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Die Erfindung bezieht sich auf eine Dimensionsüberwachungsein-
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richtung zur Überwachung wenigstens der Breite sich bewegender Gegenstände,
wie beisplsweise Biskuite, die aus einem Ofen herausbefördert werden.
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In seiner Verwendung in dieser Beschreibung bedeutet das Wort "Breite"
die Abmessung, welche quer zur Bewegungsrichtung des Gegenstandes verläuft und soll
auch den Durchmesser eines kreisförmigen Gegenstandes einschließen.
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In der Herstellung von Biskuiten lassen sich durch Überwachung verschiedener
Parameter der Biskuite wie Dicke, Länge, Breite und Farbe sowie deren Steuerung
erhebliche zirtschaPtliche Vorteile erzielen. Die Gleichförmigkeit in den ersten
drei dieser Parameter ist wesentlich, wenn die automatische Erzeugung gleichförmiger
Biskuitpackungen erzielt werden soll. Abweichungen in irgendeinem dieser drei Parameter
kann zu Biskuitpackungen führen, die entweder Über- oder Untergewicht haben oder
unförmig sind. Im äußersten Fall können derartige Abweichungen zu einer ernsthaften
Betriebsstörung in den Verpackungsmaschinen führen.
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Eine Überwachung der Farbe ist wünschenswert, so daß Biskuite mit
gleichbleibender Brounung erzeugt werden. Die Bräunung der Biskuite beeinflußt ihr
gutes Aussehen, das den Kunden anspri-cht, sowie das Aroma, und es ist daher wünschenswert,
daß die Bräunung auf einem Grad gehalten wird, der bekanntermaßen das wünschenswerteste
Erzeugnis hervorbringt.
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Um eine Kontrolle über die Erzeugung der Biskuite ausüben zu könnens
ist es erforderlich, wenigstens Probegruppen der zu erzeugenden Biskuite zu überwachen,
und diese Überwachung wird vorzugsweise durchgeführt, während die Biskuite sich
bei normaler Produktionsgeschwindigkeit auf üblichen Förderern bewegen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Überwachung
wenigstens der Breite von Gegenständen, wie beispielsweise Biskuiten, zu überwachen,
während sich die Gegenstande auf einem vorgegebenen Pfad entlangbewegen.
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Gemäß der Erfindung enthält eine Dimensionsüberwachungsvorrichtung
zum Überwachen wenigstens der Breite (wie oben definiert) eines Gegenstandes eine
Strahlungsquelle zur Erleuchtung des Gegenstandes, während er sich auf einem vorgegebenen
linearen Abschnitt eines Weges entlangbewegt, eine Videokamera mit einer abgetasteten
linearen Anordnung von strahlungsempfindlichen Elementen, die diagonal über den
Weg in einem Winkel von 300 bis 600 zur Bewegungsrichtung des Gegenstandes angeordnet
und während aufeinanderfolgender Abtastungen in der Form wirksam sind, daß sie in
Abhängigkeit von dem Auftreffen einer von aufeinanderfolgenden Streifen des Gegenstandes
reflektierten Strahlung darauf elektrische Signale erzeugens wobei die Anzahl der
Elemente, die die Strahlung in jedem Augenblick empfangen, abhängig ist von der
Länge des Streifens, von welchem die reflektierte Strahlung in diesem Augenblick
empfangen wird, wodurch das von jeder Abtastung erzeugte Signal die Länge des
entsprechenden
Streifens darstellt, und Signalverarbeitungsein richtungen, die auf elektrische
Signale ansprechen, um durch Errechnen aus für bestininte ausgewählte der Abtastungen
abgeleiteten Daten ein Signal zu erzeugen, das die Breite des Gegenstandes darstellt.
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Die Vorrichtung arbeitet vorzugsweise auch zur Überwachung der Länge
des Gegenstandes (d.h. der Abmessung in Längsrichtung des Pfades). Es ist außerdem
vorteilhaft, insbesondere wenn die Vorrichtung zur Überwachung der Bisiuitproduktion
benutzt wird, wenn die Vorrichtung auch die Dicke und die Farbe der Biskuite überwacht.
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Vorzugsweise stellt die Vorrichtung auch fest, wenn ein rechteckiger
Gegenstand relativ zu dem Pfad schräg liegt.
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Die Signalverarbeitungsvorrichtung enthält vorzugsweise Bezugsdaten,
die sich auf die erforderliche Größe und Farbe der Gegenstände beziehen, und ist
so angeordnet, daß sie einen Alarm auslöst und/oder eine korrigierende Steuerung
der Produktionsanlage vorsieht, wenn die überwachten Gegenstände nicht genau genug
den Bezugsdaten entsprechen.
