DE4305559A1 - Anordnung und Verfahren zur Konturerkennung von Gegenständen - Google Patents
Anordnung und Verfahren zur Konturerkennung von GegenständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Konturerken
nung von auf einem Förderband oder dergleichen Förder
einrichtungen mit gleichförmiger Fördergeschwindigkeit
an einer optischen Abtasteinrichtung vorbeibewegten Ge
genständen, insbesondere Flaschen.
Anordnungen dieser Art finden vor allem Verwendung in
Getränkeabfüllanlagen, in denen die auf einem Förder
band ankommenden Flaschen nach Farbe, Verschluß und
Oberflächenkontur geprüft und sortiert werden müssen,
um Störungen im weiteren Betriebsablauf zu vermeiden.
Die verschiedenen Sortierkriterien (Farbe, Verschluß
und Kontur) werden in unterschiedlichen Meßstationen
überprüft. Die zum Teil intelligenten Systeme leiten
ihre Informationen an einen übergeordneten Leitrechner
weiter, der die Daten sammelt, die Objektverfolgung
übernimmt und Weichen im Fördersystem steuert. Dabei
ist zu berücksichtigen, daß in modernen Getränkeabfüll
anlagen zwischen 40 000 und 120 000 Flaschen pro Stunde
bearbeitet werden bei Bandgeschwindigkeiten von bis zu
2 m/s.
Es ist bekannt, für die Konturerkennung von Flaschen
CCD-Kameras einzusetzen, die eine recht hohe Auflösung
gewährleisten. Die CCD-Kameras stellen jedoch hohe An
forderungen an die Beleuchtungsquelle. Hierzu ist ein
homogenes Licht von konstanter Intensität erforderlich.
Die Kamera selbst erfordert als optisches System regel
mäßige Wartungen und muß stets genau eingestellt und
ausgerichtet sein. Eine solche Meßeinrichtung erfordert
daher einen hohen Herstellungs- und Wartungsaufwand,
der den oft einfacheren Anforderungen in Getränkeabfüll
anlagen nicht angepaßt ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu
grunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur Konturer
kennung zu entwickeln, die mit relativ einfachen Mit
teln eine auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßte
zuverlässige und weitgehend wartungsfreie Funktion ge
währleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen
1 bzw. 10 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschla
gen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü
chen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus,
daß durch eine sukzessive Abtastung eines an der Ab
tasteinrichtung vorbeibewegten Gegenstandes mit Hilfe
mehrerer über die Höhe verteilt angeordneter Licht
schranken ein zweidimensional aufgerastertes Projek
tionsbild des Gegenstandes erzeugt werden kann, das mit
vorhandenen, im Teach-In-Verfahren erzeugten Referenz
bildern zum Zwecke der Konturerkennung verglichen wer
den kann. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß der Er
findung vorgeschlagen, daß die Abtasteinrichtung eine
Gruppe von in verschiedener Höhe über dem Förderband
angeordneten, zueinander parallelen, mit ihrem Strah
lengang quer zur Förderrichtung ausgerichteten, auf das
Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gegenstände
im Strahlengang unter Abgabe eines entsprechenden Aus
gangssignals ansprechenden Lichtschranken aufweist, daß
die Lichtschranken während des Aufenthalts eines der
vorbeibewegten Gegenstände im Bereich der Abtastein
richtung in mehreren Abtastzyklen mit vorgegebener Wie
derholfrequenz aktivierbar sind, daß die digitalisier
ten Ausgangssignale der einzelnen Lichtschranken zyklus
weise nacheinander in einer digitalen Speicheranordnung
unter Bildung einer Konturmatrix abspeicherbar sind und
daß die Konturmatrix durch eine mikroprozessorunter
stützte Auswerteeinrichtung mit mindestens einer in
einem Referenzdatenspeicher abgelegten Referenzmatrix
vergleichbar ist.
Um eine gegenseitige Störung der einzelnen Lichtschran
ken durch Streu- oder Brechungslicht zu vermeiden, wird
gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
vorgeschlagen, daß die einzelnen Lichtschranken der
Gruppe bei jedem Abtastzyklus mit vorgegebener Taktfre
quenz getrennt voneinander aktivierbar sind.
