DE2654520A1

DE2654520A1 - Farbpruefungseinrichtung

Info

Publication number: DE2654520A1
Application number: DE19762654520
Authority: DE
Inventors: Ludovicus Petrus Ma Valkenburg
Original assignee: Valkenburg Ludovicus P M
Current assignee: Valkenburg Ludovicus P M
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1976-12-01
Publication date: 1977-06-08
Also published as: NL7514061A; NL179027B; US4120591A; NL179027C

Description

Patentanwalt DIPL.-ING.3ERTHOLD SCHMID STUTTGART 1 · FALBENHENNENSTRASSE 17 ■ FERNSPRECHER (0711)608893 UNSBK ZBICHIN

12 440 S/sw

Ludovicus Petrus Maria van Valkenburg 's-Prinsensingel 17 Maas land (Holland)

Farbprü übungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbprüfeinrichtung, bei welcher ein Objekt wenigstens teilweise mit Hilfe einer Lichtquelle beleuchtet wird und von dem durch das Objekt reflektierten Licht, welches sich aus Spiegelreflexionslicht und zerstreutem Reflexionslicht zusammensetzt, wenigstens ein Teil des zerstreuten Reflexionslichtes über ein Linsensystem aufgefangen, mit Hilfe eines Teilspiegels in verschiedene Bündel zerteilt und

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nach dem Durchgang durch wenigstens ein Farbfilter von verschiedenen Färb liehtstärkedetektoren geprüft wird, die proportional zu den empfangenen Farblichtstärken elektrische Ströme für eine weitere Verarbeitung und Signalisierung abgeben.

Eine bekannte Einrichtung dieser Art findet unter anderem in Obstsortieranlagen Verwendung. Hierbei fällt das Licht unter einem größeren Winkel zur Normalen auf dem Objekt ein und tritt das zu überprüfende Licht auch unter einem größeren Winkel zur Normalen wieder aus. Dies ist notwendig, um nur das zerstreute Reflexionslicht, welches verhältnismäßig viel Färbinformation enthält, überprüfen zu können, wobei der störende Einfluß von Spiegelreflexionslicht, welches fast keine Färbinformation enthält, weitgehend ausgeschaltet wird. Der Einfallswinkel des Lichtes von der Lichtquelle und der Ausfallwinkel des zu überprüfenden Lichtes sollen deshalb verschieden sein· Durch erhebliche Winkelunterschiede zwischen den Achsen des einfallenden und des austretenden, zu prüfenden, zerstreuten Reflexionslichtstrahls zur Normalen auf der Auftreffebene des Objektes ist der Schnittpunkt dieser

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Achsen hinreichend genau definiert« Dadurch ergeben sich andererseits sehr hohe Ansprüche an die Genauigkeit der Lage der Stelle auf der Auftreffebene des Objektes, dessen Farbe überprüft werden soll. Wenn sich die Au£- treffebene des Objektes nicht im Schnittpunkt befindet, wird den Detektor wenig oder gar kein Licht erreichen. Hierdurch ergeben sich in der Praxis erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere bei Einrichtungen, bei welchen die Sortierung nach Farbe, beispielsweise von übst, erfolgen soll.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der Seite der Lichtquelle ein Linsensystem, ein erstes Polarisationsfilter mit einer ersten Polarisationsrichtung und ein Prisma sowie an der Seite des Detektors ein zweites Polarisationsfilter mit einer zweiten Polarisationsrichtung vorgesehen sind, wobei die erste Polarisationsrichtung des ersten Polarisationsfilters so gelegt ist, daß von dem durch das Objekt reflektierten Licht der Spiegelreflexionsanteil hauptsächlich eine Polarisationsrichtung hat,

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welche sich um 90° von der zweiten Polarisationsrichtung des zweiten Polarisationsfilters unterscheidet.

Nach einen weiteren Merkmal der Erfindung fallen die Achse, der entlang sich das Licht nach dem Durchgang durch das'Prisma "hauptsächlich fortpflanzt, i;iit der Achse, aer entlang sich das zu prüfende Licht nach Reflektierun·^ durch das Objekt hauptsächlich fortpflanzt, zusa-iiien.

jJie Zeichnung zeigt:

Figuren 1 bis 4 den prinzipiellen Aufbau des Standes der Technik,

Figur 5 eine scheniatische Draufsicht auf eine Einrichtung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Achse dargestellt, der entlang weißes Licht auf ein Objekt 2 einfällt. Vom einfallenden Licht reflektiert ein Teil infolge Spiegelreflexion entlang derselben Achse, die in diesem Fall mit der Normalen zusammen-

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fällt. Ein anderer Teil zerstreut sich infolge zerstreuter Reflexion. Von diesen letztgenannten Teil wird dei» Anteil, welcher in Richtung der Achse 3 reflektiert wird, von der entlang dieser Achse aufgestellten Detektionseinrichtung aufgefangen.

