DE2722368A1

DE2722368A1 - Sortiervorrichtung mit optischem abtaster

Info

Publication number: DE2722368A1
Application number: DE19772722368
Authority: DE
Inventors: Russell R Ames; Tor Arild
Original assignee: ULTRA SORT CORP
Current assignee: ULTRA SORT CORP
Priority date: 1976-05-19
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4350442A; JPS52141285A; AU2529377A

Description

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Zusammenfassung

Es wird ein optischer Abtaster für das Lichtdetektieren und ratiometrische Farbmessung beschrieben, der in Vorrichtungen verwendet wird, mit denen kleine Partikel, wie Saatgut und Bohnen, sortiert werden, die mit relativ hohen Geschwindigkeiten durch den Abtaster projiziert oder gefördert werden, um von allen Seiten mit einer schmalen Lichtebene abgetastet zu werden und mit einer Vielzahl von fotoelektrischen Geräten betrachtet zu werden. Mehrere Lampen werden in Verbindung mit Zylinderlinsen benutzt, um eine im wesentlichen gleichförmige kollimierte Lichtebene senkrecht zum Weg der Partikel zu erzeugen. Die Lampen und Linsen sind so mit den fotoelektrischen Geräten verschachtelt, daß das von dem abgetasteten Teil des Partikels reflektierte Licht von den fotoelektrischen Geräten detektiert wird, die auf gewählte Wellenlängen ansprechen, und deren Antworten werden getrennt an externe elektronische Schaltungen geschickt, damit sie entsprechend den Spektralantworten verarbeitet werden, so daß die Antworten individuell gemessen oder miteinander verglichen werden können, um gewisse Farbcharakteristiken des abgetasteten Partikels festzustellen.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft farb-ratiometrische optische Abtaster zum Sortieren kleiner Partikel, wie Bohnen und Saatgut. Solche Gegenstände müssen einzeln mit hoher Diskriminiergenauigkeit sortiert werden, um die verschiedenen Schäden und Farbunregelmäßigkeiten zu

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detektieren, die vorhanden sein können. Da die erwähnten Gegenstände einzeln sehr billig sind, ist es notwendig, daß die Diskriminiergenauigkeit mit Hochgeschwindigkeitsbetrieb gekoppelt ist, um die Farbsortierung solcher Gegenstände wirtschaftlich durchführbar zu machen.

Lichtdetektier- und farbmetrische Methoden sind einige Zeit dazu verwendet worden, die Farbe oder das reflektierte Licht verschiedener Gegenstände zu diskriminieren, wie Früchte, Nüsse, Bohnen, Ziegel, geröstete Erdnüsse, usw. Information von vorangegangenen optischen Köpfen ist dazu verwendet worden, beispielsweise die Farbe von gerösteten Erdnüssen zu sortieren, auszusortieren oder zu steuern. Ein Großteil dieser Vorrichtungen war bisher relativ kompliziert und teuer. Bekannte Sortier-Einrichtungen haben darunter gelitten, daß die Partikel gewöhnlich nicht gleichförmige Größe haben,und deshalb hatten bisherige Versuche, eine Lichtdetektor-Einrichtung verfügbar zu machen, mit der Schaden und Farbunregelmäßigkeiten gefühlt werden können, den Nachteil, daß sie nicht in der Lage waren, Größenvariationen von Farb- und Schäden-Variationen zu unterscheiden. Andere Schwierigkeiten, die die Genauigkeit bisher benutzter Geräte beeinträchtigten, waren oft solche allgemeinen Probleme, wie optische Bezugnahme und elektronische Drift sowie Rauschen. Während das Betriebsverhalten hinsichtlich Rauschen von der Konstruktion her erfaßt werden muß, wurden Probleme durch Drift und Instabilität der Steuerung oft nur dadurch überwunden, daß in zeitaufwendiger Weise der Sortiervorgang unterbrochen wurde, um periodischer Nachjustierung, einem Nullen oder einer Bezugnahme Rechnung zu tragen.

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Beim Sortieren der erwähnten Produkte ist es notwendig, zwischen verschiedenen Typen von Defekten, wie Verfärbung, Wasser- oder Verschmutzungs-Schäden, die das gesamte Produkt verfärben, sowie sehr kleinen Schäden und verfärbten Bereichen zu unterscheiden, die nur einen Teil des Produktes beeinträchtigen. Zusätzlich ist es notwendig, die Tatsache zu berücksichtigen, daß einige Produkte eine Farbvariation auf einem Teil des Produktes aufweisen, beispielsweise im "schwarzen Auge" einer Erbsensorte, das in derzeit bekannten Hochgeschwindigkeits-Sortiervorrichtungen verursachen kann, daß ein Gegenstand als unerwünschtes Produkt klassifiziert wird, wenn tatsächlich die Verfärbung ein Normalzustand ist. Für Produkte, deren Größe variiert, die aber nach Farbkriterien sortiert werden, ist das farbratiometrische System das beste, da es nicht größenempfindlich ist.

Ein Hauptproblem beim farb-ratiometrischen Sortieren liegt jedoch darin, daß die Farbschattierungen, die unterschieden werden müssen, gewöhnlich sehr subtil sind. In einem farb-ratiometrischen System werden zwei Bereiche des elektromagnetischen Spektrums gewählt, um die maximale Diskriminierung zu erhalten. Die Energie von einem Spektralbereich wird durch die Energie vom anderen Spektralbereich dividiert, um einen Wert zu erhalten, der zur Steuerung oder zum Vergleich gegen ein Normal für Schwellwertinformation verwendet wird, die die Basis für das Akzeptieren oder Aussortieren des geprüften Produktes ist. Venn FärbSchattierungen subtil sind (wie es allgemein gefordert wird, wenn beispielsweise Bohnen nach Gütekriterien sortiert werden), repräsentieren Variationen von etwa 1 % im Verhältnis die akzeptable

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Schwellwertdrift, die zugelassen wird, da manuelle Verhältnis-Schwellwert-Einstellungen in der Größenordnung von 1 % oft den Unterschied zwischen wirtschaftlich profitablen und unbefriedigenden Sortiereinrichtungen ausmachen, wenn die Höherklassifizierung des Produktes und der Ausschuß an diesen Gegenständen betrachtet wird.