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Es wird nunmehr eine Ausführungsforin der Erfindung in Form eines
Beispiels und unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
Fig0
1 eine perspektivische Darstellung eines Meßkopfes, der einen Teil einer Biskuitdimensionsüberwachungsvorrichtung
bildet und über einem Förderer gelagert ist, Fig. 2 ein Blockschema der Vorrichtung,
Fige 3 ein Schema einer optischen Anlage, die einen Teil der Vorrichtung bildet,
Fig. 4 die Orientierung einer Reihe lichtempfindlicher Elemente relativ zu dem Förderer,
Fig. 5A, 5B und 5C zeigen die Wellenform und das geformte Ausgangssignal von einer
einzigen Abtastung eines Biskuits, von mehreren Abtastungen eines rechteckigen Biskuits
bzw.
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den Ausgang für bestimmte der Abtastungen, Fig. 6A und 6B sind ähnlich
den Figuren 5B und 5C, jedoch für einen rechteckigen Biskuit, der relativ zu der
Mittelt linie des Förderers schräg liegt, Fig. 7A und 7B zeigen Abtastlinien bzw.
Wellenformen für einen kreisförmigen Biskuit, Fige 8A und 8B zeigen die Überwachung
der Dicke und Farbe eines Biskuits bzw. die dadurch erzeugten Wellenformen, und
Fig.
9 ein Blockschema von Einrichtungen zur Überwachung der Geschwindigkeit der Bewegung
eines Biskuits und zum Zahlen der Biskuite.
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Die in Fig. 1 gezeigte Biskuitüberwachungsvorriohtung enthält einen
Meßkopf 1, welcher gleitend auf Schienen 2 und 3 gelagert ist, so daß seine Unterseite
etwa 100 mm über der Oberfläche des Förderers 4 ist, welcher die Biskuite 5 aus
einem Ofen -(nicht gezeigt) herausbefördert und sie einer Packstation (nicht gezeigt)
zuführt. Der Förderer ist für einen im folgenden noch zu erläuternden Zweck dunkelfarbig
gehalten, im Gegensatz zu den hellgefärbten Biskuiten.
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Die Basis des Meßkopfes 1 ist eine Linientastkamera mit einer selbst
abgetasteten linearen Anordnung von lichtempfindlichen ladungsgekoppelten Vorrichtungen
(ccD), welche von den Biskuiten reflektiertes Licht empfangen. Die Kamera tastet
die drei 11Straßen!1 der Biskuite ab, d.h. Säulen in Richtung der Bewegung des Förderers,
und die einzelne Straße kann gewählt werden durch Verschiebung des Kopfes in jede
beliebige Stellung über den Förderer.
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Der Meßkopf 1 enthält Einrichtungen zum Kühlen der Kamera und des
zugeordneten Stromkreises, so daß sie der hohen Umgebungstemperatur am Ofenausgang
und der von den Biskuiten und dem Förderer ausgestrahlten Wärme widerstehen können.
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Fig. 2 zeigt die Überwachungseinrichtung mit der oben erwähnten CCD-Anordnung
6, deren Ausgang einem Steuer- und Schwellenkreis 7 über eine Leitung 8 zugeführt
wird. Die zu Beginn aufeinanderfolgender Abtastungen der CCD-Anordnung erzeugten
Impulse werden auch über eine Leitung 9 dem Kreis 7 und der Stromkreisanord nung
10 zugeführt, bestehend aus einem Zähler und einem Kanten detektor ii, einem Speicher
12 und einer programmierbaren logischen Anordnung (PLA) 13.
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Die Stromkreisanordnung 10 führt Signale einer Mikroprozessor einheit
(MPU) 14 zu, welche einen Programmspeicher 15 enthält, und wird von dieser gesteuert
Die MPU 94 steuert die Schalteinrichtung 16, die wiederum eine Beleuchtungsanlage
17 steuert, so daß sie wahlweise entweder Flutlichtbeleuchtung der Biskuitstraße
oder eine Anzahl einzelner Leuchtstreifen quer über die Straße liefert.
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Ein Gescliwindigkeitssensor 18 mißt die Geschwindigkeit der Bewegung
der Biskuite auf dem Förderer und bildet auch Impulse zum Zahlen der Anzahl Biskuite,
die an dem Sensor vorbeigehen.
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Die Signale von dem Sensor 18 werden der MPU 14 zugeführte Die MPU
liefert einen Serien-Digitalausgang auf einer Leitung 19 zum Antrieb eines Liniendruckers
20 ued/oder einer Sicht anzeigeeinheit (VDU) 21, die Je in der Lage sind eine InTora
mation hinsichtlich des Zustandes der überwachten Biskuite zu veranschaulichen.
Die MPU treibt auch einen Digital-Analog-
Umsetzer 22 (D/A), welcher
ein Analogsignal auf eine Leitung 23 zu einer Meßeinrichtung 24 und/oder zu einer
Feder anzeigevorrichtung 25 UbertrEgt.
