NL8920012A - Werkwijze en inrichting voor het aftasten van een voorwerp. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het aftasten van een voorwerp.

De onderhavige uitvinding betreft een werkwijze voor het contactloos aftasten van een voorwerp, dat nabij of op een oppervlak is geplaatst, waarbij licht in de vorm van een lichtbundel naar het voorwerp wordt gezonden, het voorwerp met de lichtbundel wordt afgetast, het licht na reflectie door het voorwerp en het oppervlak wordt gedetecteerd, de intensiteit van het gedetecteerde licht wordt bepaald voor het bepalen van de omtrek van het voorwerp.

Technisch gebied van de uitvinding

Wanneer uiteenlopende voorwerpen in bijvoorbeeld een stroom worden behandeld, zijn er verschillende belangrijke factoren waarmee rekening moet worden gehouden. Het is dikwijls gewenst op eenvoudige wijze de afmetingen van een voorwerp te meten en de afmeting, het gewicht en het volume te bepalen. In vele gevallen is het ook belangrijk de exacte vorm van het voorwerp te bepalen, teneinde te kunnen sorteren in groepen overeenkomstig gevormde voorwerpen. Indien een aantal voorwerpen op een oppervlak zijn geplaatst, zoals een transportband, kan het ook van groot belang zijn de relatieve positie van de voorwerpen op het oppervlak te bepalen.

Voorwerpen, die moeten worden afgetast, gemeten en bepaald, kunnen sterk van elkaar verschillen. Het is moeilijk uit een mengsel schroeven en moeren de afzonderlijke voorwerpen te onderscheiden ten behoeve van het sorteren, behalve mogelijk handmatig.

Achtergrond van de uitvinding

Teneinde het mogelijk te maken de prijzen van groenten op een gematigd niveau te houden en niettemin een bevredigende winst te behalen, is het voor telers en groothandelaren van belang de groenten naar vorm en afmeting te sorteren, teneinde elke partij uniform te maken. Tomaten worden bijvoorbeeld naar vorm gesorteerd. Kleine en ronde tomaten worden afzonderlijk gesorteerd, terwijl grote en verschillend gevormde tomaten afzonderlijk worden gesorteerd. Ten aanzien van knolgewassen, zoals aardappelen, bestaan er vele verschillende eisen. Restaurantkeukens wensen kleine en ronde aardappelen, terwijl bedrijven die chips vervaardigen, lange en dikke aard appelen willen en de individuele consument wil vooral partijen gelijke aardappelen van uniforme afmeting.

De mogelijkheid om uit een groot aantal voorwerpen, voorwerpen af te scheiden, die enigszins afwijken van een bepaalde vaste standaard, is belangrijk. Het kan hierbij gaan om groene tomaten, die afwijken van de rode, roestige schroeven tussen de schone schroeven of het verkeerde type groenten.

In het bijzonder in verband met aardappelen, waarin aardappelvormige stenen kunnen voorkomen, moet het mogelijk zijn om eenvoudig de voorwerpen te identificeren.

Voor het aftasten, meten en bepalen van individuele voorwerpen in een groot aantal verschillende voorwerpen, worden in vele gevallen alle voorwerpen op een oppervlak of een transportband geplaatst om te worden gesorteerd. Voor een snelle en economische hantering is het van voordeel de positie van het afzonderlijke voorwerp op het oppervlak in lijn te brengen op hetzelfde moment als het voorwerp wordt geïdentificeerd. Hen wenst de positie van elk voorwerp in lijn te brengen ten opzichte van een referentiedeel van het oppervlak (bijvoorbeeld de rand van een transportband) en andere naburige voorwerpen.

Er zijn verschillende manieren voor het sorteren van voorwerpen en in principe kunnen drie basisgedachten worden onderscheiden: handmatig, mechanisch en contactloos sorteren.

Het handmatig sorteren vereist slechts personen, die naast het oppervlak staan, waarop de voorwerpen zijn gelegen, voor het sorteren van de voorwerpen. Behalve tijdrovend en derhalve kostbaar, is dit een onnauwkeurige methode. Bovendien betekent dergelijk lopende band-werk dat het moeilijk kan zijn aan de eisen voor een bevredigende werkomgeving te voldoen.

Het mechanisch sorteren kan op vele manieren worden uitgevoerd. Er zijn bekende technieken voor het detecteren van het gewicht van het voorwerp door middel van hefbomen, veren en dergelijke. Er bestaat echter een bepaald risico dat verschillende soorten voorwerpen, die echter hetzelfde gewicht hebben, worden samengevoegd. Voor aardappelen worden in het bijzonder zeefsorteermethoden gebruikt. De aardappelen worden gesorteerd door middel van een zeefinrichting, die is voorzien van boven elkaar geplaatste zeven met zeefmazen, die in Zweden vierkant zijn. De aardappelen worden op de zeefinrichting uit geschud, totdat zij door een zeef vallen met een geschikte maasafmeting. Tenslotte bereiken de aardappelen een zeef met een zodanig kleine maasaf meting, dat zij deze niet kunnen passeren. Indien bijvoorbeeld een aardappel een maas van 55x55 mm kan passeren maar niet een maas van 35x35 mm, is dit een aardappel met een afmeting 35/55. Er is een zeker risico dat langwerpige aardappelen worden gemengd met kleine en ronde aardappelen, aangezien de grootste dwarsafmeting van de langwerpige aardappel dezelfde afmetingen heeft als de balvormige aardappel.

