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Verfahren und Anordnung zum Prüfen des Randes von durch-
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sichtizen Gefäßen Zusatz zu Patent .. .. ... (Patentanm. P 28 48 516.1)
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum Feststellen von Flecken auf kreisförmigen
Objekten mittels einer das Objekt aufnehmenden, nach dem Zeilenrasterverfahren arbeitenden
Fernsehkamera. Im Hauptpatent ist vorgeschlagen, Sehnenlängensignale zu bilden,
die den durch die Fernsehzeilen und das kreisförmige Objekt gebildeten Sehnenlängen
entsprechen, die Sehnenlängensignale oder davon abgeleitete Signale mit Sollwerten
zu vergleichen und bei Abweichungen um mehr als einen vorgegebenen Betrag ein Fehlersignal
abzugeben.
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Mit dem Verfahren nach dem Hauptpatent sollen Flecken in kreisförmigen
Objekten, z. B. Verunreinigungen auf Flaschenböden oder Fremdkörper in Flaschen,
festgestellt werden. Es sind eine Vielzahl von Verfahren zum Prüfen von Flaschen
oder anderen transparenten Behältern bekannt, z. B. aus der DE-AS 10 96 641 oder
der DE-OS
22 53 445, bei denen die Behälter in Quer- oder Längsrichtung
durchleuchtet werden, wobei das Licht auf lichtempfindliche Empfänger fällt, deren
Ausgangssignale ausgewertet werden. Als lichtempfindliche Empfänger können Fernsehkameras
verwendet werden, bei denen das Objekt auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet
und das Objektbild bzw. ein entsprechendes Ladungsbild zeilenweise mit einem Elektronenstrahl
abgetastet wird. Die bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent gebildeten Sehnenlängens-ignale
entsprechen den Längen der Sehnen, die durch Schneid-en der Rasterieilen mit dem
kreisförmigen Objektbild bzw. von den Rasterzeilen entsprechenden Linien mit dem
Objekt entstehen. Die Sehnen können auch senkrecht zu den Fernsehzeilen verlaufen.
Ihre Länge kann durch Abzählen der im Objektbild liegenden Fernsehzeilen ermittelt
werden. Die Empfindlichkeit des Verfahrens kann durch Verändern des Betrages, um
den die Sehnenlängensignale von den Sollwerten abweichen dürfen, ohne daß ein.Fehlersignal
abgegeben wird, eingestellt werden. Das Fehlersignal kann als Alarm- oder Meldesignal
oder auch als Steuersignal dienen, mit dem das geprüft Objekt, z. B. eine Flasche,
ausgesondert-wird.
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Während das Verfahren nach dem Hauptpatent dazu dient, Flecken in
einer kreisförmigen Fläche festzustellen, liegt der-vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zu finden, mit dem der Rand von Gefäßen, insbesondere der
Mund von Flaschen auf Fehler, wie Beschädigungen, geprüft werden kann, Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe durch Anwendung des Verfahrens nach dem Hauptpatent gelöscht,
wobei der Rand des Objektes so beleuchtet wird, daß das Licht von dem Rand benachbarten
Flächen mit bezüglich der Ebene, in welcher der Rand liegt, etwa gleichen Neigungswinkels
in das Kameraobjektiv reflektiert wird und daß aus den
in jeder
Fernsehzeile entstehenden Impulsen des Videosignals die Sehnenlängensignale gebildet
werden. Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, das Licht am Rand reflektieren
zu lassen, so daß die Kamera eine oder mehrere helle Linien aufnimmt, welche die
Auswerteschaltung in Werte umsetzt, die mit den Werten einer Sollinie, die an einem
unbeschädigten Muster aufgenommen werden können, verglichen werden. Im Falle einer
Beschädigung des Randes zeigen die hellen Linien Abweichungen von der Sollinie,
so daß Soll- und Istwerte differieren und ein Fehler gemeldet wird. Im Falle von
Objekten mit kreisförmigem Rand, z. B. Flaschen, sind die von der Kamera aufgenommenen
Linien kreisförmig und bilden mit den Fernsehzeilen Sehnen im engeren Sinne.
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Aus den durch Abtasten des Ringes in jeder Zeile entstehenden Impulspaaren
des Videosignals werden die Sehnenlängensignale gebildet.
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Das neue Verfahren eignet sich besonders zum Prüfen des Mundes von
Flaschen. Hierzu werden die Flaschen vorzugsweise so beleuchtet, daß bei unbeschädigtem
Flaschenmund von der Fernsehkamera ein heller Ring aufgenommen wird, der die dunkel
erscheinende Dichtlippe umgibt. Bei dieser Beleuchtung wird zweckmäßig die Rückflanke
des jeweils ersten Impulses des bei der Abtastung einer Zeile auftretenden Impulspaares
sowie die Vorderflanke des jeweils zweiten Impulses zur Bildung der Sehnenlängensignale
herangezogen. Es ist aber auch eine Beleuchtung möglich, bei der die Dichtlippe
das Licht in das Kameraobjektiv reflektiert, so daß im Normalfall die Dichtlippe
als heller Ring erscheint. Die beschädigten Stellen der Dichtlippen erscheinen dunkler
als die unbeschädigten, so daß sie bei der Auswertung des Videosignals erkannt werden
können. Bei einer solchen Beleuchtung werden die Sehnenlängensignale aus den Vorderflanken
der ersten Impulse der je Zeile auftretenden Impulspaare und aus den Rückflanken
der zweiten Impulse abgeleitet.
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Schließlich ist auch noch eine Beleuchtung möglich, bei der eine innerhalb
des Flaschenmundes liegende Zone die Lichtquelle in das Kameraobjektiv reflektiert,
so daß auch die selten.vorkommenden Beschädigungen an der Innenseite der Dichtlippe
festgestellt werden können, indem die Sehnenlängen des inneren hellen Ringes überprüft
werden.
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Bei dem neuen Verfahren können alle Ausgestaltungen des Verfahrens
nach dem Hauptpatent angewandt werden.
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So können die Sehnenlängensignale digital oder analog sein. Zum Erzeugen
beider Signalarten wird das- Videosignal zweckmäßig einem Schwellwertdiskriminator
zugeführt.
