DE69534007T2

DE69534007T2 - System zur optischen inspektion

Info

Publication number: DE69534007T2
Application number: DE69534007T
Authority: DE
Inventors: John Castletroy MALLON; Maurice Moynihan
Original assignee: Oseney Ltd
Current assignee: Odenberg Engineering Ltd
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: IES66928B2; WO1996003226A1; EP0772498B1; DE69534007D1; AU2990795A; EP0772498A1; PT772498E; ES2236709T3; IES940593A2

Description

Diese Erfindung betrifft optische Inspektionssysteme und/oder Sortiersysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung optische Inspektionssysteme zur Verwendung bei der Steuerung von Frucht- oder Gemüse-Sortiersystemen und -Erntemaschinen, in Verpackungsanlagen und Konservenfabriken (siehe US-A-4,146,135).
Systeme dieser Art werden typischerweise zur Prüfung der Reife von Früchten und Gemüse und/oder zum Prüfen auf das Vorhandensein von Schmutzklumpen oder anderer Fremdstoffe und/oder das Vorhandensein von Farbfehlern sowie dazu verwendet, Kriterien zum Trennen guter Produkte von mangelhaften Produkten oder anderen unerwünschten Substanzen zu erstellen.
Zu den speziellen Beispiele zählt das Prüfen der Reife von Tomaten oder Früchten. Bei einem bekannten System wird auf Tomaten auftreffendes Licht reflektiert, und das reflektierte Licht wird überwacht, um den Reifegrad des Produkts und/oder den Grad des Vorhandenseins von Schmutz und/oder Produktfehlern zu bestimmen. Bei bestimmten Anordnungen werden lichtemittierende Dioden – LEDs – verwendet, um Licht auf Produkte auszugeben, die typischerweise an den Lichtquellen vorbeifallen. Existierende Systeme dieser Art sind jedoch mit mehreren Nachteilen behaftet, die insbesondere mit der Ablagerung von Schmutz an Fenstern zusammenhängen, durch die hindurch das Licht normalerweise gelenkt wird und hinter denen die Lichtquellen und auch die Lichtsensoren angeordnet sind.
Ein weiteres Problem besteht in der Anhaftung von Produktteilen oder anderen Fremdstoffen an jedweder Vorrichtung, welche die rückwärtige Begrenzung des Zielbereichs bildet und bei welcher es sich typischerweise um einen Vorhang handelt, da derartige unerwünschte Substanzen oder Verschmutzungen das Licht möglicherweise wieder zurück reflektieren können und dadurch Fremdlicht-Anzeigen verursachen. Ein weiteres Problem, das sich aus dem Beleuchten einer Inspektionszone oder eines Inspektionsbereichs mit LEDs ergibt, besteht darin, dass die Beleuchtung in dem Inspektionsbereich lückenhaft oder ungleichförmig werden kann, was zu einer ungleichförmigen Inspektionsempfindlichkeit führt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein mit optischem Licht betriebenes Produkt-Inspektionssystem zu schaffen, bei dem einige der oben angeführten Nachteile zumindest teilweise beseitigt sind.
Gemäß der Erfindung wird ein System zur optischen Inspektion verzehrbarer Naturprodukte geschaffen, das versehen ist mit:

(a) einem Inspektionsbereich, den die Produkte durchlaufen,
(b) mindestens einer Vorrichtung zum Leiten von Licht auf die Produkte, während diesen den Inspektionsbereich durchlaufen, und
(c) einer Vorrichtung zum Detektieren von von den Produkten rücklaufendem Licht, wobei
(i) die mindestens eine Lichtleitvorrichtung ein optisches System aufweist, das Licht im wesentlichen auf einen im Inspektionsbereich gelegenen spezifizierten Zielbereich fokussiert, durch den sich die Produkte beim Durchlaufen des Inspektionsbereichs hindurchbewegen, und
(ii) die mindestens eine Lichtleitvorrichtung und die Rücklauflicht-Detektionsvorrichtung mittels einer lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung von dem Inspektionsbereich getrennt sind,

Das System gemäß der Erfindung kann mehrere der Lichtleitvorrichtungen aufweisen, insbesondere zwei Lichtleitvorrichtungen.
Die oder jede Lichtleitvorrichtung weist zweckmäßigerweise mehrere Lichtemissionsquellen und ein Linsensystem auf, mit dem das aus den Quellen ausgegebene Licht im Wesentlichen auf den Zielbereich fokussiert wird. Vorzugsweise enthält die Anzahl von Lichtemissionsquellen eine erste Anzahl der Quellen, um Licht mindestens einer ersten Wellenlänge auszugeben, und mindestens eine weitere Anzahl der Quellen, um Licht mindestens einer zweiten Wellenlänge auszugeben, wobei die mindestens eine erste Wellenlänge und die mindestens eine zweite Wellenlänge in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der zu inspizierenden Produkte gewählt werden, und der Betrag der ersten Anzahl der Quellen mit der mindestens einen ersten Wellenlänge gegenüber dem Betrag der weiteren Anzahl der Quellen mit der mindestens einen zweiten Wellenlänge in Ausgleich gebracht oder an diesen angepasst werden muss, so dass für Signale, die von der Rücklauflicht-Detektionsvorrichtung ausgegeben werden, ein im Wesentlichen gleichartiger Verarbeitungsvorgang angewandt werden kann, der im Wesentlichen unabhängig von der Wellenlänge des Rücklauflichts ist. Die mindestens eine zweite Wellenlänge unterscheidet sich zweckmäßigerweise von der mindestens einen ersten Wellenlänge; wenn jedoch mehrere erste und zweite Wellenlängen verwendet werden, so dass die erste Anzahl von Quellen Quellen verschiedener Wellenlängen aufweist, was auch für die zweite Anzahl von Quellen gilt, dann können möglicherweise einige der zweiten Wellenlängen die gleichen sein wie einige der ersten Wellenlängen.
Somit kann unter bestimmten Umständen eine teilweise Überlappung von Wellenlängen existieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Systems der Erfindung sind die Lichtemissionsquellen in mehreren im Wesentlichen parallelen Reihen angeordnet, und das Linsensystem weist mehrere im wesentlichen zylindrische Linsenabschnitte auf, die im Wesentlichen parallel zu der Reihe von Quellen verlaufen, wobei jeder der mehreren Reihen ein jeweiliger Linsenabschnitt entspricht. Das Linsensystem kann z.B. ein Verbund-Linsensystem mit einer einstückigen Struktur sein, die aus einem Feststoff extrudiert oder maschiniert ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der Reihen von Lichtemissionsquellen zweckmäßigerweise relativ zu der Längsachse des betreffenden Linsenabschnitts seitlich versetzt, wobei die oder jede Lichtleitvorrichtung mehrere Reihen der Lichtemissionsquellen aufweist.
Bei einer bestimmten Ausgestaltung weist die oder jede Lichtleitvorrichtung mindestens drei Reihen von Lichtemissionsquellen auf, und zwar eine mittlere Reihe mit Lichtquellen zum Ausgeben von Licht mindestens einer ersten Wellenlänge, und, die mittlere Reihe flankierend, mindestens zwei Reihen von Quellen, die Licht mindestens einer zweiten Wellenlänge ausgeben, wobei die mindestens eine zweite Wellenlänge sich von der mindestens einen ersten Wellenlänge unterscheidet, und wobei an jeder Seite der mittleren Reihe mindestens eine Reihe von Quellen der mit mindestens einen zweiten Wellenlänge angeordnet ist.