Dergelijk mechanisch sorteren is niet erg nauwkeurig en kan de voorwerpen beschadigen en leidt tot een mengsel van voorwerpen met verschillende afmetingen.

De contactloze methoden kunnen optisch, elektrisch, enzovoorts zijn. Eén methode gebruikt een videocamera met een CCD-beeldbuis voor het weergeven van elk voorwerpen. Aangezien geen bedieningsman voor een videoscherm dient te zitten, wordt beeldanalyse gebruikt. Hierbij kunnen bijvoorbeeld kleurafwijkingen worden gedetecteerd. Het probleem van deze methode voor het sorteren van voorwerpen is dat beeldanalyse zowel moeilijk als kostbaar is en onbetrouwbare resultaten oplevert.

Een inrichting volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.025.796 maakt gebruik van een brede en dunne lichtbundel, welke een vast voorwerp aftast. Het gereflecteerde licht wordt gedetecteerd en de hoogte van het voorwerp wordt bepaald. De problemen zijn dat bewegende voorwerpen niet kunnen worden gemeten en dat slechts één maat van het voorwerp wordt verkregen.

Het Zweedse octrooischrift 8403364-6 beschrijft een werkwijze en inrichting voor het contactloos detecteren van planten. Licht, dat is gereflecteerd door planten en een oppervlak wordt verzameld en gescheiden in twee lichtstromen, die elk een smalle bandbreedte hebben. Een elektrische schakeling verwerkt de lichtsignalen, die zijn gedetecteerd door middel van de inrichting en levert een uitgangssignaal, dat de aanwezigheid/niet-aanwezigheid van een plant op het oppervlak aangeeft. Een dergelijke detectie is echter betrekkelijk primitief en kan niet direct meer gedetailleerde informatie verschaffen over de positie of de aard enzovoorts van de plant.

Het hoofddoel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en een inrichting voor het contactloos aftasten van een voorwerp, waardoor de bovengenoemde problemen worden opgelost.

Een eerste speciaal doel is het bepalen van de vorm van het voorwerp, waarbij de vorm wordt bepaald door de omtrek van het voorwerp in tenminste twee verschillende richtingen.

Een tweede doel is het bepalen van het gewicht van het voorwerp.

Een derde doel is het bepalen van het volume van het voorwerp.

Een vierde doel is het bepalen van het midden van het voorwerp, dat bij bepaalde ideale geometrische vormen van het voorwerp kan samenvallen met het massamiddelpunt van het voorwerp.

Een vijfde doel is het bepalen van de positie van het voorwerp op een oppervlak ten opzichte van een gegeven referentie en naar keuze ten opzichte van andere naburige voorwerpen.

Een zesde doel is het identificeren van voorwerpen en in het bijzonder het onderscheiden van verschillende voorwerpen met overeenkomstige vorm.

Een zevende doel is het gelijktijdig aftasten van twee voorwerpen, die op hetzelfde oppervlak of op verschillende oppervlakken zijn gelegen.

Volgens de uitvinding worden de bovengenoemde doelen bereikt door een werkwijze en een inrichting, die zijn gedefinieerd in de kenmerken van conclusie 1 respectievelijk 7. Voorkeursuitvoeringen zijn genoemd in de afhankelijke conclusies.

De uitvinding zal nu meer in detail worden beschreven aan de hand van de bijgaande tekening.

Fig. la is een bovenaanzicht van een voorwerp op een oppervlak, fig. lb is een zij-aanzicht van hetzelfde voorwerp, gezien vanaf een lijn A-A en fig. lc is een zij-aanzicht van hetzelfde voorwerp, gezien vanaf een lijn B-B;

Fig. 2 is een schematisch perspectivisch aanzicht van een voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 3 toont de bundelbaan voor de inrichting uit fig. 2;

Fig. 4 toont een voorwerp, dat wordt verlicht door parallel licht, en een diagram van de intensiteit van het door het voorwerp gereflecteerde licht;

Fig. 5 is een schuin van boven gezien perspectivisch aanzicht, waarin is weergegeven hoe een voorwerp grenzend aan een oppervlak wordt afgetast door licht uit twee richtingen;

Fig. 6a is een diagram van het analoge signaal, dat wordt geproduceerd bij het detecteren van de gereflecteerde straling en fig. 6b is een diagram van de bijbehorende digitale pulstrein; en

Fig. 7 is een blokdiagram van de signaalverwerking volgens de uitvinding.

Eerst wordt naar de fig. la-lc verwezen. Fig. la toont een voorwerp 1, dat op een oppervlak 2 is geplaatst. Bij dit voorbeeld lijkt het voorwerp op een steen. Fig. la is een bovenaanzicht van het voorwerp, terwijl de fig. lb en lc zijaanzichten vanaf de lijnen A-A respectievelijk B-B zijn.

Bij optisch aftasten van het voorwerp moeten de afmetingen van het voorwerp worden bepaald. De grootste lengte van het voorwerp is aangeduid met het verwijzingscijfer 3a, terwijl de grootste breedte van het voorwerp, die loodrecht op de grootste lengte staat, de som is van de met 3b en 3c aangeduide pijlen.