Ersichtlich verbietet sich also eine relative Drift in der Verstärkung der Lichtkanäle, die mehr als 1 % ausmacht. Es gibt mehrere Ursachen für eine relative Verstärkungsdrift zwischen den Kanälen und die schädlichste ist die Drift der Empfindlichkeit des optischen Detektors. Andere Ursachen sind Variationen der Farbtemperatur der Lampe (gewöhnlich durch Lampenalterung) und eine Drift des Analogteilers, die besonders dann auftritt, wenn ein Log-Antilog-Halbleiter verwendet wird. Wenn moderne Präzisionswiderstände und Operationsverstärker hoher Verstärkung verwendet werden, ist die Detektorverstärker-Verstärkungsdrift ein geringeres Problem, und eine Verstärkungsstabilität von 1 : 1000 ist erzielbar. Bei früheren Systemen wurden Fotovervielfacher und Cadmiumsulfid-Detektoren verwendet. Fotovervielfacher haben eine hohe Empfindlichkeit _Λ leiden jedoch unter einer konstanten Verstärkungsverschlechterung, die nicht notwendigerweise bei zweien gleich ist. Die Forderung nach einer extrem stabilen Dynoden-Spannungsversorgung ist ein bedeutsamer Kostenfaktor bei ihrer Verwendung. Cadmiumsulfidzellen leiden unter "Lichtgeschichte"-Effekten und zeigen Verstärkungsvariationen, die mit der Temperatur in Beziehung stehen, die ebenfalls bei ähnlichen Einheiten nicht notwendigerweise gleich sind.

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Um diese Verstärkungsvariationen zu kompensieren, vergleichen viele bekannte Systeme gegen ein Normal. Dieses Normal ist gewöhnlich ein Farbhintergrund, der sich nicht ändert. Dieser Farbhintergrund wird auf einer regulären Basis gemessen (vielleicht zwischen jedem betrachteten Gegenstand) und es wird eine Verstärkungskorrektur durchgeführt. Das ist zwar eine ideale Methode der Verstärkungskompensation, die Forderung, ein Standardobjekt in den Strom aus sortierten Gegenständen einzubringen, ist jedoch ein schwieriges mechanisches Problem. Wenn also ein Farbstandard verwendet werden muß, wird das gewöhnlich dadurch ermöglicht, daß gegenüber jedem Fotodetektor ein Farbhintergrund-Standardplakat angebracht wird, so daß jeder Detektor zwischen sortierten Gegenständen das Plakat sieht. Die Verwendung von solchen Bezugsplakaten im Hintergrund erzwingt jedoch geometrische Einschränkungen solcher Geräte, da jedes Plakat das gesamte Gesichtsfeld des zugehörigen Fotodetektors ausfüllen muß, wenn fremde Farbinformation ausgeschlossen werden soll.

Zur Kompensation muß man eine kleine Anzahl von Detekroen mit breitem Gesichtsfeld verwenden oder eine große Anzahl von Detektoren mit kleinem Gesichtsfeld, da die für die Plakate reservierten Montagepositionen nicht auch für Fotozellen verwendet werden können. In jedem Fall ist es nicht möglich, eine große Anzahl von Detektoren mit stark überlappenden Gesichtsfeldern zu verwenden, wenn Farbhintergrundstandards für die Verstärkungsstabilität benötigt werden. Weiterhin muß die modifizierte Verstärkungsinformation elektronisch gespeichert werden, da das Hintergrund-Bezugssignal und das Produktsignal nicht zur gleichen Zeit auftreten. Ein zusätzliches und ernsthaftes Bedenken gegen die Verwendung

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von Fiintergrund-Farbstandards ist ihre unvermeidbare Verschlechterung durch Staub, Schmutz und Verschmieren, wie es in Warenlagern üblich ist. Ein weiteres allgemeines Verfahren zur Kompensation der Drift usw. ist es, die Signale optisch zu zerhacken und einen einzelnen Detektorkanal zu verwenden. Dabei handelt es sich wieder um eine ideale Verstärkungskompensationsmethode, die mechanischen Komplikationen einer Zerhackung des optischen Signals, insbesondere, wenn das optische Betrachtungsfeld sphärisch sein soll, sorgt jedoch für einen sehr komplizierten optischen Kopf. Eine Zerhackung bringt auch eine Bandbreitenbeschränkung mit sich, die oft die Rate beschränkt, mit der die Gegenstände sortiert werden können.

Wegen der Kompliziertheit der Verwendung der beschriebenen Verfahren wurde bei bekannten optischen Köpfen allgemein nicht die gesamte Oberfläche des sortierten Produktes betrachtet, so daß Markierungen und Schaden nicht entdeckt wurden. Eine stärkere Schwäche bekannter Systeme ist ihre Unfähigkeit, den üblichen Marken Rechnung zu tragen, die charakteristisch für das Produkt sind, beispielsweise den roten Fleck bei einer bestimmten Bohnensorte. Wenn die ganze Oberfläche der Bohne nicht betrachtet wird, wird der Fleck, je nach der Bohnen-Orientierung, vom Gesichtsfeld gesehen oder nicht, so daß eine Variation verursacht wird, die in die Farbmessungskriterien nicht eingeschlossen sein sollte. Zusätzlich dazu, daß standardisierte Farbhintergründe verwendet wurden, wurden bei bekannten Vorrichtungen auch ziemlich präzise optische Schlitze benutzt, die vor den Fotodetektoren angebracht wurden, die dann ein aufwendiges Linsensystem erfordern und darüber hinaus die Fläche des Fotodetektors stark einschränken, die den Gegenstand

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sieht, so daß der Signalpegel reduziert wurde, wodurch das Ganze gegen elektronisches Rauschen empfindlicher wurde.

Ersichtlich sind also bekannte Vorrichtungen, um wirtschaftlich durchführbar und praktikabel zu sein, allgemein eine Kompromißkonstruktion zwischen extremer Kompliziertheit, die geringe Erfahrung auf Seiten des Benutzers sowie geringe Wartung benötigt, und weniger komplizierten Konstruktionen, bei denen höhere Anforderungen an die Erfahrung des Benutzers als auch hinsichtlich zusätzlicher Wartung, Einstell- und Justier-Arbeiten erforderlich sind. Da Benutzer von derartigen Sortiervorrichtungen diese selten unter Bedingungen betreiben, die als laborähnlich angesehen werden können, d.h., beim Sortieren der erwähnten Produkte tritt gewöhnlich Staub und Schmutz in nennenswertem Umfang auf, und da ferner die einem Benutzer verfügbaren Arbeitskräfte gewöhnlich nur geringe technische Ausbildung und Erfahrung haben, ist zu erkennen, daß es im allgemeinen schwierig ist, Betreiber zu finden, die die erforderlichen Erfahrungen besitzen, um die derzeit verfügbaren aufwendigen Vorrichtungen einzustellen, zu justieren und zu unterhalten. Wegen der Kompliziertheit der Vorrichtungen und dem Mangel an erfahrenen Betreibern wird zusätzlich Handsortieren in beträchtlichem Umfang erforderlich, im Anschluß an das Maschinensortieren, um das Produkt marktfähig zu machen. Da die Sortierung solcher Produkte gewöhnlich mit niedrigen Gewinnspannen arbeitet, können Verluste an marktfähigen Produkten durch unrichtige Einstellung nicht toleriert werden. Die Benutzer solcher Vorrichtungen suchen deshalb dauernd nach Konstruktionen, die weniger erfahrene Betreiber benötigen, weniger Einstell- und Wartungsprobleme mit sich bringen und relativ unempfindlich sind gegen Staub und Schmutz, die im normalen Betrieb auftreten.

