DE2605721B2

DE2605721B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen von Eiern auf Risse oder Bruchstellen in ihrer Schale

Info

Publication number: DE2605721B2
Application number: DE2605721A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Phys. 6148 Heppenheim Bol; Hans-Ulrich Dipl.- Phys. Dr. 6382 Friedrichsdorf Freund
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Staalkat BV
Priority date: 1976-02-13
Filing date: 1976-02-13
Publication date: 1979-11-08
Also published as: JPS622268B2; NL186471B; NL186471C; DE2605721A1; DE2605721C3; US4161366A; NL7701472A; JPS52112579A; GB1556101A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überprüfen von Eiern auf Risse oder Bruchstellen in ihrer Schale, bei welchem über die Eischale ein Lichtbündel geführt wird und bei dem die Intensität des aus dem Ei austretenden Lichtes Risse oder Bruchstellen anzeigt.

In den bisher am häufigsten verwendeten Anlagen werden die Eier durchleuchtet und visuell auf Haarrisse oder Bruchstellen überprüft. Die in mehreren Reihen nebeneinander auf Transportbändern liegenden, langsam rotierenden Eier durchlaufen dabei Durchleuchtungskabinen, die je nach Kapazität der Anlage mit einer oder mit mehreren Personen besetzt sind. Erfahrungsgemäß lassen sich von einer Person bis zu 500 Eier pro Stunde kontrollieren. Der Anteil von Knickeiern liegt üblicherweise zwischen 5 und 15%.

Bei einer Durchleuchtungsvorrichtung dieser Art ist es auch bereits bekannt, oberhalb von feststehenden Lichtquellen, die in diesem Fall unter dem Förderband angeordnet sind, Licht-Schutzschirme derart anzubringen, daß nur durch Schlitze hindurch Lichtstrahlen auf

·-, die Eier gerichtet werden (DE-AS 12 22 313). Zum Schutz der Bedienungsperson gegen Lichtstrahlen und zur Verhinderung der Blendwirkung starker Lichtquellen sind bei dieser Vorrichtung außerdem weitere Licht-Schutzschirme oberhalb des Transportbandes

ίο angebracht Nachteilig bei solchen und ähnlichen Anlagen ist der relativ hohe Personalaufwand und außerdem die Unzuverlässigkeit bzw. die hohe Fehlerquote-, in der Praxis wird nur etwa die Hälfte der beschädigten Eier entdeckt.

π Ferner ist es bekannt. Unterschiede im elektrischen Widerstand infolge von Rissen in der Eischale zur Erzeugung eines Signales und damit zur Detektion von Eiern mit beschädigten Schalen auszuwerten (US-PS 31 87 892). Auch bei Vorrichtungen für solche Verfahren

>o werden die Eier auf den Transportbändern in Rotation versetzt. Zur elektronischen Untersuchung von Eiern auf Fäulnis und Bakterien im Eiweiß ist es bekannt, die Eier mit ultraviolettem Licht zu durchleuchten (Z. »Elektronik«, 5. Jg, 1956, Franzis-Verlag, München, Heft

2Ί 3, S. 77 und 78). Da nur bei verdorbenen Eiern eine starke Fluoreszenz auftritt, läßt die Messung des aus dem Ei austretenden Lichtes mit Photozellen Rückschlüsse auf den Zustand des Eies zu.

Des weiteren ist es schon bekannt, daß Haarrisse die

jo elastischen und akustischen Eigenschaften der Eischaie verändern. Man kann daher eine schadhafte Stelle an der Art des Geräusches erkennen, das z. B. beim Abklopfen des Eies entsteht. Die Änderung in den elastischen Eigenschaften beim Vorhandensein einei'

j) Bruchstelle läßt sich mit Hilfe eines Hämmerchens ermitteln, das nach dem Aufschlagen auf das Ei an Stellen mit Haarrissen weniger weit zurückfedert als an intakten Stellen (NL-PS 130 006). Solche Verfahren sind umständlich und daher für die Praxis kaum brauchbar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der verschiedenen bekannten Detektionsmethoden zu überwinden und ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß das Überprüfen der

