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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen eines
frei fallenden Objekts, wobei das Objekt beim Durchqueren einer
Messkammer, die mit einer Eintrittsöffnung und einer gegenüberliegenden
Austrittsöffnung
für das
Objekt versehen ist, mittels mehrerer Lichtquellen beleuchtet wird und
dabei mehrere optoelektronische Aufnahmesysteme, von denen jedem
zumindest eine der Lichtquellen zugeordnet ist, ausgelöst werden.
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Derartige
Verfahren und Vorrichtungen werden zum Klassifizieren von Gütern verwendet,
dabei insbesondere zur Qualitätssicherung.
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Im
Stand der Technik sind Bemühungen
um solche Verfahren und Vorrichtungen bekannt.
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So
beschreibt die
DE
20 2004 009 194 U1 eine Beleuchtungseinrichtung mit einer
einen zu beleuchtenden Objektbereich tunnelartig mindestens teilweise
umschließenden
flächigen
Anordnung von Beleuchtungsorganen, insbesondere lichtemittierenden
Dioden. Die Anordnung ist aus einer Mehrzahl gleicher oder verschiedener
Module aufgebaut, die jeweils mit einer flächigen Anordnung von Beleuchtungsorganen
bestückt
sind und über
Verbindungselemente mit wählbarer
relativer Winkelposition zueinander verbunden sind.
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Aus
DE 199 11 522 A1 ist
eine Ringleuchte für
eine homogene Ausleuchtung mit LED-Bestückung auf einer Leiterplatte
bekannt, die auf der Rückseite
mit Widerständen
für eine
Strombegrenzung und Dioden für
einen Verpolungsschutz versehen sind, wobei die LEDs in Leiterplattentechnik
verlötet
sind und in eine oder über
eine zentrale Öffnung der
Leiterplatte ein Fotoobjektiv für
eine industrielle Bildverarbeitung anbringbar ist. Dabei besteht
die Leiterplatte mit der zentralen Öffnung aus einem flexiblen
Kunststoff und ist mit einem keilförmigen Ausschnitt versehen,
der von der zentralen Öffnung
bis zum Außenrand
der Leiterplatte reicht. Eine Schnittkante des Ausschnittes ist
mit einer oder mehreren Laschen mit Bohrungen versehen. Die Leiterplatte
ist konusförmig
gewölbt
und die Laschen sind im Bereich der anderen Schnittkante des Ausschnittes
mit dem Teil der Leiterplatte verbunden.
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Bei
den beiden zuvor genannten Anordnungen ist von Nachteil, dass Messobjekte
ungleichmäßig ausgeleuchtet
werden. Zudem verringern die verwendeten Streuscheiben die Beleuchtungsintensität.
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In
der
DE 101 06 032
A1 wird eine Vorrichtung zur homogenen Ausleuchtung einer
kleinen Fläche
mit einer Ulbrichtschen Kugel beschrieben. Sie weist eine Mehrzahl
von Lichtquellen auf, die in der Wand der Ulbrichtschen Kugel angeordnet
sind. Mindestens zwei der in der Wand angeordneten Lichtquellen
weisen verschiedene spektrale Eigenschaften auf. Es ist eine Lichtquellensteuervorrichtung
vorgesehen, mit der die einzelnen Lichtquellen jeweils ansteuerbar
sind.
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Diese
Vorrichtung weist eine geringe Beleuchtungsintensität auf, da
die Lichtstrahlen zum Mischen sehr oft an der Ulbrichtschen Kugel
reflektiert werden müssen.
