EP4278168A1 - Optische spektroskopie mittels ortsaufgelöster beleuchtung für schüttgut - Google Patents

Optische spektroskopie mittels ortsaufgelöster beleuchtung für schüttgut

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EP4278168A1
EP4278168A1 EP22700637.6A EP22700637A EP4278168A1 EP 4278168 A1 EP4278168 A1 EP 4278168A1 EP 22700637 A EP22700637 A EP 22700637A EP 4278168 A1 EP4278168 A1 EP 4278168A1
Authority
EP
European Patent Office
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light
location
image
different
spectroscopy
Prior art date
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Pending
Application number
EP22700637.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julius KRAUSE
Thomas Längle
Michael Palmer
Jürgen BEYERER
Matthias Hartrumpf
Günter Struck
Tim Zander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4278168A1 publication Critical patent/EP4278168A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
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    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07C—POSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00—Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34—Sorting according to other particular properties
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/3155—Measuring in two spectral ranges, e.g. UV and visible
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    • G01N2021/845—Objects on a conveyor
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8592—Grain or other flowing solid samples

Definitions

  • the invention relates to a spectroscopy device for classifying at least one object, in particular for classifying bulk material objects, with an illumination device for illuminating the at least one object, an image acquisition device for optically acquiring at least one image of the at least one object illuminated by the illumination device, and an evaluation device for Evaluation of the image captured by the image capturing device for classifying the at least one object.
  • optical spectroscopy objects of different spectral reflectance are distinguished.
  • the classic line spectroscopy in which the light is broken down into its wavelength components with the help of dispersive optical elements within the image plane.
  • Disadvantages here are the high manufacturing precision required and the one-dimensional object resolution.
  • multispectral cameras that either have filters that change over time, or consist of a camera array with filters placed in front, or which have additional sensors or other filter arrays instead of the usual red-green-blue (RGB) filter arrays.
  • RGB red-green-blue
  • One aspect relates to a spectroscopy device for classifying one or more objects, in particular for classifying one or more bulk material objects, with an illumination device, an image acquisition device and an evaluation device.
  • the lighting device is designed to illuminate the at least one object in such a way that the at least one object (i.e. one or more objects) is illuminated at a (first) location with a light of a (first) predetermined spectral distribution and at at least one further (second) location, which differs from the one (first) location, with a further (second) light assigned to the further location and having an assigned further (second) specified spectral distribution, which in turn differs from the one (first) specified spectral distribution of the of a first light is different.
  • third, fourth, fifth, etc. further locations can also be provided with corresponding lights or spectral distributions.
  • the image capturing device is designed for optical capturing, i.e. for capturing, at least one image of the at least one object illuminated by the lighting device, in such a way that the object is at the different (first, second, third, etc.) locations, and thus at different Lighting conditions, namely illuminated with the lights of different spectral distributions, is optically detected.
  • One image is preferably captured per location, that is to say at least two images.
  • the image acquisition device advantageously acquires a reflectance image of the at least one object, that is to say a light component reflected by the object or objects.
  • the evaluation device is designed to evaluate the at least one image captured by the image capture device for classifying the at least one object.
  • the evaluated image can contain images with corresponding sub-areas, which show the object or objects at the different locations.
  • several images, which are recorded by different cameras, for example, can show the object or objects at the different locations and can be evaluated.
  • the evaluation device can also include a classification unit, which uses the evaluated image(s) to classify the at least one object.
  • the detection speed does not depend on the ability to switch, in particular not on a maximum switching frequency of the corresponding lighting device.
  • the bottleneck of the method thus no longer depends on the hardware, but on the corresponding downstream image processing, ie the corresponding computing capacity, which further increases the flexibility of the device.
  • the lighting device is designed to illuminate the at least one object at at least two or three, preferably at least four, additional locations, each of which is different from the one location and also from each other, with a respective location-specific additional light with a respective to this light and thus to this location associated further predetermined spectral distribution illuminate.
  • the respective predefined spectral distributions are different from, ie all, other spectral distributions that are assigned to the other locations.
  • the lighting device has a light source, preferably a single light source, and a dispersive optical element.
  • the light source is designed to generate light of several different wavelengths, in particular of a spectrum that is essentially or at least partially continuous.
  • An essentially continuous spectrum can be understood here as a spectrum in which only individual (for example characteristic) wavelengths are missing.
  • a spectrum that is continuous at least in sections can be understood to mean a spectrum in which several continuous spectral ranges are separated by one or more wavelength sections in which the corresponding light has the intensity 0.
