DE2262373A1 - Vorrichtung zum erkennen von mustern - Google Patents

Description

Minolta Camera Kabushiki Kaisha
Toyota Building, 4 - 18 Shiomachi-dori Minami-ku, Osaka/Japan ·■

Vorrichtung zum Erkennen von Mustern

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erkennen von Mustern zur optischen Ermittlung von Bissen,. Sprüngen,. Flecken, unregelmäßigen Schichtmustern und dergleichen Fehlern von zu prüfenden Gegenständen.

Vorrichtungen zum Erkennen von derartigen Mustern, die optische Mittel zum Erkennen von/im Papier vor dem Druck oder zur Prüfung, ob die gedruckten Muster einwandfrei sind oder nicht, enthalten, ;sind bereits bekannt. Eine solche Vorrichtung enthält einen photoelektrischen Wandler zum fortwährenden Empfang des von einer Oberflächenweite der zu prüfenden, auf einem Fließband oder dergleichen transportierten- Gegenstände reflektierten Lichts; die sich · ändernden Reflexionsvermögen werden durch'den Wandler in elektrische Signale umgewandelt, um Fehler der genannten Art festzustellen. Jedoch sind unter den Strahlen des reflektierten Lichts, die auf den photoelektrischen Wandler treffen, solche, die von der Oberfläche des die Gegenstände tragenden Fließbandes reflektiert werden, während aber der photoelektrische Wandler nicht zwischen den von den zu prüfenden Gegenständen und den vom Fließband

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auftreffenden Strahlen zu unterscheiden vermag.

Wenn eine große Anzahl von Gegenständen auf Fehler geprüft werden soll, um festzustellen, ob sie einwandfrei sind, ist es von Vorteil, zum Zwecke der Aussonderung fehlerhafter Gegenstände nur bei Ermittlung eines fehlerhaften Gegenstandes ein Ausschußsignal zu erzeugen, wenn weniger fehlerhafte als einwandfreie Gegenstände vorhanden sind, weil dann die Auswahlvorrichtung für diesen Zweck weniger häufig betätigt wird. Kurz, es ist vorteilhaft, wenn die Erkennungsvorrichtung ein Erkennungssignal entweder für einwandfreie oder nicht einwandfreie Gegenstände erzeugt, je nachdem welcher der beiden Fälle der weniger wahrscheinliche ist.

Wenn z.B. die zu prüfenden Gegenstände derart sind, daß ihr einwandfreier Teil ein höheres Reflexionsvermögen hat als der fehlerhafte Teil und wenn das Fließband zur Beförderung der Gegenstände ein höheres Reflexionsvermögen hat als die Gegenstände, so kann die herkömmliche Vorrichtung geeignet sein, in einem minimalen Ausgangsbereich des photoelektrischen Wandlers ein Ausschußsignal zu erzeugen.

Wenn jedoch der einwandfreie Teil das niedrigste Reflexionsvermögen und der fehlerhafte Teil das höhere Reflexionsvermögen hat, wobei das Reflexionsvermögen des Fließbandes letzteres noch übersteigt, erzeugt der photoelektrische

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Wandler ein maximales Ausgangssignal, wenn er vom Fließband reflektiertes Licht empfängt, und ein minimales Ausgangssignal, wenn_ er von dem einwandfreien Teil reflektiertes Licht empfängt. Für die Unterscheidung zwischen einwandfreien und nicht einwandfreien Gegenständen dient "_der Ausgangswert als Anzeige für einen einwandfreien Gegenstand, wenn er unter einer bestimmten Schwelle liegt, und gibt die Beurteilung eines nicht einwandfreien Gegenstandes ab, wenn er über dieser Schwelle liegt. Die Erkennungsvorrichtung erzeugt so ein elektrisches Signal, wenn der nicht , einwandfreie Gegenstand festgestellt wird. Wenn jedoch der in Bezug auf das vom Fließband reflektierte Licht erzeugte Ausgang maximal ist, wird die Vorrichtung ein ^; Ausschußsignal erzeugen, sogar während sie das vom Fließband reflektierte Licht empfängt. . .

Umgekehrt, wenn der einwandfreie Teil ein höheres Reflexionsvermögen hat als der fehlerhafte Teil und das Fließband ein niedrigeres Reflexionsvermögen hat als der nicht einwandfreie Teil der .Gegenstände, wird der lachteil beim' Erzeugen eines Ausschußsignals in ähnlicher Weise entstehen, während der photoelektrische Wandler von dem Fließband reflektiertes Licht empfängt. -\

Mit den herkömmlichen Vorrichtungen der beschriebenen Art wird deshalb das von der Oberfläche des Beförderungsmittels zum Transport der zu prüfenden Gegenstände reflektierte

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Licht ganz vernachlässigt und die Vorrichtungen können in den oben geschilderten Fällen nicht genau arbeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erkennen von Mustern zu schaffen, die einen photoelektrischen Wandler zum Empfang des von zu prüfenden Gegenständen reflektierten Lichts enthält, um.Risse, Sprünge, Flecken, Muster von Schichten oder dergleichen Fehler zu erkennen. Die Vorrichtung soll in der Lage sein, genau zwischen dem von den Gegenständen reflektierten Licht und dem von der Oberfläche eines die Gegenstände tragenden Beförderungsmittels reflektierten Licht zu unterscheiden, um zuverlässig den zu prüfenden Tatbestand zu ermitteln.

Die Vorrichtung soll ferner in der Lage sein, ohne jede Fehlprüfung Fehler der genannten Art bei den zu prüfenden und mit hoher Geschwindigkeit auf einem Beförderungsmittel vorbeilaufenden Gegenständen zu ermitteln.

Bei der Vorrichtung soll die Ausgangsschwelle des photoelektrischen Wandlers zur Lieferung der gewünschten Anzeige automatisch entsprechend der Änderung der Helligkeit einer Lichtquelle zur Beleuchtung der Gegenstände und des Beförderungsmittels einstellbar sein.