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Die
DE 41 32 472 C1 beschreibt
ein Verfahren zum Erkennen und Unterscheiden von teilchenförmigen Gegenständen in
einer Farbsortiermaschine, bei dem ein die Gegenstände führender
Kanal mit einer Strahlung von einem oder mehreren Sendern aus dem
sichtbaren oder ultravioletten Bereich durchleuchtet wird. Die von
dem jeweiligen Gegenstand zurückgestreute
Strahlung wird von mindestens einem Produktsignalempfänger aufgenommen und
einer Produktsignal-Verarbeitungsschaltung zugeführt. Darin wird sie in erste
elektrische Signale umgesetzt, deren Amplituden proportional zur
zurückgestreuten
Lichtmenge sind. Nur die von dem Gegenstand nicht zurückgestreute
Strahlung wird von einem Restlichtempfänger empfangen und in zweite
elektrische Signale umgesetzt, deren Amplituden ebenfalls proportional
zu der aufgenommenen Lichtmenge sind. Dabei werden die ersten und
zweiten elektrischen Signale miteinander multipliziert und die sich
aus der Signalmultiplikation ergeben den Signalmaxima oder Signalminima
zur Ansteuerung anderer Komponenten der Farbsortiermaschine herangezogen.
Vorgeschlagen wird auch die Verwendung mehrerer Sender-Empfänger-Gruppen,
die unterschiedliche Bereiche der Gegenstände aus unterschiedlichen Richtungen
aufnehmen können.
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Bei
diesem Verfahren ist der pulsierende Dauerbetrieb der Sender und
Produktsignal- beziehungsweise Restlichtempfänger von Nachteil, da er die
Lebensdauer der Messvorrichtung begrenzt. Zudem kann hier nur nach
einer integrierten Farbinformation klassifiziert werden.
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Aus
DE 41 27 903 C2 ist
eine Vorrichtung zur Qualitäts-
und Größensortierung
von Produkten und Artikeln bekannt, bestehend aus Zuführeinrichtung, fotometrischer
Messkammer mit Beleuchtungseinrichtungen und optoelektronischen
Bildwandlern sowie Elektronikblock mit zugeordneten Trennmechanismen
sowie Austrage- und Auffangeinrichtungen. Eine fotometrische Messkammer
ist mit mehreren vorzugsweise ringförmig angeordneten Beleuchtungseinrichtungen
und optoelektronischen Bildwandlern versehen. Die Beleuchtungseinrichtungen bestehen
zweckmäßigerweise
aus Gasentladungslampen, deren Licht mit Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und
620 nm ausstrahlbar und dessen Infrarotanteil vorzugsweise kleiner
als 2% der Gesamtstrahlungsleistung ist. Die Beleuchtungseinrichtungen sind
außerhalb
der Messebene angebracht. Die den parabelförmigen Fallkanal bildende fotometrische Messkammer
ist über
einen optisch transparent prismatischen Körper, wahlweise Glaszylinder,
staub- und spritzwasserdicht getrennt, aber optisch verbunden. Die
fotometrische Messkammer steht über
einen nachgeordneten einen oder mehrere Trennmechanismen bewegenden
Elektronikblock mit einer Auffangeinrichtung in Verbindung.
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In
DE 41 40 513 C1 ist
eine Vorrichtung zum optischen Überprüfen und
Sortieren von Objekten vorgesehen, die seriell im freien Fall durch
eine Prüfzone
geleitet werden, um die mehrere Lichtquellen und mindestens ein
Reflexlichtempfänger
umfangsmäßig angeordnet
sind. Deren Lichtsignale werden optoelektrisch gewandelt und in
einer Steuervorrichtung mit vorgegebenen Grenz werten verglichen,
bei deren Unter- oder Überschreitung
ein Steuersignal in einem Mikroprozessor erzeugt wird, das eine
Sortierweiche beaufschlagt, die unterhalb der Prüfzone angeordnet ist. Die Lichtquellen
sind durch jeweils einen Laserscanner gebildet, deren Ablenkebenen
im Wesentlichen senkrecht zu einer Objektfallrichtung liegen und
die zyklisch nacheinander jeweils etwa für eine Ablenkperiode einen
Objekt-Umfangssektor erfassen. Die Lichtempfänger sind Lichtleiterfasern
eines Lichtleiterbündels,
deren Enden einem optoelektrischen Reflexlicht-Wandler zugeführt sind,
dessen Ausgangssignal, das Reflexlichtsignal, der Steuervorrichtung
zu dem Vergleich mit den Grenzwerten und einer weiteren Auswertung
zugeführt
ist. Um die Prüfzone
ist allseitig ein Direktlichtempfänger in einer solchen Höhe angeordnet,
dass die Laserscannerstrahlen stets auf diesen treffen, wenn sie
kein Objekt treffen. Der Direktlichtempfänger führt auf einen optoelektrischen
Direktlichtwandler, dessen Direktlichtsignal der Steuervorrichtung
zugeführt
ist.
