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Vorrichtung zur Messung der Farbe von Gegenständen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Farbe
von Gegenständen, die Licht aussenden bzw. remittieren oder transmittieren, wobei
das Licht einer Photodektoranordnung zugeführt wird.
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Häufig werden farbige Kennzeichnungen von Gegenständen überwacht,
um bestimmten Farben zugeordnete Steuerungsfunktionen auszulösen. Beispielsweise
können Flaschen mit verschiedenen Farben, wenn sie unsortiert angeliefert werden,
einer Farbprüfeinrichtung zugeführt werden, die Steuersignale abgibt, mit denen
Weichen zum Sortieren der Flaschen nach bestimmten Farben betätigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Farben auf möglichst einfache
Weise ohne den Einsatz bewegter Filter gemessen werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
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Bei dieser Anordnung entfällt der Aufwand für den Antrieb und die
Synchronisation eines Farbfilterrads. Trotzdem können mit einem optischen System
verschiedene Farben gemessen werden. Es lassen sich auch kleine,
nebeneinanderliegende
FarbmeEfelder nacheinander erfassen. Insbesondere beansprucht die Vorrichtung nur
wenig Raum. Es können auch dichroitische Spiegel verwendet werden, bei denen eine
der Primärfarben, die sich mit einer Komplementärfarbe zu weiß ergänzt, durchgelassen
wird, während die übrigen Farben reflektiert werden. In diesem Falle ist das durchgelassene
Licht auf einem photoelektrischen Empfänger gerichtet, während das reflektierte
Licht zu dem nachgeschalteten dichroitischen Spiegel gelangt.
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Vorzugsweise ist das vom zweiten dichroitischen Spiegel durchgelassene
Licht auf einen dritten photoelektrischen Empfänger gerichtet. Mit dieser Anordnung
läßt sich ein Spiegel einsparen. Falls die Empfänger alle in einer Ebene sein sollen,
kann noch ein Umlenkspiegel vorgesehen sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der erste
dichroitische Spiegel blau reflektiert und für die Farbanteile grün und rot durchlässig
ist und daß der zweite dichroitische Spiegel grün reflektiert und für rot durchlässig
ist.
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Vor dem ersten dichroitischen bzw. halbdurchlässigen Spiegel ist zweckmäßigerweise
ein Infrarotfilter angeordnet, um die Infrarotstrahlen von der Anordnung fernzuhalten.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß die
Ausgangssignale der photoelektrischen Empfänger zu einem Summensignal vereinigt
werden, das als Istwert einer Regelgröße mit einem einstellbaren Sollwert zur Bildung
einer Regelabweichung verglichen wird, und daß die Größe aller drei Farbanteilsignale
in gleichem Maße entsprechend der Regelabweichung im Sinne einer Reduzierung der
Regelabweichung auf Null oder auf einen sehr kleinen Wert verändert wird.
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Mit dieser Anordnung läßt sich die Farbart eines Oberflächenbereiches
eines Gegenstandes unabhängig von Beleuchtungsschwankungen bestimmen.
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Dem Sollwert entspricht eine bestimmte Helligkeit der Farbe auf der
Gegenstandsoberfläche. Verändert sich diese Helligkeit, dann werden die Farbanteilsignale
durch die Regelung so beeinflußt, daß sie wieder auf diejenigen Werte zurückkehren,
die sie bei dem Sollwert der Helligkeit haben. Bei der Abtastung farbiger Oberflächenbereiche
kann sich die
Helligkeit der Farbe durch äußere itsinwirkungen
ändern. Falls eine künstliche Beleuchtung verwendet wird, wird die Beleuchtungsstärke
der oberfläche und damit die Helligkeit der Farbe durch Lichtstärkeänderungen des
Beleuchtungskörpers beeinflußt. Solche Lichtstärkeände rungen treten durch Alterung
und durch Schwankungen der Versorgungsspannung auf. Zusatzlich können die Tageshelligkeit
oder andere künstliche Beleuchtungskörper, die wahlweise aus- und eingeschaltet
werden, die Beleuchtungsstärke an der Oberfläche und damit die Helligkeit verändern.
Bei natürlicher Beleuchtung ändert sich die Beleuchtungsstärke und damit die Helligkeit
in Abhängigkeit von der Witterung und der Tages- bzw. Jahreszeit sehr stark.
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Vorzugsweise v srereen die Ausgangssignale durch Vergleich mit je
drei vorgegebentn, .-ont einges.ellter. Signalen ausgewertet, wobei im Falle der
tZbereinstimmung eine Meldung erzeugt wird. Damit können farbige Gegenstände auf
das Vofnandensein einer bestimmten Farbart überwacht werden. Die Farba't - wird
für eine bestimmte Helligkeit durch die drei vorgegeberlen Lor. itanten Signale
festgelegt. Trotz Schwankungen der Beleuchtungsstärke auf der Oberfläche der Gegenstände
läßt sich damit feststellen, ob die Gegenstände für die durch die drei Signale festgelegte
*Helligkeit die gleiche Farbart haben. Damit eignet sich die Vorrichtung für die
Qualitätskontrolle der Farbe von farbigen Gegenständen, z. B.