In Fig. 2 ist eine Achse dargestellt, der entlang ebenfalls von einer Lichtquelle herrührendes, weißes Licht einfällt„ Diese Achse liegt in einem Winkel X zur Normalen 4 auf der Oberfläche des Objekts 2. Bin sich durch zerstreute Reflexion ergebender Lichtanteil wird in diesem Falle entlang der Achse 3 aufgefangen, welche einen Winkel /$ zur Normalen 4 aufweist. Dabei soll der Winkel P ungleich dem Winkel <L sein, um einem Lichteinfall infolge Spiegelreflextion in die Detektoreinrichtung vorzubeugen.

Aus den Fig. 3 und 4 ergibt sich die besondere Bedeutung der genauen Lage der Auftreffstelle des Objekts in den Figuren 1 und 2, im Hinblick auf den Schnittpunkt der Achsen 1 und 3. Liegt die Objektebene unterhalb des Schnittpunktes der Achsen 1 und 3, wie sich dies aus Fig. 3 ergibt, so ist die Detektionseinrichtung gleichsam über das Objekt hinausgerichtet, während im Fall der

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Fig. 4, welche die Objektebene oberhalb des Schnittpunktes der Achsen 1 und 3 zeigt, die Detektionseinrichtung gleichsam auf einen Punkt innerhalb des Objektes gerichtet ist. In beiden Fällen wird die Detektionseinrichtung zu wenig oder gar kein Licht empfangen.

Weil der auf das Objekt 2 einfallende Lichtstrahl in der Praxis ein einigermaßen divergierendes Bündel ist, soll der Winkel zwischen den Achsen, denen entlang das Licht hauptsächlich einfällt, und der Achse, der entlang das
zu prüfende Licht sich fortpflanzt, im Zusammenhang mit dem Auftreten von Spiegelreflexion nicht zu klein sein. Je größer aber dieser Winkel ist, desto besser ist hierdurch der Schnittpunkt der Bündel 1 und 3 bestimmt, und desto schwieriger ist es, in der Praxis die Reflexionsebene des Objektes hinreichend genau in die Nähe des
Schnittpunktes zu bringen. Außerdem wird, wenn das Objekt eine gekrümmte Oberfläche hat, immer ein Teil des Lichtes als Spiegelreflexion in die Richtung der Detektionseinrichtung zurückkehren.

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Bei der er findung sgeuiaße η Vorrichtung nach Fig. ά stellt 11 eine Lichtquelle dar, welche weißes Licht ausstrahlt, das über ein Linsensystem 12 und 13 durch ein Polarisationsfilter 14 fällt und über eine Fläche des Prismas 15 als ein einigermaßen divergierendes Bündel auf eine Ebene des Objektes 16, deren Farbe überprüft werden soll, fällt. Das reflektierte Lichtbündel pflanzt sich sowohl infolge Spiegelrefiexion als auch infolge zerstreuter Reflexion entlang der Achse fort, welche mit der Achse des erstgenannten einfallenden Bündels zusammenfällt. Das Licht fällt dann auf eine Linse 17, hinter der sich ein zweites Polarisationsfilter 18 befindet. Unter einen Winkel von 45° zum zweiten Polarisationsfilter 18 ist hinter diesem ein Teilspiegel 19 angeordnet, der einen Teil der empfangenen Lichtmenge durchläßt und über ein optisches Farbfilter 20 auf den Detektor 21 fallen läßt. Der übrige Lichtanteil wird dann reflektiert und auf den Detektor 22 gerichtet.

Die Polarisationsrichtung des Lichtes, welches das Polarisationsfilter 14 passiert, ist so ausgerichtet, daß sein infolge Spiegelrefklexion zurückkehrender und deshalb

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seine Polarisationsrichtung beibehaltender Anteil durch das zweite Polarisationsfilter 18 zurückgehalten wird, weil die Polarisationsrichtung sich um 9ü° von derjenigen des reflektierten Bündels des Spiegelreflexionsliclites unterscheidet. Ausschließlich der Teil des Licntes, welcher infolge zerstreuter Reflexion in die Richtung der Detektoreinrichtung zurückkehrt, ist imstande, das zweite Polarisationsfilter 18 zu passieren, weil die Polarisation dieses Lichtes infolge der zerstreuten Reflexion ihre ursprüngliche Richtung verloren hat. Der durchgelassene Lichtanteil enthält gerade die gewünschte Färbinformation, üa die Einfallachse mit der Ausfallachse des Lichtbündeis zusammenfällt, ist die Auftreffstelle auf der Ebene des Objektes nicht kritisch und kann sich zwischen sehr weiten Grenzen bewegen. Ebenso wenig ist die Gestalt der Auftreffebene von Bedeutung, so daß die Prüfraöglichkeit für unterschiedliche Objektformen erheblich erweitert wird.