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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen kompakten, wirtschaftlichen Licht- und Farb-Detektor-Abtaster verfügbar zu machen, mit dem genau sehr kleine ebenso wie größere diffuse Farbunregelmäßigkeiten und Schaden in Gegenständen detektiert werden können, und der in der Lage ist, normale lokale Farbvariationen in gewissen Gegenständen zu erkennen und zuzulassen, und der unbedeutend von der Größe der sortierten Gegenstände beeinflußt wird oder auch durch Staubniederschläge, die im Normalbetrieb auftreten,und der keine Benutzer-Nachstellungen zum Sortieren verschiedener Produkte erfordert.

Veiter soll durch die Erfindung ein Licht-Detektor-Abtaster verfügbar gemacht werden, der Fotodetektordrift minimiert, eine optische Bezugsnahme eliminiert und das Gesichtsfeld der Fotodetektoren beschränkt, das Ganze in einer einfachen, kompakten, wirtschaftlichen optischen Baueinheit, die speziell für das Sortieren von Saatbohnen und Nüssen adaptiert ist, jedoch nicht hierauf beschränkt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein optischer Abtaster zum Licht-Detektieren und farbratiometrischen Messen weist einen transparenten Kanal auf, durch den die Gegenstände statistisch einzeln mit relativ hohen Geschwindigkeiten geschickt werden, typischerweise 3.000 Gegenstände pro Minute, und dieser transparente Kanal ist von einer Anzahl Lampen und Zylinderlinsen umgeben, die gleichmäßig in einer einzelnen Ebene verteilt sind, die sich senkrecht zum Weg der Gegenstände erstreckt, um eine kollimierte, homogene

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"Platte" aus Licht zu erzeugen, durch die die Gegenstände hindurchlaufen. Von den Gegenständen reflektiertes Licht wird gleichförmig von einer Anzahl Fotodioden gemessen, die spezifisches spektrales Ansprechverhalten zeigen, wobei diese Fotodioden symmetrisch in einer im wesentlichen sphärischen Abstandsbeziehung über und unter der Licht-"Platte" angeordnet sind. Die Gesichtsfelder der Fotodioden sind nicht eingeschränkt, um einen guten Fremdspannungsabstand zu erhalten, und die Gesichtsfelder überlappen einander beträchtlich, und damit fällt das reflektierte Licht von jedem Teil des abgetasteten Produktes auf die Fotodioden unterschiedlichen Spektralverhaltens. D'e Fotodioden sind in der Weise positioniert, daß sie kein direktes Licht von den Beleuchtungsquellen erhalten. Der Abtaster ist modular aufgebaut, um eine einfache und billige Konstruktion und Austauschung zu erleichtern, kombiniert mit dem hohen Grad optischer Genauigkeit, der für die ratiometrische Farbsortierung erforderlich ist.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, teilweise als

Phantom dargestellte perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ;

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung von Teilen der Ausführungsform nach Fig. 1, insbesondere die Anordnung von Lichtquellen, Kollimatorlinsen und Fotodetektoren;

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Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische

Ansicht von Teilen der Ausführungsform nach Fig. 1, insbesondere die Montageanordnung von Lichtquellen, Kollimatorlinsen und Fotodetektoren ;

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische

Darstellung von Teilen der Ausführungsform nach Fig. 1, insbesondere den unteren Haltekegel für Fotodetektoren und die Platte, an der der Kegel befestigt ist;

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht der montierten Lichtsende- und Detektor-Kopfteile der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 5 einschließlich eines Teils der elektrischen Schaltung in schematischer Form;

Fig. 9 ein Schaltschema des optischen Abtasters;

Fig.10 eine Aufsicht auf die gedruckte Schaltung des Abtasters mit einigen optischen und elektrischen Bauteilen in schematischer Form;

Fig.11 eine Aufsicht auf den optischen Abtaster;

Fig. 12 eine Reihe von Kurven zur Veranschaulichung des relativen spektralen Ansprechverhaltens der bevorzugten Fotodiode mit Bezug auf einen menschlichen Beobachter und eine gewöhnliche Silizium-Fotodiode; und

Fig. 13 eine Reihe von Kurven zur Veranschaulichung des relativen Spektralverhaltens der Beleuchtungslampen und der kombinierten Fotodioden und Filter.

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Durch die Erfindung sollen die bei bekannten Vorrichtungen auftretenden Probleme dadurch beseitigt werden, daß eine optische Bezugnahme, Fotodetektordrift und Begrenzungen hinsichtlich des Gesichtsfeldes eliminiert werden.

Vorzugsweise wird mit der Erfindung eine in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin beschriebene und beanspruchte Schaltungsanordnung verwendet.

Hinsichtlich der Verstärkungsstabilität der beiden Farbkanäle ist eine stabile Lichtquelle mit langer Lebensdauer notwendig, damit keine konstante Verstärkungskorrektur erforderlich wird. Ferner werden Detektoren benötigt, die der Temperatur folgen und Langzeit-Verstärkungsstabilität zeigen. Da die Farbvariationen in den zu verarbeitenden Produkten solche sind, die dem Auge sichtbar sind, könnte die erste Wahl der Spektralbereiche im sichtbaren Spektrum liegen. Für beste spektrale Differenzierung innerhalb des sichtbaren Bandes können Blau und Rot gewählt werden. Das erfordert eine stabile Lichtquelle mit hoher Emission im Blauen (hohe Farbtemperatur). Eine Wolframdrahtlampe ist geeignet, um aber eine ausreichende Blau-Emission zu erhalten, muß der Draht heiß betrieben werden (etwa 2.900° K), wodurch die Lebensdauer stark beschränkt wird. Ein weiterer Nebeneffekt tritt auf, wenn die Lampe altert, da dann der Draht dünner wird und heißer wird, so daß das Blausignal relativ zum Roten steigt. Ein weiterer Nebeneffekt ist der Niederschlag von Wolfram auf dem Glaskolben, der eine unkontrollierbare Spektralverschiebung verursacht. Ersichtlich müssen Systeme, die diese Lösung wählen, dauernd einen optischen Bezug haben, und

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die Lampen müssen häufiger gewechselt werden. Die spektrale Stabilität und die Betriebslebensdauer einer Wolframdrahtlampe können erheblich verbessert werden, wenn die Lampe mit verringerter Leistung betrieben wird. Dadurch wird jedoch die Farbtemperatur der Lampe herabgesetzt und die verfügbare Blau-Emission verringert. Um die Blau-Empfindlichkeit wieder herzustellen, ist es jetzt notwendig, einen Detektor zu verwenden, der gegen blaues Licht extrem empfindlich ist, aber relativ unempfindlich für den spektral benachbarten sichtbaren Rotbereich. Diese Forderung mit verfügbaren Fotodetektoren zu erfüllen, die befriedigende Alterungs- und Wärmedrift-Charakteristiken haben, ist schwierig, wenn man nicht teure Schmalbandfilter oder Interferenzfilter verwendet.

