DE3327954C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Identifizierung von Farben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der (DE-OS 28 32 382) entnehmbar. Bei diesem Verfahren werden mit Verstärkern, deren Verstärkungsgrad fest eingestellt ist, jeweils Ausgangssignale für die drei reinen Farben Rot, Grün und Blau zusammen mit Grundanteilen erzeugt. Aus den Ausgangssignalen und den Grundanteilen (Ruhepotentialen) werden absolute Farbanteile gewonnen, die aufsummiert werden. Die Farbanteile und die Summe wird einer Komparatorbank zugeführt, in der ein gewichteter Vergleich zur Bestimmung der jeweiligen Farbe durchgeführt wird.

Bekannt ist auch ein Farbmeßgerät mit mehreren lichtempfindlichen Empfängern, von denen einige voneinander unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten besitzen. Durch Eichung wird die spektrale Empfindlichkeit des jeweiligen photoelektrischen Empfängers bestimmt. Die Empfänger sind über einen Multiplexer und einen Analog-Digital-Wandler mit einem Rechner verbunden, der aus den empfangenen Signalen und den gespeicherten spektralen Empfindlich­ keiten der Empfänger sowie an Hand gespeicherter Normspektralwertkurven Farbwertanteile berechnet (DE-OS 25 46 253).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Werte für die Farbarten unabhängig von Beleuchtungsschwankungen bestimmt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Dem Sollwert entspricht bei diesem Verfahren eine bestimmte Helligkeit der Farbe auf der Gegenstandsoberfläche. Verändert sich diese Helligkeit, dann werden die Farbanteilsignale durch die Regelung so beeinflußt, daß sie wieder auf diejenigen Werte zurückkehren, die sie bei dem Sollwert der Helligkeit haben. Bei der Abtastung farbiger Oberflächenbereiche kann sich die Helligkeit der Farbe durch äußere Einwirkungen ändern. Falls eine künstliche Beleuchtung verwendet wird, wird die Beleuchtungsstärke der Oberfläche und damit die Helligkeit der Farbe durch Lichtstärkeänderungen des Beleuchtungskörpers beeinflußt. Solche Lichtstärkeänderungen treten durch Alterung und durch Schwankungen der Versorgungsspannung auf. Zusätzlich können die Tageshelligkeit oder andere künstliche Beleuchtungskörper, die wahlweise aus- und eingeschaltet werden, die Beleuchtungsstärke an der Oberfläche und damit die Helligkeit verändern. Bei natürlicher Beleuchtung ändert sich die Beleuchtungsstärke und damit die Helligkeit in Abhängigkeit von der Witterung und der Tages- beziehungsweise Jahreszeit sehr stark.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des im Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens mit einer einen Oberflächenbereich auf photoelektrischen Empfängern abbildenden Optik, wobei Filter zur Gewinnung der Farbanteilsignale für Rot, Grün und Blau zwischengschaltet und den Empfängern jeweils Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsgrad nachgeschaltet sind, weist erfindungsgemäß die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 2 auf. Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen schaltungstechnischen Aufbau aus. Mit dieser Vorrichtung lassen sich Farbarten stabil und genau messen.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung ist im Anspruch 4 beschrieben. Die im Anspruch 4 angegebenen Analogmultiplizierer ermöglichen eine genaue und schnelle Verstärkung der von den photoelektrischen Empfängern angegebenen Signale. Analogmultiplizierer sind überdies günstig verfügbar, so daß sich die Schaltungsanordnung wirtschaftlich herstellen läßt.

Zweckmäßigerweise wird die Regelabweichung auf einen Maximalwert überwacht, bei dessen Überschreitung eine Meldung erzeugt wird. Wenn die Analogmulti­ plizierer ihre Sättigungswerte erreichen, ist dies an der Meldeeinrichtung feststellbar. Diesen Sättigungswerten entsprechen kleine Werte der Beleuch­ tungsstärke auf den Gegenständen, bei der keine genaue Messung der Farbart mehr möglich ist. Wenn die Grenzen des Meßbereichs erreicht werden, wird dies daher automatisch gemeldet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist in Anspruch 6 beschrieben. Die Anordnung gemäß Anspruch 6 hat eine hohe Genauigkeit bei einer schnellen Verfügbarkeit der Farbanteilsignale.

