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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen von Fehlerstellen, wie zum Beispiel Schadstellen, Faulstellen, Druckstellen, usw. bei Obst und Gemüse, ohne dass dieses beschädigt wird.
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Vorrichtungen zum Erkennen von Fehlerstellen bei Obst und Gemüse sind bekannt. So beschreibt
US 6,847,447 eine Vorrichtung, mit der es möglich ist, das von Obst reflektierte (beziehungsweise durch Obst übertragene) Licht bei einer entsprechend dem Obst gewählten Beleuchtung zu untersuchen. Das reflektierte Licht wird mit Hilfe eines Spektrometers untersucht.
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Ein Spektrometer ist jedoch ein sehr kostspieliger, empfindlicher und sperriger Apparat. Außerdem setzen derartige Vorrichtungen voraus, dass das gesamte erhaltene Spektrogramm danach untersucht wird, was umso komplexere Datenverarbeitungsmittel erfordert, als das erhaltene Spektrogramm von der Größe des untersuchten Obstes (oder Gemüses) abhängt.
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Derartige Vorrichtungen erfordern jedoch schwere Datenverarbeitungsmittel und sind schwierig einzusetzen bei Bändern zum Sortieren von Obst und Gemüse, da die Verarbeitungsdauer im Vergleich zur Durchlaufzeit jeder Frucht oder jedes Gemüses lang ist.
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Ferner ist es mit diesen Apparaten nicht möglich, speziell Schadstellen und Faulstellen unter anderen Fehlerstellen aufzuspüren.
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Das Ziel der Erfindung ist es daher, diese Nachteile durch das Bereitstellen einer neuen Vorrichtung und eines neuen Verfahrens zum Aufspüren von Schadstellen und Faulstellen bei Obst und Gemüse zu beseitigen.
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Das Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, eine Vorrichtung vorzusehen, die einfach und kompakt ist.
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Das Ziel der Erfindung besteht außerdem darin, eine Vorrichtung vorzusehen, die kostengünstig ist.
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Das Ziel der Erfindung besteht darüber hinaus darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die mit Teilen umsetzbar ist, die im Handel verfügbar sind.
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Ferner besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die robust und widerstandsfähig bei sehr schwankenden Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen ist.
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Außerdem besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Verfahren bereitzustellen, das einfach anzuwenden ist und nur weit verbreitete und kostengünstige Datenverarbeitungsmittel erfordert.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren, das ohne Berücksichtigung der genauen Größe des untersuchten Obstes oder Gemüses verwendet werden kann.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren mit zuverlässigen Ergebnissen, um eine zuverlässige Sortierung der untersuchten Produkte zu ermöglichen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren, das bei Sortierlinien für Obst und Gemüse mit hoher Durchlaufgeschwindigkeit bei hoher Frequenz durchgeführt werden kann.
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Im gesamten Text werden als ”Obst oder Gemüse” Frischeerzeugnisse bezeichnet, die üblicherweise als solche verbraucht werden, einschließlich Pilze.
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Die Erfindung betrifft also eine Vorrichtung zum Aufspüren von Fehlerstellen bei Gegenständen, die aus Obst und Gemüse ausgewählt werden, ohne Beschädigung dieser Gegenstände, umfassend:
eine erste Quelle elektromagnetischer Strahlung in einer ersten Bandbreite, der so genannten unteren Bandbreite, mit Wellenlängen im Infrarotbereich,
eine zweite Quelle elektromagnetischer Strahlung in einer zweiten Bandbreite, der so genannten oberen Bandbreite, mit Wellenlängen im Infrarotbereich, wobei die obere Bandbreite nicht mit der unteren Bandbreite in Verbindung steht,
einen radiometrischen Sensor, der geeignet ist, eine elektromagnetische Strahlungsleistung, die von einer der ersten und zweiten Strahlungsquellen empfangen wird, in elektronische Signale umzuwandeln, die diese Leistung darstellen, wobei die Strahlungsquellen:
- • geeignet sind, jeweils ein elektromagnetisches Strahlenbündel zu erzeugen, das im Wesentlichen kollinear zu dem elektromagnetischen Strahlenbündel der anderen Strahlungsquelle ist,
- • in Richtung des radiometrischen Sensors angeordnet sind, so dass die Bündel in Richtung des radiometrischen Sensors gerichtet sind,
- • in einer Entfernung vom radiometrischen Sensor angeordnet sind, die mindestens dem maximalen Platzbedarf eines Gegenstands entspricht,
- • geeignet sind, damit mindestens einen Teil der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung einen Gegenstand durchdringt, der zwischen den Strahlungsquellen und dem radiometrischen Sensor angeordnet ist,
mindestens eine Kontrollvorrichtung der Strahlungsquellen, die geeignet ist, abwechselnd die erste Strahlungsquelle und die zweite Strahlungsquelle anzuschalten,
mindestens eine Vorrichtung zur Verarbeitung elektronischer Signale, - • die mit dem radiometrischen Sensor verbunden ist, um die von ihm gelieferten elektronischen Signale empfangen zu können,
- • die geeignet ist, einen Fehlerindex eines Gegenstands anhand der elektromagnetischen Strahlungsleistung, die durch den Gegenstand in der unteren Bandbreite übertragen wird, und anhand der elektromagnetischen Strahlungsleistung, die durch den Gegenstand in der oberen Bandbreite übertragen wird, zu erzeugen.
