DE3532068A1 - Pruefvorrichtung - Google Patents
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Description
Prüfvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung, insbesondere zur automatischen Oberflächen-Überprüfung
von Objekten, die kontinuierlich auf einem Förderer, beispielsweise einem Förderband, zugeführt
werden. Eine derartige Prüfeinrichtung wertet das optische Bild der Objekte durch einen Sensor aus
und beurteilt die Oberfläche der Objekte als gut oder schlecht.
In neuerer Zeit wurde die optische Produktüberprüfung durch das menschliche Auge zunehmend durch
eine automatische Prüfung unter Verwendung optischer Bildsensoren, wie Videokameras, ersetzt.
Die von einer solchen Videokamera erzeugten Videosignale werden hierbei durch eine elektronische
Schaltung verarbeitet, um auf diese Weise zu einer automatischen Beurteilung der PrüfObjekte als gut
oder schlecht zu gelangen.
Bei den bekannten Prüfvorrichtungen ist die Videokamera im allgemeinen fest angeordnet; ihr Blickfeld
ist auf eine Richtung beschränkt. Soll nun ein räumliches Objekt, beispielsweise ein rundes
Gefäß, überprüft werden, so läßt sich die gesamte Oberfläche des Objektes nicht gleichzeitig erfassen.
Es sind ferner Prüfverfahren bekannt, die eine Anzahl von auf das Prüfobjekt gerichtete Videokameras
verwenden, so daß das Prüfobjekt gleich-
zeitig aus unterschiedlichen Richtungen betrachtet wird. Diese bekannten Lösungen sind jedoch mit dem
Nachteil behaftet, daß sie eine Vielzahl von Videokameras
und nachgeordnete Verarbeitungsschaltungen benötigen, was zu einem hohen Aufwand führt und
auch den Raumbedarf für die Prüfvorrichtung in unerwünschter Weise vergrößert.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Prüfung mit einer einzigen Videokamera vorzunehmen und
hierbei das räumliche Objekt in der Prüfposition anzuhalten und zu drehen, so daß nacheinander
die einzelnen Oberflächenbereiche des Prüfobjektes geprüft werden können. Dieses Verfahren erfordert
jedoch eine verhältnismäßig lange Zeit für die Prüfung und ist wegen des erforderlichen
Stillstandes des PrüfObjektes in der Prüfposition für kontinuierlich auf einem Förderer
bewegte Objekte nicht geeignet. 20
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Mängel der bekannten
Ausführungen eine Prüfvorrichtung zu schaffen, die mit Hilfe eines einzigen optischen Bildsensors
eine überprüfung der gesamten Oberfläche eines auf einem Förderer 1 bewegten PrüfObjektes gestattet.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung sollen dabei als schlecht
ermittelte Objekte automatisch vom Förderer entfernt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigen
Fig.1 eine Schemadarstellung der erfindungsgemäßen
Prüfvorrichtung,
Fig.2 eine Aufsicht auf den Bildschirm des
Video-Monitors,
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Fig.3 eine vergrößerte Teildarstellung aus Fig.1,
Fig.4 eine schematische Aufsicht auf ein zu
prüfendes Objekt.
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Fig.1 zeigt ein Schemadiagramm eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung.
