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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Überprüfung von
senkrecht zu ihrer Längsrichtung transportierten, stabförmigen Gegenständen durch
Erfassung und Auswertung der von einer Lichtquelle auf die Gegenstände gerichteten
Lichtstrahlen.
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Außerdem bezieht die vorliegende Erfindung sich auf eine Einrichtung,
zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einer Lichtquelle, mit fotoelektrischen
Wandleinfür das von einem Gegenstand beeinflußte Licht und mit einer Auswerteinheit
für die Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler.
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Im folgenden sollen die bei der optischen Uberprüfung von stabförmigen
Gegenständen auftretenden Probleme anhand der Überprüfung von Cigaretten erläutert
werden. Ähnliche Probleme können jedoch auch bei anderen stabförmigen Gegenständen,
beispielsweise Bleistiften, auftreten.
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Bei der Herstellung von Cigaretten müssen sehr strenge Toleranzen
bei den verschiedenen Abmessungen, insbesondere dem Durchmesser und der Länge, eingehalten
werden, damit die gewünschte, möglichst gleichbleibende und definierte Produktqualität
sichergestellt wird.
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Aus der DE-OS 2 542 082 ist deshalb eine Vorrichtung zum Prüfen von
Filtercigarett!en bekannt, bei der die nur an ihren Enden gelagerten Cigaretten
von einer Lichtquelle bestrahlt und das an der Cigarette vorbeilaufende Licht durch
fotoelektrische Wandler erfaßt wird. Dadurch läßt sich die Kontur und damit schließlich
der Durchmesser der Cigarette bestimmen. Eine Messung der Länge der Cigarette ist
nicht möglich.
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Außerdem können mit dieser bekannten Vorrichtung, mit Ausnahme der
erwähnten Konturfehler, keine Oberflächenstörungen, wie beispielsweise Schattenflächen,
Schattenpunkte,
Streifen, Schmutzflecken, usw. erfaßt werden.
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Aus der DE-AS 2 332 813 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Oberfläche
eines Cigarettenstrangs bekannt, bei der dieser Strang durch einen ringförmigen
Inspektionskopf hindurchgeführt wird. Bei dieser Vorrichtung ist naturgemäß ebenfalls
keine Längenmessung möglich, da der Strang erst nach dem Verlassen des Inspektionskopfes
in die einzelnen Cigaretten zerschnitten wird. Bei diesem Schneidvorgang auftretende
Fehler und damit unterschiedliche Längen der hergestellten Cigaretten können nicht
mehr erfaßt werden.
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Auch die Durchmesserbestimmung ist mit der bekannten Vorrichtung nicht
möglich, sondern es können offensichtlich nur relativ grobe Fehler, wie beispielsweise
dunkle Flecken, ermittelt werden.
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Weiterhin ist es nicht möglich, die Lage und Form von cigarettenspezifischen
Markierungen, wie beispielsweise Zeichen und Stempel, zu überprüfen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahrein zur
optischen Überprüfung von stabförmigen Gegenständen der angegebenen Gattung sowie
eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, bei dem
bzw. der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.
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Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen
werden, mit dem bzw. der alle interessierenden Daten des Gegenstandes, also neben
den verschiedenen Abmessungen auch Oberflächenstörungen und/oder Markierungen und
Zeichen auf der Oberfläche überprüft werden können.
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Bei einem Verfahren der angegebenen Gattung wird dies dadurch erreicht,
daß aus den an dem Gegenstand reflektierten Lichtstrahlen der Helligkeitsverla~f
eines zeilenförmigen Oberflächenbereiches
in Längsrichtung des
Gegenstandes quantitativ abgetastet uj1d eillu entsprechende Ab^a~'zc'le gebildet
wird, daß entsprechend dem Produktionstakt diese Abtastzeile einem Speicher zugeführt
wird, der eine bestimmte Zahl von nebeneinander liegenden Abtastzeilen enthält,
und daß aus den gespeicherten Abtastzeilen Daten des Gegenstandes abgeleitet werden.
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Bei einer Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens wird
dies erreicht durch eine Reihe von fotoelektrischen Wandlern zur quantitativen Abtastung
des Helligkeitsverlaufes eines zeilenförmigen Oberflächenbereiches in Längsrichtung
des Gegenstandes und zur Bildung einer entsprechenden Abtastzeile, durch einen Speicher
für mehrere nebeneinander liegende Abtastzeilen, dem entsprechend dem Produktionstakt
jede neue Abtastzeile zugeführt wira, und durch eine aus den gespeicherten Abtastzeilen
Daten des Gegenstandes ableitende Auswerteinheit.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf,
daß eine exakte Abbildung eines genau definierten, mehrere Zeilen umfassenden Bereiches
der Oberfläche des Gegenstandes hergestellt wird. Aus dieser Abbildung können die
interessierenden Daten des Gegenstandes, beispielsweise seine Abmessungen, Oberflächenstörungen,
aber auch Markierungen und Zeichnungen auf der Oberfläche, abgeleitet werden.
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Diese Überprüfung erfolgt vollständig berührungsfrei, wobei sich nur
der eigentliche optische Teil,nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Linescan-Camera,
in unmittelbarer Nähe der Gegenstände befinden muß, während die Elektronik über
ein Kabel an die Linescan-Camera angeschlossen werden kann. Dadurch wird es möglich,
an einer geeigneten Stelle des Fertigungsablaufes der Gegenstände die relativ kleine,
kompakte Linescan-Camera unterzubringen, ohne daß hierdurch die eigentliche Produktion
gestört wird.
