DE3039979A1 - Anordnung zum optoelektronischen klassieren von festkoerpern nach farbe und/oder strukturbeschaffenheit - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach den Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Es ist bereits eine Anordnung der erwähnten Art zum Sortieren von Glasabfällen nach Farbe und Transparenz bekannt. Da; zu klassierende Gut fällt in freiem Fall zwischen einet einzigen Lichtquelle in Form eines Lichtbandes rnd einer parallel hierzu verlaufenden Gruppe vrn Photohalbleiterelementen nach unten. Den Photohalbleiterelementen ist ein Diskriminator nachgeordnet, welcher dann anspricht, wenn ein vorgegebe:ier Anteil der Photohalbleiterelemente bezüglich deren analoger Ausgangsgrößen einen vorgegebenen analogen Schwellwert überschreitet.
• Der Diskriminator .st mii; einem Stellglied in Form einer Druckluftdüs verbunden, welche den Anforderungen nicht entspreckend Glassstücke in horizontaler Richtung wegbläst, so daß d:e auszusondernden Glasstücke in einen anderen Behälter fellen als die den Anforderungen entsprechenden.
• Eine ähnliche bekannte Anordnung wird zum Klassieren von Tabakblättern nach grüner oder brauner Farbe verwendet.
• Es ist auch die Klassierung von Kalkbrocken nach der Farbe in mehreren hintereinander angeordneten Stufen bekannt, wobei zuerst grob und dann immer feiner klassiert wird.
• Ohne Bezugnahme auf einen speziellen Anwendungsfall wird bei den bekannten Anordnungen nicht berücksichtigt, daß sich die Kennlinien der verwendeten Photohalbleiterelemente durch Alterung verhältnismäßig schnell und erheblich verändern, wobei dieser Effekt noch durch eine Alterung der verwendeten Lichtquelle verstärkt wird, deren Intensität mit der Zeit erheblich abnimmt. Besonders wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß die Alterung der einzelnen Photohalblei1;erelemente in unterschiedlichem Ausmaß erfolgt, Hinzu kommen noch Verunreinigungen der Lichtquelle und der Lichtauftrefflächen der Photohalbleiterelemente. Wenn also eine Klassieranordnung der betrachteten Art bei Inbetriebnahme durch entsprechende Justierung in einen einwandfreien Betriebszustand gebracht wurde, so kann keine Garantie dafiir übernommen werden, daß nicht schon nach einigen Tagen die für die Anordnung vorzugebenden Toleranzwerte überschritten werden.
• Anfqabe der Erfindung ist die Schaffung einer dem-U f.liber verbesserten Anordnung, welche bei jeder erneuten Inbetriebllahme oder auch in noch kürzeren Zeitintervallen eine automatische Eichung und Justierung ermöglicht. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchn 1.
• Durch die Bildung je eines Eichkorrekturfaktors für jedes Photohalbleitere].ement beim Auftreffen einer gewählten Eichbeleuchtung, welche zweckmäßig einer mittleren in der Praxis auftretenden Beleuchtungsstärke entspricht, lassen sich dann im Klassierbetrieb der Anordnung die Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente so korrigieren, daß jegliche mittlerweile aufgetretenen Kennlinienveränderungen infolge Alterung kompensiert werden. Dadurch ergibt sich wiederum die Möglichkeit, die digitalisierten Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente bezüglich ihrer Differenz oder Abweichungssumme unmittelbar aus- zuwerten, ohne diese Größen mit der Ausgangsgröße eines Sollwertgebers in Beziehung zu setzen. Die Bestimmung der Eichkorrekturfaktoren erfolgt in der Regel bei jeder erneuten Inbetriebnahme der Anordnung, was durch eine an sich bekannte Programmsteuerung automatisch geschehen kann, oder es kann auch eine erneute Festlegung der Eichkorrekturfaktoren erst nach jeder zweiten, dritten oder k.-ten Inbetriebnahme erfolgen.
• Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 wird insbesondere bei zu klassierenden länglich rechteckigen Gut erreicht, daß durchgehende, in Längsrichtung verlaufende Unregelmäßigkeiten aufgeprüft werden.
• Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 3 läßt sich ein vereinfachter Aufbau der Anordnung erreichen.
• Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch t ergibt sich eine besonders günstige Anwendung der Anordnung bei der Klassierung von länglich rechteckigem plattenartigen Gut.
• Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 5 ergibt sich der Vorteil, daß die Bildung der Eichkorrekturfaktoren für die Photohalbleiterelemente unabhängig vom Reflexionsvermögen des jeweils zu klassierenden Gutes erfolgen kann. Durch die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 läßt sich die Empfindlichkeit der Anordnung insbesondere in dem Fall steigern, wenn nach Oberflächenrauhigkeit klassiert werden soll, beispielsweise entsprechend dem mehr oder minder starken Auftreten von Jahresringen an Holzoberflächen.
• Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 7 wird eine besonders günstige Anwendung des Erfindungsgedankens auf einem Anwendungsgebiet erzielt, bei welchem bisher eine einwandfreie optoelektronische Klassierung nicht möglich war.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung von zwei Untergruppetl von Photohalbleiterelementen in Verbindung mit je einer jeder Untergruppe zugeordneten länglichen Lichtquelle zum Klassieren von Parkettlamellen in einem vertikal ebenen Schnitt senkrecht zur Längsachse von zu klassierenden Parkettlamellen, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in Blockschaltbilddarstellung, Fig. 4 ein gegenüber Fig. 5 etwa abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung in Teildarstellung, Fig. 5 eine zu klassierende Parkettlamelle in Draufsicht mit gestrichelt angedeuteten, einzelnen Photohalbleiterelementen zugeordneten Oberflächenbereichen in einer gegenüber Fig. 1 und 2 stark verkleinerten Darstellung.
• Gemäß Fig, 1 und 2 ist in einem Gehäuse 1 eine Gruppe von Photohalbleiterelementen 2 untergebracht, die in zwei Untergruppen längs zueinander paralleler Geraden (diese Geraden verlaufen in Fig. 1 senkrecht zur Zeichnungsebene) spiegelsymmetrisch zu einer Meßachse MA (ebenfalls senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 verlaufend) angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 und 2 sind in jeder Untergruppe vier Photohalbleiterelemente 2 vorhanden.
• Das Gehäuse 1 ist in Kammern 3a, 3b, 3c, 3d mit senkrecht zu der Meßachse MA verlaufenden Zwischenwänden 4a, 4b, 4c abgeteilt, wobei jede Kammer 3a,....3d ein Photohalbleiterelement 2 der ersten und ein Photohalbleiterelement 2 der zweiten Untergruppe umgibt.
• Jede Kammer 3.... 3d ist in Zuordnung zu den beiden umgeben PhotohalbleiteXrelementen mit zwei unteren Lichteintrittsöffnungen 5a, 5b und zwei seitlichen Lichteintrittsöffnungen 6a, 6b versehen. Die Lichteintrittsöffnungen 5a, Ca einerseits bzw. 5b, 6b andererseits sind mittels Verschlußblenden 7a, 8a bzw. 7b, 8b lediglich wechselweise zu öffnen oder zu schließen. Es sind also entweder alle Blenden 8a, 8b geöffnet und alle Blenden 7a, 7b geschlossen (im Falle der Eichung der Photohalbleiterelemente 2, wie nachfolgend erläutert wird) oder es sind alle Blenden 8a, 8b geschlossen und alle Blenden 7a, 7b geöffnet (im Klassierbetrieb, wie ebenfalls nachfolgend erläutert wird).
• Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß Parkettlamellen 9 zu klassieren sind, von denen in Fig. 1 lediglich eine einzige veranschaulicht ist. Die Parkettlamellen 9 sind rechteckig und mit ihrer Mittellängsachse entsprechend der Meßachse MA senk- recht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 verlaufend angeordnet; sie werden in Richtung eines Pfeiles Pf1, d.h. also senkrecht zur Richtung Meßachse Mm unter dem Gehäuse 1 vorbeigeführt.