Bij bestudering van het voorwerp, zoals geprojecteerd op de lijn A-A, vindt men de figuur zoals weergegeven in fig. lb en het zal duidelijk zijn, dat de maximum lengte 6, die in deze figuur is weergegeven, niet de werkelijke lengte van het voorwerp is. Een analoge bespreking geldt voor de projectie van het voorwerp op de lijn B-B. De figuur toont ook het massamiddelpunt 7 van het voorwerp, dat in ideale gevallen samenvalt met het geometrische middelpunt van het voorwerp.

Nu wordt fig. 2 besproken. Volgens een voorkeursuitvoering worden verschillende voorwerpen 1 geplaatst op een oppervlak 2, dat in dit geval één van twee parallelle eindloze transportbanden kan zijn. De banden voeren elk de voorwerpen door een poort in een aftastinrichting 30, die volgens de uitvinding is ontworpen. Een licht-emitterend orgaan 8 omvat tenminste één lichtbron, welke een dunne bundel uitzendt, bij voorkeur met een diameter van ongeveer 1 mm. Een roterende polygonale spiegel 11 met licht-reflecterende facetten reflec- teerd het uitgezonden licht. Het licht wordt door speciale lenzen 14 en 15, zogenaamde f© lenzen, gericht. De lens 14 vormt een deel van de zijwand van de poort en de lens 15 een deel van het dak van de poort boven het oppervlak 2. Een tweede oppervlak 16 vormt de tweede wand van de poort. Het licht, dat door de band 2, het oppervlak 16 en eventueel het voorwerp 1 wordt gereflecteerd, wordt teruggeleid naar een detector 9, welke tenminste één fotodetector omvat, bijvoorbeeld een foto-diode. Het door de detector 9 geproduceerde uitgangssignaal wordt aan een elektronische schakeling en computereenheid 17 toegevoerd.

Thans wordt naar fig. 3 verwezen. Het licht-emitte-rende orgaan 8 is bij voorkeur voorzien van een helium-neon-laser. Ook andere lichtbronnen kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld gloeilampen, flitsontladingsbuizen of fluorescentie-lampen. Het belangrijkste is dat een althans nagenoeg parallelle lichtbundel wordt geproduceerd. Aangezien een laser in het algemeen en de helium-neon-laser in het bijzonder een extreem kleine lichtbundeldivergentie heeft, is laserlicht voor het onderhavige doel geschikt.

De laserlichtbundel wordt van de laser naar de roterende polygonale spiegel 11 gezonden via een spiegel 10. De spiegel 10 heeft of een boring voor het doorlaten van de laserbundel of is halfdoorlatend.

Volgens de voorkeursuitvoering heeft de roterende polygonale spiegel 11 zes facetoppervlakken, die het licht kunnen spiegelen. Wanneer de roterende polygonale spiegel 11 wordt geroteerd, wordt een facet in de lichtbundel bewogen, welke vervolgens geleidelijk het facetoppervlak van de polygonale spiegel zal verlichten. Aangezien de invalshoek van de lichtbundel op het facet nu geleidelijk verandert, wordt het licht geleidelijk in verschillende richtingen verspreid, afhankelijk van welk deel van het facet door het laserlicht wordt geraakt. Het door de roterende polygonale spiegel 11 gereflecteerde licht wordt naar twee verdelingsspiegels 12 gezonden, welke boven de twee oppervlakken 2 zijn geplaatst.

Het licht wordt door elke verdelingsspiegel 12 gereflecteerd, zodat een deel van het licht althans nagenoeg recht omlaag naar het oppervlak 2 wordt gezonden en een deel van het licht telkens naar een zijspiegel 13 wordt gezonden.

Het door de zijspiegel 13 gereflecteerde licht wordt naar het oppervlak 16 gezonden, dat althans nagenoeg loodrecht op het oppervlak 2 staat. Teneinde een parallelle lichtbundel te waarborgen, is de zijlens 15 een lens van het zogenaamde fö type. Wanneer de roterende polygonale spiegel 11 wordt geroteerd, zal derhalve een dunne lichtbundel over het oppervlak 16 en het voorwerp 1, indien dit in de baan van de bundel op het oppervlak 2 is geplaatst, worden afgetast.

Het licht, dat recht omlaag naar het oppervlak 2 wordt gezonden door de verdelingsspiegel 12, wordt ook gecorrigeerd door middel van de fe lens 14, die boven het oppervlak 2 is gelegen. Het voorwerp zal ook uit deze richting worden afgetast. De bundelbaan 1 is schematisch aangeduid in het rechtergedeelte van fig. 3. Het is duidelijk, dat het voorwerp 1 wordt verlicht door een dun lichtgordijn vanaf de zijkant en een dun lichtgordijn van bovenaf. Het voorwerp vormt derhalve een schaduw op het oppervlak 16 respectievelijk het oppervlak 2.