Es ist günstig, einen vierten multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer vorzusehen, dem ein dem Grenzwert des Meßbereichs entsprechendes Eingangs­ signal zugeführt ist und dessen Multiplikationseingang an den Augang des Vor-Rückwärts-Zählers gelegt ist, während der Ausgang über einen Spannungs­ folger mit einer Meldeeinrichtung verbunden ist. Mit dieser Anordnung wird mit der Erreichung der Grenze der multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer automatisch eine Meldung hervorgerufen.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind nach jeweils einem Farbauszugsfilter für eine Grundfarbe drei photoelektrische Empfänger eng nebeneinander angeordnet. Diese Vorrichtung hat einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau. Da auf jedem der drei Empfänger ein Bereich abgebildet wird, der auf der Gegenstandsoberfläche sehr nahe an den beiden anderen Bereichen liegt, kann eine gleichförmige Farbart auf allen drei Oberflächen­ abschnitten unterstellt werden. Insbesondere ist dies bei regelmäßig geformten bzw. großflächigen Gegenständen der Fall. Eine Abtasteinrichtung wird im übrigen so auf die Oberflächen ausgerichtet, daß ebene Bereiche erfaßt werden, die im Abstand von Kanten oder Enden liegen.

Vorzugsweise sind vor dem Farbauszugsfiltern ein Infrarotfilter und ein Interferenzkantenfilter angeordnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 im Schema eine Vorrichtung zur Erzeugung von Farbanteilsignalen, mit denen die Farbart eines Oberflächenbereiches festgestellt werden kann,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Anordnung zur Erzeugung elektrischer Farbanteilsignale, und

Fig. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer Anordnung zur Erzeugung elektrischer Farbanteilsignale.

Ein Oberflächenbereich 1 eines Gegenstandes 2 wird durch eine Optik 3 auf drei in engem Abstand nebeneinander ange­ ordneten photoelektrischen Empfängern 4, 5, 6 abgebildet. Im Strahlengang des den Bereich 1 abbildenden Lichtbündels sind jeweils drei Farbauszugfilter 7, 8, 9 vor den photo­ elektrischen Empfängern 4, 5, 6 angeordnet. Das Farbaus­ zugfilter 7 ist z. B. für die Primärfarbe Rot durchlässig. Die Farbauszugfilter 8 und 9 sind jeweils für die Primär­ farben Grün und Blau durchlässig. An den Ausgängen der photoelektrischen Empfänger 4, 5, 6 sind daher drei Sig­ nale vorhanden, die jeweils für die Primärfarben Rot, Grün und Blau der Farbart und der bei der Abtastung herrschen­ den Helligkeit entsprechen.

Die Ausgangssignale der photoelektrischen Empfänger 4 bis 6 werden jeweils Verstärkern 10, 11, 12 zugeführt, deren Ausgangssignale mittels Widerständen 13, 14, 15 zu einem Summensignal vereinigt werden. Dieses Summensignal wird als Istwert einer Regelgröße mit einem vorgegebenen, gleichbleibenden Sollwert verglichen, der z. B. von einer Referenzspannungsquelle 16 erzeugt wird. Die gemeinsame Anschlußstelle 17 der Widerstände 13, 14, 15 ist mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 18 verbunden, an dessen zweiten Eingang die Referenzspannungsquelle 16 angeschlos­ sen ist. Der Differenzverstärker erzeugt ein der Differenz der Eingangssignale entsprechendes Regelabweichungssignal, das gemeinsam den als Verstärker mit einstellbarem Ver­ stärkungsgrad ausgebildeten Verstärkern 10, 11, 12 zuge­ führt wird. Mit dem Regelabweichungssignal werden die Ver­ stärkungsfaktoren so eingestellt, daß das Regelabweichungs­ signal Null wird bzw. einen sehr kleinen Wert aufweist. An den Ausgängen der drei Verstärker 10, 11, 12 sind dem­ nach Farbanteilsignale verfügbar, die immer auf eine gleiche, dem Sollwert entsprechende Helligkeit bezogen sind und die deshalb von den Schwankungen der Beleuchtungs­ stärke auf der Oberfläche im Bereich 1 unabhängig sind.

