DE68906874T2

DE68906874T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Fehlern durch Lichtreflexion.

Info

Publication number: DE68906874T2
Application number: DE89119991T
Authority: DE
Inventors: Steven L Nyland
Original assignee: Lamb Weston Inc
Current assignee: Conagra Foods Packaged Foods LLC
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2009-10-28
Also published as: CA2002739A1; JPH0830679B2; DE68906874D1; EP0375881B1; CA2002739C; EP0375881A1; US5000569A; JPH02221844A

Description

Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein Fehlererkennungsgerät und ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern in Lebensmittelprodukten, wie Pommes Frites oder anderen Gegenständen, einschließlich Lebensmittelprodukten, durch Lichtreflexion und insbesondere solche Fehlererkennungsgeräte und Verfahren, die gepulste, lichtemittierende Halbleiterbauteile verwenden, um die zu untersuchenden Produkte mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen zu bestrahlen, sowie optische Sensoren mit fotoelektrischen Detektoren zum Erfassen des von diesen Produkten reflektierten Lichtes, um zu ermitteln, ob sie Fehler enthalten.
Das US Patent 4,576,071 von A.G. Rayment mit der Bezeichnung "Food Product Defect Sensor and Trimmer Apparatus" beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen von Ansprüchen 1 und 12 zum Erfassen und Entfernen von Fehlern von Pommes Frites-Stücken. Der bekannte Fehlerdetektor verwendet Lichtquellen in der Form von Glühbirnen oder Halogenlampen, welche "weißes" Licht aller sichtbaren Frequenzen und Infrarotlicht-Frequenzen erzeugen. Strahlteiler in der Form von heißen Spiegeln und Filtern werden zum Trennen solchen weißen Lichtes in Strahlenbündel mit zwei verschiedenen Wellenlängen, einschließlich sichtbarem Licht und mittlerem Infrarotlicht (NIR), verwendet. Dieses Fehlererkennungsgerät nach dem Stand der Technik hatte den Nachteil, daß solche weiße Lichtquellen im wesentlichen ununterbrochen eingeschaltet waren und eine hohe Leistung hatten, um eine ausreichende Lichtintensität vorzusehen, woraus sich eine kurze nutzbare Lebensdauer und eine übermäßige Wärmebildung ergab.
Ebenfalls von Bedeutung ist das US Patent 4,656,904 von A.G. Rayment, das eine verbesserte Trennvorrichtung offenbart, welche bei der Fehlersensor- und Trimmer-Vorrichtung des obengenannten Patentes von Rayment verwendet werden kann.
Das US Patent 4,558,786 von M.M. Lane offenbart eine elektrooptische Sortiervorrichtung, bei der gepulste lichtemittierende Dioden (LED) zum Beleuchten eines Produktes, wie einer Tomate, verwendet werden, um deren Reife oder Unreife zu ermitteln. Das Produkt wird im freien Fall über seine gesamte Oberfläche beleuchtet. Das von der Oberfläche des Produktes reflektierte Licht wird erfaßt, und ein sich ergebendes Ausgangssignal wird zu zwei Komparatoren übertragen, welche ermitteln, ob der Gegenstand organisch oder anorganisch ist, und, wenn er organisch ist, ob das Produkt reif oder unreif ist. Auf diese Weise werden organische Produkte von fremden anorganischen Stoffen aussortiert, und die organischen Produkte werden nach reifen und unreifen Produkten sortiert. Die Sortiervorrichtung erfaßt so die Reife des Produkts.
Wie im US Patent 4,520,702 von W.L. Davis et al, veröffentlicht am 4. Juni 1985, "Inspection and Cutting Apparatus" offenbart, wurde vorgeschlagen, eine Vorrichtung zum Untersuchen und Schneiden von Gegenständen vorzusehen, in der längliche Gegenstände, wie Pommes Frites-Streifen, an Abtastkamaras vorbei geführt werden, um Fehler darin zu erkennen, indem von solchen Gegenständen reflektiertes sichtbares Licht erfaßt wird. Das von einer Reihe von Glühlampen oder Fluoreszenzlampen emittierte sichtbare Licht ist scheinbar weißes Licht, welches alle Wellenlängen von sichtbarem Licht enthält. Eine solche Vorrichtung sieht nicht, wie beim obenbeschriebenen Patent von Rayment, Lichtstrahlen unter schiedlicher Wellenlänge vor. Um die Intensität der Beleuchtung zu erhöhen, wird die Lampenreihe mit Impulsen bei einer Frequenz angeregt, die zu der Abtastrate der Kamera synchron ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fehlererkennungsgerät und ein Verfahren vorzusehen, die Fehler in Lebensmittelprodukten und anderen Gegenständen auf schnelle, präzise Weise unter Verwendung von Lichtreflexion erkennen können.
Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist ein Fehlererkennungsgerät zum Erkennen von Fehlern in Gegenständen vorgesehen, mit einer optischen Sensorvorrichtung zum Abfühlen von Gegenständen und irgendwelchen Fehlern darin, einer Beleuchtungsvorrichtung zum Leiten von Strahlen emittierten Lichtes einer ersten und einer zweiten Wellenlänge zu den Gegenständen, einer Fördervorrichtung zum Bewegen der Gegenstände vorbei an der Beleuchtungsvorrichtung, um die freiliegende Oberfläche der Gegenstände mit den Lichtstrahlen abzutasten und die Reflexion des Lichtes von der Oberfläche der Gegenstände zu bewirken, und einer Betrachtungsvorrichtung zum Empfangen des reflektierten Lichtes und Leiten dieses Lichtes zur optischen Sensorvorrichtung, um elektrische Sensorsignale zu erzeugen, die die Menge des reflektierten Lichtes messen, um Fehler in den Gegenständen zu erkennen und die Position eines beliebigen Fehlers auf dem Gegenstand zu bestimmen, um diesen Fehler zu beseitigen, gekennzeichnet durch mehrere lichtemittierende Halbleitervorrichtungen, die erste Vorrichtungen, welche Licht der ersten Wellenlänge aussenden, und zweite Vorrichtungen, welche Licht der zweiten Wellenlänge aussenden, umfassen, wobei sich die zweite Wellenlänge von der ersten Wellenlänge unterscheidet und mindestens eine dieser Wellenlängen sichtbares Licht ist, eine Impulsgeber-Vorrichtung zum Anlegen elektrischer Impulse an die Halbleitervorrichtungen, um die ersten und zweiten Vorrichtungen zu betätigen, eine Begrenzervorrichtung zum Begrenzen des Sichtfeldes der Betrachtungsvorrichtung auf ein enges Feld, das die Gegenstände überstreicht, während sie an der Beleuchtungsvorrichtung vorbeigeführt werden, und eine Vergleichervorrichtung zum Vergleichen der von den Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge erzeugten Sensorsignale, um zwischen verschiedenen Arten von Fehlern zu unterscheiden.