  • the dispersive optical element can in particular be or include a grating and/or a prism.
  • the dispersive optical element is designed to direct the light generated by the light source, depending on the respective wavelengths, to the various locations in order to illuminate the object there.
  • the illumination device can have several different light sources, which are each designed to generate light of different wavelengths or different wavelength ranges, in particular disjunctive wavelength ranges, and to illuminate the object at the different locations with the respective different light.
  • optical elements such as the dispersive optical element from above can be dispensed with and a particularly large degree of freedom is achieved with regard to the geometric structure of the spectroscopy device.
  • the spectroscopy device described can thus be used particularly flexibly in a large number of different application scenarios or can be adapted to them.
  • the specified spectral distributions, in particular all specified spectral distributions, of the lights with which the object to be captured by the image capturing device is illuminated are specified to be constant over time.
  • the spectral distributions can be specified to be constant both in their form, ie in their (relative) wavelength distribution, and in their intensity. This has the advantage of particularly simple control of the lighting device or of the light sources assigned to the lighting device, which enables particularly gentle and therefore long-lasting operation.
  • the illumination device in particular all light sources for illuminating the object, are arranged in a statically predetermined spatial relationship relative to the image acquisition device.
  • This has the advantage that light sources and image acquisition devices do not have to be moved or cannot be moved, so that on the one hand a simple construction of the spectroscopy device is achieved with few movable ones Share, on the other hand, an adjustment of the illumination device to the image acquisition device is easy to perform and remains constant in time relative to each other due to the lack of mobility provided, which improves the accuracy of the spectroscopy device.
  • the specified spectral distributions of the light are in an infrared range and/or in a visible range and/or in an ultraviolet range.
  • the infrared range can range from 2200 nm to 640 nm, the visible range from 640 nm to 380 nm and the ultraviolet range from 380 nm to 190 nm.
  • a conveyor device in particular a belt conveyor device, is provided, which is designed to convey the object or objects automatically at a predetermined speed from one location to one or more other locations.
  • a constant speed can be provided for the transport.
  • a corresponding conveyor device typically a conveyor belt as a belt conveyor device, is already available anyway, see above that no further moving parts are introduced into the system by the spectroscopy device described.
  • the spectroscopy device described can thus be used particularly reliably and flexibly in many applications.
  • the evaluation device is designed to process image information of the at least one image, which in each case represents the image recorded at the different locations, and/or respective individual evaluation results, which are each derived from one of the image information items assigned to the different locations are to associate with each other.
  • This association can take place in particular as a function of the speed specified for the conveying device, to ensure that image information or evaluation results from different objects are not associated with one another.
  • An alternative possibility of association would be, for example, corresponding object recognition in the respective image information, that is to say in different image sections of the same image which correspond to the different locations, or in different images which correspond to the different locations. This has the advantage that the reliability and accuracy of the evaluation is improved.
  • Another aspect relates to a spectroscopy method for classifying at least one object, in particular for classifying bulk material objects, with the method steps of illumination, optical detection and evaluation.
  • the illumination relates to the at least one object at one location with a light of a predetermined spectral distribution and at at least one other location, which is different from the one location, with another light assigned to the location and of a further predefined spectral distribution assigned to the corresponding location, which differs from the one predetermined spectral distribution of the one light.
  • the optical detection relates to an image of the illuminated at least one object at the different locations, and the evaluation of the detected at least one image for the classification of the at least one object.
  • Advantageous and advantageous embodiments of the spectroscopy method correspond to advantages and advantageous embodiments of the spectroscopy device.
  • the spectroscopy device 1 in FIG. 1 has an illumination device 2 for illuminating at least one object 3 .
  • the lighting device 2 has a plurality of, in the present case two, light sources 2a, 2b, which each generate a light 4a, 4b of different predetermined spectral distributions. With these lights 4a, 4b, the object is illuminated at different locations 5a, 5b when the spectroscopy device 1 is in operation.
  • the spectroscopy device 1 also has an image acquisition device 6, which is designed to acquire at least one image of the at least one object 3 illuminated by the illumination device.
  • the image capturing device 6 has a capturing area 7 for this purpose, which includes the two locations 5a, 5b.
  • a first image of the object 3 can be captured at a first point in time, at which the object 3 is located at the first location 5a, and at a second point in time, at which the object 3 is located at the second location 5b, a second picture.
  • an evaluation device can evaluate the respective images captured by the image capture device 6 for classifying the at least one object 3 .