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Durch die Erfindung lässt sich somit eine kostengünstige und kompakte Vorrichtung erzielen.
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Der radiometrische Sensor ist vorzugsweise ein Infrarotsensor.
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Zwei elektromagnetische Strahlungsquellen, eine, die in der unteren Bandbreite und die andere, die in der oberen Bandbreite sendet, sind ausreichend. Daher können kostengünstige Infrarot-Lichtquellen, wie zum Beispiel LEDs, verwendet werden.
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Die LEDs weisen den Vorteil auf, dass sie enge Wellenlängenbereiche aussenden.
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Daher kann ein radiometrischer Sensor gemäß der Erfindung jedes technischen Typs ausgewählt werden, sofern er geeignet ist, um zumindest in der unteren Bandbreite und in der oberen Bandbreite eine elektromagnetische Strahlungsleistung zu messen. Ein einzelner Sensor kann insbesondere statt eines Matrixsensors verwendet werden, denn bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht erforderlich, ein Bild des Gegenstands zu erhalten.
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Die Prüfvorrichtung ist geeignet, um abwechselnd die eine und dann die andere der beiden elektromagnetischen Strahlungsquellen einzuschalten. Die beiden Strahlungsquellen werden also niemals gleichzeitig eingeschaltet.
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Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung erfolgen die Messungen der Durchlässigkeit einer elektromagnetischen Strahlung durch eine Frucht/Gemüse abwechselnd in jedem Wellenlängenbereich und nicht gleichzeitig.
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Daher erfordert eine Vorrichtung gemäß der Erfindung weder ein Spektroskop noch ein Spektrometer, wodurch der Platzbedarf, die Komplexität und die Kosten für Herstellung und Wartung einer derartigen Vorrichtung wesentlich gesenkt werden. Ohne Spektrometer ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls widerstandsfähig gegenüber den Temperaturbedingungen (sehr heiß im Sommer, sehr kalt im Winter) und starker Luftfeuchtigkeit, die in den Sortierbereichen für Obst und Gemüse herrschen.
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Die Vorrichtung zur Verarbeitung von elektronischen Signalen kann verschiedene Formen aufweisen: zum Beispiel eine Datenverarbeitungseinheit für eine oder mehrere Vorrichtungen gemäß der Erfindung, oder aber eine Datenverarbeitungseinheit zur Verwaltung anderer Automaten zusätzlich zu einer oder mehreren Vorrichtungen gemäß der Erfindung, zum Beispiel Automaten einer Förder- und Sortierstrecke für Obst/Gemüse. Ebenso können eine oder mehrere Ferndatenverarbeitungseinheiten diese Funktion gewährleisten.
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Die Vorrichtung zur Verarbeitung von elektronischen Signalen arbeitet auf der Grundlage eines Computerprogramms, das in einem Speicher abgespeichert ist.
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Die Verarbeitungsvorrichtung gewährleistet vorteilhafterweise die Funktion als Vorrichtung zur Kontrolle der Strahlungsquellen. Sie ist für die Automaten einer Sortierstrecke verantwortlich, aber sie synchronisiert ebenfalls die Einschaltfrequenz der Strahlungsquellen mit der Durchlaufgeschwindigkeit der Gegenstände.