Gemäß eines weiteren Aspektes sieht die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen von Fehlern in Gegenständen vor, mit folgenden Verfahrensschritten: Richten mehrerer Lichtstrahlen auf zu untersuchende Gegenstände, Fördern dieser Gegenstände vorbei an den Lichtstrahlen, um die freiliegenden Oberflächen der Gegenstände im wesentlichen gleichmäßig mit den Lichtstrahlen abzutasten, Erfassen des von den Gegenständen reflektierten Lichtes, welches diesen Lichtstrahlen entspricht, mit einer fotoelektrischen Detektorvorrichtung, um elektrische Sensorsignale unterschiedlicher Amplitude zu erzeugen, und Verarbeiten dieser Sensorsignale, um die Anwesenheit eines Gegenstandes zu bestimmen, um zu bestimmen, ob er einen Fehler enthält, und um die Position eines beliebigen Fehlers auf dem Gegenstand zu bestimmen, um den Fehler zu entfernen, gekennzeichnet durch Aus senden von Licht mit mindestens drei verschiedenen Wellenlängen von lichtemittierenden Vorrichtungen, um die Lichtstrahlen vorzusehen, wobei jede Wellenlänge von einer anderen lichtemittierenden Vorrichtung ausgesendet wird, gepulstes Ein- und Ausschalten dieser Vorrichtungen, um die Lichtstrahlen aus Lichtimpulsen zu bilden, Begrenzen des Sichtfeldes der fotoelektrischen Detektorvorrichtung auf ein enges Feld, welches die Gegenstände überstreicht, während sie an den Lichtstrahlen vorbeigeführt werden, und Vergleichen der durch die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlänge erfolgten Sensorsignale, um zwischen Fehlern unterschiedlicher Art zu unterscheiden.
Man hat herausgefunden, daß durch Verwenden gepulster lichtemittierender Halbleitervorrichtungen, wie lichtemittierender Dioden (LEDS), in Verbindung mit einem begrenzten Sichtfeld die Probleme mit der kurzen Lebensdauer und der übermäßigen Wärme bei der Vorrichtung des US Patentes 4,576,071 gelöst werden, und daß Licht mit einer ausreichenden Intensität mit einem kleinen Bruchteil der zuvor erforderlichen Leistungsaufnahme erzeugt wird. Daraus ergibt sich, daß gepulste LED-Lichtquellen eine nutzbare Lebenszeit von mindestens zehnmal der der zuvor verwendeten Glühbirnen oder Halogenlampen haben. Zusätzlich wird die Betrachtungsvorrichtung stark vereinfacht, indem die Notwendigkeit von Strahlteiler- Spiegeln und Filtern umgangen wird, weil die gewünschte Farbe oder Wellenlänge des Lichtes, das zum Bestrahlen des nach Fehlern zu untersuchenden Produktes verwendet wird, direkt von den LEDs erhalten werden kann. Die richtige Wellenlänge wird also einfach durch Auswählen eines solchen lichtemittierenden Halbleiterbausteines erhalten, dessen Ausgangslicht die gewünschte Wellenlänge hat. Dies ermöglicht auch den Einsatz von mehr als den zwei Farben oder Wellenlängen des Lichtes, die bei dem US Patent 4,576,071 eingesetzt sind. Durch Verwenden von mindestens drei verschiedenen, getrennten Licht-Wellenlängen kann das Fehlererkennungsgerät gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Fehler besser erkennen und zwischen verschiedenen Fehlerarten unterscheiden.
Zur Erläuterung der Erfindung ist im folgenden eine Ausführungsform beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Lebensmittelproduktfehler-Sensor- und Entfernungs-System, welches das Fehlererkennungsgerät nach der Erfindung verwenden kann, wobei der Einfachheit halber Teile weggelassen sind,
Fig. 2 einen Aufriß von einem Ende einer bevorzugten Ausführungsform des Fehlererkennungsgerätes nach der Erfindung, das zum Erkennen von Fehlern in länglichen Lebensmittelprodukten, wie Pommes Frites, verwendet wird,
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Gerät von Fig. 2,
Fig. 4 eine Vorderansicht einer LED-Montageplatte für das Gerät von Fig. 2 und 3, welche die Anordnung der lichtemittierenden Halbleiterbauteile, die zum Bestrahlen des Lebensmittelproduktes mit Licht verschiedener Wellenlängen verwendet werden, auf einer solchen Platte zeigt,
Fig. 5 eine vergrößerte schräge Ansicht der Bauteile in einem der Betrachter in dem Gerät von Fig. 2 und 3, mit einer optischen Sensor-Fotozelle, die zum Abfühlen der Lebensmittelprodukte verwendet wird,
Fig. 6 einen schematischen Schaltplan einer Impulserzeuger- Schaltung, die zum gepulsten Einschalten eines Satzes von lichtemittierenden Halbleiterbauteilen eingesetzt wird, so daß diese Licht einer vorgegebenen Wellenlänge im Gerät von Fig. 2 und 3 aussenden,
Fig. 7A ein Diagramm der im Gerät von Fig. 2 und 3 zum Betätigen der LEDs nacheinander und zum Steuern der Fotosensorschaltung erzeugten Taktimpulse,
Fig. 7B die System-Taktimpulse zum aufeinanderfolgenden Freigeben des Fehlererkennungsgerätes in jeder von acht im System von Fig. 1 vorgesehenen Bahnen, um Lebensmittelprodukte zu verschiedenen Zeitpunkten zu erfassen,
Fig. 8 einen schematischen Schaltplan einer Fotosensorschaltung, die mit den in den beiden Betrachtern von Fig. 2 und 3 verwendeten Lichtsensor-Fotozellen verbunden ist,
Fig. 9 eine Grafik der Kurven des Lichtreflexionsvermögens von Pommes Frites-Kartoffelstreifen mit Fehlern bei verschiedenen Lichtwellenlängen und unter verschiedenen Oberflächenbedingungen,
Fig. 10 eine schematische Grafik des normierten Lichtreflexionsvermögens von verschiedenen Fehlern auf der Kartoffel geteilt durch das durch eine Lichtreflexion von einer guten Kartoffel erzeugte Signal und
Fig. 11 eine Grafik von Kurven des prozentualen Lichtreflexionsvermögens von einem Pommes Frites-Kartoffelstreifen bei verschiedenen Wellenlängen und bei Positionen mit verschiedenen Entfernungen längs eines solchen Kartoffelstreifens mit zwei verschiedenen Fehlerarten.
