DE10143394A1

DE10143394A1 - Verfahren und Messanordnung zur Farberkennung und Anlage zum Sortieren farbiger Gegenstände

Info

Publication number: DE10143394A1
Application number: DE10143394A
Authority: DE
Inventors: Bert Handschick; Ralf Petrich; Till Wallendorf; Mirko Winter
Original assignee: HECKERT UMWELTTECHNIK GmbH; RTT SYSTEMTECHNIK GmbH
Current assignee: HECKERT UMWELTTECHNIK GmbH; RTT SYSTEMTECHNIK GmbH
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung zur Farberkennung sowie eine Anlage zum Sortieren farbiger Gegenstände. Das Verfahren zur Farberkennung von Körpern (4) und/oder Oberflächen beruht darauf, die Körper nacheinander mit Lichtimpulsen unterschiedlicher Wellenlänge (BLAU - GRÜN - ROT) zu bestrahlen, das von den Körpern kommende, reflektierte oder durchscheinende Licht mittels Empfänger zu messen, die analogen Messwerte zu verstärken und dabei die von Störlicht verursachten Störgrößen zu kompensieren. Die Messergebnisse werden digitalisiert gespeichert und in einer Steuereinheit mit Sollwerten verglichen. Mit dem Ziel, die Qualität der Messergebnisse zu verbessern, werden die vom Empfänger (E) erzeugten Messwerte aus den verschiedenfarbigen Lichtimpulsen einzeln nacheinander und ein Messwert für die Erfassusng des Streulichtes bei nicht aktivierten Lichtsendern separaten Eingangsverstärkern (VR, VG, VB, VSI) zugeführt. Diese separaten Eingangsverstärker sind auf unterschiedliche, begrenzte Wellenlängenbereiche (Farbe) abgestimmt und mit einer modifizierten, im Wesentlichen proportionalen Kennlinien versehen. Die Ausgangssignale der Eingangsverstärker werden auf je einem Kondensator (CR, CG, CB, CSI) gespeichert und am Ende eines Messzyklus von dort über Differenzverstärker (DR, DG, DB) unter Abzug des Streulichtwertes der Steuereinheit (9) zur Speicherung und Verarbeitung zugeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messanordnung zur Farberkennung von Körpern und/oder Oberflächen, wobei die Körper nacheinander mit Lichtimpulsen unterschiedlicher Wellenfänge bestrahlt werden, wobei das von den Körpern kommende, reflektierte oder durchscheinende Licht mittels optoelektronischer Empfänger gemessen wird, wobei die analogen, elektrischen Messwerte einzeln nacheinander verstärkt und dabei die von Störlicht oder anderen Faktoren verursachten Störgrößen kompensiert werden, wobei das so ermittelte Messergebnis für jeden Lichtimpuls einer elektronischen Steuereinheit zugeführt und dort digitalisiert gespeichert wird und wobei die Messergebnisse eines Messzyklus oder Operationszeitraumes nach einem Algorithmus zusammengefasst und mit mindestens einem als Sollwert gespeicherten Wert verglichen werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zum Sortieren farbiger Gegenstände.
Der praktische Hintergrund der Erfindung besteht darin, ein möglichst exaktes, bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit ausführbares Verfahren und eine Messanordnung zur Farberkennung zu erhalten, das anhand vorgegebener Farbmuster mittels Vergleich die Identität möglichst päzise und schnell ermitteln kann.
Das Verfahren und die Messanordnung sollen z. B. geeignet sein, aus einem schnell bewegten Strom von Körpern aus Kunststoffabfällen solche mit gleichen Farbeigenschaften sicher zu bestimmen und ggf. zu eliminieren.
Die EP 0 109 686 A2 beschreibt ein Farberkennungssystem, bei dem mehrere Lichtsender nacheinander Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussenden. Das Licht aller Lichtsender wird über Lichtleitkabel auf ein Messobjekt, das sich nahe vor dem Ende des Lichtleitkabels befindet, gerichtet. Die von dort reflektierte Lichtstrahlung wird ebenfalls über Lichtleitkabel zu einem opto-elektronischen Empfänger geführt.
Das gemessene, analoge Signal wird verstärkt und mit einer vorgegebenen Reverenzspannung verglichen. Das am Ausgang eines voreingestellten Schwellwertschalters gewonnene Signal wird zusammen mit Taktsignalen zwei Flip-Flops zugeführt und zum Aufbau eines Folgeschaltsystemes gespeichert.
Die so gewonnenen Farbinformationen sind sehr ungenau. Es wird lediglich festgestellt welche der Farben einen bestimmten, vorgegebenen Grenz- oder Schwellwert überschreitet. Eine solche Anordnung ist für hohe Ansprüche an die Farbwertbestimmung nicht geeignet. Die mit Hilfe einer solchen Vorrichtung abzutrennende Fraktion von Kunststoffen wäre zu unsauber und für die werkstoffliche Wiederverwertung von Kunststoffen nicht brauchbar.
