DE3428364C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer optischen Anordnung zur Erkennung der Farbe von nicht selbstleuch­ tenden Körpern mit drei auf verschiedene Grundfarben ansprechenden Lichtempfangselementen, denen ein von den Körpern reflektierter Lichtstrom über ein Lichtleitele­ ment in Form einer Vielzahl von Lichtleitfasern zuge­ leitet wird, deren eine Stirnenden in ihrer Gesamtheit die Empfangsfläche für den reflektierten Lichtstrom bilden und auf dieser verteilt sind. Eine solche Anord­ nung ist aus der DE-OS 24 24 545 bekannt.

In dieser bekannten Ausbildung geht es um die Messung der Farbkomponenten primärer Lichtquellen oder sekun­ därer Lichtquellen in Form von lichtdurchlässigen Kör­ pern, die kontinuierlich beleuchtet werden. Eine solche Anordnung wäre nicht für schwierige Probleme der Farb­ erkennung geeignet, wie sie zur vorliegenden Erfindung geführt haben.

Vorliegend geht es um die Farberkennung von unter der Empfangsfläche hindurchbewegten Körpern mit spiegeln­ der, gewölbter Oberfläche. Dieses Problem stellt sich z. B. bei der Verpackung von Tabletten oder Dragees in der pharmazeutischen Industrie. In manchen Packungen, insbesondere bei Kontrazeptiva, sind verschiedene Dra­ gees unterzubringen, die sich durch ihre Farbe unter­ scheiden. Mittels einer optischen Anordnung soll dann vor dem Verschließen der Packung kontrolliert werden, ob die Anzahl und Verteilung der Dragees der einzelnen Sorten in der Packung richtig ist.

Diese Farberkennung ist besonders dann problematisch, wenn es sich um Dragees mit glänzender Oberfläche han­ delt, die in einer noch unverschlossenen Blisterpackung mit hoher Geschwindigkeit unter dem optischen Abtast­ gerät hindurchbewegt werden.

Während ruhende oder gleichförmig bewegte Körper mit matter, d. h. diffus reflektierender Oberfläche einer solchen Farberkennung leicht zugänglich sind, führen im betrachteten Anwendungsfall die Dragees unvermeid­ bare Zitterbewegungen in ihren Näpfen der Blisterpackung aus, was in Verbindung mit der glänzenden Oberfläche zu intensiven, konzentrierten und dabei erratischen Re­ flexionen führt, die bisher die Farberkennung unmög­ lich oder zumindest sehr unzuverlässig gemacht haben. Der Grund hierfür dürfte darin liegen, daß während der Abtastperiode die drei Lichtempfangselemente von Licht­ strömen ganz unterschiedlicher Intensität beaufschlagt sein können, so daß es zu Fehlern in der Weise kommen muß, daß die Farbkomponente des vom stärksten Lichtstrom getroffenen Lichtempfangselements unrichtig hoch in die Auswertung der Messung eingeht, während umgekehrt ein nur schwach getroffenes Lichtempfangselement seine Farbkomponente mit entsprechend niedrigem Pegel meldet. Das Ergebnis der spektralen Analyse kann dann nicht dem tatsächlichen Anteil der Farbkomponenten am reflek­ tierten Lichtstrom entsprechen.

Aus der DE-OS 30 38 786 ist eine optische Anordnung aus Lichtleitern zur Farberkennung bekannt, bei der die bezüglich ihrer Farbe zu erkennende Oberfläche von einer die Lichtempfangsfläche umgebenden ringförmigen Licht­ austrittsfläche beleuchtet wird. Hier geht es jedoch um eine Sonde zur Messung der Farbe des Zahnfleischs, um einen Meßwert für dessen Durchblutung zu gewinnen. Von vornherein geht es somit nicht um die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik und auch diese Anordnung wäre nicht für die Problemfälle geeignet, um die es vorliegend geht.