Vorteilhafterweise weisen die im Durchlicht arbeitenden
Lichtschranken einen auf der einen Seite des Förderban
des angeordneten Lichtsender und einen auf der anderen
Seite des Förderbandes angeordneten Lichtdetektor auf,
die paarweise einander zugeordnet und gemeinsam akti
vierbar sind. Die Lichtsender sind zweckmäßig als vor
zugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse in gleichem Ab
stand voneinander angeordnete Leuchtdioden ausgebildet,
während die Lichtdetektoren als vorzugsweise in einem
gemeinsamen Gehäuse in gleichem Abstand voneinander
angeordnete Fototransistoren ausgebildet sind. Dabei
werden zweckmäßig die Lichtsender über einen Demulti
plexer und die Lichtdetektoren über einen Multiplexer
mit der Taktfrequenz paarweise synchron zueinander ak
tiviert. Dies ermöglicht eine vertikale Punktauflösung,
die nur von der Größe des Lichtdetektors abhängig ist.
Um ein von der Fördergeschwindigkeit unabhängiges Ra
sterbild zu erzeugen, ist es notwendig, die Wiederhol
frequenz der Abtastzyklen der momentanen Fördergeschwin
digkeit anzupassen. Zweckmäßig ist daher eine Einrich
tung zur Messung der Fördergeschwindigkeit vorgesehen,
die beispielsweise zwei in Förderrichtung vor der Ab
tasteinrichtung in definiertem Abstand voneinander an
geordnete, auf die vorbeibewegten Gegenstände anspre
chende, vorzugsweise als Lichtschranken ausgebildete
Sensoren aufweist. Aus der Zeitverschiebung der Aus
gangssignale der Sensoren kann für jeden vorbeibewegten
Gegenstand die Fördergeschwindigkeit und damit die Wie
derholfrequenz berechnet werden, bevor der Gegenstand
in den Strahlengang der konturabtastenden Lichtschran
ken gelangt.
Um bei gegebener Taktfrequenz eine Erhöhung der Abtast
frequenz zu erzielen, kann es von Vorteil sein, wenn
die für die Konturabtastung erforderliche Gruppe der
Lichtschranken nach Art eines Meßfensters aus einer
Vielzahl von äquidistant angeordneten Sender-Empfänger-
Paaren in Anpassung an die zu erfassende Gegenstands
kontur ausgewählt werden. Dadurch kann die Zahl der für
die Abtastung notwendigen Lichtschranken reduziert und
die Wiederholfrequenz und damit auch die Fördergeschwin
digkeit erhöht werden.
Die Konturerkennung erfolgt nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren dadurch, daß die vorbeibewegten Gegenstände
mit einer Gruppe von in unterschiedlicher Höhe über dem
Förderband angeordneten, parallel zueinander quer zur
Förderrichtung ausgerichteten Lichtschranken mit vorge
gebener Wiederholfrequenz in mehreren Abtastzyklen ab
getastet werden, daß die Ausgangssignale der einzelnen
Lichtschranken durch Vergleich mit einem vorgegebenen
Schwellenwert in das Vorhandensein oder Nichtvorhanden
sein der Gegenstände im Strahlengang definierende di
gitale Zustandswerte umgeformt und zur Konturerkennung
mit Referenzwerten verglichen werden. Vorteilhafterwei
se werden hierzu die digitalen Zustandswerte der ein
zelnen Lichtschranken bei jedem Abtastzyklus nacheinan
der digital abgespeichert. Die aus den Zustandswerten
sämtlicher Abtastzyklen gebildete Konturmatrix wird so
dann zur Konturerkennung mit mindestens einer vorgege
benen Referenzmatrix verglichen.