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Die MPU 14 kann beispielsweise eine Vorrichtung der Type Z80A sein,
die von der Firma Zilog Inc. of Cupertino, California, USA gehandelt wird.
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Fig. 3 zeigt die Anordnung der Beleuchtungsanlage 17 relativ zu dem
Förderer 4 und der CCD-Anordnung 6. Die Flutlichtbeleuchtung ist vorgesehen durch
zwei Lampen 26 und 27, die auf gegenüberliegenden Seiten der Anordnung 6 angeordnet
sind, welche einen Lichtfleck auf dem Förderer unmittelbar unterhalb der Anordnung
erzeugen. Die Beleuchtung mit dem schmalen Lichtstreifen wird vorgesehen durch eine
Anlage, die zu einer Seite der Anordnung 6 hin versetzt ist und eine Wolfram-Halogenlampe
28 enthält, sowie eine Beleuchtungslinse 30, eine geschlitzte Blende 31, eine Linse
32 und einen geneigten Spiegel -33. Die letztgenannte Anlage erzeugt drei schmale
Lichtbalken auf dem Förderer(oder auf einem darauf befindlichen Biskuit) unmittelbar
unterhalb der Anordnung 6; Ein horizontaler .Diffusor 94 zerstreut das Licht von
den Lampen 26 und 27, um eine gleichmäßige Flutlichtbeleuchtung über einen vorgegebenen
Bereich zu erzeugen. Wie bereits im vorhergehenden erwähnt, bestimmt die Schalteinrichtung
16 nach dem Befehl der k2U 14, welche der Lampen, 26 und 27 zusammen oder 28, erregt
werden soll.
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Die CCD-Anordnung 6 ist in eier Kamera 34 enthalten, die ein senkrechtes
Linsensystem 35 aufweist. Die Kamera 34 und das Beleuchtungssystem 17 bilden zusammen
den Meßkopf 1. Die Kamera 34 kann eine Vorrichtung der Type CCD 1400 sein, die von
der Firma Fairchild Camera and Instrument Company in USA hergestellt wird.
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Fige 4 zeigt schematisch die Lage der CCD-Anordnung 6 relativ zu dem
Förderer 4. Der optimale Winkel zwischen der Anordnung und der Längsmittellinie
CL des Förderers ist 450, was im folgenden noch erläutert wird.
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Bei Betrieb der gamera 34 wird sehr wenig des durch die Beleuchtungsanlage
erzeugten Lichtes von dem Förderer 4 reflektiert, da - wie bereits im vorhergehenden
erwähnt - der Förderer von dunkler Farbe ist. Daher erzeugen, solange sich der leere
Förderer unterhalb der Kamera befindet, sämtliche Elemente der CCD-Anordnung während
jeder Abtastung nur einen sehr kleinen dunklen Strom, der reichlich unterhalb des
Schwellenwertes liegt, der durch den Steuer- und Schwellenkreis 7 festgelegt ist.
Es wird daher der MPU 14 kein Ausgang geboten Wenn jedoch ein Biskuit unter der
Kamera vorhanden ist, dann wird von der Oberseite des Biskuits Licht reflektiert
und von der CCD-Anordnung empfangene Die Anzahl und der Platz der Elemente, die
während einer beliebigen Abtastung Licht empfangen, ist abhängig von der Breite
und Lage des betreffenden Streifens des Biskuits, von welchem während dieser bestimmten
Abtastung
Licht empfangen wird; es werden natürlich während aufeinanderfolgender Abtastungen
verschiedene Streifen überwacht, da sich der Biskuit unter der Kamera en.angbewegt.
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Eine typische Einzelabtasung eines Biskuits 5 durch die Anordnung
6 wird in Fig. 5A gezeigt, die ebenso schematisch die Wellenform (i) des Videosignals
zeigt, das von der Kamera 34 als Folge des von einem Block im Bereiche der CCD-Element
empfangenen Lichtes erzeugt wird. Die Wellenform ist grob rechteckig und ist damit
so geformt, daß sie eine genau rechteckige Wellenform (ii) ergibt. Die Formgebung
wird durchgeführt durch Auffinden des Durchgangs des Kameraausgangs durch den Schwellenwert
und das anschließende Äbfallen des Ausgangs unter den Schwellenwert. Die Vorder-
und Hinterflanken der Rechteckimpulswellenform (ii) entsprechen daher in der Form
sehr genau dem Abtasten der Kanten des Biskuits (d.h. der Enden des abgetasteten
Streifens des Biskuits) während der betreffenden Abtastung. Daher stellt die Länge
des Impulses die Breite des Biskuits dar, soweit diese einzelne Abtastung betroffen
ist.