  • evaluation device 8 can be designed to associate image information of the image of the object at the first point in time and image information of the image of the object at the second point in time, i.e. image information that each represents the object detected at the different locations, and/or to associate respective ones To associate individual evaluation results, which were derived from the first and second image separately from each other.
  • the evaluation device can access, for example, a conveying speed s of an assigned conveying device 9, in this case a belt conveying device.
  • the conveying device 9 is designed to convey the object 3 automatically at the specified conveying speed s from the first location 5a to the second location 5b and possibly further locations.
  • the speed is preferably kept constant, which increases the reliability of the method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spektroskopievorrichtung (1) zum Klassifizieren von zumindest einem Objekt (3), insbesondere zum Klassifizieren von Schüttgut-Objekten (3), mit einer Beleuchtungseinrichtung (2) zum Beleuchten des zumindest einen Objektes (3); mit einer Bilderfassungseinrichtung (6) zum Erfassen zumindest eines Bildes des von der Beleuchtungseinrichtung (2) beleuchteten zumindest einen Objektes (3); mit einer Auswerteeinrichtung (8) zum Auswerten des von der Bilderfassungseinrichtung (6) erfassten Bildes für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes (3); wobei die Beleuchtungseinrichtung (2) ausgebildet ist, das zumindest eine Objekt (3) an einem Ort (5a) mit einem Licht (4a) einer vorgegebenen spektralen Verteilung zu beleuchten und an zumindest einem weiteren Ort (5b), welcher von dem einen Ort (5a) verschiedenen ist, mit einem zugeordneten weiteren Licht (4b) einer zugeordneten weiteren vorgegeben spektralen Verteilung, welche von der einen vorgegebenen spektralen Verteilung des einen Lichtes verschieden ist; und die Bilderfassungseinrichtung (6) ausgebildet ist, das Objekt (3) an den verschiedenen Orten (5a, 5b) zu erfassen, um Nachteile der bekannten optischen Spektroskopievorrichtungen zu überwinden.

Description

Optische Spektroskopie mittels ortsaufgelöster Beleuchtung für Schüttgut
Die Erfindung betrifft eine Spektroskopievorrichtung zum Klassifizieren von zumindest einem Objekt, insbesondere zum Klassifizieren von Schüttgut- Objekten, mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des zumindest einen Objektes, einer Bilderfassungseinrichtung zum optischen Erfassen zumindest eines Bildes des von der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten zumindest einen Objektes und einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten des von der Bilderfassungseinrichtung erfassten Bildes für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes.
In der optischen Spektroskopie werden Objekte unterschiedlicher spektraler Reflektanz unterschieden. Dabei gibt es zum einen die klassische Linienspektroskopie, bei welcher das Licht mit Hilfe dispersiver optischer Elemente innerhalb der Bildebene in seine Wellenlängenbestandteile zerlegt wird. Nachteilig ist hier die hohe nötige Fertigungspräzision sowie die eindimensionale Objektauflösung. Es gibt auch multispektrale Kameras, die entweder zeitlich wechselnde Filter haben, oder aus einem Kameraarray mit vorgesetzten Filtern bestehen oder welche statt der üblichen Rot-Grün-Blau (RGB) Filterarrays weitere Sensoren oder andere Filterarrays aufweisen.
Diese Lösungen weisen sämtlich eine mangelnde spektrale Auflösung auf und, damit einhergehend, eine geringe Flexibilität. Die Kameras mit zeitlich wechselnden Filtern sind dabei zusätzlich aufgrund ihrer mechanischen Bauteile anfällig. Kameraarrays erzeugen durch die Vervielfachung der Sensordaten hohe Datenströme, was ebenfalls unvorteilhaft ist. In alternativen Verfahren wird eine zeitlich veränderbare Beleuchtung mit unterschiedlichen vorgegebenen Lichtspektren genutzt, um Teile der spektralen Reflektanz zu rekonstruieren. Nachteilig ist hier die erforderliche ständige Schaltung der Beleuchtung mit hoher Geschwindigkeit, welche einerseits die Wahl der verfügbaren Leuchtmittel und damit die möglichen Lichtspektren einschränkt und andererseits die Lebenszeit der Beleuchtung beschränkt beziehungsweise die Geschwindigkeit der Messung limitiert.
Es ergibt sich als Aufgabe, die geschilderten Nachteile der bekannten optischen Spektroskopievorrichtungen zu überwinden. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Figur.