Bei einer bestimmten derartigen Anordnung kann die oder jede Lichtleitvorrichtung drei Reihen der Lichtemissionsquellen aufweisen, wobei eine mittlere Reihe von Rot- und/oder Infrarot-Quellen dieser Quellen von zwei Reihen von Grün-Quellen dieser Quellen flankiert ist und dabei an jeder Seite der mittleren Reihe eine dieser beiden Grün-Quellen-Reihen angeordnet ist.
Bei jeder Variante des Systems der Erfindung kann jede Lichtemissionsquelle eine lichtemittierende Diode aufweisen.
Das System weist zweckmäßigerweise ferner eine Vorrichtung zum Steuern der Produktbewegung durch die Inspektionszone dahingehend auf, dass sich die Produkte im Wesentlichen durch den Zielbereich bewegen, wobei diese Vorrichtung z.B. einen Produktförderer aufweist, der mit Produktführungsvorrichtungen, Produktumlenkungsvorrichtungen und Inspektionsbereich-Umschließungsvorrichtungen zusammenwirkt.
Die zum Detektieren von Rücklauflicht vorgesehene Vorrichtung ist vorzugsweise im Wesentlichen in der Nähe der Lichtleitvorrichtung angeordnet, wie z.B. im Wesentlichen mittig zwischen zwei der Lichtleitvorrichtungen.
Die Lichtleitvorrichtung und die Rücklauflicht-Detektionsvorrichtung sind vorzugsweise durch eine lichtdurchlässige, jedoch produktundurchlässige Vorrichtung, wie z. B. ein Fenster, von der Inspektionszone getrennt.
Die oder jede Lichtleitvorrichtung ist zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass der Abstand zwischen dem Zielbereich und der lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung hinreichend ist, um eine Ansammlung unerwünschter Substanzen auf einer zum Zielbereich hin gerichteten Oberfläche der lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung im Wesentlichen zu minimieren.
Bei einem System gemäß der Erfindung weist die Rücklauflicht-Detektionsvorrichtung zweckmäßigerweise mindestens einen Sensor auf, der auf Reflexionslicht reagiert, das von den Zielbereich durchlaufenden Produkten her empfangen wird. Bei einer bestimmten Ausgestaltung der Erfindung weist das System mehrere der Sensoren auf, die in einem im Wesentlichen linearen Array angeordnet sind.
Das System kann ferner eine Vorrichtung aufweisen, mittels derer der Inspektionsbereich im Wesentlichen umschlossen wird, um einen unerwünschten Austritt von Produkten oder anderen Substanzen zu verhindern. Diese Umschließungsvorrichtung kann im Wesentlichen eine Umschließung für den Inspektionsbereich bilden und kann an dem dem Fenster oder den Inspektionsvorrichtungen gegenüberliegenden Ende oder der diesen gegenüberliegenden Seite des Inspektionsbereichs in Form einer einseitigen Installation vorgesehen sein, z.B. eines Vorhangs oder eines ähnlichen Wandteils, um den Inspektionsbereich abzuschließen.
Bei einem System gemäß der Erfindung können einander zugeordnete Lichtleitvorrichtungen und Rücklauflicht-Detektionsvorrichtungen eine im Wesentlichen einzige optische Einheit bilden, die an einer Seite des Inspektionsbereichs angeordnet ist. Alternativ kann das System mehrere einander zugeordnete Lichtleitvorrichtungen und Rücklauflicht-Detektionsvorrichtungen aufweisen, die mehrere optische Einheiten bilden, die jeweils mindestens eine Lichtleitvorrichtung und mindestens eine Rücklauflicht-Detektionsvorrichtung aufweisen, wobei mehrere optische Einheiten im Wesentlichen äquidistant voneinander um den Inspektionsbereich herum angeordnet sind. Somit sind bei dieser Variante der Erfindung bei Betrachtung in der Vorbewegungsrichtung des Produkts die optischen Einheiten im Wesentlichen symmetrisch um den Inspektionsbereich herum angeordnet. Folglich können drei derartige Einheiten in gegenseitigen Abständen von 120° angeordnet sein, während bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante der Erfindung zwei optische Einheiten vorgesehen sind, die einander im Wesentlichen diametral gegenüberliegend an entgegengesetzten Seiten des Inspektionsbereichs angeordnet sind, wobei die Einheiten um 180° beabstandet sind.
Ein System gemäß der Erfindung kann ferner aufweisen:

(a) eine Vorrichtung zum Vorbewegen von Produkten zum Inspektionsbereich, z.B. einen Förderer,
(b) eine Vorrichtung, um durch Analyse von den Produkten rücklaufenden Lichts mindestens ein Signal abzuleiten, das mindestens eine spezifizierte Eigenschaft der Produkte angibt, und
(c) eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Betriebs-Ausgangssignals auf der Basis des mindestens einen Signals. Die zum Erzeugen eines Betriebs-Ausgangssignals vorgesehene Vorrichtung kann mindestens ein Signal, mit dem eine Ablenkvorrichtung zwecks Trennens zurückgewiesener Produkte von akzeptierten Produkten gesteuert wird, und/oder Information zum Erstellen einer Produktqualitäts-Statistik ausgeben.

Die Erfindung umfasst ferner ein optisches Inspektionssystem, das im Wesentlichen dem System entspricht, das hier beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, sowie ein Sortiersystem, das Inspektionssysteme gemäß der Erfindung aufweist.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen folgendes gezeigt ist:
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Obst- oder Gemüse-Sortiervorrichtung gemäß der Erfindung,
2 zeigt eine veranschaulichende Vorderansicht eines Teils einer Schaltungsplatine, an der mehrere lichtemittierende Dioden zur Verwendung in dem optischen Inspektionssystem gemäß 1 angeordnet sind,
3 zeigt in Blickrichtung von der linken Seite von 2 eine im Wesentlichen schematische Querschnittsansicht der LED-Befestigungsvorrichtung des Systems gemäß der Erfindung,
4 zeigt eine im Wesentlichen schematische Ansicht der zusammengefügten Vorrichtung mit Darstellung einer Art der Anordnung der LED-Schaltungsplatinen bei einer praktischen Realisierung des optischen Inspektionssystems gemäß der Erfindung,
5 zeigt eine weitere Ansicht der zusammengefügten Vorrichtung mit einer gegenüber 4 detaillierteren Darstellung einer Art der Anordnung der LED-Schaltungsplatinen bei einer praktischen Realisierung des optischen Inspektionssystems gemäß der Erfindung, bevor die LEDs selbst angebracht werden,
6 zeigt eine Ansicht der zusammengefügten Vorrichtung gemäß 5 nach dem Anbringen der LEDs an der Struktur,
7 zeigt eine 1 ähnliche schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei optische Inspektionsvorrichtungen verwendet werden,
8 zeigt eine stark schematisierte Draufsicht auf eine Inspektionsstation, bei der drei optische Inspektionsvorrichtungen gemäß der Erfindung verwendet werden, und
9 zeigt ein Blockschaltbild eines z.B. gemäß 1 ausgebildeten Sortiersystems der Erfindung.