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Die Erfinder haben ermittelt, dass es durch die Berechnung eines einfachen Fehlerindexes anhand der elektromagnetischen Strahlungsleistungen, die durch eine Frucht (oder ein Gemüse) in einer ersten Bandbreite und einer zweiten Bandbreite, die sich in ausreichendem Abstand von der ersten Bandbreite befindet, geleitet werden, möglich ist, ein sehr genaues Ergebnis über das Vorhandensein von Fehlerstellen in der Frucht (oder dem Gemüse) zu erhalten.
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Wenn daher für jede Obst-/Gemüsesorte geeignete obere und untere Bandbreiten gewählt werden, haben die Erfinder ermittelt, dass sich durch die Berechnung des Verhältnisses der durch das Obst/Gemüse übertragenen Leistungen das Vorhandensein von Fehlerstellen im Inneren, wie zum Beispiel überreife Bereiche oder Faulstellen, bestimmen lässt.
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Insbesondere ist es durch das Verhältnis der in der unteren Bandbreite und in der oberen Bandbreite übertragenen Leistungen möglich, die unterschiedlichen Größen bei einer Obst-/Gemüsereihe derselben Art unberücksichtigt zu lassen.
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Das Leistungsverhältnis erfolgt mit Hilfe von korrigierten Leistungen, das heißt einer Differenz zwischen der Leistung (die den Gegenstand durchquert), die von dem radiometrischen Sensor während des Einschaltens einer Strahlungsquelle gemessen wird, und der Leistung, die von dem radiometrischen Sensor ohne Einschalten einer Strahlungsquelle der Vorrichtung gemessen wird: das ist zum Beispiel eine Hintergrundstrahlung, wie zum Beispiel eine Beleuchtung in dem Gebäude, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung installiert ist.
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Zahlreiche Fehlerstellen befinden sich im Inneren (zum Beispiel in der Nähe der Kerne) des Obstes/Gemüses und werden von den Vorrichtungen zum Messen einer reflektierten Strahlung oder durch Fotografievorrichtungen nicht erkannt. Die Erfindung verwendet eine Messung der Fehlerstellen von Obst/Gemüse durch eine elektromagnetische Strahlungsleistung, mit der das Zentrum des Obstes/Gemüses geprüft werden kann und somit ein zuverlässiges Erkennen auch von den ganz im Innern gelegenen Fehlerstellen möglich ist.
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Deshalb ist die Verarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhafterweise ebenfalls geeignet, um den Fehlerindex eines Gegenstands mit mindestens einem vorgegebenen Wert zu vergleichen, um den Gegenstand entsprechend seinem Fehlerindex sortieren zu können.
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Die Verarbeitungsvorrichtung umfasst insbesondere einen oder mehrere vorgegebene Werte, die entsprechend der Qualitätsgrenzwerte der untersuchten Gegenstände gespeichert sind. Die vorgegebenen Wertebereiche gelten vorteilhafterweise jeweils für jede Obst- oder Gemüsesorte und hängen von der gewünschten Sortierung ab, was entsprechend der Kultur jeder Gesellschaft, den Anforderungen der Händler, usw. schwanken kann.
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Die elektromagnetischen Strahlungsquellen sind gemäß der Erfindung vorteilhafterweise geeignet, damit mindestens ein Teil der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung einen Gegenstand durchquert, der zwischen den elektromagnetischen Strahlungsquellen und dem radiometrischen Sensor angeordnet ist.
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Die Leistung der Strahlungsquellen wird insbesondere so ausgewählt, dass mindestens ein Teil der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung einen Gegenstand durchquert.
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Insbesondere ist die durchschnittliche Wellenlänge der unteren Bandbreite und der oberen Bandbreite gemäß der Erfindung vorteilhafterweise geeignet, damit mindestens ein Teil der von jeder der beiden Strahlungsquellen abgegebenen elektromagnetischen Strahlung einen Gegenstand durchquert.
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Insbesondere sind die Strahlungsquellen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise geeignet, eine elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich auszusenden.
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Insbesondere senden die Strahlungsquellen vorteilhafterweise im Nah-Infrarot. Entsprechend der zu untersuchenden Obst- oder Gemüsesorte können die Wellenlängen der Strahlungsquellen auch in anderen elektromagnetischen Bereichen gewählt werden, sofern das Verhältnis zwischen den beiden übertragenen Leistungen sich danach unterscheidet, ob das Obst/Gemüse gesund ist oder nicht.
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Ferner weisen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise die durchschnittliche Wellenlänge der oberen Bandbreite und die durchschnittliche Wellenlänge der unteren Bandbreite einen Abstand von mindestens 80 nm auf.
