DE1075326B - Verfahren und Vorrichtung zur auto matischen elektronischen Sortierung von Gutern - Google Patents

Description

Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung entsteht der Wunsch, Güter, insbesondere kontinuierlich erzeugte, wie Rohre, Bleche, Textilien od. dgl., auf ihre Abmessungen hin zu überwachen und in vorgegebenen Größenbereichen zu sortieren. Es ist bekannt, derartige Überwachungen mit optischen und elektrischen Mitteln durchzuführen. Dabei wird die jeweilige Abmessung, Breite, Länge oder Dicke irgendwie angezeigt und gibt dem Arbeiter die Möglichkeit, bei Überschreiten vorgegebener Toleranzen einzugreifen.

So ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher mit Hilfe zweier Fernsehaufnahmekameras die Breite eines langgestreckten, bewegten Gutes dadurch angezeigt werden kann, daß aus dem Bildsignal durch Differentiation Impulse zur relativen Verschiebung der Kameras abgeleitet werden und diese relative Verschiebung angezeigt wird. Mit dieser Einrichtung ist lediglich eine Anzeige der Breite des Gutes möglich. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, daß zur Bewegung der Kamera umfangreiche mechanische und elektrische Mittel (Leitspindeln, Motore usw.) benötigt werden.

Es ist fernerhin auch bekannt, mit Hilfe von Fotozellen u. dgl. Güter nach ihrer Länge zu sortieren, wobei komplizierte Koinzidenzschaltungen verwendet werden.

Es war bisher jedoch noch nicht möglich, eine Aussortierung von beispielsweise kontinuierlich gefertigten Gütern nach ihren jeweiligen Breitenabmessungen automatisch durchzuführen, während gleichzeitig das Gut direkt oder an entfernten Stellen visuell beobachtet werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Sortiereinrichtung zu schaffen, bei welcher das zu sortierende Gut durch eine Fernseheinrichtung beobachtet wird, seine Abmessungen gemessen und durch Ableitung elektrischer Größen aus dieser Fernseheinrichtung automatisch in Abhängigkeit vom Ergebnis der Messungen-das· Gut nach-vorgegebenen Merkmalen sortiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur automatischen elektronischen Sortierung von Gütern nach ihren Abmessungen, vorzugsweise nach der Breite, dadurch gelöst, daß die berührungslose Messung der verschiedenen Dimensionen mittels einer (oder zweier) Fernsehkamera(s) in bekannter· Art so durchgeführt wird, daß eine Abtastrichtung der- Bildaufnahmeröhre (n) mit der zu messenden Ausdehnung parallel verläuft, hierauf aus dem Bildsignal in an sich bekannter Weise durch Differentiation desselben Nadelimpulse gewonnen werden, die in Reihe geschaltete Univibratoren anstoßen, so daß je nach Dauer der Rechteckimpulse, die von den einzelnen Verfahren und Vorrichtung

zur automatischen,
elektronischen Sortierung von Gütern

Anmelder:

Max Grundig,
Fürth (Bay.), Kurgartenstr. 37

Dipl.-Phys. Walter Mayex, Fürth (Bay.),
ist als Erfinder genannt worden

Univibratoren in zeitlicher Aufeinanderfolge geliefert werden, den Univibratoren zugeordnete Torschaltungen wirksam werden, die dann weitere Steuerungsmittel derart zum Ansprechen bringen, daß das gemessene Gut je nach seiner Abmessung, vorbestimmten Ausgängen oder Ablagen der Anlage zugeführt wird.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen elektronischen Sortierverfahrens wird an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Figuren, welche eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zeigen, näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild;

Fig. 2 zeigt die einzelnen erzeugten und benötigten Impulse sowie ihren zeitlichen Zusammenhang; in

Fig. 3 ist das Impulsschema einer Sicherungseinrichtung zur Verhinderung von Doppelauslösungen dargestellt.

