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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erkennungssystem
basierend auf Farbe.
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Frucht- und GemüseProdukte wurden bereits in der Vergangenheit
aufgrund ihrer Farbe sortiert. Anfänglich wurde diese Aufgabe
manuell durchgeführt. Aufgrund der Schwierigkeit, entsprechende
Arbeitskräfte zu finden, und der immer teurer werdenden
Arbeitskräfte wurden später Versuche unternommen, diese mittels
Maschinen nach Farbe zu sortieren. Eine Vorrichtung zum Sortieren nach
Farbe ist in der US-A-4,106,628 beschrieben. In diesem System
ist die Farbe von einer Produkteinheit über Linsen, eine
Faseroptik und Filter zu einem Aufnahmemechanismus geführt. Licht von
beiden Seiten einer Produkteinheit ist gleichmäßig durch
Aufteilen und Wiedervereinigen von optischen Fibern, die zur
Übertragung des Lichts verwendet werden, gemischt. Auf diese Weise wird
ein Mittelwert über beide Seiten der Produkteinheit gebildet.
Die optischen Fasern werden dann in zwei Bündel aufgeteilt.
Filter mit verschiedenen Wellenlängenbereichen werden verwendet, um
das Licht, das aus den Faseroptikbündeln erhalten wird, zu
filtern. Rot- und Grün-Filter werden als Beispiel angeführt. Die
Signale, die durch das gefilterte Licht erzeugt werden, werden
anschließend mit einem Standard verglichen, beispielsweise einer
Rot/Grün-Farb-Klassifikation, die aufgrund der eingegebenen
Werte im Vergleich mit dem Standard durchgeführt wird.
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Es wurden auch komplizierter aufgebaute Aufnahmevorrichtungen
entwickelt, die Linienabtastkameras zum Bestimmen von
Eigenschaften, wie z.B. Querschnittsflächen geeignet sind. Diese
Kameras nutzten Licht, um eine Pixelinformation zu liefern, die dann
in einer Summation oder dergleichen verarbeitet wurde. Bei
Verwendung eines derartigen Systems zur Ermittlung von Farben,
müßte ein sehr kompliziert aufgebautes System verwendet werden,
da eine sehr große Anzahl von Daten aufgenommen und verarbeitet
werden müßte. Mit Produkteinheiten, die mit einer geeigneten
Geschwindigkeit ein solches Erkennungssystem durchlaufen, wird es
sehr schnell unmöglich, die relevante Information zu
verarbeiten, ohne ein sehr großes Datenverarbeitungssystem benutzen zu
müssen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Produkterkennungssystem,
bei dem verschiedene Lichtsprektren von der zu klassifizierenden
Produkteinheit aufgenommen werden, die Wellenlängen im und um
den sichtbaren Spektralbereich herum umfassen können. Die
Größenordnungen der aufgenommenen Lichtsprektren können dann zur
Bestimmung der Eigenschaften wie Produktgröße, Reife,
Beschädigungsgrad und Farbe analysiert werden. Nach der vorliegenden
Erfindung wird eine verarbeitbare Datenmenge empfangen und mittels
eines Systems mit einer maximalen Anzahl von zu bestimmenden
Produktfaktoren verarbeitet.
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Die US-A-4,454,029 umfaßt ein Verfahren zur Erkennung von
Produkten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gemäß dieser
Vorveröffentlichung wird ein gefiltertes chromatisches
Lichtsignal benutzt, um eine Produkteinheit einfach dann auszuscheiden,
wenn ein Einzelsignal, das eine Beschädigung erkennen läßt,
empfangen wird. Die vorliegende Erfingung gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 stützt sich nicht auf ein Einzelsignal
sondern statt dessen auf eine Summe einer Zahl individueller
Signale für jede Produkteinheit mit dem Ergebnis, daß ein wesentlich
flexibleres Erkennungsverfahren erreicht wird, das zusätzlich zu
der einfachen Erkennung von Beschädigungen aufgrund eines
Farbwechsels für Sortierfunktionen benutzt werden kann. Die
vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zur Erkennung von
Eigenschaften von Produkteinheiten an die Hand, das absolute Größen und
Vergleichswerte zwischen der Summe der Größen unterschiedlicher
Lichtspektren, die von der Produkteinheit aufgenommen wurden,
benutzt, um Eigenschaften zu bestimmen, wie die Größe, die
Farbe,
die Reife und die Beschädigung - jeweils gemittelt über die
gesamte Produkteinheit.