Thans wordt naar fig. 4 verwezen, waarin een doorsnede is weergegeven van een voorwerp 1 op een oppervlak 2, dat wordt verlicht door parallel invallende lichtbundels 190-194. Fig. 4 toont de situatie wanneer het dunne lichtgordijn uit fig. 3 wordt gebruikt en toont hoe het mogelijk is de omtrek van het voorwerp te detecteren. De figuur laat ook een kromme zien van de intensiteit van het gereflecteerde licht, dat kan worden waargenomen door een persoon in een positie onder een rechte hoek boven het oppervlak 2, dat wil zeggen bij de bron van de lichtbundels 190-194.

Wanneer het vlakke oppervlak 2 het licht 190 reflecteert, is de intensiteit van een gereflecteerde lichtbundel 200 maximaal en dit kan het best worden gezien aan de linkerzijde in de figuur. De invallende lichtbundel 190 wordt in feite volgens optische reflectieprincipes althans nagenoeg loodrecht teruggereflecteerd en veroorzaakt een extreem hoge intensiteit, dat het wit-niveau 22 wordt genoemd. Bij de voorkeursuitvoering volgens fig. 3 is de inrichting echter enigszins hellend opgesteld ten opzichte van het verticale vlak. Hierdoor wordt een te sterke directe reflectie van het oppervlak 2 vermeden. Het wit-niveau 22 blijft gehandhaafd zolang licht door het oppervlak 2 wordt gereflecteerd.

Wanneer de lichtbundel 191 een rand van een voorwerp 1 raakt, wordt de gereflecteerde bundel 201 in een heel andere richting gezonden. De waarnemer zal nagenoeg geen licht meer waarnemen. De intensiteit is gereduceerd tot een zogenaamd ; zwart-niveau 21.

Wanneer de invallende lichtbundel over het voorwerp wordt bewogen, zal meer of minder licht in een zodanige richting worden gereflecteerd, dat een deel van het licht door de waarnemer kan worden waargenomen. De lichtbundel 192, die het voorwerp ongeveer loodrecht raakt, zal een sterke gereflecteerde lichtbundel 202 veroorzaken, welke tevens afhankelijk is van de reflectie-eigenschappen van het voorwerp. Een wit ei zou derhalve een sterke gereflecteerde intensiteit kunnen veroorzaken, terwijl een met aarde bedekte aardappel slechts een geringe verhoging van de intensiteit ten opzichte van het zwart-niveau 21 veroorzaakt. De intensiteitskromme, die door reflectie door het voorwerp 1 wordt verkregen, is met 23 aangeduid.

De belangrijke les, die in fig. 4 is weergegeven, is dat precies aan de buitenranden van het voorwerp de waargenomen intensiteit minimaal is en sterk contrasteert met het wit-niveau. Dit ’'randeffect" kan worden geaccentueerd indien het oppervlak 2 is vervaardigd uit een sterk reflecterend materiaal, zoals een metalen strip of een witte kunststof mat.

Fig. 4 geeft met een streeplijn tevens een referen-tieniveau 40 weer, waaronder een veilig minimumniveau, dat wil zeggen een zwart-niveau, kan worden vastgesteld.

Nu wordt weer naar fig. 3 verwezen. Het deel van het gereflecteerde licht, dat, zoals hierboven opgemerkt, kan worden waargenomen door de waarnemer in een positie onder een rechte hoek boven het oppervlak 2, wordt verzameld door middel van de lenzen 14, 15 en door de verdelingsspiegel 12 naar de roterende polygonale spiegel 11 gereflecteerd en verder naar de spiegel 10, waar het gereflecteerde licht naar een detector 9 wordt afgebogen.

Bij de voorkeursuitvoering wordt een lichtbundel, die in verhouding tot de afmetingen van de voorwerpen small is, door de lichtbron 8 uitgezonden en door middel van de roterende polygonale spiegel 11 over het voorwerp afgetast, zoals rechts in de tekening is aangegeven door een schematisch aan geduide bundelbaan,. De lichtbundel is bij voorkeur een laserbundel met een diameter van ongeveer 1 mm en een kleine divergentie. Het gereflecteerde licht zal bijna precies dezelfde weg teruggaan, dat wil zeggen dezelfde weg als het invallende licht, behalve bij de spiegel 10, waar het naar de detector 9 wordt afgebogen.

Bij de voorkeursuitvoering met zes facetten op de roterende polygonale spiegel 11 worden zes aftastingen van elk voorwerp uitgevoerd bij één omwenteling van de roterende polygonale spiegel. Vanwege de rotatie zal elke facet de lichtbundel van een positie H aan de uiterste rechterzijde in fig. 3 naar een positie V aan de uiterste linkerzijde in fig. 3 draaien. Vervolgens gaat de lichtbundel naar het linkerdeel van fig. 3 en verlicht het andere voorwerp.

Thans wordt naar fig. 5 verwezen, waar is weergegeven hoe het voorwerp 1 door de invallende lichtbundel wordt afgetast. Het oppervlak 2 is een baan, waarop het voorwerp 1 is gelegen. De baan beweegt voorwaarts en de invallende lichtbundel beweegt of dwars over de baan en is loodrecht op het vlak van de baan gericht, zoals bij A is weergegeven, of parallel aan het vlak van de baan en is loodrecht op het oppervlak 16 gericht, zoals bij B is weergegeven. Afhankelijk van de snelheid van de baan respectievelijk het aftasten door de invallende lichtbundel wordt het voorwerp 1 derhalve in "plakken" verdeeld. De weergegeven plakken zijn overdreven dik. In de praktijk is de dikte gelijk aan de diameter van de lichtbundel.