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Durch analoge Integration.des Ausgangssignals des Diskriminators wird
nach dem Abtasten jeder Zeile ein-analoges Signal erhalten, dessen Amplitude ein
Maß für die Sehnenlänge ist. Ein digitales Sehnenlängensignal wird dadurch erzeugt,
daß der Diskriminator einen Zähler steuert, dem Taktimpulse mit im Vergleich zur
Zeilenfrequenz hoher Frequenz zugeführt werden.
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Die Längen von senkrecht zur Zeilenrichtung verlaufenden Sehnen können
dadurch ermittelt werden, daß an untereinanderliegenden Punkten desFernsehbildes,
also in einer Spalte, festgestellt wird, ob nach einem ersten Impuls ein zweiter
erscheint. Jedesmal, wenn dies nicht der Fallis£, wird in einen Zähler ein Impuls
gegeben, so daß nach Auftreten des zweiten Impulses der Stand des Zählers die Sehnenlänge
angibt. Es können die Längen einer-Vielzahl von Sehnen gleichzeitig ermittelt werden,
wozu beispielsweise jeder Spalte die Zelle eines Speichers zugeordnet ist, deren
Inhalte bis zum jeweiligen Auftreten der zweiten Impulse inkrementiert werden. Es
ist also möglich, die Längen einer Vielzahl von auch senkrecht zueinander verlaufenden
Sehnen zu ermitteln und mit Sollwerten, die vorteilhaft an einem Musterobjekt,
z.
B. einer manuell geprüften Flasche, aufgenommen wurden, zu vergleichen. Es kann
so vorgegangen werden, daß bei einem einmaligen erheblichen Abweichen von Soll-und
Istwert noch kein Fehlersignal abgegeben wird, erst bei Abweichungen in mehreren
nebeneinanderliegenden Sehnen.
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Das unmittelbare Vergleichen der Sehnenlängen mit Sollwerten hat zwar
den Vorteil, daß eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit erzielt wird, bedingt aber einen
verhältnismäßig großen Speicher. Bei Anwendung der üblichen Fernsehabtastung mit
50 Bildern pro Sekunde steht jedoch genügend Zeit zur Verfügung, um aus einem gespeicherten
Wert für die Form des Randes, der an einem Musterobjekt aufgenommen werden kann,
z. B. im Falle eines kreisförmigen Randes aus dessen Radius und dem Abstand der
jeweils abgetasteten Zeile von einem Bezugspunkt, z. B.
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vom Mittelpunkt des Objektbildes, der durch Subtraktion der Anzahl
der bereits festgestellten Sehnen von der dem Radius entsprechenden Zeilenzahl errechnet
werden kann, den Sollwert für die Sehnenlänge zu errechnen und mit der jeweils gemessenen
Sehnenlänge zu vergleichen. Selbstverständlich kann auch das Quadrat der gemessenen
Sehnenlänge gebildet und mit einem entsprechenden Sollwert verglichen werden. Statt
dessen ist es auch möglich, aus der Länge der jeweils abgetasteten Sehne und deren
Abstand vom Objektmittelpunkt den Radius oder besser dessen Quadrat zu errechnen
und mit einem gespeicherten Radius bzw. dessen Quadrat zu vergleichen. Weichen die
beiden verglichenen Größen um mehr als den vorgegebenen Betrag voneinander ab, wird
ein Fehlersignal abgegeben.
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Das neue Verfahren eignet sich zwar besonders zum Prüfen von Behältern
mit kreisförmigem Rand, kann aber entsprechend auch auf andere Randformen angewandt
werden.
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Häufig ist es -nicht erwünscht, -daß schon.kleinste Fehler Meldungen
auslösen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird daher ein Fehlersignal.nur
dann abgegeben, wenn in mehreren einander benachbarten Zeilen ein Fehler festgestellt
wird.
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Es kann der Fall eintreten, z. B., wenn beim-PrUfen des Mundes von
Flaschen der Flaschenhals abgeschlagen ist, daß kein Videosignal mit einer für die
Auswertung ausreichenden Amplitude erhalten wird. Eine Möglichkeit, diesen Fall
eindeutig zu-erfassen, besteht darin, daß die Anzahl der Videosignalfianken mit
einer Mindesthöhe je Fernsehzeile ermittelt und im Falle, daß beim Abtasten eines
Objektes die Anzahl der Zeilen, in denen ein Diskriminator auf das Videosignal nicht
anspricht, einen vorgegebenen Wert übersteigt, ein Fehlersignal abgegeben wird.
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Zur Prüfung einer Vielzahl von Objekten können diese auf einem Transportband
so an der Fernsehkamera vorbeigeführt werden, daß deren Objektiv, wenn auch nur
kurzzeitig, auf die lichtempfindliche Schicht der Aufnahme röhre ein Bild des Behälterrandes
projiziert, das in ein auszuwertendes Videosignal umgesetzt wird. Zweckmäßig wird
als Lichtquelle ein Blitzlichtgerät und für die Kamera eine bildspeichernde Aufnahmeröhre
verwendet.
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EinSensor, z. B. eine Fotodiode -einer Lichtschranke, stellt fest,
wann ein Objekt in einer für eine Aufnahme geeigneten Position ist und gibt dann
einen Steuerimpuls auf das Blitzlichtgerät, so-daß eine Momentaufnahme gemacht wird.
Diese wird in der Aufnahmeröhre bis zum nächsten Vertikalablenkimpuls -gespeichert,
indem der Ab- -taststrahl der Aufnahmeröhre gesperrt wird. Nach dem nächsten Vertikalsynchronimpuls
wird der Elektronenstrahl freigegeben und während eines Halbbildes oder auch eines
Vollbildes ein der Momentaufnahme entsprechendes Videosignal erzeugt, das ausgewertet
werden kann.
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Damit nur das Bild des Randes ausgewertet wird und Streulicht die
Auswertung nicht störend beeinflußt, kann die Beleuchtung des Randes mittels einer
Blende so begrenzt werden, daß nur der zu überprüfende Rand ausgeleuchtet wird.
Ist die Blende verstellbar, kann die Anlage zur Ausführung des neuen Verfahrens
einfach und schnell auf Gefäße mit unterschiedlichen Randformen umgestellt werden.