Fig. 1 zeigt ein Lebensmittelproduktfehler-Sensor- und Beschneider-System, das mehrere Fehlererkennungsgeräte 10A, 10B, 10C, 10D und 10E gemäß der Erfindung verwendet, die jeweils am Ausgang einer von mehreren Bahnen 12A, 12B, 12C, 12D und 12E positioniert sind, die auf einem Fließbandsystem 14 zum Fördern länglicher Lebensmittelprodukte 16, wie Pommes Frites- Streifen, längs der Bahnen vorgesehen sind. Jede der Bahnen 12 ist von benachbarten Bahnen durch Bahnenteiler 18 getrennt, deren Auslaßenden enden, bevor das Förderband 14 unter den Fehlererkennungsgeräten 10A bis 10E hindurchgeht. Der Förderer 14 fördert die Kartoffelstreifen 16 in diesen Bahnen von links nach rechts in Richtung des Pfeiles 20, und die Streifen werden durch Aufprall-Ablenkeinrichtungen 17, die von gegenüberliegenden Seiten teilweise in jede Bahn hineinragen, in Längsrichtung ausgerichtet. Es sei bemerkt, daß andere Förder- und Ausrichtsysteme verwendet werden können, so auch ein System mit mehreren Paaren aus engen Fließbändern, ein Paar für jede Bahn, die zusammen mit Bürsten wahlweise angehoben und abgesenkt werden können, um seitliche Streifen von einem oberen zu einem unteren Band zu streichen, so daß sie die Kartoffelstreifen in Längsrichtung in einer Ausrichtposition ausrichten, ohne Ablenkeinrichtungen 17 oder Bahnteiler 19 zu verwenden, bevor die Detektoren 10 passiert werden. Nachdem die ausgerichteten Kartoffelstreifen 16 unter den Fehlererkennungsgeräten 10A bis 10E hindurchgegangen sind, werden sie durch zugeordnete Beschneider-Einrichtungen 22A bis 22D geleitet, die jeweils zwei kolbenbetätigte Schneidevorrichtungen 24 enthalten können, um die Fehlstellen zu entfernen, wie es in dem oben erläuterten US Patent 4,656,904 von Rayment et al gezeigt ist.
Die Eingangs- und Ausgangssignale der Fehlererkennungsgeräte 10A bis 10E werden über parallele Busleitungen 26 und 28 an ein digitales Computersystem 30 übertragen, das einen Master- Computer und mehrere Slave-Computer, einen für jede Bahn, aufweist. Der Slave-Computer steuert die beiden Schneidevorrichtungen 24 in jeder Beschneider-Einrichtung 22A bis 22E durch Ausgangs-Steuersignale auf parallelen Ausgangsbussen 32 und 34, um die Fehlstellen von einem Pommes Frites-Streifen 16 zu entfernen. Die geschnittenen Kartoffelstreifen 16A fallen zusammen mit den entfernten Fehlstellen 16B und den ungeschnittenen Streifen 16 von dem Ende des Förderbandes 14 auf einen Abführförderer 36 zum Abführen an Verpackungsmaschinen, nachdem die Fehlstellen entfernt wurden, beispielsweise durch ein nicht gezeigtes Sortiergitter, durch das kleinere Fehlstellen hindurchfallen können.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt jedes Fehlererkennungsgerät 10 zwei optische Sensoren, die innerhalb eines linken Betrachters 38 bzw. eines rechten Betrachters 40 auf gegenüberliegenden Seiten des Pommes Frites-Streifens 16 enthalten sind. Die Elemente eines Betrachters sind mit weiteren Einzelheiten in Fig. 5 gezeigt. Ein derartiges Fehlererkennungsgerät umfaßt ferner zwei linksseitige Gruppen 42 und 44 aus lichtemittierenden Halbleiterbauteilen, die LEDs sein können, zum Beleuchten der linken Seite der Kartoffelstreifen 16, zwei rechtsseitige Gruppen 46 und 48 aus rechtsseitigen Beleuchtungs-LEDs und zwei obere Gruppen 50 und 52 aus oberen Beleuchtungs-LEDs. Diese LED-Gruppen projizieren Licht auf die Oberseite und die beiden Seiten des Pommes Frites-Streifens 16, wenn er auf dem Förderer 14 unter dem Fehlererkennungsgerät in der Richtung 20 hindurchgeht. Das in vertikaler Richtung durch Strahlen 58A und 58B des linken Betrachters 38 begrenzte Sichtfeld ist auf die linke Seite des Pommes Frites- Streifens 16 gerichtet, so daß sein Mittelstrahl 54 einen Winkel von ungefähr 38º mit der Oberfläche des Förderers 14 einschließt. Das Sichtfeld des linken Betrachters in der vertikalen Ebene, das durch die Strahlen 58A und 58B angedeutet ist, ist jedoch ausreichend breit, um das Pommes Frites zu überstreichen und die gesamte Breite einer Bahn abzudecken. Auf ähnliche Weise erstreckt sich der Mittelstrahl 56 des Sichtfeldes 60A und 60B des rechten Betrachters 40 mit einem Winkel von ungefähr 38º zum Förderband 14. Das vertikal durch die Strahlen 60A und 60B begrenzte Sichtfeld des rechten Betrachters 40 ist breit genug, um das Pommes Frites zu überstreichen und die gesamte Bahn abzudecken. Wie in der Draufsicht von Fig. 3 gezeigt, sind die Sichtfelder 58 und 60 der Betrachter 38 und 40 in horizontaler Richtung jedoch sehr eng, weil sie durch eine Spaltöffnungsplatte im Betrachter begrenzt sind, wie in Fig. 5 gezeigt, so daß die Strahlen nur einen kleinen Abschnitt des Pommes Frites-Streifens schneiden, während er sich auf dem Förderer bewegt.
Die Projektionsfelder 62A, 62B und 64A, 64B der beiden linksseitigen LED-Gruppen 44 und 42 sind in horizontaler Richtung wesentlich breiter als das Sichtfeld des linken Betrachters 40. Dasselbe gilt für die Projektionsfelder 66A, 66B und 68A, 68B der beiden rechtsseitigen LED-Gruppen 46 und 48. Die Projektionsfelder 70A, 70B und 72A, 72B der beiden oberen LED- Gruppen 50 und 52 dehnen sich schließlich über die gesamte Breite der Bahn aus, um jedes Pommes Frites in dieser Bahn zu kreuzen, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt. Ein Teil des von den LEDs ausgestrahlten Lichtes wird also nicht in den Betrachter reflektiert, sondern verschwendet.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden die Gruppen der linksseitigen LEDs 44, oberen LEDs 52 und rechtsseitigen LEDs 48 in drei getrennten Gruppen auf einer gemeinsamen Trägerplatte 74 getragen, die eine gedruckte Leiterplatte sein kann, auf der die Verbindungen der LEDs mit der Impulsgeberschaltung vorgesehen ist. Eine zweite, nicht gezeigte, Trägerplatte trägt die anderen drei LED-Gruppen 42, 46 und 50 auf ähnliche Weise.
Die obere LED-Gruppe 52 umfaßt zwei grüne LEDs 76A und 76B an entgegengesetzten Enden der Gruppe sowie eine gelbe LED 72 und eine rote LED 78 in der Mitte der Gruppe, die alle sichtbares Licht unterschiedlicher Wellenlänge aussenden. Es sei bemerkt, daß das von den gelben LEDs ausgesendete Licht mit einer Wellenlänge von 570 Nanometern zu dem von den grünen LEDs ausgesendeten Licht addiert wird, um dessen Intensität zu erhöhen und um ein kombiniertes helles grünes Licht zu erzeugen, dessen Wellenlänge ungefähr bei 565 Nanometern liegt, da diese zur selben Zeit gepulst eingeschaltet werden. Die rote LED 78 sendet rotes Licht mit einer Wellenlänge von 660 Nanometern aus. Zusätzlich sendet eine LED 80 nicht sichtbares Licht im mittleren Infrarotbereich (NIR) mit einer Wellenlänge von 880 Nanometern aus, während eine LED 82 NIR-Licht mit einer Wellenlänge von 940 Nanometern aussendet.
