NL9500018A - Inrichting voor het door middel van straling bepalen van de hoedanigheid van doorstraalbare lichamen. - Google Patents

Description

INRICHTING VOOR HET DOOR MIDDEL· VMM STRALING BEPALEN VAN DE HOEDANIGHEID VAN DOORSTRAALBARE LICHAMEN

De uitvinding heeft betrekking op inrichtingen voor het onderzoeken van doorstraalbaar Materiaal, bijvoorbeeld stukken vlees.

In het bijzonder bij de voedingsmiddelenindustrie, en meer in het bijzonder bij de vleesindustrie, moet de hoedanigheid van stukken voedingswaar, bijvoorbeeld stukken vlees, worden bepaald. Hiervoor wordt volgens de stand van de techniek in het algemeen een visuele inspectie gebruikt, terwijl het uiteraard tevens bekend is door middel van wegen tenminste de massa van de stukken vlees te bepalen. Dit betreft niet alleen stukken vlees, maar bijvoorbeeld ook groente of aardappelen.

De stukken vlees komen bijvoorbeeld vrij tijdens de slacht van bijvoorbeeld pluimvee, wild, gevogelte of vee, waarbij de visuele inspectie noodzakelijk is voor het verder bewerken, bijvoorbeeld het verwijderen van stukken vet, en/of het toekennen van een classificatie-aanduiding aan het vlees, bijvoorbeeld in afhankelijkheid van de kleur van het vlees en het vetgehalte daarvan. Tenslotte bestaat de behoefte aan een inrichting die eventuele verontreinigingen detecteert, waardoor zij kunnen worden verwijderd.

Het zal duidelijk zijn dat het uitvoeren van een visuele inspectie door mensen de nodige problemen met zich meebrengt; het is eentonig werk, waardoor men snel vermoeid raakt, en waardoor de kwaliteit van de inspectie sterk verslechtert. Bovendien bestaat de behoefte aan een inrichting die een dergelijke inspectie met een grotere snelheid uit kan voeren, dan die door mensen kan worden bereikt.

Dit doel wordt bereikt, doordat de inrichting voorzien is van stralingsmiddelen voor het slechts door middel van straling bepalen van de hoedanigheid van het materiaal. Onder straling moet hier elke willekeurige vorm van elektromagnetische straling worden begrepen, waaronder zichtbaar licht, straling in het aan het zichtbare licht aangrenzende, infrarode, danwel ultraviolette stralingsge-bied en andere stralingsgebieden, bijvoorbeeld het rönt-genstralingsgebied.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm is de inrichting ingericht voor het doorstralen van de te onderzoeken lichamen, waarbij de inrichting omvat: een inrichting voor het vanaf één zijde parallel doorstralen van een tenminste gedeeltelijk doorstraalbaar lichaam; een inrichting voor het opvangen van de uit het doorstraalbare lichaam tredende straling en het daaruit afleiden van een transmissie-signaal; en middelen voor het uit het transmissiesignaal afleiden van informatie omtrent de hoedanigheid van het doorstraalde lichaam.

Uit de aldus verkregen informatie kan, met behulp van een rekentuig, in de vorm van bijvoorbeeld een digitale computer, een poging worden gedaan de massa van het onderzochte lichaam te bepalen. De massa van een kolom van het te onderzoeken lichaam is een funktie van de hoogte en van de dichtheid van de kolom. Bovendien is de verzwakking van de een kolom doorlopen hebbende straling eveneens een functie van de hoogte en de dichtheid van de kolom. Er bestaat aldus een correlatie tussen massa en stralingsver-zwakking van een kolom. Verder kan de aldus verkregen informatie worden gebruikt voor het bepalen van de aanwezigheid van eventuele inhomogeniteiten, bijvoorbeeld botweefsel in stukken vlees.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting hoogtemeetmiddelen voor het bepalen van de afmetingen van het doorstraalbare lichaam in de richting hoofdzakelijk parallel aan de stralingsrichting over tenminste een deel van het oppervlak van het doorstraalbare lichaam dwars op de stralingsrichting en het daaruit afleiden van een hoogtesignaal.

Het relateren van het hoogtesignaal aan de bij het doorstralen verkregen informatie leidt, nu de lokale hoogte bekend is, tot een nauwkeurigere bepaling van de lokale dichtheid, zodat de verdeling van de dichtheid over het oppervlak dwars op de stralingsrichting van het te onderzoeken lichaam nauwkeuriger kan worden vastgesteld.