Ein Aspekt betrifft eine Spektroskopievorrichtung zum Klassifizieren von einem oder mehreren Objekten, insbesondere zum Klassifizieren von einem oder mehreren Schüttgut-Objekten mit einer Beleuchtungseinrichtung, einer Bilderfassungseinrichtung und einer Auswerteeinrichtung.
Die Beleuchtungseinrichtung ist dabei zum Beleuchten des zumindest einen Objektes ausgebildet, und zwar derart, dass das zumindest eine Objekt (also ein oder mehrere Objekte) an einem (ersten) Ort mit einem Licht einer (ersten) vorgegebenen spektralen Verteilung beleuchtet wird und an zumindest einem weiteren (zweiten) Ort, welcher von dem einen (ersten) Ort verschieden ist, mit einem dem weiteren Ort zugeordneten weiteren (zweiten) Licht einer zugeordneten weiteren (zweiten) vorgegebenen spektralen Verteilung, welche wiederum von der einen (ersten) vorgegebenen spektralen Verteilung des einen ersten Lichtes verschieden ist. Wie im Folgenden noch spezifiziert können auch dritte, vierte, fünfte usw. weitere Orte, mit entsprechenden Lichtern beziehungsweise spektralen Verteilungen vorgesehen sein.
Die Bilderfassungseinrichtung ist ausgebildet zum optischen Erfassen, das heißt zum Aufnehmen, zumindest eines Bildes des von der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten zumindest einen Objektes, und zwar derart, dass das Objekt an den verschiedenen (ersten, zweiten, dritten usw.) Orten, und damit unter unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen, nämlich mit den Lichtern unterschiedlicher spektraler Verteilungen beleuchtet, optisch erfasst wird. Bevorzugt wird ein Bild pro Ort erfasst, das heißt zumindest zwei Bilder. Die Bilderfassungseinrichtung erfasst dabei vorteilhafterweise ein Reflektanzbild des zumindest einen Objektes, das heißt einen von dem oder den Objekten reflektierten Lichtanteil. Dies ist gegenüber der ebenfalls möglichen Alternativausführung, bei welcher die Bilderfassungseinrichtung ein Transmissionsbild des oder der Objekte aufnimmt, insofern vorteilhaft, als dass sich - besonders bei Schüttgut - ein einfacherer Aufbau der Vorrichtung erzielen lässt. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet zum Auswerten des von der Bilderfassungseinrichtung erfassten zumindest einen Bildes für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes. Das ausgewertete Bild kann Bilder mit entspre- chenden Teilbereichen umfassen, welche das oder die Objekte an den unterschiedlichen Orten zeigen. Alternativ können mehrere Bilder, die beispielsweise von unterschiedlichen Kameras aufgenommen sind, das oder die Objekte an den unterschiedlichen Orten zeigen und ausgewertet werden. Wahlweise kann die Auswerteeinrichtung auch eine Klassifizierungseinheit umfassen, welche anhand des/der ausgewerteten Bilder das zumindest eine Objekt klassifiziert.
Das hat den Vorteil, dass eine verbesserte Auflösung für das Bild, anhand dessen die Klassifizierung des Objektes erfolgt, erreicht werden kann. Insbesondere kann so auch, wenn die jeweiligen Orte zweidimensionale Ortsbereiche sind, welche disjunkt sind, eine zweidimensionale Auflösung in den jeweiligen den unterschiedlichen Orten zugeordneten Bildern oder Bildteilen beziehungsweise Bildinformationen erreicht werden, was ein genaueres Klassifizieren ermöglicht. Dabei können - wie im Folgenden noch weiter ausgeführt - besonders einfache technische Mittel zum Einsatz kommen, insbesondere kann die Verwendung sich bewegender Bauteile in der Spektroskopievorrichtung minimiert werden, beziehungsweise auf solche Bauteile beschränkt werden, welche in der Praxis bereits sowieso vorhanden sind. Da somit die Anforderungen an Beleuchtungseinrichtung und Bilderfassungseinrichtung gesenkt sind beziehungsweise weniger spezifisch sind, können entsprechende Standardsysteme zur Bilderfassung eingesetzt werden. Damit wird der Aufbau nochmals einfacher und die Spektroskopievorrichtung robuster beziehungsweise flexibler einsetzbar. Die Erfassungsgeschwindigkeit hängt durch das Erfassen der jeweiligen Bilder des Objektes an unterschiedlichen Orten nicht von einer Schaltbarkeit, insbesondere nicht von einer maximalen Schaltfrequenz der entsprechenden Beleuchtungseinrichtung ab. Der Engpass des Verfahrens hängt somit nicht mehr von der Hardware, sondern von der entsprechend nachgeordneten Bildverarbeitung, das heißt der entsprechenden Rechenkapazität ab, was die Flexibilität der Vorrichtung weiter vergrößert. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist, das zumindest eine Objekt an zumindest zwei oder drei, bevorzugt zumindest vier weiteren Orten, welche jeweils von dem einen Ort und auch voneinander verschieden sind, mit einem jeweiligen ortsspezifischen weiteren Licht mit einer jeweiligen diesem Licht und damit diesem Ort zugeordneten weiteren vorgegebenen spektralen Verteilung zu beleuchten. Dabei sind die jeweiligen vorgegebenen spektralen Verteilungen verschieden von den, das heißt allen anderen spektralen Verteilungen, die den anderen Orten zugeordnet sind.