• Wie sich aus Fig. 5 ergibt, werden durch die Photohalbleiterelemente 2 insgesamt acht rechteckige Flächenbereiche Pl, F2, F3, 24, B5, B6, F7, F8 abgetastet. Zu diesem Zweck sind zu beiden Seiten des Gehäuses 1 (in der Darstellung von Fig. 1) Röhrenlichtquellen 10a, 10b angeordnet, deren Länge der Länge des Gehäuses bei Betrachtung gemaß Fig. 2 entspricht. Das Licht der Lichtquellen 10a, 10b fällt im Klassierbetrieb auf die Oberfläche jeder Parkettlamelle 9, wird dort entsprechend vorhandenen Oberflächenfehlern, z.B. Ästen, Rissen oder dergleichen) sowie entsprechend dem vorhersehenden Farbton mehr oder minder stark reflektiert und gelangt zu den Photohalbleiterelementen 2. Im Eichbetrieb hingegen gelangt kein reflektiertes Licht zu den Photohalbleiterelementen 2, sondern diese werden unmittelbar durch die Lichtquellen 10a, 10b beaufschlagt.
• Bei der Darstellung von Fig, 3 und 4 sind für die Photohalbleiterelemente 2 gleiche Bezugs ziffern wie in Fig. 1 und 2 verwendet, jedoch mit einer zusätzlichen Indexziffer 1, 2 .m (letztere Indexzahl geradzahlig). Jedem Photohalbleiterelement 21, 22...2m ist ein Analog/Digital-Wandler 151, 152 15m nachgeordnet, deren Ausgangsgrößen an einem Speicher 16 liegen. Die Ausgangsgrößen der Analog/Digital-Wandler 151, 152.
• ...15m entsprechen der jeweiligen Beleuchtungsstärke des betreffenden Photohalbleiterelementes 21 22...2m, d.h. Werten B1dig., B2dig Bdig.
• Im Eichbetrieb der Anordnung werden die Ausgangsgrößen B1dig., B2dig. Bmdig. aufeinanderfolgend einem Rechner 17 zugeführt, welcher von jeder dieser Ausgangsgrößen einen Eichkorrekturfaktor bildet, der dem Rezieprokwert der betreffenden digitalisierten Lichtsignalgröße des zugeordneten Photohalbleitcrelementes 21, 22 . ;?m bzw. der Ausgangsgröße B1dig., B2dig. ...Bmdig. proportional ist. Diese Eichkorrekturfaktoren werden in einem dem Rechner 17 nachgeordneten Eichkorrekturfaktorspeicher 18 gespeichert Jedem Photohalbleiterelement 21, 22 2m ist eine gemeinsame Multiplizierbaueinheit 19 zugeordnet, die auch mit dem bei der Eichung ermittelten Eichkorrekturfaktor 1/M1aig., 1/B2dig. ...1/Bmdig.
• beaufschlagt ist. Wenn nun die Photohalbleiterelemente 21, 22...2m nicht mit der Eichbeleuchtungsstärke sondern mit irgendeiner Meßbeleuchtungsstärke beaufschlagt werden, welche sich durch Reflexion an einer Parkettlamelle 9 ergibt, so liefert die Multiplizierbaueinheit 19 korrigierte digitalisierte Ausgangsgrößen, welche unter Zugrundelegung ein und derselben individuellen Parkettlamelle 9 stets in engen Grenzen gleich sind, ohne Rücksicht auf eventuelle Alt erungs erscheinungen an den Photohalbleiterelementen 21, 22...2m bzw. den Lichtquellen 10a, lOb (die in Fig. 3 nicht veranschaulicht sind).
• Die Ausgangsgrößen der Multiplizierbaueinheit 19 liegen an einem Diskriminator 25, welcher ein Stellglied 26 steuert. Dieses Stellglied 26 kann beliebig ausgefuh:t sein und bewirkt entweder eine Weiterleitung einer abgetasteten Parkettlamelle 9 oder deren Aussonderung, wenn die vorgegebenen Spezifikationen nicht erfüllt sind.
• Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden, wie bereits in Verbindung mit Fig. 5 erläutert wurde, acht Flächenbereiche abgetastet. Die Anordnung umfaßt also eine Gruppe von acht Photohalbleiterelementen 21, 22 28 mit zwei Untergruppen, von denen die erste Untergruppe Photohalbleiterelemente 21, 22...24 und die zweite Untergruppe Photohalbleiterelemente 25, 26...28 umfaßt.