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Eine solche mechanische Blende kann durch eine elektronische Schaltungsanordnung
ersetzt werden, z. B. im Falle eines ringförmigen Randes durch eine sogenannte Kreisaustastung,
die dadurch realisiert werden kann, daß die Horizontal- und Vertikalaustast- oder
-synchronimpulse je zweimal integriert, die dabei entstehenden parabelförmigen Signale
addiert und einer Schwellwertstufe zugeführt werden. Durch Verschieben des Schwellwertes
kann der Kreisdurchmesser eingestellt werden. Das Ausgangssignal der Schwellwertstufe
kann eine Torschaltung steuern, über welche die Videosignale geführt sind, so daß
nur die innerhalb des Kreises liegenden Videosignale zur Auswerteschaltung gelangen.
Es ist auch möglich, die Auswerte schaltung unmittelbar mit dem Ausgangssignal der
Schwellwertstufe freizugeben oder zu sperren. Abgesehen davon, daß bei Verwendung
einer solchen Schaltungsanordnung der oft schwierige Einbau einer mechanischen Blende
vermieden ist, wird ferner der Vorteil erzielt, daß die Beiträge der nicht interessierenden
Bildteile zum Videosignal völlig eliminiert werden. Eine Einstellung auf verschiedene
Behältertypen mit unterschiedlichen Rändern ist ohne Schwierigkeiten, gegebenenfalls
durch Umschalten der Kreisaustastung auf einen anderen Kreisdurchmesser, möglich.
Zweckmäßig werden nicht nur die Signale, die von außerhalb des Randes liegenden
Bildbestandteilen herrühren, ausgeblendet sondern auch die von innerhalb des Randes
liegenden. Im Falle von kreisförmigen
Rändern kann dies dadurch
erreicht werden, daß die Summe der parabelförmigen.Signale zwei Schwellwertdiskriminatoren
zugeführt ist, deren Ausgangssignale nach einer Antivalenzbedingung verknüpft sind,
so daß eine Auswerteeinheit derart steuerbar ist, daß sie nur zur Auswertung von
Bildbestandteilen freigegeben ist, die innerhalb eines Kreisringes liegen. Die Breite
des Kreisringes und sein Radius sind durch die beiden Schwellwerte gegeben.
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Eine mögliche Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Amplitudendiskriminator für das Videosignal
vorhanden ist, der einen Horizontalzähler zum Aufsummieren von Taktimpulsen mit
im-Vergleich zur Zeilenfrequenz hoher Frequenz für die zwischen dem Auftreten der
beiden Impulse liegende Zeit freigibt, und daß der Zählerstand oder ein davon abgeleitetes
Signal mit einem Sollwert verglichen wird. Die Sollwerte können in einem Sollwertspeicher
enthalten sein, derart, daß die Zeilennummern den Adressen des Speichers entsprechen.
Die Adressen werden mit Hilfe eines Adressenzählers .gebildet, dessen Stand nach
dem Abtasten jeder Zeile um Eins erhöht wird.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ausgestaltungen näher beschrieben und erläutert.
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Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Flaschen prUfungsanlage-,
in der die Erfindung eingesetzt ist.
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In Figur ta ist zur Verdeutlichung der Erfindung ein Ausschnitt aus
Figur 1 vergrößert dargestellt.
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In Figur 2-ist mit Impulsdiagrammen die Funktion der Anlage nach Figur
1 veranschaulicht.
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In~Figur 3 ist das Prinzipschaltbild einer Auswerteschaltung für die
Anordnung nach Figur 1 dargestellt.
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Figur 4 zeigt den zeitlichen Verlauf von in der Anordnung nach Figur
3 auftretenden Signalen.
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In Figur 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlicht.
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In Figur 6 ist eine Anordnung zum Einstellen der Empfindlichkeit der
Auswerteschaltung nach Figur 3 gezeigt.
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In Figur 1 ist mit PR eine Flasche bezeichnet, deren Öffnung, der
sogenannte Flaschenmund, auf Beschädigungen überprüft werden soll. Sie steht auf
einer Transportscheibe TS. Die Halterung der Flasche sowie der Antrieb der Transportscheibe
sind, da für die Erfindung unwesentlich, nicht gezeichnet. Wenn die Flasche PR in
der gezeichneten Position ist, kann ihr Flaschenmund von einer Kamera KA aufgenommen
werden. An der Kamera ist konzentrisch zum KameraobJektiv OB ein Tubus TB angebracht,
an dem eine Leiterplatte LP befestigt ist, an der ein Ring von Lumineszenzdioden
LED angeordnet ist, derart, daß die Lumineszenzdioden durch eine Streuscheibe STS
den Flaschenmund beleuchten.
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Die Position der Flasche PR, in der die Aufnahme des Flaschenmundes
durch die Kamera KA möglich ist, wird mit einem Sensor SE festgestellt, der z. B.
der Empfänger einer Lichtschranke ist. Sein Ausgangssignal wird einem Blitzlichtgerät
BLG zugeführt, das die Lumineszenzdioden LED ansteuert, so daß der Flaschenmund
kurzzeitig beleuchtet wird. Ein Bild des Flaschenmundes wird auf die lichtempfindliche
Schicht der Aufnahmeröhre der Kamera KA, die z. B. vom Fotoleitfähigkeitstyp ist,
projiziert, dort wird ein entsprechendes Ladungsbild erzeugt und gespeichert. Damit
dieses Ladungsbild vor der Auswertung in einer an die Kamera KA angeschlossenen
Auswerteschaltung AWS nicht gelöscht wird, muß der Abtaststrahl der Aufnahmeröhre
gesperrt werden. Ferner ist
der Auswerteschaltung AWS anzuzeigen,
daß eine Flasche vor dem Sensor SE vorbeigeführt wird und ein Bild zur Auswertung
vorliegt. Hierzu wird der Ausgangsimpuls des Sensors SE über eine Leitung SES der
Auswerteschaltung AWS zugeführt, die daraufhin über eine Leitung KAS ein Strahlstrom-Sperrsignal
auf die Kamera KA gibt. Während des auf die Beleuchtung folgenden Fernsehbildes
wird der Elektronenstrahl der Kameraröhre wieder freigegeben, das gespeicherte Ladungsbild
abgetastet und die dabei entstehenden Videosignale ausgewertet. Stellt die Auswerteschaltung
AWS dabei fest, daß eine Flasche beschädigt ist, so steuert sie eine Auswurfeinheit
AWE an, welche die beschädigte Flasche aussortiert.