Die Vorrichtung soll außerdem photoelektrische Wandler enthalten, die jeweils für eine geeignete Anzahl von

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unterteilten Segmenten' eines zu erkennenden Musters angeordnet sind, so daß das Muster der zu prüfenden Gegenstände mit verbesserter Genauigkeit erkannt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine Vorrichtung, welche umfaßt ein Beförderungsmittel zum-Transport der zu. prüfenden Gegenstände von einer Stellung in eine andere Stellung mit konstanter Geschwindigkeit; ein ein Bild erzeugendes optisches. System zur Projektion des von dem zu prüfenden und auf dem Beförderungsmittel vorbeilaufenden Gegenstand reflektierten Lichts auf eine imaginäre feste Ebene zur Erzeugung eines Bildes darauf; ein in der Nähe der das Bild erzeugenden Ebene angeordnetes, das reflektierte Licht in demselben Bereich wie das Muster des zu prüfenden Teils des Gegenstandes durchlassendes Vergleichsmuster, das dem Muster des zu prüfenden Teils gleicht; einen nur das durch das Vergleichsmuster tretende Licht empfangenden photoelektrischen Wandler, eine Vergleichswerte ins tellvorrichtung zur Festsetzung eines elektrischen Schwellenwertes als Vergleichswert für die Beurteilung des elektrischen Ausgangswertes des photoelektrischen Wandlers; einen .arithmetischen Verstärker zur Emittlung der Differenz zwischen dem elektrischen Ausgangswert des photoelektrischen Wandlers und dem elektrischen Schwellenwert der Vergleichswerteinstellvorrichtung; eine Vorrichtung zur Stellungsermittlung zur Erzeugung eines elektrischen Signals, wenn der Gegenstand eine Prüfstellung erreicht hat;

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und einen logischen Schaltkreis zur Erzeugung eines elektrischen Befehisignals abhängig von einem Prüfausgangssignal des arithmetischen Verstärkers und einem einen Gegenstand feststellenden Signal von der Vorrichtung zur Stellungsermittlung.

Zwischen dem arithmetischen Verstärker und dem logischen Schaltkreis kann ein Haltestromkreis angeordnet sein, und unter den Prüfausgangssignalen des arithmetischen Verstärkers kann ein den Faktor zur Aussonderung durch die Prüfung enthaltendes Ausgangssignal durch den Haltestromkreis für eine vorgegebene Zeitspanne vor Abgabe eines Ermittlungssignales für den nächstfolgenden zu prüfenden Gegenstand aufrechterhalten werden.

Die Vergleichswerteinstellvorrichtung für die Prüfung enthält vorzugsweise eine mit einem der Eingangsanschlüsse des arithmetischen Verstärkers verbundene Spannungsquelle zur Abgabe eines bestimmten elektrischen Potentials,

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Vergleichswerteinstellvorrichtung für die Prüfung eine Einstellvorrichtung für die Vergleichsschwelle, deren Ausgang entsprechend der Änderung der Helligkeit der den Gegenstand beleuchtenden Lichtquelle veränderbar und verstärkt an einen der Eingangsanschlüsse des arithmetischen Verstärkers angelegt ist.

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Die Vergleichswerteinstellvorrichtung enthält.vorteilhaft einen Ermittlungsstromkrels und einen Strom-Spannungs-- : , Umformer zur Verstärkung des Ausgangssignals des Ermittlungsstromkreises, wobei der Ermittlungsstromkrels einen photoelektrischen Wandler zum Empfang des in seiner Intensität mit der Änderung der Helligkeit der Beleuchtungslicht_r quelle veränderlichen, reflektierten Lichts in der Prüfstellung enthält.

,Das Vergleichsmuster "besteht' vorzugsweise aus der Zusammenstellung unterteilter Segmente zum Durchlaß mehrerer Bruchteile des von dem Muster des Teils des zu prüfenden Gegenstandes reflektierten Lichts. Für das Vergleichsmuster sind mehrere photoelektrische Wandler vorgesehen, und zwar ein photoelektrischer Wandler für jedes Segment zum unabhängigen Empfang des durch die Segmente tretenden Lichts. Es ist dieselbe Anzahl arithmetischer Verstärker wie unter- « teilte Segmente vorgesehen, und so ist die Differenz zwischen der Prüfvergleichssehwelle und dem Ausgangswert jedes einen der photoelektrischen Wandler enthaltenden ErmittlungsStromkreises einzeln berechenbar.

Es kann ferner ein Haltestromkreis zur Aufrechterhaltung · eines die Beurteilung abgebenden Äusgangssignals des logischen Schaltkreises für eine bestimmte Zeitspanne

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vorgesehen sein; eine bestimmte Zeitspanne nach Abgabe des Befehlssignals von dem logischen Schaltkreis wird eine Auswahlvorrichtung zur Aussonderung der aus dem Transportweg des Beförderungsmittels zu entfernenden Gegenstände durch den Haltestromkreis betätigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere in der Lage, nur dann, wenn ein fehlerhafter Gegenstand die Prüfposition erreicht hat, durch den logischen Schaltkreis ein elektrisches Befehlssignal zu erzeugen, um eine Auswahlvorrichtung (Selektor) anzuweisen, daß ein Gegenstand, der z.B. Streifen, Risse, Sprünge, eine unregelmäßige Beschichtung oder sonstige Fehler oder Muster aufweist, die Prüfposition erreicht hat, sowie den Selektor genau im Ansprechen auf die Anweisung zu betätigen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der anhängenden Zeichnung.

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Fig. 1 ist die schematische Darstellung eines Beispiels eines Fördermittels zur Beförderung von Gegenständen, die geprüft werden sollen, wie es bei dieser Erfindung verwendet wird.

Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erkennung von Mustern gemäß dieser Erfindung.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel von Wellenform des Ausgangs eines photoelektrischen Wandlers, der in der Vorrichtung zur Erkennung von Mustern enthalten ist.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Signal verarbeitenden Schaltkreises gemäß der Erfindung.

Fig. 5 und G sind Schaubilder zur Erläuterung eines Signalverarbeitenden Systems in einem logischen Schaltkreis.