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solcher aus Kunststoff. Es kann auch auf einfache Weise durch mehrmalige
Kontrolle der Gegenstände in gewissen Zeitabständen überprüft werden, ob sich die
Farbart geändert hat.
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Bei einer günstigen Ausführungsform sind den photoelektrischen Empfängern
jeweils Verstärker mit steuerbaren Verstärkungsfaktoren nachgeschaltet, so daß die
Ausgangssignale der Verstärker einerseits Auswerteschaltungen und andererseits unter
Summierung als Istwert der Regelgröße mit einem vorgegebenen Sollwert vergleichbar
sind, und daß das Regelabweichungssignal an die Steuereingänge der Verstärker für
die Einstellung des Verstärkungsgrads gelegt ist.
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Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen schaltungstechnischen
Aufbau aus. Mit dieser Vorrichtung lassen sich Farbarten stabil und genau messen.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Ausgänge
der photoelektrischen Verstärker jeweils mit Eingängen von Analogmultiplizierern
verbunden sind, deren Ausgänge über Summierwiderstände an einen Eingang eines Differenzverstärkers
angeschlossen sind, dessen zweiter Eingang von einer Referenzspannung beaufschlagt
ist und dessen Ausgang an die zweiten Eingänge der Analogmulitplizierer angeschlossen
ist.
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Mittels der Multiplizierer läßt sich eine genaue und schnelle Verstärkung
der von den photoelektrischen Empfängern abgegebenen Signale erreichen.
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Multiplizierer sind überdies kommerziell kostengünstig verfügbar,
so daß sich die Schaltungsanordnung wirtschaftlich herstellen läßt.
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Zweckmäßigerweise wird das Regelabweichungssignal nach Verstärkung
auf einen Maximalwert überwacht, bei dessen Überschreitung eine Meldung erzeugt
wird. Wenn die Analog multiplizierer ihre Sätt igungswe rte er reichen, ist dies
an der Meldeeinrichtung feststellbar. Diesen Sättigungswerten entsprechen kleine
Werte der Beleuchtungsstärke auf den Gegenständen, bei der keine genaue Messung
der Farbart mehr möglich ist. Wenn die Grenzen des Meßbereichs erreicht werden,
wird dies daher automatisch gemeldet.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
die Ausgänge der photoelektrischen Empfänger an multiplizierende Digital-Analog-Unrsetzer
angeschlossen sind, deren Ausgänge über Summierwiderstände mit einer Referenzspannungsquelle
verbunden sind, und daß die gemeinsame Verbindungsstelle der Summierwiderstände
mit einer Differenzverstärker verbunden ist, dem der Steuereingang eines von Zählimpulsen
beaufschlagten Vor-Rückwärtszählers nachgeschaltet ist, dessen Ausgang an die Steuereingänge
der multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer gelegt ist. Diese Schaltungsanordnung
hat eine hohe Genauigkeit bei einer schnellen Verfügbarkeit der Farbanteilsignale.
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Es ist günstig, einen vierten Digital-Analog-Umsetzer vorzusehen,
dem ein ein Eingangssignal zugeführt wird und dessen digitaler Eingang an den Ausgang
des Vor-Rückwärts-Zählers gelegt ist, während der Ausgang über einen Spannungsfolger
mit einer Meldeeinrichtung verbunden ist. Mit dieser Anordnung wird mit der Erreichung
der Grenze der multiplizierenden Digital-Analog -Umsetzer automatisch eine Meldung
hervorgerufen.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß zur
Beleuchtung und/oder Durchleuchtung des jeweiligen Gegenstands drei Laser vorgesehen
sind, die jeweils Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Farbanteilen erzeugen, und
daß die Lichtstrahlen der Laser über im Strahlengang angeordnete dichroitische oder
halbdurchlässige Spiegel zu einem Strahl vereinigt werden, der auf den Gegenstand
gerichtet ist. Diese Anordnung eignet sich als Lichtquelle für die Abtastung von
durchlässigen farbigen Gegenständen, die nur geringe Abmessungen haben. Vorzugsweise
senden die drei Laser jeweils grüne, blaue und rote Strahlen aus. Hierfür eignen
sich Argon und Helium-Neon-Laser. Mit dem von den Lasern erzeugten Lichtstrahl lassen
sich insbesondere weiße, grüne und braune Flaschen oder Glasscherben bei geringem
Aufwand voneinander unterscheiden.
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Eine günstige Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß die Strahlen
eines ersten und eines zweiten Lasers jeweils unter 450 auf den gleichen, gegen
die Strahlenachse geneigten dichroitischen oder halbdurchlässigen Spiegel gerichtet
sind, daß die vom dichroitischen oder halbdurchlässigen Spiegel durchgelassenen
bzw. reflektierten Strahlen auf einen zweiten, unter 450 gegen die Achse der Strahlen
geneigten dichroitischen oder halbdurchlässigen Spiegel gerichtet sind, auf dem
zugleich die Strahlen eines dritten Lasers unter einem Winkel von 450 gerichtet
sind und daß die vom zweiten dichroitischen Spiegel durchgelassenen bzw. reflektierten
Strahlen gegebenenfalls über eine Optik auf den jeweiligen Gegenstand gerichtet
sind.