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Bei
dieser Vorrichtung ist lediglich die Messung des Querschnittes eines
Objektes in genau einer Ebene möglich.
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Die
beiden letztgenannten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass je
nach Form der Messobjekte, insbesondere bei zerklüfteten Messobjekten, Schattenbildung
auftritt. Zudem ist die Beleuchtungsintensität niedrig.
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Bei
allen Vorrichtungen mit geringer Beleuchtungsintensität ergeben
sich große
Messfehler, da sich durch die erforderliche lange Belichtungsdauer
und die beim Fall der Objekte auftretende hohe Geschwindigkeit eine
hohe Bewegungsunschärfe
ergibt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die
eine genauere Prüfung
von Objekten mit verringerter Fehlerrate ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist,
und durch eine Vorrichtung, welche die in Anspruch 6 angegebenen
Merkmale aufweist, gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Als
Messkammer wird im Sinne der Erfindung jeder offene oder umschlossene
räumliche
Bereich angesehen.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
ist vorgesehen, dass das Objekt zunächst detektiert wird und daraufhin
die Aufnahmesysteme in kurzer Zeit sequentiell oder zumindest teilweise
parallel ausgelöst
und die jeweilig zugeordneten Lichtquellen vorübergehend eingeschaltet werden
und dass mittels der Aufnahmesysteme zweidimensionale oder dreidimensionale
Bilder als Signale aufgenommen werden, wobei aus den aufgenommenen
Bildern wenigstens eine Eigenschaft des Objekts ermittelt wird. Dreidimensionale
Bilder können
beispielsweise mit Hilfe von PMD-Kameras aufgenommen werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
enthält eine
Detektionsvorrichtung für
das Objekt und mindestens vier Lichtquellen sowie mindestens vier
optoelektronische Aufnahmesysteme, die räumlich so angeordnet sind,
dass sie sich nicht in einer Ebene befinden, wobei jedem Aufnahmesystem
mindestens eine der Lichtquellen zugeordnet ist.
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Die
Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Zunächst werden aufgrund der vorangestellten
Detektion des Objekts die Aufnahmesysteme und Lichtquellen nur ausgelöst beziehungsweise
eingeschaltet, wenn tatsächlich
ein zu prüfendes
Objekt in der Messkammer ist. Dadurch wird die Lebensdauer der Lichtquellen
und auch der Aufnahmesysteme verlängert. Die Beleuchtungsstärke der
Lichtquellen kann durch den unterbrochenen Betrieb von Leistungsdioden
in Blitzweise hoch sein, was lichtstarke, genau auswertbare Bilder
mit geringer Bewegungsunschärfe
erlaubt. Die Aufnahme von zweidimensionalen oder dreidi mensionalen
Bildern ermöglicht
eine genaue Auswertung des Objektes nach optischen Kriterien. Die
so ermöglichte,
genauere Auswertung verringert die Fehlerraten der Prüfung und
damit die Wahrscheinlichkeit einer unerwünschten falschen Klassifizierung
beim Sortieren.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
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Dazu
zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
einer Messkammer in perspektivischer Darstellung in seitlicher Ansicht,
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2 eine
Vorrichtung mit Messkammer in perspektivischer Darstellung im Querschnitt
und
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3 eine
weitere Ausführungsform
einer Messkammer in perspektivischer Darstellung in schräger Draufsicht.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher
eine offene Messkammer 1 von vier mattweißen Kugelschalensegmenten 1.4,
die einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt
aufweisen, und einer Zuführung 1.5 gebildet
wird. Die Kugelschalensegmente 1.4 sind tetraedrisch angeordnet.