Die drei Farbanteilsignale werden jeweils einem Eingang eines Differenzverstärkers 19, 20, 21 zugeführt. Die zweiten Eingänge der Differenzverstärker sind je an eine Referenzspannungsquelle 23, 24, 25 angeschlossen. Die Höhe der jeweiligen Referenzspannungen legt für den ent­ sprechenden Farbanteil die Farbart und die Helligkeit fest. Die additive Mischung dieser drei durch Referenz­ spannungen vorgegebenen Farbanteile ergibt eine bestimmte Farbe. Wenn diese Farbe im Bereich 1 der Oberfläche fest­ gestellt wird, erzeugen die Differenzverstärker 19, 20, 21 unabhängig von der Helligkeit dieser Farbe Überein­ stimmungen mit den Referenzspannungen anzeigende Sig­ nale, die über ein UND-Glied 26 zu einer gemeinsamen Mel­ dung verknüpft werden und weiterverarbeitet werden können, um z. B. Auswählorgane zu steuern. Mit derartigen Aus­ wählorganen können z. B. Gegenstände, deren Farbe der­ jenigen entspricht, die über die Referenzspannungsquelle ausgewählt ist, aussortiert werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung werden die von den photoelektrischen Empfängern 4, 5, 6 abgege­ benen Signale zweckmäßigerweise über nicht dargestellte Verstärker jeweils an einen Eingang 27, 28, 29 eines Analogmultiplizierers 30, 31, 32 gelegt. Die Ausgänge 33, 34, 35 der Analogmultiplizierer 30, 31, 32 sind jeweils über Widerstände 36, 37, 38 miteinander verbunden. Die gemeinsame Anschlußstelle der Widerstände 36, 37, 38 ist mit dem einen Eingang eines Differenzverstärkers 39 ver­ bunden, dessen zweiter Eingang an eine Referenzspannungs­ quelle 40 angeschlossen ist. Die Widerstände 36, 37, 38 erzeugen ein Summensignal aus den Ausgangssignalen der Analogmultiplizierer 30, 31, 32. Dieses Summensignal wird mit der Referenzspannung vom Differenzverstärker 39 ver­ glichen, der ein der Differenz der Eingangssignale ent­ sprechendes Regelabweichungssignal an die zweiten Ein­ gänge der Analogmultiplizierer 30, 31, 32 abgibt, bei denen es sich um Vierquadranten-Multiplizierer handeln kann, die als Verstärker mit einstellbarer Verstärkung geschaltet sind. Der Differenzverstärker liefert die Steuerspannung für die Analogmultiplizierer 30, 31, 32.

An den Ausgängen 33, 34, 35 sind jeweils Farbanteilsignale verfügbar, die von den Helligkeitsschwankungen im Bereich 1 unabhängig sind.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 39 ist mit einer Diskriminatorschaltung verbunden, bei der es sich um einen weiteren Differenzverstärker 41 handelt, der an seinem zweiten Eingang mit einer Bezugsspannungsquelle 44 verbun­ den ist. Durch die Bezugsspannungsquelle 44 wird ein Maximalwert für das Regelabweichungssignal festgelegt. Bei Überschreitung dieses Maximalwertes gibt der Differenz­ verstärker 41 ein Signal ab, das eine nachgeschaltete akustische Meldeeinrichtung 47 betätigt. Wenn der Maximal­ wert überschritten wird, ist dies ein Zeichen, daß die Summe der Spannungen an den Ausgängen 33, 34, 35 zu klein ist, d. h. daß die Helligkeit auf der abgetasteten Ober­ fläche nicht ausreicht.