Die linksseitige LED-Gruppe 44 umfaßt zwei gelbe LEDs 72A und 72B, zwei rote LEDs 78A und 78B und drei grüne LEDs 76A, 76B und 76C. Sie umfaßt ferner eine NIR-LED 80 mit einer Wellenlänge von 880 Nanometern und eine NIR-LED 82, die Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 940 Nanometern aussendet. Die rechtsseitige LED-Gruppe 48 ist in ihrer Beabstandung und Positionierung der LEDs ähnlich der linksseitigen, so daß entsprechende LEDs in derselben Anzahl verwendet werden, abgesehen von einem zusätzlichen Zünder (prime). Es sei jedoch bemerkt, daß die vertikalen Positionen der LEDs 80' und 82' zu denen der LEDs 80 und 82 in Gruppe 44 umgekehrt sind. Jede LED weist eine Kunststofflinse 83 auf, die einteilig mit deren Gehäuse ausgebildet ist, welche das emittierte Licht zu einem Strahlwinkel von etwa 20º fokussiert.
Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt jeder der Betrachter 38 und 40 einen Lichtsensor 84 mit einem fotoelektrischen Detektor in der Form einer einzelnen Halbleiterdioden-Fotozelle 82. Die Fotozelle kann eine Diode aus Silizium mit einer Spektralempfindlichkeit von etwa 450 Nanometern bis 1100 Nanometern sein. Der Betrachter umfaßt ferner eine obere Linse 88 und eine untere Linse 90, die durch eine Spaltöffnungsplatte 92 getrennt sind, wobei die obere Linse zwischen der Fotozelle und der Öffnungsplatte angeordnet ist. Die Spaltöffnungsplatte 92 enthält einen engen, rechteckigen, vertikal ausgerichteten Schlitz 94, der das Sichtfeld des Lichtsensors 84 in vertikaler Richtung auf das durch die Strahlen 60A und 60B begrenzte und in horizontaler Richtung auf das schmale Feld begrenzt, das die Pommes Frites-Streifen 16 in einem engen schattierten Bereich 96 schneidet, der ungefähr 1/16 Inch (1,5 mm) breit ist. Das Sichtfeld empfängt also von dem schattierten Bereich 96 des Pommes Frites-Streifen 16 reflektiertes Licht und sendet dieses Licht durch den Schlitz 94 auf die Fotozelle 96, um das Pommes Frites abzufühlen und einen Fehler im schattierten Bereich 96 des Pommes Frites durch Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals entsprechender Amplitude zu erfassen. Da sich das Pommes Frites auf dem Förderer 14 in der Richtung des Pfeiles 20 in Längsrichtung bewegt, überstreicht der schattierte Bereich 96, in dem das Sichtfeld 60 das Pommes Frites schneidet, die gesamte Länge des Pommes Frites, um Fehler darin zu erfassen und auch um die Länge des Pommes Frites auf eine im folgenden beschriebene Weise zu messen.
Eine Impulsgeneratorschaltung zum gepulsten Ein- und Ausschalten eines Satzes von LEDs, welche Licht mit derselben Wellenlänge, beispielsweise rotes Licht, aussenden, ist in Fig. 6 gezeigt. Die Schaltung umfaßt einen Ladungsspeicherkondensator 98, dessen untere Elektrode geerdet ist und dessen obere Elektrode über einen Strombegrenzungswiderstand 100 mit einer positiven Gleichspannungsquelle +V von beispielsweise +24 Volt verbunden ist. Ein solcher Strombegrenzungswiderstand kann einen Widerstandswert von ungefähr 180 Ohm haben, und ein derartiger Kondensator kann eine Kapazität von etwa 1,0 uF haben. Die Anode der oberen roten LED 78 ist mit dem Knoten zwischen dem Widerstand 100 und dem Kondensator 98 verbunden, und ihre Kathode ist mit dem Knoten zwischen den beiden Zweigen von in Reihe geschalteten LEDs verbunden, welche die linksseitigen roten LEDs 78A und 78B und die rechtsseitigen roten LEDs 78A' und 78B' umfassen. Die Anoden der Dioden 78A und 78A' sind dabei gemeinsam mit der Kathode von Diode 78 verbunden, während die Kathoden der Dioden 78B und 78B' mit den oberen Anschlüssen von zwei getrennten Konstantstromquellen 102 bzw. 104 verbunden sind, deren andere Anschlüsse geerdet sind. Die Stromquellen 102 und 104 sind also spannungsgesteuerte Stromquellen, die zu verschiedenen Zeitpunkten durch rechteckige Triggerimpulse 106 bzw. 108 eingeschaltet werden, welche an den linken Steueranschluß 106A der Stromquelle 102 und an den rechten Steueranschluß 108A der Stromquelle 104 angelegt werden. Diese Triggerimpulse 106 und 108 werden zu einem Zeitpunkt erzeugt, der einem von einem (nicht gezeigten) Drehgeber erzeugten Taktimpuls entspricht, wobei der Drehgeber mit der Antriebswelle des Förderbandes 14 verbunden ist, und wobei jeder Taktimpuls am Anfang jedes 1/16 Inch (1,5 mm) Segmentes der Bewegung des Pommes Frites 16 erzeugt wird. Diese Triggerimpulse schalten die Stromquellen 102 und 104 zu verschiedenen Zeitpunkten an, wie im folgenden mit Bezug auf Fig. 7A gezeigt wird, und entladen dabei den Kondensator über die LEDs, welche einmal für jeden Schritt der Bewegung des Pommes Frites auf dem Förderband mit der leitenden Spannungsquelle verbunden werden. So wird für jedes 1/16 Inch (1,5 mm) Stück der Bandbewegung bei einer Vielzahl von Positionen längs der Länge des Pommes Frites ein Lichtreflexionswert jeder Gruppe von linken und rechten LEDs gelesen, wie im folgenden beschrieben.
Durch den Betrieb der Konstantstromquellen 102 und 104 ergeben sich im wesentlichen konstante Ströme durch die obere LED 78 und die linken LEDs 78A, 78B oder die rechten LEDs 78A' und 78B', so daß diese Licht von im wesentlichen gleichförmiger Intensität während der gesamten Breite des durch die Entladung des Kondensators 98 erzeugten Impulses aussenden, wenn diese Stromquellen durch den Steuer-Triggerimpuls 106 oder 108 eingeschaltet werden.
Wie in Fig. 8 gezeigt, liegen die Fotozellen 86 und 86' der rechten und linken Betrachter 40 und 38 in Form von fotoelektrischen Dioden vor, deren Anoden geerdet sind und deren Kathoden mit dem Eingang von Strom-Spannungs-Wandler-Verstärkern 110 bzw. 112 verbunden sind. Die Ausgänge der Verstärker 110 und 112 sind mit den Eingängen verstärkungsgeregelter Verstärker 114 bzw. 116 verbunden. Alle vier Verstärker können Operationsverstärker des Typs LT 1057 in Form integrierter Schaltungen sein. Die Bezugsspannungseingänge der Verstärker 114 und 116 sind gemeinsam mit einem Verstärkungssteuerwiderstand 118 von 2 Kiloohm verbundene dessen anderes Ende über einen zweiten Verstärkungssteuerwiderstand 120 von 15 Kiloohm geerdet ist. Ein Schalter 122 ist parallel zum Widerstand 120 geschaltet, um diesen Widerstand kurzzuschließen, wenn der Schalter eingeschaltet ist, und dadurch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu erhöhen. Der Schalter 122 wird durch ein grünes Verstärkungssignal 123 leitend gemacht, das zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, der dem Erfassen eines grünen Lichtreflexionssignales entspricht, wie in Fig. 7A gezeigt. Das grüne Verstärkungssignal 123 wird an den Steueranschluß 123A des Schalters 122 angelegt, um den Verstärkungssteuerungs-Widerstandswert zu vermindern und dadurch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers zu erhöhen.