Fig. 7 ist das Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform des Signal-verarbeitenden Schaltkreises.

Fig. 8 ist ein S.chaubild zur Erläuterung des .Signal-verarbeitenden Systems in dem Signal-verarbeitenden Schaltkreis nach Fig. 7.

Fig. 9 zeigt die schematische Darstellung einer Ausführungsforiii der Vorrichtung zur Erkennung von Mustern, in der das Bezugsniveau für die Beurteilung automatisch entsprechend der Helligkeit der Energiequelle eingestellt werden kann.

Fig. 1Q ist ein Diagramm von Wellenformen, das Änderungen am Ausgang des photoelektrischen Wandlers relativ zur Helligkeit der Energiequelle in Fig. 9 zeigt. ·

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Fig. 11 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Signal-verarbeitenden Schaltkreises für die Ausführungsform nach Fig. 9 zeigt.

Fig. 12 (a) und (b) zeigen Beispiele von Mitteln zur Anzeige der Helligkeit der Lichtquelle und zur Warnanzeige» daß die Lichtquelle zu dunkel geworden ist.

Fig. 13 ist ein Blockschaltbild eines beispielsweisen Schaltplans, der einen Signal-verarbeitenden Schaltkreis zur Verwendung mit einem in verschiedene Abschnitte geteilten Erkennungsmuster und Mittel zur Signalübertragung auf eine Auswahlvorrichtung enthält.

Fig. 14 (a) und (b) zeigen in Diagrammen den Unterschied zwischen den Ausgangswellenformen, die von dem photoelektrischenWandler bei Verwendung eines in verschiedene Abschnitte geteilten Erkennungsmusters bzw. bei Verwendung eines ungeteilten Erkennungsmusters erzeugt werden.

Fig. 15 zeigt in einem Diagramm eine Verarbeitungsweise des Betätigungssignals für die Auswahlvorrichtung im Schaltkreis nach Fig. 13.

In den Figuren 1 und 2 sind die Gegenstände 1, die geprüft werden sollen, in einer Reihe auf ein Fördermittel wie beispielsweise einem Fließband 2 mit einem vorgegebenen Abstand gelegt und werden mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in eine bestimmte Richtung befördert. An einer Zwischenstelle des Bewegungspfades der Gegenstände 1 ist eine Licht-

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quelle 3 zur Beleuchtung der Gegenstände 1 von einer festen. Stelle aus angeordnet. Ein ein Bild erzeugendes optisches System 4 ist an einer Stelle fixiert, welches das Bild des Gegenstandes 1 auf einer gedachten Ebene erzeugt.

In der Nähe des das Bild erzeugenden optischen Systems 4 ist ein Vergleichsmuster 5, das, dem zu erkennenden Muster eines Teils des Gegenstandes 1 gleicht und das reflektierte Licht durchläßt, angeordnet. Das Vergleichsmuster 5 kann die Form eines Bildes haben, das das reflektierte Licht durchläßt und auf einem Film β gebildet ist, wie es in Fig.-2 dargestellt ist, oder es kann, die eines Schlitzes oder durchgehenden Loches haben, welches mit der Form des Bildes übereinstimmt. : . ,

Der zu prüfende Gegenstand 1 wird während seiner .Fortbewegung auf dem- Fließband 2 durch eine Führungsvorrichtung 7 geführt, und sein reflektiertes Lichtbild wird mit dem Vergleichsmuster 5 durch das Bild erzeugende optische System 4 registriert.

Hinter dem'Vergleichsmuster-5 ist ein photoelektrischer Wandler 8 wie eine Photodiode angeordnet zum Empfang des durch das Vergleichsmuster 5 tretenden Lichts, um das Licht entsprechend seiner Intensität in ein elektrisches Signal umzusetzen. Wenn ein photoelektrischer Wandler verwendet wird, der eine mit dem Vergleichsmuster in Gestalt übereinstimmend ausgebildete Licht-empfangende Fläche hat und der

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in der Einstellebene des das Bild erzeugenden optischen Systems 4 angeordnet ist, so erhält man ohne Verwendung des Vergleichsmusters 5 dasselbe Ergekiis, wie wenn der photoelektrische Wandler 8 das durch das Vergleichsmuster 5 tretende Licht empfängt. Der photoelektrische Wandler schließt dann die Wirkung des Vergleichsmusters 5 in sich ein, und es ist nicht notwendig, das Vergleichsmuster 5 vorzusehen.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines elektrischen Signals, das aus den Änderungen der Lichtintensität folgt_/ die auf den photoelektrischen Wandler 8 trifft, nachdem sie das Vergleichsmuster passiert hat. Gemäß Fig. 3 ist der Ausgang des photoelektrischen Wandlers 8 auf der Ordinate und der Zeitfaktor auf der Abszisse für den Fall aufgetragen, daß das niedrigste Reflexionsvermögen und das fehlerhafte ein höheres Reflexionsvermögen hat, während der Teil des Fließbandes das höchste ,Reflexionsvermögen hat. Beim Empfang des vom Fließband reflektierten Lichts erzeugt der photoelektrische Wandler ein Ausgangssignal a, das allmählich absinkt, so wie sich der zu prüfende Gegenstand der Prüfstellung nähert, und der Ausgang erreicht seinen niedrigsten Wert, wenn das Lichtbild des Gegenstandes 1 in den Registrierbereich mit dem Vergleichsmuster 5 kommt. Der Ausgang sieigt dann an, wenn der Gegenstand 1 sich aus der Prüfstellung herausbewegt.

Befindet sich das Lichtbild des Gegenstand' 1 im Registrier-

*) fehlerlose oder einwandfreie Teil das

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bereich des Vergleichsmusters 5, so ist der Ausgang an seiner unteren Grenze a , wenn der Gegenstand 1 einwandfrei ist, oder er ist a-, , wenn, der Gegenstand 1. fehlerhaft ist, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.