An die Ausgänge 33, 34, 35 sind Differenzverstärker in gleicher Weise wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ange­ schlossen. Der Übersichtlichkeit halber wurde die aus den Elementen 19, 20, 21, 23, 24, 25 und 26 bestehende Anord­ nung in Fig. 2 nicht dargestellt. Eine die Teile 41, 44 und 47 enthaltende Überwachungsanordnung ist zweckmäßiger­ weise bei der Anordnung gemäß Fig. 1 vorhanden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Farbanteilsignalen, die unabhängig von Be­ leuchtungsschwankungen sind, werden die analogen Ausgangs­ signale der photoelektrischen Empfänger 4, 5, 6 je einem Eingang 48, 49, 50 eines multiplizierenden Digital-Analog- Umsetzers 51, 52, 53 zugeführt. Die Digital-Analog-Um­ setzer 51, 52, 53 haben Multipliziereingänge für digitale Signale. Die nicht näher bezeichneten Multipliziereingänge sind an den Ausgang eines Vor-Rückwärts-Zählers 54 ange­ schlossen, dessen Ausgang einen weiteren multiplizierenden Digital-Analog-Wandler 55 speist. Der Analog-Eingang des multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers 55 wird von einem Referenzsignal beaufschlagt, das eine Spannungs­ quelle 69 erzeugt. Den nicht näher bezeichneten analogen Ausgängen der Digital-Analog-Umsetzer 51, 52, 53, 55 sind Spannungsfolger 56, 57, 58, 59 für die Impedanzwandlung nachgeschaltet. An den Ausgängen der Impedanzwandler 56, 57, 58 stehen Farbanteilsignale zur Verfügung, deren Höhe unabhängig von Änderungen der Leuchtdichte auf dem Be­ reich 1 ist. Die Ausgänge der Impedanzwandler 56, 57, 58 sind jeweils über Widerstände 60, 61, 62 miteinander ver­ bunden, die an ihrem gemeinsamen Anschluß einerseits über einen weiteren Widerstand 63 und eine Referenzspannungs­ quelle 64 an Erdpotential gelegt und andererseits mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 65 verbunden sind, dessen zweiter Eingang ebenfalls an Erdpotential gelegt ist.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 65 ist mit dem Steuereingang des Vor-Rückwärts-Zählers 54 verbunden, dessen Zähleingang an einen Taktgeber 66 angeschlossen ist, der eine Impulsfolge mit konstanter Frequenz erzeugt.

Aus den drei Farbanteilsignalen, die von den Spannungs­ folgern 56, 57, 58 ausgegeben werden, bilden die Wider­ stände 60, 61, 62 einen Istwert der Regelgröße, der mit dem von der Referenzspannungsquelle 64 erzeugten Sollwert verglichen wird. Die Differenz zwischen Istwert und Soll­ wert steht am Differenzverstärker 65 an, der je nach der Polarität ein entsprechendes Steuersignal an den Vor-Rück­ wärts-Zähler 54 abgibt. Mit diesem Steuersignal wird die Zählrichtung der Impulse des Taktgebers 66 vorgegeben.

Ein der Anzahl der im Vor-Rückwärts-Zähler 54 aufsummier­ ten Impulse entsprechender Wert stellt an den Digital-Analog-Umsetzern 51, 52, 53 den Multiplikator für die analogen Signale an den Eingängen 48, 49, 50 ein. Ein entsprechendes multipliziertes Signal tritt in ana­ loger Form an jedem der Ausgänge der Digital-Analog-Um­ setzer 51, 52, 53 auf. Der Wert im Vor-Rückwärts-Zähler 54 wird im Sinne einer Reduzierung des Regelabweichungssig­ nals am Eingang des Differenzverstärkers 65 beeinflußt.

Am Ausgang des Spannungsfolgers 59 steht ein analoges Sig­ nal an, das zur Anzeige verwendet wird, wenn die Kapazität der Digital-Analog-Umsetzer 51, 52, 53 überschritten wird. Anstelle des D/A-Wandlers 55, der Spannungsquelle 69 und des Spannungsfolgers 59 kann vorzugsweise ein Vergleicher eingesetzt werden, der das Ausgangssignal des Vor-Rück­ wärts-Zählers 54 auf einen bestimmten maximalen Zählstand überwacht.

Vor den Farbauszugfiltern 7, 8, 9 sind im Strahlengang jeweils ein Infrarotfilter 67 und ein Interferenzkanten­ filter 68 angeordnet (Fig. 1).