Die Ausgänge der Verstärker 114 und 116 sind mit zwei verschiedenen Eingängen eines ersten analogen Multiplexers 124 verbunden, der eine integrierte Schaltung des Typs CD4051B sein kann. Der Multiplexer 124 betreibt einen elektronischen Schalter 125 auf eine Weise, die dem Drehen eines manuellen Kontaktes des Schalters 125 zwischen diesen beiden verschiedenen Eingängen entspricht, um die analogen Ausgangssignale der rechten Fotozelle 86 und der linken Fotozelle 86' zu verschiedenen Zeitpunkten an den Eingang eines zweiten analogen Multiplexers 126 anzulegen, der eine integrierte Schaltung von derselben Bauart CD4051B sein kann. Der zweite Multiplexer hat acht Ausgänge 128A bis 128H, die mit den bewegbaren Kontakt seines Schalters 127 mit dem Eingang verbunden werden. Die ersten drei Ausgänge 128A, 128B und 128C sind mit Speicherkondensatoren 130A, 130B und 130C verbunden, um das linke grüne Lichtsignal, das linke NIR-Lichtsignal bzw. das linke rote Lichtsignal zu speichern, welche von der linken Fotozelle 86' erzeugt werden. Der vierte Ausgang 128D ist nicht verbunden und stellt eine erste AUS-Position des Eingangsschalters 127 des zweiten Multiplexers dar. Die fünfte, sechste und siebte Position 128E, 128F und 128G des Schalters 127 sind mit Kondensatoren 130D, 130E und 130F verbunden, um das rechte grüne Lichtsignal, das rechte NIR-Signal bzw. das rechte rote Lichtsignal zu speichern, welche von der rechtsseitigen Fotozelle 86 erzeugt werden. Die achte Position 128H des Schalters 127 entspricht einer zweiten AUS-Position.
Die Speicherkondensatoren 130A bis 130F haben eine mit den Ausgängen des Schalters 127 verbundene Elektrode, und ihre anderen Elektroden sind gemeinsam mit Masse verbunden, so daß jeder Kondensator ein anderes Ausgangssignal der Fotozellen 86 und 86' nach der Verstärkung und dem Abtasten dieser Fotozellen-Signalspannung speichert, wenn die Schalter 125 und 127 in den richtigen Positionen sind, um diese Signal an die Kondensatoren zu übertragen. Der Schalter 127 und die Speicherkondensatoren 130 arbeiten als Abtast- und Halteschaltungen zum Abtasten der Ausgangssignale der Fotozellen zu verschiedenen Zeitpunkten und halten oder speichern der abgetasteten Signalspannung. Die Multiplexer 124 und 126 werden durch Steuersignale geschaltet, die an die steueranschlüsse 132A, 132B und 134A, 134B, 134C und 134D auf im folgenden mit Bezug auf Fig. 7A beschriebene Weise angelegt werden.
Ein dritter analoger Multiplexer 136 des Typs CD4051B integrierte Schaltung ist vorgesehen, der einen Schalter 138 aufweist, dessen beweglicher Kontakt fest mit einem Ausgangsanschluß dieses Multiplexers und wahlweise mit sechs Eingangsanschlüssen verbunden ist, von denen jeder mit einem anderen der sechs Speicherkondensatoren 130A bis 130F verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Multiplexers 136 ist über einen Schalter 138 mit unterschiedlichen Speicherkondensatoren verbunden, um Sensor-Ausgangssignale, die der in jedem der Kondensatoren gespeicherten Spannung entsprechen, über einen Pufferverstärker 140 des Typs AD712 integrierte Schaltung zu dem Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers 142 zu übertragen, der eine integrierte Schaltung vom Typ AD7572 sein kann. Die acht Datenausgänge D0 bis D7 des Umsetzers 142 sind mit einem Mikroprozessor eines digitalen Universalrechners verbunden, der die Sensorsignale vergleicht, welche der Intensität des roten, grünen und NIR-Lichtes entsprechen, welches von den Pommes Frites-Streifen oder anderen länglichen zu untersuchenden Gegenständen reflektiert wird, um die Anwesenheit eines solchen Gegenstandes zu erfassen, seine Länge zu messen und die Art von Fehlstellen in einem solchen Gegenstand zu bestimmen. Der Rechner erzeugt Wähle-A-, Wähle-B- und Wähle-C-Ausgangssteuersignale, welche an den dritten Multiplexer 136 angelegt werden, um die Position des bewegbaren Kontaktes des Schalters 138 zu steuern, um verschiedene Sensorsignale an den Mikroprozessor der CPU 30 anzulegen, nachdem sie durch den Analog-Digital-Umsetzer 142 hindurchgegangen sind.
Fig. 7A zeigt den Zeitablauf einer Folge von sechs Triggersignalen zum aufeinander folgenden Ein- und Ausschalten der LED- Gruppen verschiedener Wellenlänge und von fünf Steuerimpulsen für die Sensorschaltungen. Die als Signale 7 bis 11 aufgeführten Steuerimpulse werden an den Steueranschluß 123A der Verstärker 114, 116 und an die Steueranschlüsse 132A, 132B, 134A, 134B, 134C und 134D der Multiplexer 124 und 126 angelegt, um den Verstärkungsfaktor dieser Verstärker zu verändern und um zu bewirken, daß die Speicherkondensatoren 130A bis 130F der Fotozellen-Sensorschaltung von Fig. 8 die Spannungen der Sensorsignale abtasten und speichern. Das rechtekkige Triggersignal 106 für die linken roten LEDs von Fig. 6 ist beispielsweise das dritte in der Folge und schaltet die linken roten LEDs und die oberen roten LEDs für etwa 25 Mikrosekunden an. Auch der sechste Impuls ist ein rechteckiges Triggersignal 108, das die rechten roten LEDs und die oberen roten LEDs kurze Zeit später für 25 Mikrosekunden einschaltet. Nachdem der Impuls 106 aufhört, werden auf diese Weise die rechten grünen LEDs durch einen Triggerimpuls 144 ein- und ausgeschaltet, und dann werden die rechten NIR-LEDs durch einen Impuls 146 ein- und ausgeschaltet, jeweils für 25 Mikrosekunden. Daraufhin werden die rechten roten LEDs durch einen Impuls 108 eingeschaltet.