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Die Entfernung der Bandbreiten wird ausgewählt, um einen zuverlässigen Fehlerindex zu erhalten. Bei einer Obst-/Gemüsesorte kann man sich insbesondere auf zwei Spektrogramme stützen, die bei einer gesunden Frucht und bei einer Frucht mit einer Schadstelle durchgeführt werden. Vorteilhafterweise wird eine erste Bandbreite ausgewählt, die eine besonders markante Amplitudenänderung des Spektrogramms zwischen gesunder Frucht und beschädigter Frucht aufweist, und eine zweite Bandbreite, bei der die Amplitude des Spektrogramms zwischen den beiden Zuständen der Frucht wenig geändert ist, so dass das Verhältnis zwischen den beiden Werten entsprechend der Schadhaftigkeit der Frucht verändert wird.
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Die untere Bandbreite und die obere Bandbreite weisen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise einen Abstand von etwa 100 Nanometer (nm) auf.
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Ferner sind die Prüfvorrichtung und die Strahlungsquellen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise geeignet, damit die elektromagnetische Strahlungsleistung, die von jeder der Strahlungsquellen ausgeht, ohne Vorhandensein eines Gegenstands derselben Messung der elektromagnetischen Strahlungsleistung durch den radiometrischen Sensor entspricht.
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Wie das menschliche Auge weisen nämlich die meisten radiometrischen Sensoren entsprechend der Wellenlänge eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf. Es ist also erforderlich, diese Schwankung zu kompensieren, indem Strahlungsquellen mit geeigneter Leistung ausgewählt werden und ihre Stromversorgung angepasst wird, damit von dem radiometrischen Sensor ein- und dieselbe Leistungsmessung an die Verarbeitungsvorrichtung geschickt wird, wenn jede Quelle einzeln ohne eingelegtes Obst/Gemüse eingeschaltet wird.
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Jede Strahlungsquelle weist gemäß der Erfindung vorteilhafterweise mindestens eine lichtemittierende Diode (LED) auf, die in der unteren Bandbreite beziehungsweise in der oberen Bandbreite sendet.
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Die lichtemittierenden Dioden (LED) weisen mehrere Vorteile auf, zum Beispiel niedrige Kosten und eine Emission in einem engen Wellenlängenbereich. Sie sind ebenfalls sehr widerstandsfähig gegenüber extremen Umweltbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibrationen, usw.).
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Da ferner gemäß der Erfindung vorteilhafterweise jede Strahlungsquelle mehrere lichtemittierende Dioden (LEDs) aufweist, sind sämtliche LEDs im Wesentlichen in ein- und derselben Ebene angeordnet, wobei die LEDs, die in der unteren Bandbreite senden, in der Ebene mit den LEDs vermischt sind, die in der oberen Bandbreite senden, um im Wesentlichen identische Strahlenbündel zu bilden.
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Auf diese Art und Weise werden Strahlungsquellen erzielt, deren Sendestrahlen in Richtung und Form im Wesentlichen identisch sind und verwechselt werden würden, wenn sie gleichzeitig angeschaltet würden. Sie sind im Wesentlichen kollinear. Die optische Weglänge der Strahlung der unteren Bandbreite und der Strahlung der oberen Bandbreite bei jeder Frucht/jedem Gemüse ist daher im Großen und Ganzen dieselbe. Der von dem radiometrischen Sensor gemessene Leistungsunterschied zwischen unterer Bandbreite und oberer Bandbreite beruht also nicht auf einem Unterschied bei der Beleuchtung oder des Lichtwegs durch den Gegenstand.
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Ferner wird so eine einzige Lichtquelle gebildet, die abwechselnd in der unteren Bandbreite und in der oberen Bandbreite ausstrahlen kann. Die Versorgung wird durch die Kontrollvorrichtung überprüft, insbesondere wenn es erforderlich ist, die LEDs, die in der unteren Bandbreite senden, mit einer anderen elektrischen Leistung zu speisen als die LEDs, die in der oberen Bandbreite senden (um denselben elektromagnetischen Leistungswert zu erhalten, der von dem radiometrischen Sensor ohne Last gemessen wird). Eine auf diese Weise gebildete Quelle ist auch besonders kompakt.
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Ferner sind die LEDs gemäß der Erfindung vorteilhafterweise oval angeordnet.