Das hat den Vorteil, dass die spektrale Reflektanz des beleuchteten Objektes nochmals genauer und flexibler erfasst werden kann und somit ein Ergebnis der Klassifizierung verbessert werden kann. Bei zwei weiteren, insgesamt also drei verschiedenen Orten bietet sich hier ein RGB-Verfahren an, bei welchem ein rotes, grünes und blaues Licht einem jeweiligen Ort zugeordnet ist und entsprechend durch die Bilderfassungseinrichtung in dem zumindest einen Bild erfasst wird. Bei drei weiteren Orten kann hier ein Licht aus dem nahen Infrarotbereich hinzukommen. Bei zumindest vier weiteren Orten kann ein Licht einer weiteren Wellenlänge oder eines weiteren Wellenlängenbereiches für die Spektroskopie und damit das Klassifizieren genutzt werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle, bevorzugt eine einzige Lichtquelle, und ein dispersives optisches Element aufweist. Die Lichtquelle ist dabei ausgebildet, Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen, insbesondere eines im Wesentlichen oder zumindest abschnittsweise durchgehenden Spektrums zu erzeugen. Unter einem im Wesentlichen durchgehenden Spektrum kann hier ein Spektrum verstanden werden, bei welchem lediglich einzelne (beispielsweise charakteristische) Wellenlängen fehlen. Unter einem zumindest abschnittsweise durchgehenden Spektrum kann man ein Spektrum verstehen, bei welchem mehrere durchgehende spektrale Bereiche durch ein oder mehrere Wellenlängenabschnitte, in welchen das entsprechende Licht die Intensität 0 hat, getrennt sind. Das dispersive optische Element kann dabei insbesondere ein Gitter und/oder ein Prisma sein oder umfassen. Das dispersive optische Element ist ausgebildet, das von der Lichtquelle erzeugte Licht in Abhängigkeit der jeweiligen Wellenlängen an die verschiedenen Orte zu lenken, um dort das Objekt zu beleuchten.
Das hat den Vorteil, dass bereits eine einzige Lichtquelle ausreicht, um an den verschiedenen Orten das jeweilige Licht mit der vorgegebenen unterschiedlichen spektralen Verteilung bereitzustellen. Damit wird einerseits das von der Lichtquelle erzeugte Licht besonders effizient genutzt, andererseits die Anzahl der Bauteile und damit ein entsprechender Justierungs- beziehungsweise Montageaufwand reduziert, so dass die Spektroskopievorrichtung besonders flexibel einsetzbar ist und robust zuverlässige Resultate liefert.
Alternativ oder ergänzend kann die Beleuchtungseinrichtung mehrere unterschiedliche Lichtquellen aufweisen, welche ausgebildet sind jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlängen oder unterschiedlicher Wellenlängenbereiche, insbesondere disjunkter Wellenlängenbereiche, zu erzeugen und mit dem jeweiligen unterschiedlichen Licht das Objekt an den unterschiedlichen Orten zu beleuchten.