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Vorzugsweise werden die vom zweiten dichroitischen Spiegel durchgelassenen
bzw. reflektierten Strahlen auf einen Drehspiegel gerichtet, wobei die Gegenstände
in einer Ebene im Strahlengang des Drehspiegels an diesem vorbeibewegbar sind. Mittels
der Laserstrahlen läßt sich ein Lichtbündel mit kleinem Querschnitt und mit parallelem
Verlauf der Strahlen erhalten. Auch nach der Reflexion am Drehspiegel bleiben die
Eigenschaften des Lichtbündels im wesentlichen erhalten. Daher ist eine genaue Zuordnung
der räumlichen Lage des Lichtbündels zu der Winkelstellung des Drehspiegels möglich.
Das Lichtbündel kann daher nacheinander über mehrere unterschiedlich gefärbte Gegenstände
geführt werden, wobei die Lage der Gegenstände bei Feststellung der jeweiligen Farbe
in Verbindung mit der zum Zeitpunkt der Feststellung eingenommenen Winkellage des
Drehspiegels
möglich ist. Aus der Feststellung der räumlichen Lage kann eiji Steuersignal gewonnen
werden, mit dem der jeweilige Gegenstand über mechanische oder pneumatische Mittel
aussortiert wird.
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Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die vom Drehspiegel
reflektierten Strahlen gegen einen Parabolspiegel gerichtet, dessen reflektierte
Strahlen auf die in der Ebene bewegbaren Gegenstände gerichtet sind. Mit dieser
Vorrichtung läßt sich eine parallele Verschiebung des Lichtbündels über eine Reihe
nebeneinander angeordneter Gegenstände hinweg erreichen.
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Vorzugsweise sind die Gegenstände lichtdurchlässig, wobei neben den
dem Drehspiegel abgewandten Seiten der Gegenstände ein Lichtleitstab angeordnet
ist, vor dessen mindestens einer Stirnseite eine Vorrichtung zur Messung von Farbe
angeordnet ist. Damit können z. B. Glasscherben während des Transports auf ihre
Farbe hin untersucht werden. Es ist auch möglich, an beiden Stirnseiten Farbmeßeinrichtungen
vorzusehen. Zweckmäßigerweise ist an einer Stirnseite ein Spiegel angeordnet. Bei
lichtundurchlässigen Gegenständen wird zweckmäßigerweise der Lichtleitstab auf der
dem Drehspiegel zugewandten Seite angeordnet.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß die Ebene des
vom Drehspiegel bzw. Parabolspiegel reflektierten Lichtstrahls schräg gegenüber
der Vertikalen auf einen Spalt zwischen zwei Transportbändern gerichtet ist, auf
denen lichtdurchlässige Gegenstände transportierbar sind, und daß neben dem Spalt
in der Ebene des Lichtstrahls der Lichtleitstab angeordnet ist. Mit dieser Anordnung
können Glasscherben unterschiedlicher Färbung auf ihre Farbe hin untersucht werden.
Der Spalt kann so klein eingestellt werden, daß die Scherben über den Spalt hinweg
transportiert werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zur Messung von Farben im Schema,
Figur 2 im Schema eine Vorrichtung zur Erzeugung von Farbanteilsignalen, mit denen
die Farbart eines Oberflächenbereiches festgestellt werden kann, Figur 3 ein Schaltbild
einer Anordnung zur Erzeugung elektrischer Farbanteilsignale, Figur 4 ein Schaltbild
einer anderen Ausführungsform einer Anordnung zur Erzeugung elektrischer Farbanteilsignale,
Figur 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Anordnung zur Erzeugung
elektrischer Farbanteilsignale, Figur 6 eine Ansicht von vorne einer Vorrichtung
zur Feststellung der Farbart von nebeneinander angeordneten Gegenständen, die kleine
Abmessungen aufweisen können im Schema, Figur 7 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Feststellung der Farbart von nebeneinander angeordneten Gegenständen,
Figur 8 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Feststellung der Farbart von nebeneinander
angeordneten Gegenständen, Figur 9 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von Farbartsignalen,
Figur 10 eine andere Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Auswertung von
Farbartsignalen.
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Die Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Messung der Farbart
von auf einem Transportband 1 mitgeführten Gegenständen 2, 3, 4 und 5. Die Farbart
wird mit einem Meßkopf 6 bestimmt, in den eine Lichtquelle 7 angeordnet ist, der
eine Optik 8 vorgeschaltet ist, die ein annähernd paralleles Lichtbündel erzeugt.
Zwischen der Lichtquelle 7 und der Optik 8 befindet sich ein Wärmefilter 9. Auf
der der Lichtquelle 7 abgewandten Seite der Optik 8 ist eine Blende 10 angeordnet,
die ein Lichtbündel 11 mit kreisförmigem Querschnitt ausblendet. Das Lichtbündel
11 tritt in einen Abblendkanal 12 ein, an dessen Ende eine Austrittsoptik 13 angeordnet
ist. Durch die Austrittsoptik 13 wird ein Lichtfleck auf dem Gegenstand 1 erzeugt.