Demgemäß wird die Äusgangsschwelle JL für die Bestimmung der Fehlerfreiheit gewähnlich auf einen Zwischenwert zwischen dem Ausgangswert a und dem Ausgangswert a-, festgesetzt. So zeigen Ausgänge unterhalb der Schwelle,/ die Fehlerfreiheit an und'die oberhalb der Schwellet zeigen-an, daß der Gegenstand nicht einwandfrei ist.

Wenn das einwandfreie Teil das höchste Reflexionsvermögen, das fehlerhafte Teil das niedrigere Reflexionsvermögen und der Teil des Fließbandes das niedrigste Reflexionsvermögen hat im Gegensatz zum vorangehenden Fall, so würde die entstehende Ausgangskurve im genau umgekehrten Verhältnis zu der Kurve in Fig. 3 stehen. Zur Vereinfachung wird die· folgende Beschreibung jedoch in Bezug auf den Fall gegeben , der die Ausgangskurve nach Fig. 3 ergibt.

Ein beispielihafter Grundaufbau- der Erkennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde beschrieben. Das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers 8 wird einem Signalverarbeitungsstromkreis zugeführt, der unten beschrieben wird.

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Gemäß Fig. 4 wird der Ausgang von einem den photoelektrischen Wandler 8 enthaltenden Ermittlungsatromkreis A durch einen Strom-Spannungs-Umformerstromkreis B verstärkt, um einen Eingang für einen arithmetischen Verstärker D abzugeben. Ein anderer Eingangsanschluß des arithmetischen Verstärkers D ist mit einer Vergleichsspannungsquelle C verbunden, um eine Vergleichsschwelle JL zur Bestimmung, ob der Gegenstand 1 einwandfrei ist oder nicht, festzusetzen.

Der arithmetische Verstärker D errechnet die Differenz zwischen der Vergleichsschwelle λ und dem Ausgang des 'Strom-Spannungs-Umformers B und gibt an einen logischen Stromkreis F ein Signal "1", wenn der Ausgang über der Referenzschwelle X liegt oder ein Signal "0" wenn der Ausgang unter der Referenzschwelle JL liegt.

Die Vorrichtung zur Stellungsermittlung E enthält z.B. einen optischen Schalter, der aus einer Lichtquelle und einer damit kombinierten Photozelle besteht, um festzustellen, daß der Gegenstand 1 sich in der Prüfstellung befindet. Als zweiter Vorschlag kann sie einen kapazitiven Schalter enthalten, der die Änderung der elektrischen Kapazität aufgrund der Annäherung des Gegenstandes 1 benutzt. Sie gibt an den logischen Stromkreis F ein Ermittlungssignal "1" ab, wenn festgestellt wird, daß der Gegenstand 1 sich in Prüfstellung befindet und ein Ermittlungssignal "0", wenn der Gegenstand 1 sich nicht in dieser Lage befindet.

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Wie in FIg. 5 gezeigt, ist der logische Stromkreis F ein Und-Stromkreis der mit dem Ausgang d des arithmetischen Verstärkers D und dem Ausgang e der Vorrichtung zur Stellungsermittlung E gespeist wird und ein Befehlssignal f als Ausgang erzeugt. Das Ausgangssignal zeigt, wenn es (eine logische) "1" ist, an, daß der geprüfte Gegenstand ein Ausschußteil ist.

Wenn der photoelektrische Wandler 8 reflektiertes Licht von einem einwandfreien Gegenstand empfängt, so ist das Ausgangssignal d.des arithmetischen Verstärkers D "0", während, wenn er reflektiertes licht von einem fehlerhaften Gegenstand und dem Fließband empfängt, das Ausgangssignal d "1" ist, wie schon "beschrieben. Wenn weiterhin die Vorrichtung zur Stellungsermittlung E feststellt, daß der Gegenstand 1 sich in Prüfstellung "befindet, so Ist sein Ausgangssignal e "1"; aber wenn der Gegenstand nicht in dieser Lage ist, ist das Ausgangssignale "0". Folglich ist nur, wenn beide Ausgangssignale d und e "1" sind, das vom Und-Strorokreis abgegebene Befehls signal f "1", d.h.. ein Aussct^ußsignal. Anderenfalls zeigt der Stromkreis .an,daß der sich in Prüfstellung befindende Gegenstand 1 einwandfrei ist oder daß der Gegenstand 1 sich nicht in Prüfstellung befindet. Wenn das Befehlssignal f "1" ist, betätigt der Stromkreis. _seinen Zeitschalter oder ähnliches, um, wie gewünscht, eine Auswahlvorrichtung zu betätigen. ;

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Zum Vergleich zeigt Fig. 6 ein Signalverarbeitungssystem für den Fall, daß das einwandfreie Teil das höchste Reflexionsvermögen, das fehlerhafte Teil das niedrigere und das Fließband das niedrigste Reflexionsvermögen hat. Nur wenn der photoelektrische Wandler 8 einen die Fehlerfreiheit anzeigenden Ausgang erzeugt, gibt der arithmetische Verstärker D ein Ausgangssignal d von "1", im anderen Fall ein Ausgangssignal e von "0" ab. Wenn festgestellt wird, daß der Gegenstand 1 sich in Prüfstellung befindet, erzeugt die Vorrichtung zur Stellungsermittlung E ein Ausgangssignal e von "0" und im anderen Fall eines von "1", Der logische Stromkreis F, der als ein Oder-Stromkreis wirkt, erzeugt ein Befehlssignal f von "0", d.h. ein Aussch/ußsignal. Obwohl ein spezielles Beispiel des Signalverarbeitungssystems beschrieben wurde, können die jeweiligen Ausgangssignale so ausgelegt werden, daß ein Undrnicht-Stromkreis anstelle des Und-Stromkreises oder ein Oder-nicht-Stromkreis anstelle des Oder-Stromkreises eingesetzt werden kann. Aus der vorangehenden Beschreibung wird offensichtlich, daß die beabsichtigten Ziele dieser Erfindung erfüllt werden können, indem die Vorrichtung zur Stellungsermittlung E oder der logische Stromkreis F mit einem Schalter entsprechend dem Reflexionsvermögen der annehmbaren und fehlerhaften Teile umgestellt werden. Solche Abänderungen liegen im Bereich dieser Erfindung.