Im Folgenden wird im Zusammenhang mit 1 eine Ausführungsform einer Obst- oder Gemüse-Sortiervorrichtung der Art beschrieben, bei der die Erfindung angewandt werden kann, wobei diese Ausführungsform insbesondere zusammen mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten System verwendbar ist, das für eine Situation im Freien oder auf dem Feld ausgelegt ist. Gemäß 1 bewegt ein Flachbandförderer 1 ein zu überwachendes und inspizierendes Produkt 2 zu einer Inspektionsstation vor, an der das Produkt vom Ende des Bands durch eine Inspektionszone 11 hindurch her abfällt. An der Inspektionsstation ist mit Abstand von dem Ende des Flachbandförderers 1 und an der dem Förderer-Ende gegenüberliegenden Seite der Inspektionszone 11 eine optische Inspektionsvorrichtung 3 angeordnet, um das die Inspektionszone 11 durchlaufende Produkt zu überwachen. Die Zone 11 ist nach hinten hin, d.h. zu der von der Vorrichtung 3 entfernten Begrenzung der Zone 11, durch einen Vorhang 12 abgeschlossen. Die durch den Vorhang 12 definierte Begrenzung ist unter dem Ende des Förderers 1 angeordnet, an dem das Produkt durch die Inspektionszone herabfällt. Der Zweck des Vorhangs besteht darin, zu verhindern, dass Produkt- oder Ausschuss-Substanzen wie z.B. Steine oder dgl. aus dem Betriebsbereich der Maschine herausgeschleudert werden und möglicherweise eine Bedienungsperson oder eine andere Person in der Umgebung der Einheit verletzen. Die Betätigung der verschiedenen Betriebsmechanismen in diesem Bereich des Systems kann möglicherweise relativ unvorhersagbare und mit hoher Energie erfolgende Verlagerungen von Teilen von Produkt- oder Ausschussmaterial verursachen, und somit besteht das Erfordernis, einen Schutz gegen unerwünschtes Herausschleudern von Material aus diesem Bereich zu gewährleisten. Der Vorhang 12 und die anderen Umfassungsvorrichtungen erfüllen diese Funktion. Ebenfalls an dem gleichen Ende des Förderers, jedoch unterhalb der Inspektionszone 11, ist ein Aussonderungs-Mechanismus 4 angeordnet. Die Inspektionszone 11, die Vorrichtung 3 und der Aussonderungs-Mechanismus 4 haben im Wesentlichen die gleiche Breite wie das Band. Sowohl die Inspektionsvorrichtung 3 als auch der Aussonderungs-Mechanismus 4 erstrecken sich somit quer über den gesamten Vorbewegungsweg des Produkts 2 auf dem Band 1, so dass das gesamte Produkt, das auf dem Band nach vorne bewegt wird, überwacht, inspiziert und je nach Eignung akzeptiert oder zurückgewiesen werden kann.
Das vom Ende des Bands 1 herabfallende Produkt 2 durchläuft die Inspektionszone 11 und läuft dann nahe an einem Produktablenkmechanismus vorbei, der durch eine Gruppe bewegbarer Finger gebildet ist, welche die Betriebselemente des Aussonderungs-Mechanismus 4 bilden. Die Finger sind für einen "normalerweise offenen" Zustand ausgebildet, so dass gutes Produkt direkt in einen Behälter 6 für akzeptierbares Produkt fällt, wie in 1 in durchgezogener Linie angedeutet ist. Während der Periode des freien Falls, nachdem das Produkt den Förderer verlassen hat, jedoch bevor es die Finger erreicht, wird das fallende Produkt 2 mittels der Überwachungsmerkmale der Inspektionsvorrichtung 3 überwacht. Falls ein bestimmtes einzelnes Produkt fehlerhaft ist oder ein bestimmtes inspiziertes Objekt zurückzuweisen ist, gibt die Vorrichtung 3 ein Signal an den Aussonderungs-Mechanismus 4 aus, der die relevanten Finger 5 aktiviert, um das fehlerhafte Produkt oder Fremdmaterial derart abzulenken oder "wegzustoßen", dass es aus dem Produktstrom entfernt und einer Ausgabevorrichtung zugeführt wird, indem gewählte Finger der Finger-Gruppe, die der Position des unerwünschten Objekts entsprechen, in eine aktivierte Stellung geschwenkt werden, welche in 1 an dem Bezugszeichen Sa in unterbrochener Linie gezeigt ist. Mit dem Bezugszeichen 6 ist die Behälter- oder Aufnahmeanordnung für zur weiteren Vorbewegung vorgesehenes gutes Produkt bezeichnet, in die das gute Produkt 2 an den Fingern 5 vorbei hineinfällt, wenn diese sich in ihrer Normal- oder Frei-Betriebsposition befinden. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Behälter- oder Vorbewegungsweg- oder Sammelvorrichtung für zurückgewiesenes Produkt bezeichnet, in die hinein das fehlerhafte Produkt mittels der Finger 5, die gemäß 1 nach oben und rechts gedreht werden, abgelenkt oder gestoßen wird. Somit erfüllen bei der Anordnung gemäß 1 die Finger in ihrer normalen Stellung keine Ablenkfunktion, und das gute Produkt kann weiterhin im freien Fall seinem Bewegungsweg in den Behälter oder die Aufnahmevorrichtung 6 folgen. In Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen gutem und zurückzuweisendem Produkt in einem bestimmten Produktstrom kann jedoch alternativ eine umgekehrte Anordnung vorgesehen sein, bei der die Finger normalerweise eine Ablenk-Stellung einnehmen, so dass der Großteil des Produkts in einem Zurückweisungs-Kanal abgelenkt wird und das den kleineren Anteil bildende gute Produkt in einen Weg für gutes oder akzeptables Produkt verbracht wird, indem die Finger in eine offene Konfiguration bewegt werden. Die Inspektionsvorrichtung der Erfindung kann zum Detektieren fehlerhaften Produkts und/oder des Vorhandenseins von Fremdstoffen an gepasst werden. Im Falle von Obst- oder Gemüseprodukten kann es sich bei dem fehlerhaften Produkt um unreifes oder überreifes Produkt handeln, während zu den Fremdstoffen Erde, Blätter oder anderes, unerwünschtes Gemüsematerial zählen können.
Bei einem System des oben beschriebenen Typs können verschiedene Detektionsmechanismen in der Vorrichtung 3 verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist für Systeme vorgesehen, bei denen optische Inspektionsvorrichtungen und insbesondere optische Lichtsensoren wie z.B. lichtemittierende Dioden – LEDs – verwendet werden, die Licht auf das zu überwachende Produkt leiten. Die Inspektionsvorrichtung weist dann auch Sensoren auf, die auf das vom Produkt reflektierte Licht reagieren, um die erforderliche Beurteilung oder Klassifizierung des Produkt-Zustands durchzuführen.
Die Einheit 3 weist deshalb zweckmäßigerweise ein geschlossenes Gehäuse auf, in dem LEDs oder andere Lichtquellen sowie mit diesen zusammenwirkende Lichtsensoren enthalten sind, die sämtlich hinter einem Schutzfenster oder einer anderen lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung angeordnet sind, durch die hindurch Licht von den LEDs in die Inspektionszone 11 geleitet wird, und durch die hindurch ferner reflektiertes Licht von dem überwachten Produkt rückläuft, um mittels der detektierenden oder lichtempfindlichen Sensoren aufgenommen zu werden. An dem dem Fenster der Einheit 3 gegenüberliegenden Ende der Zone 11 ist der Inspektionsbereich durch einen Vorhang 12 oder eine andere Schließvorrichtung abgeschlossen und ist ferner durch weitere Wandteile umschlossen, und zwar zu dem oben beschriebenen Zweck, nämlich der Verhinderung eines Herausschleuderns von Produkt- oder Ausschuss-Substanzen.
Gemäß der nun zu erläuternden 2, die bestimmte Merkmale der vorliegenden Erfindung betrifft, sind drei Reihen von LEDs vorgesehen, und zwar eine mittlere Reihe von Infrarot-Quellen 21 und Rot-Quellen 22 in teilweiser alternierender Anordnung, wobei jede Rot-LED von benachbarten Rot-LEDs durch zwei Infratrot-LEDs beabstandet ist, und an jeder Seite der mittleren Reihe von Rot-/Infrarot-Quellen eine Reihe von Grün-LEDs 23, wobei jede Grün-Reihe im Wesentlichen parallel zu der mittleren Rot-/Infrarot-Reihe verläuft. Zweckmäßigerweise sind pro Linearlängenabschnitt von 25,4 mm (1 Inch) jeder Reihe vier LEDs angeordnet, und eine geeignete Bemessung für die Reihen-Trennung beträgt 28,5 mm. Bei diesen Bemessungen handelt es sich jedoch nur um Beispiele. Zweckmäßigerweise sind die LEDs an einem mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichneten Schaltungsplatinenteil angeordnet.
