CN102736120A - 用来监视运动物体的方法和设备 - Google Patents

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CN102736120A CN2012100989433A CN201210098943A CN102736120A CN 102736120 A CN102736120 A CN 102736120A CN 2012100989433 A CN2012100989433 A CN 2012100989433A CN 201210098943 A CN201210098943 A CN 201210098943A CN 102736120 A CN102736120 A CN 102736120A
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Abstract

本发明涉及用来监视物体的一种方法和装置，这些物体沿轨迹运动，具有彼此相对距离，物体包括在可见光谱中透明或半透明的段，其中，对于轨迹横向引导光束，使得物体随后在所述段处穿过光束，并且其中，来自所述光束的光由探测器探测。为了按低成本方式改进监视可靠性，本发明提出，光束包括在基本上不能透射过所述段的波长范围处的光；并且基于过渡时间段确定物体的存在和/或不存在，在该过渡时间段期间，所述探测器基本上探测不到在所述不可透射波长范围内的光和/或探测到该光。为了同一目的，监视装置包括输出电路，用来产生输出信号，该输出信号代表相对于预定探测阈值的探测光强度，输出信号指示在过渡时间段期间物体的存在和/或不存在。

Description

用来监视运动物体的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用来监视物体的方法，这些物体沿轨迹运动，具有彼此相对距离，这些物体包括在可见光谱中透明或半透明的段，其中，对于轨迹横向引导光束，使得物体随后在所述段处穿过光束，并且其中，来自光束的光由探测器探测。本发明还涉及一般种类的监视装置，该监视装置包括光发射器和探测器。
背景技术
比如，在用于玻璃瓶或PET瓶的装瓶生产线中，使用这样一种监视装置和方法。在这些瓶的自动填充之前或之后，它们常常经传送带从另一个自动处理步骤运输，或者运输到另一个自动处理步骤，该自动处理步骤如清洗、密封、贴标签或包装。考虑到比如影响在传送带上瓶的相对距离的传送带的预测进给频率或用于每个瓶的期望填充时间，随后处理步骤通常与之前过程同步。因而，为了质量保证，如果以前过程满足期望输出，或者如果至少一个预测的瓶被延迟或在期望时刻不存在，则装瓶过程要求可靠的探测机构。
普通监视装置包括具有探测器的光隔板，该探测器必须响应探测光的强度的很小变化。在原理上，当瓶穿过光束时，强度变化由折射率的变化引起。然而，由于这种效应的很小数值，探测机构的可靠性受到限制。另外的限制由如下事实产生：在一个制造阶段期间，或在随后生产循环之间，瓶的表面质量常常变化。比如，瓶的侧壁常常在它们的清洗之后用肥皂溶液润滑，这导致它们的折射率变化。作为结果，探测机构的灵敏度需要频繁地适应，以便满足运动物体的瞬时特性。
发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种改进的监视方法和监视装置，这种改进的监视方法和监视装置实现比较简单并且成本低，并且又允许运动物体的高度可靠监视。
这个目的用一种方法或一种装置实现，该方法或装置包括专利权利要求1或8的特征。本发明的有利实施例由从属权利要求限定。
关于监视方法的一个优选方面，本发明建议：光束包括在波长范围处的光，该波长范围基本上不能透射过物体的段；并且基于过渡时间段确定物体的存在，在该过渡时间段期间，探测器基本上探测不到在不可透射波长范围内的光。因而，在轨迹上一定位置处的物体的存在的确定优选地依赖于光束在不可透射波长范围上的完全切断的探测。这可大大地改进监视过程的可靠性，并且可按低成本方式实施。