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Figur 1a zeigt den Bereich des Flaschenmundes und der Lumineszenzdioden
LED in einer vergrößerten Darstellung.
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Wesentlicher Teil des Flaschenmundes ist die Dichtlippe DL, die eine
ringförmige, ebene Fläche bildet. Zu beiden Seiten der Dichtlippe DL ist die Flasche
gewölbt.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Flasche PR von der Streuscheibe STS
so beleuchtet, daß das an der Dichtlippe DL reflektierte Licht an die Innenwand
des Tubus TB oder nach außen, jedenfalls nicht in das Objektiv OB, reflektiert wird,
daß aber die nach außen sich an die Dichtlippe anschließende Wölbung das Licht in
das Objektiv reflektiert. Es wird daher von der Kamera KA ein Bild aufgenommen,
in dem die Dichtlippe DL dunkel erscheint und von einem hellen Ring umgeben ist,
sofern die Dichtlippe nicht beschädigt ist. Ist, wie auf der rechten Seite der Figur
1a dargestellt, aus der Dichtlippe ein Teil ausgebrochen, wird in das Objektiv Licht
von einer. Kante reflektiert, die im Bereich der Dichtlippe liegt, so daß diese
an der beschädigten Stelle nicht mehr dunkel erscheint. Der die Dichtlippe umgebende
helle Ring wird daher an der beschädigten Stelle eine Einbuchtung aufweisen oder
unterbrochen sein. Eine solche Abweichung
des von der Kamera aufgenommenen
Bildes von dem Bild unbeschädigter Flaschen wird gemäß der Erfindung für die Prüfung
des Flaschenmundes herangezogen. Hierzu kann man so vorgehen, daß man mittels einer
mechanischen oder besser einer elektronischen Blende, einer sogenannten Kreisaustastung,
nur die Videosignale auswertet, die von der Dichtlippe herrühren. Bei unbeschädigten
Flaschen ist die Videosignalamplitude in diesem Bereich klein, da die Dichtlippe
dunkel erscheint. Ist jedoch eine Flasche beschädigt, gibt die Kamera ein Videosignal
höherer Amplitude ab, was mit einer Schwellwertstufe erkannt werden kann. Es ist
auch möglich, die Dichtlippe DL so zu beleuchten, daß nur sie hell erscheint. In
diesem Falle wird ein Fehlersignal abgegeben, wenn das der Dichtlippe entsprechende
Video signal unter eine vorgegebene Amplitude absinkt.
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Figur 2 verdeutlicht die Arbeitsweise der in Figur 1 dargestellten
Anordnung. Ein Diagramm bas zeigt den zeitlichen Verlauf des BAS-Signals, wobei
die negativen Impulse die Vertikalsynohronimpulse sind; die Horizontalsynchronimpulse
sind der Ubersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die positiven Signale stellen
schematisch die Videosignale dar. Ein Diagramm ses zeigt die Ausgangsimpulse des
Sensors, ein Diagramm kas die von der Auswerteschaltung auf die Kamera abgegebenen
Abtaststrahl-Sperrimpulse und ein weiteres Diagramm faw schließlich den zeitlichen
Verlauf von Impulsen, die in der Auswerteschaltung AWS erzeugt werden und die Auswertung
des von der Kamera KA gelieferten Videosignals freigeben. Zum Zeitpunkt t1 tritt
einer der periodischen Vertikalsynchronimpulse auf. Während der folgenden Bildperiode
stellt der Sensor den Durchlauf einer Flasche fest und gibt einen Impuls ses ab,
auf den mittels des Signals kas der Abtaststrahl der Kamera gesperrt wird. Das Signal
kas wird aufrechterhalten bis zum Zeitpunkt t3, in dem der nächste
Vertikalablenkimpuls
erscheint. Gleichzeitig wird das Freigabesignal faw erzeugt, dessen Dauer eine Bildperiode
beträgt. Das von der Kamera abgegebene Videosignal kann daher ausgewertet werden.
Durch das Abtasten des Ladungsbildes wird dieses teilweise gelöscht, und die verbleibenden
Ladungen werden während der beiden folgenden Bildperioden abgetragen, wobei Videosignale
mit verringerter Amplitude erzeugt werden, die wegen des Fehlens des Freigabesignals
faw nicht ausgewertet werden. Während der dritten Bildperiode nach dem Auswerten
des Videosignals stellt der Sensor wieder den Durchgang einer Flasche fest und gibt
ein weiteres Signal ses ab, das ein Abtaststrahl-Sperrsignal kas zur Folge hat,
so daß das Ladungsbild bis zum Beginn der nächsten Bildperiode gespeichert ist.
Danach wird die Auswertung mit dem Signal faw wieder freigegeben.
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In der Auswerteschaltung, deren Einzelheiten in Figur 3 gezeigt sind,
gelangt das BAS-Signal zunächst auf ein Amplitudenfilter AMF, das die Vertikalimpulse
V und die Horizontalimpulse H vom Videosignal trennt. Sie werden einer Kreisaustastung
KAT zugeführt, die auf ein UND-Glied U2 ein Freigabesignal gibt, solange der Bildbereich
abgetastet wird, in dem der Mund der Flaschen zu erwarten ist. Das Videosignal gelangt
auf den einen Eingang eines Vergleichers VGL, dessen anderen Eingang eine Referenzspannung
REF zugeführt ist. Dem Vergleicher VGL sind die dynamischen Eingänge von zwei bistabilen
Kippstufen BK5, BK6 nachgeschaltet, derart, daß die Kippstufe BK5 bei einem Signalwechsel
von log. O, nach 1 und die Kippstufe BK6 bei einem Signalwechsel von log.
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"1" nach "0tut umschaltet. Den Rücksetzeingängen R der beiden Kippstufen
sind die Horizontal-Synchronimpulse zugeführt. An ihre Ausgänge Q ist ein UND-Glied
U1 angeschlossen, dessen Ausgangssignal einem Zeilenspeicher ZSP, der ein Zähler
ist, und dem Takteingang eines Vertikal-
zählers VZ sowie dem Rücksetzeingang
R eines Frequenzteilers FTH zugeführt ist. Ferner ist an das UND-Glied Ul der dynamische
Eingang einer bistabilen Kippstufe BK7 angeschlossen, die umschaltet, wenn das Ausgangssignal
des UND-Gliedes U1 von log. 1 nach rioll wechselt. Ihrem Rücksetzeingang R sind
ebenfalls die Horizontal-Sync hronimpulse zugeführt.