Volgens een derde voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting middelen voor het bepalen van de lokale reflec-tiecoëfficiënt van tenminste een deel van het oppervlak van het doorstraalbare lichaam en voor het daaruit afleiden van een reflectiesignaal. Hierbij zij opgemerkt dat onder reflectie aan het oppervlak tevens reflectiever-schijnselen tot een zekere afstand vanaf het oppervlak in het vlees worden verstaan.

Met deze additionele informatie is het in eerste instantie mogelijk aan het oppervlak gelegen verontreinigingen te detecteren, terwijl het bovendien mogelijk is in combinatie met de meetresultaten van de vorige meting eventuele lokaal verschillende hoedanigheden van het onderzochte lichaam te bepalen, in het geval van vlees, bijvoorbeeld de aanwezigheid van wit vlees, rood vlees of vet.

Vervolgens zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuur die een schematisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding toont.

In figuur 1 is een schematisch doorsnede-aanzicht weergegeven van een inrichting volgens de uitvinding. De inrichting omvat vier groepen onderdelen, namelijk een transportinrichting, een transmissiemeetinrichting 4, een reflectiemeetinrichting 14 en een hoogtemeetinrichting 22. Volgens de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding worden alle vier de inrichtingen tezamen opgenomen in de inrichting volgens de uitvinding, doch het is zeer wel mogelijk bijvoorbeeld de hoogtemeetinrichting achterwege te laten, en/of de reflectiemeetinrichting achter te laten.

De transportinrichting wordt gevormd door een transportband 1 die geslagen is om vier rollen 2, waarvan er één of meer dan één zijn aangedreven, en een aantal niet in de tekening weergegeven ondersteuningselementen. De transportband 1 is bij voorkeur van transparant materiaal vervaardigd, en vel bij voorkeur materiaal dat tenminste gedeeltelijk transparant is voor de straling die voor de transmissiemeting wordt gebruikt. Uiteraard worden de aangedreven rollen 2 aangedreven door niet in de tekeningen weergegeven aandrijforganen, bijvoorbeeld elektromotoren.

Op de transportband 1 worden door middel van een niet in de tekening weergegeven inrichting te onderzoeken lichamen 3 geplaatst, bijvoorbeeld in de vorm van stukken kalkoenfilet. De uitvinding is echter niet tot deze toepassing beperkt; in plaats van kalkoenfilet kunnen andere soorten vlees worden onderzocht, of is het mogelijk andere voedingswaren te onderzoeken, zoals groente of vruchten of aardappelen.

Het op de bewegende transportband geplaatste stuk kalkoenfilet 3 passeert als eerste een transmissiemeetin-richting 4. De transmissiemeetinrichting 4 wordt gevormd door een onder de transportband 1 geplaatste lichtbak 5, waarin een lichtbron is aangebracht in de vorm van een TL-buis 6. De TL-buis 6 is ingericht voor het afleveren van licht met een golflengte in het gebied rond 620 nm. In plaats daarvan is het mogelijk licht met andere frequen-tiebanden toe te passen, doch de onderhavige lichtbron bleek volgens de uitvinders tot goede resultaten te leiden, terwijl de stralingsbron anderzijds niet bijzonder kostbaar bleek te zijn. Uiteraard is het mogelijk anderssoort ige lichtbronnen toe te passen, bijvoorbeeld SL-, PL-, PLL-lampen.

Boven de lichtbak is een rood filter geplaatst voor het verwijderen van door de TL-buis 6 uitgezonden, doch niet in het frequentiespectrum gelegen frequentie-elemen-ten. Er wordt hierbij op gewezen dat een telelumniscen-tiebuis in het algemeen geen continu spectrum heeft, doch dat het spectrum van verscheidene frequentiepieken is voorzien. Het rode filter is in het bijzonder geschikt voor het verwijderen van buiten het vereiste frequentiege-bied gelegen frequentiepieken. Het is uiteraard mogelijk andere frequentiegebieden te gebruiken. Van belang is dat het licht smalbandig is.

Boven het rode filter 7 is een diffusorplaat 8 geplaatst die dient voor het diffuus maken van het met een gerichtheid door de TL-buis uitgezonden licht. In plaats van de diffusor 8 zou - bij voorkeur bij een puntvormige lichtbron - gebruik gemaakt kunnen worden van een collimator. Volgens een andere uitvoeringsvorm zou deze tussen de diffusor en de transportband kunnen zijn geplaatst. Het is overigens mogelijk gebruik te maken van een niet in de tekening weergegeven polarisatiefilter. De toepassing van een dergelijke polarisatiefilter leidt tot een betere evenwijdigheid van de stralingsbundels, en dus tot een nauwkeuriger resultaat. Het is bovendien mogelijk twee polarisatiefilters toe te passen, waarvan de polarisatie-richtingen loodrecht op elkaar staan.