Die DE 37 06 056 offenbart ein ähnliches Verfahren zur Erzeugung und Erkennung von optischen Spektren auf dem Gebiet der Textilindustrie. Es werden Lichtsender bzw. LEDs, die mit computergesteuert variablen Wellenlängen als Lichtquelle arbeiten, eingesetzt. Die Mehrfarb-Lichtsender werden gleichzeitig mit dem Farbwechsel mit wechselnden, sehr hohen Frequenzen (z. B. 4000 kHz, 16 000 kHz und 32 000 kHz) aktiviert. Einem solchen Mehrfach-Lichtsender ist je ein Empfänger zugeordnet. Die vom Empfänger erfassten Impulse werden über einen einzigen Differenzverstärker um einen von dem gesendeten Lichtimpuls proportional abgeleiteten Vergleichswert befreit. Der verstärkte Differenzwert wird über einen A/D-Wandler dem Microcomputer zugeleitet.
Eine solche Arbeitsweise liefert ebenfalls unbefriedigende Ergebnisse. Die Lichtmesswerte der unterschiedlichen Farben werden vom Differenzverstärker unterschiedlich verstärkt. Die Messergebnisse, die einen möglichst exakten Vergleich mit vorgegebenen Farbmustern ermöglichen sollen, sind ungenau und führen bei dem vorn beispielsweise bezeichneten Einsatzzweck zu unsauberen Fraktionen. Die werkstoffliche Wiederverwendung der so aussortierten Körper ist nicht möglich.
Durch die EP 0 319 369 A1 ist eine Farbsensoranordnung für die Erkennung von Gegenständen mit farbigen Oberflächen beschrieben, die auch für die Erkennung von Mischfarben geeignet sein soll. Mindestens drei, jeweils einen vorgegebenen schmalbandigen Wellenlängenbereich emittierende elektronische Lichtsender werden in zeitlichen Abständen nacheinander aktiviert. Vor jedem der verschiedenfarbigen Lichtimpulse wird eine Störlichtmessung durchgeführt. Deren Messergebnis wird gemeinsam mit gespeicherten Korrekturwerten der Lichtsender verarbeitet und ein digitales Gesamt-Kompensationssignal vorbereitet. Dieses so ermittelte Gesamt- Kompensationssignal wird über einen D/A-Wandler einer summierenden Operations-Verstärkeranordnung zugeführt, wenn das analoge Signal des jeweils empfangenen Lichtes dort verfügbar ist.
Für jede Farbkomponente ist ein solcher Steuerzyklus vorgesehen, in dem jeweils eine Farbe gemessen und durch einen Vergleich mittels Steuerrechner definiert wird. Gleichzeitig mit dem letzten Vergleichsvorgang in einem Operationszeitraum (auch Messzyklus genannt), der drei Steuerzyklen umfasst, liegt das Ergebnis der Farbbestimmung vor. Die Ausgabe eines Meldesignals kann erfolgen.
Alle empfangenen, elektrischen Lichtsignale werden über eine einzige Verstärkeranordnung geführt, in der zudem überwiegend digital berechnete Signale in wieder gewandelter, analoger Form verarbeitet werden.
Es hat sich gezeigt, dass trotz einer sehr sorgfältigen Arbeitsweise, der Verwendung von Lichtleitern und einer Verlagerung des Messortes sehr nahe an das zu messende Objekt, die Toleranzen in der Farbbestimmung noch immer unbefriedigend sind.
Für den vorliegenden Anwendungsfall - der Farbsortierung von schnell in einem Strom bewegter Körper mit unregelmäßiger und ggf. verschmutzter Oberfläche und Größe - kommen im übrigen solche Maßnahmen, wie die Verwendung von Lichtleitern und die Verlagerung des Messortes sehr nahe an die zu bestimmenden Objekte nicht infrage. Die Sortierergebnisse sind nach wie vor unbefriedigend.
Mit der DE 44 13 594 A1 hat man versucht, die Mängel in der Farberkennung mit der eben beschriebenen Technik dadurch zu beseitigen, dass man die meist nicht erfassbaren Einflüsse der Signalverarbeitung eleminiert. Man erfasste diese Einflüsse in einem parallel arbeitenden Referenzkanal und ordnete das so ermittelte Referenzsignal als Korrekturwert dem gesendeten Signal zu. Auch mit einer derartigen, recht aufwendigen und komplizierten Anordnung war man nicht in der Lage, die Genauigkeit der Messergebnisse zu verbessern. Insbesondere beim Sortieren von Kunststoffabfällen, wo man auf eine sehr präzise Farberkennung angewiesen ist, ist auch diese Anordnung nicht brauchbar. Die ungenauen Messwerte führen auch in diesem Fall zu unsauberen Werkstoff-Fraktionen.
Durch die DE 38 04 391 ist es unter anderem bekannt, einen Abfallstrom, der in diesem Fall aus farbigen Altglasbruchstücken besteht, an einer Reihe von Lichtsendern und einer Reihe von Lichtempfängern vorbei zu fördern. Die Bruchstücke aus Glas werden auf einer geneigten Ebene mittels Aufhalter stillgesetzt und mittels Durchlicht- oder Auflichtverfahren im Stillstand gemessen. Die mittels einer Auswerteelektronik aus den Messdaten der Lichtempfänger ermittelten Gegenstände einer vorgegebenen Farbe werden entweder mittels Klappe nach unten auf eine nächste schiefe Ebene ausgeschieden oder der Aufhalter senkt sich und das Glas gleitet auf der ursprünglichen geneigten Ebene weiter.