Diese Reihen, die hier als Reihe 31 für Rot/Infrarot und 32, 33 für Grün gekennzeichnet sind, sind in der geschnittenen Endansicht von 3 in Blickrichtung auf ihre Enden hin gezeigt. Diese Figur zeigt die Beleuchtungsvorrichtung. Die LEDs 21, 22, 23 gemäß 2 sind auf einer einzelnen darunterliegenden gedruckten Schaltungsplatine 41 angeordnet, von der ein Teil 25 in 2 gezeigt ist, und jede auf dieser einzelnen Schaltungsplatine angeordnete Reihe 31, 32, 33 von LEDs ist von jeder benachbarten Reihe durch längliche Linsen-Halteteile 42 getrennt. Längliche Linsenstrukturen 43, 44, 45, die sich entlang der Länge jeder Reihe 31, 32, 33 erstrecken, sind über den LEDs 21, 22, 23 sowie mit Abstand zu diesen angeordnet. Jede Linse 43, 44, 45 weist eine halbrunde oder halbzylindrische Struktur auf, die bei der Wiedergabe in der Zeichnung senkrecht zur Ebene des Papiers verläuft, wobei sich die halbrunden Stäbe 43, 44, 45 sich entlang den Seiten, an denen die flachen Flächen 46 auf die gekrümmten Flächen der Stäbe treffen, in gegenseitigem Randkontakt befinden.
Die mittlere Reihe 31 von LEDs, nämlich die Rot-/Infrarot-Reihe, ist entlang der optischen Achse der Linse 43 über dieser ausgerichtet. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass diese mittlere Reihe 31 von LEDs 21, 22 selbst mittig mit der Achse der mittleren Linse 43 ausgerichtet ist. Die Grün-Reihen 32, 33 an jeder Seite der mittleren Reihe 31 sind jedoch in jedem Fall physisch von der Achse ihrer jeweiligen Linse 44, 45 versetzt, jedoch sind sämtliche drei Reihen 31, 32, 33 in oder auf der gleichen Ebene ange ordnet, nämlich der Ebene der gedruckten Schaltungsplatine 41. Die flachen Flächen 46 der zylindrischen Linsen 43, 44, 45 verlaufen parallel zu dieser Ebene. Dieser physikalische Versatz der äußeren Reihen 32, 33 von LEDs 23 von den Achsen ihrer jeweiligen Linsen 44, 45 ist derart bemessen, dass sämtliche drei Reihen 31, 32, 33 von LEDs auf einen einzigen Zielbereich fokussiert sind. Die äußeren Reihen 32, 33 nutzen die Brechungseigenschaften ihrer jeweiligen Linsen 44, 45 zur Fokussierung auf einen Zielbereich, auf den Licht von der mittleren Reihe 31 auch entlang der mittleren Achse der Linse 43 gerichtet wird. Somit besteht gemäß 3 der Versatz der Reihe 32 nach links hin, d.h. von der Längsmittelachse der Linse 44 her betrachtet relativ zu der mittleren Rot-/Infrarot-Reihe 31 nach außen, während der Versatz der Reihe 33 nach rechts hin besteht, d.h. von der Achse der Linse 45 her betrachtet relativ zu der mittleren Reihe 31 und ihren Linsen 43 wiederum nach außen. Physisch ausgedrückt ist jede Reihe 32, 33 lateral oder seitlich derart versetzt, dass sie sich relativ zu einer Axialmittelebene der Vorrichtung – d.h. derjenigen Ebene, die durch die mittlere Reihe 34 und die Längsachse der Linse 43, die parallel zueinander verlaufen, definiert ist – außerhalb der Längsmittelachse der jeweiligen Linsenabschnitte 44, 45 befindet.
Zu den weiteren Merkmalen der Beleuchtungsvorrichtung gemäß 3 zählt, dass keine Linsen-Halteteile über die Vorrichtung hinweg angeordnet sind, da eine derartige Anordnung die Lichtkontinuität unterbrechen würde. Es sind lediglich die länglichen Halteteile 42 vorgesehen. Die LEDs sind an der einzelnen gedruckten Schaltungsplatine 41 angeordnet und liegen zweckmäßigerweise um ungefähr 30 mm unter den Linsenstruktur, wobei dies der Abstand zwischen den flachen Flächen 46 der Linsen und der oberen ebenen Fläche der gedruckten Schaltungsplatine 41 ist. Die Linsen 43, 44 und 45 sind zweckmäßigerweise als halbrunde Stäbe mit einem Durchmesser von 25,4 mm, nämlich 1 Inch, ausgebildet.
Die praktischen Vorteile dieser Anordnung sind aus der in 4 gezeigten Ansicht der zusammengefügten Vorrichtung ersichtlich. Es sind zwei Linsen- /LED-Arrays 51, 52 gemäß 3 gezeigt, von denen jede auf einzelnen Zielbereich 53 oder in dessen Nähe fokussiert ist, der mit einem geeigneten Abstand von dem Fenster 54 angeordnet ist, das die LED-Vorrichtungen 51, 52 und die generell mit dem Bezugszeichen 55 gekennzeichnete(n) Detektorvorrichtung oder -vorrichtungen vor dem herabfallenden Produkt oder vor Schmutz schützt. Die beiden LED-Vorrichtungen 51, 52 sind auf diesen einzelnen Zielbereich 53 fokussiert. Die Vorrichtungen 51, 52, 53 sind somit hinter dem Fenster 54 angeordnet. Ein durch dieses Fokussierungssystem erzielter Vorteil besteht darin, dass der Zielbereich 53, an dem vorbei oder durch den hindurch sich das Obst oder andere Produkt im freien Fall bewegt, in einem beträchtlich größeren Abstand von dem Fenster 54 angeordnet sein kann als bei den bekannten unfokussierten Systemen der Fall ist. Bei Nichtvorhandensein der LED-Fokussierung wird signifikant kürzerer Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Inspektionsbereich benötigt, um die erforderliche Licht-Dichte in dem Inspektionsbereich zu erzeugen. Bei einem derartigen verkürzten Abstand verschärft sich das Problem der Ansammlung von Schmutz an dem Fenster. Wenn der Inspektionsbereich nahe am Fenster liegt, bewegt sich das Produkt in relativ enger Nähe an dem Fenster vorbei, und zwar in derart geringem Abstand, dass eine verstärkte Übertragung von Schmutz und anderen unerwünschten Substanzen auf das Fenster erfolgt, wie z.B. durch Aufprall von Produkt auf das Fenster, Spritzer oder andere Einwirkungen, die unvermeidlich mit dem Durchtritt des Produkts durch den Inspektionsbereich einhergehen. Durch den erweiterten Abstand, der bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung vorhanden ist, wird die Ansammlung von Schmutz an dem Fenster, die aufgrund des den Inspektionsbereich durchlaufenden Produkts auftritt und ein spezielles Merkmal bekannter Systeme ist, reduziert oder im Wesentlichen vermieden. Der Abstand zwischen den Vorrichtungen 51, 52 an ihren Innenrändern beträgt zweckmäßigerweise 50 mm (2 Inch), wobei die Detektorvorrichtung 55 in diesem Bereich angeordnet ist. Die Detektorvorrichtung weist mehrere Sensoreinheiten auf, die in einem langgestreckten, linearen Array angeordnet sind, das parallel zu den LED-Reihen des Arrays 51, 52 verläuft.