Auf den konvexen Innenseiten der Kugelschalensegmente 1.4 sind
jeweils neun Lichtquellen 2 in Form von Leistungsleuchtdioden
angebracht, so dass die Lichtquellen 2 auf einer virtuellen
Sphäre
liegen, die mit den Innenseiten der Kugelschalensegmente 1.4 übereinstimmt.
Die Lichtquellen 2 sind dabei auf den Mittelpunkt der virtuellen
Sphäre
ausgerichtet. Durch die äquidistante
Anordnung der Lichtquellen 2 zum Mittelpunkt der virtuellen
Sphäre
wird eine gleichmäßige Ausleuchtung
des Objekts bei hoher Lichtintensität ermöglicht.
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Im
Zentrum jedes Kugelschalensegmentes 1.4 ist eine Öffnung 1.6 vorgesehen,
durch die jeweils ein Aufnahmesystem 3 auf den Mittelpunkt
der virtuellen Sphäre
und somit auf den gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt
der Kugelschalensegmente 1.4 gerichtet ist. Die Aufnahmesysteme 3 sind
dadurch in den Ecken eines virtuellen Tetraeders angeordnet. Zwei
Achsen dieses virtuellen Tetraeders sind dabei orthogonal zur Fallrichtung
des Objekts angeordnet. Es handelt sich um die beiden zueinander
orthogonalen Achsen des virtuellen Tetraeders. Diese Anordnung hat
den Vorteil, dass jedes Aufnahmesystem 3 außerhalb
der Sichtfelder der jeweiligen anderen Aufnahmesysteme 3 liegt.
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Die
Lichtquellen 2 eines jeden Kugelschalensegmentes 1.4 sind
in drei Gruppen zu drei Stück aufgeteilt,
die einen ebenen Winkel von 120° bezogen
auf den Mittelpunkt des betreffenden Kugelschalensegments 1.4 einnehmen.
Jede der Gruppen eines Kugelschalensegments 1.4 ist dabei
im wesentlichen auf eines der anderen Kugelschalensegmente 1.4 ausgerichtet.
Alle Lichtquellen eines Kugelschalensegments 1.4 sind dem
Aufnahmesystem 3 des betreffenden Kugelschalensegments 1.4 zugeordnet. Zusätzlich ist
jede Gruppe von Lichtquellen 2 demjenigen Aufnahmesystem 3 zugeordnet,
auf dessen Kugelschalensegment 1.4 sie ausgerichtet ist.
Jedem Aufnahmesystem 3 sind somit sechs Gruppen von Lichtquellen 2 beziehungsweise
achtzehn Lichtquellen 2 zugeordnet.
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Diametral
gegenüber
jedem Aufnahmesystem 2 können in einer weitergehenden
Ausgestaltung farbige, insbesondere blaue Kontrastflächen angeordnet
sein, welche als Bildhintergrund die Ermittlung von optischen Eigenschaften
des Objekts erleichtern. Durch die tetraedrische Anordnung der Kugelschalensegmente 1.4 können die
Kontrastflächen
zwischen den Kugelschalensegmenten 1.4 angeordnet sein,
ohne die Beleuchtung zu beeinträchtigen.
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Wird
ein Objekt im Zentrum der Messkammer 1, also im Bereich
des Mittelpunkts der virtuellen Sphäre detektiert, beispielsweise
durch zumindest eine Lichtschranke, so werden sequentiell die Aufnahmesysteme 3 ausgelöst. Zu jedem
ausgelösten Aufnahmesystem 3 werden
die zugeordneten Gruppen von Lichtquellen 3 vorübergehend
während
seiner Verschlusszeit eingeschaltet. Durch die spezielle Zuordnung
der Lichtquellen 2 werden zu jedem Aufnahmesystem 3 somit
sechs Gruppen von Lichtquellen 2 eingeschaltet, so dass
das Objekt in einer groben Näherung
für jedes
Aufnahmesystem 3 von einer jeweiligen Hemisphäre von Lichtquellen 2 beleuchtet wird.