Am Anfang der Triggerimpulsfolge werden die linken grünen LEDs als erstes durch einen rechteckigen Triggerimpuls 148 für etwa 25 Mikrosekunden eingeschaltet. Daraufhin werden die rechten grünen LEDs durch den Impuls 144 als dem vierten Impuls der Folge eingeschaltet. Ferner werden die linken NIR-LEDs von dem zweiten Impuls 150 für 25 Mikrosekunden eingeschaltet, bevor die rechten NIR-LEDs vom fünften Impuls 146 eingeschaltet werden. Es wird daraus ersichtlich, daß jede der sechs LED-Gruppen zu verschiedenen Zeitpunkten von aufeinander folgenden Triggerimpulsen 148, 150, 106, 144, 146 und 108 eingeschaltet werden, um zu verhindern, daß die Sensorschaltung von Fig. 8 das Licht verschiedener Gruppen, das von den Pommes Frites oder anderen Gegenständen reflektiert wird, verwechselt. Dies erlaubt das Erzeugen eines Sensor-Ausgangssignals am Ausgang des Multiplexers 136 von Fig. 8 mit der richtigen Spannung, die der reflektierten Lichtintensität jeweils einer der sechs Gruppen von LEDs auf einmal entspricht.
Die Steuerimpulssignale umfassen ein "LED-Steuerung 0"-Signal 152, das an den Steueranschluß 134A angelegt wird, und ein "LED-Steuerung 1"-Signal 154, das an den Steueranschluß 134B des Multiplexers 126 angelegt wird. Ein "Links-Rechts"-Steuersignal 156 wird an den Anschluß 132A des Multiplexers 124 und den Anschluß 134C des Multiplexers 126 angelegt. Ein "Sperren"-Signal 158 wird an den Anschluß 132B des Multiplexers 124 und den Anschluß 134C des Multiplexers 126 angelegt. Die Steuersignale 152, 154, 156 und 158 sind rechteckige Impulssignale, welche in einem 4-Bit-Binärcode angeordnet sind, wie in Fig. 7A gezeigt, um die Multiplexer 124 und 126 zu betreiben, so daß die Speicherkondensatoren 130A bis 130F mit den Ausgängen der Fotozellen nacheinander in der richtigen Reihenfolge verbunden werden, um die gewünschten LED-Gruppensignale zu speichern, wie in der folgenden Tabelle angegeben: links grün links rot rechts grün rechts rot Steuer-Signal LED Steuerung rechts-link sperren
Dies bewirkt, daß die richtige Spannung in den Speicherkondensatoren 130A bis 130F am Ende der LED-Impulse 148, 150, 106, 144, 146 und 108 gespeichert wird, und daß diese gespeicherten Spannungen als Ausgangssignale vom Multiplexer 136 zum Mikroprozessor übertragen werden.
Fig. 7A zeigt ferner, daß das an den Schalter 122 der Verstärker 114 und 116 von Fig. 8 angelegte "grüne Verstärkung"-Signal 123 diesen Schalter schließt, um den Widerstand 120 mit positiven Impulsen 160 und 162 nur dann kurzzuschließen, wenn die grünen LEDs von Triggerimpulsen 148 und 144 gepulst eingeschaltet werden. Der Verstärkungsfaktor der Verstärker 114 und 116 wird also nur durch Impulse 160 und 162 erhöht, wenn grünes Licht erfaßt wird, weil das grüne Licht eine geringere Intensität hat.
Wie in Fig. 7B gezeigt, werden positive Freigabeimpulse 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176 und 180 nacheinander an jedes der acht Fehlererkennungsgeräte 10A, 10B, 10C, 10D usw. in acht verschiedenen Bahnen des Förderers angelegt, um die LEDs des entsprechenden einzuschaltenden Fehlererkennungsgerätes nur während dieser Freigabeimpulse einzuschalten. Dies verhindert Lichtreflexionen von einem Gegenstand in einer Bahn zu einem Erkennungsgerät in einer benachbarten Bahn, welche fehlerhafte Signal-Erfassungswerte in den Fotosensoren bewirken könnten.
Wie in der Grafik von Fig. 9 gezeigt, verändert sich die Größe des Lichtreflexionsgrades von den Pommes Frites-Streifen bei verschiedenen Wellenlängen abhängig davon, ob der bestrahlte Abschnitt der Kartoffel ein guter weißfarbiger Kartoffelabschnitt ist, dessen Reflexionsgrad oder Reflexionsvermögen durch die Kurve 180 dargestellt ist, oder eine Fehlstelle, wie bei einem braunen Kartoffelschalenabschnitt von Kurve 182, oder eine grüne Kartoffel-Fehlstelle von Kurve 184 oder eine Fäulnis-Fehlstelle von Kurve 186. Bei der grünen Lichtwellenlänge von 565 Nanometern, die von den grünen und gelben LEDs erzeugt wird, wird etwa 63% des Lichtes von einem guten weißen Kartoffelabschnitt reflektiert, wie durch Kurve 180 angegeben. Ein brauner Schalenabschnitt reflektiert jedoch nur ungefähr 15% des grünen Lichtes bei dieser Wellenlänge, wie durch Kurve 182 angegeben. Ferner wird ungefähr 46% des Lichtes grüner Wellenlänge von der grünen Fehlstelle der Kartoffel reflektiert, wie durch Kurve 184 angegeben. Die fauligen Fehlstellen der Kartoffeln reflektieren nur ungefähr 12% des Lichtes einer Wellenlänge von 565 Nanometern, wie durch Kurve 186 angegeben.
Bei der roten Lichtwellenlänge von 660 Nanometern, die von den roten LEDs ausgesendet wird, reflektieren die guten weißen Kartoffelabschnitte ungefähr 70% des Lichtes, wie durch Kurve 180 angegeben. Die braunen Schalenabschnitte reflektieren ungefähr 27,5% des roten Lichtes gemäß Kurve 182, während die grünen Fehlstellen bei dieser Wellenlänge ungefähr 35% des roten Lichtes gemäß Kurve 184 reflektieren. Die fauligen Abschnitte der Kartoffeln reflektieren nur 18% des Lichtes roter Wellenlänge gemäß Kurve 186. Bei NIR-Licht mit einer Wellenlänge von 880 und 940 Nanometern ist der Reflexionsgrad des guten weißen Kartoffelabschnittes 180, der braunen Schalen- Fehlstellen 182 und der grünen Fehlstellen 184 jedoch im wesentlichen immer derselbe. Bei einer NIR-Wellenlänge von 880 Nanometern ist der weiße Kartoffel-Reflexionsgrad beispielsweise 52% auf Kurve 180, der braune Schalen-Reflexionsgrad ist 53% auf Kurve 182, und der grüne Fehlstellen-Reflexionsgrad ist 57% auf Kurve 184. Der NIR-Lichtreflexionsgrad wird daher zum Erfassen der Anwesenheit eines Kartoffelstreifens und zum Messen von dessen Länge verwendet. Es ist einfacher, die grünen Fehlstellen 184 von den weißen Kartoffelabschnitten 180 bei der roten Lichtwellenlänge zu unterscheiden, weil sie um ungefähr 35% abweichen. Es ist ferner einfacher, die braunen Schalen-Abschnitte 182 und die fauligen schwarzen Abschnitte 186 von der guten weißen Kartoffel 180 bei der grünen Lichtwellenlänge zu erfassen, weil sie um ungefähr 48% abweichen. Es sind daher mindestens drei verschiedene Lichtwellenlängen notwendig, um alle Fehlstellen zu erfassen und um zwischen bestimmten Arten von Fehlern zu unterscheiden.
