DE19642736C2 - Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von Fremdteilen in einem schnell bewegten Materialstrom in Form von Baumwollflocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von Fremdteilen in einem schnell bewegten Materialstrom in Form von Baumwollflocken.

Bei bekannten Datenaufnahmeverfahren für eine Bildanalyse wird bzw. werden von einem Objekt mittels einer Kamera oder einer entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtung ein Bild oder mehrere Bilder bzw. werden mittels einer Farbbild-(RGB)-Kamera drei Bilder, nämlich Bilder in den Farben Rot-Grün-Blau mit ein und derselben Beleuchtung aufgenommen.

Bei einfarbigen, beispielsweise weißen oder transparenten bzw. weitgehend transparenten Objekten werden mit den herkömmlichen Bildaufnahmeeinrichtungen nur Bilder erhalten, deren Informa­ tionsgehalt häufig viel zu gering ist, um beispielsweise über­ haupt eine in irgendeiner Weise brauchbare und verwertbare Er­ kennung zu ermöglichen und zu gewährleisten. Damit kann auch mit einer Vielzahl von Aufnahmen, auch bei Einsatz einer Farb­ bildkamera, unter immer denselben Beleuchtungsverhältnissen keine zusätzliche, neuartige Information erhalten werden.

Nach einem Abfräsen von gepreßten Baumwollballen müssen in dem aus einzelnen Baumwollteilen bestehenden Flockenstrom die ver­ schiedenen Verunreinigungen in Form von Fremdkörpern bzw. Fremdteilen erkannt und anschließend ausgesondert werden. Von diesen Fremdkörpern bzw. Fremdteilen werden die schweren Tei­ le, wie Blattreste, Stengel, Gras, Steine u. ä. durch Ausnützen der Schwerkraft sowie von Fliehkräften ausgeschieden.

Ein besonderes Problem bereitet jedoch in einem solchen Flockenstrom das Erkennen von Plastikteilen, und zwar sowohl von transparenten als auch von weißen Plastikteilen. Vor allem müssen derartige Plastik- oder Folienteile in dem Baumwoll­ flockenstrom erkannt und anschließend ausgeschieden werden, bevor die Baumwollflocken in einzelne Baumwollfasern zerrissen und zerkleinert werden.

Übersehene bzw. nicht ausgeschiedene Plastikteile würden näm­ lich ebenfalls entsprechend zerrissen und zerkleinert und könnten in diesem Zustand, d. h. in Form von mehr oder weniger langen Fasern praktisch nicht mehr ausgeschieden werden.

Da aus Baumwolle hergestellte Stoffe oft erst nach dem Weben eingefärbt werden, kann ein nicht festgestelltes Plastikteil dazu führen, daß in dem eingefärbten Baumwollstoff ein größe­ rer Teil eines Kettfadens, der im wesentlichen aus nicht fest­ gestellten Plastikfasern besteht, sich nicht einfärben läßt, so daß mitten in der Stoffbahn dieser nicht oder nur teilweise eingefärbte Kettfaden als ein deutlich sichtbarer Streifen aufscheint oder entlang eines Kettfadens in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen nicht eingefärbte, helle Flecken auf­ treten.

Von der Firma Hergeth GmbH wird unter der Bezeichnung "Opti­ scan" ein System vertrieben, bei welchem die Baumwollfasern durch einen Kondenser in eine Reinigungsanlage transportiert werden. Die Baumwollfasern wurden vorher durch einen Kasten­ speiser oder Mischer geöffnet, so daß große Klumpen von Fa­ sern, wie sie möglicherweise von einer Fräse kommen, bereits geöffnet sind. Die Fasern werden mittels eines Förderbandes mit einer speziell ausgebildeten rauhen Oberfläche zu einer schmalen Beobachtungszone transportiert und dabei gleichzeitig ausgerichtet.

In dieser Detektionszone werden die Fasern mittels optischer Elemente in Form von Sensoren mit einer Glasfaseroptik beob­ achtet. Die einzelnen Glasfasern sind zu einem Glasfaserbündel zusammengefaßt, das an einer Scheibe endet, auf welche eine Kamera gerichtet ist. Die aufgenommenen optischen Signale wer­ den dann an eine Auswerteeinheit übermittelt. Die Kontrolle der einzelnen Fasern erfolgt durch Farbsensoren, die mit den drei Grundfarben arbeiten.