Ein Förderer 1, beispielsweise ein Bandförderer,
transportiert die zu prüfenden Objekte 2, beispielsweise Behälter oder Flaschen, mit konstanter
Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles a, wobei die Objekte 2 auf dem Förderer 1 einen vorbestimmten
Abstand voneinander aufweisen. Als
optischer Bildsensor ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Videokamera 3 so angeordnet,
daß sie gleichzeitig eine Anzahl der kontinuierlich auf dem Förderer 1 transportierten Objekte
erfaßt (beim Ausführungsbeispier gleichzeitig drei Objekte). Das Videosignal der Kamera 3 wird einem
Videomonitor 4 zugeführt, auf dessen Bildschirm ein Bild der drei Objekte 2 erscheint. Eine Prüfeinrichtung
5 enthält eine elektronische Schaltung, die das von der Kamera 3 gelieferte Videosignal
verarbeitet, die Oberfläche der Objekte 2 als "gut" oder "schlecht" einstuft und die entsprechende
Prüfsignale abgibt (im Falle "gut" das
Signal "O" und im Falle "schlecht" das Signal "1"}. Eine Lichtquelle 6 ist so angeordnet, daß sie
die in diesem Falle durchsichtigen Objekte 2 beleuchtet. Das die Objekte 2 durchdringende Licht
wird dann von der Kamera 3 aufgenommen. Ein Diffusor 6A ist zwischen der Lichtquelle 6 und
den Objekten 2 angeordnet. Er streut das von der Lichtquelle 6 ausgesandte Licht derart, daß es
die von der Kamera 3 gleichzeitig erfaßten Objekte 2 (im Ausführungsbeispiel somit drei Objekte 2)
gleichförmig ausleuchtet.
Vor der Videokamera 3 ist ein Impulssignalgenerator 7 angeordnet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als Lichtschranke ausgebildet ist und aus einem Lichtsender 7A (beispielsweise einer Licht emittierenden Diode) und einem Lichtempfänger
7B (beispielsweise einer Photozelle) besteht. Der Lichtempfänger 7B liefert kein Signal,
solange er Licht vom Lichtsender 7A empfängt.
Immer dann, wenn ein Objekt 2 den Lichtstrahl unterbricht oder schwächt (d.h. immer dann, wenn
ein Objekt 2 den Impulssignalgenerator 7 passiert), liefert der Lichtempfänger 7B ein Impulssignal,
das der Prüfeinrichtung 5 zugeführt wird. Die Prüfeinrichtung 5 überprüft dann jeweils bei
Empfang eines Impulssignales vom Lichtempfänger 7B das von der Kamera 3 gelieferte Bild; es werden
damit die Videosignale der drei erfaßten Objekte 2 gleichzeitig verarbeitet. An den Ausgangsanschluß
5., 5~ und 5t erscheinen infolgedessen gesonderte
Prüfsignale für die drei erfaßten Objekte 2.
Ein Schieberegister 8 besitzt eine zusammenhängende Anzahl von Eingangsanschlüssen bzw. in diesem
Falle drei parallelgeschaltete Eingangsanschlüsse 8P., , 8P2, 8P3, denen drei gesonderte Prüfsignale
von den Ausgangsanschlüssen 5- , 5~ und 5-, der
Prüfeinrichtung 5 gleichzeitig zugeführt werden.
Das Impulssignal des Lichtempfängers 7B wird als
Schiebeimpuls einem Eingangsanschluß 81 des Schieberegisters 8 zugeführt. Auf diese Weise werden
die gleichzeitig zugeführten Prüfsignale im Schieberegister
8 schrittweise zum Ausgangsanschluß 80 hin verschoben.
Eine bestimmte Strecke hinter der Kamera 3 (in Förderrichtung) ist eine Ausgwurfeinrichtung 9
vorgesehen, die ein fehlerhaftes Objekt vom For-
ι derer 1 entfernt. Diese Auswurfeinrichtung 9 wird
von dem am Ausgangsanschluß 80 des Schieberegisters 8 auftretenden Ausgangssignal betätigt (und zwar
erfolgt eine Betätigung durch das Signal "1", da-
^ gegen keine Betätigung durch das Signal "0"). Ein fehlerhaftes Objekt 2 wird auf einen neben dem
Förderer 1 angeordneten Auswurfförderer 10 geschoben, der sich in Richtung des Pfeiles a.
bewegt.