Die Austrittsoptik 13 dient zugleich als Eintrittsoptik für das vom Gegenstand 1
reflektierte Licht. Für das reflektierte Licht hat die Optik 13 einen größeren Öffnungswinkel.
Das reflektierte Licht verläßt die Optik 13 als annähernd paralleles Lichtbündel
14,
das zu einem Umlenkspiegel 15 gelangt, der den Abblendkanal
12 umgibt.
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Vom Spiegel 15 wird das Licht zu einer Optik 16 umglenkt, die ein
konvergierendes Lichtbündel 17 erzeugt. Im Strahlengang des Lichtbündels ist ein
erster dichroitischer Spiegel 18 angeordnet, der für grünes und rotes Licht durchlässig
ist und blaues Licht reflektiert. Das vom dichroitischen Spiegel 18 reflektierte
blaue Licht gelangt auf einen ersten photoelektrischen Empfänger 20.
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Nach dem ersten dichroitischen Spiegel 18 ist ein zweiter di chroitischer
Spiegel 21 im Strahlengang des Lichtbündels 17 angeordnet. Der dichroitische Spiegel
21 ist z. B. für rotes Licht durchlässig und reflektiert grünes Licht zu einem zweiten
photoelektrischen Empfänger 22.
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Das konvergierende Lichtbündel 17 gelangt nach dem zweiten dichroitischen
Spiegel 21 zu einem dritten photoelektrischen Empfänger 25.
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Zwischen der Optik 16 und dem ersten dichroitischen Spiegel befindet
sich ein Infrarotfilter 26. Die Ausgänge der photoelektrischen Empfänger 20, 22,
25 sind an eine Verstärker- und Auswerteschaltung 27 angeschlossen, mit der die
Farbe bestimmt wird.
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In der Zeichnung sind nicht näher bezeichnete Optiken jeweils vor
den Empfängern 20, 22, 25 angeordnet. Mit diesen Optiken werden Unterschiede, die
aufgrund unterschiedlicher Wege des Lichts von der Abtaststelle bis zu den photoelektrischen
Empfängern auftreten können, ausgeglichen.
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Ein Oberflächenbereich eines Gegenstandes 1 wird durch die Optik des
Meßkopfes 6 auf die drei in engem Abstand nebeneinander angeordneten photoelektrischen
Empfänger 20, 22, 25 abgebildet. An den Ausgängen der photoelektrischen Empfänger
20, 22, 25 sind daher drei Signale vorhanden, die jeweils für die Primärfarben rot,
grün und blau der Farbart und der bei der Abtastung herrschenden Helligkeit entsprechen.
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Die Ausgangssignale der photoelektrischen Empfänger 20, 22, 25 werden
jeweils Verstärkern 19, 23, 24 zugeführt, deren Ausgangssignale mittels Widerständen
zu einem Summensignal vereinigt werden. Dieses Summensignal wird als Istwert einer
Regelgröße mit einem vorgegebenen, gleichbleibenden
Sollwert verglichen,
der z. B. von einer Referenzspannungsquelle 25 erzeugt wird. Die gemeinsame Anschlußstelle
der Widerstände ist mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 26 verbunden, an
dessen zweiten Eingang die Referenzspannungsquelle 25 angeschlossen ist= Der Differenzverstärker
26 erzeugt ein der Differenz der Eingangssignale entsprechendes Regelabweichungssignal,
das gemeinsam den als Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsgrad ausgebildeten
Verstärkern 19, 23, 24 zugeführt wird. Mit dem Regelabweichungssignal werden die
Verstärkungsfaktoren so eingestellt, daß das Regelabweichungssignal Null wird bzw.
einen sehr kleinen Wert aufweist. An den Ausgängen der drei Verstärker 19, 23, 24
sind demnach Farbanteilssignale verfügbar, die immer auf eine gleiche, dem Sollwert
entsprechende Helligkeit bezogen sind und die deshalb von den Schwankungen der Beleuchtungsstärke
auf der Oberfläche im Bereich 1 unabhängig sind.
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Die drei Farbanteilsignale werden jeweils einem Eingang eines Fensterdiminators
27, 28, 29 zugeführt. Die zweiten Eingänge der Fensterdiskriminato ren sind je an
eine Referenzspannungsquelle 27', 28', 29' angeschlossen. Die Höhe der jeweiligen
Referenzspannungen legt für den entsprechenden Farbanteil die Farbart und die Helligkeit
fest. Die additive Mischung dieser drei durch Referenzspannungen vorgegebenen Farbanteile
ergibt eine bestimmte Farbe. Wenn diese Farbe im Bereich der Oberfläche festgestellt
wird, erzeugen die Fenste rdiskrim inaoren unaffingig von der Helligkeit dieser
Farbe Übereinstimmungen mit den Referenzspannungen anzeigende Signale, die über
ein nicht näher bezeichnetes UND-Glied zu einer gemeinsamen Meldung verknüpft werden
und weiterverarbeitet werden können, um z. B. Auswählorgane zu steuern. Mit derartigen
Auswählorganen können z. B. Gegenstände, deren Farbe derjenigen entspricht, die
über die Referenzspannungsquelle ausgewählt ist, aussortiert werden.
