DE19642736A1 - Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von Fremdteilen - Google Patents
Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von FremdteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen
von Fremdteilen.
Bei bekannten Datenaufnahmeverfahren für eine Bildanalyse wird
bzw. werden von einem Objekt mittels einer Kamera oder einer
entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild oder mehrere
Bilder bzw. werden mittels einer Farbbild-(RGB)-Kamera drei
Bilder, nämlich Bilder in den Farben Rot-Grün-Blau mit ein und
derselben Beleuchtung aufgenommen.
Bei einfarbigen, beispielsweise weißen oder transparenten bzw.
weitgehend transparenten Objekten werden mit den herkömmlichen
Bildaufnahmeeinrichtungen nur Bilder erhalten, deren Informa
tionsgehalt häufig viel zu gering ist, um beispielsweise über
haupt eine in irgendeiner Weise brauchbare und verwertbare Er
kennung zu ermöglichen und zu gewährleisten. Damit kann auch
mit einer Vielzahl von Aufnahmen, auch bei Einsatz einer Farb
bildkamera, unter immer denselben Beleuchtungsverhältnissen
keine zusätzliche, neuartige Information erhalten werden.
Nach einem Abfräsen von gepreßten Baumwollballen müssen in dem
aus einzelnen Baumwollteilen bestehenden Flockenstrom die ver
schiedenen Verunreinigungen in Form von Fremdkörpern bzw.
Fremdteilen erkannt und anschließend ausgesondert werden. Von
diesen Fremdkörpern bzw. Fremdteilen werden die schweren Tei
le, wie Blattreste, Stengel, Gras, Steine u.ä. durch Ausnützen
der Schwerkraft sowie von Fliehkräften ausgeschieden.
Ein besonderes Problem bereitet jedoch in einem solchen
Flockenstrom das Erkennen von Plastikteilen, und zwar sowohl
von transparenten als auch von weißen Plastikteilen. Vor allem
müssen derartige Plastik- oder Folienteile in dem Baumwoll
flockenstrom erkannt und anschließend ausgeschieden werden,
bevor die Baumwollflocken in einzelne Baumwollfasern zerrissen
und zerkleinert werden.
Übersehene bzw. nicht ausgeschiedene Plastikteile würden näm
lich ebenfalls entsprechend zerrissen und zerkleinert und
könnten in diesem Zustand, d. h. in Form von mehr oder weniger
langen Fasern praktisch nicht mehr ausgeschieden werden.
Da aus Baumwolle hergestellte Stoffe oft erst nach dem Weben
eingefärbt werden, kann ein nicht festgestelltes Plastikteil
dazu führen, daß in dem eingefärbten Baumwollstoff ein größe
rer Teil eines Kettfadens, der im wesentlichen aus nicht fest
gestellten Plastikfasern besteht, sich nicht einfärben läßt,
so daß mitten in der Stoffbahn dieser nicht oder nur teilweise
eingefärbte Kettfaden als ein deutlich sichtbarer Streifen
aufscheint oder entlang eines Kettfadens in mehr oder weniger
regelmäßigen Abständen nicht eingefärbte, helle Flecken auf
treten.
Von der Firma Hergeth GmbH wird unter der Bezeichnung "Opti
scan" ein System vertrieben, bei welchem die Baumwollfasern
durch einen Kondenser in eine Reinigungsanlage transportiert
werden. Die Baumwollfasern wurden vorher durch einen Kasten
speiser oder Mischer geöffnet, so daß große Klumpen von Fa
sern, wie sie möglicherweise von einer Fräse kommen, bereits
geöffnet sind. Die Fasern werden mittels eines Förderbandes
mit einer speziell ausgebildeten rauhen Oberfläche zu einer
schmalen Beobachtungszone transportiert und dabei gleichzeitig
ausgerichtet.