Es ist beispielsweise die Aufgabe zu lösen, aus kontinuierlich erzeugten Gütern, die unter Umständen in bestimmte Längen geschnitten sein können, diejenigen Stücke auszusortieren, die unterhalb einer Mindestabmessung liegen, und ebenso solche, die oberhalb einer maximalen Abmessung liegen. Innerhalb dieses Toleranzbereiches soll eine weitere Sortierung nach mehreren, beispielsweise drei, verschiedenen Abmessungen durchgeführt werden. Dazu wird eine Fernsehaufnahmeeinrichtung derart angebracht, daß das Bild des zu untersuchenden Gutes derart abgebildet wird, daß die zu überprüfende und als Kriterium für die Sortierung dienende Abmessung in Richtung einer Abtastung, z. B. der Zeilenabtastung des Bildes, auf dem Bildschirm dargestellt wird. Prinzipiell ist es auf diese Art möglich, Längen, Breiten oder Dicken als Maß für die Sortierung zu verwenden. Dabei ist durch geeignete Beleuchtung dafür Sorge zu

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tragen, daß der Helligkeitsunterschied zwischen Gut und Umgebung möglichst kontrastreich ist.

Im folgenden sei angenommen, daß die zu untersuchende Abmessung des Gutes die Breite sei. Dazu wird das zu kontrollierende und zu sortierende Gut durch geeignete Aufstellung der Kamera in eine solche relative Lage zur Fernsehabtasteinrichtung gebracht, daß die zu messende Breite in die Richtung der Zeilenschreibung bei der Fernsehabtastung fällt. Dabei erhält man Impulse, deren zeitliche Dauer ein direktes Maß für die gesuchte Breite ist. Es läßt sich somit die Breitenmessung berührungslos durchführen und auf eine Zeitmessung zurückführen. Die Genauigkeit der Messung hängt dabei vom Auflösungsvermögen der Aufnahmeapparatur, von der Linearität und Konstanz der Zeitablenkung usw. ab. Bei jeder abgetasteten Zeile liefert nun das zu untersuchende Gut, durch seine Abbildung auf der Fernsehbildaufnahmeröhre, praktisch einen rechteckförmigen Impuls. Die zeitliche Dauer des Impulses ist ein Maß für die geometrische Ausdehnung des zu untersuchenden Körpers. Ein seitliches Schwanken oder Ausweichen des Gutes stört dabei die Messung dann nicht, solange die Breitenausdehnung konstant bleibt, da dann die zeitliche Dauer der Impulse ebenfalls unverändert bleibt.

