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Verfahren und Vorrichtung zum Vergleich der Farben von
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Oberflächenbereichen mit ausgewählten Farben Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vergleich der Farben von Oberflächenbereichen
mit ausgewählten Farben.
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Häufig werden farbige Kennzeichnungen von Gegenständen überwacht,
um bestimmten Farben zugeordnete Steuerungsfunktionen auszulösen. Beispielsweise
können Flaschen mit verschiedenen Farben, wenn sie.unsortiert angeliefert werden,
einer Farbprüfeinrichtung zugeführt werden, d.ie Steuersignale abgibt, mit denen
Weichen zum Sortieren der Flaschen nach bestimmten Farben betätigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Vergleich der Farben
von Oberflächenbereichen mit ausgewählten Farben ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu entwickeln, die wirtschaftlich im Einsatz sind. und eine einfache und schnelle
Einstellung ermöglichen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Farbfernsehkamera
auf eine Oberfläche, die eine ausgewählte Farbe hat, eingestellt wird, bis die Oberfläche
mit der ausgewählten Farbe auf dem gesamten Schirm oder wenigstens ungefähr auf
dem gesamten Schirm eines von der Farbfernsehkamera gespeisten Farbfernsehmonitors
angezeigt wird, daß danach die von der Farbfernsehkamera zu der ausgewählten Farbe
erzeugten
Primär-Farbsignale gespeichert werden und daß anschließend
nach der Entfernung der Oberfläche mit der ausgewählten Farbe Oberflächen mit den
zu vergleichenden Farben vor die Farbfernsehkamera gebracht werden, deren von der
Farbfernsehkamera erzeugten Primär-Farbsignale mit den gespeicherten Primär-Farbsignalen
zur Feststellung der übereinstimmung verglichen werden.
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Handelsübliche Farbfernsehkameras besitzen bereits Einstellvorrichtungen
für die Anpassung der Brennweite an den Abstand zwischen Kamera und Objekt.
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Die. Ausrichtung der Farbfernsehkamera auf die Oberfläche erfolgt
über den Sucher und die Drehung der Objektivlinsen. Für die Ausrichtung bis zur
Anzeige des ausgewählten Bereichs auf der gesamten Schirmfläche wird nur wenig Zeit
benötigt. Es läßt sich die Farbe einer Oberfläche, d. h. das Zusammenwirken von
Farbart und Leuchtdichte mit den Farben anderer Oberflächen vergleichen. Durch die
Kameraeinstellung und die Darstellung des ausgewählten Oberflächenbereichs auf dem
Fernsehschirm wird eine Mindestgröße der farbigen Fläche festgelegt. Diese Mindestgröße
gewährleistet die sichere Unterscheidung der farbigen Fläche von andersfarbigen
oder unbunten Flächen. Die Einstellung der Farbfernsehkamera ist leicht erlernbar
und setzt keine physikalischen Kenntnisse voraus. Daher kann die Einstellung auch
von angelerntem Personal ausgeführt werden. Nach der kurzen und einfachen Einstellung
der Farbfernsehkamera auf die ausgewählte Farbe und die Abspeicherung der entsprechenden
Bezugssignale kann die Prüfung der farbigen Flächen begonnen werden. Das oben erläuterte
Verfahren eignet sich insbesondere für den industriellen Einsatz.
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Vorzugsweise wird die Farbfernsehkamera auf die Oberfläche mit der
ausgewählten Farbe scharf eingestellt. Damit lassen sich kleine Oberflächenbereiche
für den Farbvergleich auswählen.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die Farbfernsehkamera
auf die Oberfläche mit der ausgewählten Farbe unscharf eingestellt. Der für den
Farbvergleich maßgebende Oberflächenabschnitt wird hierdurch größer. Der Vergleichswert
entspricht dem Mittelwert der Farbe auf dem ausgewähiten Oberflächenabschnitt.
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Vorzugsweise werden die Oberflächen mit den zu vergleichenden Farben
kontinuierlich an der Farbfernsehkamera vorbeigeführt. Der Vergleich kann auch während
der Bewegung der farbigen Oberflächen stattfinden.
