Farbsensor

[Stefan86]

Hallo!

Im Rahmen eines Projektes während meines Studiums (Maschinenbau) muss ich eine Anlage bauen welche Gummibären der Farbe nach sortiert. Das Hauptproblem dabei ist nun, dass ich als Maschinenbauer von Sensorik und Elektronik eher wenig Ahnung habe und somit die Farberkennung sehr schwer für mich zu realisieren ist.

Mein erster Ansatz war ein Gehäuse in dem ich einen Punkt durch zwei hellweiße LEDs beleuchtet habe und dann die Farbe der "vorbeifahrenden" Gummibären mit Hilfe des SMD - RGB (http://www.conrad.de/goto.php?artikel=180381) Sensors von Conrad an dieser Stelle über die sich ändernde Voltzahl messe.
Das Problem ist nun, dass die Messwerte alle sehr nahe beieinander liegen

Rote Bärchen: R=0,206V, G=0,185V, B=0,160V
Orange Bärchen: R=0,204V, G=0,187V, B=0,175V

Und diese Werte streuen (ja nach Lage des Bärchens) um +/- 0,01V, was eine Auswertung unmöglich macht.

Und nun meine Fragen:

Habe ich beim Verbauen dieses Sensors einen Fehler gemacht?
Gibt es evtl. ein besseres Messprinzip?
Gibt es evtl. einen besseren Messsensor?

Bitte beachtet, dass ich das Ausgangssignal nachher in einer SPS-Anlage verarbeiten muss.

Ich hoffe, ihr könnt mir weiterhelfen.

Vielen Dank!

Stefan

[Besserwessi]

Der Farbsensor sollte eigentlich schon gehen. Man sollte aber sicherstellen, dass nur das licht gemessen werid das von der Probe kommt, und kein Licht vom Hintergrund. Auch ist eine weisse LED nicht unbedingt die ideal Beleuchtung. Die weissen LEDs geben vor allem blaues und gelbes Licht ab, und nur relativ wenig rot und grün. Besser wäre da eventuell eine Glühbirne oder seperate LEDs in Rot, gelb, grün, blau.
Wenn man ohnehin seperate LEDs nimmt, könnte man aber auch die LEDs einzelen ein/ausschalten, und eine normale Fotodiode als Empfänger nehmen. Für das Interface zur SPS könnte das allerdings ein Nachteil sein.

[Stefan86]

Danke für die Antwort! Wird direkt ausprobiert

[ranke]

Bei der Auswertung der Signale ist es vermutlich sinnvoll nicht die Absolutwerte der einzelnen Farbintensitäten, sondern das Verhältnis der Intensitäten auszuwerten.
Also z.B. R/G und G/B.
B/R braucht man dann nicht mehr zu beachten, das ist ja schon durch die anderen beiden Verhältnisse definiert.
Durch dieses Verfahren fällt die absolute Intensität heraus und damit Schwankungen der Helligkeit der Beleuchtung oder ungenaue Positionierung des Bärchens.

[Frank E.]

Weiße LEDs sind für Farbselektion ausgesprochen ungeeignet, sie haben ein misserables Spektrum. Eigentlich erzeugen sie nur Blau und Gelb, was zwar im Auge den Eindruck Weiss erweckt, aber mit Weiss im spektralen Sinne nicht viel zu tun hat.

Ich würde also erstmal eine andere Lichquelle nehemen: Glühlampe oder zur Not CFL- oder Energiesparlampe.

Eine andere Idee wird sogar in Farbmessgeräten verwendet (Colorvison Datacolor 1005): nacheinander mit farbigen LEDs (rot, orange, gelb, grün, blau, uv) die Probe beleuchten und mit einem breitbandigen Sensor (CDS-Fotowiderstand) ohne irgendwelche Filter die Remissionswerte ermitteln ... Im Datacolor dauert die Messung ca. 1/3 Sekunde und ist so genau, dass man damit Drucker profilieren kann.

Frank

[Besserwessi]

CdS Fotowiderstände sind als Sensor für eine Farbmessung nicht geeignet, denn die reagieren nicht auf rot und sind außerdem nicht besonders linear und Temperaturabhängig. Eine normale Si- Fotodiode oder auch ein Fototransistor ist da besser. Die recht hohe Empfindlichkeit auf rot kriegt man mit der Kalibrierung gut kompensert.

[Frank E.]

CdS Fotowiderstände sind als Sensor für eine Farbmessung nicht geeignet, denn die reagieren nicht auf rot ....

