DE3851151T2

DE3851151T2 - Anordnung zur steuerung der farbe eines gegenstandes.

Info

Publication number: DE3851151T2
Application number: DE3851151T
Authority: DE
Inventors: Bjarne Christian Nielsen
Original assignee: Neltec AS
Current assignee: Neltec AS
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1988-11-09
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2008-11-10
Also published as: DK163837B; DK587587A; DK587587D0; US5129726A; JP2760826B2; DK163837C; JPH03500926A; DE3851151D1; EP0386123B1; ATE110166T1; WO1989004468A1; EP0386123A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Farbkontrolle von Gegenständen unter Verwendung einer Lichtquelle zum Beleuchten eines Gegenstandes mit Licht großer Intensität im Vergleich zu Hintergrundbeleuchtung und eines Detektors, der eine Vielzahl von Sensoren aufweist, von denen jeder das vom Gegenstand reflektierte Licht farbfiltern und messen kann, wobei die Lichtquelle einen denjenigen Teil des Gegenstandes, dessen Farbe zu bestimmen ist, enthaltenden Meßbereich gleichmäßig beleuchten kann, und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patenanspruchs 7 wiedergegebenen Art.
Bei der industriellen Farbkontrolle oder dem Farbsortieren ist es oft erforderlich, Gegenstände zu kontrollieren, die sich mit einer großen Geschwindigkeit bewegen, unterschiedliche Größen besitzen, heiß oder feucht sind oder aus anderen Gründen nur schwierig mit einer Farbkontrolleinrichtung in Kontakt gebracht werden können. Es ist daher wünschenswert, die Farben der Gegenstände mit Abstand zu kontrollieren.
Aus der DE-A-32 44 286 ist es bekannt, eine Farbkontrolle durch Beleuchten eines Gegenstandes mit Licht von einer gepulsten Lichtquelle durchzuführen, wonach das reflektierte Licht detektiert wird. Das reflektierte Licht wird über ein Linsensystem auf einen der Sensoren der Detektoreinheit abgebildet, und zwar entweder direkt oder über eine Faseroptik. Das gesammelte Licht wird mit einem Bezugssignal von der Lichtquelle verglichen, wodurch die Farbe des Gegenstandes bestimmt werden kann. Der Gegenstand wird hierbei über ein Linsensystem abgebildet, das den Gegenstand auf die Enden der Faseroptik fokussiert, welche das mit der Linse fokussierte Licht zu einem oder mehreren Sensoren leitet, die dadurch ein Maß für die Farbe des Gegenstandes angeben. Die Verwendung von optischen Abbildungssystemen bei solchen Vorrichtungen stellt jedoch extrem hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität, da mechanische Einflüsse das Linsensystem leicht defokussieren. Somit sind Vorrichtungen mit optischen Abbildungssystemen praktisch nutzlos für Anwendungszwecke, bei denen die zu kontrollierenden Gegenstände nicht homogen sind, was beispielsweise der Fall ist bei den meisten Nahrungsmittelprodukten einschließlich Gemüse, Fisch und Fleisch. Bei den bekannten Farbkontrollvorrichtungen, die von optischen Abbildungssystemen Gebrauch machen, führen Höhenvariationen des zu messenden Gegenstandes zu unkorrekten Ergebnissen, während Gegenstände, deren Farbe variiert, zu nicht reproduzierbaren Meßergebnissen führen.