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Gegenüber der Geschwindigkeit der mechanisch bewegten Gegenstände
mit den farbigen Kennzeichen ist die Zeilenabtastung in der Farbfernsehkamera sehr
hoch, so daß keine störenden Beeinträchtigungen auftreten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren
besteht darin, daß an dem. mit der Farbfernsehkamera verbundenen Farbfernsehmonitor
die verstärkten Primär-Farbsignale abgegriffen und je an Eingänge von Fensterdiskriminatoren
in einer Auswertschaltung gelegt werden, daß die oberen und unteren Grenzwerte der
Fensterdiskriminatoren einstellbar sind, daß die Fensterdiskriminatoren jeweils
binäre Ausgänge aufweisen und mit die Pegel der Eingangssignale oberhalb und unterhalb
der Grenzwerte anzeigenden Meldeelementen verbunden sind und daß die Ausgänge der
Fensterdiskriminatoren konjunktiv verknüpft sind.
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Die Abspeicherung der Referenz-Primär-Farbsignale läßt sich bei dieser
Anordnung durch die Einstellung der Grenzwerte der Fensterdiskriminatoren erreichen.
Wenn die Farbfernsehkamera auf die ausgewählte Farbe eingestellt ist, zeigen die
Meldeelemente an, ob die als Bezugswerte dienenden Primär-Farbsignale außerhalb
der Grenzwerte liegen. Wenn die Primär-Farbsignale innerhalb der Grenzwerte liegen,
ist keine weitere Einstellung mehr erforderlich. Befinden sich die Primär-Farbsignale
außerhalb der Grenzwerte, dann werden über entsprechende Betätigungselemente die
Grenzwerte so lange verändert, bis die Primär-Farbs.ignale,nicht mehr außerhalb
liegen. Die Einstellung der Betätigungselemente entspricht dann den Referenz-Primär-Farbsignalen.
Es ist auch möglich, eine Anzeige vorzusehen wenn die Primär-Farbsignale innerhalb
der Grenzwerte liegen. Die Speicherung der Referenz-.
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werte läuft dann in entsprechender Weise mit dem einzigen Unterschied
ab, daß die Anzeige vorhanden sein muß, wenn der Abgleich vollendet i-st.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Primär-Farbsignale
an den Ausgängen der die Kathoden der Fernsehröhre des Farbfernsehmonitors speisenden
Endverstärker den Fensterdiskriminatoren zugeführt werden.
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An den Ausgängen der Enstufen des Farbfernsehminitors stehen die Primär-Farbsignale
für die Grundfarben Rot, Grün und Blau zur Verfügung. Diese verstärkten Signale
steuern nicht nur den Elektronenstrahl-Strom der Farbfernseh-Bildröhre, spndern
auch die Fensterdiskriminatoren, deren Strombedarf gegenüber demjenigen der Kathoden-Steuerelektrodenkreise
der bildröhre allerdings nur gering ist. Durch den Anschluß der Fensterdiskriminatoren
an die Endstufenausgänge wird daher die Qualität der Anzeige auf dem Bildschirm
nicht beeinträchtigt.
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Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß zwischen den Ausgängen
der Endstufen und den Fensterdiskriminatoren Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umsetzer
angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung von-einfach ausgebildeten
Fensterdiskriminatoren, die für analoge Eingangsspannungen ausgelegt sind.
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Vorzugsweise werden die Primär-Farbsignale jeweils an mehrere Fensterdiskriminatoren,
die in verschiedenen Modulen angeordnet sind, angelegt, wobei jeweils drei, den
drei Primär-Farbsignalen einer Farbe zugeordnete Fensterdiskriminatoren mit den
Ausgängen konjunktiv verknüpft sind. Mit dieser Anordnung können Bezugswerte für
mehrere Farben gespeichert werden.
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Wenn eine dieser Farben während des Vergleichs gestgestellt wird,
steht an dem verknüpften Ausgang der zugeordneten Fensterdiskriminatoren ein Steuersignal
zur Verfügung.
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Der Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen Figur ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Vergleich
der Farben von Oberflächenbereichen mit ausgewähiten Farben.
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Figur 12 näheren Einzelheiten der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung.