4) Eier auf Risse und Bruchstellen mit größerer Geschwindigkeit und größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art in überraschend

>o einfacher Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst werden kann, daß die Eischale mit dem als fokussiertes Lichtbündel ausgebildeten Lichtbündel wenigstens annähernd punktförmig abgetastet wird und daß das durch einen Riß oder eine Bruchstelle in das Eiinnere eintretende Lichtbündel durch elektrooptische Messung der Intensität des an einer der Eintrittsstelle abgewandten Seite der Eischaie austretenden Lichtes erfaßt und ausgewertet wird.
Auf diesem Prinzip beruhende Verfahren lassen sich

mi mit robusten und unkompliziert aufgebauten Vorrichtungen ausführen. Die Überwachung durch qualifiziertes Personal wird daher entbehrlich. Auch diese Vorteile wirken sich auf die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens günstig aus.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit mindestens einer feststehenden Lichtquelle und mit Einrichtungen zum Drehen der Eier um ihre Längsachse besitzt erfindungs-

gemäß für jede Lichtquelle eine fokussierende Optik und ist mit einem elektrooptischen Detektor ausgerüstet, der auf eine den Abtaststellen abgewandte Seite der Eischale gerichtet ist

Nach einer speziellen vorteilhaften Ausführungsart > verfügt die Vorrichtung über eine Spiegelanordnung, mit der die fokussierten Lichtbündel auf Abtastbahnen über die Eischale verschwenkbar sind. Dabei kann die Spiegelanordnung einen rotierenden Umlenkspiegel und zwei ringförmige, ovale, d.h. der Eikontur angepaßte Umlenkspiegel umfassen, mit denen das fokussierte Lichtbündel auf der beide Enden des Eies einschließenden Abtastbahn verschwenkbar ist.

Andererseits karn nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart die erfindungsgemäße Vorrichtung mit ι > einer Vielzahl von feststehenden Lichtquellen ausgerüstet sein, deren fokussierte Lichtbündel auf verschiedene Stellen der Eischale gerichtet sind und die mit einer im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit des Eies hohen Impulsfrequenz wechselnd einschaltbar sind. Als Lichtquellen für die Lichtbündel sind Laser, Laserdioden oder Lumineszenzdioden besonders gut ceeignet.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nähererläutert. 2")

Es zeigt in schematischer Vereinfachung

Fig. 1 die prinzipielle Meßanordnung und den Strahlengang einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Überprüfen von Eiern auf Risse oder Bruchstellen in ihrer Schale, jo

F i g. 2 den Verlauf eines zur Bestimmung eines Risses ausgewerteten Signales über die Zeit bei dem Verfahren nach Fig. I₁

Fig. 3 in weiteren Details eine voneilhafte Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 1, i>

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 3 von oben gesehen und

Fig. 5 die grundsätzliche Anordnung von Lichtquellen, Ei und Detektor bei einer weiteren Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des vorge- ■)(> nannten Verfahrens.

Nach F i g. I wird ein schmales, fokussiertes Lichtbündel 1 auf die Oberfläche (Schale) eines auf Haarrisse oder Bruchstellen zu untersuchenden Eies 2 gerichtet. Ein Teil des auftreffenden Lichtes dringt durch die -n Schale in das Innere des Eies 2 fin und wird gleichmäßig im Eiinneren ringsum gestreut; das Ei 2 leuchtet auf. Ein Teil dieses Streulichtes wird von einem Fotodetektor 3 erfaßt und auf seine Intensität hin untersucht.