Die Lichtsender strahlen regelmäßig weißes oder einfarbiges Licht ab. Der durch die Reflexion oder durch den Lichtdurchgang farblich veränderte Lichtstrahl wird hinsichtlich der Veränderung der Charakteristik geprüft und mit den Werten eines vorgegebenen, gespeicherten Musters verglichen. Wird die Übereinstimmung mit dem Muster festgestellt, wird - wie eben erwähnt - eine Klappe oder ein Anschlag, der den gemessenen Gegenstand fixiert, aktiviert.
Zur Sicherung brauchbarer Sortierergebnisse muss das Glas vor dem Sortiervorgang gewaschen werden. Bei dieser Sortierung wird in der Regel nur zwischen sehr wenigen und sehr gut unterscheidbaren Farben (Braun, Grün und Weiß) selektiert. Unterschiedliche Werte innerhalb einer Farbe können und werden nicht differenziert.
Eine solche Anordnung ist insbesondere für das farbgerechte Sortieren von Kunststoffhohlkörpern oder dergl. nicht geeignet, da dort die Genauigkeit der Farberkennung aus den Gründen der werkstofflichen Wiederverwertung des selektierten Materials deutlich höher angesiedelt werden muss. Im hohen Maße unbefriedigend ist auch die geringe Leistung dieser Anlage. Bei einer Separierung von Kunststoffhohlkörpern muss außerdem beachtet werden, dass viele Hohlkörper verschmutzt und/oder mit Etiketten versehen sind. Die einmalig und aufwändig gewonnenen Messwerte sind daher oft verfälscht.
Kunststoffhohlkörper haben außerdem die Besonderheit, dass sie Bereiche unterschiedlicher Wanddicke aufweisen, deren Farbintensität vor allem bei durchscheinenden Körpern sehr unterschiedlich ist. Auch diese Differenzierung ist mit einer solchen Anlage nicht möglich.
Das EP-B1 0 578 727 beschreibt eine weitere Anlage, bei der aus einem mit hoher Geschwindigkeit bewegten Abfallstrom mit Kunststoffhohlkörpern in Form von Flaschen solche aus klarem, farblosen HDPE von denen aus ebenfalls durchscheinendem grünen PET voneinander getrennt werden sollen. Die auf einer geneigten, durchscheinenden Bahn mit hoher Geschwindigkeit geführten Körper werden von der Rückseite her mit einer Leuchtstoffröhre oder einer ähnlichen einfarbigen Lichtquelle angestrahlt. Auf der gegenüber liegenden Seite der Bewegungsbahn befindet sich eine Kamera, der eine Sortierlogik und ggf. ein Filter in der Farbe der grünen Flaschen zugeordnet ist. Das von der Kamera über den Filter erfasste Bild macht die Konturen der auszuwerfenden Flaschen auswertbar.
Diese so gekennzeichneten Flaschen werden lokalisiert. Sobald sie eine Reihe von Düsen, die eine Auswerferfunktion haben und in Gruppen unterteilt sind, überschreiten, werden die Düsen in der Bewegungsbahn der ermittelten Flasche aktiviert. Die Flasche verändert unter dem Druck des Luftstrahles ihre Flugbahn und gelangt auf ein gesondertes Förderband.
Bei einer derartigen Erkennungs- und Auswertemethode lässt sich zwar die Auswertegeschwindigkeit deutlich erhöhen. Die Qualität der Auswertung lässt jedoch noch sehr viele Wünsche offen. Die erforderliche Präzision ist durch die Differenzierung mittels Filter äußerst unbefriedigend.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Messverfahren und eine Messanordnung zur Farberkennung vorzuschlagen, das u. a. geeignet ist, auch die Farbwerte schnell bewegter Teile eines Abfallstromes differenziert und zuverlässig zu erfassen und für einen exakten Vergleich mit gespeicherten Mustern bereit zu stellen.
Das Verfahren und die Messanordnung soll u. a. bei der Anwendung an Sortieranlagen eine fehlerfreie Ansteuerung von Vorrichtungen zur Veränderung der Bewegungsbahn ausgewählter Körper ermöglichen, so dass die aus dem Strom ausgeschiedenen Fraktionen einen hohen Reinheitsgrad hinsichtlich der ausgewählten Kunststoffe bzw. Farben haben.
Diese Aufgabe wird, bezogen auf das Verfahren, mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Mit der Zuordnung je eines Eingangsverstärkers zu den gemessenen Farblichtimpulsen der einzelnen Farben bzw. zum Streulicht wird es möglich, jeden erfassten Messwert auf einen begrenzten Messbereich, in dem eine proportionale lineare Kennlinie gewährleistet werden kann, in einer weitgehend realen Größenordnung darzustellen. Die Genauigkeit der Farberkennung wird dadurch deutlich vergrößert.
