DD250178A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR TOUCHLESS OPTOELECTRONIC SORTING OF UNREGULARLY STRUCTURED SURFACES - Google Patents

Abstract

In der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zur beruehrungslosen optoelektronischen Sortierung von unregelmaessig strukturierten Oberflaechen beschrieben. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Automatisierung der visuellen Oberflaechenpruefung. Eine spezielle Anwendung ist z. B. die Klassifizierung von Holzoberflaechen. Die Loesung beruht darauf, dass das reflektierte Licht von der Oberflaeche der Vorlage von einem CCD-Zeilensensor in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Das Ausgangssignal des Zeilensensors wird parallel an vier Komparatoren angelegt und dadurch digitalisiert. Durch eine Datenvorverdichtung wird realisiert, dass nur die Daten der Fehler in einen Pufferspeicher eingespeichert und von einer Zentralen Verarbeitungseinheit ausgewertet werden. Am Ende der Auswertung wird die Gueteklasse der Vorlage angezeigt. Zeitverzoegert werden Weichen angesteuert, die die Vorlage entsprechend der Gueteklasse einsortieren. Fig. 1In the invention, a circuit arrangement for the contactless optoelectronic sorting of irregularly structured surfaces is described. The field of application of the invention is the automation of the visual surface inspection. A special application is z. B. the classification of Holzoberflaechen. The solution is based on the fact that the reflected light is converted from the surface of the original by a CCD line sensor into an electrical signal. The output signal of the line sensor is applied in parallel to four comparators and thereby digitized. By data pre-compression it is realized that only the data of the errors are stored in a buffer memory and evaluated by a central processing unit. At the end of the evaluation, the guet class of the template is displayed. Time-delayed switches are activated, which sort the template according to the quality class. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur berührungslosen optoelektronischen Sortierung von unregelmäßig strukturierten Oberflächen. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Automatisierung der visuellen Qualitätsprüfung. Eine zweckmäßige Anwendung ist z. B. die Klassifizierung von Holzoberflächen.The invention relates to a circuit arrangement for non-contact optoelectronic sorting of irregularly structured surfaces. Field of application of the invention is the automation of the visual quality inspection. A convenient application is z. B. the classification of wood surfaces.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen ^Characterization of the known technical solutions ^

Aus der Literatur sind Lösungen für Sortiereinrichtungen von unregelmäßig strukturierten Oberflächen bekannt. Zum Beispiel wird in einer Veröffentlichung in „Holztechnologie" 4/1984, S. 189, ein Verfahren beschrieben, das Holzfehler (wie Risse und Äste) auf Rotbuchenbohlen erkennt. Als Medium zur Erkennung der Holzfehler wurden Gammastrahlen und Röntgenstrahlen verwendet. Bei großen, in sich gerissenen Ästen mit zusätzlicher Holzzerstörung relativiert sich die Aussage über die Art des auftretenden Fehlers in Abhängigkeit von der tatsächlichen Flächenmasse, wobei im Extremfall ein solch integrierter Massenausgleich eintreten kann, daß kein Fehler mehr angezeigt wird. Das ist ein Nachteil dieses Verfahrens, ebenso wie die erforderliche Beachtung des statischen Zerfalls der Gammastrahlung und die dadurch bedingten Schwankungen um den Impulsratenmittelwert, innerhalb dessen Grenzen keine eindeutige Fehlerregistrierung erfolgen kann. Der Nachteil beim Röntgenverfahren sind die erheblichen Kosten, die für Maßnahmen des Gesundheitsschutzes entstehen. Eine Sortiereinrichtung für Furnierabschnitte wird in der Patentschrift DE 2637331 beschrieben. Die Einrichtung verwendet als Aufnehmer Fotozellen und stellt lediglich die geometrische Form nach dem Zuschnitt fest.The literature discloses solutions for sorters of irregularly structured surfaces. For example, in a publication in "Holztechnologie" 4/1984, page 189, a method is disclosed which recognizes wood defects (such as cracks and branches) on beech pines using gamma rays and X-rays as the medium for detecting the wood defects Cracked branches with additional wood destruction relativizes the statement about the type of error occurring depending on the actual basis weight, which in an extreme case, such an integrated mass balance may occur that no error is displayed necessary consideration of the static decay of the gamma radiation and the consequent fluctuations around the pulse rate average, within the limits of which no unequivocal error registration can take place The disadvantage with the X-ray method is the considerable costs that arise for measures of health protection Sections is described in the patent DE 2637331. The device uses photocells as a pickup and merely determines the geometric shape after cutting.