Dabei kann im einzelnen so vorgegangen werden, daß im
Zuge des Abtastens eines jeden Gegenstands für jede
Lichtschranke i die Nummer ki des ersten, durch die ge
messene Zustandsgröße das Vorhandensein des Gegenstands
signalisierenden Abtastzyklus als Konturkenngröße er
mittelt und mit einer entsprechenden Referenzkenngröße
ri der vorgegebenen Referenzmatrix unter Bildung einer
individuellen Abweichung verglichen wird, daß aus den
zu allen Lichtschranken i gehörenden individuellen Ab
weichungen eine Gesamtabweichung a ermittelt wird und
durch Vergleich mit einer vorgegebenen Gesamttoleranz
amax ein Konturerkennungssignal erzeugt wird. Die licht
schrankenspezifischen individuellen Abweichungen werden
zweckmäßig durch Differenzbildung (ki-ri) gebildet,
während die Gesamtabweichung aus der gegebenenfalls mit
einem lichtschrankenbezogenen Gewichtsfaktor (gi) modi
fizierten Absolutwertsumme der individuellen Abweichun
gen nach der Formel
gebildet werden.
Das logische Konturerkennungssignal A kann nach der Be
ziehung
erzeugt werden, wobei a die Gesamtabweichung und amax ei
ne vorgegebene Maßzahl für die Erkennungstoleranz be
deuten.
Zur Erzeugung einer Referenzmatrix und/oder der Refe
renzkenngrößen werden eine Mehrzahl (m) gleichartiger
Gegenstände (j) an den Lichtschranken (i) vorbeibewegt
und von diesen abgetastet. Für jeden Gegenstand (j) und
jede Lichtschranke (i) wird die Nummer (kÿ) des ersten
durch die gemessene Zustandsgröße das Vorhandensein des
Gegenstands signalisierenden Abtastzyklus als Kontur
kenngröße ermittelt, wobei die Referenzkenngröße ri
durch vorzugsweise arithmetische Mittelwertbildung der
lichtschrankenbezogenen Konturkenngrößen kÿ aller ver
messenen Gegenstände j gebildet werden:
Die lichtschrankenbezogenen Gewichtsfaktoren gi können
aus der mittleren Streuung (ai) der gemessenen Kontur
kenngrößen kÿ gegenüber der mittleren Referenzkenn
größe ri ermittelt werden, und zwar nach folgenden Be
ziehungen
wobei
die lichtschrankenbezogene mittlere Streuung und gmax
einen vorgegebenen maximalen Gewichtsfaktor bedeuten.
Neben der reinen Konturerkennung können die erfindungs
gemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren bei
Verwendung lichtdurchlässiger Flaschen auch zur Füll
standsmessung und zur Füllstandskontrolle verwendet
werden. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß bei ge
eigneter Wahl der Schwellenwerte nicht nur die Abschat
tung durch die Flasche als solche, sondern auch durch
die Flüssigkeit erfolgt. Zweckmäßig werden hierzu in
einer Lernphase der Flaschendurchmesser in vorgegebener
Höhe, vorzugsweise im Bereich des Flaschenhalses, und
die Mittelachse der an den Lichtschranken vorbeibeweg
ten Flaschen in Form von zwischen zwei Meßorten mit der
Wiederholfrequenz auftretenden Taktzahlen bestimmt,
während im Meßbetrieb die vertikale Lichtschrankengrup
pe eines vorgegebenen Meßfensters über einen Bruchteil
von vorzugsweise etwa 50% des Flaschendurchmessers um
die Mittelachse der vorbeibewegten Gegenstände in meh
reren, vorzugsweise 6 bis 8 Abtastzyklen mit der Wieder
holfrequenz aktiviert wird und die dabei gemessenen und
durch Vergleich mit Schwellenwerten binarisierten Zu
standswerte der einzelnen Lichtschranken, gegebenenfalls
nach vorheriger Zwischenspeicherung, mit Referenzkenn
größen zur Füllstandskontrolle verglichen werden.
Weiter ist es durch Wahl geeigneter Schwellenwerte und
Vergleichsalgorithmen möglich, den Schrumpfungsgrad
und/oder den Abnutzungsgrad von Mehrwegeflaschen ins
besondere aus Kunststoff mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren und der zugehörigen Anordnung zu messen und zu
überwachen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh
rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schema einer Abtasteinrichtung zur Kontur
erkennung von auf einem Bandförderer transpor
tierten Flaschen;
Fig. 2a bis c drei Beispiele für Grafikschemen von Kon
turmatrizen;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung
für die Konturerkennung.