Tastet man nun die Eischale mit dem fokussierten Lichtbündel 1 ab, z. B, dadurch, daß man das Ei ?. in der Anordnung der Fi g. I im Sinne des dort eingezeichneten Pfeiles 4 um die angedeutete Längsachse des Eies 2 rotieren läßt, so schwankt das am Ausgang einer Verstärkerstufe 5 abgegriffene Signal des Fotodetektors 3 (Fotostrom) entsprechend der Durchlässigkeit der Eischale. Fällt dabei der Fokus des Lichtbündels 1 auf einen Riß in der Schale des Eies 2, so gelangt durch den Rißspalt ein größerer Teil des Lichtes in das Innere des Eies 2; das von dem Detektor 3 erfaßte Streulicht und damit der Fotostrom / steigen an. Man erhält Signalimpulse, die sowohl an ihrer Amplitude als auch an ihrer An- und Abstiegszeit und an ihrer Dauer von den an der intakten Eischale auftretenden Signalschwankungen unterschieden werden können. In F i g. 2 ist der Signaiverlauf über der Zeit t bei der Anordnung nach F i g. 1 dargestellt; das steil ansteigende Signal zur Zeit Z₁ weist deutlich auf einen Riß in der Eischale hin.

Der Störabstand des Signales ist am größten, wenn der Durchmesser des abtasterüsn Lichtbündels 1 der Spaltweite des zu detektierenden K4arrisses entspricht. Ferner ist es bezüglich des Signal-Störabstandes vorteilhaft, wenn das Lichtbündel 1 möglichst senkrecht auf die Eischale auftrifft Die meisten vorkommenden Haarrisse können mit einem Lichtbündel von 100 μΓΠ sicher detektiert werden. Die allerfeinsten Haarrisse erfordern eine Fokussierung des Lichtbündels 1 auf einen Durchmesser bis zu 20 μπι. Dabei ist es günstig, wenn das Öffnungsverhältnis des lokussierenden Lichtbündels 1 möglichst klein, das Lichtbündel 1 also schlank ist, da dann einerseits der Durchmesser des Lichtbündels 1 sich !ängs einer Strecke entsprechend der Dicke der Eischale wenig ändert und weil andererseits in diesem Fall auch die Fokussierung auf die Eioberfläche nicht kritisch ist, da der Fokus eine große Schärfentiefe besitzt.

Ein schlankes, feinfokussiertes Lichtbündel mit einer für praktische Anwendungen ausreichende.) Intensität läßt sich technisch einfach z. B. mit der möglichst punktförmigen Lichtquelle eines Lasers verwirklichen.

In der folgenden Tabelle sind einige Werte für den durch Lichtbeugung bestimmten Fokusdurchmesser des fokussierten Strahles eines Heiium-Neon-Lasers mit einer Wellenlänge von λ = 0,63 μπι und einem Austritts-Durchmesser des Lichtstrahles von 0,75 mm in Abhängigkeit von der Brennweite der fokussierenden Optik bzw. vom Öffnungsverhältnis des fokussierten Lichtbündels wiedergegeben:

Brennweite der fokujsierenden Linse (mm)
Öffnungsverhältnis des fokussierten Strahls
Durchmesser des Fokus (μίτι)

80	40	20	10
0,009	0,019	0,038	0,075
164	82	41	20,5

Mit einem Laser kann man die wünschenswerten Fokusdurchmesser, also sehr sch'anke Lichtbündel, ohne Einbuße an Lichtintensität verwirklichen. Die Monochromasie und Kohärenz des Laserlichtes werden bei dem beschriebenen Detektionsverfahren jedoch nicht unmittelbar ausgenutzt. Im Prinzip sind daher auch inkohärente Lichtquellen, wie Glühlampen, Lumineszenzdioüen, Quecksilberhochdrucklampen u. a. verwendbar.

Nach der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsart aer Erfindung wird das l'okussierte Lichtbündel 1 sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung auf umlaufenden Abtastbahnen übr die gesamte Eischale geführt. Hierzu wird zunächst wiederum - wie in F < g. 1 - das Ei in Richtung des Pfeiles 4 in Rotation versetzt und außerdem das kollimierte Lichtbündel 1, hier ebenfalls ein Laserlichtstrahl, durch ein fokussierendes Objektiv 6 hindurch auf einen rotierenden Umlenkspiegel 7 gerichtet; die Rotationsrichtung um eine in der Zeichenebene liegende Achse ist in Fig. 3 durch den Pfeil in der Nähe des Umlenkspiegels 7 angedeutet. Über zwei ringförmige, annähernd ovale, genauer

gesagt, der Eikontur 10 angepaßte, Umlenkspiegel 8, 9 wird ein umlaufendes fokussiertes Lichtbündel Γ, Ι", Γ" erzeugt, das die Schale des Eies 2 entlang eines Längsumfanges abtastet; der Strahl verläuft dabei auf einer beide Enden des Eies 2 einschließenden Ablastbahn, die etwa der Kontur in Fig.4 entspricht. Die prinzipielle Ausführung der ringförmigen und ovalen Umlenkspiegel 8, 9 ist aus F i g. 4 besonders deutlich zu entnehmen.