Das hat den Vorteil, dass auf optische Elemente wie das dispersive optische Element von oben verzichtet werden kann und bezüglich des geometrischen Aufbaus der Spektroskopievorrichtung eine besonders große Freiheit erlangt wird. Damit ist die beschriebene Spektroskopievorrichtung besonders flexibel in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungsszenarien einsetzbar beziehungsweise auf diese anpassbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vorgegebenen spektralen Verteilungen, insbesondere alle vorgegebenen spektralen Verteilungen, der Lichter, mit welchen das durch die Bilderfassungseinrichtung zu erfassende Objekt beleuchtet wird, zeitlich konstant vorgegeben sind. Die spektralen Verteilungen können dabei sowohl in ihrer Form, das heißt in ihrer (relativen) Wellenlängenverteilung, als auch in ihrer Intensität konstant vorgegeben sein. Das hat den Vorteil einer besonders einfachen Steuerung der Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise der der Beleuchtungseinrichtung zugeordneten Lichtquellen, was einen besonders schonenden und damit langlebigen Betrieb ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung, insbesondere sämtliche Lichtquellen zum Beleuchten des Objektes, relativ zur Bilderfassungseinrichtung in einer statisch vorgegebenen räumlichen Relation angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass Lichtquellen und Bilderfassungseinrichtungen nicht bewegt werden müssen beziehungsweise nicht bewegt werden können, so dass einerseits ein einfacher Aufbau der Spektroskopievorrichtung erreicht wird mit wenigen beweglichen Teilen, andererseits auch ein Justieren der Beleuchtungseinrichtung zur Bilderfassungseinrichtung einfach durchzuführen ist und aufgrund dem vorgesehenen Mangel an Beweglichkeit relativ zueinander zeitlich konstant bleibt, was die Genauigkeit der Spektroskopievorrichtung verbessert.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vorgegebenen spektralen Verteilungen des Lichts in einem Infrarotbereich und/oder in einem sichtbaren Bereich und/oder in einem Ultraviolettbereich liegen. Der Infrarotbereich kann dabei von 2200 nm bis 640 nm reichen, der sichtbare Bereich von 640 nm bis 380 nm und der Ultraviolettbereich von 380 nm bis 190 nm. Diese spektralen Verteilungen sind besonders vorteilhaft für das Klassifizieren von Objekten, insbesondere Schüttgut-Objekten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Bandfördereinrichtung, vorgesehen, welche ausgebildet ist, das oder die Objekte automatisch mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von dem einen Ort zu dem einen oder mehreren weiteren Orten zu befördern. Dabei kann insbesondere eine konstante Geschwindigkeit für das Befördern vorgesehen sein.
Das hat den Vorteil, dass der gesamte Prozess automatisch ablaufen kann, insbesondere mit einem Minimum an beweglichen Teilen: Gerade bei Schüttgut-Objekten beziehungsweise dem Klassifizieren von Schüttgut-Objekten ist nämlich eine entsprechende Fördereinrichtung, typischerweise ein Fließband als Bandfördereinrichtung, bereits sowieso vorhanden, so dass durch die beschriebene Spektroskopievorrichtung keine weiteren beweglichen Teile in das System eingeführt werden. Damit ist die beschriebene Spektroskopievorrichtung besonders verlässlich und flexibel in vielen Anwendungsfällen einsetzbar.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, Bildinformationen des zumindest einen Bildes, welche jeweils das an den verschiedenen Orten erfasste Bild repräsentieren, und/oder jeweilige Einzel-Auswerteergebnisse, welche jeweils aus einer der den verschiedenen Orten zugeordneten Bildinformationen abgeleitet sind, miteinander zu assoziieren. Dieses Assoziieren kann insbesondere in Abhängigkeit der für die Fördereinrichtung vorgegebenen Geschwindigkeit erfolgen, um sicherzustellen dass nicht Bildinformationen oder Auswerteergebnisse unterschiedlicher Objekte miteinander assoziiert werden. Eine alternative Möglichkeit des Assoziierens wäre beispielsweise eine entsprechende Objekterkennung in der jeweiligen Bildinformation, das heißt in unterschiedlichen Bildabschnitten des gleichen Bildes, welche den unterschiedlichen Orten entsprechen, oder in unterschiedlichen Bildern, welche den unterschiedlichen Orten entsprechen. Das hat den Vorteil, dass das Auswerten in seiner Verlässlichkeit und Genauigkeit verbessert wird.
Ein anderer Aspekt betrifft ein Spektroskopieverfahren zum Klassifizieren von zumindest einem Objekt, insbesondere zum Klassifizieren von Schüttgut- Objekten, mit den Verfahrensschritten des Beleuchtens, des optischen Erfassens und des Auswertens. Das Beleuchten betrifft dabei das zumindest eine Objekt an einem Ort mit einem Licht einer vorgegebenen spektralen Verteilung und an zumindest einem weiteren Ort, welcher von dem einen Ort verschieden ist, mit einem dem Ort zugeordneten weiteren Licht einer dem entsprechenden Ort zugeordneten weiteren vorgegebenen spektralen Verteilung, welche von der einen vorgegebenen spektralen Verteilung des einen Lichts verschieden ist. Das optische Erfassen betrifft dabei ein Bild des beleuchteten zumindest einen Objektes an den verschiedenen Orten, und das Auswerten das erfasste zumindest eine Bild für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes.