根据监视方法的另一个优选方面，基于过渡时间段确定物体的不存在，在该过渡时间段期间，由所述探测器探测到在所述不可透射波长范围内的光。有利地，可以为穿过所述光束的每一个物体提供期望时间。此外，当在期望时间期间由探测器探测到在所述不可透过波长范围内的光时，可以确定物体的不存在。按这种方式，不仅在任意时间期间物体的存在可以是可确定的，而且作为替代或另外地，物体在其期望时间期间的不存在也可以是可确定的。有利地，这可用来进一步改进在生产循环期间的质量保证。
根据本发明，用一种装置也可实现这些优点，该装置包括：发射器发射器，配置成发射包括基本上不能透射过物体的段的波长范围的光，不可透射波长范围至少部分地在可见光谱外；和输出电路，用来产生输出信号，该输出信号代表相对于预定探测阈值的探测的光强度，输出信号指示在过渡时间段期间物体的存在或不存在。
本发明的如下优选实施例可以有利地在监视方法和监视装置的至少一个中实施。
在不可透射波长范围内的光可由段吸收和/或反射。优选地，光束的至少百分之五十，更优选地至少百分之八十的波长范围或发射功率不可透射过所述段。最优选地，光束基本上只包括不可透射过段的波长范围。对应地，发射器优选地配置成，仅发射在不可透射波长范围内的光。更优选地，发射光的波长范围在可见光谱外。根据本发明，这些措施的每一个可进一步改进探测机构的可靠性。此外，这些措施也可有助于提出的监视装置的低成本实施。
优选地，探测的光强度与可由探测器探测的光谱的集成强度相对应。因而，不一定采用波长确定，并且相当基本的探测系统可应用于光束的不可透射波长范围的切断的探测，该相当基本的探测系统是波长不敏感的。比如，探测器可以由波长不敏感的半导体装置构成，如由光电二极管构成。
优选地，由输出电路产生的输出信号基于探测的光强度和预定的探测阈值的比较。具体地说，比较器可以用在输出电路中，以便基于这种比较确定输出信号。优选地，输出信号包括或由两种探测信号状态组成。第一信号状态可以指示，探测的光强度在所述过渡时间段期间是否低于所述预定的探测阈值。第二信号状态可以指示，探测的光强度在所述过渡时间段期间是否等于或高于所述的预定探测阈值。有利地，两种探测信号状态的每一种可以包括不同的恒定信号值。比如，信号状态之一的信号值可以是零，与光探测的“断”模式相对应，并且另一种信号状态的信号值可以大于零，与光探测的“通”模式相对应。按这种方式，可实现用于运动物体的低成本且又可靠的探测机构。
具体地说，接近光束的发射功率的探测阈值的相当高值可以是适用的。如果发射光束只包括不可透射过物体的段的光，则可以应用这样一种配置。为了提高探测可靠性，探测阈值优选地与光束发射功率的小于一半，更优选地与小于三分之一相对应。如果发射光束的波长范围的仅一部分不可透过物体的段，或者如果光束在其完整波长范围上是不可透过的，则这种配置可能是有利的。最优选地，探测阈值与基本零的功率值相对应，以便使探测可靠性最高。
优选地，段仅在限制波长值以上才是透明的或半透明的，优选地仅在370nm以上，并且更优选地仅在310nm以上。根据一种优选应用，段由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)构成。根据另一种优选用途，段由玻璃构成，更优选地由钠钙玻璃构成。特别优选材料是具有约72％SiO2、13％Na2O及5％CaO化学成分的钠钙玻璃。
有利地，这些材料覆盖各种各样的常规产品的包装材料，特别是对于制药和食品工业，导致本发明的宽度范围的适用性。优选地，物体是生产线的生产物体。更优选地，生产物体是容器，并且段是这些容器的壁段。对应地，监视装置和/或方法的优选使用是在用于容器的填充生产线中，更优选地在装瓶生产线中。在这种情况下，在自动填充过程之前和/或之后，容器可以放置在所述轨迹处。
在本发明的优选配置中，发射器适于发射基本上仅在UV谱内的光，更优选地仅在UV-B和/或UV-C谱内。按这种方式，可避免在可见光谱内的光束的干扰。一方面，这允许用于多种用途的可靠探测系统。具体地说，可回避在白天日光条件期间或由于普通室内照明的环境光对于提出的探测机构的任何破坏干扰。另一方面，也可避免对于接近监视环境的人们的任何扰乱视觉影响。