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Durch statistische Betrachtungen ist festgestellt worden, daß es für
die Belange der Praxis ausreicht, wenn etwa 50 % der Oberfläche des Gegenstandes
abgetastet werden. Bei der Überprüfung von Cigaretten bedeutet dies, daß die freiliegende
Oberfläche der auf einer Transporttrommel gehaltenen Cigaretten abgetastet werden
kann. Eine solche Transporttrommel ist üblicherweise in jeder Cigarettenherstellungsanlage
vorgesehen, so daß nur noch die Linescan-Camera und die Lichtquelle in der Nähe
dieser Transporttrommel angebracht werden müssen.
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Da die zur Verfügung stehenden Analogspeicher nicht schnell genug
für die Verarbeitung der bei der hohen Fertigungsgeschwindigkeit von Cigaretten
auftretenden Signale sind, sollten die bei der Abtastung entstehenden analogen Signale
durch einen Analog/Digital-Wandler in digitale Datenworte umgesetzt werden. Die
zur Zeit erhältlichen digitalen Speicher haben die geforderte hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit
und zeigen auch nicht die ungewollte Veränderung des Speicherinhaltes, wie es bei
Analogspeichern oft der Fall ist.
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Bei der Umsetzung der analogen Signale in Digitalworte werden üblicherweise
8 Bit-Datenworte gebildet, die jedoch relativ lange Verarbeitungszeiten benötigen.
Um diese Verarbeitungszeiten zu verringern, kann eine Digital-Kompression auf 4-Bit-Datenworte
durchgeführt werden. Diese Digitalkompression wird nach einer bevorzugten Ausführungsform
mit einer "Nullpunkts-Kompensation" kombiniert, indem bei der Kompression der Mittelwert
der Helligkeit mehrerer Bildpunkte gebildet und bei der Verarbeitung der jeweiligen
Datenworte berücksichtigt wird. Dazu werden der Logarithmus des aktuellen Bildpunktes
und der Mittelwert der Logarithmen mehrerer Bildpunkte voneinander abgezogen, wodurch
ein komprimiertes 4-Bit-Datenwort entsteht, das auf den gleichen Heilligkeits-Nullpunkt,
nämlich auf den Mittelwert der Helligkeit, bezogen ist.
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Mehrere, in Längsrichtung des Gegenstandes nebeneinander liegende
Abtastzeilen, beispielsweise fünf Abtastzeilen, werden in einem Speichernetzwerk
gespeichert und anschließend auf einen Parallelregistersatz gegeben, der die Abtastsignale
für mehrere, senkrecht zur Längs- "ng des Gegenstandes, also in Transportrichtung
nebeneinander liegende Bildpunkte enthält. An den Parallelregistersatz ist wiederum
ein Schieberegister angeschlossen, in dem sich die Abtastsignale für mehrere, in
Längsrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte einer Zeile befinden.
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Der Parallelregistersatz und das Schieberegister erlauben also den
gleichzeitigen Zugriff auf mehrere in Längsrichtung und in Transportrichtung der
Gegenstände nebeneinander liegende Bildpunkte.
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Aus dem Helligkeitsverlauf dieser Bildpunkte und aus evenquellen Sprüngen
des Helligkeitsverlaufes können neben den erschaedenen Abmessungen der Gegenstände
auch Oberflächenr störungen in Form von Schattenflächen, Schatt;npunkten, Streifen
und Schmutzflecken, die Konturrichtigkeit des Gegenstandes, die Lage von Stempeln
und anderen Zeichen auf der Oberfläche des Gegenstandes sowie die Druckqualität
von Stempeln und Zeichen überprüft werden.
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Bei der Uberprüfung der Druckqualität von Stempeln und Zeichen wird
ein zweidimensionaler Bandpaß verwendet, der nu dann ein Signal abgibt, wenn ein
festgestellter dunkler Bereich der Oberflache eine vorgegebene Breite und/oder Höhe
überschrsiçer. und dadurch anzeigt, daß es sich nicht um die bekannte Form des Stempels
handelt, sondern daß die ser Stempel verwischt ist und deshalb eine geringere Druckqualität
hat Auch das Ausmaß der Stempelverwischung kann dann ermittel L verden
Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf
die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine
Ansicht des mechanischen und optischen Teils einer Einrichtung zur optischen Prüfung
von Cigaretten, Fig. 2 in Form eines Blockschaltbildes eine Gesamtansicht des elektronischen
Teils der Einrichtung, Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten des Bildwandlers
und seiner Anschlüsse, Fig. 4 in Form eines Blockschaltbildes den Digitalkompressor
des Bildwandlers, Fig. 5 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten der Bildverarbeitungseinheit,
und Fig. 6 in Form eines Blockschaltbildes Einzelheiten der Auswerteinheit und der
Verarbeitungseinheit.
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Wie man in Fig. 1 erkennt, weist die Einrichtung zur optischen Prüfung
von Cigaretten eine allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehene, sogenannte"Linescan-Camera"
auf, die eine zeilenförmig angeordnete Reihe von lichtempfindlichen Elementen 2
enthält. Als lichtempfindliche Elemente werden zweckmäßigerweise "ladungsgekoppelte
Elemente (CCD) verwendet, wobei insgesamt 256 lichtempfindliche Elemente eine für
die weitere Verarbeitung ausreichende Auflösung liefern.