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Die Funktion des bisher beschriebenen Teils der Anordnung nach Figur
3 wird im folgenden anhand der Figur 4 näher erläutert. Deren oberer Teil zeigt
die Aufsicht auf eine Flasche PR. Mit DL ist die Dichtlippe bezeichnet. Die Flasche
ist gemäß Figur 1 so beleuchtet, daß die Dichtlippe DL dunkel erscheint und von
einem hellen Ring LR1 umgeben ist. Beim Abtasten einer Fernsehzeile z1 entsteht
ein Videosignal, das in einem Diagramm basl dargestellt ist. Die Horizontal-Synchronimpulse
sind als negative Impulse gezeichnet. Erreicht der Abtaststrahl die dem Leuchtring
LR1 entsprechenden Stellen der Signalplatte der Aufnahmeröhre, wird ein positiver
Impuls erzeugt. Die Flasche PR kann so beleuchtet werden, daß sich innerhalb der
Dichtlippe DL ein zweiter Leuchtring LR2 befindet. Dieser wird im allgemeinen schwächer
leuchten als der äußere, so daß bei dessen Abtasten Impulse kleinerer Amplitude
gebildet werden. Diese Impulse sind im Diagramm basi gestrichelt eingezeichnet und
sollen vorerst nicht betrachtet werden. Der zeitliche Abstand der vom äußeren Leuchtring
LR1 herrührenden Impulse ist ein Maß für die Länge der Sehne, die durch Schneiden
der Zeile z7 mit dem Bild des Flaschenmundes- entsteht. Mit dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 3 werden Sehnenlängensignale gebildet, deren Dauer gleich dem zeitlichen
Abstand der in jeder Zeile auftretenden, durch den Leuchtring LR1 verursachten Impulse
ist. Diese Sehnenlängensignale werden mit Sollwerten verglichen, die z. B. an einer
von Hand geprüften, unbeschädigten Flasche gewon-
nenwurden.Zur
Bildung der Sehnenlängensignale dient der bisher beschriebene Teil der Anordnung
nach Figur 3. Es könnte in einfacher Weise so vorgegangen werden, daß die beiden
Impulse dem dynamischen Eingang einer bistabilen Kippstufe zugeführt werden, die
somit mit dem ersten Impuls gesetzt und mit dem zweiten Impuls rückgesetzt wird.
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Die-Dauer des Ausgangssignals der Kippstufe würde in etwa der Sehnenlänge
entsprechen. Mit der Anordnung nach Figur 3 wird eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit
dadurch erreicht, daß vom ersten Impuls die Rückflanke und vom zweiten die Vorderflanke
zur Bildung der Sehnenlängensignale verwendet wird, so daß Signale erhalten werden,
deren Dauer der Sehne entsprechen, die durch Schneiden der Fernsehzeilen mit der
Dichtlippe DL gebildet werden.
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Das dem Vergleicher VGL zugeführte Referenzsignal REF ist im Diagramm
basl als gestrichelte Linie dargestellt.
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Das Ausgangssignal des Vergleichers ist in einem Diagramm vgli veranschaulicht,
dessen positive Flanken die bistabile Kippstufe BK5 (Diagramm bk5) rund dessen negative
Flanken die Kippstufe .BK6 (Diagramm bk6) schalten, Wie das Diagramm u1 zeigt, gibt
das UND-Glied Ul das gewünschte Sehnenlängensignal ab. Die bistabile Kippstufe fe
BK7 wird mit dem Ende des -Sehnenlängensignals gesetzt.
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Der in Figur 4 dargestellte Flaschenmund weist im unteren Bereich
eine Beschädigung. BS auf. Wird eine Fernsehzeile z2 abgetastet, welche das Bild
der Beschädigung BS schneidet, so entsteht das im Diagramm bas2 veranschaulichte
Videosignal. Der linke Impuls ist im Vergleich zu dem Impuls, der bei unbeschädigtem
Flaschenmund auftreten-wUrde, versetzt, so daß das Sehnenlängensignal verkürzt ist.
Bei einem Vergleich mit dem Sollwert entsteht eine Abweichung, aus der ein Fehlersignal
abgeleitet werden kann.
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Der bei Abtasten der beschädigten Stelle BS entstehende Impuls ist
wesentlich breiter als die Impulse, die beim Abtasten des Leuchtringes LR1 auftreten.
Würde man mit der Vorderflanke dieses Impulses bzw. des daraus abgeleiteten Vergleicherimpulses
vgl2 das Sehnenlängensignal erzeugen, so würde es sich nicht wesentlich von dem
unterscheiden, das bei nicht beschädigter Flasche erhalten würde. Es ist daher vorteilhaft,
das Sehnenlängensignal mit der Rückflanke des ersten Impulses beginnen und mit der
Vorderflanke des zweiten Impulses enden zu lassen.
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Soweit bisher beschrieben, können mit der Anordnung nach Figur 3 nur
Beschädigungen am äußeren Rand der Dichtlippe DL zuverlässig festgestellt werden.
Beschädigungen am inneren Rand können dadurch erfaßt werden, daß die von ihnen ausgelösten
Videosignale zu einer Verkürzung der Sehnenlängensignale führen, die gemeldet sind.
Sollen auch Beschädigungen am inneren Rand zuverlässig erkannt werden, werden die
vom Leuchtring LR2 verursachten Impulse herangezogen. Dies kann in der Weise geschehen,
daß zwei übereinstimmende Auswerteschaltungen vorgesehen sind, die mittels einer
Kreisaustastung so gesteuert sind, daß die eine die Impulse des äußeren Leuchtringes
LR1 und die andere die des inneren Leuchtringes LR2 auswertet. Dabei ist zu beachten,
daß die Sehnenlängensignale für den inneren Leuchtring mit der Vorderflanke des
ersten Impulses beginnen und mit der Rückflanke des zweiten Impulses enden sollen.