In der Patentschrift US 4266675 wird ein optischer Holz-Rinde-Sortierer beschrieben. Dieser Sortierer unterscheidet Holz- und Rindestückchen von geringer Dicke, indem diese von einer Lichtquelle durchstrahlt werden und das durchleuchtende Licht von einem optischen Aufnehmer ausgewertet wird. In Abhängigkeit von der Lichtintensität erfolgt dann die Sortierung. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß Holz nur bis zu einer bestimmten Dicke sortiert werden kann.In the patent US 4266675 an optical wood-bark sorter is described. This sorter differentiates wood and Rutenückchen of small thickness by these are irradiated by a light source and the transmitted light is evaluated by an optical pickup. Depending on the light intensity then the sorting takes place. The disadvantage of this method is that wood can only be sorted to a certain thickness.

Weiterhin wird in der Erfindungsbeschreibung DD-WP 2612044 ein Verfahren zur Bildverarbeitung in optoelektronischen Sortiereinrichtungen beschrieben. Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Bildvorverdichtung und Bilddatentrennung zur Prüfung visueller Parameter. Das Verfahren ist vor al I em in Sortierein richtungen zur Trennung der sowohl in der Erscheinung als auch in dem Auftreten zufällig eingehender Bildstörungen geeignet, d. h. dieses Verfahren ist besonders für die Bildverarbeitung zur optoelektronischen Sichtprüfung und Sortierung nach visuellen Parametern vorgesehen. Als Bildstörung ist in diesem Sinne die Abweichung der Bilddaten von einer vorgegebenen Gesamterscheinung der Bilddaten anzusehen, d.h. die gesuchte Information steckt in der Bildstörung. Dieses Verfahren ist in der vorliegenden Schaltungsanordnung enthalten. Allerdings werden im Gegensatz zum oben beschriebenen Verfahren, welches nur mit einer Grauwertstufe (Binärbild) arbeitet, hier mehrere Grauwertstufen verwendet.Furthermore, a method for image processing in optoelectronic sorting devices is described in the description of the invention DD-WP 2612044. The subject matter of this invention is a method for image pre-compression and image data separation for testing visual parameters. The method is particularly suitable for sorting devices for separating the image interference occurring accidentally both in the appearance and the occurrence, i. H. This method is especially intended for image processing for optoelectronic visual inspection and sorting according to visual parameters. In this sense, the picture disturbance is the deviation of the picture data from a given overall appearance of the picture data, i. the information sought is in the picture disorder. This method is included in the present circuit arrangement. However, in contrast to the method described above, which works only with a gray value level (binary image), several gray value levels are used here.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung wird eine Schaltungsanordnung geschaffen, die es gestattet, unregelmäßig strukturierte Oberflächen von Stücken mit beliebiger Dicke zu klassifizieren. Durch den Einsatz eines CCD-Zeilensensors als Aufnehmer werden die Meßunsicherheiten verringert und Strahlenschutz-Maßnahmen für den Gesundheitsschutz überflüssig. Ziel der Erfindung ist es weiterhin, Arbeitskräfte von monotoner Sortierarbeit zu befreien.By the invention, a circuit arrangement is provided which allows to classify irregularly structured surfaces of pieces of any thickness. By using a CCD line sensor as a transducer, the measurement uncertainties are reduced and radiation protection measures for health protection superfluous. The aim of the invention is also to free workers from monotonous sorting work.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur berührungslosen optoelektronischen Sortierung von unregelmäßig strukturierten Oberflächen zu schaffen.The object of the invention is to provide a circuit arrangement for non-contact optoelectronic sorting of irregularly structured surfaces.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu sortierende Vorlage auf einem Transportband mit konstanter Geschwindigkeit an einer optoelektronischen Einrichtung vorbeigeführt wird. Die optoelektronische Einrichtung besteht aus einem CCD-Zeilensensor, der in einem bestimmten Abstand zu der Vorlage angebracht ist, so daß durch ein Objektiv die Breite der von einer besonderen Lichtquelle beleuchteten Vorlage auf den Zeilensensor projiziert wird. Das Ausgangssignal des Zeilensensors wird parallel Komparatoren zugeführt. Die Vergleichsspannung der Komparatoren wurde in einem teach-in-Prozeß eingestellt. Für das Erlernen der Vergleichsspannungen wurden dem Zeilensensor die Signale von Vorlagen mit charakteristischen Fehlermerkmalen zugeführt.According to the invention the object is achieved in that the template to be sorted is passed on a conveyor belt at a constant speed to an optoelectronic device. The opto-electronic device consists of a CCD line sensor, which is mounted at a certain distance from the original, so that the width of the illuminated by a special light source template is projected onto the line sensor by an objective. The output signal of the line sensor is supplied in parallel to comparators. The comparison voltage of the comparators was set in a teach-in process. For learning the comparison voltages, the signals from templates with characteristic error characteristics were fed to the line sensor.