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In dem Falle, in dem die Dauer des Ausgangssignals vom arith-

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meiisclen Verstärker D tür ζ er ist als die des Ausgangssignals von der Vorrichtung zur Stellun^seiMttMng ί u*id nicht tief de Signale gemeinsam vorhanden slncl-, kann der Äie Ausgangssignale d und e empfangende togische Strotkrels; F

... _Ί. , . ... . ,η . _n als Mne|i;fön|erlia£ten moglicnerweise einen einwandfreien Gegenstand/erkennen, $a ein Teil des' Ausgangssignals von dem aritnmeiiscnen Verstärker D auBer einem die Fehlerfreineit anzeigenden Signal ein Äussen^ußsignal oder dergleichen ist, Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform $es Signal-^erartjeitenden Stromkreises;, die frei von dieser unerwünschten: Möglichkeit ist und einen Haltestromkreis G einschließt» der beispielsweise aus einem monostabilen Stromkreis besteht.

Angenommen, das Ausgangssignal d des arithmetischen Verstärkers D ist für einwandfreie Gegenstände "Ö" und anderenfalls "1"., dann kann das Signal durch die graphische Darstellung (d) in Fig. 8 wiedergegeben werden, wobei i- für das Zeitintervall steht, zu dem die Gegenstande 1 die Prüfstellung erreichen. Da das Ausgangssignal e von der Vör-.richtung zur Stellungsermittlung E "T" ist, "wenn der Gegenstand 1 sich in Prüfsteilung befindet und im anderen fall "0", wird das Signal durch die graphische Darstellung (e) in Fig. 8 wiedergegeben. Dementsprechend wird., ohne daß das die anzeigende Signal "0" und das die Stellung ermittelnde Signal "1" gemeinsam anstehen, das die Stellung-ermittelnde

*) Fehlerfreiheif

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Signal "1" gemeinsam mit einem Ausgangssipial i ium "1^W vorhanden sein, was zuläßt, daß der logische Sixuakreis F ein Ausschußsignal "1" erzeugt. Als lrgei»is iririi also ein einwandfreier Gegenstand als Ausschuß teil

Wenn ein Ausgangs signal "0" von dem aritiaetiseiisem lerstärker D erzeugt wird, dient der Balteströitoeis S daxa, das Signal "0" für eine Zeitspanne iimerbali) ies Bereichs. des Zeitintervalls L aufrechtzuerhalten, wobei die Zeitdauer so sein muß, daß das eine ¹O" - Signal nieht ein folgendes "0" - Signal überlappt, wie es durch die graphische Darstellung (g) in Fig. 8 wiedergegeben ist. Auch wenn das die Stellung ermittelnde Signal e mit einiger Verzögerung erzeugt wird, fährt der logische Stroükreis F folglich fort, ein Ausgangssignal "0" gemäß Fig. 8 (f)eu erzeugen, wenn der in Prüfstellung befindliche Gegenstand einwandfrei ist, während er ein Ausgangssignal ^lf1^w, d,h. ein Ausschußsignal nur abgibt, wenn ein fehleriiafter Gegenstand 1 festgestellt wird.

Wenn eine natürliche Lichtquelle als Beieuchtungsllchtquelle 3 verwendet wird oder die Energie für die Lichtifuelle 5 durch eine Batterie oder ähnliches geliefert wird, kann ach die Helligkeit der Lichtquelle 3 ändern oder mit der Zeit abfallen mit dem Ergebnis, daß der Ausgang des photoelektrischen Wandlers 8 sich mit der Helligkeit der Lichtquelle 3 ändert. Im Falle, daß der anfängliche Ausgangswe^t a ist mit einer festgesetzten Vergleichsschwelle bei·! wie in

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Fig. .10 dargestellt, vermindert sich der Ausgangswert des photoelektrischen Wandlers 8 "beispielsweise auf a., wenn die Helligkeit der Beleuchtung mit der Zeit abfällt. Bleibt die Vergleichsschwelle trotz der Verminderung des Ausgangswertes des Wandlers 8 noch auf Jl₀ eingestellt, ergibt sich die Möglichkeit, daß der arithmetische Verstärker D auch abhängig vom von einem fehlenhaften Teil reflektierten Licht ein Ausgangs signal d νοη'Ό" erzeugt.-

Um dieser Situation zu begegnen, sieht die vorliegende Erfindung Mittel vor, wie sie in den Figuren 9 bis 12 dargestellt sind. . ~ ■ .

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, die an Stelle der Bezugsspannungsquelle C einen photoelektrischen Wandler 8JL enthält, um eine Vergleichsschwelle festzusetzen. Wie in Fig. 9 zu sehen ist, ist der photoelektrische Wandler 8X bei 8v£..c hinter einem Film 6, der mit einem Vergleichsmuster 5 und einem mittigen Loch 6a ausgebildet ist, angeordnet, um die Lichtintensität von der -Lichtquelle 3 festzustellen. Als Alternativvorschlag kann der photoelektrische Wandler auch an einer beliebigen Stelle, z.B. bei 8i , außerhalb des Vergleichsmusters 5 angeordnet sein.

Fig. 11 zeigt einen Einstellstromkreis, Ci für die Vergleichsschwelle, der kombiniert einen den photoelektrischen Wandler 8£ zum Einstellen der Vergleichsschwelle enthaltenden Ermittlungsstromkreis AJi und einen Strom-Spannungs-

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Umformer Bjt. umfaßt. Der Einstellstromkreis C JL ist so ausgelegt, daß sein Ausgang der Helligkeit der Lichtquelle 3 entspricht, um die Vergleichsschwelle in entsprechendem Verhältnis zur Helligkeit der Lichtquelle von Z bis^i verschiebbar zu machen, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Dadurch wird die unerwünschte Ermittlung eines fehlerhaften Teils als einwandfreier Gegenstand, wie man es bei fester Vergleichsschwelle i£ erfahren mußte, wenn sich die Helligkeit der Lichtquelle verminderte, ausgeschaltet.

