0026] 2. Das Objekt ist transparent: Hier werden die Reflexionsspektren S2’, S3’ des Auf lichts (Halogenlampen) naturgemäß sehr schwach sein oder ganz fehlen. Je nach Transmittanz des Objektes 20 wird sich allerdings die Hintergrundlichtsignatur der 1550 nm LED-Linie in der Intensität leicht abgeschwächt bzw. in ihrem Spektralverlauf S1 ’ leicht verändert im Kamerasignal darstellen. Sogar Materialien mit sehr hoher Transmittanz (z.B. durchsichtige Folien) sind in der Regel nicht zu 100% durchlässig für Nahinfrarotstrahlung. D.h. während man mit Reflexionsspektren S2’, S3’ kaum eine Möglichkeit hat, transparente Fremdkörper zu detektieren, kann man hier durch Gewichtung der Spektralinformation ST um 1550 nm bereits bei kleinsten Abweichungen auf Störstoffe triggern.
[0027] Durch die Reflexionsspektren S2’, S3’ lassen sich so wie bei anderen Anwendungen nach Stand der Technik Materialien klassifizieren und gegebenenfalls mittels Sortiervorrichtungen ausbringen. Durch eine gezielte Auswertung des Spektralverlaufs ST um 1550 nm lassen sich nun aber zusätzlich dunkle bzw. transparente Störobjekte ausschleusen, da das Kamerasignal hier mit höchster Sensitivität (gewichtet) verarbeitet werden kann, da Änderungen bei 1550 nm ausschließlich durch Objekte 20 im Blickfeld hervorgerufen werden. 5/8
Claims (11)
- österreichisches Patentamt AT 13 875 Ul 2014-10-15 Ansprüche 1. Vorrichtung (1) zum Klassifizieren von Objekten (20) mit einer spektroskopischen Sensoreinheit (2), gekennzeichnet durch eine erste Strahlungsquelle (3), die eine erste Strahlung (S1) mit einem definierten ersten Spektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs abstrahlt, wobei die spektroskopische Sensoreinheit (2) mit ihrem Blickfeld (2b) auf die erste Strahlung (S1) gerichtet ist, wobei zu klassifizierende Objekte (20) in einen im Blickfeld (2b) liegenden Messbereich (6) zwischen der spektroskopischen Sensoreinheit (2) und der ersten Strahlungsquelle (3) bringbar sind, wobei die spektrale Sensoreinheit (2) die erste Strahlung (S1) als der ersten Strahlungsquelle (3) zuzuordnendes Hintergrundsignal erkennt, in Bezug auf durch das Objekt (20) verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs (S1 ’) durch spektrale Zerlegung auswertet und anhand der Auswertung eine Klassifizierung (24) des Objekts (20) vornimmt.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (20) von einem Transportmittel (21), z.B. einem Förderband, einer Rutsche, einem Rüttelförderer, oder dem freien Fall, in den Messbereich (6) gebracht wird.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Sensoreinheit (2) eine multispektrale oder hyperspektrale Kamera, oder ein bildgebender Spektrograph, oder ein Spektrometer, oder ein Spektroskop, oder ein Monochromator ist.
- 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine zusätzliche Strahlungsquelle (4, 5), die aus einer von der ersten Strahlung (S1) abweichenden Richtung zumindest eine zusätzliche Strahlung (S2, S3) in den Messbereich (6) strahlt, wobei die zumindest eine zusätzliche Strahlung (S2, S3) zur optischen Achse (2c) der spektroskopischen Sensoreinheit (2) verkippt ist, wobei die spektrale Sensoreinheit (2) die zumindest eine zusätzliche Strahlung (S2, S3) als der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle (4, 5) zuzuordnendes Vordergrundsignal erkennt, in Bezug auf durch das Objekt (20) verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs (S2\ S3’) durch spektrale Zerlegung auswertet und die Auswertung zur Klassifizierung des Objekts (20) heranzieht.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Strahlung (S2, S3) der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle (4, 5) einen sich vom definierten ersten Spektralverlauf der ersten Strahlung (S1) unterscheidenden, definierten zweiten Spektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs aufweist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte zweite Spektralverlauf der zumindest einen zusätzlichen Strahlung (S2, S3) in einem Wellenlängenbereich liegt, der sich vom Wellenlängenbereich, in dem der definierte erste Spektralverlauf der ersten Strahlung (S1) liegt, unterscheidet.