In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer derartigen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen \⁷erfahrens dargestellt. Dabei bedeutet 1 die Fernsehaufnahmekamera. In der Stufe 2 wird das von der Kamera gelieferte rechteckförmige Signal differenziert, wodurch sich ein positiver Nadelimpuls zu Beginn und ein negativer Nadelimpuls am Ende des Bildsignals ergibt. In der Stufe 3 erfolgt in an sich bekannter Weise eine Verteilung der positiven und negativen Impulse. Der positive Impuls wird einem Univibrator 4 zugeführt und stößt diesen an. Die Impulsbreite dieses ersten und auch der folgenden Univibratoren wird in bekannter Weise durch Laufzeitglieder oder ähnliche Einrichtungen konstant gehalten. Die zeitliche Dauer des Rechteckimpulses, der vom Univibrator geliefert wird, entspricht in Fig. 2 der Entfernung von der Kante A des Bildsignals bis zur Markierung B₁. Der Impuls wird nun einer Torschaltung 8 zugeführt. Dadurch wird für die Dauer des Impulses das Tor 8 geöffnet, so daß ein in diesem Zeitintervall einfallender beliebiger negativer Impuls ungehindert passieren könnte. Aus der Stufe 3 werden dazu die der Hinterkante des Bildsignals entsprechenden negativen Nadelimpulse einer Impulsformerstufe 7 zugeführt. Die Bedeutung dieser Impulsformerstufe 7 wird später näher erläutert. Von dieser Stufe werden die umgeformten negativen Impulse den Torschaltungen 8, 9,10 usw. zugeführt. Sobald der der Hinterkante des Bildsignals entsprechende negative Impuls in einem der Impulsdauer des ersten Univibrators 4 entsprechenden Zeitintervall an die Stufe 7 und von dort an die Torschaltungen kommt, wird er durch das Tor 8 der Integrierstufe 14, deren Bedeutung ebenfalls später näher erläutert wird, zugeführt und steuert von dort aus die weiteren zur Aussortierung notwendigen mechanischen oder dergleichen Einrichtungen 17. Dieser Vorgang würde eintreten, sobald das zu untersuchende Gut in seiner Abmessung kleiner ist als die Entfernung ^iS₁. Zu dem Zeitpunkt, der der Entfernung B₁ entspricht, wird der Univibrator 5 angestoßen. Dies erfolgt durch einen negativen Impuls, der durch Differentiation des vom Univibrator 4 gelieferten Impulses gewonnen wird. Der Rechteckimpuls des Univibrators 5 schließt sich zeitlich exakt an das Ende des Impulses des Univibrators 4 an. Unter Umständen ist es jedoch möglich oder auch nötig, zwischen dem Ende des ersten Impulses und dem Beginn des vom nächsten Univibrator gelieferten Rechteckimpulses einen gewissen Sicherheitsabstand einzufügen. Derselbe Vorgang, wie vorher beschrieben, wiederholt sich nun mit dem Impuls des Univibrators 5 und der Torschaltung 9. Fällt der das Ende der Breite anzeigende negative Impuls in das Zeitintervall, das der Entfernung AB₁+B₁ bis B₂ entspricht, dann wird der

ίο zweite Ausgang betätigt. Wenn vorausgesetzt wird, daß Güter, deren Breite geringer als das erste Intervall ist, Ausschuß sind, ist es nun möglich, die gewünschten und noch verwendbaren Güter in bestimmte Klassen der Gruppen einzuteilen. Als einwandfrei gelten beispielsweise diejenigen Stücke, deren Breite in den Toleranzbereichen B₂ bis B_z fällt. Es sei ein Zahlenbeispiel genannt: Angenommen, es sollen alle Werkstücke aussortiert werden, deren Breite zwischen 14 und 15 cm, zwischen 15 und 16 cm und zwischen 16

ao und 17 cm liegen, während alle anderen Abmessungen geringer als die unterste Klasse oder größer als die oberste Klasse sind, zum Ausschuß gezählt werden sollen. Ein Stück mit der Breite 14,5 cm würde also dann einen negativen Impuls während der Impulsdauer des zweiten Univibrators 5 bewirken, so daß über die Torschaltung 9 und die Integrierschaltung 15 die Sortiereinrichtung 17 derart zur Wirkung gebracht wird, daß das eben untersuchte Stück in dem betreffenden S or tier ausgang »14 bis 15 cm« gebracht wird.

Je nach Maßgabe der Anzahl der auszusortierenden Toleranzbereiche lassen sich nun eine beliebige Anzahl von Univibratoren und zugeordneten Torschaltungen in der geschilderten Weise aneinanderreihen. Es entspricht dabei jedem Univibratorimpuls, der somit im Zeitmaßstab durch seine Dauer einen Breitenmaßbereich verkörpert, eine zugeordnete Torschaltung, die für die Impulsdauer den negativen Nadelimpuls, der die Rückflanke des Meßimpulses markiert und allen Torschaltungen zugleich zugeführt wird, freigibt. Diejenige der Torschaltungen, die für die Rückflanke des Meßimpulses geöffnet ist, gibt den Breitenbereich an, in dem das Meßgut liegt. Die Apparatur hat also, wie beschrieben, eine bestimmte Anzahl von Ausgängen, die der Anzahl der geforderten Maßbereiche für die Sortierung entspricht. Um Güter, deren Abmessungen größer sind als alle wünschenswerten, auszusortieren, wird vom letzten Univibrator eine Steuerstufe 11 erregt, die einen Impuls an die Stufe 12 liefert, wobei diese Stufe 12 von der Stufe 3 mit dem negativen, das Ende des Signalimpulses kennzeichnenden Nadelimpuls versorgt wird. Durch geeignete Ausbildung der Stufen 11 und 12 ist es möglich, in dem Fall, daß der negative Impuls nicht während der vorhergehenden Univibratorzeiten angelangt ist, eine Signaleinrichtung oder Warneinrichtung od. dgl. 13 in Betrieb zu setzen.