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Im folgenden wird nun die Funktion der Oberflächen-Prüfvorrichtung
für den Fall erläutert, daß gleichzeitig eine Anzahl von Objekten 2, beispielsweise
jeweils drei transparente Gläser, überprüft werden. Fig.2 zeigt den Bildschirm 4A des
Monitors 4 zu einem bestimmten Zeitpunkt. Die Bilder der drei Objekte 2 werden zu diesem Zeitpunkt
an den Stellen 2 , 2 .., 2 , _ erzeugt. Die in den
η n+1 n+Z
Positionen 2 Λ und 2 . o befindlichen Objekte 2
n-1 n+i
befinden sich zu diesem Zeitpunkt nicht im Blickfeld
der Kamera 3; ihre Bilder werden infolgedessen auf dem Bildschirm 4A des Monitors 4 nicht wiedergegeben
.
Damit nun während der Zeitspanne , in der die einzelnen Objekte 2 durch das Blickfeld der Kamera 3
hindurchbewegt werden, die gesamte Oberfläche jedes Objektes 2 abgetastet und von der Videokamera
3 erfaßt wird, wird jedes Objekt 2 etwa einmal um
sich selbst gedreht, während es durch das Blickfeld der Kamera 3 hindurchläuft. Zu diesem Zweck
AO
ist beispielsweise - wie in Fig.3 veranschaulicht der
Förderer 1 in vier parallele Förderbänder 11, 12, 13, 14 unterteilt, wobei die Transportgeschwindigkeit
(in Richtung des Pfeiles a) vom Förderband 11 zum Förderband 14 hin abnimmt. Dadurch
drehen sich die einzelnen Objekte 2 etwa einmal um sich selbst (in Richtung des Pfeiles b),während
sie die Strecke VF im Blickfeld der Kamera 3 durchsetzen. Auf diese Weise wird die gesamte
Oberfläche der Objekte 2 von der Kamera 3 erfaßt.
Werden die in den drei aufeinanderfolgenden Positionen
2 , 2 +1, 2 +2 befindlichen Objekte 2
von der Kamera 3 gleichzeitig erfaßt, so beträgt der Drehwinkel-Unterschied der drei Objekte 2 in
den genannten drei Positionen jeweils 120°. Wird daher jedes Objekt 2 in den drei genannten Positionen
2 , 2 +1, 2 - überprüft, so wird - da in
jeder Stellung ein Umfangswinkel von etwa 120° erfaßt wird - auf diese Weise die gesamte Oberfläche
einer Prüfung unterzogen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden somit die von der Kamera 3 gelieferten Videosignale nicht
ständig durch die Prüfeinrichtung 5 geprüft, sondern es werden der Prüfung nur die Videosignale
unterworfen, die von der Kamera 3 dann geliefert werden, wenn sich Objekte 2 jeweils in den Positionen
2,2.. und 2 +~ befinden. Dabei werden
die Videosignale, die von den Objekten in den Positionen 2 .. und 2 +2 erzeugt werden, gleich-
zeitig mit dem Videosignal des Objektes 2 in der
Position 2 verarbeitet. Die von der Prüfeinrichn
tung 5 entsprechend erzeugten Prüfsignale werden gesondert, jedoch gleichzeitig den parallelen Eingangsanschlussen
8P-, 8P-, und 8P-, des Schieberegisters
8 zugeführt.
Die genannte taktweise Verarbeitung der von der Kamera 3 gelieferten Videosignale (wenn sich Objekte
2 in den Positionen 2 , 2 .. , 2 + ~ befinden)
wird durch das vom Lichtempfänger 7B der Prüfeinrichtung 5 zugeführte Impulssignal gesteuert.
Nur wenn dieses Impulssignal der Prüfeinrichtung 5 zugeführt wird, verarbeitet diese
die Videosignale der Kamera 3 und liefert die Prüfsignale an das Schieberegister 8.
