NL9300596A - Werkwijze en inrichting voor het meten van vormparameters van voorwerpen. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor het meten van vormparameters van voorwerpen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en eeninrichting voor het meten van vormparameters van voorwerpenonder gebruikmaking van een camera.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn in depraktijk bekend in verband met het klassificeren en/ofsorteren van voorwerpen, meer in het bijzonder groenten envruchten zoals appels, peren, tomaten, paprika's e.d. Daarbijworden de voorwerpen door een beeldveld van de camera gevoerd,en het door de camera verkregen beeld wordt in eenbeeldverwerkende inrichting verwerkt om de gewenste vorm¬parameters te verschaffen. De gebruikte camera is daarbij eennormale zwart/wit- of kleuren-camera.

Met de bekende werkwijze is een aantal nadelen verbonden.Een eerste nadeel betreft het empirisch gebleken feit, dat dekleur van een voorwerp van invloed is op de met de cameragemeten grootte. In het bijzonder zijn de door de camera vaneen licht voorwerp gemeten afmetingen groter dan die van eendonker voorwerp met gelijke fysieke afmetingen.

Een tweede nadeel betreft het feit, dat voor een goedmeetresultaat een goed contrast benodigd is tussen de te metenvoorwerpen en de achtergrond. Die achtergrond wordt gevormddoor het transportorgaan dat de voorwerpen door het beeldveldvan de camera transporteert, zoals een rollenbaan. Die rollenhebben standaard een zwarte kleur, en het is gebleken dat hetcontrast ten opzichte van donkere voorwerpen dermate laag is,dat hierdoor relatief veel meetfouten worden geïntroduceerd.Dit geldt in het bijzonder voor een bepaald type in de U.S.A.gekweekte appel, namelijk de "Red Delicious", die soms bijnazwart is. In de praktijk wordt geprobeerd dit probleem op telossen door gebruik te maken van een rollenbaan met eenlichtblauwe kleur, maar hiermee is het nadeel verbonden dat door het accumuleren van vuil de rollenbaan met verloop van detijd donkerder wordt waardoor het contrast vermindert.Daarenboven gebeurt die accumulatie op een ongedefinieerdewijze. Voorts is het een bezwaar, dat geen gebruik gemaakt kanworden van standaard (zwarte) onderdelen.

Een derde nadeel betreft het feit, dat het resulaat vande meting wordt beïnvloed door omgevingsfactoren, zoals dag¬licht of licht dat wordt toegepast bij een ander meetproces,bijvoorbeeld de kleurmeting die beschreven is in deNederlandse octrooiaanvrage 92.00236.

Een vierde nadeel betreft de capaciteit van de werkwijze,uitgedrukt in aantallen per tijdseenheid. Het zal duidelijkzijn dat de camera een goed beeld van het voorwerp kandetecteren wanneer dat in het beeldveld van de cameragedurende een bepaalde tijd wordt stil gehouden, maar dan isde capaciteit onaanvaardbaar laag. Daarenboven is de werkwijzeook bedoeld om te worden toegepast bij bestaande sorteer¬machines, en de werkwijze voor het meten van vormparametersmag de capaciteit van die sorteermachines niet verlagen.Derhalve worden de voorwerpen met een bepaalde snelheid doorhet beeldveld van de camera gevoerd.

Ten gevolge van die snelheid legt elk voorwerp in hetbeeldveld van de camera een bepaalde afstand af gedurende detijd dat de camera een beeld opneemt. Het door de cameragemeten beeld van het voorwerp is dus als het ware uitgesmeerdin de voortbewegingsrichting van de voorwerpen, waardoormeetonnauwkeurigheden geïntroduceerd worden. Hoe groter desnelheid van de voorwerpen, hoe groter die onnauwkeurigheid.Dit probleem wordt in de praktijk aangepakt door de voorwerpente belichten met korte lichtflitsen door middel vanflitsbuizen. Door de korte lichtflits ziet de camera als hetware een bevroren beeld van het voorwerp, het stroboscoop-effect. Deze oplossing is echter in de praktijk onbevredigendgebleken, aangezien de flitsbuizen onder de gewenstebedrijfsomstandigheden slechts een korte levensduur hebben vanongeveer 10.000 flitsen; daarbij geldt dat hoe korter detijdsduur van de door die flitsbuizen geleverde lichtflitsen is, des te korter de levensduur van die flitsbuizen is.Bovendien zijn de flitsbuizen gevoelig voor mechanischetrillingen, zoals die kunnen optreden bij sorteermachines,terwijl zij ook te lijden hebben van de hoge temperaturen dieoptreden als gevolg van het continue flitsbedrijf.