In der Fig. 2 sind die einzelnen Impulse in ihrer

zeitlichen Abhängigkeit aufgezeichnet. Der Impuls a ist der von der Fernsehkamera 1 gelieferte Bildimpuls.

Die Impulse b kennzeichnen die durch die Differen-

tiation gewonnenen positiven und negativen, der Anstiegsflanke und der Abfallflanke des Bildimpulses entsprechenden Nadelimpulse. In c ist der durch Anstoßen des Univibrators 4 bewirkte Impuls gezeichnet. In der Zeile d ist jener negative Impuls dargestellt, der durch die Differentiation des Impulses c gewonnen wird und den Inivibrator 5 anstößt. Zeile e und f sowie g und k entsprechen dann, den jeweils folgenden Univibratoren. In der Zeile i ist der Impuls dargestellt, der das Tor 12 zur Erregung der Signalanlage 13 öffnet. Dieses Tor 12 wirkt auch dann', wenn in der ganzen Zeilen-

schreibdauer kein negativer Impuls erscheint, d. h. daß nur eine Kante des zu beobachtenden Gutes im Bildfeld sichtbar ist. Die Stufe 11 gibt einen Impuls an die Stufe 12, der dann 13 erregt, wenn die Stufe 12 vorher, d. h. in der ganzen Impulszeit aller Univibratoren, noch nicht durch einen negativen Impuls gesperrt wurde.

Es wäre prinzipiell auch möglich, daß der negative Nadelimpuls gerade dann an die Torschaltungen kommt, wenn das Ende der Schwingzeit eines Univibrators und der Beginn der Schwingzeit eines nachfolgenden zweiten Univibrators eingetreten ist. Durch unzulässige Breite des negativen Impulses wäre es möglich, daß dieser durch zwei Tore durchgelassen wird und somit eine Doppelauslösung stattfindet. Diese Schwierigkeit läßt sich gegebenenfalls dadurch beheben, daß zwischen den beiden Univibratorimpulsen eine Zeitdauer verstreicht, die größer ist als die mögliche Breite des negativen Impulses. Diese Möglichkeit ist jedoch nur dann gegeben, wenn die Toleranz der Breitenmeßbereiche relativ groß ist. Es kann auch eine mechanische oder elektrische oder dergleichen gegenseitige Verriegelung der Sortierausgänge vorgesehen werden. Soll die Meßgenauigkeit gesteigert werden, dann ist es zweckmäßig, eine Impulsformerstufe 7 vor die Eingänge der Torschaltungen 8, 9 und 10 usw. zu setzen, in welcher der negative Nadelimpuls zu einem sehr spitzen dreieckigen Impuls gestaltet wird. In Fig. 3 wird gezeigt, wie dadurch und weiteres dadurch, daß die Torschaltungen 8, 9 und 10 usw. nur für einen kleinen, genau definierten Amplitudenbereich des negativen Signals durchlässig sind, eine große Sicherheit erreicht wird. In der Fig. 3, Zeile a, ist der Impuls eines vorhergehenden Univibrators dargestellt, in der Zeile b ein davon abgeleiteter negativer Steuerimpuls, der den nächsten Univibrator anstößt. Dessen Impuls ist in der Zeile c dargestellt. Dadurch, daß der negative, aus dem Bildsignal abgeleitete Steuerimpuls d zeitlich derart liegt, daß er sowohl mit einem Teil in die vorhergehende Impulszeit als auch mit seinem anderen Teil in die nächstfolgende Impulszeit fälllt, wäre, wie oben beschrieben, eine Doppelauslösung möglich. Dadurch, daß der Impuls durch die Impulsformerstufe 7 entsprechend zu einem sehr steilen Dreieck verformt und die nachfolgenden Torschaltungen nur für die Maximalamplitude öffnen, ist es möglich, die Anordnung so einzustellen, daß jeweils unbedingt ein und nur ein Tor den Impuls durchläßt. Die Fig. 3 zeigt, daß zu dem Zeitpunkt der dem Ende des ersten Univibratorimpulses entspricht, der Steuerimpuls d noch nicht die größte negative Amplitude erreicht hat. Es wird also das dem ersten Univibrator zugeordnete Tor für den Impuls noch nicht geöffnet. Erst jenes Tor, in dessen Öffnungsdauer die Maximalamplitude fällt, läßt den Impuls durch und ermöglicht eine Auslösung der zugeordneten Sortiereinrichtung.