Wenn jedoch die Helligkeit der Lichtquelle stich auf einen sehr niedrigen Wert vermindert, wird der Unterschied zwischen der Intensität des von dem einwandfreien Teil reflektierten Lichts und der des von dem fehlerhaften Teil reflektierten Lichts sehr klein, so daß ein Erkennen unmöglich wird. Um dieser Situation zu begegnen, ist es vorteilhaft, wie in Fig. 12 (a) dargestellt, ein Meßinstrument H in den Einstellstromkreis c£ der Vergleichsschwelle einzuschalten, das die Helligkeit der Lichtquelle 3 anzeigt, so daß die Lichtquelle 3 oder deren Batterie ersetzt werden können, wenn sich die Helligkeit auf einen bestimmten Wert vermindert hat. Ein anderer vorteilhafter Aufbau ist in Fig. 12 (b) dargestellt, bei dem der Einstellstrom-kreis Cf einen Verstärker I und einen Schaltstromkreis J in Kombination mit einer Lampe K oder einem nicht dargestellten Summer enthält, die bzw. der eine Warnanzeige über die Not-

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wendigkeit abgibt, die Lichtquelle 3 zu ersetzen, line solche Konstruktion kann außerdem ein nicht dargestelltes Relais enthalten, das die Funktion des Gerätes anhält.· ■

Fig, 13 ist ein Blockschaltbild einer iusführungsförm, in der das in I Segmente geteilte Vergleichsmuster 5 verwendet wird, um dieselbe Zahl photoelektrischer Wandler'8 zu erlauben zum Empfang des durch die geteilten Segmente tretenden Lichts, um so eine verbesserte Erkennungsgenauigkeit sicherzustellen. Genauer gesagt» die Ausgange von für die N geteilten Segmente eines nicht dargestellten Ver<-. gleichsmusters angeordneten photoelektrischen Wandlern 8 werden einzeln über Strom-Spannungs-Umformer B an arithmetische Verstärker D angelegt, in welchen die Eingänge mit dem. Eingang von einer VergleichsSpannungsquelle G verglichen werden, die mit den Verstärkern*verbunden ist, um so die Fehlerfreiheit des Gegenstandes von Segment zu Segment zu beurteilen. Die Ausgänge von den arithmetischen Verstärkern D werden dem ersten logischen Schaltkreis F zugeführt. Wenn einer oder mehrere der arithmetischen Verstärker B ein beurteilendes Ausgangssignal erzeugen, das kein die Fehlerfreiheit anzeigendes Signal ist, so gibt der logische Schalt^· kreis F ein Ausgangssignal ab, das kein die Fehlerfreiheit anzeigendes Signal ist, worauf ein Siganal, das anzeigt, ob der geprüfte Gegenstand einwandfrei ist oder nicht, von einem die Fehlerfreiheit beurteilenden logischen Schaltkreis F, dem ein Signal von der Vorrichtung zur Ermittlung der Stellung E zugeführt wird, erzeugt wird. . ■

Es wird angenommen, daß ein Teil eines Gegenstandes einen Riß, Sprung oder dergleichen hat (fehlerhafter Teil), welcher von einem der mehreren Segmente des oben erwähnten Musters bedeckt wird, während die fehlerlosen Teile durch die anderen Segmente bedeckt werden. Außerdem wird in der folgenden Beschreibung angenommen, daß der Fehler ein höheres Reflexionsvermögen hat als der einwandfreie Teil,

In dem Falle, in dem K photoelektrische Wandler, die für N Segmente des Musters angeordnet sind, jeweils reflektiertes Licjit von einem fehlerlosen, einwandfreien Gegenstand durch das Muster empfangen, ist der die Fehlerfreiheit anzeigende Ausgang S« jedes photoelektrischen Wandlers^ des <Ue Fehlerfreiheit anzeigenden Ausgangs S eines photoelektrischen Wandlers, der dasselbe reflektierte Licht durch ein ungeteiltes Vergleichsmuster empfängt, wie in den Figuren 14 (a) " und (b) dargestellt.

Wie bereits angenommen, hat der fehlerhafte Teil ein höheres Beflexionsvermögen als der einwandfreie Teil, während die Fläche des fehlerhaften Teils dieselbe bleibt, gleichgültig ob der ganze Gegenstand in mehrere Segmente geteilt iat oder nicht. Da der fehlerhafte Teil durch eines νοη mehreren Segmenten des Vergleichsmusters bedeckt wird, erzeugt der photoelektrische Wandler, der das reflektierte Licht durch das den fehlerhaften Teil bedeckende Segment empfängt, ein

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Ausgangssignal Ejt, das gleich der Summe des Ausgangs S^, der aufgrund-des. durch die/den fehlerhaften Teil nicht bedeckenden Segmente tretenden, reflektierten Lichts erhalten wird, und eines AusgangsZuwachses Sd infolge des Vorhandenseins des fehlerhaften Teils ist.. Wenn andererseits das vom Gegenstand reflektierte Licht durch einen photoelektrischen Wandler durch ein ungeteiltes Vergleichsmuster empfangen wird, ist der entsprechende Ausgang Ro, was die Summe des die Fehlerfreiheit anzeigenden Ausgangs So und des Ausgangszuwachses Sd infolge des Vorhandenseins des fehlerhaften Teils ist. Zum "besseren Verständnis sind die Kurvenform des die Fehlerfreiheit anzeigenden Ausgangs und die Kurvenform des die Fehlerhaftigkeit anzeigenden Ausgangs des photoelektrischen Wandlers beide übereinander in derselben Stellung dargestellt, wobei Fig. 14 (a) den Fall wiedergibt, in dem das geteilte Vergleichsmuster verwendet wird, und Fig. 14(b) den Fall wiedergibt, in dem das ungeteilte Vergleichsmuster verwendet wird.