Gemäß der US-PS 41 31 540 hat man versucht, eine Reihe von Nachteilen zu überwinden, die normalerweise bei optischen Abbildungssystemen auftreten. Die US-PS 41 31 540 beschreibt ein Tomatensortiersystem, das mit einem Abbildungssystem arbeitet, das die Tomaten auf einem Diffusor oder einer geschliffenen Glasplatte abbildet, hinter der lichtempfindliche Einheiten ein Maß für die Farbe des Gegenstandes angeben. Die Vorrichtung ist jedoch noch immer empfindlich gegenüber Entfernungsschwankungen, da der Gegenstand nur im idealen Abstand vom Meßbereich gut definiert ist. Bei anderen Abständen tritt eine Randzone auf, deren Beitrag zur Messung vom Abstand und der Form des Gegenstandes sowie von der Verteilung des Lichtes, Schattenbildung und Sättigung gegenüber dem Gegenstand auf komplizierte Weise abhängig ist. Die Beleuchtung der Detektoren von einem vorgegebenen Meßbereich am Gegenstand ändert sich mehr als der Abstand nach dem bekannten Entfernungsgesetz, da ein Teil des Lichtes im Falle einer Abweichung von der idealen Abbildungsdistanz außerhalb der geschliffenen Glasplatte auftrifft. Wenn man eine geschliffene Glasplatte oder einen Diffusor verwendet, ist es ferner ein Problem, die Farbe von Gegenständen zu messen, die über dem Meßbereich eine veränderliche Farbverteilung besitzen, da ein Gegenstand, der im Meßbereich zur Hälfte grün und zur Hälfte rot ist, mit einer entsprechenden Farbverteilung auf der geschliffenen Glasplatte abgebildet wird. So ist es bei dem Rotdetektor der Fall, daß die detektierte Lichtmenge davon abhängt, ob der rote Teil des Gegenstandes im nächsten oder im am weitesten entfernten Teil der geschliffenen Glasplatte angeordnet ist. Das gleiche trifft für den Gründetektor zu.
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der reproduzierbare Messungen der Farbe eines Gegenstandes durchgeführt werden können, und zwar unabhängig von dessen Position im Meßbereich. Des weiteren soll die Messung kontaktfrei durchgeführt werden, und die Darstellung der Farbe des Gegenstandes muß unabhängig von Dickenveränderungen sein.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 erreicht. Die Anordnung des Detektors in einem großen Abstand vom Meßbereich stellt sicher, daß die Sensoren des Detektors im wesentlichen die gleiche Lichtmenge von sämtlichen Teilen des Meßbereiches erhalten, wodurch die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegenüber Veränderungen der Dicke oder der Höhe des gemessenen Gegenstandes eliminiert wird, was sich beispielsweise in bezug auf Messungen von Fleischstücken und von einer kontinuierlichen Zuckeranhäufung auf einem Förderband als vorteilhaft erweist.
Gegenstände, die verschiedene Größen und unregelmäßige Formen besitzen (beispielsweise Shrimps), können gemessen werden, wenn sie vor einem schwarzen Hintergrund angeordnet werden oder wenn auf andere Weise verhindert wird, daß nicht auf die Gegenstände treffendes Licht die Detektoren erreicht. Diese Messungen sind reproduzierbar und unabhängig davon, ob die Gegenstände im Meßbereich vorhanden sind, da sämtliche Teile des Meßbereiches gleiche Beiträge zu der vom Detektor zur Verfügung gestellten Farbdarstellung liefern.
Der Meßbereich kann auf beliebige Weise ausgebildet sein (d. h. als Streifen, der quer zu einem mit Zucker beladenen Förderband gerichtet ist), und seine Größe kann innerhalb eines sehr großen Bereiches variieren. Da die Größe des Meßbereiches allein durch das Regeln der Öffnung der Lichtquelle eingestellt wird und da die Position und der Winkel des Detektors nicht kritisch sind, wird ein einfaches und billiges optisches System erhalten, bei dem eine Einstellung in bezug auf neue Gegenstände lediglich durch Änderung der Öffnung der Lichtquelle durchgeführt wird. Bei einer visuellen Inspektion ist es somit einfach, die Größe des Meßbereiches zu ändern und laufend zu überprüfen, ob sich der Meßbereich bewegt hat, da dieser dem beleuchteten Bereich entspricht.
Die Linse und die Blende, die im System zwischen der Lichtquelle und dem Gegenstand verwendet werden, werden nur zum Variieren der Größe des beleuchteten Bereiches verwendet. Bei der Blende handelt es sich um eine Gesichtsfeldblende im Gegensatz zu der beim Stand der Technik zur Verbesserung der Bildqualität verwendeten Blende. Die dann von den Sensoren aufgezeichnete Farbe zeigt somit die durchschnittliche Farbe im gesamten beleuchteten Bereich an. Da keine Abbildungslinsensysteme o. a. zwischem dem Gegenstand und dem Detektor vorhanden sind, ist die Vorrichtung nicht gegenüber Positionsänderungen des Gegenstandes innerhalb des Meßbereiches empfindlich. Da die Zahl der optischen Grenzflächen begrenzt ist, sind die Verluste im System entsprechend begrenzt. Bei diesen handelt es sich nunmehr im wesentlichen um Fortpflanzungsverluste zwischen dem Gegenstand und dem Detektor, wodurch es möglich wird, die Messung mit einem großen Abstand zwischen dem Gegenstand und der Meßausrüstung durchzuführen.