Bij A wordt het voorwerp van bovenaf in een aantal naburige plakken verdeeld, waarbij een waarnemer van bovenaf de dikte en lengte van elke plak ziet, dat wil zeggen de omtrek ziet doch niet de hoogte van de plak. Bij B wordt het voorwerp 1 vanaf de zijkant in plakken verdeeld. Een waarnemer kan vanaf de zijkant de hoogte-omtrek van het voorwerp zien, doch kan geen directe mening omtrent de breedte van het voorwerp vormen.

Bij de voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt het voorwerp 1 op deze wijze verdeeld, waarbij het verdelen in hoofdzaak afwisselend gelijktijdig van bovenaf volgens A en vanaf de zijkant volgens B plaatsvindt.

De gereflecteerde lichtbundel, die het resultaat is van het aftasten door middel van de invallende lichtbundel, wordt volgens fig. 3 vanaf een punt in de lichtbron waargenomen. De intensiteitskromme volgens fig. 4 komt derhalve overeen met een "plak” van het voorwerp en de baan, gezien vanuit één richting. Verscheidene van dergelijke intensiteitskrommen, die overeenkomen met opeenvolgende aftastingen, vormen tezamen een reproductie van het voorwerp. Aangezien hetzelfde voorwerp achtereenvolgens uit twee verschillende richtingen wordt afgetast, ontvangt een waarnemer een benaderende reproductie in drie dimensies van het oppervlak 2 en het voorwerp 1. Het zal duidelijk zijn, dat de reproductie geen werkelijke driedimensionale reproductie is.

Nu wordt naar de fig. 6a en 6b verwezen. Wanneer de voorkeursuitvoering van de uitvinding wordt gebruikt, zal de detector 9 voor elke facet van de roterende polygonale spiegel 11 een kromme produceren, die gelijk is aan de in fig. 6a weergegeven kromme. Het gedigitaliseerde equivalent is in fig. 6b afgebeeld.

Het verwijzingscijfer 24 geeft de intensiteitskromme aan, die wordt verkregen wanneer de lichtbundel in verticale richting van bovenaf omlaag over het rechter voorwerp 1 in fig. 3 wordt afgetast. Het verwijzingscijfer 25 geeft de intensiteitskromme aan, die wordt verkregen wanneer de lichtbundel over het voorwerp 1 van rechts naar links in fig. 3 wordt afgetast. Het verwijzingscijfer 26 geeft de intensiteitskromme aan, die wordt verkregen, wanneer de lichtbundel over het linker voorwerp 1 van rechts naar links wordt afgetast. Het verwijzingscijfer 27 geeft de intensiteitskromme aan, die wordt verkregen wanneer de lichtbundel in verticale richting van beneden naar boven over het linker voorwerp 1 in fig. 3 wordt afgetast.

Het interval 24 begint aan de linkerzijde met het hoge wit-niveau 22, dat wordt verkregen wanneer de lichtbundel het oppervlak 16 de eerste maal raakt. Wanneer de lichtbundel een bepaalde afstand heeft afgelegd, die overeenkomt met een tijdperiode 28, wordt het voorwerp 1 geraakt en de intensiteit daalt sterk naar het zwart-niveau 21. Bij de weergegeven uitvoering neemt de intensiteit toe wanneer de lichtbundel over het voorwerp beweegt voordat de intensiteit weer afneemt tot het zwart-niveau. De afstand tussen de punten waar het zwart- niveau wordt verkregen, stelt de geprojecteerde hoogte van het voorwerp voor. Nadat het voorwerp is afgetast, wordt het oppervlak 16 weer geraakt als het voorwerp niet op het gehele oppervlak 2 rust en het oppervlak 16 derhalve afdekt.

Tussen het interval 24 en het volgende interval 25 ligt een afstand, gedurende welke de intensiteit niet gedefinieerd is, aangezien de invallende lichtbundel niet naar enig oppervlak 2 of voorwerp 1 wordt gericht. Het zal duidelijk zijn, dat de in fig. 6a weergegeven kromme overeenkomt met een ideaal geval zonder storing. Hierna volgt het interval 25, dat de breedte van het voorwerp omvat. Voordat de lichtbundel naar het andere linker voorwerp 1 gaat, passeert de lichtbundel een positie, waarin de gereflecteerde bundel 20 recht wordt teruggereflecteerd door de roterende polygonale spiegel 11.

Het voorgaande geldt uiteraard ook voor de overeenkomstige intensiteitssignalen 26 en 27.

Voor de gegevensverwerking is het van voordeel digitale signalen te gebruiken. Een digitale voorstelling van het bovenste analoge signaal wordt op bekende wijze verkregen met een resolutie van 1 bit door gebruik te maken van een referen-tieniveau 40, waarbij alle signalen beneden dit niveau "laag" zijn en alle signalen boven dit niveau "hoog" zijn.

In fig. 7 is een blokdiagram weergegeven, dat de hoofdonderdelen voor de signaalverwerking volgens de uitvinding beschrijft.