Mit der Art der Speicherung der Messwerte mit Hilfe von Kondensatoren, deren Ladung von einer Steuereinheit zu einem einheitlichen Zeitpunkt gemeinsam mit dem Messwert für das Streulicht über einen Differenzverstärker abgerufen werden kann, wird es möglich, mit einfachen Rechenvorgängen und Algorithmen zu einem zuverlässigen resultierenden Farbwert zu gefangen, der auf einfache Weise mit einem gespeicherten, als Sollwert dienenden Farbwert verglichen werden kann. Die Zuverlässigkeit der Ansteuerung von Anzeigen oder Stellgliedern ist ausgesprochen hoch.
Bei einer Wiederholungsfrequenz der Messzyklen - nach Anspruch 2 - im Bereich zwischen 5 kHz und 15 kHz werden vor allem bei bewegten Körpern oder Farbträgern sehr präzise Farberkennungen gewährleistet, die auch die Bildung von Durchschnittswerten von mehreren Messzyklen für den Vergleich mit gespeicherten Sollwerten ermöglicht.
Die Messanordnung nach Anspruch 3 eignet sich in besonderer Weise zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1. Mit der Kombination aus der Gruppe von Eingangsverstärkern, die parallel mit den Ansteuerungstakten der Lichtimpulssender aktiviert werden, aus den Kondensatoren für die Speicherung der Messwerte und aus der Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der Messwerte mit einer Gruppe von Differenzverstärkern wird unabhängig vom gewählten Verfahren eine hohe Qualität der Messwerte mit einfachen Mitteln gewährleistet.
Die bereitgestellten Messwerte, die auch quantitative Parameter zur Intensität der jeweiligen Farbe beinhalten, lassen sich in unterschiedlichster Weise mit beliebigen Algorithmen zu Vergleichswerten aufbereiten.
Eine solche Messanordnung ist auch unter ungünstigen Industriebedingungen zuverlässig funktionsfähig und gewährleistet bei begrenztem Wartungsaufwand über eine lange Zeit zuverlässige, quantifizierbare Messergebnisse.
Mit der modifizierten Messanordnung nach Anspruch 4 wird es möglich, bereits durch die Lichtführung größere Flächen gleichzeitig zu überwachen. Die mehrfache Wiederholung von Messvorgängen und Berechnung von Mittelwerten kann den Wahrheitsgehalt eines Messwertes weiter erhöhen.
Die Zuverlässigkeit der Messanordnung unter Industriebedingungen ermöglicht u. a. auch den Einsatz zum Sortieren farbiger Gegenstände, insbesondere von Kunststoffhohlkörpern aus einem Strom schnell bewegter Körper. Eine solche Anlage ist in Anspruch 5 mit ihren wesentlichsten Elementen definiert. Diese Anlage gewährleistet - neben der Bereitstellung von Vergleichsparametern zur Bestimmung der jeweiligen gewünschten Farbe - auch die Bereitstellung von Daten zur exakten Position des erkannten Körpers im Strom und gestattet so auch den punktgenauen Auswurf desselben.
Durch die Verwendung von stabförmigen ersten und zweiten Linsensystemen nach Anspruch 6 und 7 kann man mit einfachen, handelsüblichen technischen Mitteln die Messergebnisse im positiven Sinne beeinflussen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazu gehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Messanordnung mit Blick in Bewegungsrichtung des Stromes bewegter Körper,
Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung der Messanordnung in einer Anlage zum Sortieren farbiger Gegenstände und
Fig. 4 ein Schema zur Darstellung der zeitlichen Abläufe innerhalb eines Messzyklus.
Die Messanordnung zur Farberkennung ist nach Fig. 1 so gewählt, dass die Lichtsender LED oberhalb eines Stromes 40 zu messender bewegter Körper oder Objekte 4 angeordnet ist. Das die Körper 4 durchdringende Licht wird unterhalb der Bahn des Stromes 40 der Körper 4 mittels optoelektronischer Empfänger E gemessen.
In Fig. 2 ist der Verlauf der Lichtstrahlung vereinfacht dargestellt. Das von den Lichtsendern LED ausgestrahlte Licht wird durch das erste Linsensystem 2 zu einem breiten etwa parallelen Lichtstrahl umgeformt, der in etwa die Breite (20 mm - 30 mm) einer Gruppe 10 von Lichtsendern LED hat. Dieser parallele Lichtstrahl durchdringt den Strom 40 bewegter Körper 4 und im Beispiel die Körper 4 an sich. Das unter dem Strom 40 der Körper 4 empfangene Licht wird durch das zweite Linsensystem 5 fokussiert und auf den opto-elektronischen Empfänger E gerichtet.
Die Reihe der Lichtsender LED besteht aus einer Vielzahl von Gruppen 10 aus Lichtsendern LED. Jede Gruppe 10 hat eine rote LED-R, eine grüne LED-G und eine blaue Leuchtdiode LED-B. Diese verschiedenfarbigen Leuchtdioden LED-R, LED-G, LED-B senden nacheinander je einen Lichtimpuls mit differenzierter Wellenlänge aus. Die Leuchtdioden LED-R, LED-G, LED-B aller Gruppen 10 liegen auf einer gemeinsamen Linie, die quer über und parallel zu dem Strom 40 angeordnet ist.