Die in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Förderein
richtung ist beispielsweise Bestandteil einer Getränke
abfüllanlage. Sie enthält ein Förderband 10, auf wel
chem Flaschen 12 in Richtung des Pfeils 14 mit vorgege
bener Geschwindigkeit an einer Meßbrücke 16 für die
Konturerkennung vorbeitransportiert werden. Die Meß
brücke besteht aus einer größeren Anzahl Lichtschranken
i (1, 2, 3, 4, 5 . . . ), die in unterschiedlichen Abständen
über dem Förderband 10 angeordnet sind und deren Strah
lengang parallel zueinander quer zur Förderrichtung 14
ausgerichtet ist. Die Lichtschranken weisen jeweils ei
nen Lichtsender 18 und einen Lichtempfänger 20 auf, die
auf einander gegenüberliegenden Seiten des Förderbands
auf gleicher Höhe angeordnet und einander paarweise zu
geordnet sind. In Förderrichtung vor der Abtasteinrich
tung 16 sind zwei weitere Lichtschranken 22, bestehend
aus je einem Lichtsender 24 und einem Lichtdetektor 26,
zur Messung der Fördergeschwindigkeit der auf dem Band
10 transportierten Flaschen 12 im Abstand voneinander
angeordnet.
Die Aktivierung der Lichtschranken i erfolgt durch
einen Meßcontroller 35 über eine Logikeinheit 32, die
auch zur Festlegung der Randbedingungen, wie die das
Auslösen und die Aktivierungsdauer eines Meßvorgangs,
dient. Dabei wird jeweils ein mit einem Lichtsender 18
verbundener Ausgang eines Demultiplexers 28 und ein mit
einem zugehörigen Lichtdetektor 20 verbundener Eingang
eines Multiplexers 30 synchron adressiert (ADR-Leitung)
und getriggert (Leitung TR). Das mittels Hochpaß 21 ge
filterte Ausgangssignal AS der als Fototransistoren
ausgebildeten Lichtdetektoren wird in einer Verstärker
stufe 34 analog aufbereitet und einem A/D-Wandler 36
des Meßcontrollers 35 zugeführt. Die digitalisierten
Meßwerte können in einer digitalen Speicheranordnung 40
zwischengespeichert und zum Zwecke der weiteren Auswer
tung und Konturerkennung mittels eines Mikroprozessors
38 verarbeitet werden. Die Konturinformation über die
gemessene Flasche wird einem Leitrechner 42 zum Zwecke
der Objektverfolgung innerhalb der Gesamtanlage zur
Verfügung gestellt.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann von den an der
Abtasteinrichtung 16 vorbeibewegten Flaschen 12 ein
zweidimensional aufgerastertes Projektionsbild in Form
einer Konturmatrix erzeugt werden (Fig. 2a bis c). Dazu
werden die einzelnen Lichtschranken i (z. B. 48 Stück in
vertikaler Richtung) im Zuge der Vorbeibewegung mit
vorgegebener, gegebenenfalls von der Fördergeschwindig
keit abhängiger Wiederholfrequenz (z. B. entsprechend
einem 1 mm-Raster in Transportrichtung) in mehreren Ab
tastzyklen k aktiviert. Die digitalisierten Ausgangs
signale können dann nach Vergleich mit einem Schwellen
wert als binäre, auf das Vorhandensein oder Nichtvor
handensein einer Flasche 12 im Strahlengang der Licht
schranken bezogene Werte in einer Konturmatrix gespei
chert werden.
Durch Vergleich mit einer vorgegebenen, beispielsweise
im Teach-In-Verfahren erzeugten Referenzmatrix können
unterschiedliche Flaschentypen erkannt und dem Leit
rechner 42 rechtzeitig zur Objektverfolgung zur Verfü
gung gestellt werden. Im Interesse einer raschen Aus
wertung im Echtzeitbetrieb besteht eine wichtige Aufga
be darin, einen schnellen Auswertealgorithmus zu fin
den, in welchem auch Maßtoleranzen der Flaschen und To
leranzen bei der Meßdurchführung in gewissen Grenzen
berücksichtigt werden können.