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Bei der in Figur 3 dargestellten Schaltungsanordung werden die von
den photoelektrischen Empfängern 19, 23, 24 abgegebenen Signale zweckmäßigerweise
über nicht dargestellte Verstärker jeweils an einen Eingang eines Analogmultiplizierers
30, 31, 32 gelegt. Die Ausgänge 33, 34, 35 der Analogmultiplizierer 30, 31, 32 sind
jeweils über Widerstände 36, 37, 38 miteinander verbunden. Die gemeinsame Anschlußstelle
der Widerstände 36,
37, 38 ist mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers
39 verbunden, dessen zweiter Eingang an eine Referenzspannungsquelle 40 angeschlossen
ist. Die Widerstände 36, 37, 38 erzeugen ein Summensignal aus den Ausgangssignalen
der Analogmultiplizierer 30, 31, 32. Dieses Summensignal wird mit der Referenzspannung
vom Differenzverstärker 39 verglichen, der ein der Differenz der Eingangssignale
entsprechendes Regelabweichungssignal an die zweiten Eingänge der Analogmultiplizierer
30, 31, 32 abgibt, bei denen es sich um Vierquadranten-Multiplizierer handeln kann,
die als Verstärker mit einstellbarer Verstärkung geschaltet sind. Der Differenzverstärker
liefert die Steuerspannung für die Analogmultiplizierer 30, 31, 32.
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An den Ausgängen 33, 34, 35 sind jeweils Farbanteilsignale verfügbar,
die von den Helligkeitsschwankungen im Bereich 1 unabhängig sind.
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Der Ausgang des Differenzverstärkers 39 ist mit einer Diskriminatorschaltung
verbunden, bei der es sich um einen weiteren Differenzverstärker 41 handelt, der
an seinem zweiten Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle 44 verbunden ist. Durch
die Bezugsspannungsquelle 44 wird ein Maximalwert für das Regelabweichungssignal
festgelegt. Bei Überschreitung dieses Maximalwertes gibt der Differenzverstärker
41 ein Signal ab, das eine nachgeschaltete akustische Meldeeinrichtung 47 betätigt.
Wenn der Maximalwert überschritten wird, ist dies ein Zeichen, daß die Summe der
Spannungen an den Ausgängen 33, 34, 35 zu klein ist, d. h. daß die Helligkeit auf
der abgetasteten Oberfläche nicht ausreicht.
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An die Ausgänge 33, 34 35 sind Fensterdiskriminatoren in gleicher
Weise wie bei der Anordnung gemäß Figur 1 angeschlossen. Der Übersichtlichkeit halber
wurde die aus den Elementen 19, 20, 21, 23, 24, 25 und 26 bestehende Anordnung in
Figur 2 nicht dargestellt. Eine die Teile 41, 44 und 47 enthaltende Überwachungsanordnung
ist zweckmäßigerweise bei der Anordnung gemäß Figur 1 vorhanden.
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Bei der in Figur 4 dargestellten Schaltungsanordnung zur Erzeugung
von Farbanteilsignalen, die unabhängig von Beleuchtungsschwankungen sind, werden
die analogen Ausgangssignale der photoelektrischen Empfänger 4, 5, 6 je einem Eingang
48, 49, 50 eines multiplizierenden Digital-Analog-
Umsetzers 51,
52, 53 zugeführt. Die Digital-Analog-Umsetzer 51, 52, 53 haben Multipliziereingsnge
fur digitale Signale. Die nicht näher bezeichneten Multipliziereingänge sind an
den Ausgang eines Vor-Rückwärts-Zählers 54 angeschlossen, dessen Ausgang einen weiteren
multiplizierenden Digital-Analog-Wandler 55 speist. Der Analog-Eingang des multiplizierenden
Digital-Analog-Wandlers 55 wird von einem Referenzsignal beaufschlagt. Den nicht
näher bezeichneten analogen Ausgängen der Digital-Analog-Umsetzer 51, 52, 53, 55
sind Spannungsfolger 56, 57, 58, 59 für die Impedanzwandlung nachgeschaltet. An
den Ausgängen der Impedanzwandler 56, 57, 58 stehen Farbanteilsignale zur Verfügung,
deren Hohe unabhängig von Änderungen der Leuchtdichte ist. Die Ausgänge der Impedanzwar,dler
56, 57, 58 sind jeweils über Widerstände 60, 61, 62 miteinander verbunden, die an
ihrem gemeinsamen Anschluß einerseits über einen weiteren Widerstand 63 und eine
Referenzspannungsquelle 64 an Erdpotential gelegt und andererseits mit einem Eingang
eines Differenzverstärkers 65 verbunden sind, dessen zweiter Eingang ebenfalls an
Erdpotential gelegt ist.