Die Ausgangssignale der Komparatoren werden jeweils getrennten Kanälen einer Datenvorverdichtung zugeführt. Diese Baugruppe realisiert im Zusammenspiel mit einerTakterzeugung, daß nur die Daten der Fehler und entsprechende Marken, die Rückschlüsse auf die X-Y-Ausdehnung und die Anzahl der Fehler zulassen, im Pufferspeicher abgelegt werden. Nachdem die Daten der Vorlage zeilenweise eingelesen wurden, werden sie in den Speicher einer Zentralen Verarbeitungseinheit umgespeichert und der Pufferspeicher gelöscht.The output signals of the comparators are each fed to separate channels of a data pre-compression. This module, in conjunction with a clock generation, realizes that only the data of the faults and corresponding marks which allow conclusions about the X-Y extent and the number of faults are stored in the buffer memory. After the data of the original have been read line by line, they are re-stored in the memory of a central processing unit and the buffer memory is deleted.

Danach ist die Schaltungsanordnung bereit, die Daten der nächsten Vorlage in den Pufferspeicher einzulesen. Parallel dazu . werden die Daten der vorhergehenden Vorlage durch die Zentrale Verarbeitungseinheit ausgewertet. Am Ende der Auswertung wird das Klassifikationsergebnis an entsprechende mechanische Weichen ausgegeben.Thereafter, the circuitry is ready to read the data of the next template in the buffer memory. In parallel . the data of the previous template are evaluated by the central processing unit. At the end of the evaluation, the classification result is output to corresponding mechanical points.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an der Klassifikation von Mosaikparkettstäbchen (z. B. aus Eiche) nach Oberflächenfehlern erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained below on the classification of mosaic parquet strips (eg made of oak) after surface defects. The accompanying drawings show:

Fig. 1: Vorrichtung zur Sortierung von MosaikparkettstäbchenFig. 1: Apparatus for sorting mosaic parquet sticks

Fig. 2: Blockschaltbild der SchaltungsanordnungFig. 2: Block diagram of the circuit arrangement

Fig. 3: Darstellung des analogen Ausgangssignals des Zeilensensors und ImpulsdiagrammeFig. 3: Representation of the analog output signal of the line sensor and pulse diagrams