Zur Konturerkennung wird eine gemessene Kontur Niveau
für Niveau (Lichtschranken i) mit der Referenzkontur un
ter Differenzbildung verglichen und die dabei ermittel
ten Abweichungen unter Bildung einer Gesamtabweichung
aufsummiert. Liegt bei einer Messung die Gesamtabwei
chung unter einer maximal zulässigen, aus der Erfahrung
gewonnenen Grenze, wird die Flasche dem entsprechenden
Referenztyp zugeordnet. Bei den Messungen ergeben sich
niveauabhängige Toleranzen, die bei der Auswertung zu
sätzlich berücksichtigt werden sollten. Dies kann mit
Hilfe von niveauabhängigen Gewichtsfaktoren erfolgen.
Werden bei einem bestimmten Niveau (Lichtschranke i)
geringe Toleranzen erwartet, so ist der Gewichtsfaktor
groß, so daß eine Abweichung von der Referenzkontur in
diesem Bereich stark in die Auswertung eingeht. Umge
kehrt ist bei bestimmten Niveaus eine Toleranz groß,
geht die Abweichung von der Referenzkontur nur gering,
eventuell sogar überhaupt nicht in die Auswertung ein.
Damit ergibt sich der folgende, nur aus elementaren Re
chenoperationen bestehende und daher schnelle Auswerte
algorithmus:
mit
a: Gesamtabweichung
u: unterstes Niveau (abhängig vom gewählten Meßfenster)
o: oberstes Niveau (abhängig vom gewählten Meßfenster)
ri: Zyklusnummer der ersten Abdunklung der Referenzkon tur beim Niveau i
ki: Zyklusnummer der ersten Abdunklung der gemessenen Kontur beim Niveau i
gi: Gewichtsfaktor für das Niveau i.
a: Gesamtabweichung
u: unterstes Niveau (abhängig vom gewählten Meßfenster)
o: oberstes Niveau (abhängig vom gewählten Meßfenster)
ri: Zyklusnummer der ersten Abdunklung der Referenzkon tur beim Niveau i
ki: Zyklusnummer der ersten Abdunklung der gemessenen Kontur beim Niveau i
gi: Gewichtsfaktor für das Niveau i.
Vom Anwender kann nun die maximal zulässige Gesamtab
weichung amax festgelegt werden, mit der darüber ent
schieden wird, ob einer Messung der entsprechende Fla
schentyp zugeordnet wird oder nicht.
Zur Erzeugung der Referenzmatrizen ist eine Lernphase
notwendig. Aus einer Mehrzahl von Messungen j müssen
dabei sämtliche Konturinformationen abgeleitet werden,
die für eine Referenzkontur wesentlich sind. Wichtig
ist dabei, daß die dazu verwendete Meßreihe für den je
weiligen Flaschentyp repräsentativ ist. Sonst können
Toleranzen aufgrund von Größenabweichungen und Abwei
chungen von der Rotationssymmetrie oder auch systembe
dingte Toleranzen bei der Auswertung nicht einbezogen
werden.
Für die Beschreibung einer Referenzkontur werden fol
gende Daten benötigt:
- - die Konturdaten der Referenzkontur ri
- - die niveauspezifischen (lichtschrankenspezifischen) Gewichtsfaktoren gi
- - ein maximaler Gewichtsfaktor gmax
- - eine maximal zulässige Gesamtabweichung amax.
Der maximale Gewichtsfaktor gmax ist der Faktor, mit
dem die Abweichung ki-ri maximal beaufschlagt werden
kann. Er wird für Niveaus mit sehr geringen Toleranzen
gewählt. Der maximale Gewichtsfaktor gmax und die maxi
mal zulässige Gesamtabweichung amax werden empirisch
vorgegeben.
Die Daten der Referenzkontur lassen sich durch Mittel
wertbildung aus der vorliegenden Meßreihe errechnen:
mit
m: Anzahl der Messungen (Flaschen) der Meßreihe
kÿ: Zyklusnummer der ersten Abdunklung der gemessenen Kontur j beim Niveau (Lichtschranke) i.
m: Anzahl der Messungen (Flaschen) der Meßreihe
kÿ: Zyklusnummer der ersten Abdunklung der gemessenen Kontur j beim Niveau (Lichtschranke) i.