Het gereflecteerde licht wordt herkend door een foto-diode 100 in de detector 9. Het analoge uitgangssignaal van de fotodiode 100 komt overeen met het de intensiteit voorstellende signaal in fig. 6a. Het signaal passeert een versterker 101 met een frequentie-afhankelijk filter voor het filteren van ongewenste frequenties. Het gefilterde en versterkte signaal wordt toegevoerd aan een vergrendelcircuit 102 voor het zwart-niveau. Het vergrendelcircuit vergrendelt het signaal bij de laagste intensiteit, dat het zwart-niveau wordt genoemd. Het signaal wordt toegevoerd aan een begrenzercircuit 103 voor het wit-niveau, welk circuit het maximum niveau van het signaal begrensd, en vervolgens aan een comparator 104, dat ook een referentiesignaal van een computer 113 ontvangt. Door middel van het referentiesignaal produceert de comparator 104 een digitale pulstrein met enen en nullen, zoals hierboven is ge- noemd.

Dit digitale signaal wordt toegevoerd aan twee logisch bediende schuifregisters 106 en 107. Een patroondetector 108 respectievelijk 109 is aangesloten op het schuifregister . 106 respectievelijk 107 en tezamen vormen deze onderdelen twee parallelle sequentiële netwerken 106, 108 en 107, 109. Aan het ene sequentiële netwerk 106, 108 wordt het signaal van de comparator toegevoerd, terwijl aan het andere sequentiële netwerk 107, 109 het inverse signaal wordt geleverd. Het doel van de patroondetectors is het identificeren van de patronen van voorafbepaalde pulstreinen. De patroondetectors produceren alleen een uitgangssignaal, wanneer deze patronen in het signaal worden geïdentificeerd. De fig. 6a en 6b tonen bij 25 en 26 hoe twee verschillende pulstreinen elk een voorwerp kunnen voorstellen. Bij 25 veroorzaakt de voorrand van het voorwerp een pulsachterflank 50 en de achterrand van het voorwerp veroorzaakt een pulsvoorflank 51. Bij 26 veroorzaakt de voorrand van het voorwerp een pulsachterflank 60 en de achterrand van het voorwerp veroorzaakt een pulsvoorflank 63. Bovendien levert de uitstekende reflectie van het voorwerp een intensiteit, die plaatselijk het referentieniveau 40 overschrijdt. Hierdoor wordt een verdere puls met een pulsvoorflank 61 en een pulsachterflank 62 verkregen.

Wanneer één van de patroondetectors een uitgangssignaal levert, wordt dit toegevoerd aan een buffergeheugen 112. Aan het buffergeheugen wordt ook een tijdwaarde van een tijdbasis 110 toegevoerd, welke tijdbasis wordt gestart door een synchronisatiestartsignaal van een fotodiode 111. De foto-diode 111 wordt voor elke facet van de roterende polygonale spiegel éénmaal door licht beïnvloed. Dit betekent dat de tijdbasis voor elke facet op nul wordt teruggesteld, dat wil zeggen voor elke meetcyclus welke het aftasten van twee voorwerpen uit twee verschillende richtingen omvat.

De tijdwaarde komt overeen met de specifieke hoek, welke de roterende polygonale spiegel inneemt voor een bepaalde voorrand of achterrand van het voorwerp. Deze getallen worden in lijn door het buffergeheugen gevoerd.

De computer 113 verzamelt de getallen uit het buffergeheugen, welke nodig zijn voor het bepalen of vaststellen van de voorwerpen. De computer 113 is aangesloten op een uitvoer- eenheid 114, die kan zijn uitgevoerd als een symbool-weergeef-orgaan of dergelijke. De computer is voorts verbonden met een sorteerorgaan 115, waaraan een besturingssignaal wordt toegevoerd door de computer voor het verrichten van sorteerfunc-ties.

Door middel van de getallen uit het buffergeheugen beslist de computer welke getallen bij welk voorwerp behoren. Bij de voorkeursuitvoering, waarbij twee voorwerpen gelijktijdig worden afgetast, worden de gegevens van de voorwerpen over twee gescheiden registers verdeeld. Hierna zal de werking van één register worden beschreven. Beide registers zullen op dezelfde wijze werken.

De volgende stap voor de computer is het combineren van de geproduceerde bij elkaar behorende getallen in afstanden, welke de breedte en hoogte van het voorwerp voorstellen, en vervolgens "plakken" vormen, waarbij de dikte van de plak wordt bepaald door de afstand tussen elke aftasting, zoals in fig. 5 is weergegeven. De afstand zal uiteraard afhangen van de snelheid van de band en de rotatiesnelheid van de roterende polygonale spiegel.

Deze plakken in de vorm van rechthoekige parallellepipedums worden op elkaar geplaatst, dat wil zeggen achter elkaar gerangschikt, waardoor een lichaam wordt gevormd, dat ongeveer op het voorwerp lijkt. Indien het voorwerp bijvoorbeeld een aardappel is, is het volume van de aardappel uiteraard kleiner dan dit als een rechthoekig parallellepipedum gevormd lichaam. Het geproduceerde volume van dit benaderings-lichaam wordt bij voorkeur vermenigvuldigd met een vormfactor, die specifiek is voor elk type voorwerp. Voor een aardappel, welke op een ellipsoïde lijkt, kan het van voordeel zijn het volume te vermenigvuldigen met een vormfactor van ongeveer 80%, teneinde een correct volume te verkrijgen.