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Die Figuren 5B und 5C zeigen jeweils bestimmte besonders bedeutende
Abtastlinien in Beziehung zu einem rechteckigen Biskuit 5, sowie die entstehenden
Rechteckwellenformen. Die erste bedeutende Abtastlinie ("scan olt) tritt auf, sowie
die erste Ecke 36 des Biskuits die Abtaststellung erreicht. Es wird ein sehr schmaler
Impuls 37 erzeugt. Weitere Abtastungen, wie beispielsweise die Linien 38 und 39
erzeugen Impulse 88 und 89, deren Hinterflanken
mit der Hinterflanke
des Impulses 37 ausgerichtet sind, da die rechte Kante des Biskuits parallel zu
der Mittellinie des Förderer liegt. Jedoch sind die Vorderflanken de Impulse 88
und 89 fortschreitend früher. Nachfolgende Abtastungen folgen diesem Muster, bis
die Ecke 40 erreicht ist ("scan e"), was Anlaß zu einem Impuls 41 gibt. Danach erzeugen,
vorausgesetzt, daß der Biskuit eine gleichmäßige Breite hat, die Abtastungen wie
bei spielsweise die Tastlinien 42 und 43 Impulse 44 und 45 von der selben Länge
wie der Impuls 41 und mit miteinander fluchtenden Vorder und Hinterflanken. Dies
setzt sich fort9 bis die Ecke 46 erreicht ist ("scan k"), , die einen Impuls 47
erzeugt0 Weitere Abtastungen, wie beispielsweise 48 und 49, erzeugen dann Impulse
SO und 51, deren Vorderflanken mit den Vorderflanken der Impulse 41, 44, 45 und
47 ausgerichtet sind da die linke Kante des Biskuits parallel zu der Mittellinie
des Förderer 4 ist0 Die Hinterflanken der nachfolgenden Impulse bewegen sich jedoch
fortschreitend nach links, und dies setzt sich fort, bs die Ece 52 ("scan r") des
Biskuits erreicht ist was Anlaß zu einem letzten, sehr schmalen Impuls 53 gibt0
Das Verfahren der Errechnung der Breite eines rechteckigen Biskuits ist wie folgt.
Das Auftreten von Ubergangen vom Abtasten des dunklen Förderers auf das Abtasten
eines hellen Biskuits und umgekehrt (d.h. der Vorder- bzw0 Hinterflanken des Ausgangs
impulse) wird vom Beginn jeder Abtastung an getaktet.
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Der Impuls entsprechend dem Beginn der Abtastung auf Leitung 9
(Fig.
2) beginnt die Einspeisung von Taktschritten von dem Steuer- und Schwellenkreis
7 in den Zähler und Flankendetektor 11 über eine Leitung 54. Die Taktschrittrate
ist dieselbe wiedie Rate, bei welcher die CCD-Elemente abgefragt werden. Wenn die
Abtastung kein Ausgangssignal von dem Kreis 7 erzeugt, weil nur der Förderer von
der Kamera betrachtet wird, dann zählt der Zähler lediglich die Taktschritte, bis
der nächste Impuls entsprechend dem Beginn einer Abtastung empfangen wird. Der Zahler
wird von dem letztgenannten Impuls zurückgestellt und die Zählung ignoriert. Andererseits
werden, wenn sich unter der Kamera ein Biskuit befindet, die Taktschritte vom Beginn
der Abtastung wie zuvor gezählt, wenn jedoch die Vorderflanke des geformten Videosignals,
welches über eine Leitung 55 von dem Kreis 7 herangeführt wird, von dem Zahler und
dem Flankendetektor 11 festgestellt wird, dann wird die Zählung entsprechend der
Vorderflanke in dem Speicher 12 registriert. Die Zählung setzt sich fort, und die
bei Feststellung der Hinterflanke erreichte Zählung wird ebenso in den Speicher
12 eingespeist. Die Zählung für den verbleibenden Teil der Talctschritte für diese
Abtastung dient keinem nützlichen Zweck und wird ignoriert.
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Der Speicher 12 enthält nun zwei Zahlungen, welche die Stellungen
der abgetasteten Flanken des Biskuits relativ zu der CCD-Anordnung anzeigen, und
der Abstand zwischen diesen Kanten wird dargestellt durch den Unterschied zwischen
den Zählungen. Nachfolgende Abtastungen erzeugen weitere Zählungen1 die in dem-Speicher
12 gespeichert werden, bis dieser voll ist.
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Die MPU 14 überwacht jede Abtastung, um festzustellen, ob ein einzelnes
Paar Übergänge stattgefunden hat. Sie übernimmt dann vorübergehend die Steuerung
des Speichers 12, und die Zählungen werden von der MPU unter der Steuerung des Programms
in dem Speicher 15 verarbeitet. Die betrieblichen Vorgänge innerhalb des Speichers
12 werden durch die programmierbare logische Anordnung 13 gesteuert, welche auf
Befehl der MPU 14 Instruktionen entweder von dem Flankendetektor 11 oder von der
MPU annimmt.