Voorts is daarbij een probleem, dat het meetstation moetworden afgeschermd van de omgeving, niet alleen om tevoorkomen dat omgevingslicht het meetstation kan bereiken ende meting kan beïnvloeden, maar ook, en niet in de laatsteplaats, om te voorkomen dat de lichtflitsen vanuit hetmeetstation de omgeving kunnen bereiken, hetgeen namelijk vooraldaar werkzaam personeel bijzonder storend is.

De uitvinding beoogt de genoemde nadelen op te heffen.

In het bijzonder is het een doel van de uitvinding om eenwerkwijze en een inrichting voor het meten van vormparametersvan voorwerpen te verschaffen waarbij de invloed van de kleurvan een voorwerp op de met de camera gemeten grootte nihil is,althans in sterke mate gereduceerd is.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen vaneen dergelijke werkwijze en inrichting waarbij de kleur van deachtergrond geen, althans in sterk verminderde mate, invloeduitoefent op het contrast, zodat gebruik gemaakt kan wordenvan standaard onderdelen.

Weer een verder doel van de uitvinding is het verschaffenvan een dergelijke werkwijze en inrichting waarbij de metingniet, althans in sterk verminderde mate, wordt beïnvloed dooromgevingslicht. In het bijzonder beoogt de uitvinding eendergelijke werkwijze en inrichting te verschaffen die geschiktis om gecombineerd te worden met de werkwijze en inrichtingvoor het uitvoeren van een kleurmeting zoals beschreven is inde Nederlandse octrooiaanvrage 92.00236.

Weer een verder doel van de uitvinding is het verschaffenvan een dergelijke werkwijze en inrichting met een hogeverwerkingscapaciteit, waarbij dus de transportsnelheid van devoorwerpen door het beeldveld van de camera betrekkelijk hoogmag zijn.

Volgens een belangrijk aspect van de uitvinding wordtdaartoe gebruik gemaakt van infrarood licht, bij voorkeur inhet gebied van 700 nm - 1000 nm, waarbij het gebied rondongeveer 850 nm de voorkeur geniet. Hierdoor wordt de metingongevoelig voor de kleur van de voorwerpen en het contrast metde achtergrond, terwijl de lichtflitsen in dit golflengte-gebied niet hinderlijk zijn voor het personeel in de omgeving.

Volgens een ander belangrijk aspect van de uitvindingwordt gebruik gemaakt van solid state LED's als lichtbron, diein staat zijn om een zeer korte lichtflits, met een tijdsduurkorter dan 20 ms en bij voorkeur in de orde van 1 ms, teverschaffen.

Nadere aspecten, kenmerken en voordelen van deonderhavige uitvinding zullen worden verduidelijkt door dehiernavolgende gedetailleerde bespreking van een voorkeurs¬uitvoeringsvorm onder verwijzing naar de tekening; hierintoont: figuur 1 schematisch een zijaanzicht van een gedeelte van eenvoorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting voor het uitvoerenvan de werkwijze volgens de uitvinding; figuur 2 schematisch een bovenaanzicht van een gedeelte van een in die inrichting gebruikte transportbaan; en figuur 3 schematisch een doorsnede van die transportbaan.

In figuur 1 is een voorkeursuitvoeringsvorm van eeninrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens deuitvinding in zijn algemeenheid aangeduid met het verwijzings-cijfer 1. De inrichting 1 omvat een camera 10, middelen 20 omvoorwerpen 2 door een beeldveld 11 van de camera 10 te voeren,en middelen 30 om de voorwerpen 2 te belichten. Het beeldveld11 van de camera 10, die bij voorkeur een matrixcamera is, isin figuur 1 door streep-lijnen begrensd. Voorts is in figuur 1getoond, dat voor de camera 10 een spiegel 12 kan zijnopgesteld. Een dergelijke opstelling beoogt slechts om in depraktijk de totale hoogte van de inrichting 1 te beperken,zoals op zich bekend.

De middelen 20 zijn ingericht om de voorwerpen 2 van linksnaar rechts, zoals aangeduid door de pijl F1 in figuur 1, te transporteren door het beeldveld 11 met een voorafbepaaldetranslatiesnelheid vi, en daarbij tevens aan de voorwerpen 2een rotatie te verschaffen, zoals aangeduid door de pijl F2 infiguur 1, waarbij de rotatieas loodrecht is gericht tenopzichte van de transportrichting Fl.