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Der Ausgang des Differenzverstärkers 65 ist mit dem Steuereingang
des Vor-Rückwärts-Zählers 54 verbunden, dessen Zähleingang an einen Taktgeber 66
angeschlossen ist, der eine Impulsfolge mit konstanter Frequenz erzeugt.
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Aus den drei Farbanteilsignalen, die von den Spannungsfolgern 56,
57, 58 ausgegeben werden, bilden die Widerstände 60, 61, 62 einen Istwert der Regelgröße,
der mit dem von der Referenzspannungsquelle 64 erzeugten Sollwert verglichen wird.
Die Differenz zwischen Istwert und Sollwert steht am Differenzverstärker 65 an,
der je nach der Polarität ein entsprechendes Steuersignal an den Vor-Rückwärts-Zähler
54 abgibt. Mit diesem Steuersignal wird die Zählrichtung der Impulse des Taktgebers
66 vorgegeben.
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Ein der Anzahl der im Vor-Rückwärts-Zähler 54 aufsummierten Impulse
entsprechender Wert stellt an allen vier Digital-Analog-Umsetzern 51, 52, 53, 55
den Multiplikator für die analogen Signale an den Eingängen 48, 49, 50 ein. Ein
entsprechendes multipliziertes Signal tritt in analoger Form an jedem der Ausgänge
der Digital-Analog-Umsetzer 51, 52, 53 auf. Der Wert im Vor-Rückwärts-Zähler 54
wird im Sinne einer Reduzierung des Regelabweichungssignals am Eingang des Differenzverstärkers
65 beeinflußt.
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Am Ausgang des Spannungsfolgers 59 steht ein analoges Signal an, das
zur Anzeige verwendet wird, wenn die Kapazität der Digital-Analog-Umsetzer 51, 52,
53 überschritten wird. Anstelle des D/A-Wandlers 55 und des Spannungsfolgers 59
kann vorzugsweise ein Vergleicher eingesetzt werden, der das Ausgangssignal des
Vor-Rückwärts-Zählers 54 auf einen bestimmten maximalen Zählstand überwacht.
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Vor den Farbauszugfiltern 7, 8, -9 sind im Strahlengang jeweils ein
Infrarotfilter 67 und ein Interferenzkantenfilter 68 angeordnet.
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Eine andere Anordnung zur Erzeugung elektrischer Farbanteilsignale
ist in Figur 5 dargestellt. Ein Meßstellenumschalter 70 weist Eingänge 71, 72, 73
auf, die je mit einem photoelektrischen Empfänger verbunden sind. Auf den nicht
dargestellten photoelektrischen Empfänger wird ein Oberflächenbereich mittels einer
Optik unter Zwischenschaltung von Filtern und dichroitischen Spiegeln abgebildet.
An den Eingängen 71, 72, 73 stehen daher jeweils Farbanteilsignale an, die beispielsweise
den drei Farbanteilen rot, grün und blau entsprechen. Die Eingänge 71, 72, 73 werden
nacheinander auf einen Ausgang 74 durchgeschaltet, an den ein Analog-Digital-Wandler
75 angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Mikroprozessor 76 verbunden ist.
Der Mikroprozessor 76 steuert die Umschaltung der Eingänge 71, 72, 73 und die Dateneingabe
über den Analog-Digital-Wandler 75.
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Der Mikroprozessor 76 ist weiterhin mit -einem Betriebsartenumschalter
77 verbunden, mit dem Grenzwerte und die Meß- bzw. Testbetriebsart eingestellt werden.
Über einen weiteren, an den Mikroprozessor 76 angeschlossenen Umschalter 77 werden
Meßbereiche ausgewählt, die von den jeweiligen -Abtastbedingungen am Einsatzort
abhängen.
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Der Mikroprozessor 76 hat Digitalausgänge 79, an die ein nicht näher
dargestelltes Gerät angeschlossen ist, mit dem beispielsweise mechanische Teile
zur Handhabung derjenigen Gegenstände beeinflußt werden, deren Farbe festgestellt
wird. Mit dem Mikroprozessor 76 steht ferner ein Digitalanzeigegerät 80 in Verbindung.
An den Mikroprozessor 76 ist ein nichtflüchtiger Speicher 81 angeschlossen, in dem
sich ein Steuerprogramm befindet.
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Nach Maßgabe dieses Steuerprogramms werden die Farbanteilsignale
nacheinander
über den Meßstellenschalter 70 dem A/D-Wandler 75 zugeführt, der entsprechende digitale
Werte erzeugt, die im Mikroprozessor 76 in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff
abgespeichert werden. Die digitalen Werte der Farbanteilsignale werden im Mikroprozessor
76 aufsummiert und mit einem Sollwert verglichen. Der Vergleich liefert die Differenz
zwischen der Summe der Farbanteilsignale und dem Sollwert. In Abhängigkeit von der
Größe der Regelabweichung werden die gemessenen Werte der Farbanteilsignale jeweils
mit einem Faktor multipliziert.