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Wenn die PLA von dem Flankendetektor angewiesen wird, dann werden
Datenwörter von 12 Bit in einen Arbeitsspeicher der MPU eingegeben, wobei 11 Bits
die Stellung des Übergangs relativ zu dem ersten Bildträger (Pixel) der Anordnung
6 angeben und das zwölfte Bit die Status information mit Bezug auf den Übergang
argibt. Wenn die MPU 14 die PLA anweist, Daten aus dem Speicher 12 herauszulesen
zum Errechnen der Parameter des Biskuits, dann verursacht die PLA ein Herauslesen
der Daten als eine 8-Bit-Gruppe, gefolgt von einer 4-Blt-Gruppe.
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Das Programm in dem Speicher 15 veranlaßt die MPU 14, aus den aufeinanderfolgenden
Zählungen zu bestimmen, ob der Übergang von dunkel auf hell sich nach links bewegt
hat, wie es der Fall ist von Abtastung zur bis Abtastung e in den Figuren 5B und
50, und zu bestimmen, ob die Übergänge von heB1 auf dunkel zusammenfallend geblieben
sind, wie es der Fall ist von Abtestung o bis Abtastung k. Im Anschluß an Abtastung
e ergeben die nächsten Abtastungen zusammenfallende Übergänge von dunkel auf hell
bis zur Abtastung r und ergeben auch zusammenfallende Übergänge von hell auf dunkel
bis zur Abtastung k.
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Beim Errechnen der Breite eines Biskuits werden die erforderlichen
Berechnungen durchgeführt aufgrund des Unterschieds zwischen den Elementzal"en des
Minimum- und Maximumübergangs.
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Aufgrund der von den Abtastungen o bis k zwischen den Ecken 36 und
46 erlangten Kenntnis wird die Mindestübergangsstellung bestimmt, und aufgrund der
Abtastungen e bis r zwischen den Ecken 40 und 52 wird die maximale Übergangsstellung
bestimmt.
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Die Daten für die Dunkel-Hell-Übergänge und die Zell-Dunkel-Übergänge
werden in zwei getrennten Bereichen des Arbeitsspeichers der MPU gespeichert, die
als "vordere Anordnung" bzw. "hintere Anordnung" bezeichnet werden. Die MPU 14 inspiziert
den Inhalt der beiden Anordnungen, um die Gruppe von Abtastungen festzustellen,
über welche die beiden Übergänge im wesentlichen zusammenfallend geblieben sind.
Sie errechnet den Durchschnitt der Zählungen zwischen Übergängen nur für jene Abtastungen
und multipliziert den Durchschnitt mit einer "Breitenkons tante n , welche den Abtastwinkel
und die Entferung in Betracht zieht, die auf der Linie der CCD-Anordnung entlang
zwischen aufeinanderfolgenden Tastschritten abgetastet wurde.
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Die MPU 14 gibt dann Daten mit Bezug auf die errechnete Biskuitbreite
auf einen Pufferspeicher in dem MPU-Speicher ab. In regelmäßigen Intervallen wird
der Durchschnitt dieser Daten errechnet und werden die Daten über die Leitungen
19 und 23 auf die Anzeigevorrichtungen 20, 21, 24 und 25 gegeben. Wenn die Ergebnisse
der Berechnungen für eine Anzahl Biskuite nicht mit.den gespeicberten Bezugsdaten
übereinstimmen, dann verursacht die MPU 14
die Betätigung einer
Alarmvorrichtung und/oder gibt einer entspre chenden Steuerschleife auf der Produktionsanlage
einen Betriebsbe fehl.
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Es kann vorkommen, daß ein sich auf dem Förderer bewegender Biskuit
schräg relativ zu der Bewegungsrichtung liegt, wie in Fig0 6 A ge zeigt. Eine solche
Situation muß von der MPU 14 festgestellt wer den oder führt zu einer unrichtigen
Berechnung der Breite9 weil der Abstand zwischen den Übergängen für die Abtastungen
zwischen Abtastung g und Abtastung k für die angegebene Richtung der Schräglage
entweder zu kurz oder für die Schräglage in der entgegengesetzten Richtung zu lang
ist. Die tSU stellt die Tatsachen daß der Biskuit schräg liegt, fest durch Messen
und Vergleichen der Mittelpunkte der Vorder- und Hinterflanken der Biskuite. Die
Mittelpunkte werden bestimmt aufgrund der Information von Abtastungen o bis e zwischen
den Ecken 36 und 4O,aus denen der Mittelpunkt d errechnet wird, und aufgrund der
Abtastungen k bis r zwischen den Ecken 46 und 52, aus denen der Mittelpunkt j berechnet
wird.