• Nach durchgeführter Eichung wird eine Parkettlamelle 9 in den Flächenbereiehen F1...F8 alZgetastet. Hierbei ist der Diskriminator 25 so eingestellt, daß er auf die Überschreitung einer vorgegebenen Höchstdifferenz von irgendzwei korrigierten digitalisierten Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente 21...28 bzw. der Ausgangsgrößen der Multiplizierbaueinheit 19 beaufschlagt ist. Diese Ansprechbedingung des Diskriminators 25 ist nur dann erfüllt, wenn sich in mindestens einem der Flächenbereiche F1...F8 eine Unregelmäßigkeit, beispielsweise ein Ast, befindet Diese Parkettlamelle kann dann ausgeschieden werden, wobei es in der Wahl des Betreibers der Anordnung liegt, welche Abweichungstoleranz er vorgeben will.
• Speziell bei der Klassierung von Holz, insbesondere Parkettlamellen, l!cstcht aber nach Durchführung der vorangehend beschriebenen Abtastung noch keine Gewähr für das Vorliegen eines einwandfreien Stückes.
• Vielmehr können Risse parallel oder spitzwinklig zu der Meßachse MA verlaufend vorliegen. Es-wird daher gemäß Fig. 3 ein zusätzlicher Diskriminator 25' verwendet, welcher auf die Überschreitung einer vorgegebenen Abweichungssumme aller korrigierten digitalen Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente 21, 22, 23, 24 einerseits bzw 25, 26, 27, 28 andererseits an- sprechend ausgebildet ist. Wenn beispielsweise ein Längsriß etwa parallel zu der Meßachse MA durch die Flächenbereiche F5. . .F8 verläuft, so bringen die Photohalbleiterelemente 21...24 den Diskriminator 25' nicht zum Ansprechen, wahrend dies für die Photohalbleiterelemente 25...28 zutrifft, da wegen des vorliegenden Spaltes erheblich weniger Licht zu diesen letztgenannten Photohalbleiterelementen reflektiert wird. Die Umschaltung der Auswertung von dem Diskriminator 25 auf den Diskriminator 25' erfolgt durch einen (nicht gezeigten) elektronischen Schalter bei üblichen Vorschubgeschwindigkeiten in einem Zeitraum von z.B. etwa 20 msec., wobei sich die Lamelle schon beliebig weiterbewegt haben kann, so daß beide Auswertungen, d.h. diejenige des Diskriminators 25 und diejenige des Diskriminators 25', nicht notwendig während der verhälnfismäßig kurzen Verweilzeit der Parkettlamelle 9 unter dem Gehäuse 1 durchgefuhrt werden müssen.
• In den meisten Fällen soll auch bei der Klassierung von Holz, insbesondere Parkettlamellen, nach Er.-kennung fehlerhafter Werkstücke eine Farbklassierung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck erfolgt eine Gesamtsummenbildung aller korrigierten digitalen Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente 21. .28 nebst Auswertung in einem weiteren zusätzlichen Diskriminator 25", welcher auf die Überschreitung mehrerer vorgegebener Schwellwerte ansprechend ausgebildet ist. Jeder Schwellwert entspricht hierbei einem bestimmten Farbtonbareich.
• Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist für die gesamte Gruppe von Photohalbleiterelementen 21, 32""2, lediglich ein einziger Analog/Digital-Wandler 15 vorgesehen, der über einen Multiplexer 26 zyklisch beaufschlagt wird.
• Ebenso ist nur eine einzige Multiplizierbaueinheit 19 vorgesehen, welche über einen Multiplexer 27 zyklisch beaufschlagt wird.
• In Fig. 1 ist der Einfallswinkel T verhältnismäßig gering. Soll die Bewertung der Werkstücke, vorliegend der Parkettlamollen 9, bevorzugt auch nach der Oberflächenrauhigkeit (Säugerauhigkeit , Jahresringe) erfolgen, so ist eine Vergrößerung des Einfallswinkels # , d.h. ein flacherer Einfall der Strahlen der Lichtcuellen 10a, 10b günstig. Durch nicht veranschaulichte einfache mechanische Bauelemente kann der Abstand der Lichtquellen 10a, 10b vergrößert werden, bis der gewünschte vergrößerte Einfallswindel # erreicht ist.