Aus der GB-PS 13 76 245 ist eine Farberkennungsanordnung zur Erkennung von in Textilmaschinen hergestellten Mustern bekannt, bei der eine durch Dauerlicht beleuch­ tete Stelle von zwei Lichtempfängern abgetastet wird, denen das reflektierte Licht über jeweils eine Vielzahl von Lichtleitfasern zugeführt wird, die in der Empfangs­ fläche schachbrettartig abwechselnd verteilt sind. Auch diese Ausbildung ist weder vorgesehen noch geeignet zur Farberkennung in den geschilderten Anwendungsfällen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer optischen Anordnung zur Erkennung der Farbe von nicht selbstleuch­ tenden Körpern, die eine zuverlässige und schnelle Farb­ erkennung auch unter erschwerten Bedingungen ermöglicht, insbesondere bei glänzenden und schnelle, erratische Be­ wegungen ausführenden Körpern.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Ge­ samtheit der im Patentanspruch 1 genannten Merkmale. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung kommt es durch die zentralsymmetrische Blitzlichtbeleuchtung und die Viel­ zahl der innerhalb des Beleuchtungskreises gleichmäßig verteilten Empfangsstellen für jedes der drei Lichtem­ pfangselemente zu einer Mittelung der einzelnen Meßwerte über die gesamte Lichtempfangsfläche, so daß die auf den Besonderheiten der Reflexionsbedingungen der Körper be­ ruhenden Zufälligkeiten und Schwankungen ausgeglichen werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben. Der hier vorgeschlagene, den Stirn­ flächen der Empfangs-Lichtleitfasern vorgeschaltete Lichtmischer in Form eines massiven Lichtleitelements bestimmter Konfiguration hat eine Homogenisierung der Lichtströme und damit eine Erhöhung der Abtastsicherheit zur Folge. Bei der optischen Abtastung von Banknoten ist aus der DE-PS 23 35 842 eine in den Verlauf von Licht­ leitern geschaltete Lichtmischeinrichtung in Form einer Ulbrichtkugel an sich bekannt.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Abtastkopf einer optischen Anordnung zur Erkennung der Farbe von Körpern in einer Seitenansicht;

Fig. 2 den Axialschnitt durch das Ende des Abtastrohres in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 die Ansicht des Stirnendes des Abtastrohres;

Fig. 4 den Axialschnitt durch das Ende des Abtastrohres in einer zweiten Ausführungsform.

Der in Fig. 1 ersichtliche Abtastkopf besteht aus einem schmalen (d. h. rechtwinklig zur Zeichenebene gemäß Fig. 1 eine geringe Erstreckung aufweisenden) Gehäuse 1, an dessen Umfangsfläche drei Lichtempfangselemente 2 r, 2 g, 2 b angeordnet oder angeschlossen sind. Das Licht­ empfangselement 2 r ist empfindlich für rotes Licht, das Lichtempfangselement 2 g ist empfindlich für grünes Licht, und das Lichtempfangselement 2 b ist empfindlich für blaues Licht.

An einer anderen Umfangsstelle ist ein Abtastrohr 3 be­ festigt, unter welchem die Körper hinwegbewegt werden, deren Farbe zu erkennen ist.

An einer weiteren Umfangsstelle des Gehäuses ist eine Blitzlichtquelle 4 angeordnet oder angeschlossen, die zur Beleuchtung der Körper dient.

In einem z. B. durch Ausfräsen hergestellten Hohlraum 5 des Gehäuses 1 ist ein Lichtleitelement 6 in Gestalt ei­ ner Vielzahl von Lichtleitfasern verlegt, welches aus dem Abtastrohr 3 zu den Lichtempfangselementen 2 führt, wobei auf diesem Wege das Lichtleitelement 6 sich auf­ teilt in drei Lichtleitfasergruppen 7 r, 7 g, 7 b, von denen die Gruppe 7 r zum Lichtempfangselement 2 r, die Gruppe 7 g zum Lichtempfangselement 2 g und die Gruppe 7 b zum Lichtempfangselement 2 b führt.

Zwischen dem Abtastrohr 3 und der Lichtquelle 4 verläuft ein Beleuchtungs-Lichtleitelement 10, das ebenfalls aus einer Vielzahl von Beleuchtungs-Lichtleitfasern besteht.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, besteht das Abtast­ rohr 3 aus einem Innenrohr 12 und einem dieses konzen­ trisch umgebenden Mantelrohr 13. Die Lichtleitfasern 8 des Lichtleitelements 6 sind vom Innenrohr 12 umschlos­ sen, und ihre mit den Enden der Rohre fluchtenden Stirn­ flächen bilden in ihrer Gesamtheit die Lichtempfangs­ fläche 14.

Die Beleuchtungslichtleitfasern 11 verlaufen zwischen dem Innenrohr 12 und dem Mantelrohr 13, und ihre Stirn­ flächen bilden eine Lichtaustrittsfläche 15, die die Lichtempfangsfläche 14 konzentrisch umgibt.

Die Stirnenden der Empfangslichtleitfasern 8 der einzel­ nen Gruppen 7 sind auf der Lichtempfangsfläche 14 gleich­ mäßig verteilt. In Fig. 3 sind die zum Lichtempfangsele­ ment 2 r führenden Lichtleitfasern 8 der Gruppe 7 r mit einem R bezeichnet, und in gleicher Weise sind die Licht­ leitfasern der beiden anderen Gruppen bezeichnet. Es ist zu sehen, daß bei dicht gepackter schachbrettartiger Ver­ teilung jede Faser 8 von Fasern der beiden anderen Grup­ pen umgeben ist.