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Anschließend wird die Summe der mit dem Faktor multiplizierten Werte
gebildet und wiederum mit dem Sollwert verglichen. Wenn die Differenz Null oder
nahezu Null ist, werden die multiplizierten Werte je mit einem weiteren Sollwert
verglichen, der nur dem jeweiligen Farbanteil zugeordnet ist. Bei Übereinstimmung
wird angezeigt, daß die abgetastete Oberfläche der durch die drei Sollwerte der
Farbanteile vorgegebenen Farbe entspricht.
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Zur Erzeugung eines Lichtbündels, mit dem nebeneinander angeordnete
Gegenstände, die zugleich weitertransportiert werden und gegebenenfalls kleine Abmessungen
aufweisen, mit großer Geschwindigkeit abgetastet werden können, dienen die in Fig.
6 und 7 dargestellten Vorrichtungen.
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Ein von einem ersten Laser 82 erzeugtes Lichtbündel wird auf einen
halbdurchlässigen oder dichroitischen Spiegel 83 gerichtet, der gegenüber der Achse
des Lichtbündels eine Neigung von 450 hat. Bei dem Laser 82 handelt es sich z. B.
um einen Helium-Neon-Laser, der rotes Licht aussendet. Auf den halbdurchlässigen
bzw. dichroitischen Spiegel 83 ist ferner das Lichtbündel eines zweiten Lasers 84
ausgerichtet. Dieses Lichtbündel trifft auf den Spiegel 83 ebenfalls unter einem
Winkel von 450 auf. Der am Spiegel 83 reflektierte Teil des vom Laser 84 ausgesandten
Lichtbündels vereinigt sich mit dem vom Spiegel 83 durchgelassenen Teil des vom
Laser 82 ausgesandten Lichtbündels zu einem Lichtbündel 85, das auf einen zweiten
halbdurchlässigen oder dichroitischen Spiegel 86 unter einem Winkel von 450 gerichtet
ist. Auf den zweiten Spiegel 86 ist weiterhin ein Lichtbündel eines dritten Lasers
87 unter einem Winkel von 450 gerichtet.
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Bei den Lasern 84 und 87 kann es sich um Argon-Laser jeweils für grünes
und blaues Licht handeln.
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Der vom Spiegel 86 reflektierte Teil des vom Laser 87 erzeugten Lichtbündels
vereinigt sich mit dem vom Spiegel 86 durchgelassenen Teil des Lichtbündels 86 zu
einem Lichtbündel 88, das auf ein Spiegelrad 89 gerichtet ist. Das Spiegelrad 89
weist an seinem Umfang Spiegel auf, die in Form eines Vielecks, z. B. eines Sechs-
oder Achtecks, angeordnet sind.
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Die Achse des Lichtbündels 88 ist gegen die Drehachse 90 des Spiegel
rads 89 um eine gewisse Strecke versetzt. Während der Drehung des Spiegel rads 89
wird das Lichtbündel 88 in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Spiegel rads
in verschiedene Richtungen reflektiert. Das reflektierte Lichtbündel bewegt sich
dabei je nach der Drehrichtung zwischen den Endlagen 91, 92 von rechts nach links
oder von links nach rechts.
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Die Ebene, in der sich das vom Drehspiegel 89 reflektierte Lichtbündel
periodisch bewegt, verläuft senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Transportbands
1, auf dem sich die Gegenstände 2 bis 5 in einer Reihe nebeneinander befinden. Bei
den Gegenständen 2 bis 5 handelt es sich z. B. um Glasscherben aus verschieden gefärbten
Gläsern. Diese Glasscherben, die z. B. bei der Altglasverwertung auf ihre Farbe
hin untersucht werden müssen, um sie in Abhängigkeit von ihrer Farbe weiterzuverarbeiten,
liegen auf dem Transportband 1 quer zur Bewegungsrichtung nebeneinander. Auf dem
Transportband 1 befinden sich noch zahlreiche weitere Glasscherben.
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Die Transportgeschwindigkeit ist auf die Drehzahl des Drehspiegels
89 so abgestimmt, daß die Glasscherben bis zu einer bestimmten Mindestgröße von
dem Lichtbündel erfaßt werden, das vom Drehspiegel 89 reflektiert wird. An der Stelle
der Ebene, in der sich das vom Drehspiegel 89 reflektierte Lichtbündel bewegt, ist
ein Spalt 92 im Transportsystem vorhanden.
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Der Spalt 92 ist in Figur 8 näher dargestellt. Der Spalt 92 kann vorzugsweise
mittels zweier Transportbänder 1, 93 realisiert sein, deren Stirnenden sich in kurzem
Abstand gegenüberstehen.
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Befindet sich der Drehspiegel, wie in Figur 6 dargestellt, oberhalb
des Transportbands 1, dann ist unterhalb des Spalts 92 ein Lichtleitstab 94 in der
Ebene des vom Drehspiegel 89 reflektierten Lichtbündels angeordnet.