Das Objekt wird auf diese Weise für das jeweilig ausgelöste Aufnahmesystem 3 gleichmäßig und
mit hoher Intensität
beleuchtet. Die Verschlusszeiten können dadurch sehr kurz gehalten
werden, was die Bewegungsunschärfe
vernachlässigbar
macht. In das jeweilig ausgelöste
Aufnahmesystem 3 fällt
zudem ausschließlich
indirektes Licht. Eine Überbelichtung
durch direkt einfallendes Licht ist somit ausgeschlossen.
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Die
Messkammer 1 an sich kann prinzipiell eine beliebige Form
aufweisen, wenn die Lichtquellen 2 sphärisch angeordnet sind und die
Bilder des Objekts entsprechend, beispielsweise mit unterschiedliche
Entfernungen ausgleichenden Optiken, erzeugt und, beispielsweise
mit digitalem Zoom, ausgewertet werden.
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Eine
bevorzugte Form der Messkammer 1 ist eine physische Sphäre, deren
Innenoberfläche
mit Lichtquellen 2 versehen ist, die entsprechend der oben
angegebenen Art gruppenweise zu Aufnahmesystemen 3 zugeordnet
sind, welche bei Auslösung jeweils
einen Bereich um den Mittelpunkt der Sphäre abbilden. Dazu sind zweckmäßigerweise Öffnungen 1.6 in
der Sphäre
vorgesehen, so dass die Aufnahmesysteme 3 außerhalb
der Sphäre
angeordnet sein können.
Auch in einer solchen Form der Messkammer 1 können Kontrastflächen diametral
gegenüber den
Aufnahmesysteme 3 angeordnet sein. Dazu sind weitere Öffnungen 1.6 zweckmäßig, in
denen oder hinter denen die Kontrastflächen angeordnet werden. Vorteilhafterweise
ist eine physische Sphäre
innen weiß beschichtet
oder aus Milchglas gefertigt.
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2 zeigt
die zuvor beschriebene Messkammer 1 in einer komplexen
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Im Querschnitt erkennbar ist die virtuelle Sphä re V. Bestandteile dieser virtuelle
Sphäre
V sind die Kugelschalensegmente 1.4. Unterhalb der Messkammer 1 ist
eine Sortiereinrichtung S angeordnet, die in Abhängigkeit der Auswertung der
Bilder der Aufnahmesysteme 3 gesteuert wird. Den Aufnahmesystemen 3 diametral
gegenüber
ist jeweils eine Kontrastfläche 1.7 als
Bildhintergrund für
die Aufnahmesysteme 3 angeordnet.
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In 3 ist
eine andere Ausführungsform
einer Messkammer 1 in schräger Ansicht von oben abgebildet.
Es handelt sich um eine Prüfvorrichtung
für einen
Sortierautomaten für
Schuttgüter
wie Lebensmittel, insbesondere kleine Früchte, Steine oder kleine Bauteile.
Die Messkammer 1 ist als Polyeder mit vierundzwanzig Polyederflächen 1.3 ausgebildet, wobei
die Polyederflächen 1.3 als
Leiterplatten ausgeführt
sind. Die Messkammer 1 ist mit einer Eintrittsöffnung 1.1 im
Bereich einer Ecke an der Oberseite und einer gegenüberliegenden
Austrittsöffnung 1.2 im
Bereich einer Ecke an der Unterseite versehen. Der Polyeder ist
an vier weiteren Ecken geöffnet.
Diese Öffnungen 1.6 sind
als Lichtdurchlässe
für vier Aufnahmesysteme 3 vorgesehen.