Wie oben erläutert, wird das NIR-Licht verwendet, um die Anwesenheit der Pommes Frites-Streifen zu erfassen und die Länge dieser Streifen zu messen, jedoch nicht das Auftreten von Fehlstellen. Das Verhältnis des grünen Lichtreflexionsgrades geteilt durch den NIR-Lichtreflexionsgrad und das Verhältnis des roten Lichtreflexionsgrades geteilt durch den NIR-Lichtreflexionsgrad werden jedoch vom Rechner ermittelt, um die Fähigkeit zu verbessern, zwischen bestimmten Fehlern zu unterscheiden, unabhängig von der Größe des Kartoffelstreifens. Bei dem in Fig. 9 angegebenen Beispiel wird das NIR-Licht von 880 Nanometern von guten weißen Kartoffeln zu 57% und von verfaulten Fehlstellen 186 zu 32% reflektiert, während es von der braunen Schale 182 zu 53% und von grünen Kartoffelfehlstellen zu 52% reflektiert wird.
Die Reflexionsgradverhältnisse des grünen Lichtes geteilt durch das mittlere Infrarotlicht (NIR) sind dann:
46/52 = 0,88 grüner Kartoffelfehler
63/57 = 1,1 weiße Kartoffel
15/53 = 0,28 brauner Schalenfehler
12/32 = 0,37 verfaulte Fehlstelle
Die Reflexionsgradverhältnisse des roten Lichtes geteilt durch das NIR sind demgegenüber:
35/52 = 0,67 grüner Kartoffelfehler
70/57 = 1,23 weiße Kartoffel
27,5/53 = 0,52 brauner Schalenfehler
18/32 = 0,56 verfaulte Fehlstelle
Aus den rotes Licht/NIR-Verhältnissen ergibt sich daher die beste Möglichkeit, grüne Kartoffelfehlstellen von weißen Kartoffeln zu unterscheiden. Das grüne Licht/NIR-Verhältnis liefert dagegen das beste Ergebnis beim Ermitteln von brauner Schale und verfaulten Fehlstellen sowie anderen nicht grünen Fehlstellen gegenüber guten weißen Kartoffeln und eine klare Abgrenzung gegenüber grünen Kartoffelfehlstellen.
Die Lichtreflexionsgrad-Kurven werden "normiert", indem die Fehlstellen-Reflexionsgrade durch den Reflexionsgrad einer guten weißen Kartoffel in Kurve 180 geteilt werden, um in Fig. 10 Kurven verschiedener Fehlerarten vorzusehen, einschließlich Wärmebrand 188, grüne Fehlstellen 190, Hohlstellen 192, Schorf 194, Schale 196 und Fäulnis 198. Aus diesen Kurven ist leicht ersichtlich, daß grüne Fehlstellen 190 die einzigen Fehlstellen sind, die einen geringeren normierten Reflexionsgrad bei roten Wellenlängen als bei grünen Wellenlängen haben. Dadurch können grüne Fehlstellen von anderen Fehlstellen unterschieden werden.
Es sei bemerkt, daß bei der NIR-Wellenlänge von 880 Nanometern die Fehlstellen einen normierten Reflexionsgrad von wesentlich weniger als 1,0 haben, während bei einem NIR von 940 Nanometern diese Fehlstellen einen normierten Reflexionsgrad von zumeist mehr als 1,0 haben. Deshalb werden beide NIR-Wellenlängen zum Erfassen der Anwesenheit der Kartoffel verwendet, weil zusammen ihr mittlerer normierter Reflexionsgrad ungefähr 1,0 ist. Durch Verwenden von zwei verschiedenen sichtbaren Lichtwellenlängen, zusammen mit zwei NIR-Wellenlängen kann das Fehlererkennungsgerät nach der Erfindung Kartoffelstreifen genauer abfühlen, deren Länge messen, Fehlstellen erfassen und zwischen verschiedenen Fehlerarten unterscheiden.
Fig. 11 zeigt das Ergebnis einer Fehlerüberprüfung in prozentualen Veränderungen der Ausgangssignale der Fotosensoren, die den Pommes Frites-Streifen 16 von seinem linken Ende zu seinem rechten Ende überstreichen, bei einem Kartoffelstreifen, der etwa zwei Inch (51 mm) lang und an seinem rechten Ende abgeschrägt ist, wobei eine Fehlstelle mit einem grünen Abschnitt 16B vorhanden ist. Das Ausgangssignal für NIR-Licht ist also eine Kurve 200, die über die gesamte Länge des Kartoffelstreifens im wesentlichen konstant ist, einschließlich einem Mittelbereich mit einer kleinen Fehlstellen 16A, die jedoch aufgrund einer Verminderung der vertikalen Dicke bei dem abgeschrägten rechten Ende des Pommes Frites von 100% bei einer Position von 1,65 Inch (42 mm) auf null Prozent bei 2,0 Inch (51 mm) abnimmt. Das Ausgangssignal für eine grüne Verhältniskurve 202, die dem Verhältnis des grünen Lichtsignals geteilt durch das NIR-Signal entspricht, nimmt jedoch bei der kleinen Fehlstelle 16A dramatisch ab, und zwar von einem 100% Signal bei einer Position von etwa 0,65 Inch (16,5 mm) zu einem Minimum von ungefähr 52% bei 0,80 Inch (20,3 mm), und geht dann auf einen Wert von 100% bei etwa 1,0 Inch (25,4 mm) zurück, wo es bis zum Ende des Pommes Frites bei 2,0 Inch (51 mm) bleibt. Dieselbe kleine Fehlstelle 16A wird von der roten Verhältniskurve 204 für das rote Wellenlängen-Ausgangssignal geteilt durch das NIR-Ausgangssignal erfaßt. Die rote Verhältniskurve 204 gibt jedoch auch eine dramatische Verminderung der Amplitude in der Nähe der grünen Fehlstelle 16A' an, wo sie sich von 100% bei etwa 1,4 Inch (35,5 mm) auf 90% bei etwa 1,55 Inch (39,4 mm) und danach auf einen Wert von 70% bei ungefähr 1,80 Inch (45,7 mm) bis zu einem Minimum von 60% bei einem Wert von etwa 1,85 Inch (47,0 mm) vermindert. Die rote Verhältniskurve 204 ist also zum Erfassen der Fehlstelle des grünen Bereiches 16A' am geeignetsten, während die grüne Verhältniskurve 202 zum Angeben anderer Fehlstellen am besten geeignet ist, wie Schale, Fäulnis, Schorf, einer Hohlstelle oder Hitzebrand. Durch Verwenden der roten und grünen Verhältnisse, wie angegeben, werden die Fehlstellen erfaßt und identifiziert, und zwar unabhängig von der Größe des Kartoffelstreifens. Wenn die Verminderung des roten Verhältnisses 204 beispielsweise größer ist als die Verminderung des grünen Verhältnisses 202, sowie bei 16A', wissen wir, daß die Fehlstelle eine grüne Stelle ist. Wenn jedoch die Verminderung des grünen Verhältnisses größer ist als die Verminderung des roten Verhältnisses, wie bei 16A, wissen wir, daß ein anderer Fehler vorliegt, wie eine Schalen-Fehlstelle.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß viele Veränderungen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgenommen werden können. Der Gegenstand der Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