根据另一种优选构造，将具有规定偏振的光提供在轨迹的位置处的光束中。按这种方式，可进一步改进探测可靠性，因为偏振光的发射可提供发射光的独特识别特征，该发射光可与探测的光不同。具体地说，可消除从运动物体的表面反射的光束的具有不变的偏振角的部分、和来自环境的其它干扰影响。为了为探测的光提供这样一种特性，探测器优选构造成，基本上仅探测相对于发射光的规定偏振具有正交偏振的光分量，使得相对于发射偏振具有正交偏振的光束的分量才可以是可探测的。此外，光束优选地通过用来改变所述光束的偏振的装置而对准探测器。按这种方式，可实现已经通过运动物体的轨迹的部分发射光的无误差识别。用来改变偏振的这样一种装置可以由偏振旋转器和/或消偏器构成，该偏振旋转器转动发射光的偏振角，该消偏器将发射光转换成非偏振光。
相应地，监视装置的发射器优选地设有起偏器，使得来自由生产物体穿过的光束的光具备规定的发射偏振。对应地，探测器优选地设有另一个起偏器，在探测到所述光束的光之前，该起偏器用来使所述光束具备相对于所述发射偏振的正交偏振。起偏器可以放置在同一外壳中，在发射器/探测器前面，或者在光束的较远位置处间隔开。优选地，采用Brewster的角起偏器。作为替代或另外地，吸收性起偏器(如线栅起偏器或晶体起偏器)或分光起偏器(如棱镜或薄膜起偏器)也是可想到的。
为了允许偏振光束的偏振的变化，监视装置优选地包括装置，具体地说偏振旋转器和/或消偏器，该装置可布置在所述光束中在探测器的起偏器之前。有利地，用来改变偏振的装置可以由反射器构成，该反射器可以产生反射光束的偏振旋转或消偏振。优选地，采用具有三直角锥镜矩阵的反射器，具体地说这些三直角锥镜包括UV透明材料。更优选地，反射器适于提供进来光束的全反射，该全反射对于偏振角的旋转和/或消偏振是辅助的。
在本发明的另外优选配置中，发射器是自发发射光源。更优选地，发射器由至少一个发光二极管(LED)或LED阵列构成。这可有助于便宜而仍有效的监视系统。优选地，应用具有半球形透镜的至少一个LED。这可以在比较长光学工作距离上产生准直光束。按这种方式，可避免受激发射源的应用。另外或作为替代，也可以应用受激发射源。
过渡时间段可取决于物体的运动速度，在该过渡时间段期间基本上没有光，和/或在该过渡时间段期间，由探测器探测所述不可透射波长范围内的光。这可允许物体的特别准确监视。具体地说，过渡时间段可以简单地由穿过或未穿过光束的物体的相应总时间给出。作为替代，过渡时间段可以按预定阈值时间值的形式固定。然后基于在不可透射波长范围内和在不比所述阈值时间值短的时段内光的连续探测或失败探测，可以判断物体的存在或不存在。
此外，发射器可以按连续波(cw)操作，或者处于脉冲模式操作中。在任一种情况下，所述过渡时间段优选地相对于来自发射器的光发射的有效时间段的而评估。
在本发明的另一种优选配置中，探测器是至少一个光电二极管。更优选地，探测器在UV范围中呈现高灵敏度。有利地，可以采用硅基光电二极管，该硅基光电二极管优选地装有UV玻璃窗。这可进一步有助于便宜而仍有效的监视系统。
优选地，发射器相对于沿所述轨迹运动的物体的高度横向放置。这样一种配置允许监视装置在已有操作生产线中的方便实施。更优选地，光束相对于物体的轨迹基本上垂直地放置。
优选地，物体沿轨迹连续地运动，以便允许不中断和快速过程流动。根据优选用途，轨迹按直线延伸。比如，监视装置可以放置在传送带处。
根据优选实施例，发射器和探测器相对于轨迹布置在相对侧处。根据另一个优选实施例，发射器和探测器相对于轨迹放置在同一侧处，并且反射器放置在相对侧上。后一种配置具有特别的优点，发射器和探测器可设有共用控制和/或电源。因而，可简化探测器位置相对于发射器位置的对准，并且可避免在装置的安装或布线期间的误对准。作为另外的优点，发射器和探测器可容易地连线，并且彼此同步。优选地，发射器和探测器可布置在公共外壳中。更优选地，用于发射器的起偏器和/或用于探测器的另一个起偏器也布置在外壳中。