Hierzu ist die Schaltungsanordnung nach Figur 3 in der Weise zu modifizieren, daß
anstelle des UND-Gliedes U1 ein ODER-Glied verwendet wird. Der Aufwand von zwei
Auswerteschaltungen kann ddurch verringert werden, daß die Kreisaustastung eine
einzige Auswerteschaltung so steuert, daß sie während eines Halbbildes die Impulse
des einen Leuchtringes LRl und während des anderen Halbbildes die des zweiten Ringes
LR2 auswertet.
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Anstatt die Sehnenlänge des Leuchtringes LR1 oder gegebenenfalls die
des Ringes LR2 zu bestimmen und mit Sollwerten zu vergleichen, kann man auch die
Längen der Abschnitte messen, in welchen die Fernsehzeilen die Dichtlippe DL schneiden,
indem z. B. die Zeiten von der Rückflanke des ersten vom Leuchtring LR1 abgeleiteten
Impulses bis zur Vorderflanke des ersten Impulses des Ringes LR2 und von der Rückflanke-des
zweiten Impulses des Ringes LR2 bis zur Vorderflanke des zweiten Impulses des Ringes
LR1 gemessen werden und die beiden Zeiten addiert werden. Die Summe der Zeiten ergibt
ein tgSehnenlängensignal", das der Länge der Schnittlinie der Fernsehzeile mit der
Dichtlippe entspricht. Dieses Sehnenlängensignal kann mit Sollwerten verglichen
werden. Solche Sehnenlängensignale können auch dadurch gebildet werden, daß die
Dichtlippe so beleuchtet wird, daß sie als heller Ring vom Kameraobjektiv abgebildet
wird, die Videosignale einem Vergleicher- zugeführt werden und die Dauer der Vergleicherausgangssignale
während der einzelnen Fernsehzeilen gemessen wird. Eine solche Beleuchtung des Flaschenmundes
hat allerdings den Nachteil, daß das Verfahren weniger zuverlässig wird als das
anhand der Figur 1 beschriebene, da auch das an den beschädigten Stellen reflektierte
Licht unter Umständen von der Kamera aufgenommen wird und die Beschädigungen daher
nicht erkannt werden können.
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Das UND-Glied Ul hat in der Anordnung nach Figur 3 die Aufgabe, vom
Auftreten des ersten Impulses vom Leuchtring LR1 bis zum zweiten Impuls ein Signal
abzugeben, so daß durch Messen der Dauer dieses Signals auf die Sehnenlänge geschlossen
werden kann. Da das UND-Glied Ul während jeder Zeile nur ein Signal abgibt, können
seine Ausgangsimpulse, und zwar deren Rückflanken, zum Zählen der im Bereich des
zu prüfenden Flaschenmundes liegenden-Zeilenzahl ausgenutzt werden. In Zeilen, die
nur den
Leuchtring LR1, nicht aber die Dichtlippe DL schneiden,
werden die Kippstufen BK5, BK6 zwar gesetzt, aber erst mit dem Horizontalsynchronimpuls
rückgesetzt. Die Kreisaustastung KAT.sorgt dafür, daß diese Zeilen nicht gezählt
werden. Vor Beginn der Flaschenprüfung muß der Durchmesser oder der Radius der zu
prüfenden Flaschen eingegeben und die Anordnung einjustiert werden. Hierzu wird
eine manuell geprüfte Flasche auf die Transportscheibe gestellt und über eine Leitung
FM auf den Freigabeeingang F des Zeilenspeichers ZSP ein Signal gegeben, so daß
dieser als Zähler arbeitet. Er summiert daher die Rückflanken der Ausgangs impulse
des UND-Gliedes Ul auf, so daß, wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen sind, nach
Abtasten eines Bildes in ihm eine Zeilenzahl enthalten ist, die dem Durchmesser
der Dichtlippe entspricht. Da zur Berechnung der Sehnenlänge der Radius erforderlich
ist, kann zur Untersetzung der Zeilenimpulse im Verhältnis 2 : 1 dem Zähler eine
bistabile Kippstufe vorgeschaltet sein, wobei diese Kippstufe die erste Stufe des
Zählers selbst sein kann. Antelle der Ausgangsimpulse des UND-Gliedes U1 können
selbstverständlich auch die Impulse der Kippstufen BK5 oder BK6 verwendet werden.
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Nachdem der Radius der Dichtlippe ermittelt ist, wird das Freigabe
signal auf der Leitung FM zurückgenommen, und es kann mit der automatischen Prüfung
begonnen werden. Wie oben beschrieben, bewirkt das über die Leitung SES der Auswerteschaltung
AWS zugeführte Sensorsignal, daß während der folgenden Bildperiode ein Freigabesignal
faw erzeugt wird. Hierzu wird das Sensorsignal einer Einheit AWF zugeführt, die
ferner das Vertikalsynchronsignal erhält und die das Freigabe signal faw auf den
zweiten Eingang des UND-Gliedes U2 gibt, an das eine Leitung FAW angeschlossen ist.
Das Ausgangssignal des UND-Gliedes U2 gelangt u. a. auf den Freigabeeingang
F
eines Vertikalzählers VZw wo es bewirkt, daß mit seinem Auftreten der Inhalt des
Zeilenspeichers ZSP üDernommen und der Zähler VZ zum Rückwärtszählen freigegeben
wird. Jeder Ausgangsimpuls des UND-Gliedes Ul, d. h. jede das Objektbild überdeckende
Zeile, erniedrigt daher den Stand des Zählers VZ um Eins. Es wird in diesem somit
die Differenz zwischen dem im Zeilenspeicher enthaltenen Wert und der Anzahl der
abgetasteten Dichtlippenzeilen gebildet. Diese Differenz ist nichts anderes als
ein Maß für den Abstand des Dichtlippenmittelpunktes von der jeweils abgetasteten
Zeile. Beim Abtasten der unteren Hälfte Dichtlippen treten negative Werte auf, die
in einem nachgeschalteten Betragsrechner BR- in positive Werte umgerechnet werden,
so daß dessen Ausgang stets den Abstarid der jeweils abgetasteten Zeile vom Mittelpunkt
der Dichtlippe in positiven Werten angibt. Diese Werte werden parallel den Steuereingängen
von zwei hintere inandergeschal-teten , programmierbaren Fre.quenzteilern VPT1,
VPT2 zugeführt, die als Quadrierer-dienen. Der Takteingang des Teilers VPT1 ist
an einen Oszillator OS mit im Vergleich zur Horizontalfrequenz der Fernsehkamera
hoher -Taktfrequenz angeschlossen. Der Betragsrechner steuert die Teiler mit Ziffern
zwischen 0 und 255 an, so daß jeder von ihnenentsprechend der Steuerziffer von 255
Eingangs impulsen O bis 255 Ausgangsimpulse durchläßt. An den Ausgang des zweiten
Teilers VPT2 ist der eine Eingang eines Addierers ADD angeschlossen.