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Diese Form ist besonders vorteilhaft, wenn Obst/Gemüse nacheinander zwischen den Strahlungsquellen und dem radiometrischen Sensor vorbeiziehen und einer Erkennung der Fehlerstellen unterzogen werden. In diesem Fall sind die LEDs in ovaler Form senkrecht zu der Durchlaufrichtung des Obstes/Gemüses angeordnet, um verfälschte Messungen auf den Vorder- und Rückseiten des Obstes/Gemüses in Bewegungsrichtung zu vermeiden.
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Der radiometrische Sensor und die elektromagnetischen Strahlungsquellen sind gemäß der Erfindung vorteilhafterweise jeweils zu beiden Seiten einer Fördervorrichtung für Gegenstände angeordnet.
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Mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die auf einer Fördervorrichtung angeordnet ist, lässt sich eine Sortierung des durchlaufenden Obstes/Gemüses entsprechend ihres Fehlerindexes durchführen.
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Jede Strahlungsquelle umfasst gemäß der Erfindung vorteilhafterweise eine konvergente optische Vorrichtung, um die elektromagnetische Strahlung der Quelle auf einem Gegenstand zu fokussieren.
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Insbesondere ist eine einzelne konvergierende Optik vorteilhafterweise zwischen den beiden elektromagnetischen Strahlungsquellen einerseits und dem Gegenstand andererseits angeordnet. Somit fokussiert ein- und dieselbe optische Vorrichtung (zum Beispiel eine konvergierende Linse) die elektromagnetische Strahlung der ersten Quelle und die elektromagnetische Strahlung der zweiten Quelle, so dass die Lichtwege der von der ersten Quelle ausgehenden Strahlung und der von der zweiten Quelle ausgehenden Strahlung zwischen jeder Quelle und dem radiometrischen Sensor im Wesentlichen identisch sind.
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Außerdem sind die Verarbeitungsvorrichtung, die Kontrollvorrichtung und die Strahlungsquellen gemäß der Erfindung vorteilhafterweise geeignet, damit mehrere Messungen der Durchlässigkeit der elektromagnetischen Strahlung für jeden Gegenstand in der unteren Bandbreite und in der oberen Bandbreite durchgeführt werden können.
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Durch das mehrmalige Messen der Strahlung, die nacheinander in jedem Wellenlängenbereich durch ein- und denselben Gegenstand übertragen wird, lässt sich die Erkennung der Fehlerstellen verbessern. Bei jeder Messreihe können abweichende Werte auftauchen, die entfernt werden können, wenn mehrere Messungen erfolgen (zum Beispiel durch eine Varianzberechnung). Ein Durchschnitt der richtigen Werte kann berechnet werden und der Fehlerindex lässt sich anhand dieser Durchschnittswerte für jeden Wellenlängenbereich berechnen.
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Die Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Erkennen von Schadstellen und Faulstellen bei Gegenständen, die aus dem Obst und Gemüse ohne Beschädigung dieser Gegenstände ausgewählt werden, wobei entweder:
mindestens eine erste Messung der Leistung der elektromagnetischen Strahlung, die durch einen Gegenstand geleitet wird, durch eine Strahlung, die in einer ersten Bandbreite, der so genannten unteren Bandbreite, von Wellenlängen im Infrarotbereich ausgesendet wird, durchgeführt wird,
oder mindestens eine zweite Messung der Leistung der elektromagnetischen Strahlung, die durch einen Gegenstand geleitet wird, durch eine Strahlung, die in einer zweiten Bandbreite, der so genannten oberen Bandbreite, von Wellenlängen im Infrarotbereich ausgesendet wird, die von der unteren Bandbreite getrennt ist, durchgeführt wird, und wobei ein Fehlerindex des Gegenstands aufgrund der ersten und der zweiten Leistungsmessung erstellt wird.
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Der Fehlerindex ist gemäß der Erfindung vorteilhafterweise ein Verhältnis einer ersten Funktion, der so genannten unteren Funktion, der ersten Strahlungsleistung im Vergleich zu einer Funktion, der so genannten oberen Funktion, der zweiten Strahlungsleistung.
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Insbesondere sind die untere und die obere Funktion gemäß der Erfindung vorteilhafterweise der gleichen Art.
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Insbesondere sind die Koeffizienten der unteren und der oberen Funktion gemäß der Erfindung vorteilhafterweise affin.