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Die US-A-4,150,287 und US-A-3,993,899 zeigen andere
Vorrichtungen, bei denen unterschiedliche Lichtspektren, die von einem
Artikel reflektiert werden, aufgenommen werden, um die
Eigenschaften des Artikels, der erfaßt wird, zu bestimmen. Diese
Druckschriften enthalten stellvertretend für den Stand der Technik
keinen Vorschlag, wie die Merkmale außer der einfachen Farbe
oder Änderungen im Aussehen an einer einzelnen Stelle für
Erkennungsaufgaben verwendet werden können.
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Andere und weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der
nun folgenden Darstellung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines
Erkennungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer optischen
Aufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des
Beobachtungsbereichs der Vorrichtung gemäß Fig. 2.
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Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 gemäß
Fig. 2.
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Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 5-5 gemäß
Fig. 2.
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Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie 6-6 gemäß
Fig. 2.
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Fig. 7 ist ein Flußdiagramm für die Verarbeitung des
aufgenommenen Lichtes.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform:
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Ein Produkterkennungssystem ist schematisch in Fig. 1
dargestellt. Ein oder mehr Objekte 10, die die zu erfassenden
Produkteinheiten darstellen, werden über ein Transportmittel in eine
geeignete Position einer Station zum optischen Prüfen
transportiert. Ein derartiges Transportmittel ist in der anhängigen
EP-A-O 345 036 dargestellt. Die Objekte 10 können durch
konventionelle Leuchten in dem Maß beleuchtet werden, wie es für eine
entsprechende Erfassung notwendig ist. Linsenanordnungen 12 sind
angeordnet, um die Elektromagnetische Energie oder das
Lichtspektrum von den Objekten 10 optisch zu erfassen. Die
Linsenanordnungen 12 sind entsprechend dem Systemaufbau angeordnet. Es ist
möglich, Merkmale einer jeden Produkteinheit, die die Station
passiert, mit einer, zwei, drei oder mehr Linseneinheiten 12, die
in Richtung auf die Station ausgerichtet sind, aufzunehmen. Mit
zwei derartiger Linsenanordnungen kann ein wesentlicher Teil des
Objekts optisch erfaßt werden, wie das in Fig. 1 dargestellt
ist. Zusätzlich kann das Objekt zur Aufnahme durch dieselben
Elemente oder durch zusätzliche Elemente entlang des Transportweges
gedreht werden. Faseroptikkabel 18 übertragen die aufgenommene
Elektromagnetische Energie zu einer Signalaufbereitungs- und
Verarbeitungseinheit. Abhängig von der Leistungsfähigkeit der
Aufnahmeeinheit kann mehr als eine Station entlang getrennter
Transportwege mit jeweils getrennt vorgesehenen Sätzen von
Linsenanordnungen eingerichtet werden.
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Im folgenden wird die optische Aufnahmevorrichtung im einzelnen
erläutert. Jede Linsenanordnung 12 umfaßt ein Gehäuse 14 mit
einer Linse 16, die an einer Öffnung des Gehäuses 14 angeordnet
ist. Die Linse 16 ist in einem bestimmten Abstand von dem
Transportweg angeordnet, entlang dem die Produkteinheiten
gefördert werden. Mit der einzelnen Linse 16 ist damit eine
Brennpunktebene in dem Gehäuse 14 definiert. An der Öffnung, an
welcher die Linse 16 angeordnet ist, ist das Gehäuse 14
vorzugsweise geschlossen, um zu verhindern, daß externes Licht
in das Gehäuse eintritt und auf die Brennpunktsebene fällt.
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In die Linsenanordnung 12 erstreckt sich ein stochastisches
Fiberoptikkabel 18. Ein derartiges Kabel 18 besteht aus einer
Vielzahl von lichtübertragenden Fasern, die stochastisch gebündelt
sind, so daß ein Lichtmuster, das auf ein Ende des Kabels 18
fällt, gemischt oder gemittelt ist, wenn es das andere Ende des
Kabels 18 erreicht.
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Das Kabel 18 weist ein erstes Ende auf, das an der
Brennpunktsebene der Linse 16 angeordnet ist. Das erste Ende ist in einem
dünnen rechteckigen Muster in der Brennpunktsebene angeordnet.
Das Muster dieses ersten Endes 20 ist in Fig. 4 dargestellt. Die
Anordnung des ersten Endes 20 in einem dünnen rechteckigen
Bereich in der Brennpunktsebene der Linse 16 bewirkt, daß das
Bild, welches durch das Kabel 18 empfangen wird, ein dünner
rechteckiger Bereich des Weges ist, über welchen die
Produkteinheiten gefördert werden. Das Bild, das durch das Kabel 18
empfangen wird, entspricht daher demjenigen einer Linienabtastkamera.