Die Leuchtdioden LED-R, LED-G, LED-B werden taktweise angesteuert. In einem ersten Takt leuchten alle roten Leuchtdioden LED-R, in einem zweiten Takt leuchten alle grünen Leuchtdioden LED-G und in einem weiteren Takt emittieren alle blauen Leuchtdioden LED-B ihr Licht. In einem vierten Takt wird keine der Leuchtdioden LED-R, LED-G, LED-B zum Leuchten angesteuert. Der Empfänger E nimmt in den ersten drei Takten das gesammte farbige Licht einschließlich des Streulichtes Sl und in einem vierten Takt nur das sog. Streulicht Sl auf.
Die Arbeitsweise der Messanordnung wird in der Schaltungsanordnung der Fig. 3 detaillierter dargestellt. Der gesamte Messvorgang wird in nacheinander ablaufenden Messzyklen M gegliedert. Die Takte t1, t2, t3, t4 sind Bestandteile der Messzyklen M. Die Takte t1, t2, t3, t4 gibt ein Taktgenerator 7 vor, der dieselben auch differenziert bestimmten Bauelementen zuleitet.
In drei Takten t1, t2, t3 eines Messzyklus M werden nacheinander durch die Leuchtdioden LED-R, LED-G, LED-B farbige Lichtimpulse gesendet. In einem vierten Takt ruhen alle Leuchtdioden LED. Es wird nur das Streulicht erfasst. Das taktweise im Empfänger E aufgenommene Licht wird in entsprechende elektrische Impulse gewandelt. Dieses gemessene Licht wird taktweise unterschiedlichen Eingangsverstärkern VR, VG, VB, VSl zugeleitet. Jeder dieser Eingangsverstärker VR, VG, VB, VSl ist mit einer modifizierten Kennlinie versehen, die in dem erwarteten Messbereich angesiedelt ist. Die Eingangsverstärker sind so eingestellt, dass ihre Kennlinie proportionale Verhältnisse gewährleistet.
Der Taktgenerator 7 steuert sowohl die Lichtsender LED als auch jeweils die zugeordneten Eingangsverstärker V in den einzelnen Takten.
Jedes der daraufhin im Empfänger E erfassten und im Eingangsverstärker VR, VG, VB unter angepassten Bedingungen verstärkten Impulse wird in dem dem jeweiligen Eingangsverstärker VR, VG, VB zugeordneten Kondensator CR, CG, CB, CSl bis zum Ende des jeweiligen Messzyklus M gespeichert.
Die Freischaltung der in den Kondensatoren CR, CG, CB, CSl gespeicherten Spannung erfolgt durch die Steuereinheit 9 über jeweils einen Differenzverstärker DR, DG, DB. Jedem Differenzverstärker DR, DG, DB wird ein positiver Impuls aus einer Farbmessung aus den Kondensatoren CR, CG, CB und ein Teil der Energie des Impulses aus dem Streulicht Sl, d. h. aus dem Kondensator CSl zugeführt.
Die Größe der auf den Kondensatoren C gespeicherten Messwerte lässt sich durch das Zwischenschalten von geeigneten Widerständen am Ende der Eingangsverstärker V auf den bevorstehenden Differenzierungsprozess im Differenzverstärker D anpassen. Das an der Ausgangsseite der Differenzverstärker DR, DG, DB entstehende verstärkte Differenzsignal wird zur Weiterverarbeitung in der Steuereinheit 9 gespeichert.
Die Steuereinheit 9 erhält die drei Differenzsignale gleichzeitig. Aus diesen Differenzsignalen wird in an sich bekannter Weise durch übliche Algorithmen jeweils ein resultierendes oder differenziertes aber vergleichbares Farbsignal errechnet und zwischengespeichert. Nach einer Anzahl von Messzyklen M werden alle zwischengespeicherten Signale freigegeben und ein Durchschnittssignal wird in der Steuereinheit 9 berechnet. Das Durchschnittssignal dient entweder der Ansteuerung einer Anzeige oder eines Stellgliedes.
Der zeitliche Ablauf der Signalgewinnung und Signalverarbeitung ist in der Reihenfolge in Fig. 4 nochmals dargestellt. Die Erläuterung dazu wird anhand des links angeführten Messzyklus vorgenommen. Die links außen übereinander angegebenen Symbole und Bezugszeichen kennzeichnen das jeweilige Bauelement. Die zeitlichen Abläufe sind horizontal von links nach rechts ablaufend dargestellt.