In het in figuur 1 weergegeven voorbeeld omvatten detransportmiddelen 20 een rollenbaan 21. Een dergelijkerollenbaan 21, waarvan in figuur 2 een bovenaanzicht en figuur3 een vooraanzicht is getoond, omvat rollen 22 die, evenwijdigaan elkaar, met hun uiteinden roteerbaar zijn bevestigd aaneen eindloze ketting, met onderling steeds gelijke afstanden,welke ketting wordt aangedreven. De rollen 22 hebben een inhoofdzaak cilindrische vorm, en kunnen een voor centrering envoor het doen roteren van de voorwerpen geschikte contourhebben. In de weergegeven uitvoeringsvorm hebben de rollen 22een voorafbepaald aantal roteer/centreer-organen 23, waarvande vorm in hoofdzaak overeenkomt met die van twee afgeknottekegels, gespiegeld tegen elkaar gemonteerd. Deroteer/centreer-organen 23 zijn volgens de uitvinding bijvoorkeur uitgevoerd in de standaardkleur zwart, hetgeen eenkostenbesparing betekent.

Wanneer de rollenbaan 21 wordt aangedreven om de voor¬werpen 2 te transporteren, zullen de rollen 22 roteren (pijlF3 in figuur 1) om de voorwerpen 2 te roteren. Daarbij kunnende rollen 22 steunen op een ten opzichte van een machineframestationair opgesteld steunvlak, maar bij voorkeur steunen derollen 22 op een ter plaatse van het beeldveld 11 opgesteldeeindloze, op aangedreven wielen of rollen opgespannen frictie-band 25 om de rotatiesnelheid van de rollen 22 en daarmede derotatiesnelheid van de voorwerpen 2 te beïnvloeden. Aangezieneen dergelijke rollenbaan 21 en frictieband 25 reeds bekendzijn en de aard en constructie daarvan geen onderwerp vormenvan de onderhavige uitvinding, en kennis van het functionerendaarvan voor een goed begrip van de onderhavige uitvindingniet nodig is voor een deskundige, zullen deze niet naderworden beschreven; voor een nadere beschrijving daarvan kanworden verwezen naar de Nederlandse octrooiaanvrage 92.00236.

Op een stationair frame 31, dat zich althans ter plaatsevan het beeldveld 11 boven de rollen 22 uitstrekt in detransportrichting, zijn lichtbronnen 40 gemonteerd, bijvoorkeur steeds naast de roteer/centreer-organen 23 van derollen 22. De lichtbronnen 40 bevinden zich op een dusdanigehoogte, dat zij, wanneer voorwerpen 2 op de rollenbaan 21getransporteerd worden, zich bevinden nabij de hartlijn van devoorwerpen 2, bij voorkeur in hoofdzaak gecentreerd tenopzichte van die hartlijn. In de praktijk hebben de voorwerpen2 natuurlijk niet alle exact dezelfde grootte. De lichtbronnen40 hebben daarom bij voorkeur een verticale afmeting, welke inrelatie tot hun hoogte-positie zodanig is gekozen dat, wanneerzij gepasseerd worden door voorwerpen 2 met de grootste teverwachten afmeting, de lichtbronnen 40 tenminste eenvoorwerpgedeelte boven de hartlijn daarvan kunnen belichten,en wanneer zij gepasseerd worden door voorwerpen 2 met dekleinste te verwachten afmeting, de lichtbronnen 40 tenminstehet voorwerpgedeelte ter hoogte van de hartlijn daarvan kunnenbelichten.

Om de inrichting 1 op een eenvoudige wijze te kunnenaanpassen aan verschillende soorten voorwerpen 2, zijn delichtbronnen 40 bij voorkeur in hoogte verstelbaar.