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Für eine SchrSglage.nach rechts, wie gezeigt, findet eine schnell
bre Bewegung des Übergangs nach links statt als normal, während für eine Schräglage
nach links eine langsamen Bewegung stattfin° det.
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Wenn die MPU feststellt, daß die Bewegungsrate nicht mit den ge speicherten
Bezugsdaten übereinstimmt, dann stellt sie das Aus maß der Schräglage fest und macht
entweder eine Korrektur mit Bezug auf die Berechnungen der Länge und Breite oder
ignoriert den betreffenden Biskuit, wenn die Schräglage übermäßig ist.
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Um die Länge eines rechteckigen Biskuits zu bestimmen, veranlaßt das
Programm die MPU 14, die Ecken 36, 40, 46 und 52 aus den Stelingswechseln der aufeinanderfolgenden
Übergänge festzustellen, die oben beschrieben wurden, und die Übergangsstellung
d in der Mitte zwischen den Abtastungen o und e sowie die Übergangsstellung j in
der Mitte zwischen den Abtastungen k und r zu bestimmen. Die Länge des Biskuits
wird sodann aus diesen Stellungen errechnet unter Verwendung der geschwindigkeitsabhängigen
Längenkonstante. Wiederum werden die Wirkung und das Ausmaß der Schräglage in der
Berechnung in Betracht gezogen.
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Für die Bestimmung der Breite (d. h. des Durchmessers) eines kreisförmigen
Biskuits wird eine recht unterschiedliche Berechnung durchgeführt. Nach den Figuren
7 A und 7 B ist eine erste bedeutende Abtastung (bezeichnet als "scan oil') tangential
zu dem Biskuit und erzeugt keinen Impuls. Eine zweite Abtastung erzeugt einen Impuls
56. Nachfolgende Abtastungen erzeugen Impulse wie beispielsweise die Impulse 57
und 58, deren Vorder- und Hinterflanken fortschreitend weiter nach links bzw. nach
rechts auftreten. Dies setzt sich fort, bis eine Abtastung errecht ist, für die
die Hinterflanke des resultierenden Impulses 59 die weitestmöglichenach rechts ist
(d. h. die Abtastung schneidet den Umfang des Biskuits an dem Punkt, der mit dem
Querdurchmesser des Biskuits zusammenfällt). Die Zählung N für die Hinterflanke
max des Impulses 59 charakterisiert diesen Punkt.
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Für nachfolgende Abtastungen bewegen sich die Vorderflanken der Impulse,
wie beispielsweise der Impulse 60 und 61, fortschreitend
weiter
nach links, während sich die Hinterflanken nach links bewegen. Dies setzt sich fort,
bis eine Abtastung erreicht ist, für die die Hinterflanke des resultierenden Impulses
62 die weitestmögliche nach links ist (d. b. die Abtastung schneidet den Umfang
des Biskuits an dem gegenüberliegenden Ende des Querdurchmessers).
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Die Zählung Nmin für die Vorderflanke des Impulses 62 charakterisiert
diesen Punkt.
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Die MPU 14 errechnet dann den Biskuitdurchmesser aus (NmaX N ) max
min mal einer Breitenkonstante, wobei diese Konstante abhängig ist von dem Abtastwinkel
und dem Abtastabstand zwischen den Taktschritten.
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Da sich die Biskuite u. U. nicht als absolut rund erweisen7 kann es
vorteilhaft sein, den Durchmesser in Längsrichtung des Förde rers zu überwachen.
Zu diesem Zweck bestimmt die MPU die Attastzahl (scan p) bei welcher die Wechselrate
der Elementzahl die gleiche ist, wie sie es für eine Tangente normal zur Bevegungsrichtung
sein würde. In ähnlicher Weise bestimmt die MPU die Ab tastung, welche durch die
Hinterflanke des Biskuits geht und er rechnet dann die Länge aus dem Abtastungsintervall
zwischen der Vorderflankenabtastung und der Hinterflankenabtastung und dem Unterschied
in der Elementzahl der Übergänge auf diesen Abta-5 tungen.
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Um die Dicke und die Farbe der Biskuite zu Üb erwachen, veranm laßt
die MPU 14 den Schalter 16 (Figuren 2 und 3), von der Flutlichtbeleuchtungsweise
auf die Lichtbalkenbeleuchtungsweise zu wechselns Die Figuren 8 A und
8
B zeigen drei Lichtbalken so beabstandet, daß wenigstens ein Balken auf die Oberfläche
jedes überwachten Biskuits auftrifft, selbst wenn sich der Biskuit vo-n einer erwarteten
Bewegungslinie fortbewegt hat. Die Lichtbalken sind genügend hell, damit die CCD-Anordnung
Impulse 64, 65 und 66 erzeugen kann, selbst von einer Reflektion der Lichtbalken
von dem dunkel gefärbten Förderer. Diese Bezugsimpulse werden durch den Kreis 7
geformt zur Erzeugung der Impulse 67, 68 bzw. 69. In Abwesenheit eines Biskuits
sind diese Impulse gleichmäßig auf der Abtastung entlang beabstandet und haben im
wesentlichen die gleiche Amplitude.