Boven de transportband, en voldoende hoog boven de transportband om de doorgang van bijvoorbeeld stukken kalkoenfilet 3 mogelijk te maken, is een convergerende lens 9 aangebracht. Deze convergerende lens 9 dient voor het convergeren van de zoveel mogelijk parallel uit het te onderzoeken lichaam tredende straling naar een lenzenstelsel 10 dat verbonden is met een CCD-opnemer 11. Deze CCD-opnemer 11 en het lenzenstelsel 10 maken bij voorkeur deel uit van een gangbare, in de handel verkrijgbare CCD-came-ra.

Tussen de convergerende lens 9 en het lenzenstelsel 10 kan eveneens een filter worden opgenomen voor het verwijderen van buiten de door de lichtbron 6 uitgezonden frequentieband gebogen componenten. De CCD-opnemer 11 is door middel van een leiding 12 verbonden met een digitaal rekentuig 13. Onder dit digitale rekentuig 13 wordt niet alleen een zuiver digitaal rekentuig verstaan, doch evenzeer de voor toevoer van de analoge signalen noodzakelijke signaalomzetters. Bij de doorgang van bijvoorbeeld een kalkoenfilet maakt het CCD-opneemelement een opname, en het aldus verkregen signaal wordt naar het digitale reken-tuig 13 via de leiding 12 doorgestuurd.

Het signaal is, gezien over de oppervlak, een maat voor de effectieve verzwakking van de door de lichtbron 6 uitgezonden straling in de kalkoenfilet. De effectieve verzwakkingscoëfficiënt wordt gevormd door een combinatie van de inwendige absorptiecoëfficiënt en de inwendige reflectiecoëfficiënt. Uit de desbetreffende effectieve verzwakkingscoëfficiënten kan informatie worden afgeleid omtrent de dichtheid van het materiaal van de kalkoenfilet en de hoogte of dikte ervan. De desbetreffende informatie is echter niet eenduidig; een signaal met een bepaalde grootte kan immers worden verkregen door een stuk filet met een grote dikte en een lage absorptie, of door een stuk filet met een kleine dikte en een grote absorptie. Toch levert het aldus verkregen signaal een aanzienlijke hoeveelheid informatie omtrent bijvoorbeeld de totale dichtheid, oftewel de massa van de onderzochte kalkoenfilet.

Er wordt hierbij op gewezen dat in het materiaal van de kalkoenfilet lichtstralen exponentieel worden gedempt. Het uittredende signaal is aldus in eerste benadering een logaritmische funktie van de dichtheid.

Vervolgens passeert de kalkoenfilet 3 een reflectie-meetinrichting 14 die gevormd wordt door een lichtbron 15 in de vorm van een ronde TL-buis. Onder deze lichtbron is een diffusor 16 aangebracht, en daaronder een eerste polarisator 17 die ingericht is voor het polariseren van het licht in een eerste richting. Al deze elementen 15, 16,17 zijn ringvormig.

In de daardoor gevormde centrale opening is een opnemer aangebracht die gevormd wordt door een lenzenstelsel 18 en een CCD-element 19, waarbij deze beide componenten tezamen bij voorkeur worden gevormd door delen van een in de handel verkrijgbare CCD-camera.

Onder het lenzenstelsel 18 is bij voorkeur een pola-risator 20 aangebracht. Wanneer deze tweede polarisator 20 is aangebracht, dan zal de polarisatierichting zich bij voorkeur loodrecht op die van de eerste polarisatie 17 uitstrekken. Het is echter ook mogelijk alleen gebruik te maken van de tweede polarisator en de eerste polarisator achterwege te laten. Hierbij wordt opgemerkt dat het doel van de polarisatoren, hetzij alleen, hetzij tezamen, gelegen is in het vermijden, of tenminste verminderen, van het effect van glimplekken op het oppervlak. Dergelijke glimplekken ontstaan bijvoorbeeld door vochtigheid van het oppervlak. Door dergelijke glimplekken gereflecteerd licht wordt door de reflectie gepolariseerd. Bij toepassing van een eerste polarisatiefilter zal het op het voorwerp vallende licht aldus nauwelijks worden gereflecteerd, zodat glimplekken de bepaling van de reflectiecoêfficiënt niet verstoren. Bij toepassing van een tweede polarisatiefilter wordt juist het licht, dat door polarisatie tijdens reflectie door de glimplekken is gepolariseerd, onderdrukt. Bij toepassing van beide filters wordt dit effect versterkt. Aldus wordt het effect van glimplekken onderdrukt, zodat een zoveel mogelijk correcte kleurbepaling van het oppervlak mogelijk is. Uiteraard is het CCD-ele-ment 19 door middel van een kabel 21 eveneens verbonden met het digitale rekentuig 13.