In een de voorkeur genietende uitvoeringsvorm omvatten delichtbronnen 40 een aantal solid state LED's 41 die infraroodlicht uitstralen met een golflengte in het gebied van ongeveer700 nm tot ongeveer 1000 nm, waarbij het gebied rond ongeveer850 nm de voorkeur geniet. De camera 10 is geselecteerd omvoor deze golflengte gevoelig te zijn. In een getesteuitvoeringsvorm straalt elke LED 41 zijn licht uit in eenbundel 43 met een tophoek α in het gebied van ongeveer 5° totongeveer 15°. Elke LED 41 is zodanig opgesteld, dat de as vande bundel 43 in hoofdzaak in een horizontaal vlak is gelegenen een hoek van ongeveer 45° maakt met de transportrichting.Zoals duidelijk in figuur 3 is getoond, zijn de LED's 41 indeze uitvoeringsvorm opgesteld in vier horizontale rijen 42χ,422, 423 en 424 boven elkaar, waarbij de LED's 41 in elke rijonderling in dezelfde richting zijn gericht, en waarbij de LED's 41 in de bovenste rij 42χ en de derde rij 423 tegen¬gesteld gericht zijn aan de LED's 41 in de tweede rij 422 ende onderste rij 424. Het "tegengesteld" wordt hierbij bedoeld,dat de LED's 41 onder een hoek van ongeveer 45° ten opzichtevan de transportrichting naar voren danwel naar achterengericht kunnen zijn, teneinde respectievelijk de achterzijdeen de voorzijde van passerende voorwerpen 2 te belichten.

Door de in het voorgaande beschreven maatregelen wordteen goede verlichting geboden van de contour van de voorwerpen2 zoals waargenomen door de camera 10, zoals duidelijk blijktuit figuur 2. De LED's kunnen worden aangestuurd om een kortelichtflits, met een tijdsduur van ongeveer 1 ms, teverschaffen, waardoor de camera 10 de voorwerpen 2 slechtsgedurende een zeer korte tijd kan waarnemen, hetgeen betekentdat de camera 10 een nagenoeg stilstaand beeld van de voor¬werpen 2 waarneemt ondanks een vrij hoge transportsnelheid.

Een door de camera 10 verschaft beeldsignaal wordttoegevoerd aan een ter wille van de eenvoud niet weergegevenbeeldverwerkende inrichting, die een op zich bekende beeld-verwerkende inrichting kan zijn.

De beeldverwerkende inrichting kan zijn ingericht om uithet ontvangen beeldsignaal een voorafbepaalde vormparameter teberekenen.

Op basis van de berekende vormparameter kan de beeld¬verwerkende inrichting een stuursignaal genereren voor eennageschakeld sorteerapparaat teneinde de voorwerpen tesorteren.

Afhankelijk van het soort van de voorwerpen 2, enafhankelijk van de wens van de gebruiker van de inrichting 1,kan die vormparameter bijvoorbeeld eenvoudigweg de grootstelengte-afmeting Lmax zijn, of de grootste dwarsafmeting Dmav·.Ook kan als vormparameter de verhouding Lmax/Dmax worden benut.

Het is ook mogelijk dat de beeldverwerkende inrichtingis ingericht om van voorwerp 2 de grootste dwarsafmeting Dmaxen de kleinste dwarsafmeting Dmin te bepalen, en alsvormparameter de verhouding Dmax/Dmin te berekenen. Het zalechter duidelijk zijn, dat het de gebruiker vrij staat om de beeldverwerkende inrichting te programmeren om eenwillekeurige, geschikt geachte vormparameter te berekenen uithet ontvangen beeldsignaal. Daarbij kan de beeldverwerkendeinrichting zijn ingericht om van elk voorwerp 2 eenvoorafbepaald aantal beeldsignalen te ontvangen, steedsverkregen van een andere rotatie-stand van dat voorwerp 2, ende gewenste vormparameter te berekenen als gemiddelde of juistals uiterste waarde van de gemeten waarden.

Volgens een verdere uitwerking van de uitvindingsgedachtekan de beeldverwerkende inrichting, ten behoeve van eenkwaliteitscontrole, zijn ingericht om het ontvangenbeeldsignaal te onderzoeken op kenmerken die representatiefzijn voor aantasting van het voorwerp. Gebleken is, datbeschadigde plekken van groente of fruit ten gevolge vanvallen of stoten e.d., of ten gevolge van schimmelaantasting,onder infrarood licht eerder en duidelijker waarneembaar zijndan onder zichtbaar licht.

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat hetmogelijk is de weergegeven uitvoeringsvorm van de inrichtingvolgens de uitvinding te veranderen of te modificeren, zonderde uitvindingsgedachte of de beschermingsomvang te verlaten.Voorts zal het duidelijk zijn dat de uitvinding niet isbeperkt tot toepassing bij groente of fruit.