Claims (9)

1. Anordnung zum optoelektronischen Klassieren von Festkörpern nach Farbe und/oder Strukturbeschaffenheit Patentanspriiche Anordnung zum optoelektronichen Klassieren von Festkörpern nach Farbe und/oder Strukturbeschaffenheit mit einer Gruppe vcn Photohalbleiterelementen sowie zumindest einer zugeordneten Lichtquelle und einem auf das Überschreiten einer vorgegebenen abgeleiteten summierten Ausgangsgröße der Photohalbleiterelemente ansprechenden Diskrimi.nator zur Betätigung zumindest eines Stellglieder, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Photohalbleiterelemente (21, 22 ... 2m) über je eines zugrundelementen Analog/Digital-Wandler (151, 152...15m) an einem Digitalspeicher (15) liegen, daß von den in dem Digitalspeicher speicherten, einer ge ählten Eichbeleuchtungsstärke der Photohalbleiterelemente entsprechenden digitalisierten Lichtsignalgrößen in einem nachgeordneten Rechner (17) eine entsprechende Anzahl von Eichkc.-creWtuaWtor-as (1/B1dig., 1/B2dig.

   1/Bmdig.) zu bilden ist, welche den Reziprokwerten der digitalisierten Lichtsignalgrößen proportional sind, daß den Photohalbleiterelementen eine Multiplizierbaueinheit (19) zur Multiplikation von deren jeweilif digitalisierter Ausgangsgröße mit dem entsprechenden Eichkorrekturfaktor bei Bestrahlung mit zu messenden Beleuchtungsstärken zugeordnet ist und daß der Diskriminator (25 bzw 25'), welcher von den Multiplizierbaueinheiten beaufschlagt ist, auf die Überschreitung einer vorgegebenen Höchstdifferenz von irgendzwei korrigierten digitalisierten Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente und/oder auf die Überschreitung einer vorgegebenen Abweichungssumme aller korrigierten digitalen Ausgangsgrößen der Photohalbleiterelemente ansprechend ausgebildet ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Phothalbleiterelementen (21, 22...2m) in zumindest zwei gleichgroße Untergruppen unterteilt ist und daß der Diskriminator (25') auf die Überschreitung je einer Untergruppen-Abweichungssumme der korr- gierten Ausgangsgrößen je einer Untergruppe der Photohalbleiterelemente (21...2m/2 bzw. 2m/2+1...2m) ansprechend ausgebildet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator (25") auf die Überschreitung von zwei oder mehreren Schwellwerten entsprechend einer Gesamtabweichungssumme der korrigierten Ausgangsgrößen aller Photohalbleiterelemente (21...2m) ansprechend ausgebildet ist.
4. 4. Abwandlung einer Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Ausgängen der Photohalbleiterelemente (21....2m) zugeordneten einzigen Analog/Digital-Wandler (15) nebst vorgeordneten Multiplexer.
5. 5. Abwandlung einer Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine den Ausgängen der Photohalbleiterelemente (21...2m) zugeordnete einzige Multiplizierbaueinheit (19) nebst vorgeordnetem Multiplexer (27).
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von Photohalbleiterelementen (21...2m) längs einer Meßachse (MA) bzw. die Untergruppen von Photohalbleiterelementen längs zueinander paralleler Geraden spiegelsymmetrich zur Meßachse angeordnet sind, daß die Meßachse parallel zu den Oberflächen der zu klassierenden Festkörper eingestellt ist und daß beidseitig spiegelsymmetrisch zu der Meßachse je eine Lichtquelle (10a, 10b) oder Lichtquellengruppe angeordnet ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Korrekturgrößen (1/B1dig.

   1/B dig.) die Photohalbleiterelemente (21....2m) m über zugeordnete Blenden (8a, 8b) mit dem Licht der jeweils zugeordneten Lichtquelle (10a bzw. 10b) bzw.

   Lichtquellengruppe zu boaufschlagen sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel ( ) des Lichtes der Lichtquellen (10a, 10b) bzw. Lichtquellengruppen auf die Oberfläche der zu klassierenden Festkörper veranderbar ist.
9. 9. Anwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 5-7 zum Klassieren von Holzbrettern, insbesondere Parkettstäben oder -lamellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßachse (MA) parallel zur Längsachse der Bretter verlaufend eingestellt ist und daß die Photohalbleiterelemente (21...2m) in zumindest zwei Untergruppen angeordnet sind.