Diejenigen Polyederflächen 1.3,
die an eine der Öffnungen 1.1, 1.2, 1.6 grenzen,
sind viereckig ausgebildet. Die anderen Polyederflächen 1.3 sind
dreieckig ausgebildet. Die Polyederflächen 1.3 sind lichtdicht
ausgeführt
und weisen auf der Innenseite eine weiße Farbe auf. Die Messkammer 1 ist
so angeordnet, dass die Eintrittsöffnung 1.1 vertikal über der
Austrittsöffnung 1.2 liegt, so
dass ein Objekt durch die Messkammer 1 hindurchfallen kann.
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An
allen Polyederflächen 1.3 sind
jeweils drei weiße
Leistungsleuchtdioden als Lichtquellen 2 angeordnet. An
jeder der vier Öffnungen 1.6 ist
eine jeweilige CCD-Videokamera als Aufnahmesystem 3 angeordnet.
Die Lichtquellen 2 jeder Polyederfläche 1.3 bilden eine
jeweilige Gruppe. Für
jede Öffnung 1.6 sind
die Gruppen, die auf sie unmittelbar umgebenden Polyederflächen 1.3 angeordnet
sind, dem betreffenden Aufnahmesystem 3 zugeordnet. Einem jeweiligen
Aufnahmesystem 3 sind zusätzlich jene Gruppen zugeordnet,
die auf solchen Polyederflächen 1.3 liegen,
die ihrerseits an die die betreffende Öffnung 1.6 unmittelbar
umgebenden Polyerderflächen
angrenzen. Durch die Form des Polyeders liegen die Lichtquellen 2 näherungsweise
auf einer virtuel len Sphäre.
In realen Ausführungsformen
werden Polyeder mit einer wesentlich größeren Anzahl von Polyederflächen 1.3 verwendet.
Sie können
beispielsweise durch Tesselieren einer Kugeloberfläche in Dreiecke
berechnet werden. In allen Fällen
liegen die Lichtquellen 2 im Wesentlichen auf einer virtuellen
Sphäre.
Aufgrund der Bauhöhe
der Lichtquellen 2 und der Aufnahmesyteme 3 sind
die Lichtquellen 2 durch die Polyederflächen 1.3 hindurchgeführt und die
Aufnahmesysteme 3 außerhalb
der Öffnungen 1.6 angeordnet.
Dadurch ist eine Wartung von außen möglich. Die
Aufnahmesysteme 3 sind auf das Zentrum der Messkammer 1 ausgerichtet
und äquidistant zu
diesem angeordnet. Die Lichtquellen 2 und die Aufnahmesysteme 3 sind
mit einer nicht abgebildeten Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit
kann die Lichtquellen 2 gruppenweise und die Aufnahmesysteme 3 einzeln
steuern.
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In
der Messkammer 1 sind als Detektionsvorrichtung 4 zwei
Lichtschranken angeordnet, bestehend aus zwei Sendern 4.1 und
zwei Empfängern 4.2.
Fällt ein
Objekt durch die Eintrittsöffnung 1.1 bis zum
Mittelpunkt der virtuellen Sphäre,
in dem gezeigten Fall also dem Mittelpunkt der Messkammer 1,
so gibt die Detektionsvorrichtung 4 ein Signal an die Steuereinheit
ab. Die Lichtschranken weisen jeweils einen auf den Durchmesser
des Objekts aufgefächerten
Strahl auf und kreuzen einander, so dass das Objekt auch bei horizontal
versetztem oder schrägem
Fall detektiert wird.
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Mehrere
Objekte eines Prüfgutes
werden der Messkammer 1 über eine nicht abgebildete
Vereinzelungsvorrichtung zugeführt
und fallen daraufhin einzeln durch die Messkammer. Fällt ein
Objekt durch die Eintrittsöffnung 1.1 bis
zum Mittelpunkt der virtuellen Sphäre, so unterbricht es zumindest
eine der Lichtschranken, so dass die Detektionsvorrichtung 4 ein
Signal betreffend die Detektion eines Objektes an die Steuereinheit
abgibt. Diese löst
daraufhin nacheinander im Abstand von 10 μs jedes der Aufnahmesysteme 3 aus
und schaltet parallel dazu die betreffenden zugeordneten Lichtquellen 2 für eine Dauer von
10 μs ein,
was der Verschlusszeit der Aufnahmesysteme 3 entspricht.