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Die Steigung ist vorteilhafterweise gleich eins, und der y-Achsenabschnitt ist ein gemessener Wert einer Hintergrundstrahlung ohne Last, das heißt ohne Einschalten der Strahlungsquellen, in Gegenwart eines standardmäßigen Gegenstands.
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Ferner wird der Fehlerindex gemäß der Erfindung vorteilhafterweise mit mindestens einem vorgegebenen Wert verglichen, um den Gegenstand in Abhängigkeit von seinem Fehlerindex sortieren zu können.
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Somit kann das Obst/Gemüse, das einem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird, nach verschiedenen Qualitätskategorien sortiert werden.
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Insbesondere wird gemäß der Erfindung vorteilhafterweise jeder vorgegebene Wert empirisch anhand von Messungen an den standardmäßigen Gegenständen festgelegt.
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Die vorgegebenen Werte, die dem jeweiligen Grad der Beschädigung der Gegenstände entsprechen, können empirisch durch standardmäßige Gegenstände festgelegt werden, das heißt gesundes Obst/Gemüse und absichtlich verschieden stark beschädigtes Obst/Gemüse, um als Referenzwerte zu dienen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch diese standardmäßigen Gegenstände geeicht.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorteilhafterweise elektromagnetische Strahlungsquellen ausgewählt, die im Infrarotbereich ausstrahlen.
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Daher werden gemäß der Erfindung vorteilhafterweise die untere und die obere Bandbreite so ausgewählt, dass ihre durchschnittlichen Wellenlängen einen Abstand von mindestens 80 nm aufweisen.
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Außerdem wird die Versorgungsleistung jeder elektromagnetischen Strahlungsquelle ausgewählt, damit bei einem nicht vorhandenen Gegenstand der radiometrische Sensor für jede der beiden elektromagnetischen Strahlungsquellen dieselbe elektromagnetische Strahlungsleistung misst. Auf diese Weise wird die Differenz bei der Empfindlichkeit des Sensors entsprechend der Wellenlänge korrigiert.
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Die Fehlererkennung wird gemäß der Erfindung vorteilhafterweise an Gegenständen durchgeführt, die nacheinander auf einer Fördervorrichtung durchlaufen.
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Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich also Obst/Gemüse sortieren, das mit hoher Geschwindigkeit auf einer Fördervorrichtung durchläuft, entsprechend ihres Grades der Beschädigung sortieren: insbesondere entsprechend ihres Reifegrades oder ihres Anteils an inneren und äußeren Fehlerstellen, wobei die Fehlerstellen dem Obst/Gemüse eigene Fehlerstellen sind, insbesondere Schadstellen oder Faulstellen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere jede elektromagnetische Strahlungsquelle mehrmals während des Durchlaufs eines Gegenstands angeschaltet und ausgeschaltet, um mehrere Messungen der elektromagnetischen Strahlungsleistung in jedem Wellenlängenbereich zu erhalten. Die Messungen mit dem größten Abstand (die als Ausreißer gelten) werden entfernt, dann wird ein Durchschnitt der Werte in jeder Bandbreite erstellt. Die Berechnung des Fehlerindexes erfolgt anhand dieser Durchschnitte der Werte in jedem Wellenlängenbereich.
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Die Einschaltzeit jeder Strahlungsquelle und die Dunkelzeit zwischen den aufeinander folgenden Einschaltungen der beiden Arten von Quellen werden so gewählt, dass sie wesentlich kürzer sind als die Durchlaufzeit jedes Gegenstands zwischen dem radiometrischen Sensor und den Strahlungsquellen. Somit ist der Lichtweg der Strahlung in der unteren Bandbreite im Wesentlichen identisch mit dem Lichtweg der Strahlung in der oberen Bandbreite, da der Gegenstand sich nur sehr wenig zwischen den aufeinander folgenden Einschaltungen der beiden Strahlungsquellen bewegt.
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Ferner wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise auch die Leistung der Hintergrundstrahlung gemessen, das heißt, die von dem radiometrischen Sensor empfangene Strahlung, während die Strahlungsquellen ausgeschaltet sind (und vorteilhafterweise in Gegenwart eines Gegenstands), und während der Einschaltung der einzelnen Strahlungsquellen von der Messung der empfangenen Strahlungsleistung ausgenommen.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung und ein Verfahren, die in Kombination durch alle oder einige der weiter oben oder weiter unten genannten Merkmale gekennzeichnet sind.