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zur Sortierung von Mosaikparkettstäbchen. Diese Vorrichtung arbeitet mit zwei Zeilensensoren 1 und 15, da It. TGL 24735/04 die Unter-und Oberseite der Mosaikparkettstäbchen bewertet werden müssen. Durch die Zwangsführung 16 wird eine konstante Geschwindigkeit, ein definierter Abstand Zeilensensor-Mosaikparkettstäbchen und eine definierte Lage des Meßobjektes erreicht. Dabei ist eine Beleuchtung des Meßobjektes, die eine gleichmäßige Ausleuchtung über die gesamte Breite gewährleistet, notwendig. Der Erfassungsbereich des Zeilensensors ist abhängig von der Optik 17 sowie vom Abstand Meßobjekt-Optik und wird nach den bekannten physikalischen Gesetzen ermittelt.Fig. 1 shows the device for sorting mosaic parquet sticks. This device uses two line sensors 1 and 15, as the top and bottom of the mosaic parquet sticks have to be evaluated. It. TGL 24735/04. By the forced operation 16 a constant speed, a defined distance line sensor mosaic parquet sticks and a defined position of the measurement object is achieved. In this case, an illumination of the object to be measured, which ensures a uniform illumination over the entire width, is necessary. The detection range of the line sensor is dependent on the optics 17 and the distance measuring object optics and is determined according to the known laws of physics.

Fig.2 zeigt das Blockschattbild der Schaltungsanordnung.2 shows the block image of the circuit arrangement.

Die CCD-Zeilensensoren 1 und 15 nehmen das Oberflächenbild des Mosaikparkettstäbchens zeilenweise und nacheinander auf. Über den Verstärker 2 wird das analoge Ausgangssignal des Zeilensensors 20 Fig. 3 parallel den Komparatoren 4-7 zugeführt. Dabei entspricht 21 dem Grauwert für Splint, 22 dem Grauwert für Ast, Rinde und Riß, 23 dem Grauwert für Insektenfraß und 24 dem Grauwert des Hintergrundes, der möglichst matt schwarz gestaltet werden sollte.The CCD line sensors 1 and 15 record the surface image of the mosaic parquet strip line by line and in succession. Via the amplifier 2, the analog output signal of the line sensor 20 Fig. 3 is supplied in parallel to the comparators 4-7. In this case, 21 corresponds to the gray value for sapwood, 22 to the gray value for branch, bark and crack, 23 to the gray value for insect feeding and 24 to the gray value of the background, which should be as matt as possible.

Die Vergleichsspannung am zweiten Eingang der Komparatoren 4-7 kann über Digital-Analog-Wandler 3 durch eine Zentrale Verarbeitungseinheit 14 eingestellt werden.The comparison voltage at the second input of the comparators 4-7 can be adjusted via digital-to-analog converter 3 by a central processing unit 14.

Erscheint am Ausgang des Komparators 4 ein Η-Potential, so bedeutet das, daß auf dem Mosaikparkettstäbchen der Fehler Splint vorhanden ist. Liegt am Ausgang des Antivalenzgatters 8 Η-Potential, so ist auf dem Meßobjekt einer der drei Fehler Ast, Rinde, Riß vorhanden. H-PoteniiaE am Ausgang des Antivalenzgatters 3 bedeutet Insektenfraß. Η-Potential am Ausgang des Komparators 7 bedeutet, daß das Meßobjekt nicht den vorgeschriebenen Maßen entspricht.If a Η-potential appears at the output of the comparator 4, this means that the error sapwood is present on the mosaic parquet stick. If there is an 8 potential at the output of the antivalence gate, one of the three errors branch, bark, crack is present on the object to be measured. H-PoteniiaE at the exit of the antivalence gate 3 means insect feeding. Η potential at the output of the comparator 7 means that the DUT does not meet the prescribed dimensions.