In dieser Detektionszone werden die Fasern mittels optischer
Elemente in Form von Sensoren mit einer Glasfaseroptik beob
achtet. Die einzelnen Glasfasern sind zu einem Glasfaserbündel
zusammengefaßt, das an einer Scheibe endet, auf welche eine
Kamera gerichtet ist. Die aufgenommenen optischen Signale wer
den dann an eine Auswerteeinheit übermittelt. Die Kontrolle
der einzelnen Fasern erfolgt durch Farbsensoren, die mit den
drei Grundfarben arbeiten.
Da mit den Sensoren nur farbige Teile zu erkennen sind, eignet
sich das bekannte System grundsätzlich überhaupt nicht, um
weiße Teile zu erkennen, da diese die gleiche Farbe wie Baum
wolle haben, und eignet sich auch nicht dazu, transparente
Plastik- oder Folienteile zu erkennen. Bei diesem bekannten
System ist daher die Erkennungssicherheit gegenüber Baumwolle
nicht besonders hoch. Aufgrund der verwendeten Glasfaseroptik
ergibt sich auch kein geschlossenes Bild, das ausgewertet wer
den kann, sondern mit der Kamera werden nur einzelne Farbkanä
le erfaßt.
Ferner muß bei diesem bekannten System der Luftstrom von dem
Baumwollfaserstrom getrennt werden, da nur so die Baumwollfa
sern mittels des Transportbandes an der Detektionszone und da
mit an den dort vorgesehenen Sensoren vorbei befördert werden
können. Aufgrund der Trennung des Luftstroms von dem Baumwoll
flockenstrom kann letzterer nur mit einer verhältnismäßig ge
ringen Geschwindigkeit weiterbefördert werden.
Ein weiteres im Einsatz befindliches Verfahren wird von der
Schweizer Firma Jossi hergestellt und vertrieben. Auch bei
diesem Verfahren ist ein Luftseparator erforderlich, an wel
chem die Baumwollflocken mit einer verhältnismäßig hohen Ge
schwindigkeit eintreffen und den sie mit Hilfe eines kontrol
lierten Luftstroms mit einer verhältnismäßig geringen Ge
schwindigkeit in der Größenordnung von etwa 1 m/s wieder ver
lassen.
Bei dem System der Firma Jossi wird mittels einer Zeilenkame
ra, insbesondere mit einer Farbzeilenkamera, der verlangsamte
Baumwollflockenstrom überwacht. Der Baumwollflockenstrom wird
von allen Seiten kontinuierlich beleuchtet und vor einem hel
len Hintergrund an der Zeilenkamera vorbei transportiert. Auch
bei diesem Verfahren liegt ein großer Nachteil darin, daß
keine weißen oder transparenten Teile erkannt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben,
mit dem Fremdteile, insbesondere in Form von weißen und/oder
transparenten Plastik- bzw. Kunststoffteilen in einem Baum
wollflockenstrom mit hoher Zuverlässigkeit sicher erkannt wer
den können.
Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Datenaufnahmeverfahren
zum Erkennen von Fremdteilen durch die Merkmale im kennzeich
nenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbil
dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der
Ansprüche 2 bis 10. Vorteilhafte Einrichtungen zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der An
sprüche 11 bis 15.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Datenaufnahmeverfahrens zum Erkennen von Fremdteilen
werden von einem Baumwollflockenstrom mit ein und derselben
Aufnahmeeinrichtung, vorzugsweise mit einer CCD-Flächenkamera
nacheinander mehrere Bilder aufgenommen, die in unterschiedli
cher Weise beleuchtet sind. Die Bilder von dem auf unter
schiedliche Weise beleuchteten Baumwollflockenstrom werden
dann zur Erhöhung der Erkennungssicherheit so elektronisch
kombiniert, daß sie miteinander zur Deckung gebracht werden.