Um den durch die Krümmung der ringförmigen Umlenkspiegel 8, 9 hervorgerufenen Astigmatismus zu kompensieren, kann in den Strahlengang eine mit dem Umlenkspiegel 7 mitrotierende Zylinderlinse eingefügt werden.

Das Ei 2 rotiert auf Rollen 11, vergleiche F i g. 3, um seine Längsachse. Dadurch wird die gesamte Eischale von dem Lichtbündel 1 abgetastet, das - wie beschrieben - unter dem Einfluß des rotierenden Spiegel·; 7 und der kreisförmigen Spiegel 8, 3 auf Längsbahnen umläuft. Die auf diese Weise entstehenden Abtastbahnen kreuzen sich an den beiden Spitzen bzw. Enden des Eies 2 und verlaufen über dessen größten Umfang. Der Abstand der einzelnen Abtastbahnen voneinander hängt dabei von der Umlaufgeschwindigkeit des in Richtung des Pfeiles 4 (vergleiche Fig. 3) rotierenden Eies und von der Umlaufgeschwindigkeit des Umlenkspiegels 7 ab. Wenn das Ei z. B. mit 1 Hz rotiert und der Abtaststrahl mit 50 Hz umläuft, so wird das Ei in 0,5 s auf Bahnen abgetastet, die am größten Umfang um die Längsachse etwa 3 mm auseinanderliegen.

Der Detektor 3 in F i g. 3 kann auf jeden Bereich der Eioberfläche außerhalb der Abtastebene gerichtet werden. Bei der prinzipiell möglichen und leicht zu verwirklichenden Anordnung des Detektors 3 unterhalb des Eies 2 besteht die Gefahr der Verschmutzung durch auslaufende Eier, daher wird bevorzugt der Detektor 3 oberhalb des Eies 2 angeordnet.

die Rollen 11 dienen auch dazu, das Ei unabhängig von seiner Größe genau in die Meßebene zu heben. Mit einer zusätzlichen Tastrolle 12 wird hierzu zunächst die Größe des Eies 2 festgestellt und dann die relative Lage zwischen Ei und Abtaststrahl entsprechend automatisch nachgestellt. Auch ist es möglich, das Objektiv 6 entsprechend der mit der Tastrolle 12 festgestellten Größe des jeweiligen Eies so zu verschieben, daß der Fokus sowohl bei großen als auch bei kleinen Eiern im wesentlichen auf der Eioberfläche umläuft

Das Verfahren zum Überprüfen von Eiern läßt sich des weiteren auch mit der Anordnung nach Fig. 5 durchführen. Hier wird anstelle eines umlaufenden Abtaststrahles, wie dies anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wurde, die Abtastung mit Hilfe einer Vielzahl von fokussierten Lichtbündeln durchgeführt, die auf die Eischale möglichst senkrecht auftreffen und die

-, nacheinander ein- und ausgeschaltet werden. Die Abtaststrahlen dürfrn nämlich nicht ohne weiteres gleichzeitig in Betrieb sein, da das an einem Haarriß gestreute Licht eines Abtaststrahles dann keinen ausreichenden Störabstand gegenüber dem an der

κι intakten Schale des Eies 2 gestreuten Licht der anderen Abtaststrahlen aufweisen würde.

Vorzugsweise verwendet man bei der Meßanordnung nach F i g. 5 als Lichtquellen 13 Halbleiter-Lumineszenzdioden, noch besser Halbleiter-Laserdioden, die

ι "> kurze Lichtimpulse hoher Impulsfolgefrequenz abgeben können. Mit entsprechenden Schieberegistern werden die Lichtquellen 13 bei dieser Methode in zeitlich dichter Folge nacheinander angesteuert, so daß zu jedem Zciipünki iiViiVici' nut eine LILM[quelle leuchte!