Het door de TL-buis 15 uitgezonden licht wordt diffuus gemaakt door de diffusor 16, wordt vervolgens gepolariseerd door het eerste polarisatiefilter 17 in een eerste richting en op het oppervlak van de te meten kalkoenfilet 3 geworpen. Het daarop geworpen licht wordt gereflecteerd, ondermeer terug naar de centraal aangebrachte tweede polarisator 20, het lenzenstelsel 18 en de CCD-opnemer 19.

Het door de CCD-opnemer ontvangen lichtsignaal wordt geanalyseerd op basis van helderheid en kleur, en wel in het bijzonder volgens het kleurenruimtemodel dat bekend is als HSI (Hue, Saturation, Intensity; tint, verzadiging, intensiteit). Dit kleurenmodel blijkt tot de best bruikba- re resultaten te komen voor de verdere verwerking in een digitaal rekentuig. Het is uiteraard mogelijk van andere kleurmodellen gebruik te maken.

Op basis van het aldus verkregen reflectiesignaal is het mogelijk de kleur en de helderheid van het oppervlak van de kalkoenfilet vast te stellen. Meer in het bijzonder worden vervolgens lokale kleurovergangen en globale kleurschakeringen vastgesteld. Op basis daarvan is het mogelijk een schatting te doen omtrent de gebieden aan het oppervlak, waarop vet aanwezig is, of er gebieden zijn met gecoaguleerd eiwit dat mogelijkerwijs ontstaan is door een voorafgaande warmtebehandeling, of er sprake is van bloed-spots aan het oppervlak van het kalkoenfilet, en om uit te maken wat de kleur is van het filet; of er bijvoorbeeld sprake is van wit vlees of van rood vlees.

Alhoewel bovenstaande configuratie als concentrisch is beschreven, behoeft in het bijzonder de buitenste structuur niet ringvormig te zijn; het is mogelijk gebruik te maken van bijvoorbeeld twee lijnvormige lichtbronnen die aan weerszijden van de CCD-opnemer zijn aangebracht.

Ten slotte wordt volgens de voorkeursuitvoeringsvorm de kipfilet 3 onderworpen aan een hoogtemeetinrichting 22. De hoogtemeetinrichting 22 is wederom boven de transportband 1 geplaatst, ook weer op een zodanige hoogte, dat de doorgang van de te meten objecten, bijvoorbeeld de stukken kalkoenfilet, gewaarborgd is. De hoogtemeetinrichting 22 omvat een lichtbron 23 die ingericht is voor het uitzenden van een naar de kalkoenfilet gerichte lichtbundel 24. Dit licht kan schuin zijn gericht, maar het kan ook recht naar de filet gericht zijn.

Het is aantrekkelijk voor deze lichtbundel gebruik te maken van monochromatisch licht, of zelfs coherent licht, bijvoorbeeld laserlicht. In hetzelfde vlak als de uitgezonden lichtbundel 24 is een reeks opneemelementen 26 aangebracht, en wel zodanig, dat de door de kalkoenfilet 3 gereflecteerde lichtbundel 25 deze treft. Het rangnummer van het getroffen element is een maat voor de hoogte van de kalkoenfilet. Aldus is het mogelijk de hoogte van de kalkoenfilet te bepalen over een lijn die zich parallel aan de transportrichting van de transportband uitstrekt.

Door de gehele hoogtemeetinrichting 22 in de dwars-* richting een heen-en-weer-gaande beweging te laten uitvoeren, is het mogelijk de hoogte van de kalkoenfilet te bepalen volgens een zig-zag-lijn. Met behulp van de aldus verkregen gegevens is het mogelijk de hoogte van tussenge-legen delen door middel van interpolatie te bepalen, zodat een goede afbeelding van de lokale hoogte van de kalkoenfilet kan worden verkregen. De hoogtemeetinrichting 22 is door middel van een kabel 27 verbonden met het digitale rekentuig 13. De relatie tussen het, via de hoogtemeting verkregen, hoogtesignaal en het signaal uit de transmissie geeft de correlatiefunktie tussen de lokale hoogte van het object en de lokale verzwakking van de straling. Deze correlatiefunctie wordt dan toegepast op elke pixelwaarde in het resultaat van de transmissiemeting, en geeft uiteindelijke over het gehele oppervlak een waarde voor de lokale dichtheid. Met behulp van deze gegevens kan de aanwezigheid van bijvoorbeeld botten, botsplinters, pezen en dergelijke worden aangetoond.