Hierbei kann gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung
eine unterschiedliche Beleuchtung eines aufzunehmenden Baum
wollflockenstroms beispielsweise von verschiedenen Seiten oder
auch aus unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Insbesondere
kann ein zu überwachender Baumwollflockenstrom mit Durchlicht
und Auflicht beleuchtet werden. Ebenso ist ein Beleuchten des
aufzunehmenden Baumwollflockenstroms mit Licht in verschiede
nen Farben oder auch mit Licht im ultravioletten oder infraro
ten Bereich möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens können dann auch die vorstehend beschriebenen Be
leuchtungsarten oder auch Teile einer jeweiligen Beleuchtungs
art miteinander verknüpft bzw. kombiniert werden. So kann bei
spielsweise ein Baumwollflockenstrom von einer Seite mit Auf
licht einer bestimmten Farbe, und anschließend beispielsweise
mit Durchlicht beleuchtet werden.
Ebenso ist eine Kombination möglich, bei welcher ein Baumwoll
flockenstrom mit Durchlicht und beispielsweise zwei- oder
dreimal mit Auflicht beleuchtet wird, oder auch umgekehrt.
Oder es wird eine Beleuchtung von einer Seite mit Licht einer
bestimmten Farbe und eine Beleuchtung aus einer anderen Rich
tung mit Licht einer sich von der ersten Farbe unterscheiden
den Farbe vorgenommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zum Erreichen einer
homogenen Durchlicht- und auch Auflichtbeleuchtung beispiels
weise eine große Anzahl von Leuchtdioden vorgesehen. Zum Auf
nehmen von Bildern eines Fremdteils, beispielsweise in Form
eines weißen oder transparenten Plastik- bzw. Kunststoffteils,
werden die Leuchtstoffdioden kurzzeitig nacheinander angesteu
ert. Das Charakteristische bei dem erfindungsgemäßen Datenauf
nahmeverfahren besteht somit darin, daß mehrere Bilder mit un
terschiedlichen Beleuchtungen mit ein und derselben Kamera
kurz nacheinander aufgenommen werden.
Aufgrund der Helligkeit im Durchlichtbild kann auf die Dicke
der Baumwollflocken an dieser Stelle geschlossen werden, da
die Durchlichtbeleuchtung mit zunehmender Dicke der Flocken
immer mehr abgedunkelt wird. Andererseits kann bei einer be
stimmten Flockendichte eine bestimmte Helligkeit im Auflicht
erwartet werden.
Wenn sich nun in der untersuchten Bildregion ein Fehlerteil
befindet, so weicht dessen Charakteristik von der von Baumwol
le ab, d. h. für die gemessene Durchlichthelligkeit wird eine
andere Auflichthelligkeit erwartet, wodurch dieses Fehlerteil
sicher erkannt werden kann.
Auf diese Weise können auch Teile aus weißem Kunststoff bzw.
einer weißen Kunststoff-Folie erkannt werden, die bei kontinu
ierlicher Beleuchtung nicht erkannt werden können, da diese
sich farblich und hinsichtlich der Helligkeit von der umgeben
den Baumwolle nicht unterscheiden.
Um auch bei schnell bewegten Objekten das Daten- bzw. Bildauf
nahmeverfahren noch anwenden zu können, werden die verschiede
nen Beleuchtungen vorteilhaft als Blitzbeleuchtungen reali
siert und mit einer geeigneten Kamera werden die verschiedenen
Bilder so schnell hintereinander aufgenommen, daß sich die be
wegten Objekte während der Bildaufnahme beispielsweise nur ei
nige Millimeter bewegt haben.
Der vorstehend erwähnte Versatz von beispielsweise einigen
Millimetern zwischen nacheinander aufgenommenen Bildern von
einem schnell bewegten Baumwollflockenstrom wird dann gemäß
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung elektronisch
ausgeglichen.
Um die Zuverlässigkeit bezüglich des Erkennens von Fremdtei
len, beispielsweise in Form von weißen oder transparenten
Kunststoff-Folien noch weiter zu erhöhen, sind gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zum Aufnehmen von
Bildern solcher Fremdteile in einem Baumwollflockenstrom zwei
identisch aufgebaute Aufnahme- und Belichtungsmodule entlang
des in einem Kanal mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt
geführten Baumwollflockenstroms in der Weise angeordnet, daß
sie um einen bestimmten Winkel, vorzugsweise um 180° gegenein
ander verdreht angeordnet sind; vorzugsweise sind die beiden
gegeneinander verdreht angeordneten Module unmittelbar neben
einander vorgesehen.