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Vor der Reihe von lichtempfindlichen Elementen 2 befindet sich ein
schematisch angedeutetes Objektiv 3, das die Scharfeinstellung der Abbildung auf
die lichtempfindlichen Elemente 2 ermöglicht.
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Die zu überprüfenden Cigaretten werden mittels einer Zuführtrommel
9 auf C'.le eT T-nsporttrommel 8 a~fgebracht, die sich an einer geeigneten Stelle
in der Cigaretten-Herstellungsanlage befindet. Als Transporttrommel 8 kann beispielsweise
eine Prüftrommel für die Untersuchung der Luftdurchlässigkeit von Cigaretten verwendet
werden, wie sie bei einigen Cigaretten-Herstellungsmaschinen bereits vorgesehen
ist.
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Die Transporttrommel 8 muß nur die Bedingung erfüllen, daß die Oberflächen
der von ihr erfaßten Cigarettenl2 zumindest teilweise freiliegen und dadurch von
einer noch zu erläuternden Lichtquelle beaufschlagt werden können. Bei der oben
erwähnten Prüftrommel liegen etwa 50 % der Oberfläche jeder Cigarette frei, so daß
ein für die statistische Auswertung ausreichender Teil der Cigarettenoberfläche
abgetastet werden kann.
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Die Cigaretten 12 werden von der sich in Richtung des Pfeils drehenden
Zuführtrommel 9 auf die Transporttrommel 8 auf gelegt und von dieser in Richtung
ihres Pfeils mitgenommen, bis sie zu einer Stelle gelangen, an der die Oberfläche
der Transporttrommel 8 direkt dem Objektiv 3 der Linescan-Camera 1 zugewandt ist.
An dieser Stelle wird die Trommeloberfläche von zwei Lampen 4 und 5 bestrahlt, deren
Licht durch zwei Hohlspiegel 6 und 7 auf die Oberfläche der Cigarette gerichtet
wird.
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Als Alternative zu den dargestellten Lichtquellen können auch Kaltlichtquellen
verwendet werden, deren Licht durch zwei Glasfaserbündel auf die entsprechende Stelle
der Transporttrommel 8 gerichtet wird.
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Nach dem Durchlaufen der in Fig. 1 zu erkennenden Prüf lage werden
die Cigaretten 12 von der Transporttrommel 8 zu einer Auswurftromnel 10 gebracht,
die sie in Richtung ihres Pfeils bis zu einer Auswurfstelle 11 mitnimmt.Anschließend
werden die Cigaretten 12 der weiteren Verarbeitung zugefuhrt.
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Das an den Cigaretten 12 reflektierte Licht der beiden Lampen 4 und
5 fällt durch das Objektiv 3 der Linescan-Camera 1 auf die lichtempfindlichen Elemente
2, wo es in entsprechende elektrische Signale umgewandelt wird, deren Amplitude
von der Intensität des reflektierten Lichtes abhängt.
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Eine schematische Ansicht des optoelektronischen Teils der Einrichtung
ist in Fig. 2 dargestellt. Dort ist ein Bildwandler 13. zu erkennen, der neben der
Linescan-Camera 2 noch elektronische Schaltungen enthält, um die als analoge Spannungen
an den lichtempfindlichen Elementen vorliegenden Werte für die Intensitäten des
auftreffenden, reflektierten Lichtes in digitale Werte umzuwandeln.
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Ein Taktgenerator 14 erzeugt die Taktphasen für den Bildwandler 13,
um die zeilenweise Abtastung der zeilenweise gespeicherten digitalnWerte mit den
Funlctionsabläufen der anderen Schaltungsteile zu synchronisieren.
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Weiterhin ist ein Produktionstaktgeber 15 vorgesehen, der mechanisch
oder optoelektronisch an einer geeigneten Stelle der Cigarettenherstellungsmaschine,
beispielsweise der Transporttrommel 8, den Produktionstakt ableitet und die einzelnen
elektronischen Schaltungen mit dem Produktionstakt der Maschine synchronisiert.
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Die in digitaler Form vorliegenden, von dem Bildwandler 13 erzeugten
Werte für die Intensitäten des auf die einzelnen lichtempfindlichen Elemente 2 fallenden
Lichtes werden einer Bildverarbeitungseinheit 16 zugeführt, die außerdem noch Taktimpulse
von dem Taktgenerator 14 und dem Produktionstaktgeber 15 empfängt.
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Die Ausgangssignale der Bildverarbeitungseinheit 16 werden auf eine
Auswerteeinheit 17 gegeben, die anhand der gewonnenen Signale eine Fehlerunterscheidung
und eine Klassifikation
nach verschiedenen Fehlergruppen durchführt.
Auch dies Auswerteeinheit 17 empfängt Taktimpulse von dem Taktgenerator 14 bzw.
dem Produktionstaktgeber 15.
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An den Ausgang der Auswerteeinheit 17 ist eine digitale, mikroprogramnierbare
Verarbeitungseinheit 1 8 angeschlossen, die anhand der erhaltenen, möglicherweise
Fehler anzeigenden Signale und aufgrund von statistischen Erhebungen die Entscheidung
fällt, ob die gerade überprüfte Cigarette einwandfrei oder fehlerhaft ist und deshalb
ausgestoßen werden soll. Auch diese Verarbeitungseinheit 18 empfängt Taktimpulse
von dem Taktgenerator 14 und indem Produktionstaktgeber 15.