Die Breite des Gutes an einer bestimmten Stelle seiner Längenausdehnung wird so oft gemessen, als Zeilen in der Zeit abgetastet werden, in welcher diese Stelle durch das Bildfeld wandert. Bei jeder Zeilenabtastung würde theoretisch der Sortiermechanismus einmal ausgelöst werden, was unter Umständen unerwünscht ist. Es sind geeignete Maßnahmen vorzusehen, die sicherstellen, daß nur dann der Sortiermechanismus in Tätigkeit tritt, wenn tatsächlich das untersuchte Stück über seine Fertigungslänge in einen bestimmten Breitenbereich fällt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Ausgänge der Torschaltungen 8, 9,10 usw. jeweils mit Integrierschaltungen 14,15 bzw. 16 usw. verbunden sind, deren Zeitkonstante jeweils so groß gewählt ist, daß sie erst nach Eintreffen einer Anzahl von Impulsen, die größer ist als die Anzahl der Zeilen, den Weg zur Sortiereinrichtung 17 freigeben. Dabei läßt sich eine gewisse Abhängigkeit von der Länge der zu untersuchenden Güter einstellen. Durch Veränderung der Zeitkonstante hat man es in der Hand, kleinere Fehler, die nur einen Bruchteil der Längenausdehnung betreffen, unberücksichtigt zu lassen oder gegebenenfalls auszusortieren. Bei der Einstellung der Zeitkonstante ist natürlich auch auf die Vorschubgeschwindigkeit, die verlangte Genauigkeit usw. Rücksicht zu nehmen.