Somit besteht ein sehr spezieller Vorteil der Erfindung darin, dass sie insbesondere eine beträchtlich verbesserte Sauberkeit des Schutzfensters erleichtert, hinter dem die Lichtvorrichtungen angeordnet sind. Folglich ist ein besonderes strukturelles Merkmal der Anordnung darin zu sehen, dass der Abstand der Zielzone von dem Schutzfenster hinreichend weit gewählt ist, um sämtliche signifikanten Ansammlungen von Schmutz an dem Fenster während des Betriebs des Systems im Wesentlichen zu verhindern. Bei den hier speziell beschriebenen Anordnungen resultiert dies in den erwähnten Bemessungen, jedoch ist das System nicht auf diese speziellen Bemessungen beschränkt, wobei das Kriterium darin besteht, dass der Abstand dahingehend hinreichend sein sollte, dass eine Ansammlung von Schmutz minimiert wird, und wobei dieser Abstand je nach der Beschaffenheit des Produkts sowie der strukturellen Parameter variieren kann. Relativ hartes Produkt kann mit geringerem Abstand zwischen der Zielzone und dem Fenster gehandhabt werden, während weiches Produkt, das stärker dazu tendiert, Spritzer zu verursachen, einen größeren Abstand erfordern kann.
Die Erfindung bietet ferner einen weiteren Vorteil in Bezug auf den Vorhang, die Klappe oder den Schirm 12 hinter dem Zielbereich (1 und 4). Produkt, das von diesem Vorhang oder dieser Klappe 12 abprallt oder gegen diesen bzw. dieses prallt, kann teilweise in Anhaftung an dem Vorhang 12 gelangen, oder Fremdsubstanzen können sich von dem Produkt lösen und an dem Vorhang 12 anhaften. Bei Systemen, bei denen das Licht aus den LEDs nicht an irgendeinem bestimmten Zielbereich fokussiert wird, kann aufgrund des Vorhandenseins dieses unerwünschten Materials ein Teil des auf den Vorhang auftreffenden Lichts wieder zurück reflektiert und somit von dem Sensor deflektiert werden, wodurch Fremdlicht-Ausgangssignale verursacht werden. Bei dem System gemäß der Erfindung wird das Licht auf einen spezifischeren Zielbereich fokussiert, und somit wird im Wesentlichen nur das von diesem Bereich reflektierte Licht von den Detektoren erfasst. Somit ist die Möglichkeit, dass das System auf Licht reagiert, das von dem Vorhang oder am Vorhang anhaftenden Fremdstoffen reflektiert wird, weitgehend ausgeschlossen, da das System nicht auf den Vorhang fokussiert wird. Somit kann das Ausmaß an Fremdlichtsignalen reduziert werden, oder derartige Signale können im Wesentlichen verhindert werden. Ein weiterer Vorteil des Systems gegenüber früheren Anordnungen, bei denen LED zum Beleuchten eines Inspektionsbereichs verwendet werden, besteht darin, dass gemäß der Erfindung die Anzahl der verwendeten LEDs reduziert oder gekürzt wird, jedoch die Gleichförmigkeit und die Intensität der Beleuchtung in dem interessierenden Bereich, d.h. dem Zielbereich der Inspektionszone, vergrößert werden.
Ein weiterer sehr signifikanter Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass aufgrund der Verwendung fokussierten Lichts und ferner aufgrund der verbesserten Sauberkeit des Fensters eine sehr viel kleinere Anzahl von LEDs verwendet werden kann als im Fall von Anordnungen, die mit nichtfokussiertem Licht betrieben werden. Im Vergleich zu nichtfokussierten Anordnungen kann die Anzahl von LEDs um einen Faktor von bis zu 5 und in einigen Fällen bis zu 10 reduziert werden.
Bei dem System gemäß der Erfindung ist die Inspektionszone 11 vorzugsweise derart ausgelegt, dass von einem Förderband 1 herabfallendes Produkt zum größten Teil den Zielbereich 53 durchläuft. Es können weitere Führungsvorrichtungen oder Steuermerkmale vorgesehen sein, um eine korrekte Platzierung des Produkts in der Inspektionszone dahingehend zu gewährleisten, dass eine korrekte Überwachung erfolgt, d.h. um eine Positionierung des Produkts am Zielbereich oder im Wesentlichen im Zielbereich zu gewährleisten, damit die fokussierten Lichtinspektionsstrahlen auf das durchlaufende Produkt auftreffen.
Bei der in 5 und 6 gezeigten praktischen Ausführungsform ist gemäß der zunächst heranzuziehenden 5 an jeder Seite einer mittleren Optik-Stange 65, an der ein längsverlaufendes Array von Linsenstrukturen 66 zur Fokussierung reflektierten Lichts auf eine Detektor-Leiste 67 angeordnet ist, jeweils eine der LED-Vorrichtungen 61, 62 angeordnet. Jede Sensoreinheit 66, 67, die in einem längsverlaufenden axialen Array an der Optik-Stange zwischen den LED-Einheiten angeordnet ist, kann ferner mit Vorrichtungen zum Verbessern der Sensorleistung versehen sein, so dass jeder Sensor einen bestimmten axialen Sektor der Zielzone in optimaler Weise überwacht und die Auswirkung von Innenreflexionen minimiert ist. Die Ausgestaltung jeder LED-Vorrichtung gleicht der bereits beschriebenen Ausgestaltung. Die mittleren optischen Achsen 68 der Vorrichtungen 61, 62 sind zur Fokussierung auf einen Zielbereich 69 ausgebildet, der etwa 290 mm (11,5 Inch) von dem Fenster 71 angeordnet ist, hinter dem die LED-Vorrichtungen 61, 62 und das Detektorsystem 66, 67 untergebracht sind. Die optischen Achsen 68 der Vorrichtungen 61, 62 bilden somit einen Winkel von ungefähr 10,3 Grad mit der Achse 72 der mittleren Optik-Stange/Detektoreinheit 65. Der Einschlusswinkel zwischen den beiden optischen Achsen 68 der jeweiligen LED-Vorrichtungen 61, 62 beträgt somit im Wesentlichen 20,6 Grad.
Bei der gezeigten Anordnung wird diese Winkelanordnung der Vorrichtungen 61, 62 zweckmäßigerweise dadurch erzielt, dass jede Vorrichtung 61, 62 an einer abgewinkelten Befestigungsstange 73 mit generell L-förmiger Konfiguration gehalten ist, wobei ein Abschnitt 74 der Stange an einer geeigneten abfallenden oder abgeschrägten Seitenfläche der Optik-Stange 65 angeordnet ist. Der zweite rechtwinklige Abschnitt 75 erstreckt sich dann unter einem derartigen Winkel nach außen, dass eine senkrecht zu ihm verlaufende Richtung mit der LED-Vorrichtungs-Achse 68 ausgerichtet ist oder parallel zu ihr verläuft. Die Stangen 73 und 65 haben in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu der Ebene der Zeichnungen verläuft, eine Längserstreckung; 5 und 6.
In 6 ist das System gemäß 5 mit in ihren Positionen festgelegten LEDs 81, 82, 83 gezeigt, und ferner ist die Weise veranschaulicht, in der die äußeren LEDs auf den Zielbereich 69 fokussiert sind, auf den die Gesamt-Optikachse 68 jeder Vorrichtung 61, 62 ausgerichtet ist. Wie bereits beschrieben ist jede äußere LED-Reihe 82, 83 relativ zu der Mittelachse ihrer jeweiligen Linse 84, 85 derart versetzt, dass ferner der Lichtweg von den LEDs 82, 83 im Wesentlichen entlang von Wegen, die mit den Bezugszeichen 87 und 88 gekennzeichnet sind, auf den Zielbereich fokussiert ist. Der Abstand des LEDs von den Linsenstrukturen beträgt im Wesentlichen 33 mm, 1,3 Inch, wobei jedoch sämtliche dieser Bemessungen nur Beispiele sind.