Spektralfotometrische Untersuchungen einer großen Anzahl von Bohnentypen zeigen, daß das reflektierte Infrarotsignal zwar eng mit der Größe des Gegenstandes variiert, jedoch nur vernachlässigbar relativ zur visuell wahrnehmbaren Farbvariation, nach der Bohnen beurteilt werden, während das reflektierte Signal im sichtbaren Bereich des Spektrums sich beträchtlich relativ zu den visuellen Farbvariationen ebenso wie relativ zur Größe des Gegenstandes ändert.

Gemäß den Lehren der Erfindung gewährleistet die symmetrische Anordnung einer großen Anzahl von Detektoren für das Sichtbare und das Infrarote mit weit überlappenden Gesichtsfeldern, daß beide Detektorsätze auf Größenvariationen der abgetasteten Gegenstände in proportionaler Weise ansprechen. Wenn das für das Sichtbare empfindliche Signal des Abtasters durch das für das Infrarote empfindliche Signal des Abtasters mit einer externen ratiometrischen Steuereinrichtung dividiert wird, so daß das Verhältnis der beiden Signale gebildet wird, ist klar, daß das so

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gebildete Verhältnis sich mit Bezug auf Größenvariationen der sortierten Gegenstände nicht ändert, da Größenvariationen immer beide Signal in der gleichen Proportion beeinflussen.

Das infrarot-empfindliche Signal kann also als Größenreferenz für die sortierten Gegenstände betrachtet werden, da es dazu verwendet werden kann, ein Verhältnis mit dem für das Sichtbare empfindliche Signal zu bilden, wobei sich dieses Verhältnis nur mit den sichtbaren Farbvariationen der Artikel ändert. Zusätzlich ist erkennbar, daß das Infrarotsignal als ziemlich genaue Absolutmessung verwendet werden kann, um Gegenstände zu erkennen, die zu klein sind.

Wenn ein Spektral-Ansprechbereich des farb-ratiometrischen Systems in das Infrarote verschoben wird, kann jetzt eine befriedigende Trennung der beiden Spektralbereiche erhalten werden, wenn relativ billige optische Filter verwendet werden. Die Detektoren, die auf den sichtbaren Spektralbereich ansprechen sollen, werden mit einem Infrarot-Sperrfilter ausgestattet.

Silizium-Fotodioden, die im Kurzschlußstrom betrieben werden (angeschlossen an einen Summationsknoten eines Operationsverstärkers) zeigen eine sehr lineare Kennlinie bezogen auf den Pegel der auftreffenden Strahlungsenergie. Sie haben eine außergewöhnliche zeitliche Verstärkungskonstanz, zeigen jedoch einen Empfindlichkeitstemperaturkoeffizienten von etwa + 0,6%/° C im Strombetrieb. Die Empfindlichkeiten von Zellen aus der gleichen Herstellungspartie passen jedoch etwa auf t 0,05 % /⁰C zusammen, so daß eine gute Verstärkungskompensation über jeden vernünftigen Umgebungstemperaturbereich zur Verfügung steht. Diese auf die Herstellungspartie bezogene Temperatur-

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nachlaufcharakteristik wird bei der bevorzugten Ausführungsform des Abtasters in der Weise ausgenützt, daß die gleiche Type modifizierter Planar-Diffusions-Silizium-Fotodiode sowohl für die Fotodetektoren für den sichtbaren als auch den infraroten Bereich verwendet werden, wobei die spektrale Empfindlichkeitskennlinie der Diode in jedem Falle durch die Verwendung des einen oder anderen selektiven optischen Filters modifiziert wird. Eine Type einer solchen Fotodiode, die sich in der Praxis bewährt hat, ist die modifizierte Planar-Diffusions-Silizium-Fotodiode der Firma Sensor Technology, Los Angeles, California, USA. Das relative Maximum des spektralen Empfindlichkeit dieses Gerätes liegt bei 555 Nanometer und stimmt damit praktisch mit dem Empfindlichkeitsmaximum des menschlichen Auges überein (Fig. 12).

Die Kennlinie der bevorzugten Fotodiode wird im Infrarotbereich relativ zur Kennlinie einer gewöhnlichen Silizium-Fotodiode gedämpft. Diese Kennlinie, zusammen mit der reduzierten Blau-Emission der bevorzugten Beleuchtungslampen, sorgt für sichtbar- und infrarot-empfindliche Signale mit praktisch gleicher Größe über einen weiten Bereich von verschiedenen sortierten Gegenständen. Die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Beleuchtungslampe, die sich in der Praxis bewährt hat, ist eine linienförmige Drahtlampe, die von der Firma Illuminated Products, Los Angeles, California, USA, hergestellt wird.

Fig. 13 zeigt die relative Spektralkennlinie der Lampe und der beiden gefilterten relativen Kennlinien der Fotodioden im sichtbaren Bereich (Schwerpunkt bei etwa 600 Nanometer) und im infraroten Bereich (Schwerpunkt bei etwa 950 Nanometer).

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Zwei Signale, die vom Sichtbar- bzw. Infrarot-Detektor des Abtasters erzeugt werden, können mit zwei Verarbeitung s verstärkern mit etwa gleicher Verstärkung verbunden werden. Ein Signal kann umgekehrte Polarität haben wie das andere, um ein Verhältnis zu erhalten, und die gut angepassten Temperaturnachlaufcharakteristiken der beiden Sätze Fotodioden wirken in der Verhältnisdetektorschaltung derart zusammen, daß sie einander auslöschen. Auf diese Weise wird ein für Farbvariationen empfindliches Verhältnis erhalten, das nicht nur unempfindlich gegen Gegenstandsgröße ist, sondern auch gegen Wärmedrift des Fotodetektors.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der bevorzugten Fotodiode mit gedämpfter Infrarot-Empfindlichkeit besteht darin, daß billige, allgemein verfügbare Infrarot-Sperrfilter mit dem für das Sichtbare empfindlichen Satz Fotodioden verwendet werden können. Diese Filter ergeben zwar eine ausgezeichnete Infrarot-Absorption im interessierenden Spektralbereich, zeigen aber unerwünschte Durchlässigkeit im fernen Infrarot. Die bevorzugte Fotodiode ist in diesem letzteren Bereich nicht empfindlich, während die normale Silizium-Fotodiode dort empfindlich ist. Ersichtlich wird also eine Verstärkungsstabilität durch die Kombination der Farbtemperaturstabilität der Lichtquelle, die Nachlaufeigenschaften der Silizium-Fotodiode und ihre herstellungsbedingte Empfindlichkeitsanpassung erreicht, ohne daß getrennte optische und elektronische Referenzquellen benötigt werden, indem eine einzelne Lichtquelle und ein einzelner Typ Detektor verwendet werden, die nur durch billige Filter modifiziert werden.