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Es
ist alternativ möglich,
dass die Steuereinheit zunächst
parallel die beiden oberen Aufnahmesysteme 3 auslöst und simultan
die jeweilig zugeordneten Lichtquellen 2 vorübergehend
einschaltet. Nachdem die Verschlusszeit der beiden oberen Aufnahmesysteme 3 von
10 μs verstrichen
ist, löst
die Steuereinheit dann parallel miteinander die beiden unteren Aufnahmesysteme 3 aus
und schaltet simultan die zugeordneten Gruppen von Lichtquellen 2 für eine Dauer
von 10 μs
ein. Andere sequentiell-parallele Steuersequenzen sind ebenfalls
möglich.
Die kurzen Verschlusszeiten ermöglichen
in Verbindung mit den hohen Beleuchtungsintensitäten der Leistungsleuchtdioden
eine hohe Aufnahmequalität
mit geringer Bewegungsunschärfe.
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Die
von den Aufnahmesystemen 3 nach dem Auslösen und
Beenden der Aufnahmen ausgehenden Signale werden vorzugsweise in
Form von zweidimensionalen Digitalbildern zur Auswertung an die Steuereinheit übermittelt.
Durch die vier Bilder aus vier verschiedenen Richtungen mit entsprechender Beleuchtung
wird die gesamte Oberfläche
des Objekts abgebildet. Aufgrund der sequentiellen beziehungsweise
sequentiell-parallelen Steuerung der Aufnahmesysteme 3 und
der zugeordneten Gruppen von Lichtquellen 2 fällt während den
verschiedenen Aufnahmen stets nur indirektes Licht in ein jeweilig ausgelöstes Aufnahmesystem 3.
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Die
Steuereinheit ist mit einer der Messkammer nachgeschalteten Sortiereinrichtung
verbunden und kann diese steuern. Die Steuereinheit ist dazu mit
entsprechenden Auswertealgorithmen für die Auswertung der zweidimensionalen
Digitalbilder hinsichtlich der optischen Eigenschaften der zu prüfenden und
zu sortierenden Objekte programmiert und mit entsprechenden Bedingungen
für die
Klassifizierung von Objekten versehen. Für Früchte als zu prüfende Objekte
wird zunächst
eine Farbe des detektierten Objekts sowie eine zugehörige Unsicherheit ermittelt.
Ist die Unsicherheit der Farbe signifikant, so wird versucht, als
zweite Eigenschaft einen kreisförmigen,
zusammenhängenden
Fleck auf dem Objekt zu ermitteln. Für diese zweite Eigenschaft
wird eine zweite Unsicherheit bestimmt. Ist auch diese zweite Unsicherheit
signifikant, so wird als dritte Eigenschaft des Objekts dessen Kontur
aus den Digitalbildern ermit telt und auf eine Abweichung von einer
vorgebbaren Kontur hin ausgewertet. Anhand der einen oder mehreren
ermittelten Eigenschaften wird das Objekt klassifiziert. Für die Auswertung
und Bewertung der Eigenschaften und Unsicherheiten kann beispielsweise
Fuzzy-Logik eingesetzt werden.
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Die
Sortiereinrichtung wird von der Steuereinheit für ein die Messkammer 1 durchfallendes
Objekt in Abhängigkeit
der Klassifizierung gesteuert, so dass beispielsweise ein fehlerhaftes
Objekt aussortiert wird. Die Sortiereinrichtung kann beispielsweise auf
der Ablenkung mit Hilfe von Druckluft basieren.