Zur Bestimmung der niveauabhängigen Gewichtsfaktoren gi
wird zunächst die durchschnittliche Abweichung ai der
Meßreihe kÿ von der Referenzkontur ri ermittelt:
Die niveauabhängigen Gewichtsfaktoren errechnen sich
dann aus der Differenz zwischen dem maximalen Gewichts
faktor gmax und der durchschnittlichen Abweichung ai
wie folgt:
Um zeitraubende Gleitkommazahl-Operationen zu vermei
den, wird im Auswertealgorithmus zweckmäßig mit gerun
deten Werten von gi gearbeitet. Für gmax < ai wird das
betreffende Niveau nicht in die Auswertung einbezogen:
Die Abweichung von der Referenzkontur werden beim Kon
turenvergleich mit dem Gewichtsfaktor 0 multipliziert.
Grundsätzlich ist es möglich, die vorstehend beschrie
bene Anordnung auch für Füllstandsmessungen und für die
Füllstandskontrolle einzusetzen. Die Füllgrenze erzeugt
in einer transparenten Flasche im Durchlichtverfahren
auch bei klaren Flüssigkeiten immer eine deutliche op
tische Grenzlinie. Diese Linie kann von einem Auswerte-
Algorithmus lokalisiert werden. Mit Hilfe einer vor
zugsweise im Halsbereich der Flasche angeordneten Licht
schranke wird der annähernd dünnste Bereich der Flasche
zur Bestimmung des Flaschendurchmessers und der Mittel
achse ausgemessen und mit der Taktzeit des Förderers
verrechnet. Im Meßbetrieb werden dann um die Mittel
achse der Flasche auf etwa 50% des in der Lernphase
ermittelten Durchmessers 8 Abtastzyklen verteilt. Im
Bereich dieser vertikalen Säule werden starke optische
Effekte am Flaschenrand und Störungen durch annähernd
horizontal verlaufende Konturbereiche weitgehend eli
miniert. Die bei der Aktivierung der einzelnen Licht
strahlen auftretenden Meßsignale werden durch Vergleich
mit frei an die Aufgabenstellung anpaßbaren Schwellen
werten sofort binarisiert und zwischengespeichert. Da
es bei der Füllstandskontrolle darum geht, eine Linie
oder Grenze zu erkennen und da der Meßcontroller üb
licherweise byte-orientiert arbeitet, belegen die Ab
tastzyklen jeweils aufeinanderfolgende Bits innerhalb
eines dem jeweilige Niveau zugeordneten Bytes innerhalb
eines Byte-array. Nach Abschluß der Meßwertaufnahme
erfolgt die Auswertung durch den Leitrechner 42 anhand
der Daten im Byte-array. Die Suche nach der Trennlinie
zwischen Luft und Flüssigkeit erfolgt dabei lediglich
in einem zur Analyse freigegebenen vertikalen Meßfen
ster. Hierdurch werden Fehlinterpretationen in kriti
schen Bereichen, wie Mündung, Gewinde, Etikett und der
gleichen, verhindert.
Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin
dung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren
zur Konturerkennung von auf einem Förderband 10 mit
gleichförmiger Fördergeschwindigkeit an einer optischen
Abtasteinrichtung 16 vorbeibewegten Flaschen 12. Die
Abtasteinrichtung 16 weist eine Gruppe von in unter
schiedlicher Höhe über dem Förderband 10 angeordneten,
quer zur Förderrichtung ausgerichteten Lichtschranken
auf, die mit einer von der Fördergeschwindigkeit ab
hängigen Wiederholfrequenz in mehreren Abtastzyklen
abgetastet werden. Die Ausgangssignale der einzelnen
Lichtschranken werden durch Vergleich mit einem vorge
gebenen Schwellenwert in das Vorhandensein oder Nicht
vorhandensein der Gegenstände im Strahlengang der
Lichtschranken definierende digitale Zustandswerte
umgeformt und zur Konturerkennung mit Referenzwerten
verglichen.