2ii und jede einzelne Lichtquelle 13 mit einem der Anzahl der Lichtquellen entsprechenden Tastverhältnis Lichtimpulse abgibt.

Das Ei 2 befindet sich hier wiederum auf einer Anordnung mit Rollen 11, 12, wie sie in Fig. 3 gezeigt

2i sind, so daß es mit der gewünschten Umdrehungsgeschwindigkeit in Rotation vernetzt werden kann. Beträgt die Rotationsgeschwindigkeit z. B. 1 Hz, entsteh" bei einem Haarriß am größten Umfang um die Längsachse mit kontinuierlich leuchtendem Abtast-

)n strahl ein Signalimpuls am Fotodetektor 3' mit einer Dauer von ca. 500 μ5. Bei intermittierendem Betrieb der betreffenden Lichtquellen 13 sollte dieser Signalimpuls mindestens durch fünf, besser durch zehn Lichtimpulse abgedeckt werden; dies entspricht einer Impulsfolgefre-

r, quenz von 10-20 kHz. Bei 20 Lichtquellen, d. h. einem Tastverhältnis von 1 :20, wird jeder einzelne Lichtimpuls dabei etwa 2,5 bis 5 \is lang. Der Fotodetektor 3' muß schnell genug ansprechen, damit diese einzelnen Lichtimpulse ungedämpft wiedergegeben werden kön-

4» nen; dies läßt sich mit herkömmlichen Fotodetektoren realisieren.

Welche der zuvor beschriebenen Vorrichtungen am günstigten ist, hängt u. a. von der bereits vorhandenen Sortier- und Verpackungsanlage ab, in deren Rahmen

4-, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Überprüfen von Eiern eingefügt werden soll. Wichtig ist hierbei insbesondere die verlangte Arbeitsgeschwindigkeit und die Genauigkeit, mit der das Vorhandensein und die Größe der Risse oder Bruchstellen in der Eischale ermittelt werden sollen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überprüfen von Eiern auf Risse oder Bruchstellen in ihrer Schale, bei welchem über die Eischale ein Lichtbündel geführt wird und bei dem die Intensität des aus dem Ei austretenden Lichtes Risse oder Bruchstellen anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Eischale mit dem als fokussiertes Lichtbündel ausgebildeten Lichtbündel wenigstens annähernd punktförmig abgetastet wird und daß das durch einen Riß oder eine Bruchstelle in das Eiinnere eintretende Lichtbündel durch elektrooptische Messung der Intensität des an einer der Eintrittsstelle abgewandten Seite der Eischaie austretenden Lichtes erfaßt und ausgewertet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einer feststehenden Lichtquelle und mit Einrichtungen zum Drehen der Eier um ihre Längsachse, dadurch gekennzeichnet, daß diese für jede Lichtquelle eine fokussierende Optik besitzt und daß ein elektrooptischer Detektor (3, 3') vorhanden ist, der auf eine den Abtaststellen abgewandte Seite der Eischale gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese über eine Spiegelanordnung (7,8, 9) verfügt, mit der die iokussierten Lichtbündel (1) auf Abtastbahnen über die Eischale verschwenkbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung einen rotierenden Umlenkspiegel (7) und zwei ringförmige, ovale, d. h. der Eikontur (10) ε-gepaßte Umlenkspiegel (8, 9) umfaßt, mit denen das fokussierte Lichtbündel (1) auf der beide Enden de? Eies (2) einschließenden Abtastbahn verschwenkbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Vielzahl von feststehenden Lichtquellen (13) besitzt, deren fokussierte Lichtbündel auf verschiedene Stellen der Eischale senkrecht gerichtet sind und die mit einer im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit des Eies (2) hohen Impulsfrequenz wechselnd einschaltbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen (13) für die Lichtbündel Laser, Laserdioden oder Lumineszenzdioden vorgesehen sind.