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Die mikroprogrammierbare Verarbeitungseinheit 18 empfängt von einem
schematisch angedeuteten Bedienungsfeld 19 Einzelinformationen über die verschiedenen
Fehlergruppen sowie Instruktionen für den Fehlersummenzähler. Die jeweiligen Befehle
können entweder digital oder analog eingestellt werden; außerdem kann an dem Bedienungsfeld
der Fehlersummenzähler zurückgesetzt werden.
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Der Ausgang der mikroprogrammierbaren Verarbeitungseinheit 18 ist
an ein Anzeigefeld 20 angeschlossen, auf dem Anzeigen für den einwandfreien Betrieb,
d.h., es werden keine Fehler festgestellt, aber auch Anzeigen für etwaige Fehler
dargestellt werden können.
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Wenn bei den von der Transporttrommel 8 in die Abtastlage gehrachten
Cigaretten 12 die Prüfung durchgeführt worden ist, werden diese Cigaretten von der
Transporttrommel 8 weiter mitgenommen und der Auswurftrommel 10 übergeben, die sie
an einer Auswurfstelle 11 für fehlerhafte Cigaretten vorbeiführt.
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Wird bei einer Cigarette 12 ein Fehler festgestellt, so wird dieser
Fehler einerseits auf dem Anzeigefeld 20 dargestellt
und andererseits
die Ausstoßeinheit 20a betätigt, die sich an der Auswurfstelle 11 befindet und die
fehlerhafte Cigarette 12 dem Produktionsgang entnimmt.
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Da die Cigarette 12 eine gewisse Zeit benötigt, um von der Abtaststelle
zu der Ausstoßstelle zu gelangen, erfolgt die Betätigung nicht gleichzeitig mit
der Feststellung des Fehlers, sondern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung,
die so auf die Transportgeschwindigkeit der Cigarette 12 abgestellt ist, daß die
Cigarette während dieser zeitlichen Verzögerung von der Abtaststelle zur Auswurfstcllc
gelangen kann.
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Fehlerfreie Cigaretten 12 werden an der Aussuxstelle 11 vorbei der
weiteren Verarbeitung zugeführt.
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Einzelheiten des Bildwandlers und seiner wesentlichen Anschlüsse sind
in Fig. 3 dargestellt Dieser Bildwandler 13 enthält 256 Fotodioden 2, die so auf
einer Linie angeordnet sind, daß sie die Abbildung eines zeilenförmigen, in Längsrichtung
der Cigarette verlaufenden Bereiches der Oberfläche einer Cigarete 12 empfangen,
die durch die aus Fig. 1 zu erkennende Abtastlage transportiert wird. Die Längsrichtung
der Reihe von Fotodioden 2 entspricht also der Längsrichtung der abgebildeten Cigarette
12, die im folgenden als "X-Dime. jn" bezeichnet werden soll. Da die Cigarette 12
von der Trommel 8 senkrecht zu ihrer Längsrichtung und damit zur Richtung der Zeile
von Fotodioden 2 transportiert wird, werden aufeinanderfolgende, zeilenförmige Bereiche
der Oberfläche der Cigarette 12 abgetastet.
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Die Transportbewegung der Cigarette 12 liefert also die "Y-Dimension"
des auf diese Weise hergestellten Flächenbildes.
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Die Zeile von Fotodioden 2 ist etwas länger als die Gesamtlänge des
abgebildeten Bereiches der Oberfläche der Cigarette 12, d.h., bei der zeilenförmigen
Abbildung wird immer die gesamte Länge der Cigarette erfaßt. Da die Cigarette
12
mit ihrer Unterseite auf der Transporttrommel 8 liegt, ist nur etwa die Hälfte der
Oberfläche der Cigarette 12 in der Abtastlage "sichtbar", d.h.,eswerden nur etwa
50 % der Cigarettenoberfläche abgetastet. Dies reicht jedoch für die Belange der
Praxis für die zuverlässige Erfassung der häufigsten, hier interessierenden Fehler
und für die statistische Auswertung aus.
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Die Fotodioden 2 werden von einem Pegelwandler 2a angesteuert, der
die von dem Taktgenerator 14 gelieferten Taktphasen mit geeignetem Spannungspegel
an die Fotodiods 2 anlegt, die den in der Abtastlage befindlichen, zeilenförmigen
Bereich der Oberfläche der Cigarette 12 abtasten.
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Bei dieser Abtastung in den einzelnen der 256 Fotodioden 2 entstehende
t analoge Spannungen werden durch einen Videosignal-Verstärker vb verstärkt, so
daß sie über ein Kabel 100 der weiteren Elektronik zugeführt werden können.
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Der Pegelwandler 2a, die Fotodioden 2 und der Videosignalverstärker
2b befinden sich also in der aus Fig. 1 ersichtlichen Linescan-Camera, die über
das Kabel 100 mit der weiteren Elektronik verbunden ist; diese Elektronik kann also
auch im Abstand von der Linescan-Camera 1 aufgestellt werden.