Innerhalb des ersten Messtaktes t1 wird vom LED-R ein roter Lichtimpuls gesendet. Der Empfänger E gibt den dabei empfangenen Messimpuls an den Eingangsverstärker VR für die Farbe rot. Das so gewonnene Signal wird als elektrische Spannung im Kondensator CR gespeichert. Im zweiten Takt t2 wird durch den Lichtsender LED-G grünes Licht gesendet. Das dadurch vom Empfänger E empfangene Licht wird dem Eingangsverstärker VG zugeführt und im Kondensator CG gespeichert. Im nächsten Messtakt t3 wird blaues Licht gesendet. Das vom Empfänger weitergegebene Signal wird über den Eingangsverstärker VB in den Kondensator CB gespeichert. Im vierten Takt t4 wird keiner der Lichtsender LED angesteuert. Der Empfänger E erfasst nur das Störlicht. Dieses Störlicht wird dem Eingangsverstärker VSl zugeleitet und im Kondensator CSl gespeichert. Im Eingangsverstärker VSl wird dieses Signal in einer solchen Weise verstärkt, dass die dann im Kondensator CSl gespeicherte Spannung für die Korrektur von den drei Farbsignalen der Kondensatoren CR, CG, CB ausreichend ist.
Nach der Speicherung des letzten Messsignales ruft die Steuereinheit 9 in an sich bekannter Weise die in den Kondensatoren C gespeicherten Spannungen über die Differenzverstärker DR, DG, DB zu einem einheitlichen Zeitpunkt ab. Dabei wird der jeweils gespeicherte Messwert der einzelnen Farben um den Wert des Streulichtes Sl reduziert.
Der verbleibende Wert WR, WG, WB, der auch in seiner Größe quantifiziert ist, wird in der Steuereinheit 9 über einen A/D-Wandler in digitale Signale umgewandelt. Diese digitalen Signale werden nach an sich bekannten Algorithmen zu einem eine bestimmte Farbe representierenden Wert umgewandelt und mit einem in gleicher Weise ermittelten Wert eines Musterkörpers, der SOLL-Größe, verglichen. Aus dem Vergleich mit einem oder mehreren derartigen SOLL-Werten kann schließlich exakt die Farbe bestimmt werden, die im jeweiligen Messzyklus ermittelt wurde.
Für Steuerungszwecke reicht es jedoch in der Regel auch aus, dass man die ermittelten Werte in bestimmte vorgegebene Bereiche einordnet. Ist ein festgestellter Messwert in einen Bereich einordenbar, kann man Steuersignale, die von der Farberkennung abhängig sind, zum gegebenen Zeitpunkt bereitstellen und ausführen.
Dieses hier beschriebene Messverfahren und die Messanordnung lassen sich mit besonderen Vorteilen an Anlagen nutzen, bei denen aus beliebig zusammengestellten Kunststoffabfällen Gegenstände oder Körper mit einer ganz besonderen Farbcharakteristik erfasst werden. Gemeinsam mit dieser Erfassung kann man auch den Ort bestimmen, an dem bestimmte Auswerfer, z. B. Düsen, den festgestellten Gegenstand in eine andere Bewegungsbahn führen und auf diese Weise aus dem Stoffstrom entfernen.
An den gen. Anlagen ist es zweckmäßig, so wie es in Fig. 1 dargestellt ist, eine Vielzahl von Gruppen 10 entlang einer Linie quer über den Strom bewegter Körper 4 anzuordnen. Das von den Lichtsendern LED der Gruppen 10 ausgesendete Licht wird durch ein erstes Linsensystem 2, das hier durch einen stabförmigen Glaskörper mit rundem Querschnitt gebildet ist, in einen parallelen, breiten Strahl, der auf den Strom 40 gerichtet ist, umgeformt. Unterhalb des auf einer transparenten oder durchscheinenden Unterlage 41 geführten Stromes befindet sich ein ebensolches zweites Linsensystem 5 in Form eines Stabes mit rundem Querschnitt aus einem für Linsen geeigneten Werkstoff. Dieses zweite Linsensystem 5 sammelt die Lichtstrahlen und führt sie den in einer Linie angeordneten Empfängern E zu.
Wird bei einer Anwendung von einer Vielzahl derartiger Messanordnungen im Bereich einer oder mehrerer Gruppen 10 ein Körper 4 mit einer bestimmten Farbe erfasst, dann wandelt die Steuereinheit 9 dieses Messergebnis in einen Steuerbefehl um, der dann wirksam wird, wenn der erfasste Körper 4 eine Reihe von Auswerfern 42 erreicht. In diesem Fall sind die Auswerfer als Düsen 42 ausgebildet, die über Magnetventile aktivierbar sind. Die Düsen 42 bewegen den Körper 4 durch den Luftimpuls in eine andere Bahn, die zu einem getrennten Förderband führt. Der auf diese Weise ausgesonderte Körper 4 kann einer werkstofflichen Wiederverwertung zugeführt werden.
In einer Aufbereitungsanlage für Kunststoffe oder andere Wertstoffe lassen sich unter Einsatz der hier vorgestellten Messanordnung die verschiedensten Bestandteile aus unterschiedlichen Abfallstoffen mit hoher Treffsicherheit auswählen.