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Andere Zwecke, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung ersichtlich, die ohne Anspruch auf Vollständigkeit erfolgt und die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, wobei:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erkennen von Fehlerstellen bei Gegenständen ist, die aus dem Obst und Gemüse ohne Beschädigung dieser Gegenstände gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgewählt wurden,
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2 eine schematische Darstellung von vorne von elektromagnetischen Strahlungsquellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 ein Funktionsschema einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in 1 dargestellt. Ein Gegenstand 6, der ein Apfel ist, ist auf einem Träger 8 seitlich zwischen einer Beleuchtungsvorrichtung 7 und einem radiometrischen Sensor 3 angeordnet.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 7 umfasst mehrere lichtemittierende Dioden (LEDs) 1, die in einer ersten Bandbreite, der so genannten unteren Bandbreite, von Wellenlängen, die eine durchschnittliche Wellenlänge von 780 nm und eine Breite von etwa 25 nm (bis zu 50% der maximalen Intensität) bei einer LED vom Type SMB780-1100-02-I des Herstellers Epitex Inc. aufweisen, ausstrahlen.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 7 umfasst ebenfalls mehrere LEDs 2, die in einer zweiten Bandbreite, der so genannten oberen Bandbreite, von Wellenlängen, die eine durchschnittliche Wellenlänge von 880 nm und eine Breite von etwa 50 nm (bis zu 50% der maximalen Intensität) bei einer LED vom Type SMB880-1100-01-I des Herstellers Marubeni America Corporation aufweisen, ausstrahlen.
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Die LEDs 1 der unteren Bandbreite und die LEDs 2 der oberen Bandbreite sind in der Ebene des Trägers 9 der Beleuchtungsvorrichtung abwechselnd angeordnet, um elektromagnetische Strahlenbündel zu bilden, die im Wesentlichen kollinear sind, damit der Lichtweg in dem Obst im Wesentlichen identisch ist bei der Strahlung jedes Wellenlängenbereichs.
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Wie auf 2 dargestellt, sind die LEDs 1 der unteren Bandbreite und die LEDs 2 der oberen Bandbreite auf demselben Träger 9 nach im Allgemeinen ovalen Mustern verteilt, die sich in einer senkrechten Richtung zu der Durchlaufrichtung des Obstes 6 erstrecken. Die LEDs 1, 2 sind insbesondere gemäß zwei konzentrischen Ovalen verteilt.
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In diesem Muster sind die LEDs 1, die in der unteren Bandbreite ausstrahlen, und die LEDs 2, die in der oberen Bandbreite ausstrahlen, räumlich auf der Ebene des Trägers 9 vermischt, um im Wesentlichen kollineare Bündel zu bilden. In 2 sind die LEDs 1 in der unteren Bandbreite weiß dargestellt, und die LEDs 2 in der oberen Bandbreite sind schwarz dargestellt.
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Es ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft, zahlreiche LEDs mit kleinen Abmessungen anzuordnen, wobei die verschiedenen Arten von LEDs gemischt werden, um möglichst ähnliche Bündel in der unteren Bandbreite und in der oberen Bandbreite zu erhalten.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 7 weist vorteilhafterweise Abmessungen in Vorderansicht von 50 mm × 50 mm auf, um Äpfel zu untersuchen, deren Abmessungen im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa 75 mm aufweisen. Wenn daher eine Beleuchtungsvorrichtung 7 mit Abmessungen gewählt wird, die etwa geringer sind als die untersuchten Gegenstände, vergewissert man sich, dass die von dem radiometrischen Sensor 3 erkannte Strahlung eine Strahlung ist, die den Gegenstand durchdringt. Die Stromversorgung der LEDs 1, 2 der Beleuchtungsvorrichtung 7 wird durch einen Schalter 4 gesteuert, der von einem Prozessor 5 gesteuert wird. Der Prozessor 5 und der Schalter 4 gewährleisten die Funktion als Kontrolleinheit der LEDs.
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Der radiometrische Sensor 3 ist gegenüber dem Obst 6 so angeordnet, dass er nur die elektromagnetische Strahlung der Beleuchtungsvorrichtung 7 empfängt, die durch das Obst geleitet wurde. Der radiometrische Sensor 3 empfängt auch eine Hintergrundstrahlung, die während des Ausschaltens der Strahlungsquellen gemessen wird und während des Einschaltens der LEDs 1, 2 von den Messungen ausgenommen wird.