Die Länge des Rechtecks transversal zur Bewegungsrichtung der
Produkteinheit ist vorzugsweise größer als die größte Abmessung
in transversaler Richtung zu dem Transportweg einer jeden
erwarteten Produkteinheit. Die Breite des rechteckigen
Beobachtungsbereichs parallel zur Bewegungsrichtung ist wesentlich kleiner als
die Abmessung entlang des Transportweges der erwarteten
Produkteinheit. Unter Vorgabe einer konstanten Transportgeschwindigkeit
einer jeden Produkteinheit entlang des Transportweges kann das
Erkennungssystem so betrachtet werden, als wenn sequenzielle
Aufnahmen gemacht werden, wenn das Produkt entlang der
Linsenanordnungen 12 vorbeiläuft. Eine vollständige optische Erfassung der
Produkteinheit kann durch Sammeln sequenzieller Lesedaten von
dem Beobachtungsbereich erhalten werden, wenn das Produkt
entlang des Beobachtungsbereichs bewegt wird. Die Lichtenergie, die
durch das rechteckige erste Ende 20 des Kabels 18 empfangen
wird, wird entlang des Kabels zu einem zweiten Ende 22
übertragen. Das zweite Ende 22 ist vorzugsweise in der vorliegenden
Ausführungsform rund. Das durch das Kabel übertragene Licht wird
gemittelt und gegen eine plan-konvexe Linse 24 gerichtet. Die
Linse 24 ist derart angeordnet, daß das zweite Ende 22 in der
Brennpunktsebene der Linse liegt. Dadurch wird das Licht, das
die Linse des zweiten Endes 22 des Kabels 18 passiert, auf einen
im wesentlichen nicht konvergierenden und nicht divergierenden
Weg geleitet.
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Wenn das zweite Ende 22 des Kabels 18 kreisförmig ist, wird ein
ähnliches, nun aber vergrößertes Muster durch die Linse 24
übertragen. Neben der Linse 24 ist eine Filteranordnung 26
angeordnet. Die Filteranordnung 26 liegt unmittelbar an der Linse 24 an
oder befindet sich sehr nahe an dieser, um Licht vom Kabel 18
aufzunehmen. Die Filteranordnung 26 umfaßt Filterelemente 28.
Die Filterelemente 28 sind derart ausgewählt, daß sie
unterschiedliche Lichtspektren filtern. Demgemäß kann die
Filteranordnung beispielsweise ein Rot-Filter, ein Grün-Filter, ein
Gelb-Filter oder ein Filter für Wellenlängen außerhalb des
sichtbaren Spektrums enthalten. Wenn das Licht in einer Form von der
Linse 24 ankommt, wie zuvor beschrieben, ist die Filteranordnung
26 vorteilhaft kreisförmig, wobei Sektoren der kreisförmigen
Anordnung
die Filterelemente 28 bilden. Somit wird von einem
rechteckigen Bild eines schmalen Streifens der Produkteinheit, welche
optisch erfaßt wird, eine Mehrzahl von unterschiedlich
gefilterten Lichtanteilen des gemittelten Lichts des Bildes über die
Filteranordnung 26 erhalten. Vier derartig gleicher Teile sind in
der bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Selbstverständlich
können andere Anordnungen zur optischen Erfassung von speziellen
Produkteinheiten vorteilhaft sein.
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Um die aufgeteilten und gefilterten Lichtanteile vom originalen
Bild zu erhalten, sind Fotodioden 30 neben den Filterelementen
28 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform ist jedem
Filterelementsektor 28 eine derartige Diode 30 zugeordnet. Demgemäß
wird durch jede Diode ein elektronisches Signal entsprechend der
Lichtmenge, die durch jedes der Filterelemente hindurchgeschickt
wird, erzeugt.
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Die Größe dieses gefilterten Anteils kann mit einem in der
Datenverarbeitungseinheit gespeicherten Standard verglichen werden
oder durch einen Faktor oder Faktoren, die von früheren
Vergleichen mit Standardbeispielen oder Tests ermittelt wurden,
umgesetzt werden. Die zusammengenommenen Segmente oder
Beobachtungsbereiche, die ein Bild ergeben, das durch sequenzielle Bilder
der gesamten Einheit gebildet wird, können in der gleichen Art
und Weise verarbeitet werden. Die Standards innerhalb des
Prozessors oder diejenigen, die die Basis für die Datenumwandlung
bildet, können von Beispielprodukteinheiten erhalten werden, die
bekannte physikalische Eigenschaften aufweisen. Demgemäß kann
ein Muster der Größen von separat gefilterten Anteilen oder die
Vereinigung von Anteilen zu einer Gesamteinheit mit Standards
verglichen werden oder umgewandelt werden in Angaben für die
Querschnittsgröße, Beschädigung, Reife und Farbe. Eine
Indizierung der Einheit läuft parallel mit, um die Produkteinheit auf
dem Transportsystem zu definieren. Die Verarbeitungseinheit kann
dann die Umleitung jeder Produkteinheit entsprechend ihrer
physikalischen Eigenschaft bzw. Eigenschaften an vorher bestimmte
Entladestationen des Transportsystems veranlassen.