Die Messanordnung und deren Anwendung ist jedoch nicht auf diese hier beschriebenen Anlagen beschränkt. Man kann diese Messanordnung zur Analyse farbiger Oberflächen benutzen. Diese Messanordnung ist auch nicht darauf beschränkt, dass man nur mit frei durch den Raum geführtem Licht arbeitet. Es ist möglich, das Licht einer Gruppe zu bündeln und über Lichtleitkabel an das zu messende Objekt zu führen. In gleicher Weise kann das reflektierte oder das durchscheinende Licht über Lichtleitkabel an den Empfänger E geführt werden.
In der beschriebenen Messanordnung erfolgt die Speicherung der unabhängig voneinander erfassten und verstärkten Messimpulse für verschieden farbiges Licht mit Hilfe von Kondensatoren C. Es ist jedoch auch denkbar, dass für die kurzzeitige Speicherung andere Bauelemente verwendet werden.
Entscheidend ist für die Sicherung eines hochwertigen Messergebnisses, dass die verschiedenfarbigen Messwerte in jeweils separaten und angepassten Auswertelinien bearbeitet werden und die Messergebnisse bis zum Ende des Messzyklus gespeichert bleiben. Das oder die am Ende des Messzyklus bereitgestellte(n) Ergebnis(se) muss (müssen) schließlich im Computer speicherfähig und verarbeitbar sein. Bezugszeichenliste 1 Lichtsenderträger
10 Gruppe (Lichtsender/LEDs)
2 Linsensystem, erstes
3 Strahlengang
4 Körper, Messobjekt
40 Strom
41 Führungsbahn
5 Linsensystem, zweites
6 Widerstände
7 Taktgenerator
8 Schalteinheit
9 Steuereinheit
LED-R Lichtsender/Leuchtdiode-Rot
LED-G Lichtsender/Leuchtdiode-Grün
LED-B Lichtsender/Leuchtdiode-Biau
E Empfänger
VR Eingangsverstärker-Rot
VG Eingangsverstärker-Grün
VB Eingangsverstärker-Blau
VSl Eingangsverstärker-Streulicht
CR Kondensator-Rot
CG Kondensator-Grün
CB Kondensator-Blau
CSl Kondensator-Streulicht
DR Differenzverstärker-Rot
DG Differenzverstärker-Grün
DB Differenzverstärker-Blau
WR Messwert-Rot
WG Messwert-grün
WB Messwert-Blau
Sl Streulicht
R Rot
G Grün
B Blau
M Messzyklus
t Zeit
t1 Takt
t2 Takt
t3 Takt
t4 Takt

Claims

1. Verfahren zur Farberkennung von Körpern und oder Oberflächen,
wobei die Körper (4) nacheinander mit Lichtimpulsen unterschiedlicher Wellenlänge (BLAU-GRÜN-ROT) bestrahlt werden,
wobei das von den Körpern (4) kommende, reflektierte oder durchscheinende Licht mittels optoelektronischer Empfänger (E) gemessen wird,
wobei die analogen, elektrischen Messwerte einzeln nacheinander verstärkt und dabei die von Störlicht oder anderen Faktoren verursachten Störgrößen kompensiert werden,
wobei das so ermittelte Messergebnis für jeden Lichtimpuls einer elektronischen Steuereinheit (9) zugeführt und dort digitalisiert gespeichert wird und
wobei die Messergebnisse eines Messzyklus oder Operationszeitraumes nach einem Algorithmus zusammengefasst und mit mindestens einem als SOLL-Wert gespeicherten Wert verglichen werden, dadurch gekennzeichnet,
dass die vom opto-elektronischen Empfänger (E) erzeugten Messwerte aus den verschiedenfarbigen Lichtimpulsen (WR, WG, WB) einzeln nacheinander und ein Messwert (WSl) für die Erfassung des Streulichtes bei nicht aktivierten Lichtsendern (LED-R, LED-G, LED-B), separaten Eingangsverstärkern (VR, VG, VB, VSl) zugeführt werden,
dass die separaten Eingangsverstärker (VR, VG, VB, VSl) auf unterschiedliche, begrenzte Wellenlängenbereiche abgestimmt und mit einer modifizierten, im wesentlichen proportionalen Kennlinie versehen sind,
dass das Ausgangssignal jedes modifizierten Eingangsverstärkers (VR, VG, VB, VSl) auf je einem Kondensator (CR, CG, CB, CSl) gespeichert wird,
dass die so auf den Kondensatoren (CR, CG, CB) zwischengespeicherten Messwerte der Farblichtimpulse (WR, WG, WB), jeweils zusammen mit dem auf dem Kondensator (CSl) gespeicherten Messwert (WSl) für das Streulicht, über je einen Differenzverstärker (DR, DG, DB) der Steuereinheit (9) dargeboten werden,
dass am Ende eines Messzyklus (M) alle auf den Kondensatoren (CR, CG, CB) zwischengespeicherten Messwerte (WR, WG, WB), jeweils abzüglich eines Messwertes (WSl) auf dem Kondensator (CSl) von der Steuereinheit (9) über die Differenzverstärker (DR, DG, DB) abgerufen werden und
dass schließlich ein neuer Messzyklus (M) gestartet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzyklen (M) mit einer Frequenz zwischen 5 kHz und 15 kHz ausgeführt werden.