Jeder der beiden Module weist jeweils eine Aufnahmeeinrich
tung, vorzugsweise in Form von zwei CCD-Flächenkameras und
dieser bzw. diesen zugeordnete Belichtungsvorrichtungen zum
Beleuchten des Baumwollflockenstroms von verschiedenen Seiten
und aus verschiedenen Richtungen auf.
Durch das hintereinander Anordnen der zwei identisch aufgebau
ten Aufnahme- und Belichtungsmodule wird der Baumwollflocken
strom von verschiedenen Seiten, bei einer gegeneinander ver
drehten Anordnung um 180° von zwei diametral gegenüberliegen
den Seiten betrachtet. Aufgrund dieser Anordnung der beiden
Aufnahmeeinrichtungen wird auch eine Baumwollflocke erkannt,
die einen irgendwie gearteten Fehler aufweist.
Wenn nur eine Aufnahmeeinrichtung verwendet würde, könnte es
vorkommen, daß dieser Fehler sich genau auf der der Aufnahme
einrichtung abgewandten Seite befindet und dadurch voraus
sichtlich nicht erkannt werden würde. Da jedoch mittels der
zweiten Aufnahmeeinrichtung die bezüglich der ersten Kamera
diametral gegenüberliegende Seite betrachtet wird, kann ein
solcher Fehler an einer Baumwollflocke festgestellt werden.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
anhand einer schematischen Darstellung einer Einrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
In der Zeichnung ist im Schnitt schematisch ein Z-förmig aus
geführter, im Querschnitt vorzugsweise rechteckiger Kanal 1
dargestellt, in welchem ein Baumwollflockenstrom 2 angedeutet
ist, der in der durch Pfeile angezeigten Richtung befördert
wird. In dem mittleren, in der schematischen Darstellung dia
gonal verlaufenden Teil des Z-förmigen Kanals 1 sind zwei
identisch ausgeführte Aufnahme- und Beleuchtungsmodule 3 und
3′ angeordnet, die, wie beispielsweise den auf verschiedenen
Seiten des Kanals 1 im Inneren jedes Moduls 3 bzw. 3′ angedeu
teten Kameras 30 bzw. 30′ zu entnehmen ist, um 180° gedreht
nebeneinander angeordnet sind.
Bei den Kameras 30 und 30′ in den beiden Modulen 3 und 3′ han
delt es sich vorzugsweise jeweils um CCD-Flächenkameras. Fer
ner sind in den beiden Modulen 3 und 3′ mehrere Beleuchtungs
einrichtungen 32 bzw. 32′ für Auflicht angeordnet, welche den
Flockenstrom gleichmäßig ausleuchten. Auf den der Auflicht-
Beleuchtungseinrichtungen 32 bzw. 32′ gegenüberliegenden Seite
jedes Moduls 3 und 3′ sind Beleuchtungseinrichtungen 31 bzw.
31′ für Durchlicht vorgesehen.
Die von den verschiedenen Beleuchtungseinrichtungen 31, 31′
und 32, 32′ ausgehenden Lichtkegel sind durch dünne gestri
chelte Linien angedeutet. Im Bereich der beiden Aufnahme- und
Beleuchtungsmodule 30 und 30′ ist auf beiden Seiten des Kanals
jeweils eine gestrichelt angedeutete Glasscheibe 10 vorgese
hen.
Im unteren waagrechten Arm des Z-förmigen Förderkanals 1 ist
eine Klappe 4 vorgesehen, unter welcher ein Auffangbehälter 5
vorgesehen ist. Sobald von einer oder beiden Aufnahme und Be
leuchtungsmodulen 2 und 3 ein Fremdteil, beispielsweise in
Form eines Plastik- oder Folienteils festgestellt wird, wird
durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuereinheit
die Klappe 4 in die gestrichelt wiedergegebene senkrechte
Stellung gebracht.