1. Fehlererkennungsgerät zum Erkennen von Fehlern in Gegenständen (16), mit einer optischen Sensorvorrichtung (84) zum Abfühlen von Gegenständen und irgendwelchen Fehlern darin, eine Beleuchtungsvorrichtung (42, 44, 46, 48, 50, 52) zum Leiten von Strahlen emittierten Lichtes mit einer ersten und einer zweiten Wellenlänge zu den Gegenständen (16), einer Fördervorrichtung (14) zum Bewegen der Gegenstände vorbei an der Beleuchtungsvorrichtung (42, 44, 46, 48, 50, 52), um die freiliegende Oberfläche der Gegenstande mit den Lichtstrahlen abzutasten und die Reflektion des Lichtes von der Oberfläche der Gegenstände zu bewirken, und einer Betrachtungsvorrichtung (38, 40) zum Empfangen des reflektierten Lichtes und Leiten dieses Lichtes zur optischen Sensorvorrichtung (84), um elektrische Sensorsignale zu erzeugen, die die Menge des reflektierten Lichtes messen, um Fehler in den Gegenständen (16) zu erkennen und die Position eines beliebigen Fehlers auf dem Gegenstand bestimmen, um diesen Fehler zu beseitigen, gekennzeichnet durch mehrere lichtemittierende Halbleitervorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82), die erste Vorrichtungen, welche Licht der ersten Wellenlänge aussenden, und zweite Vorrichtungen, welche Licht der zweiten Wellenlänge aussenden, umfassen, wobei sich die zweite Wellenlänge von der ersten Wellenlänge unterscheidet und mindestens eine dieser Wellenlängen sichtbares Licht ist, eine Impulsgeber- Vorrichtung (98, 100, 102, 104) zum Anlegen elektrischer Impulse an die Halbleitervorrichtungen, um die ersten und zweiten Vorrichtungen zu betätigen, eine Spaltöffnungsplatte (92) zum Begrenzen des Sichtfeldes der Betrachtungsvorrichtung (38, 40) auf ein enges Feld, das die Gegenstände (16) überstreicht, während sie an der Beleuchtungsvorrichtung (42, 44, 46, 48, 50, 52) vorbei gefördert werden, und eine Vergleicher-Vorrichtung zum Vergleichen der von den Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen erzeugten Sensorsignale, um zwischen verschiedenen Arten von Fehlern zu unterscheiden.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Impulsgebervorrichtung (98, 100, 102, 104) die ersten Vorrichtungen und die zweiten Vorrichtungen zu verschiedenen Zeitpunkten betätigt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die ersten und zweiten Wellenlängen im Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht und Infrarotlicht liegen.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Halbleitervorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82) dritte Vorrichtungen umfassen, die Licht einer dritten Wellenlänge aussenden, welche sich von der ersten und der zweiten Wellenlänge unterscheidet.

5. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die erste Wellenlänge Infrarotlicht und die zweite und die dritte Wellenlänge sichtbares Licht ist.

6. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Halbleitervorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82) lichtemittierende Dioden (LED) sind.

7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Impulsgebervorrichtung (98, 100, 102, 104) mehrere Kondensatorentladungs-Impulserzeuger-Schaltkreise aufweisen, die mit verschiedenen der ersten und zweiten Vorrichtungen verbunden sind.

8. Gerät nach Anspruch 7, bei dem die Kondensatorentladungs- Impulserzeuger-Schaltkreise Konstantstrom-Vorrichtungen (102, 104) zum Anlegen eines Strom-Ausgangsimpulses mit im wesentlichen konstantem Strom an die Vorrichtungen aufweisen.

9. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die optische Sensorvorrichtung (84) photoelektrische Detektoren (82) aufweist, die elektrische Ausgangssignale erzeugen, wenn sie das reflektierte Licht empfangen, wobei die Amplitude diese Ausgangssignale der Intensität des empfangenen reflektierten Lichtes entspricht und angibt, ob ein Fehler vorliegt, sowie die Art des Fehlers identifiziert.

10. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gegenstände (16) Lebensmittelerzeugnisse sind.

11. Gerät nach Anspruch 10, bei dem die Lebensmittelerzeugnisse Pommes Frites-Streifen (16) sind und die Beleuchtungsvorrichtung (42, 44, 46, 48, 50, 52) die Oberseite und zwei gegenüberliegende Seiten dieser Streifen mit Licht der ersten und der zweiten Wellenlänge und mit Licht einer dritten Wellenlänge beleuchtet, wobei zwei dieser Wellenlängen sichtbares Licht sind und die dritte Wellenlänge Infrarotlicht ist.

12. Verfahren zum Erkennen von Fehlern in Gegenständen, mit folgenden Verfahrensschritten: Richten (42, 44, 46, 48, 50, 52) von mehreren Lichtstrahlen auf zu untersuchende Gegenstände (16), Fördern dieser Gegenstände (16) vorbei an den Lichtstrahlen, um die freiliegenden Oberflächen der Gegenstände im wesentlichen gleichmäßig mit den Lichtstrahlen abzutasten, Erfassen (38, 40) des von den Gegenständen reflektierten Lichtes, welches den Lichtstrahlen entspricht, durch eine photoelektrische Detektorvorrichtung (84), um elektrische Sensorsignale unterschiedlicher Amplitude zu erzeugen, und Verarbeiten dieser Sensorsignale, um die Anwesenheit eines Gegenstandes (16) zu bestimmen, um zu bestimmen, ob er einen Fehler enthält, und um die Position eines beliebigen Fehlers auf dem Gegenstand zu bestimmen, um diesen Fehler zu entfernen, gekennzeichnet durch Aussenden von Licht mit mindestens drei verschiedenen Wellenlängen von lichtemittierenden Vorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82), um die Lichtstrahlen vorzusehen, wobei jede Wellenlänge von einer anderen lichtemittierenden Vorrichtungen ausgesandt wird, gepulstes Ein- und Ausschalten (98, 100, 102, 104) dieser Vorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82), um die Lichtstrahlen aus Lichtimpulsen zu bilden, Begrenzen des Sichtfeldes der photoelektrischen Detektorvorrichtungen auf ein enges Feld, welches die Gegenstände überstreicht, während sie an den Lichtstrahlen vorbei gefördert werden, und Vergleichen der durch die Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen erzeugten Sensorsignale, um zwischen Fehlern unterschiedlicher Art zu unterscheiden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zwei der Wellenlängen sichtbares Licht sind und die dritte Wellenlänge Infrarotlicht ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem Gruppen von lichtemittierenden Vorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82) nacheinander gepulst eingeschaltet werden, so daß Lichtimpulse derselben Wellenlänge zu einem angegebenen Zeitpunkt ausgesandt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem bei der Impulsgabe ein Speicherkondensator (98) über die Vorrichtungen (72, 76, 78, 80, 82) entladen wird und der Entladestrom gesteuert wird (102, 104), um einen im wesentlichen konstanten Strom durch diese Vorrichtungen aufrechtzuhalten.