Fig.4 veranschaulicht eine Aufsicht auf ein Objekt 2, dessen Umfang in drei Bereiche A, B, C von je
120° Umfangswinkel unterteilt ist. Nimmt man an, daß der Umfangsbereich A des Objektes 2 in der
Position 2 „ von der Kamera 3 erfaßt wird, so werden die Umfangsbereiche B und C in den Positionen
2 .. bzw. 2 geprüft. Während somit das Objekt 2 durch das Blickfeld der Kamera 3 hindurchwandert
und sich hierbei einmal um sich selbst dreht, liefert die Kamera 3 an die Prüfeinrichtung
5 Videosignale, die den Umfangsbereichen A, B und C entsprechen.
Es sei nun angenommen, daß ein bestimmtes Objekt im Umfangsbereich B eine Fehlerstelle 2A aufweist
(vgl. Fig.2). Von diesem Objekt 2 wird in der Position 2 nur der Umfangsbereich A geprüft; das
in dieser Position erzeugte Videosignal erzeugt infolgedessen kein relevantes Ausgangssignal an
der Prüfeinrichtung 5 (Ausgangssignal 11O"). In
der folgenden Position 2 . wird dagegen der umfangsbereich
B erfaßt, in dem sich die Fehlerstelle 2A befindet. Das von der Videokamera 3 der Prüfeinrichtung
5 zugeführte Signal verursacht infolgedessen bezüglich der Position 2 .. ein Ausgangssignal
"1". Bewegt sich das Objekt dann in die nächste Position 2 +2, so wird der Umfangsbereich
C erfaßt, der ebenso wie der Umfangsbereich A einwandfrei ist,' so daß die Prüfeinrichtung 5 hier
für die Position 2 „ das Ausgangssignal "0" erzeugt,
Diese Signalverarbeitung erfolgt für jedes Objekt, das das Blickfeld der Kamera 3 durchsetzt, nacheinander
in vorbestimmten Zeitabständen.
Die Prüfeinrichtung 5 kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Zweckmäßig werden die von der
Videokamera 3 gelieferten Analogsignale über einen Analog-Digital-Wandler in Digitalsignale umgewandelt,
die dann beispielsweise durch Mikroprozessoren elektrisch weiterverarbeitet werden.
Immer dann, wenn eine Anomalität festgestellt wird, die einem Fehler des geprüften Objektes entspricht,
wird ein digitales Ausgangssignal erzeugt.
Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel besitzt die in Fig.1 dargestellte Prüfeinrichtung 5 drei
Ausgangsanschlüsse 5-, 5-, 5-., die den Positionen
2 , 2 .. , 2 +2 (Fig.2) entsprechen. Prüfsingale,
die das Ergebnis der Verarbeitung der in den genannten Positionen erzeugten Videosignale darstellen,
erscheinen an den drei Ausgangsanschlüssen 5.. , 52 und 5.,.
Das in Fig.1 dargestellte Schieberegister 8 enthält eine Anzahl von Speicherzellen 8^, 82··.-Sg,
8*β (beim dargestellten Ausführungsbeispiel
zehn Speicherzellen), die in Reihe geschaltet sind, wobei die Ausgangsanschlüsse 5.., 52» 5-,
der Prüfeinrichtung 5 mit den parallelen Eingangsanschlüssen 8P1, 8P2/ 8P-, verbunden sind, die
ihrerseits an die erste, zweite und dritte Speicherzelle 8.,, 82, 83 angeschlossen sind.
Da ein Schiebeimpuls vom Lichtempfänger 7B dem Eingangsanschluß 81 des Schieberegisters 8 immer
dann zugeführt wird, wenn sich ein Objekt 2 um einen Schritt in Richtung des Pfeiles a bewegt hat,
werden die an den Ausgangsanschlüssen 5-, 5~, 5-,
der Prüfeinrichtung 5 erzeugten Prüfsignale, die
den Speicherzellen 8.,, 8~, 8-. zugeführt werden,
jeweils um eine Speicherzelle in Richtung zum Ausgangsanschluß 80 synchron mit den Schiebeimpulsen
weitergeschoben.