Da die Schaltzeit der Klappe in der Größenordnung von 50 ms
liegt und die Verarbeitung der aufgenommenen Bilder auch etwa
in der Größenordnung von 50 bis 60 ms liegt, muß bei einer För
dergeschwindigkeit von beispielsweise 15 m/s die Klappe 4 und
damit der Auffangbehälter 5 von dem Aufnahme- und Beleuch
tungsmodul 3′ in einem Abstand von etwa 2 m angeordnet sein.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß ein mittels der Kamera
30 bzw. 30′ festgestellter Fremdteil sicher und zuverlässig
aus dem Baumwollflockenstrom 2 ausgeschieden wird, da die
Klappe 4 rechtzeitig in die in der Zeichnung gestrichelt wie
dergegebene senkrechte Stellung gebracht worden ist, in wel
cher durch die Klappe 4 der Baumwollflockenstrom 2 umgelenkt
worden ist, so daß der festgestellte Fremdteil in den Auffang
behälter 5 fällt.
Claims (15)
1. Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von Fremdteilen in
einem Strom von Baumwollflocken, bei welchem von dem Baumwoll
flockenstrom mit ein und derselben Aufnahmeeinrichtung mehrere
Bilder mit unterschiedlicher Beleuchtung aufgenommen werden,
und
die mit unterschiedlicher Beleuchtung aufgenommenen Bilder zur
Erhöhung der Erkennungssicherheit kombiniert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser von verschiedenen
Seiten beleuchtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser aus unterschiedli
chen Richtungen beleuchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Durchlicht und
Auflicht beleuchtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Licht im sicht
baren oder unsichtbaren Bereich beleuchtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Licht in
verschiedenen Farben beleuchtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Licht im
infraroten oder ultravioletten Bereich beleuchtet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beleuchtung in Form einer Blitzbelichtung
erfolgt.
9 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser durch eine Kombina
tion von Beleuchtungsarten oder eines Teils der Beleuchtungs
arten, nämlich Beleuchten von verschiedenen Seiten, aus unter
schiedlichen Richtungen, mit Durchlicht und/oder Auflicht
und/oder mit Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich
und/oder in verschiedenen Farben beleuchtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
dem Baumwollflockenstroms der Versatz zwischen den aufgenomme
nen Bildern elektronisch kompensiert wird.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufnehmen
von Bildern von Fremdteilen eines in einem Kanal (1) mit
rechteckigem Querschnitt geführten Baumwollflockenstroms (2)
mindestens ein Modul (3) mit einer Aufnahmeeinrichtung (30)
und dieser zugeordneten Belichtungsvorrichtungen (31, 32) zum
Beleuchten des Baumwollflockenstroms von verschiedenen Seiten
und aus unterschiedlichen Richtungen vorgesehen ist und dem
Aufnahme- und Belichtungsmodul (3) eine elektronische Auswer
teeinheit nachgeordnet ist.
12. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei identisch
aufgebaute Module (3, 3′), die jeweils eine Aufnahmeeinrichtung
(30,30′) und dieser zugeordnete Belichtungsvorrichtungen (31,
32; 31′, 32′) zum Beleuchten des Baumwollflockenstroms (2) von
verschiedenen Seiten und aus unterschiedlichen Richtungen auf
weisen, entlang des in einem Kanal (1) mit rechteckigem Quer
schnitt geführten Baumwollflockenstroms (2) um einen bestimm
ten Winkel gegeneinander gedreht angeordnet sind, und den zwei
Aufnahme- und Belichtungsmodulen (3, 3′) eine elektronische
Auswerteeinheit nachgeordnet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Module (3, 3′) um 180° gegeneinander gedreht ange
ordnet sind.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden gegeneinander versetzt angeord
neten Module (3, 3′) unmittelbar nebeneinander vorgesehen sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Aufnahmeeinrichtung (30, 30′) jedes Mo
duls (3, 3′) zwei CCD-Flächenkameras aufweist.
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