Eine vollständige optische Anordnung zur Farberkennung z. B. von Dragees, die in einer noch unverschlossenen Blisterpackung in Reihen von z. B. zehn Dragees neben­ einander liegen, würde aus zehn nebeneinander angeordne­ ten Abtastköpfen bestehen, deren Abstände den Abständen der Dragees in einer Reihe entsprechen. Wenn sich dann im Betrieb Reihe um Reihe unter den Abtastrohren 3 hin­ wegbewegt, können sämtliche Dragees der jeweils im Ab­ tastbereich befindlichen Reihe gleichzeitig durch An­ blitzen mittels der Lichtquellen 4 oder einer für alle Beleuchtungs-Lichtleitelemente 10 gemeinsamen Blitz­ lichtquelle beleuchtet und das von ihnen reflektierte Licht analysiert werden.

Bei Betrachtung der Farberkennung eines einzelnen Kör­ pers tritt dabei der Lichtstrom der Lichtquelle 4 aus den Stirnenden der Beleuchtungs-Lichtleitfasern 11 aus und beleuchtet den unter dem Abtastrohr 3 befindlichen Körper. Das von diesem reflektierte Licht fällt auf die Lichtempfangsfläche, wobei der reflektierte Lichtstrom, wie eingangs geschildert, stark inhomogen sein kann. Auch wenn sich das reflektierte Licht jedoch auf einem nur einen Bruchteil der Lichtempfangsfläche 14 einnehmen­ den Fleck konzentriert, ist durch die gleichmäßige Ver­ teilung der Empfangs-Lichtleitfasern 8 sichergestellt, daß die Lichtempfangselemente 2 von jeweils etwa einem Drittel des gesamten empfangenen Lichtstroms beauf­ schlagt werden, so daß eine zuverlässige Analyse der Spektralkomponenten gewährleistet ist.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausbildung des Abtastrohres 3 ist den Stirnenden der Empfangs-Lichtleitfasern 8 ein Lichtmischer 20 in Form eines massiven Lichtleitelements vorgelagert. Seine Länge L beträgt wenigstens das Dop­ pelte seines Durchmessers D. Dieser Lichtmischer hat die Wirkung, örtlich konzentrierte Reflex-Lichtströme be­ reits in gewisser, wenn auch nicht vollkommener Weise zu homogenisieren und stark konzentrierte Lichtströme auf etwas größere Querschnitte auszuweiten. Bei Verwendung eines solchen Lichtmischers wird es möglich, mit einer weniger feinen Rasterung der Lichtempfangsfläche auszu­ kommen, d. h. eine geringere Anzahl von dickeren Empfangs- Lichtleitfasern 8 zu verwenden.

Claims (2)

1. Optische Anordnung zur Erkennung der Farbe von nicht selbstleuchtenden Körpern mit drei auf verschiedene Grundfarben ansprechenden Lichtempfangselementen (2 r, 2 g, 2 b), denen ein von den Körpern reflektierter Lichtstrom über ein Lichtleitelement (6) in Form einer Vielzahl von Lichtleitfasern (8 r, 8 g, 8 b) zugeleitet wird, deren eine Stirnenden in ihrer Gesamtheit die Empfangsfläche (14) für den reflektierten Lichtstrom bilden und auf dieser verteilt sind, gekennzeichnet durch

• - die Anwendung der optischen Anordnung zur Farberkennung von unter der Empfangsfläche (14) hindurchbewegten Körpern mit spiegelnder gewölbter Oberfläche,
• - wobei die Lichtleitfasern (8 r, 8 g, 8 b) in Höhe ihrer Stirnenden dicht gepackt und so verteilt sind, daß jede Faser einer Farbe (z. B. 8 r) nur von Fasern der anderen Farben (z. B. 8 g, 8 h) umgeben ist,
• - und die Beleuchtung der Körper durch eine Blitzlampe über ein Beleuchtungs-Lichtleitelement (10) aus einer Mehrzahl von weiteren Lichtfasern (11) erfolgt, welche eine die Lichtempfangsfläche (14) konzentrisch umgebende ringförmige Lichtaustrittsfläche (15) bilden.

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Stirnflächen der Empfangs-Lichtleitfasern (8 r, 8 g, 8 b) vorgeschalteten Lichtmischer (20) in Form eines massiven Lichtleitele­ ments, dessen Länge (L) mindestens gleich dem Doppelten seines Durchmessers (D) ist.