Diese Signale gelangen zum Eingang der Datenvorverdichtung 10. Diese Baugruppe organisiert — gesteuert durch die Takterzeugung—daß jeweils in den Prüfspeicher 11 nur die Bildpunkte der Fehler seriell eingelesen werden. Außerdem werden durch die Datenvorverdichtt/ng Marken eingelesen, die Rückschlüsse auf die X-Y-Ausdehnung und die Anzahl der Fehler zulassen.These signals arrive at the input of the data pre-compression 10. This module organizes - controlled by the clock generation-that in the test memory 11 only the pixels of the error are read in serially. In addition, the data pre-compressed / ng marks read in allow conclusions about the X-Y extent and the number of errors.

Ist das Einlesen dereinen Seite des Mosaikparkettstäbchens beendet, so erfolgt das Einlesen der zweiten Seite, in gleicherweise wie oben beschrieben, durch den Zeilensensor 15 und die nachgeschalteten Baugruppen.When the reading of one side of the mosaic parquet stick is completed, the second page is scanned in the same way as described above by the line sensor 15 and the downstream subassemblies.

Hat das Mosaikparkettstäbchen den Erfassungsbereich des Zeilensensors 15 verlassen, erfolgt ein Vergleich der Speicherinhalte von Pufferspeicher 1 11 und Pufferspeicher 2 25. Dieser Vergleich entscheidet über die Ober-, bzw. Sichtseite. Durch das Ergebnis dieses Vergleichs wird die Kippvorrichtung 18 (Fig. 1) angesteuert. Kriterium für diese Entscheidung ist der Umfang des Datensatzes. Je größer der Datensatz, um so mehr qualitätsrelevante Merkmale sind vorhanden. Die Seite mit dem größeren Anteil an Merkmalen wird als Unterseite eingestuft. Die Klassifikation wird von der Zentralen Verarbeitungseinheit 14 nur für die Sichtseite vorgenommen, d. h. der Pufferspeicherinhalt mit dem geringeren Datensatz wird in den Speicher der Zentralen Verarbeitungseinheit 14 (Fig. 2) übernommen. Durch die Zentrale Verarbeitungseinheit 14 werden die Daten ausgewertet, indem ein Sortierprogramm abgearbeitet wird. In diesem Programm werden die vier qualitätsbeschreibenden Merkmale max. X-Ausdehnung, max. Y-Ausdehnung, Verhältnis der X- bzw. Y-Ausdehnung und die Anzahl der Fehlerflächen mit Hilfe der eingespeicherten Marken ausgewertet. Durch die Verhältnisbildung X- bzw. Y-Ausdehnung können die Fehler Ast, Rinde und Riß, die den gleichen Grauwert haben, unterschieden werden. Am Ende dels Programms wird die Güteklasse des Mosaikparkettstäbchens über eine Ein-/Ausgabe-Einheit 13 an die Anzeige ausgegeben. Außerdem wird die Weiche 19 angesteuert.If the mosaic parquet stick has left the detection range of the line sensor 15, the memory contents of buffer memory 11 and buffer memory 2 25 are compared. This comparison is decided by the top or visible side. The result of this comparison activates the tilting device 18 (FIG. 1). Criterion for this decision is the extent of the record. The larger the data set, the more quality-relevant features are available. The page with the larger proportion of features is classified as the bottom. The classification is made by the central processing unit 14 only for the visible side, i. H. the buffer memory contents with the lower data set is transferred to the memory of the central processing unit 14 (FIG. 2). By the central processing unit 14, the data is evaluated by a sorting program is processed. In this program, the four quality-descriptive features max. X-extension, max. Y-expansion, ratio of the X- or Y-extent and the number of defect areas evaluated with the help of the stored marks. By the ratio formation X or Y expansion, the errors bough, bark and crack, which have the same gray value, can be distinguished. At the end of the program, the quality grade of the mosaic parquet stick is output via an input / output unit 13 to the display. In addition, the switch 19 is activated.