Claims (20)
1. Anordnung zur Konturerkennung von auf einem Förder
band (10) oder dergleichen Fördereinrichtung mit
gleichförmiger Fördergeschwindigkeit an einer opti
schen Abtasteinrichtung (16) vorbeibewegten Gegen
ständen (12), insbesondere Flaschen, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Abtasteinrichtung (16) eine Grup
pe von mehreren, in verschiedener Höhe über dem
Förderband (10) angeordneten, mit ihrem Strahlen
gang parallel zueinander quer zur Förderrichtung
(14) ausgerichteten, auf das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein der Gegenstände (12) im Strah
lengang unter Abgabe eines entsprechenden Ausgangs
signals (AS) ansprechenden Lichtschranken (i) auf
weist, daß die Lichtschranken (i) während des Auf
enthalts eines der vorbeibewegten Gegenstände (12)
im Bereich der Abtasteinrichtung in mehreren Ab
tastzyklen (k) mit vorgegebener Wiederholfrequenz
aktivierbar sind, daß die digitalisierten Ausgangs
signale der einzelnen Lichtschranken zyklusweise
nacheinander in einer digitalen Speicheranordnung
(40) unter Bildung einer Meßmatrix abspeicherbar
sind, und daß die Meßmatrix durch eine mikropro
zessorgestützte Auswerteeinrichtung (38) mit min
destens einer in einer digitalen Speicheranordnung
abgelegten Referenzmatrix vergleichbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Lichtschranken (i) der Gruppe bei
jedem Abtastzyklus (k) mit vorgegebener Taktfre
quenz getrennt voneinander aktivierbar sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtschranken einen auf der ei
nen Seite des Förderbandes (10) angeordneten Licht
sender (18) und einen auf der anderen Seite des
Förderbandes (10) angeordneten Lichtdetektor (20)
aufweisen, die paarweise einander gegenüberliegend
zugeordnet sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtsender (18) als vor
zugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse in gleichen
Abständen voneinander angeordnete Leuchtdioden aus
gebildet sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoren (20) als
vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse in glei
chen Abständen voneinander angeordnete Fototransi
storen ausgebildet sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtsender (18) über einen
Demultiplexer (28) und die Lichtdetektoren (20)
über einen Multiplexer (30) paarweise synchron zu
einander aktivierbar sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn
zeichnet durch eine Einrichtung (44) zur Messung
der Fördergeschwindigkeit.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fördergeschwindigkeitsmeßeinrichtung (44)
in Förderrichtung vor der Abtasteinrichtung (16) in
definiertem Abstand voneinander angeordnete, auf
die vorbeibewegten Gegenstände (12) ansprechende,
vorzugsweise als Lichtschranken (22) ausgebildete
Sensoren aufweist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gruppe der Lichtschranken
(i) aus einer Vielzahl von äquidistant angeordneten
Sender-Empfänger-Paaren (18, 20) auswählbar ist.