Da mit den Sensoren nur farbige Teile zu erkennen sind, eignet sich das bekannte System grundsätzlich überhaupt nicht, um weiße Teile zu erkennen, da diese die gleiche Farbe wie Baum­ wolle haben, und eignet sich auch nicht dazu, transparente Plastik- oder Folienteile zu erkennen. Bei diesem bekannten System ist daher die Erkennungssicherheit gegenüber Baumwolle nicht besonders hoch. Aufgrund der verwendeten Glasfaseroptik ergibt sich auch kein geschlossenes Bild, das ausgewertet wer­ den kann, sondern mit der Kamera werden nur einzelne Farbkanä­ le erfaßt.

Ferner muß bei diesem bekannten System der Luftstrom von dem Baumwollfaserstrom getrennt werden, da nur so die Baumwollfa­ sern mittels des Transportbandes an der Detektionszone und da­ mit an den dort vorgesehenen Sensoren vorbei befördert werden können. Aufgrund der Trennung des Luftstroms von dem Baumwoll­ flockenstrom kann letzterer nur mit einer verhältnismäßig ge­ ringen Geschwindigkeit weiterbefördert werden.

Ein weiteres im Einsatz befindliches Verfahren wird von der Schweizer Firma Jossi hergestellt und vertrieben. Auch bei diesem Verfahren ist ein Luftseparator erforderlich, an wel­ chem die Baumwollflocken mit einer verhältnismäßig hohen Ge­ schwindigkeit eintreffen und den sie mit Hilfe eines kontrol­ lierten Luftstroms mit einer verhältnismäßig geringen Ge­ schwindigkeit in der Größenordnung von etwa 1 m/s wieder ver­ lassen.

Bei dem System der Firma Jossi wird mittels einer Zeilenkame­ ra, insbesondere mit einer Farbzeilenkamera, der verlangsamte Baumwollflockenstrom überwacht. Der Baumwollflockenstrom wird von allen Seiten kontinuierlich beleuchtet und vor einem hel­ len Hintergrund an der Zeilenkamera vorbei transportiert. Auch bei diesem Verfahren liegt ein großer Nachteil darin, daß keine weißen oder transparenten Teile erkannt werden können.

Aus DE 43 40 165 A1 ist ein Verfahren zum schnellen Erkennen und Ausschleusen von anders farbigen Farbteilen in Faserverar­ beitungslinien beschrieben. Hierbei wird ein Faserstrom mit Hilfe von Farbsensoren untersucht. Wenn Fremdteile im Faser­ strom festgestellt werden, werden diese über Druckluftdüsen ausgeblasen. Hierbei kann die Untersuchung und das Ausschleu­ sen bei kontinuierlichem Betrieb durchgeführt werden, und durch das gezielte Ausschleusen werden nur wenige Fremdteile ausgeblasen.

Aus DE 35 45 960 C1 sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Erkennen von Teilen beschrieben, die in beliebiger Orientie­ rung angeordnet sind. Hierbei werden eine Vielzahl von Bildern der zu handhabenden Teile in rauscher Folge oder gleichzeitig und mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen aufgenommen, die sich zwischen Kanten- und Konturenkontrasten und Flächenmerk­ malen unterscheiden. Die auf diese Weise gewonnenen Bilder werden dahingehend verarbeitet, daß die Kanten- und Konturen­ kontraste verstärkt und die Flächenmerkmale eliminiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem Fremdteile, insbesondere in Form von weißen und/oder transparenten Plastik- bzw. Kunststoffteilen in einem sich sehr schnell bewegenden Materialstrom, beispielsweise in Form eines Baumwollflockenstroms mit einer gegenüber den bekannten Verfahren viel höheren Zuverlässigkeit sicher und eindeutig erkannt werden.

Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von Fremdteilen in einem sehr schnell bewegten Materialstrom in Form eines Baumwollflockenstroms durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.

Ferner ist eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Gegenstand der Ansprüche 10 bis 14.