Des weiteren ist die Vorrichtung zum Messen eines Durchschnittswertes für Gegenstände, die stark variierende Farbmuster besitzen, geeignet.
Wenn, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 ausgeführt, die Lichtquelle eine Xenon-Blitzlampe ist, die etwa punktförmig ausgebildet ist, und eine Sammellinse vorgesehen ist, bewirkt die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebene Ausführungsform, daß die Beleuchtung genau auf den gewünschten Meßbereich begrenzt werden kann, der eine willkürliche wünschenswerte Form besitzen kann.
Einrichtungen zum Filtern von Signalanteilen aus der Umgebung sind in Anspruch 3 angegeben.
Die Erfindung betrifft ferner die Anwendung des angegebenen Verfahrens zum Messen der Abmessungen eines Gegenstandes in einer speziellen Richtung, wobei dieser charakteristische Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 wiedergegeben ist. Mit diesem Merkmal stellt die detektierte reflektierte Lichtintensität ein Maß für die Abmessungen des Gegenstandes in Strahlrichtung, d. h. seiner Breite, dar.
Wenn, wie in Anspruch 5 angegeben, die Dimensionsmessung in einer Vielzahl von speziellen Positionen durchgeführt wird, kann die Form des Gegenstandes ermittelt werden. Der Gegenstand kann beispielsweise auf einem Förderband angeordnet werden, und die einzelnen Messungen können an vorgegebenen Positionen dieses Bandes durchgeführt werden.
Einrichtungen zum Eliminieren von Lichtanteilen von einem spiegelnden Hintergrund hinter den Gegenständen, deren Farben ermittelt werden sollen, sind in Anspruch 6 wiedergegeben. Hierdurch wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß polarisiertes Licht nach einer spiegelnden Reflexion polarisiert bleibt, jedoch durch eine nicht spiegelnde Fläche als diffuses Licht verbreitet wird.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird in Verbindung mit dieser Zeichnung nachfolgend im einzelnen erläutert.
In der Zeichnung ist mit 10 ein Förderband bezeichnet, auf dem Gegenstände 11 gefördert werden, deren Farbe kontrolliert werden soll. Wenn ein Gegenstand die Kontrollposition an einer Beleuchtungseinheit 12 und einer Detektoreinheit 13 erreicht, wird eine Steuereinheit 14 darüber informiert, daß eine Messung stattfinden soll. Die Information wird der Detektoreinheit 13 und über diese der Beleuchtungseinheit 12 zugeführt. Letztere besitzt eine Stromversorgungseinheit 15 mit einem Auslöser zur Auslösung einer Xenon-Blitzlampe 16, die eine etwa punktförmige Lichtquelle bildet und einen starken Lichtimpuls mit einer Dauer von 2-6 us bei Empfang des Signales von der Steuereinheit abgibt. Dieses Licht dringt durch eine Gesichtsfeldblende 17, die eine dem Bereich des Gegenstandes 11, dessen Farbe zu kontrollieren ist, entsprechende Form besitzt, und durch eine Sammellinse 18, die einen Gesamtstrahl von im wesentlichen parallelen Strahlen 19 auf den Gegenstand 11 richtet.