Es kann somit eine Beleuchtung mit einer örtlich festen und bekannten spektralen Bestrahlungsstärke eingesetzt werden, um die zu klassifizierenden Objekte in verschiedenen, von den Objekten durchlaufenen Bereichen zu beleuchten und dabei zu erfassen.
Vorteilhafte und vorteilhafte Ausführungsformen des Spektroskopieverfahrens entsprechen dabei Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der Spektroskopievorrichtung.
Die vorstehend in der Beschreibung, auch im einleitenden Teil, genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Korn- bination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen. Anhand der in der nachfolgenden Figur gezeigten schematischen Zeichnung soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
Dabei zeigt Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform einer Spektroskopievorrichtung. Die Spektroskopievorrichtung 1 in Fig. 1 weist dabei eine Beleuchtungseinrichtung 2 zum Beleuchten zumindest eines Objektes 3 auf. Im gezeigten Beispiel weist die Beleuchtungseinrichtung 2 mehrere, vorliegend zwei, Lichtquellen 2a, 2b auf, welche jeweils ein Licht 4a, 4b unterschiedlicher vorgegebener spektralen Verteilungen erzeugt. Mit diesen Lichtern 4a, 4b wird das Objekt bei Betrieb der Spektroskopievorrichtung 1 an unterschiedlichen Orten 5a, 5b beleuchtet.
Die Spektroskopievorrichtung 1 weist auch eine Bilderfassungseinrichtung 6 auf, welche zum Erfassen zumindest eines Bildes des von der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten zumindest einen Objektes 3 ausgebildet ist. Vorliegend weist die Bilderfassungseinrichtung 6 dafür einen Erfassungsbereich 7 auf, welcher die beiden Orte 5a, 5b einschließt. Entsprechend kann bei Betrieb der Spektroskopievorrichtung zu einem ersten Zeitpunkt, bei welchem sich das Objekt 3 am ersten Ort 5a aufhält, ein erstes Bild des Objektes 3 erfasst werden, und zu einem zweiten Zeitpunkt, bei welchem sich das Objekt 3 am zweiten Ort 5b befindet, ein zweites Bild. Als Folge kann eine Auswerteeinrichtung die von der Bilderfassungseinrichtung 6 erfassten jeweiligen Bilder für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes 3 auswerten. Dabei kann die Auswerteeinrichtung 8 beispielsweise ausgebildet sein, Bildinformationen des Bildes des Objekts zum ersten Zeitpunkt und Bildinformationen des Bildes des Objekts zum zweiten Zeitpunkt, also Bildinformationen, welche jeweils das an den verschiedenen Orten erfasste Objekt repräsentieren, mit- einander zu assoziieren, und/oder jeweilige Einzel-Auswerteergebnisse, welche aus erstem und zweitem Bild getrennt voneinander abgeleitet wurden, miteinander zu assoziieren. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise auf eine Fördergeschwindigkeit s einer zugeordneten Fördereinrichtung 9, vorliegend einer Bandfördereinrichtung, zurückgreifen. Die Fördereinrichtung 9 ist dabei ausgebildet, das Objekt 3 automatisch mit der vorgegebenen Fördergeschwindigkeit s von dem ersten Ort 5a zu dem zweiten Ort 5b und gegebenenfalls weiteren Orten zu befördern. Bevorzugt wird die Geschwindigkeit dabei konstant gehalten, was die Zuverlässigkeit des Verfahrens erhöht.

Claims

Patentansprüche
1. Spektroskopievorrichtung (1) zum Klassifizieren von zumindest einem Objekt (3), insbesondere zum Klassifizieren von Schüttgut-Objekten (3), mit
- einer Beleuchtungseinrichtung (2) zum Beleuchten des zumindest einen Objektes (3);
- einer Bilderfassungseinrichtung (6) zum Erfassen zumindest eines Bildes des von der Beleuchtungseinrichtung (2) beleuchteten zumindest einen Objektes (3);
- einer Auswerteeinrichtung (8) zum Auswerten des von der Bilderfassungseinrichtung (6) erfassten Bildes für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes (3); dadurch gekennzeichnet, dass
- die Beleuchtungseinrichtung (2) ausgebildet ist, das zumindest eine Objekt (3) an einem Ort (5a) mit einem Licht (4a) einer vorgegebenen spektralen Verteilung zu beleuchten und an zumindest einem weiteren Ort (5b), welcher von dem einen Ort (5a) verschiedenen ist, mit einem zugeordneten weiteren Licht (4b) einer zugeordneten weiteren vorgegeben spektralen Verteilung, welche von der einen vorgegebenen spektralen Verteilung des einen Lichtes verschieden ist;
- die Bilderfassungseinrichtung (6) ausgebildet ist, das Objekt (3) an den verschiedenen Orten (5a, 5b) zu erfassen.
2. Spektroskopievorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (2) ausgebildet ist, das zumindest eine Objekt (3) an zumindest zwei oder zumindest drei, bevorzugt zumindest vier weiteren Orten (5b), welche jeweils von dem einen Ort (5a) und auch voneinander verschieden sind, mit einem jeweiligem weiteren Licht (4b) einer jeweiligen weiteren vorgegebenen spektralen Verteilung zu beleuchten, wobei die jeweiligen vorgegebenen spektralen Verteilungen verschieden von den anderen spektralen Verteilungen sind.
3. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (2) aufweist:
- eine Lichtquelle, welche ausgebildet ist, Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen, insbesondere eines im Wesentlichen oder zumindest abschnittsweise durchgehenden Spektrums, zu erzeugen; sowie
- ein dispersives optisches Element, welches insbesondere ein Gitter oder ein Prisma ist oder umfasst, welches ausgebildet ist, das von der Lichtquelle erzeugte Licht in Abhängigkeit der jeweiligen Wellenlängen an die verschiedenen unterschiedlichen Orte (5a, 5b) zu Lenken, um dort das Objekt (3) zu beleuchten.
4. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (2) mehrere unterschiedliche Lichtquellen (2a, 2b) aufweist, welche ausgebildet sind:
- Licht ( 4a, 4b) jeweils unterschiedlicher Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, insbesondere disjunkter Wellenlängenbereiche, zu erzeugen; sowie
- mit dem jeweiligen unterschiedlichen Licht (4a, 4b) das Objekt (3) an den unterschiedlichen Orten (5a, 5b) zu beleuchten.
5. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen spektralen Verteilungen zeitlich konstant vorgegeben sind.
6. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (2), insbesondere sämtliche Lichtquellen (2a, 2b) zum Beleuchten des Objektes (3), relativ zur Bilderfassungseinrichtung (6) in einer statisch vorgegebenen räumlichen Relation angeordnet sind.
7. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen spektralen Verteilungen Licht in einem Infrarot-Bereich, 2200nm-640nm, und/oder sichtbaren Bereich, 640nm-380nm, und/oder Ultraviolett-Bereich, 380nm-190nm, liegen.
8. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- eine Fördereinrichtung (9), insbesondere eine Bandfördereinrichtung, welche ausgebildet ist, das Objekt (3) automatisch mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit (s), insbesondere einer konstanten Geschwindigkeit (s), von dem einen Ort (5a) zu dem zumindest einen weiteren Ort (5b) zu befördern.
9. Spektroskopievorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) ausgebildet ist, Bildinformationen des zumindest einen Bildes, welche jeweils das an den verschiedenen Orten (5a, 5b) erfasste Objekt (3) repräsentieren, und/oder jeweilige Einzel-Auswerteergebnisse, welche jeweils aus einer der den verschiedenen Orten (5a, 5b) zugeordneten Bildinformationen abgeleitet sind, miteinander assoziieren, insbesondere in Abhängigkeit der vorgegebenen Geschwindigkeit (s).
10. Spektroskopieverfahren zum Klassifizieren von zumindest einem Objekt (3), insbesondere zum Klassifizieren von Schüttgut-Objekten (3), mit den Verfahrensschritten:
- Beleuchten des zumindest einen Objektes (3) an einem Ort (5a) mit einem Licht (4a) einer vorgegebenen spektralen Verteilung und an zumindest einem weiteren Ort (5b), welcher von dem einen Ort (5a) verschiedenen ist, mit einem dem Ort (5b) zugeordneten weiteren Licht (4b) einer dem entsprechenden Ort (5a b) zugeordneten weiteren vorgegeben spektralen Verteilung, welche von der einen vorgegebenen spektralen Verteilung des einen Lichtes (4a) verschieden ist;
- optisches Erfassen zumindest eines Bildes des beleuchteten zumindest einen Objektes (3) an den verschiedenen Orten (5a, 5b);
- Auswerten des erfassten zumindest einen Bildes für das Klassifizieren des zumindest einen Objektes (3).
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