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Der Lichtleitstab 94, ein Stab aus lichtdurchlässigem Material, verläuft
parallel zu den Transportbändern 1, 93. Der Lichtleitstab 94 lenkt die einfallenden
Strahlen in Richtung seiner einen Stirnseite 95 um. Die andere, nicht näher bezeichnete
Stirnseite des Lichtleitstabs 94 weist
einen Spiegel 69 auf. Vor
der Stirnseite 95 ist ein Meßkopf 6 angeordnet.
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Der Lichtleitstab 94 wird an einer sehr schmalen Mantellinie, an der
das Licht eintritt, aufgerauht. Das Licht wird deshalb stark gestreut, insbesondere
in Richtung der Totalreflexion, so daß das Licht zu den Stirnseiten gelangt.
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Bei der in Figur 7 dargestellten Anordnung wird das vom Drehspiegel
89 reflektierte Lichtbündel auf einen Parabolspiegel 96 gerichtet. Die reflektierende
Fläche des Drehspiegels 89 ist dabei im Brennpunkt des Parabolspiegels 96 angeordnet.
Der Parabolspiegel 96 lenkt die Laserlichtstrahlen in ungefähr zueinander parallele
Bahnen um. Das vom Parabolspiegel 96 reflektierte Licht trifft daher senkrecht auf
die Gegenstände 2 bis 5 auf.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Lichtausbeute an der Stirnseite
95 des Lichtleitstabs 94 von der Winkelstellung des Drehspiegels 89 unabhängiger
ist als bei der Anordnung gemäß Figur 6.
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Die Ebene, in der sich der vom Drehspiegel 89 bzw. vom Parabolspiegel
96 auf die Gegenstände 2 bis 5 gerichtete Laserlichtstrahl bewegt, ist zweckmäßigerweise
gegen die Vertikale geneigt. Es ist auch möglich, die Transportbänder 1, 93 schräg
zur Horizontalen anzuordnen. Dann kann der auf die Gegenstände 2 bis 5 gerichtete
Strahl senkrecht zur Transportfläche verlaufen. Diese Maßnahme soll verhindern,
daß Gegenstände, die kleiner als der Spalt 92 sind, beim Herabfallen auf den Lichtleitstab
94 auftreffen und diesen z. B. abdecken.
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Im allgemeinen kommen bei Altglas die Farben braun, weiß und grün
vor.
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Die Farben der Glasscherben lassen sich daher durch Vergleich des
blauen Anteils des empfangenen Lichts mit dem roten Anteil und des roten Anteils
mit dem grünen Anteil feststellen. Die Wellenlängen der blauen, roten und grünen
Anteile liegen jeweils zwischen 350 - 450, 600 - 700 und 520 bis 570 pm. Die blauen,
roten und grünen Anteile des durch Transmission eines Gegenstands 2 bis 5 erhaltenen
Lichts stehen an den Ausgängen der photoelektrischen Empfänger 20, 22, 25 zur Verfügung.
Die blauen und roten Anteile werden in einem Differenzverstärker 97 verglichen.
Die roten und grünen Anteile werden in einem zweiten Differenzverstärker 98 verglichen.
Überschreitet der blaue Anteil den roten Anteil, dann hat das Glas die Farbe braun.
Liegt der blaue Anteil unter dem
roten Anteil, dann hat das Glas
für den Fall die Farbe weiß, daß der rote Anteil größer als der grüne Anteil ist.
Ist jedoch der blaue Anteil kleiner als der rote Anteil und dieser wiederum kleiner
als der grüne Anteil, dann hat das Glas die Farbe grün.
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Bei der in Figur 10 dargestellten Anordnung sind zwei Farbmeßvorrichtungen
der in Fig. 6 bis 8 dargestellten Art notwendig. Die Meßköpfe 6 können jedoch insofern
einfacher ausgebildet sein, als nur je zwei photoelektrische Empfänger notwendig
sind. In der ersten Farbmeßeinrichtung werden die blauen und roten Anteile in einem
Differenzverstärker 99 miteinander verglichen. Wenn auf die oben angegebene Weise
braune Glasscherben festgestellt werden, werden diese pneumatisch oder mechanisch
aussortiert. Die Lage dieser braunen Glasscherben auf dem Transportband kann über
die Zuordnung des Meßwerts zu der im jeweiligen Zeitpunkt vorhandenen Winkellage
des Drehspiegels 89 erhalten werden.
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Die weißen und grünen Glasscherben werden bis zur nächsten Meßvorrichtung
transportiert. Dort werden nur die roten und grünen Farbanteile erfaßt und in einem
Differenzverstärker 100 miteinander verglichen. Je nach dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers
sind die Glasscherben weiß oder grün. Vom Differenzverstärker können entsprechende
Ausgangssignale zur Steuerung von pneumatischen oder mechanischen Sortiereinrichtungen
abgegriffen werden.
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Die Lage des Lichtstrahls quer zur Transportrichtung kann durch Impulse
ermittelt werden, die von einem Zeitgeber erzeugt werden, der in jeder Abtastperiode
angestoßen wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Impulsgeber mit dem
Spiegelrad 89 zu koppeln und dessen Impulse je Umdrehung zu zählen.