Bei dem erfindungsgemäßen Datenaufnahmeverfahren werden von einem Baumwollflockenstrom mit ein und derselben Aufnahmeein­ richtung, vorzugsweise mit einer CCD-Flächenkamera kurz nach­ einander mehrere Bilder eines Objektes aufgenommen, das in un­ terschiedlicher Weise beleuchtet wird. Ein durch die sehr schnelle Bewegung des Baumwollflockenstroms entstehender Ver­ satz wird beispielsweise elektronisch ausgeglichen und an­ schließend werden die mit unterschiedlicher Beleuchtung aufge­ nommenen Bilder zur Erhöhung der Erkennungssicherheit so kom­ biniert, daß sie einander zur Deckung gebracht werden.

Um bei sehr schnell bewegten Objekten das erfindungsgemäße Daten- bzw. Bildaufnahmeverfahren anwenden zu können, werden die verschiedenen Beleuchtungen vorteilhaft als Blitzbeleuch­ tungen realisiert und mit einer geeigneten Kamera werden die verschiedenen Bilder so schnell hintereinander aufgenommen, daß sich die bewegten Objekte während der Bildaufnahme bei­ spielsweise nur einige Millimeter bewegt haben.

Der vorstehend erwähnte Versatz von beispielsweise einigen Millimetern zwischen nacheinander aufgenommenen Bildern von einem schnell bewegten Baumwollflockenstrom wird gemäß der Erfindung ausgeglichen.

Das Charakteristische bei dem erfindungsgemäßen Datenaufnahme­ verfahren besteht somit darin, daß mehrere Bilder mit unter­ schiedlichen Beleuchtungen mit ein und derselben Kamera kurz nacheinander aufgenommen werden und der dabei entstehende Bildversatz ausgeglichen wird.

Hierbei kann gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung eine unterschiedliche Beleuchtung eines aufzunehmenden Baum­ wollflockenstroms beispielsweise von verschiedenen Seiten oder auch aus unterschiedlichen Richtungen erfolgen. Insbesondere kann ein zu überwachender Baumwollflockenstrom mit Durchlicht und Auflicht beleuchtet werden. Ebenso ist ein Beleuchten des aufzunehmenden Baumwollflockenstroms mit Licht in verschiede­ nen Farben oder auch mit Licht im ultravioletten oder infraro­ ten Bereich möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können dann auch die vorstehend beschriebenen Be­ leuchtungsarten oder auch Teile einer jeweiligen Beleuchtungs­ art miteinander verknüpft bzw. kombiniert werden. So kann bei­ spielsweise ein Baumwollflockenstrom von einer Seite mit Auf­ licht einer bestimmten Farbe, und anschließend beispielsweise mit Durchlicht beleuchtet werden.

Ebenso ist eine Kombination möglich, bei welcher ein Baumwoll­ flockenstrom mit Durchlicht und beispielsweise zwei- oder dreimal mit Auflicht beleuchtet wird, oder auch umgekehrt. Oder es wird eine Beleuchtung von einer Seite mit Licht einer bestimmten Farbe und eine Beleuchtung aus einer anderen Rich­ tung mit Licht einer sich von der ersten Farbe unterscheiden­ den Farbe vorgenommen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zum Erreichen einer homogenen Durchlicht- und auch Auflichtbeleuchtung beispiels­ weise eine große Anzahl von Leuchtdioden vorgesehen. Zum Auf­ nehmen von Bildern eines Fremdteils, beispielsweise in Form eines weißen oder transparenten Plastik- bzw. Kunststoffteils, werden die Leuchtdioden kurzzeitig nacheinander angesteuert.

Aufgrund der Helligkeit im Durchlichtbild kann auf die Dicke der Baumwollflocken an dieser Stelle geschlossen werden, da die Durchlichtbeleuchtung mit zunehmender Dicke der Flocken immer mehr abgedunkelt wird. Andererseits kann bei einer be­ stimmten Flockendichte eine bestimmte Helligkeit im Auflicht erwartet werden.

Wenn sich nun in der untersuchten Bildregion ein Fehlerteil befindet, so weicht dessen Charakteristik von der von Baumwol­ le ab, d. h. für die gemessene Durchlichthelligkeit wird eine andere Auflichthelligkeit erwartet, wodurch dieses Fehlerteil sicher erkannt werden kann.

Auf diese Weise können auch Teile aus weißem Kunststoff bzw. einer weißen Kunststoff-Folie erkannt werden, die bei kontinu­ ierlicher Beleuchtung nicht erkannt werden können, da diese sich farblich und hinsichtlich der Helligkeit von der umgeben­ den Baumwolle nicht unterscheiden.