Voorts kan de computer na vermenigvuldigen met een gecalibreerde gewichtsfactor het gewicht van de voorwerpen berekenen. De aardappeldichtheid kan in aanzienlijke mate variëren en het is gunstig de dichtheidsfactor op bekende wijze te calibreren aan de hand van een aantal willekeurige monsters.

De computer berekent voorts de maximale geprojecteerde lengte, welke kan afwijken van de lengte, die door een waarnemer vanaf de zijkant van de band wordt gezien, zoals toegelicht bij de bespreking van de fig. la-lc. De computer berekent vervolgens ook de maximale geprojecteerde breedte, die loodrecht op de lengte staat en de maximaal vanaf de zijkant geprojecteerde hoogte.

Consumenten stellen de meest verschillende eisen aan bijvoorbeeld aardappelen. Restaurantkeukens willen kleine en ronde aardappelen, terwijl fabrikanten van chips het gewenst kunnen vinden lange en dikke aardappelen te hebben. Het verdient dan de voorkeur dat de computer een "excentriciteits-factor" berekent, die in enige mate past bij de visuele ervaring van de consument. Dit is een onderscheidend kenmerk, welke de onderhavige uitvinding zeer markant onderscheidt van de huidige mechanische sorteerinrichtingen, die voor aardappelen zijn bestemd en waarbij bijvoorbeeld een zeef wordt gebruikt. De met deze inrichtingen gepaard gaande problemen zijn hierboven genoemd.

De computer berekent ook waar het voorwerp op de band is gelegen, dat wil zeggen waar het voorwerp begint en eindigt gezien in de langsrichting van de band en waar het voorwerp begint en eindigt gezien in dwarsrichting van de band. Ook wordt hierbij een geometrische gemiddelde waarde berekend, welke voor een ideaal symmetrisch lichaam overeen zal komen met het massamiddelpunt. Deze waarden worden gebruikt voor het berekenen van de besturingssignalen voor een sorteerorgaan 115.

Voorts past de computer het sorteren aan volgens bijvoorbeeld een zeefsorteren om te voldoen aan sorteercriteria, die voor aardappelen zijn vastgesteld. Uiteraard kan elke sor-teerspecificatie, die overeenkomt met bepaalde individuele eisen, in de computer worden ingevoerd.

Resumerend wordt de, de voorkeur verdienende aftast-inrichting volgens de uitvinding op de volgende wijze gebruikt, Een partij aardappelen wordt op twee parallelle banden geladen, die door de aftastinrichting worden gevoerd. De roterende polygonale spiegel laat een laserbundel de aardappelen aftasten, zodat de aardappelen en de banden éénmaal per mili-meter van de band worden afgetast. Het gereflecteerde licht wordt door de detector herkend, welke de intensiteit omzet in met een computer verwerkbare signalen. De computer stuurt be- sturingssignalen aan de sorteerinrichting, welke stroomafwaarts van de band is gemonteerd, waarna de aardappelen volgens geschikte criteria in bepaalde partijen kunnen worden gesorteerd.

Aangezien een meting van afmeting, vorm enzovoorts wordt uitgevoerd, kan het voorwerp gelijktijdig worden geïdentificeerd . Op basis van de reflectiekromme, die specifiek voor elk voorwerp is, kan een voorwerp worden geïdentificeerd. Het is algemeen bekend, dat bijvoorbeeld een aardappel licht met een golflengte van 1400 nm absorbeert, terwijl bijvoorbeeld een steen, welke qua uiterlijk op een aardappel kan lijken, deze golflengte reflecteert.

De identificatie van een voorwerp kan op verschillende manieren worden uitgevoerd. Bij de voorkeursuitvoering is een verdere lamp in het lichtemitterende orgaan 8 opgenomen. Het gereflecteerde licht wordt in twee gescheiden banden verdeeld en gedetecteerd. De intensiteit van elke golfband wordt vergeleken met het reflectiespectrum. In het eenvoudigste geval worden de intensiteiten gedeeld en wanneer het quotiënt boven of beneden een bepaalde waarde ligt, wordt de identiteit van het voorwerp aangegeven.

In de computer worden de vorm en identiteit van het voorwerp vergeleken. Een aantal verschillende selectiecriteria bepalen vervolgens het leveren van het besturingssignaal voor de sorteerinrichting. Bij de voorkeursuitvoering worden voorwerpen uitgesorteerd, die niet met een voorafbepaalde zekerheid als aardappelen kunnen worden vastgesteld. Uiteraard kan dezelfde lichtbron, bijvoorbeeld een halogeenlamp, zowel voor het vaststellen van de vorm als voor de identificatie worden gebruikt.

De deskundige kan uiteraard alternatieve uitvoeringen binnen het kader van de onderhavige uitvinding ontwerpen.