In der Zeichnung ist ein staubdichtes Gehäuse 10 für die optischen und fotoelektrischen Teileinheiten des Abtasters nach der Erfindung dargestellt. Die Einheit weist zwei parallele Platten 11 und 12 auf, die in der dargestellten Ausführungsform isolierende Platten für gedruckte

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Schaltungen sind, auf denen sich eine Anzahl gedruckter Leiter befinden und an denen zwei Kegel 13 bzw. 14 befestigt sind, mit denen die Fotodioden abgestützt werden. Die Platten sind parallel zueinander angeordnet und senkrecht zu einer Quartzglashülse 15, die durch die Mitte des Gehäuses hindurchreicht, um eine Passage zu bilden, durch die kleine Artikel hindurchtreten können, beispielsweise eine zu inspizierende Bohne 8. Die Kegel 13 und 14 tragen jeder sechs Fotodioden (die noch näher beschrieben werden), die in zwei Gruppen oder Anordnungen unterteilt sind und die Hartglasshülse 15 umgeben.

Die Beleuchtungslampen 19, 20, 21 und 22 sind an den entsprechenden elektrischen Leitern der Platte 11 befestigt, Die Lampen sind vorzugsweise von den oben beschriebenen Typen. Die Lampen werden von Leitungen abgestützt, die von jedem Ende eines Lampenglaskolbens (Fig. 6 und 7) ausgehen, und werden ferner mit Silizium-Gummi-Kleber abgestützt und festgehalten, nachdem die optische Ausfluchtung durchgeführt worden ist. Die Lampen 19, 20 und 21 können mit einer Reflexionsschicht 19a, 20a, 21a und 22a versehen sein, die auf einen Teil der Außenfläche aufgebracht ist, um mehr von der Energie vom Draht zu sammeln. Jeder der Lampen 19, 20, 21 und 22 sind Kollimatorlinsen 23, 24, 25 und 26 zugeordnet. Diese Linsen sind dadurch vereinigt, daß die äußeren Enden an Abstandshaltern 27, 28, 29 und durch einen geeigneten Klebstoff befestigt sind, so daß eine praktisch quadratische selbsttragende Einheit gebildet wird, die zusammen mit den beiden Platten 11 und 12 parallel im Abstand montiert wird, so daß eine Beleuchtungsebene senkrecht zum Weg der Gegenstände geschaffen wird.

Die Linseneinheit hält den Parallelabstand durch die Verwendung von rohrförmigen Gewindeabstandshaltern 31,

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32, 33 und 34 und entsprechenden Abstandshaltern 31a» 32a, 33a und 34a aufrecht, in Kombination mit geeigneten Schrauben 60, die durch die Platten 11 und 12 und die entsprechenden Ecken-Abstandshalter 27, 28, 29 und 30 der Linseneinheit hindurchgreifen, um die Platteneinheit zu verbinden und innerhalb des Gehäuses 10 abzustützen und zu positionieren.

Die Anordnung der Fotodioden 35, 36, 37, 38, 39 und A-O, die am Kegel 13 befestigt sind, der an Platte 11 montiert ist, ist in Fig. 1 bis 4 dargestellt, wobei eine ähnliche Anordnung aus Fotodioden 35a, 36a, 37a, 38a, 39a und 40a am Kegel 14- befestigt und an Platte 12 montiert ist. Die Fotodioden 35, 37, 39, 35a, 37a und 39a bilden eine Gruppe, die eine Hälfte der Anordnung repräsentiert und sind jeweils mit einem optischen Filtermaterial 41 abgedeckt, das Strahlung überwiegend im Infrarotteil des Spektrums durchläßt.

Fig. 13 zeigt die relativen spektralen Kennlinien für die Lichtquellen 19 "bis 22 und für die Filter für das Infrarote und Sichtbare. Der Infrarotfilter hat ein Durchlassband von etwa 850 bis I.050 Nanometer. Ein geeignetes Filtermaterial wird von der deutschen Firma Schott hergestellt und mit RG 1.000 bezeichnet. Die Fotodioden 36, 38, 40, 36a, 38a und 40a bilden die andere Gruppe, die die andere Hälfte der Anordnung repräsentiert, und sind geometrisch zwischen die Fotodioden 35, 37, 39, 35a, 37a und 39a geschaltet und sind jede mit einem optischen Filtermaterial 42 bedeckt, das Strahlung hauptsächlich im sichtbaren Teil des Spektrums durchläßt.

Fig. 13 zeigt die relative Spektralkennlinie für die Filter für das sichtbare Spektrum mit einem Durchlassband

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von etwa 450 bis 750 Nanometer. Ein geeignetes Filtermaterial wird von der deutschen Firma Schott hergestellt und mit BG 38 bezeichnet. Fotodioden 35, 37 und 39 sind elektrisch parallel an die entsprechenden Leiter der gedruckten Schaltung auf Platte 11 angeschlossen, die weiter eine Verbindung über Leiter 43 (Fig. 7) mit dem Eingang der elektronischen Schaltung 44 herstellen, und die Fotodioden 36, 38 und 40 sind in gleicher Weise an den Eingang der elektronischen Schaltung 45 angeschlossen. Die Fotodioden, die im Kegel 14 abgestützt werden, der an die Platte 12 montiert ist, sind elektrisch mit den Leitungen der gedruckten Schaltung auf Platte 12 in der gleichen Weise verbunden, wie die Geräte des Kegels an Platte 11 angeschlossen sind. Auf einem bestimmten Bereich eines Gegenstandes oder einer Bohne 8 auffallendes Licht wird also von wenigstens zwei auf unterschiedliche Wellenlängen ansprechenden Fotodioden "gesehen", beispielsweise 35 und 38a und/oder 35 und 36 usw.

Fig. 9 zeigt ein Schema der Erfindung, wobei die Fotodioden 35, 36, 37, 38, 39 und 40 sowie ihre Gegenstücke 35a, 36a, 37a, 38a, 39a und 40a zusammen mit Potentiometern 46 und 47 dargestellt sind, die über Leitung 43 mit den entfernt angeordneten elektronischen Schaltungen 44 und 45 verbunden sind. Ferner sind Lampen 19, 20, 21 und 22 dargestellt, die mit einer geregelten Stromversorgung 48 verbunden sind. Die elektronischen Schaltungen 44 und 45 sind vorzugsweise Schaltungen, wie sie in der erwähnten gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin beschrieben und beansprucht sind. Die Kegel 13 und 14 sind in gleicher Weise mit den Platten 11 bzw. 12 zusammengebaut. Wenn die Platten also vereinigt sind, wie in Fig. 1 und 7 dargestellt, nehmen die Fotodioden eine derartige Orientierung ein, daß Elemente,

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die auf das sichtbare Spektrum ansprechen, sich entweder direkt über direkt unter Geräten befinden, die auf den Infrarotbereich ansprechen, wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt. Ersichtlich "sehen" also die Elemente praktisch identische Bereiche des Gegenstandes und es ist auch zu erkennen, daß ihre Gesichtsfelder beträchtlich überlappen.