Wenn der Gegenstand keine spiegelnde Funktion besitzt, verbreitet er diffuses Licht, wobei ein Teil dieses Lichtes auf die Detektoreinheit 13 trifft, die eine Linse 21 besitzt, die das Licht drei Sensoren 22 zuführt, die unterschiedliche Spektralempfindlichkeiten besitzen. Die Detektoreinheit ist in einem solch großen Abstand vom Gegenstand angeordnet, daß jeder Sensor im wesentlichen die gleiche Lichtmenge von den verschiedenen Teilen des beleuchteten Bereiches vom Gegenstand empfängt. Die Linse 21 kann weggelassen werden, da sie nur als Verstärkungselement und nicht als Abbildungselement wirkt. Der Detektor erfüllt nicht die Abbildungsgleichung, ist jedoch wesentlich näher an der Linse angeordnet als der Abbildungspunkt. Die Sensoren können wahlweise jeweils ihre eigenen Farbfilter (nicht gezeigt) besitzen. Die Signale von den Sensoren werden durch Verstärker 23 verstärkt, die so ausgebildet sind, daß sie nur Signale durchlassen, die die gleiche zeitweise Veränderung wie die Lichtquelle besitzen, und die verstärkten Analogsignale werden in einem A/D-Wandler und einer Recheneinheit 24 in Digitalsignale umgewandelt. Die Recheneinheit berechnet die Farbe und Intensität des Lichtes auf der Basis der Werte der drei Signale, und das Meßergebnis wird mit gespeicherten Werten verglichen, die einer Annahme/Zurückweisung des in Rede stehenden Gegenstandes entsprechen. Beim Sortieren werden die Meßergebnisse mit einer Vielzahl von gespeicherten Grenzen verglichen, und der Gegenstand wird entsprechend klassifiziert.
Der Gegenstand kann auch fluoreszierend sein und mit Erregerlicht mit einer speziellen Wellenlänge über einen Farbfilter beleuchtet werden.
Die Vorrichtung kann durch Beleuchtung eines Bereiches, der mindestens die gleiche Größe wie der Gegenstand besitzt, zur Größenbestimmung eingesetzt werden. Die gemessene Intensität des Lichtes mit der Farbe des Gegenstandes zeigt die Größe (Fläche) des Gegenstandes an. Wenn der Gegenstand vor einem Hintergrund angeordnet ist, der eine vom Gegenstand unterschiedliche Farbe besitzt, ist die Zuverlässigkeit der Größenbestimmung besonders groß, da es möglich ist, die Lichtintensität sowohl mit der Farbe des Gegenstandes als auch mit der Farbe des Hintergrundes zu bestimmen. Diese Vorgehensweise ist von spezieller Bedeutung, wenn die Farbe von Gegenstand zu Gegenstand nicht ganz konstant ist.
Wenn das System zur Breitenbestimmung verwendet wird, wird der Gegenstand in einem engen Streifen quer zum Gegenstand beleuchtet. Die gemessene Intensität des Lichtes, das die Farbe des Gegenstandes besitzt, zeigt die Breite des Gegenstandes an.
Eine Formbestimmung kann durchgeführt werden, indem der Gegenstand auf einem Förderband angeordnet wird, das an einer vorstehend beschriebenen Breitenbestimmungseinrichtung vorbeiläuft. Durch den Vergleich der Messungen der Breite des Gegenstandes mit gleichzeitigen Messungen der Position des Förderbandes wird eine Anzeige für die Form des Gegenstandes erhalten. Es kann beispielsweise auf diese Weise festgestellt werden, ob ein Eiscremehörnchen eine auf dem Förderband nach vorne oder nach hinten weisende Spitze besitzt, was in bezug auf automatische Verpackungsvorgänge von Bedeutung ist.
Wenn ein Satz von sich schneidenden Polarisationsfiltern angeordnet wird, die sich an den Beleuchtungseinheiten und an der Detektoreinheit befinden, kann die Vorrichtung zur Farbbestimmung von Gegenständen verwendet werden, die sich vor einem spiegelnden Hintergrund befinden, da Spiegellicht durch die Polarisation vollständig unterdrückt wird, während nur 75% des diffusen Lichtes verschwindet. In entsprechender Weise werden unerwünschte Reflexionen von nassen glänzenden oder anderen spiegelnden Flächen unterdrückt.
Diese Einrichtung kann auch zur Bestimmung verwendet werden, ob eine Verunreinigung auf einer spiegelnden Fläche vorhanden ist, und zur Bestimmung der Farbe der Verunreinigung. Hierbei wird an eine spezielle Detektion gedacht, bei der in einem rostfreien Stahlbehälter vorhandenes Eiweiß mit Eigelb o. a. verunreinigt ist. Durch Ausnutzung der Farbkontrolleigenschaften der Vorrichtung kann man ermitteln, ob die Verunreinigung aus Eigelb, Blut oder Eigelbstreifen besteht.