Het zal duidelijk zijn dat diverse veranderingen in de hierboven beschreven inrichting kunnen worden aangebracht of van de uitvinding af te wijken.

Claims (20)

1. Inrichting voor het bepalen van de hoedanigheid van doorstraalbare lichamen, bijvoorbeeld stukken vlees, omvattende stralingsmiddelen voor het slechts door middel van straling bepalen van de hoedanigheid van de doorstraalbare lichamen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stralingsmiddelen omvatten: - een inrichting voor het vanaf een zijde parallel doorstralen van een tenminste gedeeltelijk doorstraalbaar lichaam; - een inrichting voor opvangen van de uit het doorstraalbare lichaam tredende straling en het daaruit afleiden van een transmissiesignaal; - middelen voor het uit het transmissiesignaal afleiden van informatie omtrent de hoedanigheid van het doorstraalde lichaam.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de lichtbron is ingericht voor het opwekken van smal-bandig licht.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het licht in een frequentieband is gelegen, waarin de golflenge van 620 nm ligt.

5. Inrichting volgens conclusie 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat tussen het draagmedium voor het te doorstralen lichaam en de lichtbron een diffusor is geplaatst en dat de opvangmiddelen een tenminste een convergerende lens omvattend lezenstelsel en een CCD-element omvatten.

6. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, gekenmerkt door hoogtemeetmiddelen voor het bepalen van de afmetingen van het doorstraalbare lichaam in de richting hoofdzakelijk parallel aan de stralingsrichting over tenminste een deel van het oppervlak van de het doorstraalbare lichaam dwars op de stralingsrichting en voor het daaruit afleiden van een hoogtesignaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6r Met het kenmerk, dat de hoogtemeetmiddelen een lichtbron omvatten die is ingericht om een naar de steunmiddelen voor het te onderzoeken lichaam gerichte lichtbundel uit te stralen en in een vlak met de lichtbundel gelegen reeks opvangelementen voor het opvangen van de door het onderzochte lichaam weerkaatste lichtbundel en het afgeven van een hoogtesig-naal.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de hoogtemeetmiddelen zijn ingericht voor het uitvoeren van een zich hoofdzakelijk dwars op de bewegingsrichting van de transportmiddelen uitvoeren van een beweging.

9. Inrichting volgens een van de conclusies 3-8, gekenmerkt door een rekentuig voor het relateren van het hoogtesignaal aan het transmissiesignaal en voor het uit deze signalen afleiden van een signaal voor de verdeling van de dichtheid van het doorstraalbare lichaam.

10. Inrichting volgens een van de conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de inrichting is ingericht voor het bepalen van de aanwezigheid van, inhomogeniteiten, bijvoorbeeld bot in stukken vlees.

11. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting is ingericht voor het bepalen van de massa van het doorstraalbare lichaam.

12. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting reflectiebepa-lingsmiddelen omvat voor het bepalen van de lokale reflec-tiecoëfficiënt van tenminste een deel van een oppervlak van het doorstraalbare lichaam en voor het daaruit afleiden van een reflectiesignaal.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de reflectiebepalingsmiddelen zijn ingericht voor het bepalen van de reflectiecoëfficiënt aan beide zijden van het lichaam.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de reflectiebepalingsmiddelen omvatten: een lichtbron; een tussen de lichtbron en het draagmedium voor het te onderzoeken lichaam geplaatste diffusor; en een CCD-opne-mer.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat tussen de diffusor en het draagmedium een polarisatie-filter is geplaatst.

16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, dat tussen het draagmedium voor het te onderzoeken 1ichaam en de CCD-opnemer een polarisatiefilter is geplaatst.

17. Inrichting volgens conclusie 14, 15 of 16, met het kenmerk, dat de CCD-opnemer concentrisch ten opzichte van de lichtbron is geplaatst.

18. Inrichting volgens een van de conclusies 2-10 en 12-17, met het kenmerk, dat het rekentuig is ingericht voor het relateren van het reflectiesignaal aan tenminste het transmissiesignaal en het hoogtesignaal en het hieruit afleiden van informatie omtrent de verdeling van de dichtheid van het doorstraalbare lichaam.

19. Inrichting volgens een van de conclusies 12-18, met het kenmerk, dat het rekentuig is ingericht voor het uit het reflectiesignaal afleiden van de aanwezigheid van inhomogeniteiten van het doorstraalbare lichaam.

20. Inrichting volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting voorzien is van transportmiddelen voor het achtereenvolgens voeren van doorstraalbare lichamen langs tenminste een van de door-stralingsmiddelen, de hoogtemeetmiddelen en de reflectie-middelen.