Die Montageflächen der Kegel 13 und 14 sind so geformt, daß sie im wesentlichen Tangenten an die Oberfläche eines abgeplatteten Spheroids sind, um das innere Gesichtsfeld des durch die Lichtfläche hindurchtretenden Gegenstandes zu maximieren und Störungen von externen Lichtquellen zu minimieren, sowie die Elemente daran zu hindern, direkt Licht von der Beleuchtungsquelle zu erhalten. Das wird hauptsächlich durch die Tatsache gewährleistet, daß die Platten 11 und 12 sich praktisch bis zur Hülse 15 erstrecken, so daß sie als Lichtabschirmungen zwischen jeder Lampen-Linsen-Kombination und den gegenüberliegenden Fotodioden dienen.

Im Beleuchtungssystem ist die Lampe 19 im Brennpunkt der Linse 23 angeordnet, so daß eine kollimierte, homogene Licht-"Schicht" kontrollierbarer Dicke und praktisch gleichförmiger Lichtstromdichte erzeugt wird, durch die ein Gegenstand, wie eine Bohne 8, hindurchläuft. Die Linsen 23 bis 26 sind auf der Ober- und Unterseite und längs der oberen und unteren Teile der einwärts zur Bohne 8 weisenden Seite mit einem lichtundurchlässigen Material maskiert, um Streureflexionen außerhalb der freien Apertur der Linse zu eliminieren.

Die Schwierigkeit, einen wirtschaftlichen und praktischen Hochgeschwindigkeitszuführmechanismus zu konstruieren und herzustellen, der jeden Gegenstand längs eines

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identischen Weges mit identischer Orientierung fördert, macht es notwendig, daß der Abtaster eine "Wanderung" des normalen Zuführmusters erlaubt. Mit anderen Worten, das Zielgebiet muß einigermaßen breit sein. Damit der Abtaster für diese Erscheinung unempfindlich wird, muß das Ansprechen auf reflektiertes Licht im erwarteten Zielgebiet praktisch einheitlich sein. Zu diesem Zweck sind die Lampen- und Linsen-Kombinationen so positioniert, daß sie eine homogene Licht-"Schicht" aus vier Richtungen erzeugen, die einander überlappen, so daß eine praktisch gleichförmige Beleuchtung erzeugt wird, unabhängig von der Position des durch diese "Schicht" hindurchlaufenden Gegenstandes. Dieses, in Kombination mit der Tatsache, daß die Fotodioden hinsichtlich der Empfindlichkeit während des Montierens angepaßt sind, gewährleistet die hohe Genauigkeit, die für eine wirtschaftliche Sortierung der erwähnten Produkte erforderlich ist. Um die Homogenität des Lichtbandes zu verbessern, ist der Draht in der verwendeten Lampe im heißen Zustand gespannt, und dementsprechend bleibt er immer im Brennpunkt der Linse ohne durchzusacken. Ein zusätzlicher Faktor zur Erzielung des einheitlichen Ansprechens sind die symmetrische Anordnung und die abgeglichenen Empfindlichkeiten der Fotodioden. Ersichtlich ist also die Abtasterantwort praktisch unabhängig von der Gegenstandsposition.

Die Kombination von gleichförmigem Ansprechen und stark überlappenden Gesichtsfeldern der Fotodioden macht den Abtaster unempfindlich gegen die Orientierung der Gegenstände. Aus diesem Grunde wird ein Punkt oder Flecken zuverlässig detektiert, unabhängig von der Position des inspizierten Gegenstandes. Da es sich bei dem Abtaster nicht um ein Abbildungsgerät handelt, wird das Vorhandensein eines Fleckens oder einer Verfärbung ausschließlich durch Variation des Verhältnisses durch

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Variationen der Abtasterausgangssignale detektiert. Da normale lokale Farbvariationen, beispielsweise das "schwarze Auge" in einer bestimmten Erbsensorte, praktisch einheitlich hinsichtlich der Farbdichte ist und proportional einheitliche Größe von Bohne zu Bohne hat, beeinflusst das "schwarze Auge" die Ausgangssignale einheitlich, und damit kann der Verhältnisschwellwert, der als Basis für die Annahme oder das Aussortieren der Bohne verwendet wird, in der erwähnten Schaltungsanordnung so eingestellt werden, daß das "schwarze Auge" berücksichtigt wird, so daß eine Bohne nur dann aussortiert wird, wenn zusätzliche Verfärbungen oder Flecken detektiert werden. Ersichtlich sorgen solche zusätzlichen Defekte dafür, daß sich das Ausgangssignalverhältnis stärker als im zulässigen Maße ändert.

Die Ansammlung von Staub und Partikeln in ungleichförmiger Weise innerhalb des geschlossenen Volumens 18 (Fig. 1 und 5) kann leicht die optischen Eigenschaften des Abtasters ungünstig beeinflussen und damit dessen Genauigkeit reduzieren. Das geschlossene Volumen 18 ist also effektiv mit Gummi-Nullringen 62 und 64- abgedichtet, die für eine Dichtung zwischen dem Rohr 15 und dem Gehäuse 10 sorgen. Ein weiterer Gummidichtungsring 66 dichtet ferner effektiv das Gehäuse 10 mit einer Frontplatte 68 ab. Die Platte 68 weist eine Verriegelungsschraube 70 auf, mit der das ganze Gerät in einer Platteneinheit oder dergl. (nicht dargestellt) an Ort und Stelle gehalten wird. Die bevorzugte Ausführungsform hat also die Form eines leicht einzubauenden und auszuwechselnden Moduls, so daß die Zeit für Betriebsunterbrechungen bei Ausfall eines Moduls reduziert v,ird.

Staub und Partikel, die auf der dem Äußeren ausgesetzten, nach innen weisenden Fläche der Hülse 15 durch statische

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Elektrizität gesammelt werden, neigen dazu, sich in gleichförmiger Weise anzusammeln und der Aufbau hört auf, sobald die statischen Ladungen durch den bereits angesammelten Staub neutralisiert sind. Im normalen Langzeit-Betrieb ist also eine dünne, gleichförmige und sich nur langsam ändernde Schicht aus Staub und kleinen Partikeln auf der Hülse vorhanden. Diese Schicht wirkt als Neutraldichtefilter, das die Beleuchtungsquelle und das vom inspizierten Produkt reflektierte Licht gleichförmig dämpft. Diese Dämpfung beeinflußt alle Fotodetektoren in gleichem KaBe und beeinflußt damit das Verhältnis der beiden Ausgangssignale vom Abtaster nicht. Die kleinen Partikel, die sich auf der Hülse ansammeln können, verschlechtern den Abtaster nicht merkbar, da es sich nicht um eine abbildende Einrichtung handelt. Der Abtaster wird also durch die normale Verunreinigung durch Staub aus der Umgebung nicht beeinträchtigt und erfordert keine routinemäßige Säuberung.