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Figur 7 zeigt schematisch eine Analyse des aufgenommenen Lichts,
das über die Fotodiode 30 empfangen wird. Der Schritt 100
startet das Programm. Der Schritt 102 initialisiert die
aufgenommenen Werte, d.h. die Produktlänge und die Größe des
Lichtspektrums, welches separat aufgenommen wurde.
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In Schritt 102 wird die Produktlänge gleich Null gesetzt. Die
Produktlänge ist die Länge des Produkts in Bewegungsrichtung des
Förderers ohne Berücksichtigung der Lage des Produkts. Was
beispielsweise im Normalfall als Produktlänge angesehen wird, kann
schräg zum Transportband liegen und dadurch mittels des
Erkennungssystems als Breite identifiziert werden. Die Länge wird in
Bewegungseinheiten des Transportbandes mittels eines
konventionellen Indiziermechanismus gemessen.
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Die Summation der Lichtgrößen, die durch die Fotodioden 30
aufgenommen werden, wird ebenfalls auf Null gesetzt. Mit mehreren
Dioden 30 kann eine Vielzahl von Lichtgrößen in separaten Summen
gespeichert werden. Im vorliegenden Fall werden vier derartige
Größeninformationen im System verarbeitet.
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Schritt 104 stimmt zeitlich die Messung der Lichtstärke mit dem
Erscheinen einer neuen Produkteinheitslänge ab. Dieser Schritt
wird durch den Indiziermechanismus des Transportbandes
gesteuert. Ein Linienabtastverfahren ist dadurch angenähert, daß
aufeinanderfolgende Einheiten oder Streifen des Produktes optisch
so erfaßt werden, wie sie durch die Station hindurchgefördert
werden. Das empfangene Licht wird gemittelt und individuelle
Einheiten
der Linienabtastungen oder Pixel existieren hier
allerdings nicht. Daher ist die empfangene nutzvolle Eigenschaft eine
Spektralgröße.
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Schritt 106 speichert die Größe eines jeden Lichtspektrums, das
aufgenommen wird, wenn die aufeinanderfolgenden Längeneinheiten
durch die optische Beobachtungsstation hindurchgefördert werden.
Diese Speicherung der Größe wird durch Schritt 104 derart
gesteuert, daß ein Bereich, der eine Länge von einer Einheit
aufweist und die aktuelle Ausdehnung des Produkts transversal zur
Bewegungsrichtung des Förderbandes aufgenommen werden. Die
Größen der ausgewählten Lichtspektren werden durch Fotodioden 30
aufgenommen und in diesem Schritt gespeichert.
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In Schritt 108 wird festgestellt, ob eine Produkteinheit
vorhanden ist oder nicht und ob eine Produkteinheit gerade aus der
Beobachtungsstation heraustransportiert wurde oder nicht. Wenn
kein Produkt festgestellt wird und kein Produkt in dem gerade
vergangenen Zeitraum festgestellt worden war, wird der Zweig 110
für das Nichtvorhandensein eines Produkts ausgewählt. In diesem
Fall wird der Schritt 102 erneut begonnen. Wenn festgestellt
wird, daß ein Produkt vorhanden ist, wird der Zweig 112 für das
Vorhandensein eines Produkts verfolgt. Wenn eine Produkteinheit
nicht festgestellt wird, aber in dem vorherliegenden
Beobachtungsschritt das Vorhandensein einer Produkteinheit festgestellt
wurde, wird der Zweig 114 für das Ende des Produkts verfolgt.
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In dem Zweig 112 für das Vorhandensein eines Produkts wird die
Größe jedes Lichtspektrums zu einer vorherigen Summe für
derartige Größen in Schritt 116 addiert, wenn ein Produkt festgestellt
wird. Wenn zum ersten Mal eine Produkteinheit festgestellt wird,
die durch die Beobachtungsstation gefördert wird, ist die vom
Schritt 102 herrührende Summe Null. In aufeinanderfolgenden
Beobachtungen wird dieses Ausleseergebnis zu der kumulierten Summe
der Größen hinzuaddiert. Die Länge wird ebenfalls in ähnlicher
Art und Weise mit jedem aufgenommenen Beobachtungswert, der zu
der vorherigen Länge in Schritt 118 addiert wurde, aufsummiert.