Es ist ersichtlich, dass die Lichtwege 87 und 88 und die anderen Lichtwege von den äußeren LED-Strukturen nur in stark schematisierter Weise gezeigt sind, wobei der optische Effekt des Versatzes der LEDs relativ zu der zylindrischen Linse in der vereinfachten Darstellung zwar nicht in unmittelbarer Deutlichkeit erkennbar ist, jedoch aus optischen Prinzipien weithin bekannt ist. Somit dient die Darstellung der Lichtwege in den Zeichnungen und insbesondere in 4 und 5 nur der Veranschaulichung dieses Aspekts und soll die Beschreibung der Erfindung verdeutlichen, zeigt jedoch nicht notwendigerweise einen präzisen Lichtweg in einer tatsächlichen physischen Struktur. Ferner wird ersichtlich sein, dass es sich bei der Zielzone oder dem Zielbereich 53 nicht notwendigerweise um eine durch einen Punkt oder eine Linie bestimmte Stelle handelt, wie es in den verschiedenen schematischen Darstellungen der Zeichnungen angedeutet ist, sondern dass sich der Zielbereich typischerweise über eine entlang der Mittelachse 72 des Gesamtstruktur verlaufende Distanz erstreckt, die durch die Toleranzen der Vorrichtung definiert oder bestimmt ist. In ähnlicher Weise hat der Zielbereich oder die Zielzone eine quer zur mittleren Achse 72 verlaufende Erstreckung, die wiederum von der Präzision abhängig ist, mit der die verschiedenen Linsenstrukturen ausgerichtet sind. Somit weist der Zielbereich oder die Zielzone einen dreidimensionalen Bereich mit komplexer Konfiguration auf, der sich im Wesentlichen quer über die Inspektionszone erstreckt, um eine imaginäre Ziellinie zu bilden, die in den Seitenansichten gemäß 4, 5 und 6 als idealisierter Zielpunkt gezeigt ist. Der Ausdruck "Zielbereich" oder "Zielzone" ist somit in diesem Kontext zu verstehen und bezieht sich nicht notwendigerweise auf eine Punkt- oder Linien-Position bei irgendeiner praktischen Installation.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist es möglich, zylindrische Linsenanordnungen zu verwenden, bei denen die äußeren Reihen von LEDs ohne physischen Versatz angeordnet sind, jedoch die LED-/Linsen-Vorrichtung derart abgewinkelt ist, dass das Licht auf den gleichen Zielbereich fokussiert wird wie derjenige für die mittlere oder Optikachsen-Reihe. Diese Ausgestaltung verlangt jedoch eine größere Anzahl von Schaltungsplatinen als die in den Zeichnungen gezeigte bevorzugte Ausführungsform, kann jedoch unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein. Die Anordnung gemäß 5 bietet jedoch die Möglichkeit einer leichten Vormontage der Untereinheiten des Systems und einer präzisen ausgerichteten Montage der LED-/Linsen-Unterbaugruppen an der Optik-Stange 65.
Die zylindrischen Linsenvorrichtungen können durch einzelne Verbund-Linsenstrukturen ausgebildet sein, bei denen die drei zylindrischen Linsenelemente 84, 85, 86 Teile oder Abschnitte einer einzigen extrudierten oder geformten Struktur bilden oder aus massivem Material maschiniert sind, um eine einzige einstückige Linsenstruktur zu bilden, die gegenüber den bereits gezeigten und erläuterten drei einzelnen halbzylindrischen Linsen bevorzugt wird. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine einfache und kostengünstige Ausbildung der betreffenden Linsenstrukturen. Es wird jedoch auch ersichtlich sein, dass die gewünschte Linsenstruktur ferner durch eine Folge halbkugelförmiger oder Ochsenaugen-Linsen gebildet werden kann, die in einem langgestreckten Array angeordnet sind; jedoch ist eine derartige Anordnung strukturell nicht so effektiv oder kostengünstig wie die oben beschriebenen einfachen halbzylindrischen Anordnungen, insbesondere bei der nun detailliert zu beschreibenden Verbundlinsen-Variation.
Die Anzahl jedes LED-Typs, wobei sich der Ausdruck "Typ" auf die Ausgabe-Wellenlänge bezieht, kann derart gewählt werden, dass eine im Wesentlichen gleiche Signal-Reaktion in den optischen Sensoren hervorgerufen wird, wenn diese auf eine Oberfläche mit optischen Eigenschaften gelenkt werden, die denjenigen der zu inspizierenden und zu sortierenden Gegenstände oder Produkte im Wesentlichen gleich sind. Durch diese Anordnung wird es ermöglicht, jedem Sensorelement speziell einen einzelnen Verstärker, gefolgt von einem A/D-Konverter, zuzuordnen, so dass jegliche Notwendigkeit entfällt, die von sämtlichen Sensoren erzeugten Signale für jeden LED-Typ in einem unterschiedlichen Maß zu verstärken. Im Effekt wird ein Ausgleich erzielt, indem eine größere Anzahl von LEDs vorgesehen ist, die Ausgabelicht mit niedrigerem Helligkeitsniveau erzeugen.
In der vorstehenden detaillierten Beschreibung wurden als Farbzuweisung für die Dioden Rot, Infrarot und Grün angegeben. Die Farbe der Dioden hängt effektiv von der Wellenlänge des von den Dioden ausgegebenen Lichts ab. Bei den angegebenen Farben handelt es sich nur um Beispiele, und die Erfindung ist nicht ausschließlich auf diese Farben beschränkt. In den Dioden-Arrays können beliebige geeignete Wellenlängen in jeder beliebigen Kombination vorgesehen sein. Bei bestimmten Produkten kann z.B. orangefarbenes oder gelbes Licht bevorzugt werden. Somit besteht die Anforderung an die Lichtquellen darin, dass sie hinsichtlich ihrer Wellenlänge an die bestimmten optischen Erfordernisse oder Eigenschaften des zu inspizierenden Produkts angepasst sein sollten. Die Erfindung ist auch nicht auf die ausschließliche Verwendung von Dioden als Lichtquellen beschränkt, obwohl Vorrichtungen dieses Typs eine derzeit besonders praktische Form von Lichtquelle für den besonderen Anwendungsfall darstellen.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ferner anhand von Anordnungen mit drei Reihen von Dioden beschrieben worden. Es können jedoch weitere Reihen von Dioden vorgesehen sein, und die jeweiligen Arrays können z.B. fünf oder mehr Reihen aufweisen. Derartige weitere Variationen können auch in Zusammenhang mit den für das Dioden-Array verlangten Farbeigenschaften vorgenommen werden, indem Lichtquellen verschiedener Wellenlängen in einer Vielfalt von Kombinationen vorgesehen werden.
Das System der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Sortierung oder Behandlung von Tomaten, insbesondere zur Prüfung auf Reife und Freiheit von Defekten. Das System ist auch für Handhabung anderer Obst- oder Gemüseprodukte anwendbar. Das System der Erfindung eignet sich auch für das Detektieren von Graden von Fehlerhaftigkeit oder Reife. Somit ist das System nicht nur zum Detektieren des Vorhandenseins von Farbdefekten geeignet, sondern zur Detektion dahingehend, ob ein bestimmter Grad von Farbdefekt eine Zurückweisung rechtfertigt oder nicht. Narben, schwarzer Schimmel oder andere Fehler können ebenfalls hinsichtlich ihres Vorhandenseins oder ihres Schweregrads identifiziert werden. Das System gemäß der Erfindung kann ferner als Größenerfassungsvorrichtung in einer kombinierten Größenerfassungs-/Sortiervorrichtung verwendet werden. Die Akzeptanz-/Zurückweisungs-Kriterien des Systems können somit auch auf die Produktgröße erweitert werden, optional in Kombination mit anderen Produktkriterien.