Ein weiterer gewonnener Vorteil besteht darin, daß die hohe Genauigkeit und die oben beschriebene Verstärkungsstabilität die Notwendigkeit eliminiert, unterschiedliche optische Filter für unterschiedliche Arten von Produkten zu verwenden. Da das Detektieren im Infrarotbereich im wesentlichen eine Referenz bildet (wenn auch keine feste Referenz), die sich ändert, wenn sich die Produktart ändert, ist ersichtlich, daß das Produkt selbst das "Referenz-Farbnormal" ist, und daß deshalb Hintergrund-Farbnormale in Verbindung mit optimaler Filterwahl nicht notwendig sind und daß die Wahl eines optischen Kompromiss-Filtermaterials, das sich im sichtbaren Spektrum gut verhält, gemacht werden kann. Filter werden deshalb unmittelbar auf die Fotodioden innerhalb des abgedichteten

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Volumens 18 aufgebracht.Auch die Antwort-Verstärkungen werden durch Einstellung von Potentiometern 4-6 und 4-7 (vergl. Fig. 5) während der Herstellung eingestellt, damit sind keine Einstellungen für den Benutzer verfügbar, und solche sind auch nicht notwendig.

Wie bereits beschrieben worden ist, wird das zu inspizierende Produkt dadurch abgetastet, daß der Gegenstand durch eine dünne "Schicht" aus Licht hindurchtritt, die vorzugsweise kleiner ist als der kleinste Querschnitt des Gegenstandes, statt daß das ganze Objekt beleuchtet wird und das Gesichtsfeld der Detektoren begrenzt wird. Das ermöglicht es, die Gegenstände in beliebigen Positionen durch den Abtaster hindurchzuschicken und sie trotzdem gleichförmig zu beleuchten und zu detektieren, während irgendeine dreidimensionale Anordnung von mit Schlitzen abgedeckten Detektoren nicht so ausgefluchtet werden kann, daß sie außerhalb eines bestimmten Punktes gleichförmig konvergieren.

Da die Erfindung die Detektoren mit weitem Gesichtsfeld verwendet, haben diese ersichtlich ein naturgegeben besseres Rauschverhalten als Schlitzdetektoren, da die gesamte aktive Oberfläche jeder Fotodiode für Detektierzwecke verwendet wird. Wenn mit einem schmalen Lichtband beleuchtet und aus diesem die Reflexion detektiert wird, wird auch die tatsächliche Position des Gegenstandes präziser detektiert, so daß es leichter ist, den Gegenstand zeitlich zu verfolgen und gewünschtenfalls auszusortieren. Mit anderen Worten, wenn die präzise Position des Gegenstandes bekannt ist, ist die Ankunft des Gegenstandes an folgenden Positionen vorhersagbar und bietet kein Steuerungsproblem hinsichtlich der Frage, ob der betreffende Gegenstand aussortiert oder akzeptiert werden soll. Da die Steuerung sehr präzise gemacht werden

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kann, ist es weniger wahrscheinlich, daß Gegenstände, die zeitlich/räumlich eng beeinander liegen, aussortiert werden.

Das durch die Kombination einer Lampe und Kollimatorlinse erzeugte Lichtband kann enger oder breiter gemacht werden, indem die gleiche billige Linse aus geformtem Kunststoff verwendet wird und die Größe der linienförmigen Lichtquelle variiert wird, die im Brennpunkt der Linse angeordnet ist. Die bei der bevorzugten Ausführungsform verwendeten Lampen können also leicht durch irgendeine andere geeignete Lichtquelle ersetzt werden und Schlitze im Brennpunkt eingeführt werden, so daß ein Lichtband irgendeiner gewünschten Dicke und Farbcharakteristik erzeugt wird, wobei die Grenzen nur durch die freie Apertur der Linse gegeben sind.

Venn also in einem zu sortierenden Produkt Flecken detektiert werden sollen, mit anderen Worten, wenn normale lokale Farbflecken fehlen, kann also das Gesichtsfeld in der beschriebenen Weise verengt werden, so daß die Fläche der Verfärbung einen größeren Prozentsatz der zu irgendeinem Zeitpunkt beleuchteten Gesamtfläche bildet, und damit wird die Änderung im reflektierten Licht einen größeren Prozentsatz des gesamten reflektierten Lichtes ausmachen und leichter in den von den Fotodioden erzeugten elektrischen Signalen zu detektieren sein, so daß die Vorrichtung zu einem sehr wirksamen Fleckabtaster wird.

Es ist also leicht einzusehen, daß für spezielle Sortiervorgänge der Abtaster für kleinere und kleinere Fleckendefekte empfindlich gemacht werden kann, indem immer engere Beleuchtungsbänder vorgesehen werden. Bei der Ausführungsform

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mit der bevorzugten Verarbeitungselektronik können ferner die Signalausgänge vom Abtaster elektronisch zeitlich gemittelt werden, so daß das reflektierte Licht oder die Farbinformation von jedem einzelnen Gegenstand akkumuliert wird, während der Gegenstand durch das schmale Beleuchtungsfeld hindurchtritt. Auf diese Weise wird das Beleuchtungsband effektiv elektronisch verbreitert, und es kann ein Verhältnis gebildet werden, das nur vom Mittelwert oder der Gesamtfarbcharakteristik des speziellen inspizierten Gegenstandes abhängt. Gleichzeitig sind die nicht gemittelten oder momentanen lokalisierten Signalausgänge vom Abtaster weiterhin verfügbar, um zur Fleckdetektierung verarbeitet zu werden. Der Abtaster kann also ohne irgendeine innere Modifikation oder Einstellung als Fleckdetektor oder als Farbmittelwertdetektor betrieben werden, beispielsweise beim Sortieren von gewissen mehrfarbigen Saatbohnen, wie "Scarlet Runners" (die völlig gefleckt sind).

Die Einfachheit der Konstruktion wird dadurch erreicht, daß, wo immer möglich, Bauteile für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, beispielsweise werden die Platten 11 und 12, bei denen es sich um ebene Platten für gedruckte Schaltungen handelt, dazu verwendet, die Lampen und die Kegel 13 und IA- abzustützen, und dazu, im montierten Zustand gemäß Fig. 1 und 7 als optische Abschirmungen sowie als Abstützungen für die Linseneinheit zu dienen.