Oft kann es auch zweckmäßig sein, nur eine Zeile zu schreiben. Das kann z. B. nach dem Verfahren des sogenannnten »Flying spot« erfolgen. Durch eine geeignete Einstellung der Abtastgeschwindigkeit läßt sich eine weitestgehende Anpassung an die Vorschubgeschwindigkeit des Gutes, an die Genauigkeit usw. erreichen. Auch hierbei ist eine visuelle Beobachtung an Hand eines normalen Bildes möglich, beispielsweise durch die zusätzliche Einführung einer weiteren Ablenkung bei der Bildwiedergabe.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in dem Fernsehbild, das natürlich während der gesamten Kontrollzeit auch an entfernten Orten sichtbar gemacht werden kann, senkrechte Striche eingeblendet werden, welche die zur Sortierung vorgegebenen Breitenmeßbereiche darstellen. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß im Videoverstärker die differenzierten Univibratorimpulse entsprechend mit dem Bildsignal gemischt werden. Dadurch hat es der Beobachter jederzeit in der Hand, den automatischen Sortiermechanismus auch visuell zu kontrollieren.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene und durch die Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie läßt sich in gleicher Art und Weise für die Sortier einrichtung auch von Einzelgütern oder auch für irgendwelche Sortier- oder Steuerungsvorgänge im Hinblick auf bestimmte Ausdehnungen eines Prüfkörpers od. dgl. verwenden.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur automatischen, elektronischen Sortierung von Gütern nach ihren Abmessungen, vorzugsweise nach der Breite, dadurch gekennzeichnet, daß zur berührungslosen Messung der verschiedenen Dimensionen in an sich bekannter Weise eine (oder zwei) Fernsehkamera (s) vorgesehen ist (sind), daß eine Abtasteinrichtung der Bildaufnahmeröhre^) mit der zu messenden Ausdehnung parallel verläuft, hierauf aus dem Bildsignal durch Differentiation in bekannter Weise Nadelimpulse gewonnen werden, die in Reihe geschaltete Univibratoren anstoßen, so daß je nach Dauer der Rechteckimpulse, die von den einzelnen Univibratoren in zeitlicher Aufeinanderfolge geliefert werden, den Univibratoren zugeordnete Torschaltungen wirksam werden, welche dann weitere Steuerungsmittel derart zum Ansprechen bringen, daß das gemessene Gut je nach seiner Abmessung vorbestimmten Ausgängen oder Ablagen der Anlage zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Teil des differenzierten Bildsignals einen ersten Univibrator anstößt, der während seiner Impulsdauer eine erste Torschaltung öffnet und aus dessen Impuls durch Differen-

tiation ein negativer Nadelimpuls gewonnen wird, der den nächsten Univibrator ausstößt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Toleranzbereich der zu sortierenden Güter ein Univibrator vorgesehen ist und jedem Univibrator eine Torschaltung zugeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der negative Teil des differenzierten Bildsignals allen Torschaltungen gemeinsam zugeführt wird, je nach dem zeitlichen Abstand vom Anfangsimpuls durch eine und nur eine Torschaltung durchgelassen wird und nachgeschaltete Steuermittel zur Sortierung in Wirkung bringt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche eine Doppelauslösung verhindern und bei eventuellem Fehlen eines Auslöseimpulses eine Signal- bzw. Warnanlage in Tätigkeit setzen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Torschaltungen mit je einer Integrierschaltung verbunden sind, deren Zeitkonstante so gewählt ist, daß die Sortiereinrichtung erst nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen wirksam wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung nur in einer Zeile mit geeignet gewählter Abtastgeschwindigkeit erfolgt und gegebenenfalls Mittel vorgesehen sind, um zusätzlich ein normales Bild zu erhalten.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Fernsehbild vertikale Kontrollstriche eingeblendet werden, die vorzugsweise durch Mischung der differenzierten Univibratorimpulse im Videoverstärker entstehen.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorhergehenden, gekennzeichnet durch eine oder zwei Fernsehkamera(s) (1), eine Differenzierstufe (2), welche die von der Fernsehaufnahtnekamera gelieferten Impulse differenziert und Nadelimpulse erzeugt, eine Separierstufe (3), welche die positiven und negativen Nadelimpulse trennt und die positiven Nadelimpulse dem ersten von mehreren in Reihe geschalteten Univibratoren (4, 5, 6) zuführt, und diese Univibratoren Rechteckimpulse liefern, ferner durch Torschaltungen (8,9,10), welche durch die gelieferten Rechteckimpulse geöffnet bzw. geschlossen werden, und durch eine Impulsformerstufe (7), welcher die negativen Nadelimpulse aus der Separierstufe (3) zugeführt werden, durch Integrierschaltungen (14,15j 16), welche eine Sortiereinrichtung (17) betätigen, sowie durch eine Signal- oder Warneinrichtung (13) und weiter durch Mittel (11,12) zur Betätigung dieser Einrichtung sowie durch eine bestimmte Anzahl von an sich bekannten Ausgängen oder Ablagen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 548 590.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 909 729/210 2.60