Die gezeigte und beschriebene Vorrichtung kann auf diverse Weisen innerhalb des Rahmens der beanspruchten Erfindung modifiziert werden. Beispielsweise kann eine modulierte Lampe, bei der es sich um eine Xenon-Lampe handeln kann, anstelle einer Blitzlampe als Lichtquelle verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Farbkontrolle von Gegenständen (11) unter Verwendung einer Lichtquelle (12) zum Beleuchten eines Gegenstandes (11) mit Licht großer Intensität im Vergleich zur Hintergrundbeleuchtung und eines Detektors (13), der eine Vielzahl von Sensoren (22) aufweist, von denen jeder das vom Gegenstand (11) reflektierte Licht farbfiltern und messen kann, wobei die Lichtquelle (12) einen denjenigen Teil des Gegenstandes (11), dessen Farbe zu bestimmen ist, enthaltenden Meßbereich gleichmäßig beleuchten kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (13) in einem derart großen Abstand vom Meßbereich mit dem Gegenstand (11) angeordnet wird, daß jeder der Sensoren (22) des Detektors (13) im wesentlichen die gleiche Lichtmenge von sämtlichen Teilen des beleuchteten Meßbereiches empfängt, und daß die Sensoren (22) dem vom Meßbereich reflektierten Licht ohne Verwendung von optischen Abbildungseinrichtungen ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Xenon-Blitzlampe als Lichtquelle (12) verwendet und eine Blende (17) zwischen der Lichtquelle (12) und den Gegenständen (11) angeordnet wird, die die Beleuchtung der Gegenstände (11) auf den gewünschten Meßbereich beschränkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärker (23) zum Verstärken von elektrischen Signalen, die jeweils das von den Sensoren (22) detektierte Licht repräsentieren, verwendet werden, wobei die Verstärker (23) die Signalverteilungen filtern können, die aus Licht resultieren, das eine andere zeitweise Veränderung besitzt als die Beleuchtungsimpulse der Xenon-Blitzlampe.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Messen der Abmessung eines Gegenstandes in einer speziellen Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in der speziellen Richtung in einem Streifen beleuchtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 zum Ermitteln einer Anzeige der Form des Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand auf einem laufenden Förderband angeordnet wird, das am Detektor (13) vorbeiläuft, und daß die Dimensionsmessung in einer Vielzahl von speziellen Positionen des Gegenstandes ausgeführt wird, indem Messungen der Breite des Gegenstandes mit gleichzeitigen Messungen der Position des Förderbandes verglichen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gegenstände auf einem spiegelnden Meßbereich angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Polarisationsfilter mit einer ersten Polarisationsrichtung zwischen der Lichtquelle (12) und einem Gegenstand (11) und ein zweiter Polarisationsfilter mit einer Polarisationsrichtung, die senkrecht zur ersten Polarisationsrichtung verläuft, zwischen dem Gegenstand und dem Detektor angeordnet werden.

7. Vorrichtung zur Farbkontrolle von Gegenständen (11), die eine Lichtquelle (12) zum Beleuchten eines Gegenstandes (11) mit Licht großer Intensität im Vergleich zur Hintergrundbeleuchtung und einen Detektor (13) aufweist, der eine Vielzahl von Sensoren (22) besitzt, von denen jeder das vom Gegenstand (11) reflektierte Licht filtern und messen kann, wobei die Lichtquelle (12) einen denjenigen Teil des Gegenstandes (11), dessen Farbe zu bestimmen ist, enthaltenden Meßbereich gleichmäßig beleuchten kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (13) in einem derart großen Abstand vom Meßbereich mit dem Gegenstand (11) angeordnet ist, daß jeder der Sensoren (22) des Detektors (13) im wesentlichen die gleiche Lichtmenge von sämtlichen Teilen des beleuchteten Meßbereiches empfängt, und daß die Sensoren (22) dem vom Meßbereich reflektierten Licht ohne Verwendung von optischen Abbildungseinrichtungen ausgesetzt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) durch eine Xenon-Blitzlampe gebildet ist und daß eine Blende (17) zwischen der Lichtquelle (12) und den Gegenständen (11) angeordnet ist, die die Beleuchtung der Gegenstände (11) auf den gewünschten Meßbereich beschränkt.