Claims (10)

1. Werkwijze voor het contactloos aftasten van een voorwerp (1) dat nabij of op een oppervlak (2, 16) is geplaatst, waarbij licht in de vorm van een lichtbundel naar het voorwerp wordt gezonden, het voorwerp (1) met de lichtbundel wordt afgetast, het licht na reflectie door het voorwerp (1) en het oppervlak (2, 16) wordt gedetecteerd, de intensiteit van het gedetecteerde licht wordt bepaald voor het bepalen van de omtrek van het voorwerp, met het kenmerk, dat het voorwerp wordt verplaatst ten opzichte van de bron van de lichtbundel; dat de lichtbundel in de vorm van een smalle lichtbundel over het voorwerp wordt afgetast vanuit tenminste twee verschillende richtingen; dat het gereflecteerde licht in tenminste twee verschillende richtingen wordt gedetecteerd en dat de intensiteit van het gedetecteerde, gereflecteerde licht wordt bepaald voor het bepalen van de omtrek van het voorwerp voor tenminste twee verschillende richtingen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat licht wordt gereflecteerd door het voorwerp (1), een eerste oppervlak (2), dat deel uitmaakt van het oppervlak (2, 16) en tenminste een tweede oppervlak (16), dat een hoek insluit met het eerste oppervlak (2).

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het voorwerp (1) wordt geplaatst onder een hoek met de aftastrichting.

4. Werkwijze volgens één der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het gedetecteerde licht wordt omgezet in een digitale pulstrein waarvan de veranderingen in niveau overeenkomen met de omtrek van het voorwerp, waarbij lage intensiteiten van het licht in het gereflecteerde licht lage niveaus opleveren en hoge intensiteiten hoge niveaus opleveren, waarbij de pulstrein wordt vergeleken met een voorafbepaald pulspatroon, zodat bepaalde pulsreeksen worden omgezet in blokken, welke afstanden voorstellen tussen twee punten op de omtrek van een doorsnedegebied van het voorwerp en waarbij een aantal blokken, die elk overeenkomen met tenminste één afstand voor een doorsnedegebied, worden geregistreerd voor reproductie van het voorwerp, waarbij de reproductie de omtrek van het voorwerp geeft op de wijze, waarop de omtrek wordt gedetecteerd uit de bovengenoemde twee verschillende richtingen.

5. Werkwijze volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het licht van de lichtbron en/of tenminste een tweede lichtbron op op zichzelf bekende wijze wordt verdeeld in tenminste twee van de golflengte afhankelijke lichtstromen, waarvan de intensiteit wordt omgezet in signalen, die worden vergeleken met een reflectiespectrum, dat voor het voorwerp vooraf is bepaald, voor het identificeren van het voorwerp.

6. Werkwijze volgens één der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de uitgezonden lichtbundel en de gereflecteerde lichtbundel althans nagenoeg parallel worden gemaakt voor het elimineren van parallax-fouten bij het detecteren.

7. Inrichting voor het contactloos aftasten van een voorwerp (1), dat nabij of op een oppervlak (2, 16) is geplaatst, voorzien van een lichtemitterend orgaan (8), dat licht in de vorm van een lichtbundel naar het voorwerp (1) en het oppervlak (2, 16) zendt, een verdelingsorgaan (11, 12, 13) dat de lichtbundel over het voorwerp en het oppervlak aftast, een detectie-orgaan (9), dat het door het voorwerp en het oppervlak (2, 16) gereflecteerde licht detecteert en een elec-tronisch en computercircuit (17) dat de omtrek van het voorwerp kan bepalen door middel van de intensiteit van het door het detectie-orgaan (9) gedetecteerde licht, met het kenmerk, dat het verdelingsorgaan (11, 12, 13) de lichtbundel kan verdelen in tenminste twee lichtbundels, die een hoek met elkaar insluiten en het voorwerp uit twee verschillende richtingen kunnen aftasten, dat tenminste een tweede oppervlak (16), dat deel uitmaakt van het oppervlak (2, 16) een hoek insluit met een eerste oppervlak (2) van het oppervlak (2, 16), dat het detectie-orgaan (9) het gereflecteerde licht in tenminste twee verschillende richtingen kan detecteren en dat het electro-nisch en computercircuit (17) de omtrek van het voorwerp voor tenminste twee richtingen kan bepalen.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het detectie-orgaan (9) het licht kan detecteren, dat volgens dezelfde stralenbaan als het gezonden licht wordt teruggereflecteerd en dat het verdelingsorgaan (11, 12, 13) het door het voorwerp (1) en het oppervlak (2, 16) gereflecteerde licht ontvangt en richt en dit licht naar het detectie-orgaan (9) stuurt.

9. inrichting volgens conclusies 7-8, met het kenmerk, dat het verdelingsorgaan (11, 12, 13) de door het lichtend tterende orgaan (8) gezonden lichtbundel kan verdelen in twee lichtbundels voor het aftasten van twee verschillende voorwerpen (1), die nabij verschillende oppervlakken zijn geplaatst.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het verdelingsorgaan (11, 12, 13) is voorzien van een roterende polygonale spiegel (11), welke het licht symmetrisch in twee tegengestelde richtingen zendt, zodat elk van de twee gescheiden voorwerpen (1) afwisselend worden af getast, waarbij op dezelfde wijze door de voorwerpen en de oppervlakken gereflecteerd licht door de polygonale spiegel (11) afwisselend wordt ontvangen en op dezelfde wijze doorgeeft aan het detec-tie-orgaan (9).