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Die Ausgangssignale des Videosignal-Verstärkers 2b werden über das
Kabel 100 einer Signalaufbereitungsschaltung 101 zugeführt, die über eine Klemmschaltung
einen Bezugspegel für das Videosignal liefert; dadurch kann ein Spannungsoffset
zu dem Videosignal addiert oder von ihm subtrahiert werden, um bei allen in der
Praxis auftretenden Videosignalen einen Spannungspegel zu erhalten, der den Spannungshub
des angeschlossenen Analog/Digital-Wandlers 102 optimal ausnutzt.
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Der Analog/Digital-Wandler 102 setzt die analogen, der Intensität
des Lichtpegels auf den einzelnen Fotodioden 2 entsprechenden Signale in ein 8-Bit-Digitalwort
um. Die verschiedenen, den einzelnen Bildpunkten entsprechenden 8-Bit-Digitalworte
werden anschließend einer Datenreduktion in einem Digital-Kompressor 103 unterworfen,
der die Wortbreite von 8 Bit auf 4 Bit verrinqert.
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Eine Ausführungsform des Digital-Kompressors 103 ist in Fig. 4 dargestellt.
Wie man in Fig. 4 erkennen kann, wird das Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers
102 einer Schaltung 106 zugeführt, die den Logarithmus jedes 8-Bit-Digitalwortes
bildet; eine mit der Schaltung 106 verbundene Schaltungsanordnung 107 bildet den
Mittelwert der Logarithmen mehrerer 8-Bit-Digitalworte. Die Zahl der für die Mittelwertbildung
herangezogenen 8-Bit-Digitalworte sollte so groß sein, daß sich ein repräsentatives
Maß für die normale Grundhelligkeit der Oberfläche der Cigarette ergbit.
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-Anschließend wirddann in einem Subtrahierer 109 der Mittel-..
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wert von dem Logarithmus des gerade aktuellen Digitalwortes abgezogen.
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Auf diese Weise wird das ursprünglich vorhandene 8-Bit-Digitalwort
in ein "ullpunkt-kompensiertes 4-Bit-Digitalwort umgewandelt, das mit für die weitere
Verarbeitung ausreichender Genauigkeit die verschiedenen auftretenden Helligkeitspegel
der Cigarettenoberfläche darstellt.
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Der in Fig. 3 zu. erkennene Taktgenerator 14 (siehe auch Fig. 2)
liefert die für den Betrieb der Fotodioden 2 und der Signalaufbereitungsschaltung
101 nötigen Taktphasensignale für jeden Bildpunkt, d.h., die Ausgangssignale des
Taktgenerators 14 werden dem Pegelwandler 2a zugeführt, der wiederum die Zeile von
Fotodioden 2 ansteuert.
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Außerdem ist ein Bildpunktzähler 104 vorgesehen, der durch die Taktphasensignale
von dem Taktgenerator 14 angesteuert und weitergezählt wird. Wenn eine der Zahl
der Fotodioden 2 und damit der Zahl der ausgelesenen Bildpunkte entsprechende Zahl,
im angegebenen Beispiel also 256, erreicht ist, erzeugt der Bildpunktzähler 104
ein Rücksetzsignal für die Fotodioden2 und die Signalaufbereitungsschaltung 101,
wodurch diese beiden Einheiten wieder auf den Anfangszustand zurückgestellt werden
und die Abtastung der nächsten Zeile beginnen kann.
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Das von dem Bildpunktzähler 104 erzeugte Rücksetzsignal wird auch
auf einen Zeilenzähler 105 gegeben, der die Rücksetzsignale und damit die abgetasteten
Bildpunktzeilen zählt.
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Durch sein dieser Zahl entsprechendes Ausgangssignal steuert der Zeilenzähler
105 die Bildverarbeitungseinheit 16, um auf noch zu erläuternde Weise die Y-Dimension
festzustellen.
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Die Ausgangssignale des Bildwandlers 13, d.h.,des Digitalkompressors
103, einerseits und des Zeilenzählers 105 andererseits werden der Bildverarbeitungseinheit
16 zugeführt, die in Fig. 5 im einzelnen dargestellt ist.
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Dabei wird das Ausgangssignal des Digitalkompressors 103 auf ein Speichernetzwerk
21 gegeben, das zur vorübergehenden Abspeicherung der digitalisierten und komprimierten
Videosignale mehrerer Abtastzeilen dient. Dieses Speichernetzwerk 21 kann bei der
dargestellten Ausführungsform beispielsweise fünf Abtastzeildh speichern, d.h.,
5 x 256 = 1280 digitale 4-Bit-Worte,die 1280 Bildpunkten entsprechen.
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Das Speichernetzwerk 21 wird von einem Adressrechenwerk 22 gesteuert,
dem das Ausgangssignal des Zeilenzählers 105, des Taktgenerators 14 und des Produktionstaktgenerators
15 zugeführt werden. Das Adressrechenwerk 22 schreibt in Abhängigkeit vom Stand
des Zeilenzählers 105 mit jedem Bildpunkt-Takt ein neues 4-Bit-Wort in das Speichernetzwerk
21 ein
und überschreibt dabei das 4-Bit-Wort, das am längsten gespeichert
war. Das Speichernetzwerk 21 arbeitet also nach dem Schieberegister-Prinzip.