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Eine Vorrichtung zum Verlgeich der Farben von Oberflächenbereichen
mit ausgewählten Farben enthält eine Farbfernsehkamera 1, einen Farbfernsehmonitor
2, einen Kamera-Adapter 3 und ein Auswertgerät 4. Bei der Farbfernsehkamera
1
handelt es sich beispielsweise um die unter der Type FK 446 hergestelle TELEFUNKEN-Kamera.
Die Farbfernsehkamera 1 ist mit dem Kamera-Adapter 3, dem Farbfernsehmonitor 2 und
der Auswerteinheit 4 verbunden. Als Kamera-Adapter 3 wird beispielsweise das unter
der Type FKA 40 von TELEFUNKEN-hergestellte Gerät verwendet. Bei dem Farbfernsehmonitor
2 handelt es sich z. B. um das-von TELEFUNKEN unter de Type PALcolor 2000 hergestellte
Fernsehgerät.
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Der Kamera-Adapter 3 erzeugt die vertikalen und horizontalen Ablenkimpulse,
die an die Farbfernsehkamera 1 und den Monitor 2 gelegt werden.
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An Ausgängen der Farbfernsehkamera 1 stehen auf Kanälen 5, 6, 7 drei
Primär-Farbsignale zur Verfügung, die den Grundfarben Rot, Grün und Blau entsprechen.
Die Primär-Farbsignale gelangen im Farbfernsehmonitor 2 je zu Endverstärkern 8,
9, 14 an die je eine nicht näher bezeichnete Kathode einer Bildröhre 11 angeschlossen
ist, bei der es sich um eine Lochmasken-Bildröhre handeln kann. Die drei Elektronenstrahlen
der Bildröhre 11 werden somit durch zwischen den jeweiligen Kathoden und den Steuerelektroden
anliegende Spannungen gesteuert. Diese Art der Steuerung ist auch unter der Bezeichnung
R-, G-, B-Steuerung bekannt.
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Die Ausgänge der EndverstArker 8, 9, 10 sind jeweils über Kanäle 12,
13, 14 mit Eingängen von Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umsetzern 15; 16, 17 in
der Auswerteinheit 4 verbunden. Den Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umsetzern 15,
16, 17 sind mehrereunter-sich gleiche Module 18, 19, 20 nachgeschaltet. In jedem
Modul 18, 19, 20 sind die Ausgänge der Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umsetzer
15, 16,', 17 je an einen Eingang eines Fensterdiskriminators 21, 22, 23 angeschlossen.
Die zweiten Eingänge der Fensterdiskriminatoren 21, 22, 23 werden mit Bezugsspannungen
beaufschlagt, die mittels Spannungsteilersc-haltungen 24, 25, 26 eingestellt werden-.
Der übersichtlichkeit wegen sind die Spannungsteilerschaltungen 24, 25, 25 vereinfacht
dargestellt. Es handelt sich jedoch um Schaltungen, mit denen an den Fensterdiskriminatoren
21, 22, 23 jeweils ein oberer und unterer Grenzwert eingestellt werden kann. Die
gleich aufgebauten Fensterdiskriminatoren 21, 22, 23 geben an ihren Ausgängen jeweils
binäre Signale ab. Die Ausgänge sind an Eingänge eines.UND-Giieds 27 angeschlossen,
das die binären
Signale verknüpft. An jeden Fensterdiskriminator
21, 22, 23 sind zwei Anzeigeleuchten 28, 19 angeschlossen. Die Anzeigeleuchten 28,
z. B.
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LED-Dioden, sprechen an, wenn das Eingangssignal des Diskriminators
unterhalb des eingestellten Grenzwertes liegt. Wenn das Eingangssignal des Diskrimiators
über dem eingestellten Grenzwert liegt, spricht die Anzeigeleuchte 29 an.
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Das UND-Glied 27 speist ein weiteres Anzeigeelement 30 und eine Zeitverzögerungsschaltung
31, der ein Verstärker 32 nachgeschaltet ist. Mit dem Verstärker 32 ist die Spule
eines Relais 33 verbunden, das einen Umschaltkontakt hat.