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Das UND-Glied U1 gibt im gesetzten Zustand, d. h. nach Auftreten des
Videosignals, einen Frequenzteiler FTH frei, dem die Impulse des Oszillators OS
zugeführt sind und an den der Takteingang des Horizontalzählers HZ angeschlossen
ist. Nach dem Auftreten des jeweils zweiten, vom Leuchtring LR2 herrührenden Impulses
gibt die bistabile Kippstufe BK7 einen Ubernahmeimpuls auf den Eingang
des
Zwischenspeichers ZWS, der feuer'das Freigabesignal faw vom UND-Glied U2 erhält.
In den Zwischenspeicher wird daher der Endstand des Horizontalzählers HZ übernommen,
so daß er stets einen Wert abgibt, welcher bei unbesohädigten Flaschen der Länge
der zuletzt abgetasteten Sehne entspricht. Im Falle einer Beschädigung wird ein
kleinerer Wert abgegeben. Der zwischengespeicherte Wert bleibt für etwa eine Zeilenperiode
gespeichert und wird beim Abtasten der nächsten Zeile durch den neuen Wert ersetzt.
An den Zwischenspeicher ZWS sind parallel zwei programmierbare Teiler HPT1, HPT2
angeschlossen, die in derselben Weise wie die beiden anderen Teiler VPT1, VPT2 arbeiten
und daher den im Zwischenspeicher ZW.S enthaltenen Wert quadrieren. An den Ausgang
des zweiten Teilers HPT2ist der zweite Eingang des Addierers ADD angeschlossen.
Die Taktimpulse werden vom Oszillator OS geliefert. Sie werden über einen Inverter
IV geführt, damit der Addierer ADD an seinen beiden Eingängen phasenverschobene
Impulse erhält.
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Ein im Addierer ADD enthaltenes Siebglied bildet den Mittelwert des
zugeführten Summensignals, so daß einem nachgeschalteten Komparator KMP3 ein analoges
Signal zugeführt ist, das der Summe der Quadrate der im Vertikalzähler VZ und im
Zwischenspeicher ZWS enthaltenen Werte, das ist das Quadrat des Radius der Dichtlippe,
entspricht.
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Dieses Signal kann ferner einem Tiefpaß TP zugeführt werden, dessen
Zeitkonstante groß im Vergleich zur Bildperiode ist und der gegebenenfalls einen
Verstärker.
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enthält. Sein Ausgangssignal wird dem zweiten Eingang des Komparators
KMP3 als Referenzsignal zugeführt. Dies bedeutet, daß der zeitliche Mittelwert des
dem Quadrat des Radius entsprechenden Ausgangssignals als Referenzsignal dient.
Das Referenzsignal wird somit auf besonders bequeme und einfache Art an den Dichtlippendurchmesser
des jeweiligen Flaschentyps angepaßt.
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Der Komparator KMP3 gibt "i"-Signal ab, wenn-das Ausgangssignal des
Addierers ADP um einen vorgegebenen Betrag größer bzw. kleiner als das vom Tiefpaß-
TP gelieferte Referenzsignal ist. Mittels eines Widerstandes P kann der Spannungsbereich,
in dem das Ausgangssignal "O" abgegeben wird, eingestellt werden.
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.Wie in Figur 2 angedeutet, liegen zwischen den Bildperioden, in denen
ein- Videosignal ausgewertet wird, mehrere Bildperioden ohne Auswertung. Während
dieser Bildperioden bleibt der Vertikalzähler VZ stets mit dem Inhalt des Zeilenspeichers
ZSP geladen, dadurch, daß dem Addierer ADD vom Frequenzteiler VPT2 sets eine Impuls
zahl zugeführt wird, die dem Quadrat des Radius entspricht. Vom Frequenzteiler HPT2
erhält der Addierer ADD während dieser Zeit keine Impulse, so daß das-Ausgangssignal
des Addierers ADD gleich dem Quadrat des Radius ist.
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Selbstverständlich kann das Referenzsignal f;tir den Komparator KMP3
auch aus- dem Inhalt des.Zeilenspeichers ZSP abgeleitet werden, z.- B. mittels eines
Digital-Analog-Umsetzers. Anstelle der Schaltung mit dem Komparator KMP3 und dem
Tiefpaß TP kann auch die Schaltung nach Figur 6 eingesetzt werden. Diese enthält
einen Hochpaß HP2,-der an den Addierer ADD angeschlossen ist und dessen Ausgangsgleichspannung
Nu-llpotential ist. Der Wechselspannungsanteil des Ausgangssignals des Addierers
ADD gelangt über einen Begrenzer BGR und einen Tiefpaß TP2 auf den einen Eingang
eines Komparators KMP4, dessen anderer- Eingang am Abgriff eines Potentiometers
POT liegt, mit dem die Empfindlichkeit der Auswerteschaltung eingestellt werden
kann.-Mit der am Potentiometer POT abgegriffenen Spannung ist eine Stromquelle SQ
gesteuert, deren Ausgangsstrom vom Komparator KMP4 -gegen Nullpotential abgeleitet
ist, solange das Ausgangssignal des
Tiefpasses TP2 kleiner als
die am Potentiometer POT abgegriffene Spannung ist. Ubersteigt die Ausgangsspannung
des Tiefpasses TP2 die Spannung am Abgriff des Potentiometers POT, so lädt die Stromquelle
SQ einen Kondensator C auf. Erreicht dessen Ladespannung einen in einem Schmitt-Trigger
ST eingestellten Wert, gibt dieser ein Meldesignal ab.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nach der Quadrierung
und Addition der Quadrate auf eine analoge Arbeitsweise übergegangen. Statt dessen
kann auch vollständig digital gearbeitet werden, da digitale Quadrierer, Addierer
und Vergleicher zur Verfügung stehen. In diesem Falle kann auf eine gesonderte Erzeugung
des Referenzsignais verzichtet werden und als Referenzwert unmittelbar der Inhalt
des Zeilenspeichers ZSP verwendet werden.