Die Konstruktion der Platte 11 ist in Fig. 10 dargestellt. Das ebene Brett 50 ist mit Öffnungen 51 versehen, um die rohrförmigen Abstandshalter 31, 32, 33 und 3^- mittels Schrauben 60 zu befestigen, sowie mit einer öffnung 52 für den Durchtritt der Hülse 15· Eine Anzahl Leiter 53

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der gedruckten Schaltung sind an dem Brett befestigt, an das die Lampen, Fotodioden und Verstärkungseinstellpotentiometer elektrisch angeschlossen sind. So sind, wie in der Zeichnung dargestellt, die Lampen 19, 20, und 22 mit den jeweiligen elektrischen Leitern mit dem Brett verbunden und in einer ebenen Form um die Öffnung 52 herum abgestützt. An die gedruckte Schaltung sind auch die Fotodioden 35, 36, 37, 38, 39 und 40 gemäß Fig. 1 angeschlossen. Ebenfalls sind an die gedruckte Schaltung Potentiometer 46 und 47 angeschlossen, die dazu verwendet werden, die Verstärkung der beiden Farbkanäle voreinzustellen. Diese Einstellung erfolgt während der Herstellung und braucht vom Benutzer nicht weiter nachgestellt zu werden.

Es sind ferner an die gedruckte Schaltung eine Reihe elektronischer Teile angeschlossen, die allgemein bei 70 (Fig. 3) dargestellt sind und Teile der elektronischen Schaltungen 44 und 45 bilden, sowie ein Anschluß 43 zur Verbindung des optischen Abtasters mit dem fern angeordneten Rest der elektronischen Schaltungen 44 und 45, sowie zum Anschluß der Stromversorgung 48 (vergl. auch Fig. 9) für die Lampen 19, 20, 21 und 2?. Die Platte (Fig. 11) ist ähnlich wie die Platte 11 hergestellt, nur daß sie nur Leiter der gedruckten Schaltung aufweisen muß, mit denen Fotodioden 35a, 36a, 37a, 38a, 39a und 40a an Verbindungsdrähte angeschlossen werden, die mit den entsprechenden Leitern auf Platte 11 verbunden sind.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist erkennbar, daß durch die Erfindung eine kompakte und effektive und sehr genaue optische Abtastvorrichtung verfügbar gemacht wird, die eine Betrachtung der durch die zylindrische Passage hindurchtretenden Gegenstände ermöglicht, indem Licht von den Lampen erhalten wird und danach ausgewählte

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Wellenlängen des reflektierten Lichtes von den Fotodioden detektiert werden, um gewisse optische Eigenschaften der Gegenstände zu bestimmen. Durch richtiges Detektieren dieser Charakteristiken durch die elektronische Schaltung entweder üblicher Art oder ähnlich der bevorzugten Schaltung gemäß der gleichzeitig eingereichten Anmeldung können die Gegenstände in richtiger Weise sortiert werden, um diejenigen auszumerzen, die unerwünschte Eigenschaften haben.

Weiter ist der Abtaster modular aufgebaut und praktisch staubdicht, und zwar durch die Kombination der Hülse 15* des Gehäuses 10 und der Dichtungen 62, 64- und 66 sowie der Abdichtung des Anschlusses 4-3, der durch die Frontplatte 68 hindurchtritt. Da der Abtaster modular ist, kann er für den Kundendienst aus einem der Kanäle einer mehrkanaligen Vorrichtung ausgebaut werden, ohne daß mehr als der betroffene Kanal abgeschaltet werden muß. Da auch ferner alle Einheiten bei der Herstellung kalibriert sind, kann ein Auswechselmodul eingesetzt werden, während der Kundendienst durchgeführt wird, so daß ein Verlust an Produktionszeit auf ein absolutes Minimum reduziert wird.

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Claims

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLANDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

Orthstraße 12 · D-8000 München 60 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatenf £ 7 22

17. Hai 1977

IM- Pl L

Ultra-Sort Corporation Belmont, CaI., USA

Sortiervorrichtung mit optischem Abtaster

Priorität: 19. Mai 1976 - USA - Ser. No. 687

Patentansprüche

ί1J Sortiervorrichtung für Gegenstände mit einem optischen Abtaster, gekennzeichnet durch eine Passage, durch die die zu sortierenden Gegenstände hindurchlaufen, der Passage benachbarte Beleuchtungseinrichtungen, mit denen eine schmale, gleichförmige Lichtschicht gebildet wird, die sich senkrecht zur Passage erstreckt, und Lichtdetektoreinrichtungen, die der Passage benachbart sind und Signale aufgrund von Licht erzeugen, das von

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ORIGINAL INSPECTED

durch die Lichtschicht hindurchlaufenden Gegenständen reflektiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung unfokussiertes reflektiertes Licht aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung Einrichtungen zum Detektieren von Licht in zwei verschiedenen Spektralbändern aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spektralbereiche im sichtbaren bzw. infraroten Teil des Spektrums liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung eine Anzahl Einrichtungen zum Detektieren von Licht im ersten Spektralband und eine Anzahl von Einrichtungen zum Detektieren von Licht im zweiten Spektralband aufweist und jede dieser Einrichtungen so montiert ist, daß sich überlappende Gesichtsfelder für Paare von Einrichtungen zum Detektieren im ersten bzw. zweiten Spektralband ergeben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtungen jeweils aus modifizierten planaren Diffusions-Silizium-Fotodioden mit einem Maximum der spektralen Kennlinie bei etwa dem des menschlischen Auges bestehen.

7- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung Filter für das Sichtbare aufweist, die die Kennlinie der Fotodiode soweit ändern,

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daß das Kennlinienmaximum bei etwa dem des menschlichen Auges liegt und im Infrarotbereich praktisch keine Empfindlichkeit zeigt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtdetektoreinrichtung ein Infrarot-Filter aufweist, das die Kennlinie der Fotodioden derart ändert, daß sich ein Empfindlichkeitsmaximum im Infrarotbereich und praktisch keine Empfindlichkeit im sichtbaren Bereich ergibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter für den sichtbaren Spektralbereich die Fotodiodenkennlinie in der Weise ändert, daß oberhalb 800 Nanometer keine Empfindlichkeit vorliegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Infrarotfilter die Fotodiodenkennlinie in der Weise ändert, daß praktisch keine Empfindlichkeit unterhalb von 800 Nanometer vorliegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Abschirmung, mit der die Lichtdetektoreinrichtung gegen direktes Licht von der Beleuchtungseinrichtung abgeschirmt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschicht in Richtung längs der Passage eine Breite hat, die kleiner ist als die kleinste Querschnittsabmessung eines des zu sortierenden Gegenstände.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung

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Lampen mit linearem Draht aufweist, die Strahlung im sichtbaren und infraroten Teil des Spektrums liefern, sowie Zylinderlinsen, die Licht von den Lampen erhalten und ein homogenes, gleichförmiges, enges Lichtband normal zur Passage erzeugen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen Federn aufweisen, mit denen die Drähte gespannt gehalten werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der Lampe oder Lampen ein Maximum bei etwa 750 Nanometer hat und nutzbare Strahlung zwischen 400 Nanometer und 1.100 Nanometer liefert.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Passage aus einer transparenten hohlen Hülse besteht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein staubdichtes Gehäuse für den optischen Abtaster mit zwei öffnungen für die hohle Hülse und Abdichtungen zwischen dem Gehäuse und der Hülse.

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