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Die in dem Speichernetzwerk 21 befindlichen, fünf Abtastzeilen entsprechenden
4-Bit-Worte werden auf einen Parallelregistersatz 23 geführt, in dem die 4-Bit-Worte
für fünf in Y-Richtung, also in Transportrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte
gespeichert werden. Aus diesem Parallelregistersatz 23 ist also der gleichzeitige
Zugriff auf mehrere, in der Transportrichtung nebeneinander liegende Bildpunkte
bzw. ihre entsprechenden digitalen Signale möglich.
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An den Parallelregistersatz 23 ist ein Schieberegister 24 angeschlossen,
in dem vier in Längsrichtung einer Abtastzeile, also in der X-Dimension, nebeneinander
liegende 4-Bit-Worte, also die digitalen Daten für vier in Zeilenrichtung nebeneinander
liegende Bildpunkte, gespeichert sind. Dadurch wird der gleichzeitige Zugriff auf
mehrere, in der X-Dimension nebeneinander liegende Bildpunkte möglich.
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Durch die in dem Parallelregistersatz 23 bzw. in dem Schieberegister
24 gespeicherten, jeweils bestimmten Bildpunkten einer Abtastzeile oder mehrerer
nebeneinander liegender Abtastzeilen entsprechenden 4-Bit-Worte können die wesentlichen
Fehler einer Cigarette, nämlich Abweichungen von vorgegebenen geometrischen Größen,
wie beispielsweise Gesamtlänge, Teillänge, Durchmesser der Cigrette Durchmesser
eines Teils der Cigarette, Durchmesserdifferenzvergleich von Teilabständen einer
Cigarette und Konturrichtigkeit, außerdem Oberflächenfehler, wie beispielsweise
Schattenflächen, Schattenpunkte, Streifen und Schmutzflecken, die Lage von Stempel
und Zeichen sowie die Druckqualität von Stempel und Zeichen ermittelt werden, wie
im folgenden erläutert werden soll.
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Die für die verschiedenen Größen ermittelten Werte werden in einem
zugehörigen Vergleicher mit Standardwerten verglichen, die über das Bedienungsfeld
19 mit Toleranzgrenzen-Eingabe zugeführt worden sind. Im einzelnen handelt es sich
dabei um die in Fig. 6 zu erkennenden Vergleicher 50, 54, 58, 62, 66, 69, 73, 77,
80, 84 und 88 , deren Funktion später noch erläutert werden soll. In Abhängigkeit
von dem Ergebnis des jeweiligen Vergleiches wird das Anzeigefeld 20 und/oder die
Ausstoßeinheit 20a erregt. Außerdem werden die verschiedenen auftretenden Fehler
in einem Fehlersummenzähler addiert, der mit dem zugehörigen Vergleicher verbunden
ist. Im einzelnen handelt es sich um die Fehlersummenzähler 51, 55, 59, 63, 67,
70, 74, 78,81, 85, 89(siehe Fig. 6). Die in den Fehlersummenzählern vorhandenen
Zählwerte werden einem Statistikrechner 90 zugeführt, der, ebenfalls vom Produktionstakt
gesteuert, eine statistische Auswertung der auftretenden Fehler durchführt-Zunächst
soll die Längenmessung erläutert werden. Dabei kann es sich, je nach Einstellung,
entweder um die Messung der Gesamtlänge der Cigarette oder um die Messung einer
Teillänge, beispielsweise der Länge des Filterstrangs oder des Tabakstrangs, handeln.
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Zur Längenmessung werden die 4-Bit-Datenworte für die in der Y-Dimension
nebeneinander liegenden Bildpunkte aus dem Parallelregistersatz 23 einem Y-Integrator
25 zugeführt, der einen Addierer 26 und einen Zeilenspeicher 27 aufweist. Das Ausgangssignal
des Zeilenspeichers 27 wird auf den Eingang des Addierers 26 zurückgekoppelt, der
an seinem weiteren Eingang mit dem Ausgang des Parallelregistersatzes 23 verbunden
ist.
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Dieser Y-Integrator bildet also einen Akkumulator, der für
jeden
einzelnen Bildpunkt eine Integration in der Transportrichtung der Cigarette durchführt.
Am Übergang vom dunklen Untergrund der Transporttrommel 8 zum Beginn des Filters
der Cigarette 12, am Übergang vom Ende des Filters zum Beginn des Tabakstrangs und
am Übergang vom Ende des Tabakstrangs'der Cigarette 12 zum dunklen Untergrund der
Transporttrommel 8 tritt jeweils ein Sprung in der integrierten Helligkeitskurve
auf, der zur Bestimmung der Gesamtlänge der Cigarette 12 und/oder der beiden hier
interessierenden Teillängen, nämlich der Länge des Filters und der Länge des Tabakstrangs,
verwendet werden kann.
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Das Ausgangssignal des Y-Integrators 25 wird einer adaptiven Schwelle
48 zugeführt, deren Schwellwert von der Größe verschiedener vorheriger Signalwerte
abhängt und die die Steilheit der auftretenden Sprünge überprüft, wodurch auf die
oben erwähnten Übergänge zurückzuführende Sprünge der integrierten Helligkeitskurve
beispielsweise von Helligkeitssprüngen unterschieden werden können, die auf Schmutzflecken
oder Risse im Cigarettenpapier zurückzuführen sind.