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Wenn dann ein Biskuit in der Mitte unter die Kamera eingeführt wird,
dann bleiben die äußeren Bezugs impulse 64 und 66 unverändert, jedoch wird anstatt
des Impulses 65 ein größerer Impuls 70 erzeugt, weil der Biskuit heller in der Farbe
ist und daher stärker reflektierend. Die Amplitude A des Impuls es 70 liefert daher
ein Maß für die Farbe der Oberfläche des Biskuits.
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Da die Lichtbündel den Förderer in einem spitzen Winkel erreichen,
trifft das von der Oberfläche des Biskuits reflektierte Licht infolge der Dicke
des Biskuits in einem anderen Bereich der CCD-Anordnung auf. Der Impuls 70 ist daher
um eine Entfernung d nach links verschoben, was eine Anzeige der Dicke des Bislcuits
ist. Der Impuls 70 ist geformt zur Erzeugung eines Rechteckimpulses 71. Wenn irgendeine
bedeutende Abweichung des Wertes d von dem genormten Wert gegeben ist, dann veranlaßt
die MPU 14 die Produktionsanlage, in der folgenden Produktion die erforderliche
Maßnahme zur Korrektur der Dicke zu treffen. Jede
Aufwärts- oder
Abwärtsbewegung des Förderers würde eine Verschiebung der Bezugsimpulse 67, 68 oder
69 verursachen und würde somit Anlaß geben zu einer unrichtigen Messung der Bi&kuitdickeO
Um eine solche Bewegung in Betracht zu ziehen, wird die Lage der Bezugsimpulse vor
und nach dem Durchgang Jedes überwachten Biskuits ;uberwacht.
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Um die Geschwindigkeit der Bewegung der Biskuite 5 auf dem Förderer
4 zu messen, wird entweder ein herkömmlicher Tachogenerator oder vorzugsweise ein
berührungsloser Geschwindigkeitssensor 18 benutzt, wie in Fig. 9 gezeigt. Der Sensor
18 enthält zwei reflektierende Fotodetektoren 72 und 73, die über dem Förderer in
Stellung gebracht sind, und diese Detektoren sind jeweils so an geschlossen, daß
sie die Eingänge eines Zählers 74 einstellen und zurückstellen. Der Zähler 74 zählt
die Taktschritte von einer Quel le 75 mit einer stabilen Impulsrepetierrate. Der
Zähler wird in Betrieb gesetzt durch die Vorderflanke eines Impulses, der von dem
Detektor 72 bei Durchgang eines Biskuits unter ihm erzeugt wird. Der Zähler zählt
die Talctschritte, bis die Vorderflanke eines Impulses, welcher von dem zweiten
Detektor bei Durchgang desselben Biskuits unter ihm erzeugt wird, einen Speicher
76 er reicht. Die Zählung wird dann in den Speicher herausgelesen und der Zähler
74 zurückgestellt. Die Zählung ergibt ein Maß der Geschwindigkeit der Bewegung.
Die Zählung wird nach oben gezählt für jeden Biskuit, der unter den Detektoren 72
und 73 hindurchgeht. Wenn die MPU 14 Daten mit Bezug auf die Geschwindigkeit der
Bewegung benötigt, dann fragt sie den Speicher 76 ab und überträgt gleichzeitig
ein Signal auf ein Gatter 77 über eine Leitung 78, um ein Weiterzählen der Zählung
während der Abfrage
zu verhindern. Die Taktschritte von der Quelle
75 werde durch den Teiler 79 frequenzgeteilt. Die geteilten Impulse bilden einen
Taktgeber für die Einstellung und Rückstellung des Zählers 80. Der Zähler 80 zahlt
die Impulse, die von dem Detektor 72 während der von dem Taktgeber festgesetzten
Zeitdauer erzeugt werden. Am Ende dieser Zeitdauer wird die Zählung in den Speicher
81 herausgelesen und der Zähler 80 gelöscht. Der Kreis zählt daher die Anzahl Biskuite,
die wahrend dieser Zeitdauer durch den Detektor 72 hindurchgehen. Die Zählung wird
während jeder nachfolgenden Zeitspanne weitergeschaltet. Die Zählung in dem Speicher
81 wird durch die 1PU 14 bei Bedarf herausgelesen; eine weitere Übergabe auf den
Speicher wird während des Herauslesens verhindert. Die ununterbrochene Messung der
Geschwindigkeit der Bewegung der Biskuite ist erforderlich, weil in der Geschwindigkeit
der üblichen Förderer häufig kurzzeitige Wechsel auftreten. Die MPU 14 verlangt
genaue Daten mit Bezug auf die tatsächlic Geschwindigkeit der Bewegung jedes überwachten
Biskuits über seine gesamte Länge.