3. Messanordnung zum Erfassen der Farbe von Körpern und Oberflächen, bestehend aus
einer Gruppe von mindestens drei elektronischen Lichtsendern (LED- R, LED-G, LED-B), die jeweils in einem schmalbandigen Wellenlängenbereich taktweise nacheinander Lichtimpulse emittierenden,
mindestens einen elektronischen Lichtempfänger (E) für das Erfassen des reflektierten, durchscheinenden oder streuenden Lichtes eines zu messenden Objektes (4),
mindestens einer Steuereinheit (Taktgenerator 7) zur taktweisen Ansteuerung der Lichtsender (LED-R, LED-G, LED-B) und
mindestens einer elektronischen Auswerteeinheit (Steuereinheit 9) für die Auswertung, die Speicherung, den Vergleich und die Ausgabe der Messergebnisse,
wobei zwischen Lichtempfänger (E) und Auswerteeinheit eine Verstärkereinheit (V) mit Eingangsverstärker und Differenzverstärker angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verstärkereinheit (V) besteht
aus vier zueinander parallelen Messwert-Verarbeitungslinien, die in jedem Messzyklus (M) taktweise nacheinander, gemeinsam mit den Lichtimpulsen einer Gruppe von Lichtsendern (LED-R, LED-G, LED-B) und einmal für die Erfassung des Streulichtes (Sl) aktivierbar sind und
die mit je einem Eingangsverstärker (VR, VG, VB, VSl), der für einen bestimmten Wellenlängenbereich eine modifizierte Kennlinie besitzt, und je einem einen Kondensator (CR, CG, CB, CSl) am Ausgang des Eingangsverstärkers (VR, VG, VB, VSl) ausgestattet sind, und aus drei zueinander parallelen Differenzverstärkern (DR, DG, DB), bei denen jeweils beide Eingänge mit je einem der Kondensatoren (CR, CG, CB), die Messwerte von farbigen Lichtimpulsen speichern, sowie mit dem Kondensator (CSl), der den Messwert des Streulichtes speichert, und deren Ausgänge mit der E/A Einheit der Auswerteeinheit (9) verbunden sind.

4. Messanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtsender (LED-R, LED-G, LED-B), der Gruppe entlang einer Linie quer über dem zu messenden Objekt (Körper 4, Strom 40) angeordnet sind,
dass das zwischen den Lichtsendern (LED-R, LED-G, LED-B), und dem Objekt (Körper 4, Strom 40) eine als erstes, stabförmiges, das Licht parallelisierendes, Linsensystem (2) angeordnet ist und
dass zwischen dem Objekt (Körper 4, Strom 40) und dem optoelektronischen Empfänger (E) ein die Lichtstrahlen fokussierendes zweites Linsensystem (5) positioniert ist.

5. Anlage zum Sortieren farbiger Gegenstände, insbesondere von Kunststoffhohlkörpern, aus einem bewegten Strom (40), unter Verwendung von Lichtsendern (LED-R, LED-G, LED-B), opto-elektronischen Empfängern (E) einer Auswerteinheit (9) und einer Auswerferanordnung (42),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lichtsender aus einer Reihe von Lichtsendergruppen (10) besteht, die quer über dem Strom (40) angeordnet sind,
dass jede Lichtsendergruppe (10) besteht aus je einer ein blaues Licht (LED-B), einer ein rotes Licht (LED-R) und einer ein grünes Licht (LED-G) sendenden und die Lichtsender (LED-R, LED-G, LED-B), aller Gruppen (10) innerhalb jedes Messvorganges übereinstimmend taktweise ansteuerbar sind,
dass jeder Gruppe (10) von Lichtsendern (LED-R, LED-G, LED-B), ein opto-elektron ischer Empfänger (E) zugeordnet ist,
dass jedem opto-elektronischen Empfänger (E) vier im Takt der Lichtsender steuerbare Eingangsverstärker (VR, VG, VB, VSl) mit unterschiedlich modifizierter Kennlinie und mit Kondensatoren (CR, CG, CB, CSl) als Zwischenspeicher für Messwerte zugeordnet sind und
dass die Kondensatoren (CR, CG, CB, CSl) über Differenzverstärker (DR, DG, DB) paarweise mit der Steuereinheit (9) zur Ausgabe der Steuerbefehle verbunden sind.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtsender (LED-R, LED-G, LED-B), aller Gruppen (10) entlang einer Linie quer über dem Strom (40) angeordnet sind,
dass das zwischen der Reihe der Lichtsender (LED-R, LED-G, LED-B), und der Bahn des Stromes (40) das erste stabförmige, das Licht parallelisierende Linsensystem (2) angeordnet ist und
dass zwischen der Bahn des Stromes (40) und der entlang einer Linie angeordneten opto-elektronischen Empfänger (E) das zweite, die Lichtstrahlen fokussierende Linsensystem (5) in Stangenform positioniert ist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite stangenförmige Linsensystem (2, 5) für die gesamte Reihe von Lichtsendern und -empfängern aus je einem stabförmigen glasklaren Körper besteht, der einen runden Querschnitt hat.