7 zeigt eine schematische Darstellung ähnlich derjenigen in 1, in der ein System gemäß der Erfindung gezeigt ist, bei dem zwei optische Inspektionsvorrichtungen 3a und 3b vorgesehen sind, wobei an jeder Seite der Inspektionszone 11 eine Inspektionsvorrichtung angeordnet ist. Eine Vorrichtung dieses Typs ist für den Betrieb außerhalb des Feldes geeignet und wird typischerweise in einer Fabrik- oder Verarbeitungsumgebung verwendet. Die Unterschiede zu der Anordnung gemäß 1 sind folgende:
Die einzelne Inspektionsvorrichtung 3 gemäß 1 ist durch zwei derartige Vorrichtungen 3a und 3b ersetzt, und der Vorhang 12 entfällt. Der Inspektionsabschnitt der Anlage ist jedoch ihn ähnlicher Weise umschlossen wie bei der Anordnung gemäß 1, um ein heftiges Herausschleudern von Produkt oder Ausschussmaterial zu verhindern. Jede optische Inspektionsvorrichtung 3a und 3b gleicht der bereits beschriebenen Ausgestaltung, und jede Vorrichtung ist auf die Zielzone oder den Zielbereich 11 fokussiert, durch die bzw. den das Produkt 2 sich vom Ende des Förderers her bewegt. Aufgrund dieser Fokussierung funktionieren die einander gegenüberliegenden Inspektionseinheiten 3a und 3b, ohne sich gegenseitig zu behindern, da jeder Detektor individuell nur auf das Licht reagiert, das von dem in der Zielzone 11 befindlichen Produkt 2 rückläuft, und nicht durch das Licht von der jeweils gegenüberliegenden Einheit 3a oder 3b beeinträchtigt wird, die an der anderen Seite des Zielbereichs 11 angeordnet ist.
Ein System gemäß der Erfindung kann auch mit drei Inspektionsvorrichtungen 3a, 3b, 3c arbeiten, wie aus der stark schematisierten Draufsicht gemäß 8 ersichtlich ist. Gezeigt ist ein Produkt 2, das sich durch die Inspektionszone 11 hindurch nach unten bewegt, und um diese Zielzone herum sind drei Inspektionsvorrichtungen 3a, 3b, 3c positioniert, die relativ zueinander mit jeweiligen Winkelabständen von 120° angeordnet sind und wiederum in der bereits beschriebenen Weise funktionieren.
9 zeigt ein Blockschaltbild der Signalhandhabungsmerkmale eines Sortiersystems, wie es in den mechanischen schematischen Darstellungen gemäß 1 und 7 gezeigt ist. In der von rechts nach links in dem Blockschaltbild verlaufenden Reihenfolge weist die Sortiervorrichtung die folgenden Abschnitte auf: eine Sensorvorrichtung 91, eine Signalverarbeitungsvorrichtung 92, eine Signalanalysevorrichtung 93, eine Zurückweisungs-Logik 94 und einen Zurückweisungs-Mechanismus 95. Die bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1, 7 und 9 gezeigten Merkmale bilden ein Untersystem einer größeren Anlage, bei der es sich um eine umfassendere Sortieranlage handeln kann, und können zweckmäßigerweise ferner eine Rollen- oder andere Fördervorrichtung, ein Wischersystem, ein System zur Reinigung vor Ort und ein Steuer-Merkmal enthalten, wobei das letztere eine Steuertafel oder andere Steueranordnung aufweist. Derartige Systeme können ferner Merkmale zur Datenerfassung und -ausgabe sowie zur Datenanalyse aufweisen, um Information zur Angabe der Systemleistung zu erzeugen.
Bei dem System gemäß 9 wird Bildinformation aus dem rücklaufenden Licht detektiert, das durch eine Detektionsvorrichtung 91 – wie z.B. die in 4 mit dem Bezugszeichen 55 oder in 5 mit den Bezugszeichen 66 und 67 gekennzeichnete Vorrichtung – erfasst worden ist, wobei dieses Rücklauflicht ein Maß für die Produktqualität bildet. Wie bereits beschrieben, wird fehlerhaftes Produkt in eine für zurückgewiesenes Produkt vorgesehene Behälter- oder Aufnahmevorrichtung hinein umgelenkt, indem die Finger 96 gemäß 9 nach oben und nach rechts hin gedreht werden, und zwar ausgehend von einer Frei-Position oder offenen Normal-Position, in der sie keine Ablenk-Funktion erfüllen, während das gute Produkt im freien Fall seinen Bewegungsweg in einen Behälter oder eine Aufnahmevorrichtung fortsetzt. Die Ablenkeinheiten können selbstverständlich auch an jeder Seite des Produktstroms angeordnet sein. Falls bei den Ansichten gemäß 1, 7 und 9 ein Transfer nach rechts hin erfolgt, wird die Ablenk-Aktion durch Drehung der Finger im Uhrzeigersinn statt im Gegenuhrzeigersinn bewirkt. Die Inspektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann zum Detektieren fehlerhaften Produkts und/oder des Vorhandenseins von Fremdstoffen ausgelegt werden. Im Falle von Obst- oder Gemüseprodukten kann das fehlerhafte Produkt unreifes oder überreifes Produkt oder ein Produkt mit anderen speziellen Fehlern wie z.B. Narben, schwarzem Schimmel oder anderen Oberflächen-Unregelmäßigkeiten sein. Bei den Fremdstoffen kann es sich um Erde, Blätter oder anderes, unerwünschtes Gemüsematerial handeln. Zusätzlich zum Detektieren des Vorhandenseins von Fehlern und Fremdstoffen kann das System auch zur Durchführung einer Unterscheidung zwischen bestimmten Fehlerhaftigkeits-Graden ausgelegt sein, z.B. zum Beurteilen, ob ein bestimmter Grad von Narben oder Schimmel eine Zurückweisung rechtfertigt oder nicht.
Bei dem Blockschaltbild gemäß 9 verstärkt die Signalverarbeitungsstufe 92 die Signale, welche die von dem Sensor 91 übermittelten Licht-Pegel angeben, um in analoger oder digitaler Form vorliegende numerische Daten zu erzeugen, die aus der Konvertierung von Spannungswerten abgeleitet werden. In der Signalanalysestufe 93 wird die aus dem rücklaufenden oder reflektierten Licht abgeleitete Information zwecks Erhalt von Information über die physischen Eigenschaften analysiert, die durch die Überwachungsfunktion ermittelt werden, so dass die gewünschten Eigenschaften des überwachten Objekts vorgelegt werden, um im Zusammenhang mit Betriebs-Entscheidungen oder Ausgangssignalen, die auf dieser Information basieren, verwendet zu werden. Zu dem relevanten Eigenschaften können das Vorhandensein von Schimmel, Narben, Stengeln und Blütenenden oder an dere Mängel – wobei auch eine Beurteilung des Schweregrads dieser Eigenschaften vorgenommen werden kann – und wahlweise die Produktgröße zählen. Basierend auf dieser Information kann eine Entscheidung dahingehend getroffen werden, ob ein bestimmtes Produkt akzeptabel ist oder zurückgewiesen werden sollte.