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Es würde möglich sein, die Breite und Länge der Biskuite durch Abtasten
der Biskuite in Querrichtung, d. h. durch Anordnung der CCD-Anordnung 6 lotrecht
zur Mittellinie des Förderers zu messen. Jedoch bestehen bei der Abtastung der Biskuite
bei einem Winkel von 40 (oder etwa 450) zur Mittellinie erhebliche Vorteile.
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Es ist festgestellt worden, daß bei einem lotrechten Abtasten eines
Biskuits von 100 mm eine ausreichende Genauigkeit in der Bestimmung der Abmessungen
nur erzielt werden kann, wenn etwa 1000 Abtastungen durchgefuhrt werden. Dies bedeutet,
daß 2000 Übergänge gemessen werden, und da jeder Übergang 12 Speicherbits in dem
Speicher 12 verlangt, werden 2000 Speicherwörter von 12 Bit
3e
Biskuit benötigt. Eine geeignete Komponente für den Speicher 12 ist der übliche
16 K-Byte RAM. Ein solcher Speicher würde da her nach der Überwachung von nur 16.000/2.000
= 8 Biskuite gefüllt sein, was kein sehr großes Sample ist.
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Bei Verwendung der Abtastung von 450 gemäß der vorliegenden Erfindung
und durch Suchender Ecken rechteckiger Biskuite und der kleinsten und größten Zählungen
für runde Biskuite kann die Durch schnittsbildung durch die MPU recht erfolgreich
für eine-viel kleinere Anzahl von Abtastungen je Biskuit durchgeführt und können
demzufolge viel mehr Biskuite in das Sample eingeschlossen werden0 Da die Anzahl
Abtastungen je Biskuit stark reduziert ist, während die Geschwindigkeit des Biskuits
konstant bleibt, ist die Abtast zeit entsprechend reduziert. Das bedeutet, daß das
CCD-Eleoent länger Zeit hat, Ladung anzusammeln, bevor es abgefragt wird0 Jedes
Element-erzeugt daher ein größeres Ausgangssignal für-eine gegebene Beleuchtung
oder benötigt umgekehrt weniger Licht für ein gegebenes Ausgangssignal. Es ist sehr
vorteilhaft, die Licht menge zu reduzieren, so daß die durch die Lampen 26, 27 und
28 in dem Meßkopf 1 verzehrte Energie reduziert wird. Je niedriger die Umgebungstemperatur,
in welcher die CCD-Anordnung arbeitet, um so geringer ist das von den Elementen
erzeugte Dunkelgeräusch und um so besser der Geräuschabstand des Kameraausgangs.
Anderer seite je größer die Ausgangsssignale von den Elementen, um so besser ist
der Geräuschabstand. Es kann ein Kompromiß erreicht werden zwischen der reduzierten
Umgebungstemperatur und dem ver starken Ausgangs signal, was einen großen Gesamtnutzen
im Vergleich zu der viel höheren Abtastgeschwindigkeit erbringt, die
für
lotrechtes Abtasten erforderlich ist. Obwohl die obige Be-Beschreibung sich auf
das Abtasten bei 45 bezieht, welches ein optimaler Wert ist, ist es nicht wesentlich,
daß der Winkel 450 ist. Winkel zwischen etwa 300 und etwa 600 wären annehmbar, jedoch
werden die Vorzüge gegenüber der lotrechten Abtastung um so geringer, je mehr sich
der Winkel der Lotrechten nähert.
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Eine größere Annäherung der Abtastrichtung an die Richtung der Mittellinie
des Förderers ist ebenso nachteilig, weil eine grössere Anordnung (mit zugeordneten
größeren Zählungen) für das Abtasten derselben Biskuitbreite benötigt wurde.
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Für einen Abtastwinkel von 45 sind die von der MPU 14 ausgeführten
Berechnungen auch einfacher und lassen sich schneller ausführen; Obwohl die Vorrichtung
mit Bezug auf die Überwachung rechteckiger und runder Biskuite beschrieben worden
ist, könnte sie doch offensichtlich auch für die Überwachung von Parametern anderer
Biskuitformen benutzt werden, wie beispielsweise allgemein rechteckiger Biskuite
mit leicht gebogenen Kanten. Außerdem könnte sie auch für die Überwachung anderer
sich bewegender Gegenstände benutzt werden.
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Es können anstelle von Licht auch andere Strahlungsformen, wie beispielsweise
Ultraschall, benutzt werden, und es können ebenso auch andere strahlungsempSindliche
Element anstelle der ladungsgekoppelten Elemente benutzt werden.
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L e e r s e i t e