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Es wurde eingangs beschrieben, daß eine Kreisaustastung KAT in den
Videosignalweg geschaltet sein kann. Statt dessen kann auch das Steuersignal für
die Kreisaustastung mit dem von der Einheit AWF ausgegebenen Freigabesignal nach
einer Koinzidenzbedingung verknüpft sein.
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Die Auswertung ist dann nur auf den durch das Steuersignal der Kreisaustastung
bestimmten Bildbereich begrenzt.
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Anhand der Figur 5 wird im folgenden die Wirkungsweise der Anordnung
nach Figur 3 erläutert. Figur 5a zeigt den Fall, daß eine unbeschädigte Flasche
aufgenommen und das Videosignal ausgewertet wird. Die momentan ausgewertete Fernsehzeile
ist mit 1 bezeichnet. Die Anzahl der zwischen ihr und dem oberen Rand der Dichtlippe
liegenden Fernsehzeilen beträgt c. Da die Abtastung wie üblich von oben nach unten
läuft, sind c Fernsehzeilen schon ausgewertet. Der Abstand der Zeile 1 vom Mittelpunkt
M der Dichtlippe beträgt R - c, wobei R der Radius ist. Die Sehnen-
länge
ist 2b. Bei diesem Normalfall gilt die Gleichung (R - c)2 + b2 = R2 In Figur 5b
ist der Fall veranschaulicht, daß die Dichtlippe im oberen Bereich beschädigt ist.
Die-Anzahl der biszur Zeile 1 ausgewerteten Fernsehzeilen ist wesentlich kleiner
als die bei fehlerfreier Dichtlippe. Ist sie wieder-mit c-tezeichnet, so gilt für
die untere Hälfte des Flaschenmundes die Ungleichung (R - c)2+ b2#R2 Das Ausgangssignal
des Addierers ist in diesem Falle kleiner als der im Tiefpaß gespeicherte Referenzwert,
so daß der Komparator KMP3 (Figur 3) anspricht und ein Fehlersignal abgibt.
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Im Falle von seitlichen Beschädiggen ist, wie in Figur 5c veranschaulicht,
die Sehnenlänge verkürzt und es gilt wieder d-ie Ungleichung (R - c)2 + b2 <
RS, so daß der dem Addierer nachgeschaltete Komparator anspricht.
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In Figur 5d ist angenommen, daß die Dichtlippe im unteren Bereich
beschädigt ist und die momentan abgetastete Fernsehzeile-l im Bereich der Verunreinigung
so liegt, daß ke-in Videos-ignal mehr erhalten wird. Die bistabile Kippstufe BK1
(Figur 3) spricht daher nicht mehr an und in den Horizontalzähler HZ werden keine
Impulse gezählt.
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Damit wird als Sehnenlänge 2b der Wert Null erhalten.
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Ferner wird der Stand des Vertikalzählers VZ nicht mehr verändert.
Es gilt die Ungleichung (R - c) < R2, so dai3 ebenfalls der Komparator KMP3 anspricht.
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Der in Figur 5b und 5d gezeigte Fall läßt sich auch dadurch erfassen,
daß nach Beendigung der Abtastung eines Bildes der Stand des Vertikalzählers VZ
mit dem Inhalt des Zeilenspeichers ZSP verglichen wird. Aus der Differenz wird erkannt,
daß einige Zeilen des Objektbildes dunkel waren.- Auf dieselbe Weise wird auch der
Fall nach Figur 5e erfaßt, bei dem die Dichtlippe seitlich so beschädigt ist, daß
der Leuchtring unterbrochen ist.
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Im übrigen treffen hier auch die Fälle näch den Figuren 5c und 5b
zu.
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Figur 5f veranschaulicht das Verfahren, bei dem der äußere Leuchtring
LRl und der innere, LR2, für die Uberprüfung herangezogen werden und nur die Sehnenlänge
über der Dichtlippe DL gemessen wird. Die Sehne setzt sich aus den zwei Teilstücken
dl und d2 zusammen. Der äußere Radius R der Dichtlippe und ihr innerer Radius r
werden mittels einer manuell geprüften, unbeschädigten Flasche ermittelt und gespeichert.
Die Größen cl und c2 sowie die Sehnenlänge dl + d2 werden an jedem Prüfling in jeder
Zeile gemessen. Es kann so vorgegangen werden, daß nach Abtasten jeder Zeile mit
Hilfe der Größen R, r, cl, c2 die Sehnenlänge errechnet und mit der gemessenen Sehnenlänge
verglichen wird. Bei Abweichung um mehr als einen vorgegebenen Betrag wird ein Fehlersignal
abgegeben. Statt dessen ist es auch möglich, in Abhängigkeit einer Größe, z. B.
der Größe cl, die anderen Größen c2, dl + d2 als Sollwerte zu speichern und nach
dem Abtasten
jeder Zeile die gespeicherten Größen mit den gemessenen
zu vergleichen. Auch in diesem Falle wird bei Abweichung um mehr als einen vorgegebenen
Betrag ein Fehler gemeldet. Mit einem solchen Verfahren können Fehler am inneren
und am äußeren Rand der Dichtlippe festgestellt werden.
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Zusammenfas sunF
Verfahren und Anordnung zum Prüfen des Randes von
durchsichtigen Gefäßen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen des
Randes von Gefäßen bzw. von Gefäßöffnungen. Der Gefäßrand (DL) wird von außen derart
beleuchtet, daß von einer Fernsehkamera (KA) ein heller Ring aufgenommen wird. Aus
den durch abtasten des inos in weder Fernsehzeile entstehenden Impulspaaren des
Videosignals werden Sehnenlängensignale gebildet, die mit Vergleichssignalen verglichen
werden. Rei Abweichung um mehr als einen vorgegebenen Betrag wird ein Fehlersignal
abgegeben.
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Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Anlagen zum Prüfen von Flaschen.
(Figur 1)