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Wenn die adaptive Schwelle 48 einen der oben erwähnten Übergänge feststellt,
wird das vorliegende Ergebnis auf einen Längenzähler 49 gegeben, der, gesteuert
von dem Bildpunkttakt, aus den Abständen zwischen den auftretenden Sprüngen die
interessierende Länge ermittelt.
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Zur Fehlerfeststellung wird die gemessene Länge dann in dem Vergleicher
50 mit einem Standardwert verglichen, so daß in Abhängigkeit von dem Ergebnis des
Vergleiches die weitere Auswertung durchgeführt werden kann, wie oben erläutert
wurde.
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Zur Bestimmung von.Abmessungen in Transportrichtung, beispielsweise
des Durchmessers einer Cigarette, wird das Ausgangssignal
des
Parallelregistersatzes 23 einem X-Integrator 28 zugeführt, der einen Addierer 29
und ein Register 30 aufweist, also ebenfalls durch einen Akkumulator gebildet wird.
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Das Ausgangssignal des Registers 30 wird auf einen Eingang des Addierers
29 zurückgeführt, der an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Parallelregistersatzes
23 empfängt.
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Durch den X-Integrator 28 kann aus den Helligkeitssprüngen beim Übergang
dunkler Untergrund/Cigarette der Anfang und das Ende der Cigarettenkontur sowie
aus dem Abstand dieser Übergänge auch der Durchmesser ermittelt werden. Wird diese
Durchmesserbestimmung an mehreren Stellen durchgeführt, so können Änderungen des
Durchmessers über die Länge der Cigarette, aber auch das Verhältnis Filterdurchmesser/Cigarettendurchmesser
erfaßt werden.
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Das Ausgangssignal des X-Integrators 28 wird ebenfalls über eine adaptive
Schwelle 52 einem Durchmesserzähler 53 zugeführt, der mittels eines Signals für
das Zeilenende den aktuellen Durchmesserwert ermittelt, der wiederum in einem Vergleicher
54 mit dem Normwert verglichen wird.
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Ein weiterer Helligkeitssprung tritt am Beginn und Ende der Naht des
Cigarettenpapiers auf, da an der Naht das Cigarettenpapier eine doppelte Lage bildet
und deshalb das Cigarettenpapier in diesem Bereich weißer erscheint als in anderen
Oberflächenbereichen. Da das Ausgangssignal des X-Integrators 28 also auch Informationen
über die Nahtbreite enthält, wird es über eine weitere adaptive Schwelle 56 einem
Nahtbreitenzähler 57 zugeführt, der mittels eines Signals für das Zeilenende die
Nahtbreite ermittelt. Der gemessene Wert wird in einem weiteren Vergleicher 58 mit
einem Normwert verglichen und dann der weiteren Auswertung zugeführt, wie oben erläutert
wurde.
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Weitere Helligkeitsunterschiede zwischen nebeneinander liegenden
Bildpunkten
treten dann auf, wenn sich auf der Oberfläche der Cigarette Störungen in Form von
Schattenflächen, Schattenpunkten, Streifen und Schmutzflecken befinden und/oder
die Kontur der Cigarette nicht korrekt ist. Außerdem kann aus solchen Helligkeitsunterschieden
die Lage von Stempel und anderen Zeichen auf der Cigarettenoberfläche ermittelt
werden.
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Zur Erfassung der Helligkeitsunterschiede in X-Richtung ist ein X-Gradienten-Integrator
35 und zur Erfassung der Helligkeitsunterschiede in Y-Richtung ein Y-Gradienten-Integrator
31 vorgesehen.
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Der Y-Gradienten-Integrator 31 weist einen Subtrahierer 32 mit Absolutwertbildung
auf, dem zwei 4-Bit-Datenworte für nebeneinander liegende Bildpunkte von dem Parallelregistersatz
23 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Subtrahiereres 32 wird auf einen weiteren
Akkumulator gegeben, der durch einen Addierer 33 und einen Zeilenspeicher 34 gebildet
wird. Das Ausgangssignal des Zeilenspeichers 34 wird auf einen Eingang des Addierers
33 zurückgeführt, der an seinem zweiten Eingang das Ausgangssignal des Subtrahierers
32 empfängt.
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Der X-Gradienten-Integrator 35 enthält ebenfalls einen Subtrahierer
36 mit Absolutwertbildung, dessen Ausgangssignal auf einen Akkumulator aus einem
Addierer 37 und einem Register 38 gegeben wird. Das Ausgangssignal des Registers
38 wird auf einen Eingang des Addierers 37 zurückgekoppelt, der an seinem zweiten
Eingang das Ausgangssignal des Subtrahierers 36 empfängt.
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Die Gradienten-Integratoren 31 und 35 erzeugen Signale für alle Gradienten,
die bei Helligkeitssprüngen auftreten; aus diesen Signalen können dann die oben
erwähnten Störungen erfaßt werden.
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Die Ausgangssignale der beiden Gradienten-Integratoren 31 und 35 werden
auf verschiedene adaptive Schwellen geführt, von
denen in Fig.
6 die Schwellen 60, 64, 71 und 75 dargestellt sind. Mittels dieser Schwellen können
die angeschlossenen Zähler 61, 65, 72 und 76 zwischen den verschiedenen Oberflächenstörungen,
nämlich schwarzen Schatten, Rissen, Löchern und grauen Schmutzflecken unterscheiden,
wobei diese Zähler die jeweilige Länge der Oberflächenstörung in X-und Y-Richtung
angeben.