Um die Zuverlässigkeit bezüglich des Erkennens von Fremdtei­ len, beispielsweise in Form von weißen oder transparenten Kunststoff-Folien noch weiter zu erhöhen, sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zum Aufnehmen von Bildern solcher Fremdteile in einem Baumwollflockenstrom zwei identisch aufgebaute Aufnahme- und Belichtungsmodule entlang des in einem Kanal mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt geführten Baumwollflockenstroms in der Weise angeordnet, daß sie um einen bestimmten Winkel, vorzugsweise um 180° gegenein­ ander verdreht angeordnet sind; vorzugsweise sind die beiden gegeneinander verdreht angeordneten Module unmittelbar neben­ einander vorgesehen.

Jeder der beiden Module weist jeweils eine Aufnahmeeinrich­ tung, vorzugsweise in Form von zwei CCD-Flächenkameras und dieser bzw. diesen zugeordnete Belichtungsvorrichtungen zum Beleuchten des Baumwollflockenstroms von verschiedenen Seiten und aus verschiedenen Richtungen auf.

Durch das hintereinander Anordnen der zwei identisch aufgebau­ ten Aufnahme- und Belichtungsmodule wird der Baumwollflocken­ strom von verschiedenen Seiten, bei einer gegeneinander ver­ drehten Anordnung um 180° von zwei diametral gegenüberliegen­ den Seiten betrachtet. Aufgrund dieser Anordnung der beiden Aufnahmeeinrichtungen wird auch eine Baumwollflocke erkannt, die einen irgendwie gearteten Fehler aufweist.

Wenn nur eine Aufnahmeeinrichtung verwendet würde, könnte es vorkommen, daß dieser Fehler sich genau auf der der Aufnahme­ einrichtung abgewandten Seite befindet und dadurch voraus­ sichtlich nicht erkannt werden würde. Da jedoch mittels der zweiten Aufnahmeeinrichtung die bezüglich der ersten Kamera diametral gegenüberliegende Seite betrachtet wird, kann ein solcher Fehler an einer Baumwollflocke festgestellt werden.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand einer schematischen Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

In der Zeichnung ist im Schnitt schematisch ein Z-förmig aus­ geführter, im Querschnitt vorzugsweise rechteckiger Kanal 1 dargestellt, in welchem ein Baumwollflockenstrom 2 angedeutet ist, der in der durch Pfeile angezeigten Richtung befördert wird. In dem mittleren, in der schematischen Darstellung dia­ gonal verlaufenden Teil des Z-förmigen Kanals 1 sind zwei identisch ausgeführte Aufnahme- und Beleuchtungsmodule 3 und 3' angeordnet, die, wie beispielsweise den auf verschiedenen Seiten des Kanals 1 im Inneren jedes Moduls 3 bzw. 3' angedeu­ teten Kameras 30 bzw. 30' zu entnehmen ist, um 180° gedreht nebeneinander angeordnet sind.

Bei den Kameras 30 und 30' in den beiden Modulen 3 und 3' han­ delt es sich vorzugsweise jeweils um CCD-Flächenkameras. Fer­ ner sind in den beiden Modulen 3 und 3' mehrere Beleuchtungs­ einrichtungen 32 bzw. 32' für Auflicht angeordnet, welche den Flockenstrom gleichmäßig ausleuchten. Auf den der Auflicht- Beleuchtungseinrichtungen 32 bzw. 32' gegenüberliegenden Seite jedes Moduls 3 und 3' sind Beleuchtungseinrichtungen 31 bzw. 31' für Durchlicht vorgesehen.

Die von den verschiedenen Beleuchtungseinrichtungen 31, 31' und 32, 32' ausgehenden Lichtkegel sind durch dünne gestri­ chelte Linien angedeutet. Im Bereich der beiden Aufnahme- und Beleuchtungsmodule 30 und 30' ist auf beiden Seiten des Kanals jeweils eine gestrichelt angedeutete Glasscheibe 10 vorgese­ hen.