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Die Wechselspannungs-Gleichspannungs-Umsetzer 15, 16, 17, von denen
in Figur 2 der Umsetzer 15 näher dargestellt ist, enthalten jeweils ein Tiefpaßfilter
35 am Eingang. Das Tiefpaßfilter 35 speist die Reihenschaltung einer Diode 36 und
eines Potentiometers 37, an dessen Abgriff ein Kondensator 38 angeschlossen ist.
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Mit dem Kondensator 38 ist eine monolithisch integrierte Fensterdiskriminatorschaltung
39 verbunden. Die Fensterdiskriminatorschaltung 39 hat einen Eingang 40 für den
oberen Grenzwert und einen Eingang 41 für den unteren Grenzwert des Fensters. Zwischen
eine Betriebsgleichspannung und Erdpotential ist die Reihenschaltung eines Widerstands
42, eines Potentiometers 43 und eines weiteren Widerstands 44gelegt. Zwischen dem
Widerstand 42 und dem Potentiometer 43 ist die Spannung für den Eingang 40 abgegriffen.
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Der Abgriff des Potentiometers 43 speist den Eingang 41.
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Die Eingänge 40, 41 sind je mit dem nichtinvertierenden und invertierenden
Eingang eines nicht dargestellten Komparators in der Fensterdiskriminatorschaltung
39 verbunden. Der invertierende Eingang des ersten und der nichtinvertierende Eingang
des zweiten Komparators sind an den Kondensator 38 angeschlossen. Jedem Komparator
ist ein nicht dargestellter Schmitt-Trigger nachgeschaltet. Die Ausgänge dieser
Schmitt-Trigger speisen über invertierende Verstärker je einen Ausgang 45, 46 der
Fensterdiskriminatorschaltung 39.
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Weiterhin sind die Ausgänge der Schmitt-Trigger disjunktiv verknüpft
an einen Ausgang 47 der Fensterdiskriminatorschaltung 39 gelegt.
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Mit den Ausgängen 45, 46 sind jeweils die als LED-Dioden ausgebildeten
Anzeigeelemente 28, 29 verbunden, die über Widerstände 48, 49 an Betriebs-.
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spannung gelegt sind.
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Zur Gewinnung von Referenzwerten für den Vergleich wird die Farbfernsehkamera
1 visuell auf die Oberfläche 50 mit der ausgewählten Farbe eingestellt. Die Einstellung
beinhaltet die Anpassung der Brennweite der Farbfernsehkamera 1 an den Abstand der
Kamera von der Oberfläche 50. Eine weitere Einstellmaßnahme besteht darin, durch
Ausrichtung der Farbfernsehkamera 1 auf die Oberfläche den für die Gewinnung von
Referenzwerten gewünschten Bereich so auf der Bildröhre 11 darzustellen, daß die
gesamte Fläche der Bildröhre 11 den Bereich anzeigt. Die Oberfläche 50 wird während
dieser Einstellung gleichmäßig beleuchtet. Vorzugsweise enthält die Beleuchtung
nur einen geringen Rotlichtanteil.
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Unter Beibehaltung der vorstehend erläuterten Einstellung der Farbfernsehkamera
1 werden anschließend die Bezugswerte in der Auswerteinheit 4.
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gespeichert. Die Speicherung erfolgt über die Spannungsteilerschaltungen
24, 25, 26, von denen eine in Figur 2 ausführlicher dargestellt ist.
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Die Anzeigeleuchten 28, 29 lassen erkennen, in welchen Pegelbereichen
die drei Primär-Farbsignale liegen. Hat das-am jeweiligen Fensterdiskriminator anstehende
Primär-Farbsignal einen unterhalb oder oberhalb des eingestellten Grenzwerts liegenden
Pegel, dann spricht die zugehörige Anzeigeleuchte 28 oder 29 an. Die Einstellung
der Spannungsteilerschaltung 24, 25-, 26 wird dann durch Betätigung des Abgriffs
des Potentiometers 43 so lange verändert, bis keine der Anzeigeleuchten 28, 29 mehr
spricht. Für das jeweilige Primär-Farbsignal bedeutet dies, daß der entsprechende
Referenzwert gespeichert ist. Diese Maßnahmen werden für alle drei Primär-Farbsignale
wiederholt..