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In
alternativen Ausgestaltungen können mehr
als vier Aufnahmesysteme 3 vorgesehen sein, wodurch der
zu erfassende Raumwinkel der einzelnen Aufnahmesysteme 3 reduziert
werden kann. Es kann auch lediglich ein Teil der Polyederflächen 1.3 mit
Lichtquellen versehen sein, vorzugsweise diejenigen Polyederflächen 1.3,
die um Öffnungen 1.6 für die Aufnahmesysteme 3 vorgesehen
sind. Die Steuereinheit löst
stets nur solche Segmente aus Aufnahmesystemen 3 und zugeordnete
Lichtquellen 2 parallel miteinander aus, die sich nicht
gegenseitig beeinflussen, beispielsweise durch eine die Aufnahme überbelichtende,
direkte Ausleuchtung eines beteiligten Aufnahmesystems 3.
Die Reihenfolge des Auslösens
beziehungsweise Einschaltens ist dabei zweckmäßigerweise für eine bestimmte
Messkammer mit bekannter Anordnung der Aufnahmesysteme 3 und Lichtquellen 2 fest
in der Steuereinheit vorgegeben. In einer weiteren Ausgestaltung
können
in dem Polyeder zusätzliche Öffnungen 1.6 für Kontrastflächen angeordnet
sein.
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Für jede Form
einer Messkammer 1 kann die Beleuchtungsintensität erhöht werden,
indem im Strahlengang eines Aufnahmesystems 3 oder einer Kontrastfläche ein
Strahlteiler angeordnet ist, wodurch in den Strahlengang ein Lichtstrahl
einer oder mehrerer weiterer Lichtquellen 2 eingeblendet
wird. Der von dem Aufnahmesystem 3 beziehungsweise der
Kontrastfläche
eingenommene Raumwinkel bezüglich
des virtuellen Sphärenmittelpunkts
kann so auch für
die Beleuchtung genutzt werden. Vorzugsweise werden Strahlteiler
auf diese Weise vor jedem Aufnahmesystem 3 und jeder Kontrastfläche eingesetzt.
Die Messkammer 1 kann dabei Öffnungen aufweisen, in denen
die betreffenden Strahlteiler angeordnet sind. Zweckmäßigerweise
weisen dabei Öffnungen
und Strahlteiler, die vor Kontrastflächen angeordnet sind, eine
größere Fläche und
mehr eingeblendete Lichtquellen 2 auf als Strahlteiler,
die vor einem Aufnahmesystem angeordnet sind.
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In
besonders vorteilhaften Ausgestaltungen können Lichtquellen 2 mit
unterschiedlichen abgestrahlten Wellenlängen zur Identifikation unterschiedlicher
Objekteigenschaften verwendet werden. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise
mit jedem Aufnahmesystem 3 mehrere Bilder aufgenommen,
wobei das Objekt bei jedem Bild mit einer anderen Wellenlänge beleuchtet
wird. Für
die Ermittlung unterschiedlicher Objekteigenschaften können dann
Bilder aus verschiedenen Beleuchtungssituationen verwendet werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Auswertung der Objektbilder nach verschiedenen Kriterien
wie Form, Farbe, Struktur, Lumineszenz, Transparenz, Glanz und Infrarotprofil
möglich.
Insbesondere für
die Bestimmung der Transparenz kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
beziehungsweise das Verfahren auch mit Durchleuchtung verwendet werden.
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- 1
- Messkammer
- 1.1
- Eintrittsöffnung
- 1.2
- Austrittsöffnung
- 1.3
- Polyederfläche
- 1.4
- Kugelschalensegment
- 1.5
- Zuführung
- 1.6
- Öffnung
- 1.7
- Kontrastfläche
- 2
- Lichtquelle
- 3
- Aufnahmesystem
- 4
- Detektionsvorrichtung
- 4.1
- Sender
- 4.2
- Empfänger
- V
- Virtuelle
Sphäre
- S
- Sortiereinrichtung