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zum berührungslosen optoelektronischen Erkennen und Sortieren nach Fehlern in unregelmäßig strukturierten Oberflächen insbesondere von Holz, bestehend aus CCD-Zeilensensoren, Digital-Analog-Wandlem, Komparatoren, logischen Gattern, Datenvorverdichtung, Pufferspeicher und Zentrale Verarbeitungseinheit, gekennzeichnet dadurch, daß das analoge Ausgangssignal eines oder mehrerer Zeilensensoren durch mehr als zwei Komparatoren (4-7), deren zweiter Eingang durch Digital-Analog-Wandler (3) eingestellt wird, digitalisiert wird, die Ausgänge der Komparatoren durch logische Gatter (8,9) miteinander verknüpft sind, die Daten der Schadstellen mit entsprechenden Marken, gesteuert durch eine Datenvorverdichtung (10), in einem Pufferspeicher (H)-abgespeichert werden, bevor sie in der Zentralen Verarbeitungseinheit so verarbeitet werden, daß eine Entscheidung über die Zuordnung zu einer Sortierklasse ermöglicht wird.1. Circuit arrangement for non-contact optoelectronic detection and sorting for errors in irregularly structured surfaces in particular of wood, consisting of CCD line sensors, digital-analog converters, comparators, logic gates, data pre-compression, buffer memory and central processing unit, characterized in that the analog output signal one or more line sensors by more than two comparators (4-7), whose second input is set by digital-to-analog converter (3) is digitized, the outputs of the comparators are interconnected by logic gates (8,9), the Data of the defects with corresponding marks, controlled by a data pre-compression (10), are stored in a buffer memory (H) before being processed in the central processing unit so as to enable a decision on the assignment to a sorting class. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zwei oder mehr Zeilensensoren gleichzeitig oder nacheinander Oberflächenteile des Prüflings erfassen und ihr Auslesen nacheinander erfolgt.2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that two or more line sensors simultaneously or successively detect surface parts of the specimen and their read out takes place successively. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß vorder Übergabe der Daten an die Zentrale Verarbeitseinheit die Inhalte der Pufferspeicher 11,25 miteinander verglichen werden und nur der Inhalt des Pufferspeichers mit dem geringeren Datensatz in den Speicher der Zentralen Verarbeitungseinheit 14 umgespeichert und ausgewertet wird.3. Circuit arrangement according to item 1 and 2, characterized in that before transferring the data to the central processing unit, the contents of the buffer memory 11,25 are compared and only the contents of the buffer memory with the smaller data set in the memory of the central processing unit 14 and stored is evaluated. 4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 oder Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zentrale Verarbeitungseinheitdie Fehler Ast, Rinde und Riß durch die Auswertung des Verhältnisses ihrerX-zu Y-Ausdehnung unterscheidet.4. Circuit arrangement according to item 1 or items 1 and 2, characterized in that the central processing unit distinguishes the errors branch, bark and crack by evaluating the ratio of their X to Y expansion. 5. Schaltungsanordnung nach Punkt 1 oder 1 und 2 oder 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Kriterien für die Grenzen der Sortierklassen nicht explizit eingegeben, sondern über einen teach-in-Prozeß durch die Sortieranordnung aus vorgelegten Mustern dieser Klassen selbst ermittelt werden.5. Circuit arrangement according to item 1 or 1 and 2 or 1, 2 and 3, characterized in that the criteria for the limits of the sorting classes are not explicitly entered, but determined by a teach-in process through the sorting arrangement of submitted samples of these classes themselves become. 6. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einstellung der Komparatoren in einer nicht gleichmäßigen Stufung erfolgt.6. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the adjustment of the comparators is carried out in a non-uniform gradation. 7. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Beleuchtung des Prüfobjektes in Richtung und spektraler Verteilung so ausgelegt wird, daß die gesuchten Fehlersich im erhaltenen Videosignal besonders deutlich widerspiegeln.7. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the illumination of the test object in the direction and spectral distribution is designed so that the sought fault reflect particularly clearly in the received video signal.