Da das im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 veranschaulichte
Schieberegister 8 aus zehn Speicherzellen 8...... 8..« besteht, ergibt sich eine solche
Zeitverzögerung, daß das der ersten Speicherzelle 8- zugeführte Prüfsignal dann am Ausgangsanschluß 80 auftritt, wenn sich das betreffende
Objekt 2 um zehn Positionen weiterbewegt hat. Befindet sich daher die Auswurfeinrichtung 9 in der
zehnten Position (gerechnet von der Position 2 im Blickfeld der Kamera 3), und wird die Auswurfeinrichtung
9 durch das am Ausgangsanschluß 89 des Schieberegisters 8 auftretende Signal betätigt,
so wird die Auswurfeinrichtung 9 gerade dann ausgelöst, wenn das Objekt mit der Fehlerstelle
die Position der Auswurfeinrichtung 9 erreicht.
Die Auswurfeinrichtung 9 kann beispielsweise einen Stößel enthalten, der durch das vom Schieberegister
8 geliererte Signal "1" betätigt wird, so daß der Stößel 9A das vor der Auswurfeinrichtung
9 befindliche, fehlerhafte Objekt auf den Auswurf förderer 10 überschiebt. Der Stößel 9A kehrt
dann automatisch in seine Ausgangslage (vgl. Fig.1) zurück und behält diese Lage bei,
bis das nächste Signal "1" erscheint.
Es sei nun angenommen, daß ein bestimmtes Objekt die Fehlstelle 2A nur im ümfangsbereich B auf-3^
weist (vgl. Fig.4). Zunächst erfolgte in der Position 2 (vgl. Fig.2) eine Abtastung des ümfangs-
AS
bereiches A durch die Videokamera 3, wobei das in dieser Position 2 geliferte Videosignal der
Kamera 3 keine Anomalität enthält. Der Ausgangsanschluß 5-j der Prüfeinrichtung 5, der mit der
Speicherzelle 8.. des Schieberegisters 8 über
deren Eingangsanschluß 8P1 verbunden ist, liefert
infolgedessen das Signal "0". Gelangt das Objekt 2 dann in die nächste Position 2 * , so wird
der die Fehlstelle 2A enthaltende Umfangsbereich A
abgetastet; nun liefert der Ausgangsanschluß 52 der Prüfeinrichtung 5 das Signal "1" an die zweite
Speicherzelle 8« über den Eingangsanschluß 8P2.
In der folgenden Position 2 «wird der Umfangs-■*·
bereich C des Objektes 2 abgetastet. Da er keine Fehlstelle enthält, liefert der Ausgangsanschluß
5, der Prüfeinrichtung 5 das Signal "0" an die dritte Speicherzelle 8., über den Eingangsanschluß
8P^. Gelangt dann dieses Objekt 2 in Richtung
^u der Transportrichtung a des Förderers 1 in die
Position 2 Q (d.h. zehn Positionen hinter der Position 2 bzw. neun Positionen hinter der Position
2 +1, in der die Fehlstelle 2A festgestellt
wurde), d.h. in die Position der Auswurfeinrichtung 9, so ist zu diesem Zeitpunkt auch das der
zweiten Speicherzelle 8- des Schieberegisters 8 zugeführte Signal "1" gerade bis zum Ausgangsanschluß
80 des Schieberegisters 8 gewandert. Die Auswurfeinrichtung 9 wird daher durch diese-s
Signal "1" betätigt, so daß das fehlerhafte Objekt 2 vom Förderer 1 auf den Auswurfförderer
geschoben wird.
~u -
Das Schieberegister 8 dient somit zur zeitlichen Anpassung der Betätigung der Auswurf einrichtung
Je nach der räumlichen Anordnung dieser Auswurfeinrichtung 9 kann die Anzahl der Speicherzellen
des Schieberegisters 8 vergrößert oder verkleinert werden.
Bei dem erläuterten AusführungsbeispieL wird das Objekt 2 innerhalb des Blickfeldes der Xamera 3
um eine Umdrehung gedreht, wobei die überprüfung der Oberfläche in drei Positionen (jeweils nach
einer Drehung des Objektes um 120°) erfolgt. Je nach der Art des Prüfobjektes sind insoweit selbstverständlich
Abwandlungen möglich. Bestehen die Objekte beispielsweise aus durchsichtigem Material und werden sie mittels der Lichtquelle 6
durchleuchtet, so kann die Kamera 3 auch zwei einander gegenüberliegende Teile des Objektes erfassen;
es ist in diesem Falle somit nicht erforderlich, das Objekt um volle 360° im Blickfeld
der Kamera 3 zu drehen. Um auch die beiden seitlichen Umfangsbereiche zu erfassen, dien in der
Position 2 nicht einwandfrei geprüft werden können, genügt es in einem solchen Falle, das
objekt leicht nach der einen oder anderen Seite zu drehen. Die Konstruktion des Förderers 1 kann
in einem solchen Falle wesentlich vereinfacht werden.