Da muss ich widersprechen. Nicht umsonst werden CdS-Fotowiderstände für fotografische Belichtungsmesser eingesetzt - wegen der relativ breiten spektralen Empfindlichkeit, die der des menschl. Auges nahekommt.

Siehe auch hier: http://www.elektroniktutor.de/bauteile/ldr.html

Gruß, Frank

[Besserwessi]

Bei der Belichtungsmessung für die Fotografie ist keine besondere Genauigkeit gefordert. Deshalb stört da die Temperaturabhängigkeit und nichtlinearität auch nicht nicht. Die Anpassung an die Empfindlichkeitskurve sollte auch nicht so wichtig sein, denn wenn die Lichtquelle eine zu verkehrtes Spektrum hat, kreigt man erst mal einen Farbstich. Nur die IR Empfindlichkeit bei Silizium stört hier natürlich.

Die meisten CdS Empfänger sind im roten wohl doch nicht so schlecht, da hatte ich wohl eine besonders krasse Kurve im Gedächniss.

Für die Farbbestimmung ist eine bessere Genauigkeit gefordert, dafür ist eine Anpassung an die Empfindlichkeiteskurve überhaupt nicht nötig oder auch nur sinnvoll.
Wichtig ist da eher das man bei allen interessierenden Wellenlängen noch ein genügende Empfindlichkeit hat, vor allem im blauen, denn da sind die meisten Lichtquellen schwach.

[Crazy Harry]

Ich weiß das gehört nicht hier zum Thema, aber ich hatte das Glück in letzter Zeit einen neuen Farbsensor zu testen:
TCS3414
Größe: 2.1x1.9mm
Gehäuse: BGA 6
Schnittstelle: I²C
Spannung: 2.7-3.6V
Messwerte: R/G/B/C je 16 Bit
Vorteiler/Verstärkung programmierbar

Datenblatt (http://www.taosinc.com/getfile.aspx?type=press&file=tcs3404cs-e46.pdf)

[Manf]

Entschuldigung auch wenn es nicht das Thema direkt trifft, aber beim Einsatz des CDS Sensors werden wir dann wohl nie erfahren, ob sich farbige Gummibären auch im Infrarotbereich unterscheiden.

Das wäre ja gerade ein spannendes Thema, wenn die Unterscheidbarkeit beispielsweise von gelben und grünen Gummibären im IR Bereich deutlicher wäre als im Bereich der sichtbaren Farben. Wenn man dann bedenkt wie nahe man dem Thema schon war und dass es dann vielleicht erst Jahre später einmal herausgefunden wird.

Das wäre vielleicht soger etwas für den alternativen Nobelpreis, naja oder Forschungspreis, oder Guinnesbook oder dergleichen.

[Stefan86]

Hallo!

Vielen dank für die vielen Antworten. Habe Die letzten Wochen etwas rumgetestet und nun danke der vielen Hilfe hier einen folgenden Aufbau:

Gummibärchen werden mit einer (weißen noch am testen) LED durchleuchtet
Sensor misst erfolgreich
4-fach OPV verstärkt den Sensor auf WErte zwischen 4V-6V

der größte unterscheid bei (bei zumindest einer Messfarbe) zwischen Gummibärchen liegt durchschnittlich bei ~ 0,5V ausser Orange/Rot Erzeugt Probleme da liegt der Unterschied bei nur 0,08V

werde nun die nächste Zeit noch andere LEDS ausprobieren (Glühbirnen haben sich schon als schlechter erwießen) in der hoffnung diesen einen Messwert noch zu verbessern.

nochmals vielen danke für eure tolle Hilfe!

[Frank E.]

Die Glühlampe hat wahrscheinlich alle Messungen mit ihrem IR-Anteil "zugestopft", oder hast du ein IR-Sperrfilter vor dem Sensor benutzt?

Welchen Empfänger benutzt du?
Was hat der für eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung?


ausser Orange/Rot Erzeugt Probleme da liegt der Unterschied bei nur 0,08V

Orange und Rot könnte man m.E. am Besten bei grünem Licht unterscheiden und das ist aber genau der Spektralbereich, den "weiße" LEDs nicht oder nur schwach enthalten.

Schau' dir mal die Spektren der verwendeten LEDs an, sollten im Datenblatt stehen. Es muss zwischen 400 und 700 nm möglichst durchgehend gleichmäßig sein und frei von Peaks im UV- und IR-Bereich. Gerade "weiße" LEDs neigen zur UV-lastigkeit.

Ansonsten befass' dich mal mit dem Begriff "Metamerie" aus dem Themenbereich Colormanagement, dann verstehst du besser, was ich meine.

Grüße, Frank