Durch die Verwendung des Teilspiegels 19 und eines optischen Farbfilters 20 vor dem Detektor 21 ist es möglich, die maximalen Lichtempfindlichkeitswerte für beide Detektoren

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Al

auf sehr unterscliieulicnen Wellenlängen aes Lichtes zu wählen. Die von den als lichtempfindliche Elemente ausgebildeten Detektoren empfangenen Lieatmenten werden in elektrische Ströme umgewandelt und verstärkt. Die daraus resultierenden proportionalen Spannungen werden durcheinander geteilt, woraus eine elektrische Spannung resultiert, deren Gröi-ie von der Farbe des zu überprüfenden Objektes abhängig ist. Durch die Auswertung des Verhältnisses von zwei Spannungen ist das Ergebnis nunmehr nicht mehr von der totalen Lichtmenge, welche die Üetektionseinrichtung erreicht, abhängig, sondern ausschließlich von der spektralen Zusammensetzung des Lichtstroiues, so daß eine Detektionseinrichtung mit einen sehr großen dynamischen Bereich erhalten wird. Die auf diese Weise ernaltene elektrische Spannung kann einer elektrischen Signaleinheit, beispielsweise Schwelleneinrichtungen, zugeführt werden, in welcher die zugeführte Spannung mit einer Anzahl einstellbarer, in der Signalverarbeitungseinheit erzeugter Spannungen verglichen wird. Auf diese Weise kann ein breites Spektrum in eine Anzahl kleinerer Spektralgebiete unterteilt werden, wobei die Grenzen entsprechend den einstellbaren, in der Signalverarbeitungseinheit erzeugten Spannungen einstellbar sind.

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Wenn die von der Detektionseinrichtung erzeugte Spannung bestimmte Werte über- oder unterschreitet, wird dann ein Relaisausgang auf der Signalverarbeitungseinheit erregt. Durch das Zuführen oder Nichtzuführen elektrischer Spannungen, z.B. an Spulen, welche mechanische Systeme beeinflussen, kann die Bahn, welcher das Objekt nach dem Passieren der Farbprüfeinrichtung zu folgen hat, gesteuert werden.

Die Farbprüfungseinrichtung nach der Jirfindung kann beispielsweise in FärbSortiereinrichtungen Anwendung finden, die für eine große Anzahl verschiedener Objekte, wie Obst, Farbstoffe, Kunststoffe u. dgl., geeignet ist.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Farbprüfungseinrichtung, wobei ein Objekt mit Hilfe einer Lichtquelle wenigstens teilweise beleuchtet wird und wobei von dem durch das Objekt reflektierten Licht, das sich aus Spiegelreflexionslicht und zerstreutem Reflexionslicht zusammensetzt, wenigstens ein Teil des zerstreuten Reflexionslichtes über ein Linsensystem aufgefangen, mit Hilfe eines Teilspiegels in verschiedene Bündel zerteilt und nach dem Durchgang durch wenigstens ein Farbfilter von verschiedenen Farblichtstärkedetektoren geprüft wird, die elektrische Ströme proportional zu der empfangenen Färblichtstarke für die weitere Verarbeitung und Signalisierung abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß an der Seite der Lichtquelle (11) ein Linsensystem (12, 13), ein erstes Polarisationsfilter (14) mit einer ersten Polarisationsrichtung und ein Prisma (15) sowie an der Seite des Detektors (21) ein zweites Polarisationsfilter (18) mit einer zweiten Polarisationsrichtung vorgesehen sind, wobei die erste Polarisationsrichtung des ersten Polarisationsfilters (10) so gelegt ist, daß von dem

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durch das Objekt (Ιό) reflektierten Licht der Spieffelreflexionsanteil hauptsächlich, eine Polarisationsrichtun^ hat, welche sich um 9u° von der zweiten Polarisationsrichtung des zv»^reiteii Polarisationsfilters (18) unterscheidet.

2ο Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, der entlang sich das Licht nacn den Durchgang durch das Prisma hauptsächlich fortpflanzt, mit der Achse zusammenfällt, der entlang sich das zu überprüfende Licht nach Reflektierung" durch das Objekt hauptsächlich fortpflanzt.

3ο Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse, der entlang sich das von der Quelle (11) ausgestrahlte Licht vor dem Prisma (IS) fortpflanzt, senkrecht zu der Achse steht, der entlang sich das Licht hinter dem Prisma (15) fortpflanzt.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, welche das Verhältnis der Färblichtstärkeströme der verschiedenen Detektoren bestimmen.

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5. Einrichtung nach Anspruch. 4, gekennzeichnet durch Schwelleneinrichtungen, die angeben, ob das bestimmte Verhältnis vorherbestimmte Schwellenwerte überschreitet, und die entsprechende Signale für die Einschaltung eines Selektionssystems abgeben.

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