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Da sich auch Stempel und Zeichen, also "gewünschte dunkle Stellen"
auf der Cigarettenoberfläche durch Helligeitssprünge bemerkbar machen, kann aus
den Ausgangssignalen der Gradienten-Integratoren 31 und 35 auch die Lage von Stempeln
und Zeichen in Y- bzw. X-Richtung ermittelt werden. Zu diesem Zweck sind an die
adaptiven Schwellen 64 und 75 Positionszähler 68 und 79 für die jeweilige Richtung
angeschlossen.
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Die Zähler 61 und r für die Messung der Länge von Oberflächenstörungen
in X-Richtung sowie der zugehörigen Positionszähler 68 werden durch den Bildpunkttakt
gesteuert, während die Zähler 72 und 76 für die Länge der Oberflächenstörungen in
Y-Richtung und der Positionszähler 79 über ein Signal für das Zeilenende gesteuert
werden.
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Die Ausgangssignale der verschiedenen Zähler 61, 65, 68, 72, 76 und
79 für die verschiedenen Abmessungen werden einem zugehörigen Vergleicher 62, 66,
69, 73, 77, 80 zugeführt, der den ermittelten Wert mit einem eingegebenen Normwert
vergleicht.
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Zur Überprüfung der Druckqualität von Stempel und Zeichen einer Cigarette
ist ein zweidimensionaler Bandpaß 39 vorgesehen, der Dunkelstellen, die eine vorgebbare
Breite oder Höhe überschreiten, maskiert. Dieser zweidimensionale Bandpaß 39 bildet
aus den Helligkeitswerten, die in dem Schieberegister 24 und dem Parallelregistersatz
23 gespeichert sind, ein T-förmiges "Fenster". Wenn diese T-förmige Stelle der Cigarettenoberfläche
einer zulässigen Form des Bereiches des Stempels entspricht, dann erzeugt der zweidimensionale
Bandpaß 39 kein Ausgangssignal; wenn jedoch die Abbildung in
dem
T-förmigen Fenster die zulässige Form des Bereiches eines Stempels in Breite oder
Höhe überschreitet, dann wird ein Signal abgegeben.
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Der zweidimensionale Bandpaß 39 weist einen Subtrahierer 40 mit Absolutwertbildung,
dem die 4-Bit-Datenworte für die am weitesten voneinander entfernten Bildpunkte
des Schieberegisters 24 zugeführt werden, sowie einen weiteren Subtrahierer 41 mit
Absolutwertbildung auf, dem die 4-Bit-Datenworte der beiden am weitesten voneinander
entfernten Bildpunkte des Parallelregistersatzes 23 zugeführt werden.
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Die Ausgangssignale der beiden Subtrahierer 40 und 41 werden auf einen
Maximum-Detektor 42 mit Schwellwerteinscheiduno gegeben, der bei Überschreiten des
Schwellwertes ein Tor 43 setzt, das an seinem weiteren Eingang ein weiteres 4-Bit-Datenwort
von dem Schieberegister 24 empfängt. Das Tor 43 steuert einen Akkumulator für die
Y-Richtung, der durch einen Addierer 44 und einen Zeilenspeicher 45 gebildet wird,
sowie einen Akkumulator für die X-Richtung an, der durch einen Addierer 46 und ein
Register 47 gebildet wird. Das Ausgangssignal des Zeilenspeichers 45 wird auf einen
zweiten Eingang des Addierers 44 zurückgekoppelt, der an seinem ersten Eingang das
Ausgangssignal des Tors 43 empfängt.
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In ähnlicher Weise wird das Ausgangs signal des Registers 47 auf den
zweiten Eingang des Addierers 46 zurückgekoppelt, der an seinem ersten Eingang das
Ausgangssignal des Tors 43 empfängt.
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Statt des Maximum-Detektors 42 kann auch ein Addierer verwendet werden.
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Wie oben erwähnt wurde, liefern der Y-Akkumulator 44, 45 und der X-Akkumulator
46, 47 nur dann ein Ausgangssignal, wenn der abgetastete Bereich des Stempels in
Höhe oder Breite die zulässigen Abmessungen übersteigt, also der Stempel verwischt
ist.
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Die entsprechenden Ausgangs signale der beiden Akkumulatoren
werden
über adaptive Schwellen 82 und 86 auf Zähler 83 und 87 gegeben, die durch den Bildpunkt
bzw. das Zeilenende getaktet werden und die Ausdehnung der Stempelverwischung in
den beiden angegebenen Richtungen messen.
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Die Ausgangssignale der Zähler 83 und 87 werden auf Vergleicher 84
und 88 gegeben, die einen Vergleich mit Normwerten durchführen und feststellen,
ob die Stempelverwischung noch im zulässigen Toleranzbereich liegt.
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Wenn sich herausstellen sollte, daß die Abtastung von etwa 50 % der
Cigarettenoberfläche nicht für die Erfassung aller interessierenden Fehler ausreicht,
muß die Cigarette in der Abtaststellung um ihre Längsachse gedreht werden. Dadurch
erhöht sich im Vergleich mit der bisher beschriebenen Ausführungsform nur die Zahl
der pro Cigarette abzutastenden Zeilen, so daß abgesehen hiervon keine gravierende
Anderung in Aufbau und Funktionsweise erforderlich ist.