Ausgangssignale der Analysestufe 93 steuern eine Zurückweisungs-Logik 94, um zu bestimmen, welche der Finger 96 des Zurückweisungsmechanismus 95 aktiviert werden müssen und über welche Zeitdauer dies erfolgen soll, um ein identifiziertes fehlerhaftes Objekt in dem vom Strom guten Produkts entfernt angeordneten Zurückweisungsbereich zu leiten. Die bestimmten Finger 96, die bewegt werden sollen, sind an einer Stelle entlang der Quer-Erstreckung der Finger-Reihe angeordnet, die dem Bewegungsweg des betreffenden fehlerhaften Objekts entspricht, der an der Breite des durch den Förderer gebildeten Produkt-Vorbewegungswegs identifiziert worden ist.
9 zeigt ferner gepunkteter Kontur mehrere zusätzliche optionale Signalverarbeitungs-Logik-Module 92a, b, c und d, die weitere Eingangssignale für die Analysestufe 93 erzeugen können. Somit kann Information zur Produktqualität oder zu Produkteigenschaften, die durch andere Detektions- oder Überwachungstechniken abgeleitet worden ist, mit den Lichtsignalen des vorliegenden Systems kombiniert werden, so dass Vorrichtung auf der Basis kombinierter Kriterien, die zwei oder mehr Zustands- oder Produkt-Beurteilungen umfassen, entscheiden kann, ob ein Produkt zurückgewiesen werden soll oder nicht.
Zusätzlich zu dem von der Anordnung gemäß 9 erzeugten Fingerantriebs-Ausgangssignal kann das System auch Ausgangssignale erzeugen, die weitere Aspekte eines Produkthandhabungssystems betreffen, z.B. zur Steuerung stromabwärtiger Verarbeitungsschritte und insbesondere zur Datenbeurteilung, um Statistiken und andere produktionsrelevante Daten zu erzeugen. Somit ist durch die weiteren Merkmale 94a und 94b, die in dem Blockschaltbild in gepunkteter Kontur angedeutet sind, in generalisierten Form eine Vorrichtung veranschaulicht, mit der die aus den Inspektionsoperationen der vorliegenden Erfindung gewonnene Information beurteilt werden kann, Berichte erstellt werden können und Ausgangsinformation für die stromabwärts erfolgende Prozess-Steuerung erzeugt werden kann.

Claims

System zur optischen Inspektion verzehrbarer Naturprodukte, mit: (a) einem Inspektionsbereich, den die Produkte durchlaufen, (b) mindestens einer Vorrichtung zum Leiten von Licht auf die Produkte, während diesen den Inspektionsbereich durchlaufen, und (c) einer Vorrichtung zum Detektieren von von den Produkten rücklaufendem Licht, wobei (i) die mindestens eine Lichtleitvorrichtung ein optisches System aufweist, das Licht im wesentlichen auf einen im Inspektionsbereich gelegenen spezifizierten Zielbereich fokussiert, durch den sich die Produkte beim Durchlaufen des Inspektionsbereichs hindurchbewegen, und (ii) die mindestens eine Lichtleitvorrichtung und die Rücklauflicht-Detektionsvorrichtung mittels einer lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung von dem Inspektionsbereich getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtleitvorrichtung derart angeordnet ist, dass der Abstand zwischen dem Zielbereich und der lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung hinreichend ist, um eine Ansammlung unerwünschter Substanzen auf einer zum Zielbereich hin gerichteten Oberfläche der lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung im wesentlichen zu minimieren.
Inspektionssystem nach Anspruch 1, bei dem (i) die mindestens eine Lichtleitvorrichtung mehrere Reihen von Lichtemissionsquellen aufweist, wobei jede der mehreren Reihen mehrere Lichtemissionsquellen aufweist, und (ii) das optische System ein Linsensystem für das genannte Fokussieren des von den Lichtemissionsquellen ausgehenden Lichts im wesentlichen auf den Zielbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (1) das Linsensystem mehrere Linsensystem-Abschnitte aufweist, wobei einer jeden der mehreren Reihen von Lichtemissionsquellen ein jeweiliger Linsensystem-Abschnitt entspricht, und (2) mindestens eine Reihe der mehreren Reihen von Lichtemissionsquellen relativ zu dem betreffenden Linsensystem-Abschnitt, welcher der mindestens einen Reihe zugeordnet ist, derart positioniert ist, dass Licht aus jeder Reihe der mehreren Reihen mit dem genannten Abstand von der lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung im wesentlichen auf den Zielbereich fokussiert wird.
Inspektionssystem nach Anspruch 2, bei dem die Lichtemissionsquellen in mehreren im wesentlichen parallelen Reihen angeordnet sind und jeder Linsensystem-Abschnitt mindestens einen im wesentlichen zylindrischen Linsenabschnitt aufweist, der im wesentlichen parallel zu der betreffenden Reihe von Lichtemissionsquellen verläuft.
Inspektionssystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem mindestens eine der Reihen von Lichtemissionsquellen relativ zu einer Längsachse des betreffenden Linsenabschnitts, welcher der mindestens einen Reihe zugeordnet ist, seitlich versetzt ist.
Inspektionssystem nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem mindestens einer der Linsenabschnitte relativ zu der betreffenden Reihe von Lichtemissionsquellen, die dem mindestens einen Linsenabschnitt zugeordnet ist, winklig derart versetzt ist, dass Licht auf den Zielbereich fokussiert wird.
Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das Linsensystem mehrere einzelne zylindrische Linsenabschnitte aufweist, die eine Linsenanordnung definieren, bei der die Linsenabschnitte im wesentlichen in Randkontakt miteinander angeordnet sind.
Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das Linsensystem mehrere zylindrische Linsenabschnitte aufweist, die durch Abschnitte einer einzigen einheitlichen Linsenstruktur definiert sind.
Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem eine der Reihen von Lichtemissionsquellen Lichtquellen mit mindestens einer ersten Wellenlänge aufweist und eine weitere der Reihen Lichtquellen mit mindestens einer zweiten Wellenlänge aufweist, wobei die mindestens eine zweite Wellenlänge sich von der mindestens einen ersten Wellenlänge unterscheidet, und die Vorrichtung zum Detektieren rücklaufenden Lichts ein axiales Array von Sensoren aufweist, die im wesentlichen in der Nähe der mehreren Reihen von Lichtemissionsquellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lichtleitvorrichtung derart angeordnet ist, dass die optische Mittelachse der mindestens einen Lichtleitvorrichtung zum Fokussieren auf den Zielbereich ausgerichtet ist.
Inspektionssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit mehreren der genannten Lichtleitvorrichtungen, wobei jede der mehreren Lichtleitvorrichtungen mindestens drei Reihen von Lichtemissionsquellen aufweist, und zwar eine mittlere Reihe mit Lichtquellen zum Ausgeben von Licht mindestens einer ersten Wellenlänge, wobei die mittlere Reihe von mindestens zwei Reihen flankiert ist, die Lichtquellen zum Ausgeben von Licht mindestens einer zweiten Wellenlänge aufweisen, welche sich von der mindestens einen ersten Wellenlänge unterscheidet, wobei mindestens eine Reihe Lichtquellen mit der mindestens einen zweiten Wellenlänge aufweist und diese Lichtquellen an jeder Seite der mittleren Reihe angeordnet sind, und wobei die Vorrichtung zum Detektieren rücklaufenden Lichts im wesentlichen mittig zwischen zweien der mehreren Lichtleitvorrichtungen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass (1) die Vorrichtung zum Detektieren rücklaufenden Lichts ein längliches axiales Array von Sensoren aufweist, die an einer optischen Leiste angeordnet sind, und (2) an jeder Seite der optischen Leiste zwei der mehreren Lichtleitvorrichtungen derart angeordnet sind, dass die optische Mittelachse jeder der beiden der mehreren Lichtleitvorrichtungen zum Fokussieren auf den Zielbereich ausgerichtet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abstand zwischen dem Zielbereich und der lichtdurchlässigen, jedoch produktundurchlässigen Vorrichtung ungefähr 290 mm beträgt.