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung liegen die photo­ elektrischen Empfänger 4, 5, 6 eng nebeneinander. Dies bedeutet, daß unterschiedliche Teile des Bereichs 1 auf den Empfängern 4, 5, 6 abgebildet werden. Eine solche Anordnung arbeitet dann genau, wenn diese Teile die glei­ che Farbe haben, d. h. keine oder nur vernachlässigbare Farbänderungen zwischen den Teilen vorkommen. Für eine Vielzahl von Gegenständen ist diese Anordnung ausreichend, da die vorstehend erläuterten Bedingungen vorliegen. Die drei Farbanteile können bedarfsweise auch aus der Strah­ lung des gleichen Flächenelements ausgefiltert werden, indem dichroitische Spiegel in Verbindung mit Filtern eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Identifizierung von Farben, deren Farbanteile von Rot, Grün und Blau mittels Filtern und photoelektrischen Empfängern zur Gewinnung von Farbanteilsignalen gemessen werden, die jeweils in Verstärkern mit einstellbarem Verstärkungsgrad verstärkt und anschließend zu einem Summensignal verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Ausgangssignale der einstellbaren Verstärker Auswerteschaltungen zugeführt werden,
• - daß der Verstärkungsgrad der einstellbaren Verstärker derart verändert wird, daß das Summensignal als Istwert einer Regelgröße mit einem einstellbaren Sollwert, der einer bestimmten Helligkeit des abgetasteten Oberflächenbereichs entspricht, zur Erzeugung eines der Regelabweichung entsprechenden Signals verglichen wird und
• - daß mit dem der Regelabweichung entsprechenden Signal über die einstellbaren Verstärker das Summensignal im Sinne einer Reduzierung der Regelabweichung auf Null oder auf einen sehr kleinen Wert verändert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer einen Oberflächenbereich auf photoelektrischen Empfängern abbildenden Optik, wobei Filter zur Gewinnung der Farbanteilsignale für Rot, Grün und Blau zwischengeschaltet und den Empfängern jeweils mit einstellbarem Verstärkungsgrad nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Verstärker (10, 11, 12; 30, 31, 32; 51, 52 53) einerseits mit Auswerteschaltungen (19, 20, 21, 23, 24, 25, 26) und andererseits jeweils mit Summierwiderständen (13, 14, 15; 36, 37, 38; 60, 61, 62) verbunden sind, daß das Ausgangssignal der Summierwiderstände (13, 14, 15; 36, 37, 37; 60, 61, 62) an den Eingang einer Einrichtung (16, 18; 39, 40; 63, 64, 65) zum Vergleichen mit einem dem Sollwert entsprechenden Signal gelegt ist und daß das der Regelabweichung entsprechende Ausgangssignal dieser Einrichtung zum Vergleichen an die Steuereingänge der Verstärker (10, 11, 12; 30, 31, 32; 51, 52, 53) zur Einstellung des Verstärkungsgrads gelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den einstellbaren Verstärkern (10, 11, 12; 30, 32; 51, 52, 53) jeweils Eingänge von Differenzverstärkern (19, 20, 21) nachgeschaltet sind, deren zweite Eingänge von Referenzsignalen beaufschlagt sind und deren Ausgäng mit einem UND-Glied (26) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Verstärker Analogmultiplizierer (30, 31, 32) sind, deren Ausgänge (33, 34, 35) über die Summierwiderstände (36, 37, 38) an einen Eingang eines Differenzverstärkers (39) angeschlossen sind, dessen zweiter Eingang von einer Referenzspannung beaufschlagt ist und dessen Ausgang an die zweiten Eingänge der Analogmultiplizierer (30, 31, 32) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (41, 44, 47; 55, 59, 69) vorgesehen ist, die das der Regelabweichung entsprechende Signal auf einen Maximalwert überwacht, bei dessen Überschreitung eine Meldung erzeugt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Verstärker multiplizierende Digital-Analog- Umsetzer (51, 52, 53) sind, deren Ausgänge über die Summierwiderstände (60, 61, 62) mit einer Referenzspannungsquelle (64) verbunden sind, und daß die gemeinsame Verbindungsstelle der drei an Analog-Digital-Umsetzer (51, 52, 53) angeschlossenen Summierwiderstände mit einem Differenzverstärker (65) verbunden ist, dem der Steuereingang eines von Zählimpulsen beaufschlagten Vor-Rückwärts-Zählers (54) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang an die Steuereingänge der multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer (51, 52, 53) gelegt ist.

7. Vorrichtung nach den Anspruche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter multiplizierender Digital-Analog-Umsetzer (55) vorgesehen ist, dem ein dem Grenzwert des Meßbereichs entsprechendes Eingangssignal zugeführt ist und dessen Multiplikatoreingang an den Ausgang des Vor-Rückwärts-Zählers (54) gelegt ist, während der Ausgang über einen Spannungsfolger (59) mit einer Meldeeinrichtung verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeweils einem Farbauszugsfilter (7, 8, 9) für eine Grundfarbe die drei photoelektrischen Empfänger (4, 5, 6) eng nebeneinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Farbauszugsfiltern (7, 8, 9) ein Infrarotfilter (67) und ein Interferenzkantenfilter (68) angeordnet sind.