Wenn der geprüfte Gegenstand einen Fehler hat, ändert sich die Intensität des von dem Fehler reflektierten Lichts nicht abhängig von der Zahl der geteilten Segmente des Vergleichsmusters, Demgemäß ist die Differenz Sd im Ausgang des photoelektrischen Wandlers zwischen dem Fall, in dem der Fehler erkannt wird, und dem Fall, in dem er nicht festgestellt wird, dieselbe für den Fall nach Fig. 14(a), in dem die Ermittlung durch einen photoelektrischen Wandler zusammen mit dem ge-

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teilten Segment durchgeführt wird, und für den Fall nach Fig. 14 (b), in welchem das ungeteilte Muster verwendet wird. Hinsichtlich des Ausgangswertes des photoelektrischen Wandlers jedoch ist der die Fehlerfreiheit feststellende Ausgang S»t eines zusammen mit einem von N Segmenten verwendeten photoelektrischen Wandlers 1/ des die Fehlerfreiheit anzeigenden Ausgangs So des photoelektrischen Wandlers im Fall des ungeteilten Musters; der Ausgang S« vermindert sich also proportional zur Zahl der Segmente wohingegen der die Fehlerhaftigkeit anzeigende Ausgang IL· im ersteren Fall größer ist als 1/ desselben Ausgangs im letzteren Fall. Infolgedessen kann der arithmetische Verstärker D mit größerer Unterscheidung die Änderung im die Fehlerhaftigkeit anzeigenden Ausgang R^ aufgrund der Teilung unter Bezug auf die die Fehlerfreiheit beurteilende Schwelle feststellen, die durch den Ausgang der Vergleichsspannungsquelle C vorgegeben ist; dsmit wird eine größere Genauigkeit bei der Ermittlung festgestellt.

Im allgemeinen sind Fehler nicht immer konzentrisch auf einem einzigen Teil des zu prüfenden Gegenstandes gelegen. Zum Beispiel können Fehler möglicherweise ' so vorhanden sein, daß sie jedem der N unterteilten Segmente gleichmäßig ein reflektiertes Licht geben, das 1/ der Intensität des vorangehenden, von dem Fehler reflektierten Lichts hat. Das ist die unvorteilhafteste Situation, die mit der Ausführungsform nach Fig. 13 zusammentreffen kann. In diesem,Fall vermindert

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sich das Verhältnis zwischen den die Fehlerfreiheit an-.

S
zeigenden Ausgängen _Ji auf 1/F,' und das Verhältnis

^so

zwischen den die Fehlerhaftigkeit anzeigenden Ausgängen __Ν

vermindert sich gleichermaßen auf 1/N. Jedoch das ist einfach eine proportionale Verminderung des die Fehlerfreiheit anzeigenden Ausgangs und des die Fehlerhaftigkeit anzeigenden Ausgangs im Vergleich mit dem Fall, in dem das durch ein ungeteiltes Vergleichsmuster tretende reflektierte Licht von einem photoelektrischen Wandler zur Beurteilung der Fehlerfreiheit empfangen wird, so daß die Ermittlungsfähigkeit jedes photoelektrischen Wandlers, der reflektiertes Licht durch jedes Segment empfängt, gleichwertig der des photoelektrischen Wandlers ist, der reflektiertes Licht durch die Gesamtfläche eines Vergleichsmusters empfängt.

Kurz gesagt, die Fähigkeit zum Erkennen wird sich nicht vermindern, als wenn ein photoelektrischer Wandler für das gesamte Vergleichsmuster verwendet wird.

Die in Fig. 13 gezeigte. Ausführungsform schließt einen Haltestromkreis Gq ein zur Steuerung der zeitlich richtigen Abstimmung der Betätigung einer Auswahlvorrichtung M.

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Im allgemeinen ist es sehr schwierig, Gegenstände in einer Prüfstellung zu überprüfen, während die Gegenstände auf einem Fließband befördert werden, und sofort und direkt fehlerhafte Gegenstände aus den geprüften Gegenständen auszusortieren, weil für das Vorsehen einer Auswahlvorrichtung ungenügend Platz zu Verfügung steht. Demzufolge ist es üblich, Mittel vorzusehen, um für einige Zeit die in der Prüfstellung als fehlerhaft ermittelten Gegenstände zu speichern und sie aus dem Beförderungspfad durch die Auswahlvorrichtung zu entfernen, wenn sie aus der Prüfstellung in eine vorbestimmte Stellung befördert worden sind.

Der in Fig. 13 dargestellte Haltestromkreis G« umfaßt drei in Reihe geschaltete Haltestromkreise G·, Gd und Gp. Um die Haltezeit beliebig zu verändern, sind Kontakte f, g_ra und

a . _y

gr vorgesehen, um den Haltestromkreis G», Gt, bzw. Gp kurz zu schließen, und ein Kontakt g , der vom Anschluß des Haltestromkreises Gp abragt. Diese Kontakte werden mit Hilfe eines Umschalters S₀, wahlweise mit der Auswahlvorrichtung M verbunden, um die Auswahlvorrichtung M mit ausgewählter zeitlicher Abstimmung zu betätigen,

AngenoiiiDien, daß die Haltezeit für jeden der Haltestromkreise G., Gß und Gp auf V des ZeitintervallesZ* auf dem Förderweg der Gegenstände festgesetzt wird, so wird, wenn der Umschalter So mit dem Kontakt f verbunden, ein in der Fig.

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15 (f) dargestelltes Ausschußsignal vom logischen Schaltkreis F durch den Kontakt f direkt an die Auswahlvorrichtung M weitergegeben. Mit anderen Worten, die Auswahlvorrichtung M wird gleichzeitig mit der Betätigung des logischen Schaltkreises F "betätigt (d.h. mit der Feststellung eines fehlerhaften Gegenstandes),.

Wenn der Umschalter S_Q mit dem Kontakt g verbunden ist,

ο a

wird ein in Fig. 15 (g_o) wiedergegebenes Signal von dem

logischen Schaltkreis F über den Haltestromkreis G» an die . Auswahlvorrichtung/weitergegeben. So tritt die Auswahlvor-. richtung M ungefähr 3 λ L nach Aussenden des Ausschußsignals in Aktion.