10. Verfahren zur Konturerkennung von auf einem Förder
band (10) oder dergleichen Fördereinrichtung mit
gleichförmiger Fördergeschwindigkeit an einer opti
schen Abtasteinrichtung (16) vorbeibewegten Gegen
ständen (12), insbesondere Flaschen, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Gegenstände (12) mit einer
Gruppe von in unterschiedlicher Höhe über dem För
derband (10) angeordneten, parallel zueinander quer
zur Förderrichtung ausgerichteten, getrennt vonein
ander aktivierten Lichtschranken (i) mit vorgege
bener Wiederholfrequenz in mehreren Abtastzyklen
(k) abgetastet werden, daß die Ausgangssignale (AS)
der einzelnen Lichtschranken durch Vergleich mit
einem vorgegebenen Schwellenwert in das Vorhanden
sein oder Nichtvorhandensein definierende digitale
Zustandswerte umgeformt und mit Referenzwerten ver
glichen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die digitalen Zustandswerte der einzelnen
Lichtschranken (i) bei jedem Abtastzyklus (k) nach
einander digital abgespeichert werden und daß die
aus den Zustandswerten sämtlicher Abtastzyklen ge
bildeten Konturkenngrößen mit vorgegebenen Referenz
kenngrößen verglichen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß im Zuge des Abtastens eines jeden Ge
genstands (12) für jede Lichtschranke (i) jeweils
die Nummer (ki) des ersten, durch seinen Zustands
wert das Vorhandensein des Gegenstands signalisie
renden Abtastzyklus als Konturkenngröße ermittelt
und mit der entsprechenden Referenzkenngröße (ri)
unter Bildung einer individuellen Abweichung
(ki-ri) verglichen wird, daß aus den zu allen
Lichtschranken (i) gehörenden Abweichungen eine
Gesamtabweichung (a) ermittelt wird und durch Ver
gleich mit einer vorgegebenen Gesamttoleranz (amax)
ein Konturerkennungssignal erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die lichtschrankenspezifischen individuellen
Abweichungen durch Differenzbildung (ki-ri) und
die Gesamtabweichung aus der gegebenenfalls mit ei
nem lichtschrankenbezogenen Gewichtsfaktor (gi) mo
difizierten Absolutwertsumme der individuellen Ab
weichungen
gebildet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Konturerkennungssignal nach der Beziehung
erzeugt wird, wobei a die Gesamtabweichung und amax
eine vorgegebene Maßzahl für die Gesamttoleranz be
deuten.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Refe
renzmatrix und/oder der Referenzkenngrößen (ri) ei
ne Mehrzahl (m) gleichartiger Gegenstände (j) an
den Lichtschranken (i) vorbeibewegt und von diesen
abgetastet werden, daß für jeden Gegenstand (j) und
jede Lichtschranke (i) die Nummer (kÿ) des ersten,
durch ihren Zustandswert das Vorhandensein des Ge
genstands (12) signalisierenden Abtastzyklus als
Konturkenngröße ermittelt wird, und daß die Refe
renzkenngrößen (ri) durch vorzugsweise arithmeti
sche Mittelwertbildung der lichtschrankenbezogenen
Konturkenngrößen (kÿ) aller vermessenen Gegenstän
de (j) gebildet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die lichtschrankenbezogenen Gewichtsfaktoren
(gi) aus der mittleren Streuung (ai) der gemessenen
Konturkenngrößen (kÿ) gegenüber der mittleren Re
ferenzkenngröße (ri) ermittelt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gewichtsfaktoren (gi) nach folgender Formel
ermittelt werden:
wobei
die lichtschrankenbezogene mittlere Streuung und
gmax einen vorgegebenen maximalen Gewichtsfaktor
bedeuten.
18. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 9 und des Verfahrens nach einem der Ansprüche
10 bis 17 zur Messung und Überwachung des Schrump
fungsgrades und/oder Abnutzungsgrades von Mehrwege
flaschen, insbesondere solchen aus Kunststoff.
19. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 9 und des Verfahrens nach Anspruch 10 oder 11
zur Füllhöhenkontrolle in lichtdurchlässigen Fla
schen.
20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich
net, daß in einer Lernphase der Flaschendurchmesser
in vorgegebener Höhe, vorzugsweise im Bereich des
Flaschenhalses, und die Mittelachse von an der
Lichtschranke vorbeibewegten Referenzflaschen in
Form von zwischen zwei Meßorten mit der Wiederhol
frequenz auftretenden Taktzahlen bestimmt werden,
und daß im Meßbetrieb die Lichtschrankengruppe über
einen Bruchteil von vorzugsweise etwa 50% des
Flaschendurchmessers um die Mittelachse der vorbei
bewegten Flaschen in mehreren, vorzugsweise 6 bis 8,
Abtastzyklen mit der Wiederholfrequenz aktiviert
wird und die dabei gemessenen und durch Vergleich
mit Schwellenwerten binarisierten Zustandswerte der
einzelnen Lichtschranken gegebenenfalls nach einer
vorherigen Zwischenspeicherung mit Referenzgrößen
zur Füllstandskontrolle verglichen werden.
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DE19934305559 DE4305559A1 (de) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Anordnung und Verfahren zur Konturerkennung von Gegenständen |
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ID=6481148
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