Claims (12)

1. ' Werkwijze voor het meten van vormparameters vanvoorwerpen (2), waarbij met behulp van een camera (10) eenbeeldsignaal wordt verkregen van de voorwerpen (2), met hetkenmerk, dat het beeldsignaal wordt verkregen in het infrarodegolflengtegebied.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat devoorwerpen (2), althans in een beeldveld (11) van de camera(10), worden belicht met infrarood licht, dat bij voorkeur eengolflengte in het gebied van 700 nm - 1000 nm heeft.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, datde voorwerpen (2), althans in een beeldveld (11) van de camera(10), worden belicht met behulp van solid state LED's (41), endat de solid state LED's (41) worden aangestuurd omlichtflitsen af te geven met een tijdsduur van minder dan 20ms en bij voorkeur ongeveer 1 ms.

4. Werkwijze voor het beoordelen van voorwerpen, waarbij devoorwerpen in één beoordelingsstation worden waargenomen doorenerzijds een kleurencamera voor het uitvoeren vankleurmetingen en daartoe worden belicht met zichtbaar licht,en anderzijds door een voor infrarood licht gevoelige camera(10) voor het meten van vormparameters van die voorwerpen (2)en daartoe worden belicht met infrarood lichtflitsen, welklicht bij voorkeur een golflengte in het gebied van 700 nm -1000 nm heeft, en welke flitsen een tijdsduur van minder dan20 ms en bij voorkeur ongeveer 1 ms hebben.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met hetkenmerk, dat het verkregen beeldsignaal wordt verwerkt voorhet berekenen van de verhouding Lmax/Dmax, waarbij Lmax degrootste lengte-afmeting en Dmax de grootste dwarsafmetingvan een gemeten voorwerp is.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met hetkenmerk, dat het verkregen beeldsignaal wordt verwerkt tenbehoeve van kwaliteitscontrole door afwijkende plekken, dierepresentatief kunnen zijn voor beschadiging en/ofschimmelaantasting, van de voorwerpen te detecteren.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met hetkenmerk, dat aan de te onderzoeken voorwerpen (2) meerderemetingen worden verricht, steeds bij een andere rotatie-standvan dat voorwerp (2), en dat de gewenste vormparameter wordtberekend als gemiddelde of juist als uiterste waarde van degemeten waarden.

8. Inrichting voor het meten van vormparameters vanvoorwerpen, omvattende: een met een beeldverwerkende inrichting gekoppelde camera (10) , bij voorkeur een matrixcamera; transportorganen (20) om de voorwerpen (2) te transporterendoor een beeldveld (11) van de camera (10); enbelichtingsmiddelen (30) om de voorwerpen (2) in het beeldveld (11) van de camera (10) te belichten;met het kenmerk: dat de belichtingsmiddelen (30) infrarood licht uitstralendelichtbronnen (40; 41) omvatten, en dat de camera (10) gevoeligis voor infrarood licht.

9. Inrichting voor het meten van vormparameters vanvoorwerpen, bij voorkeur volgens conclusie 8, omvattende:een met een beeldverwerkende inrichting gekoppelde camera (10) , bij voorkeur een matrixcamera; transportorganen (20) om de voorwerpen (2) te transporterendoor een beeldveld (11) van de camera (10); enbelichtingsmiddelen (30) om de voorwerpen (2) in het beeldveld (11) van de camera (10) te belichten;met het kenmerk: dat de belichtingsmiddelen (30) solid state LED's (41)omvatten.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, datde belichtingsmiddelen (30) in hoogte verstelbare lichtbronnen(40; 41) omvatten, en dat de hoogtepositie van de lichtbronnen(40; 41) kan worden ingesteld om overeen te komen met dehoogte van de hartlijn van voorwerpen (2) wanneer deze zich inhet beeldveld (11) bevinden.

11. Inrichting volgens ten minste één der voorgaandeconclusies, met het kenmerk, dat een lichtbron zijn lichtuitstraalt in een bundel (43) waarvan de as in hoofdzaak ineen horizontaal vlak is gelegen en een hoek van ongeveer 45°maakt met de transportrichting.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat delichtbronnen (40; 41) zijn opgesteld in horizontale rijen(42i, 422, 423 en 424) , waarbij de lichtbronnen (40; 41) inelke rij onderling in dezelfde richting zijn gericht, enwaarbij de lichtbronnen (40; 41) in elke rij tegengesteldgericht zijn aan de lichtbronnen (40; 41) in de naburige rijresp. rijen.