Im unteren waagrechten Arm des Z-förmigen Förderkanals 1 ist eine Klappe 4 vorgesehen, unter welcher ein Auffangbehälter 5 vorgesehen ist. Sobald von einer oder beiden Aufnahme und Be­ leuchtungsmodulen 2 und 3 ein Fremdteil, beispielsweise in Form eines Plastik- oder Folienteils festgestellt wird, wird durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuereinheit die Klappe 4 in die gestrichelt wiedergegebene senkrechte Stellung gebracht.

Da die Schaltzeit der Klappe in der Größenordnung von 50 ms liegt und die Verarbeitung der aufgenommenen Bilder auch etwa in der Größenordnung von 50 bis 60 ms liegt, muß bei einer För­ dergeschwindigkeit von beispielsweise 15 m/s die Klappe 4 und damit der Auffangbehälter 5 von dem Aufnahme- und Beleuch­ tungsmodul 3' in einem Abstand von etwa 2 m angeordnet sein.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß ein mittels der Kamera 30 bzw. 30' festgestellter Fremdteil sicher und zuverlässig aus dem Baumwollflockenstrom 2 ausgeschieden wird, da die Klappe 4 rechtzeitig in die in der Zeichnung gestrichelt wie­ dergegebene senkrechte Stellung gebracht worden ist, in wel­ cher durch die Klappe 4 der Baumwollflockenstrom 2 umgelenkt worden ist, so daß der festgestellte Fremdteil in den Auffang­ behälter 5 fällt.

Claims (14)

1. Datenaufnahmeverfahren zum Erkennen von Fremdteilen in einem schnell bewegten Materialstrom in Form von Baumwoll­ flocken, bei welchem von dem Baumwollflockenstrom mit ein und derselben Aufnahmeeinrichtung kurz nacheinander mehrere Bilder eines bewegten Objekts mit unterschiedlicher Beleuchtung auf­ genommen werden,
ein durch die schnelle Bewegung des Baumwollflockenstroms ent­ standener Versatz ausgeglichen wird, und
die mit unterschiedlicher Beleuchtung aufgenommenen Bilder zur Erhöhung der Erkennungssicherheit kombiniert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser von verschiedenen Seiten beleuchtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser aus unterschiedli­ chen Richtungen beleuchtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Durchlicht und Auflicht beleuchtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Licht im sicht­ baren oder unsichtbaren Bereich beleuchtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Licht in verschiedenen Farben beleuchtet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser mit Licht im infraroten oder ultravioletten Bereich beleuchtet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beleuchtung in Form einer Blitzbelichtung erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Baumwollflockenstroms dieser durch eine Kombina­ tion von Beleuchtungsarten oder eines Teils der Beleuchtungs­ arten, nämlich Beleuchten von verschiedenen Seiten, aus unter­ schiedlichen Richtungen, mit Durchlicht und/oder Auflicht und/oder mit Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich und/oder in verschiedenen Farben beleuchtet wird.

10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufnehmen von Bildern von Fremdteilen eines in einem Kanal (1) mit rechteckigem Querschnitt geführten Baumwollflockenstroms (2) mindestens ein Modul (3) mit einer Aufnahmeeinrichtung (30) und dieser zugeordneten Belichtungsvorrichtungen (31, 32) zum Beleuchten des Baumwollflockenstroms von verschiedenen Seiten und aus unterschiedlichen Richtungen vorgesehen ist und dem Aufnahme- und Belichtungsmodul (3) eine elektronische Auswer­ teeinheit nachgeordnet ist.

11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei identisch aufgebaute Module (3, 3'), die jeweils eine Aufnahmeeinrichtung (30, 30') und dieser zugeordnete Belichtungsvorrichtungen (31, 32; 31', 32')zum Beleuchten des Baumwollflockenstroms (2) von verschiedenen Seiten und aus unterschiedlichen Richtungen auf­ weisen, entlang des in einem Kanal (1) mit rechteckigem Quer­ schnitt geführten Baumwollflockenstroms (2) um einen bestimm­ ten Winkel gegeneinander gedreht angeordnet sind, und den zwei Aufnahme- und Belichtungsmodulen (3, 3') eine elektronische Auswerteeinheit nachgeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Module (3, 3') um 180° gegeneinander gedreht ange­ ordnet sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gegeneinander versetzt angeord­ neten Module (3, 3') unmittelbar nebeneinander vorgesehen sind.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aufnahmeeinrichtung (30, 30')jedes Mo­ duls (3, 3') zwei CCD-Flächenkameras aufweist.