Ähnlich verursacht der Umschalter Sq, wenn er mit dem Kontakt g-, verbunden ist, die Betätigung der Auswahlvorrichtung mit einer Zeitverzögerung von 1 J. i, , wie es in

2 Fig. 15. (g·^) dargestellt ist.

Wenn der Umschalter S_c mit dem Kontakt g verbunden ist,

D C

arbeitet die Auswahlvorrichtung M mit einer Zeitverzögerung

von 2lC , wie es in Fig.. 15 (g_o) dargestellt ist. 4 c

Obwohl die vorangehende Beschreibung.nur hinsichtlich der Ermittlung fehlerhafter Gegenstände gegeben wurde, wird aus der Beschreibung offenbar, daß einwandfreie Gegenstände mit einer abgewandelten Art des Signalverarbeitungssystems ermittelt werden können,, was natürlich im Bereich dieser Erfindung· liegt. Die Lichtquelle kann Innenbeleuchtung oder natürliches Außenlicht sein. ■

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BAD ORIGINAL

Claims (8)

-Xö- Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Erkennen von Mustern, beispielsweise Fehlern, an Gegenständen unter Einschluß von Beförderungsmitteln zum Transport der Gegenstände mit konstanter Geschwindigkeit aus einer in eine andere Position, eines ein Bild erzeugenden optischen Systems zur Projektion des von dem zu prüfenden Gegenstand reflektierten Lichts auf eine imaginäre Ebene zur Erzeugung eines Bildes darauf, eines photoelektrischen Wandlers, der das Licht des Bildes des Gegenstandes empfängt zur Erzeugung eines entsprechend der Lichtintensität variablen Ausgangs und eines arithmetischen Verstärkers zur Ermittlung der Differenz zwischen dem elektrischen Ausgangswert des photoelektrischen Wandlers und dem elektrischen Schwellenwert einer Vergleichswerteinstellvorrichtung,

gekennzeichnet durch ein in der Nähe der Abbildungsebene angeordnetes, das reflektierte Licht in demselben Bereich wie das Muster des zu prüfenden Teils des Gegenstandes (1) durchlassendes Vergleichsmuster (5), Mittel zur Stellungsermittlung (E) und Erzeugung eines elektrischen Signals, wenn der Gegenstand eine Prüfstellung erreicht hat, und einen logischen Schaltkreis (F) zur Erzeugung eines elektrischen Befehlssignals abhängig von einem Prüfungssignal vom arithmetischen Verstärker (D) und von einem den Gegenstand erkennenden Signal von dor Vorrichtung zur Stellungsermittlung (E).

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der photoelektrische Wandler (8) so angeordnet ist, • daß er nur durch das Vergleichsmuster (5) passierendes, reflektiertes Licht empfängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem arithmetischen Verstärker '(B) und dem logischen Schaltkreis (F) ein Haltestromkreis (G-) angeordnet ist und daß unter den Prüfausgangssignalen des arithmetischen Verstärkers (D) ein den Faktor zur Aussonderung durch die Prüfung enthaltendes Ausgangssignal durch den Haltestromkreis (G) für eine vorgegebene Zeitspanne Tor Abgabe eines Erkennungssignals für den nächstfolgenden zu prüfenden Gegenstand (1) aufrechterhaltbar ist. ·

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis.3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vergleichswerteinstellvorrichtung für die Prüfung eine mit einem der Eingangsanschlüsse des arithmetischen Verstärkers (D) verbundene Spannungsquelle (G) zur Abgabe eines bestimmten elektrischen Potentials enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, . dadurch gekennzeichnet,

daß die Vergleichswerteinstellvorrichtung (C Ji) für' die Prüfung eine Einstellvorrichtung (A/, B/) für die

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Vergleichsschwelle enthält, deren Ausgang entsprechend der Änderung der Helligkeit der den Gegenstand beleuchtenden Lichtquelle (3) veränderbar ist und verstärkt an einen der Eingangsanschlüsse des arithmetischen Verstärkers (D) angelegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vergleichswerteinstellvorrichtung (Ci) einen Ermittlungsstromkreis (Ai)und einen Strom-Spannungs-Umformer (B£)zur Verstärkung des Ausgangssignals des Ermittlungsstromkreises (A^)enthält, wobei der Ermittlungsstromkreis (Ai) einen photoelektrischen Wandler (8/)zum Empfang des in seiner Intensität mit der Änderung der Helligkeit der Beleuchtungslichtquelle (3) veränderliehen, reflektierten Lichts in der Prüfstellung enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Vergleichsmuster (5) aus der Zusammenstellung unterteilter Segmente zum Durchlaß mehrerer Bruchteile des von einem Muster eines Teils des zu prüfenden Gegenstands reflektierten Lichts besteht, daß mehrere photoelektrische V/andler (8) für das Vergleichsmuster (5), und zwar ein photoelektrischer Wandler (8) für jedes Segment,vorgesehen sind zum unabhängigen Empfang des durch die Segmente tretenden Lichts und

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daß dieselbe Anzahl arithmetischer Verstärker (D) wie unterteilte Segmente vorgesehen ist und so die Differenz zwischen der Prüfvergleichsschwelle- und dem Ausgangswert jedes einen der photoelektrischen Wandler (8) enthaltenden Ermittlungsstromkreises (A) einzeln berechenbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Haltestromkreis (G ) zur Aufrechterhaltung eines

die Beurteilung abgebenden Ausgangssignals des logischen Schaltkreises (F) für eine bestimmte Zeitspanne vorgesehen ist und daß eine bestimmte Zeit nach Abgabe des.Befehlssignals von dem logischen Schaltkreis (F) durch den Haltestromkreis (G ) eine Auswahlvorrichtung (M) zur Aussonderung der aus dem Transportweg des Beförderungsmittels (2) zu entfernenden Gegenstände (1) betätigbar ist.

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