- 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zusätzliche Strahlungsquelle (4, 5) in Bezug auf die spektroskopische Sensoreinheit (2) die Strahlung (S2, S3) mittels Auflichtverfahren auf im Messbereich (6) befindliche Objekte (20) strahlt.
- 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Klassifizierung (24) ein Sortiersignal (23) gewonnen wird, das Sortiereinrichtungen (22), z.B. Luftdüsen oder Klappen, zum Ausbringen von Objekten (20), die vorbestimmte Klassifizierungskriterien erfüllen, ansteuert. 6/8 österreichisches Patentamt AT13 875U1 2014-10-15
- 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Strahlungsquelle (3) ein Polarisator (3b) vorgeschaltet ist und die spektroskopische Sensoreinheit (2) zumindest abschnittsweise polarisationssensitiv ausgebildet ist, wobei die spektrale Sensoreinheit (2) die erste Strahlung (S1) als der ersten Strahlungsquelle (3) zuzuordnendes Hintergrundsignal erkennt, in Bezug auf durch das Objekt (20) verursachte Polarisationsänderungen der ersten Strahlung (S1) auswertet und die Auswertung zur Klassifizierung (24) des Objekts (20) heranzieht.
- 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Strahlungsquelle (3) und/oder der zumindest einen zusätzlichen Strahlungsquelle ein optischer Filter (4a), insbesondere ein Bandpassfilter, vorgeschaltet ist.
- 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strahlungsquelle (3) und die zumindest eine zusätzliche Strahlungsquelle (4, 5) ausgewählt sind aus Halogenlampen, Leuchtdioden, Superlumineszenzdioden, Leuchtstoffröhren, Glühbirnen, Gasentladungslampen, Infrarot-Lampen, Ultraviolett- Lampen, Polarisationslichtquellen und/oder Laserquellen. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 7/8
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATGM50155/2013U AT13875U1 (de) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Vorrichtung zur Klassifizierung von Objekten |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATGM50155/2013U AT13875U1 (de) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Vorrichtung zur Klassifizierung von Objekten |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT13875U1 true AT13875U1 (de) | 2014-10-15 |
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ID=51660819
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|---|---|---|---|
| ATGM50155/2013U AT13875U1 (de) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Vorrichtung zur Klassifizierung von Objekten |
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| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT13875U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021219361A1 (de) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | Ferag Ag | Transportvorrichtung mit einer speichervorrichtung und verfahren zu deren betrieb |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0146299A1 (de) * | 1983-12-06 | 1985-06-26 | Sortex Limited | Sortiermaschine |
| DE202007014466U1 (de) * | 2007-10-16 | 2008-01-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur Klassifizierung transparenter Bestandteile in einem Materialstrom |
| EP2537598A1 (de) * | 2006-10-25 | 2012-12-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur optischen Sortierung von Schüttgut |
-
2013
- 2013-10-31 AT ATGM50155/2013U patent/AT13875U1/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0146299A1 (de) * | 1983-12-06 | 1985-06-26 | Sortex Limited | Sortiermaschine |
| EP2537598A1 (de) * | 2006-10-25 | 2012-12-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur optischen Sortierung von Schüttgut |
| DE202007014466U1 (de) * | 2007-10-16 | 2008-01-03 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur Klassifizierung transparenter Bestandteile in einem Materialstrom |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021219361A1 (de) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | Ferag Ag | Transportvorrichtung mit einer speichervorrichtung und verfahren zu deren betrieb |
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