Der logische Schritt 104 veranlaßt dann die Initiierung des
nächsten Lesevorgangs.
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Der Zweig 114 für das Produktende stellt das Ergebnis des
Aufnahmeverfahrens für eine Produkteinheit dar. In diesem Zweig
mittelt der Schritt 120 die aufsummierte Größe durch die Länge der
Einheit mittels der Division der auf summierten Größen durch die
Länge der Produkteinheit. Auch andere Algorithmen können in
diesem Schritt ausgeführt werden. Derartige Algorithmen hängen von
der zu beobachtenden Einheit ab und der physikalischen
Eigenschaft oder der physikalischen Eigenschaften, die zur Erkennung
untersucht werden. Darüber hinaus können auch mehrere
Algorithmen verwendet werden, falls dies notwendig sein sollte. Ein
derartiger Algorithmus würde darin bestehen, den größten Größenwert
der gemessenen Einheiten eines vorgegebenen Produktes zu
ermitteln. Schließlich erlaubt der Schritt 122 die Auswahl eines
Algorithmuses zum Berechnen einer oder mehrerer physikalischer
Eigenschaften. Derartige Eigenschaften können die Farbe, die
Produktgröße und Produktqualität umfassen. Im Falle der Größe gibt die
mittlere Farbgröße im Zusammenhang mit der Produktlänge eine
hinreichende Annäherung des Querschnittsbereichs an, so daß die
Größe oder das Gewicht der Produkteinheit bestimmt werden kann.
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Unter diesen Umständen können die Auslesewerte unmittelbar zur
Erkennung benutzt werden oder sie können zunächst in
konventionelle Einheiten wie Gewicht oder Volumen durch einen Vergleich
mit den aufgenommenen Werten mit einem Standard umgewandelt
werden. Ein derartiger Vergleich kann mittels eines konstanten
Faktors erfolgen, einer Tabelle oder konventionellen Mitteln, durch
die ein Standard mit der Interpretation der gemessenen Daten
verglichen
wird. Nachdem die Eigenschaft eines Produkts erfaßt
wurde, wird das Programm zurückgesetzt, um die Summierung der
Lichtspektrengröße und der Länge mit Null zu initialisieren.
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Die Erkennung der physikalischen Eigenschaft des Produkts kann
binär ausgegeben werden oder als gegenwärtige spezifische Größe.
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Im Fall einer binären Ausgabe kann das Produkt an einer
vorgegebenen Station entweder zurückgehalten oder aussortiert werden,
wobei ein "an"- oder ein " aus"-Signal an ein Stellglied gegeben
wird, um die Produkte von dem Förderband wegzunehmen. So können
z.B. stark beschädigte Produkteinheiten oder ungewöhnlich große
oder kleine Produkteinheiten automatisch von dem
Transportbandsystem an einer geeigneten Entnahmestation entnommen werden.
Eine Weiterverarbeitung von aufgenommenen Größen kann
andererseits beispielsweise dadurch erfolgen, daß eine Vielzahl von
Entnahmestationen ausgewählt werden, um eine bestimmte Beschickung
für jede Station zu erreichen. Durch eine derartige Anordnung
kann das geschätzte Gewicht der einzelnen Einheiten berechnet
werden und die Einheiten können selektiv bei einer Vielzahl von
Stationen entladen werden, um ein bestimmtes Beutelgewicht an
jeder Station zu erreichen. Die Signale, die durch das System
erzeugt werden, können typischerweise Solenoidvorrichtungen
aktivieren, die wiederum Entladesysteme aktivieren.
Selbstverständlich ist es notwendig, daß der Indiziermechanismus, der mit dem
Förderband verbunden ist, entsprechende Daten an das
Steuersystem abgibt, so daß das Steuersystem feststellen kann, wann
eine vorgegebene Produkteinheit eine Entladestation erreicht und
weiterhin feststellen kann, welche Zeit zum Entladen der
Produkteinheit notwendig ist.
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Zusammenfassed ist festzustellen, daß ein Mechanismus zur
Eingabe von Lichtabbildungen von Produkteinheiten oder Teilen von
diesen in einer derartigen Anordnung vorgestellt wurde, daß der
Ausgabewert
eine Mehrzahl von meßbaren Größen des Lichts in
spezifischen Spektren präsentiert, die zur Unterscheidung von
Produkteinheiten nützlich sind.