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Der radiometrische Sensor 3 ist vom Typ 52387-1010R des Herstellers Hamamatsu, und seine Empfindlichkeit beträgt mehr als 10,4% in der oberen Bandbreite (880 nm) im Vergleich zur unteren Bandbreite (780 nm). Die LEDs 2 der oberen Bandbreite und die LEDs 1 der unteren Bandbreite werden also bei einer einstellbaren Leistung gespeist, um diese Differenz bei der Empfindlichkeit des radiometrischen Sensors zu korrigieren. Daher werden die LEDs 1 der unteren Bandbreite bei einer Intensität zwischen 0,8 und 1,6 Ampere gespeist, und die LEDs 2 der oberen Bandbreite werden ebenfalls bei einer Intensität zwischen 0,8 und 1,6 Ampere gespeist, wobei die Einspeisungsintensität jeder LED-Gruppe einstellbar ist.
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Der Prozessor 5 gewährleistet die Funktion als Verarbeitungseinheit der Daten, die von dem radiometrischen Sensor 3 empfangen werden.
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Daher wechseln sich gemäß dem Funktionsschema der 3 während des Durchlaufs einer Frucht 6 zwischen der Beleuchtungsvorrichtung 7 und dem radiometrischen Sensor 3 mehrere Schritte 11 der Einschaltung der LEDs 1 der unteren Bandbreite und der Erfassung der Messung der von dem radiometrischen Sensor 3 empfangenen Leistung mit mehreren Schritten 12 der Einschaltung der LEDs 2 der oberen Bandbreite und der Erfassung der Messung der von dem radiometrischen Sensor 3 empfangenen Leistung ab.
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Zwischen jeder Ausschaltung wird eine Messung der Hintergrundleistung, die von dem radiometrischen Sensor 3 empfangen wird, erfasst.
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In dem folgenden Schritt 13 werden sämtliche in der unteren Bandbreite erfassten Werte analysiert und abweichende Werte werden entfernt. Die Erfinder haben festgelegt, dass die Analyse besonders zuverlässig ist, wenn der niedrigste Wert der Serie gewählt wird.
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In Schritt 14 erfolgt dieselbe Auswahl für die in der oberen Bandbreite erfassten Werte.
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In Schritt 15 wird der gemessene Wert der Grundleistung von dem in Schritt 13 in der unteren Bandbreite berechneten oder berücksichtigten Wert abgezogen.
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In Schritt 16 wird der gemessene Wert der Grundleistung von dem in Schritt 14 in der oberen Bandbreite berechneten oder berücksichtigten Wert abgezogen.
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In Schritt 17 wird das Verhältnis des Ergebnisses des Schritts 16 durch das Ergebnis des Schritts 15 dividiert. Auf diese Weise wird ein Fehlerindex erhalten, der in Schritt 18 mit den vorgegebenen Grenzwerten, die in einem Speicher registriert sind, verglichen wird.
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Die Grenzwerte wurden durch empirische Messungen an gesundem Obst und an gesundem Obst, das absichtlich kontrolliert beschädigt wurde (zum Beispiel durch Mikrowellen), vorher festgelegt.
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Der Träger 8 der Frucht 6 ist vorteilhafterweise ein Träger 8 einer Fördervorrichtung, die eine große Menge des Obstes 6 nacheinander transportiert. Die Einschalthäufigkeit der LEDs 1, 2 wird vorteilhafterweise an die Durchlaufgeschwindigkeit des Obstes 6 angepasst. Hierfür kann die Verarbeitungseinheit 5 der Signale des radiometrischen Sensors 3 auch die Funktion der Kontrolle der Förderkette der Fördervorrichtung sowie der Sortierung des Obstes aufgrund des Fehlerindexes, der anhand der Messungen der Durchlässigkeit berechnet wird, übernehmen. Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit des Obstes 6 von etwa 1 Meter pro Sekunde, zum Beispiel, wird eine Einschalthäufigkeit der einzelnen Strahlungsquellen von etwa 640 Hertz gewählt. Es lassen sich also etwa 64 Messungen in jedem Wellenlängenbereich für jede Frucht 6 durchführen.
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Die Erfindung kann zahlreiche andere Ausführungsformen aufweisen, die nicht dargestellt sind.
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Zum Beispiel kann es sich um andere Lichtquellen als LEDs handeln, sofern sie jeweils in einem engen elektromagnetischen Bereich ausstrahlen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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