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Nach der Speicherung der Referenzwerte der drei Primär-Farbsignale
mittels der- Einstellung der Abgriffe der Potentiometer 43 der Spannungsteilerschaltungen
24, 25, 26 geben die Fensterdiskriminatoren 21,'22, 23 an ihren Ausgängen 47 binäre
Signale-der Wertigkeit "1" ab. Diese Signale werden vom UND-Glied 27 verknüpft,
das die Anzeigeleuchte 30 mit Strom beaufschlagt.
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Am Ansprechen der Anzeigeleuchte 30 ist zu erkennen, daß die Speicherung
der Referenzwerte abgeschlossen ist.
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Die Auswertschaltung 4 kann anschließend noch auf weitere Referenzwerte
eingestellt werden, indem die Module 19, 20, deren Aufbau demjenigen des Moduls
18 entspricht, für die Abspeicherung benutzt werden.
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Nach der Abspeicherung der Referenzwerte für die ausgewählte Farbe
wird der Gegenstand mit dieser.Farbe von der Farbfernsehkamera 1 entfernt.
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Werden anschließend Gegenstände in gleichem'Abstand und bei gleichen
Beleuchtungsverhältnissen an der Farbfernsehkamera 1 vorbeibewegt, dann vergleicht
die Auswerteinheit 4 die von der Farbfernsehkamera bei der Abtastung der jeweiligen
Farbe erzeugten Primär-Farbsignale mit den gespeicherten Referenzwerten. Bei Ubereinstimmung
spricht einerseits die Anzeigeleuchte 30 und andererseits das Relais 33 an. Dabei
wird der umschaltkontakt 34 betätigt, der zur Steuerung einer nicht dargestellten
Weiche benutzt werden kann, mit der Gegenstände, die eine bestimmte Farbe.
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tragen, aussortiert werden.
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Die Farbfernsehkamera 1 kann scharf oder unscharf auf die ausgewählte
Farbe der Oberfläche 50 eingestellt werden. Eine Scharfeinstellung wählt einen begrenzten
Oberflächenabschnitt aus, bei dem es sich z. B. um einen Farbfleck zur Kennzeichnung
handeln kann. Die Größe des ausgewählten Oberflächenabschnittes richtet sich im
übrigen auch nach der Entfernung zwischen Farbfernsehkamera 1 und Oberfläche 50.
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Durch eine unscharfe Einstellung der Farbfernsehkamera 1 auf die Oberfläche
50 läßt sich auch bei geringem Abstand zwischen Kamera und Oberfläche ein größerer
Oberflächenabschnitt erfassen. Zugleich wird damit auch eine Mittelwertbildung der
erfaßten Zone erzielt, d. h. die Einzelheiten der Farben an bestimmten Stellen der
Oberflächen Werden nicht mehr exakt erfaßt. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle
zweckmäßig sein, wenn z. B. Oberflächen verglichen werden sollen, die eine Rauhigkeit
aufweisen.
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Der obere und der untere Grenzwert legen die Toleranz fest, innerhalb
der ein Primär-Farbsignal noch als zu einem Referenzwert gehörig erfaßt wird.
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Die Toleranz kann sehr klein eingestellt werden, so daß auch noch
Farbschattierungen einer Farbe sicher unterschieden werden können.
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Ein zweckmäßiges Anwendungsgebiet des Verfahrens ist die Qualitätsüberwachung
von farbigen Kunststoffgegenständen, die gewissen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt
sind. Solche Kunststoffgegenstände sind z. B. Kästen zur Aufnahme von Flaschen.
Durch Alterungsvorgänge und häufige mechanische Beanspruchungen läßt die Festigkeit
der Kästen nach. Dies macht sich u. a. an einer Änderung der Farbe an der Oberfläche
der Kästen bemerkbar. Durch einen Farbvergleich mit der an einwandfreien Kästen
vorhandenen Farbe lassen sich die in der Festigkeit verminderten Kästen in Abladestationen,
Füllstationen usw. sofort erfassen und aussondern.
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