Während bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel jeweils drei Objekte gleichzeitig erfaSt werden,
kann deren Zahl selbstverständlich auci kleiner
- IL4--
(z.B. zwei) oder größer (vier und mehr) sein.
Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 6 auf der der Kamera 3 abgewandten
Seite der zu prüfenden Objekte 2 angeordnet. Bestehen die PrüfObjekte aus undurchsichtigem
Material, so wird die Lichtquelle auf derselben Seite wie die Kamera 3 angeordnet.
Claims (5)
- Patentansprüche:Prüfvorrichtung, gekennzeichnet durcha) eine Lichtquelle (6) zur Beleuchtung einer Anzahl von zu prüfenden Objekten (2), die nacheinander durch einen Förderer (1) transportiert werden,b) einen einzigen optischen Bildsensor (3) zur Überprüfung der Objekte,c) eine Prüfeinrichtung (5) mit einer Anzahl von Ausgangsanschlüssen (5.., 5~, 5^) zur Verarbeitung eines vom Bildsensor gelieferten Videosignales der einzelnen Objekte zwecks Ermittlung, ob das Objekt gut oder schlecht ist,wobei der Bildsensor so angeordnet ist, daß sich gleichzeitig jeweils eine Anzahl von auf dem Förderer (1) aufeinanderfolgenden Objekten (2) im Blickfeld des Sensors befinden,und wobei der Förderer (1) so ausgebildet ist, daß jedes Objekt (2) in der Zeitspanne, in der es das Bildfeld des Sensors passiert, gedreht wird, so daß der gesame zu prüfende Bereich jedes Objektes vom Bildsensor innerhalb seines Bildfeldes überprüfbar ist,d) einen Impulssignalgenerator (7) zur Erzeugung eines Impulssignales synchron mit der Bewegung der Objekte (2) ,e) ein Schieberegister (8) mit einer Anzahl von parallelen Eingangsanschlüssen (8P1, 8P^, 8Pt), die mit den Ausgangsanschlüssen (5-, 52, 5o) der Prüfeinrichtung (5) verbunden sind, ferner mit einem Eingangsanschluß(81) für das Impulssignal des Impulssignalgenerators (7) sowie mit einem Ausgangsanschluß (80) ,wobei die Prüfeinrichtung (5) immer dann, wenn ihr ein Impulssignal zugeführt wird,gleichzeitig eine Anzahl von Videosignalen entsprechend den gerade betrachteten Objekten (2) überprüft und entsprechende Prüfsignale über ihre Ausgangsanschlüsse (5-, 5~,53) den parallelen Eingangsanschlüssen (8P-,8P2, 8P3) des Schieberegisters (8) zuführt, so daß die Prüfsignale im Schieberegister (8) zum Ausgangsanschluß (80) hin verschoben werden.
25 - 2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausgangssignal des Schieberegisters (8) eine Auswurfeinrichtung (9) zur Entfernung eines fehlerhaften Objektes (2) vom Förderer (1) betätigbar ist.
- 3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (6) ein Diffusor (6A) zur gleichförmigen Beleuchtung der mehreren Objekte (2) zugeordnet ist.
- 4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (8) eine Anzahl von Speicherzellen (S1 ... 8.„) enthält.
- 5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (1) eine Anzahl von Förderbändern (11 bis 14) enthält, deren Transportgeschwindigkeit derart unterschiedlich ist, daß die Objekte (2) auf dem Förderer (1) gedreht werden.
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