优选地，反射器配置成反射波长范围的至少一部分，该至少一部分不可透射过段而回到探测器的方向中。更优选地，反射器配置成，反射在UV范围内的光。最优选地，反射器由对于UV光透明的材料构成。具体地说，可使用UV透明聚合物(polymere)。作为替代，反射器可以设有镀金属的上表面，以允许UV光的背反射。
根据优选实施，采用具有三直角锥镜矩阵的背反射器，这些三直角锥镜优选地包括UV透明材料，该背反射器可有利地提供进入光束的反射，更优选地光束的全反射。为了产生上述另外优点的进入光束的偏振角的旋转和/或消偏振，也可以利用这样一种背反射器。作为替代，可使用包括镀金属的上表面的背反射器。
附图说明
参照附图在优选示范实施例的如下描述中将更详细地描述本发明。在附图中：
图1是根据第一实施例的监视装置的示意立体图；和
图2是根据第二实施例的监视装置的示意立体图。
具体实施方式
在图1中表示的生产线1中，在自动过程中将空瓶2依次定位在传送带3上。传送带3的纵向延伸限定轨迹T，沿该轨迹T，瓶2按彼此相对距离D运动。瓶2的壁包括对于可见光是透明的材料，比如包括钠钙玻璃或PET。
相对距离D取决于由以前自动过程将容器2放置在传送带3上的频率。在多种用途中，相对距离D在两个依次瓶2之间理想地是常数，并且可以与期望值相对应。然而，为了质量保证，必要的是，在预测的时间间隔处验证容器2的期望存在，以便确保随后过程步骤的正确操作模式，如用于瓶的填充服务。在其它用途中，期望相对距离D不能由以前过程的进给频率得知，并且每次必须确定，以便使随后过程的操作模式与容器2的到达时间相匹配。在另外的用途中，相对距离D没有什么意义，但必须计数在一定时间间隔期间在传送带3上通过的容器2的数量，以确定过程输出。
为了允许瓶2在生产过程内的这样一种希望监视，监视装置5布置成与传送带3相邻。监视装置5包括：光发射器6，横向放置在传送带3的一侧上；和探测器7，横向放置在传送带3的另一侧上。发射器6和探测器7相对于在它们之间通过的瓶2，基本上布置在相同高度处。按这种方式，在相对于轨迹T基本上垂直的方向上引导从发射器6发射的光束8，使得瓶2随后在壁段4处穿过光束8。壁段4近似地位于瓶2的侧壁的中部部分中。
发射器6由至少一个发光二极管(LED)构成，该发光二极管具有产生准直光束8的半球形透镜。其发射波长完全位于UV-B(280nm-315nm)和UV-C(100nm-280nm)范围内。探测器7由硅光电二极管构成，该硅光电二极管能够探测在UV波长范围内的光。可探测波长范围也可以扩展到可见光谱中。
在认真考虑以上提到的材料的具体光学特性，特别是它们的光透射特性的情况下，已经进行了发射和探测波长的范围的这种特别选择。因而，在装置5中利用在钠钙玻璃的情况下在320nm以下或在PET(依据其质量)的情况下在370nm以下或在310nm以下的波长范围的完全吸收和/或反射，以在用于这些或类似材料的生产线1中实现优良监视。
作为结果，光束8仅在过渡时间间隔期间才从发射器6延伸到探测器7，在该过渡时间间隔中，没有瓶2穿过光束8。相反，在过渡时间段期间，光束7由瓶2的壁段4完全吸收和/或反射，在该过渡时间段中，瓶2的每一个穿过光束7。在这些时段期间，基本上没有在发射器6的发射波长范围内的光到达探测器7。
探测器7的外壳10还包含输出电路9，该输出电路9依据在发射波长范围内的光是否由探测器7探测到而产生输出信号。按这种方式，如下相关过程信息可有利地确定，并且传输到随后自动过程：任何瓶2在任意时间间隔处是否存在，和/或任何瓶2在期望时间间隔处是否不存在，和/或在预定时间间隔上计数的通过瓶2的数量。
图2描绘生产线11，该生产线11基本上与之前描述的生产线1相对应，不同之处在于，应用不同的监视装置15。监视装置15包括外壳16，在该外壳16中，包含发射器6、探测器7及输出电路9。外壳16横向放置在传送带3的一侧上。
反射器17布置在传送带3的另一侧上，与外壳16相对于在它们之间通过的瓶2基本上在同一高度处。反射器17包括三直角锥镜矩阵18，这些三直角锥镜由对于UV光透明的聚合物制成。作为替代或另外地，反射器17可以设有镀金属的上表面。因而，在其中在光束8和轨迹T的交点处没有瓶2存在的时间段期间，提供从发射器6发射的回到探测器7的光束8的反射。
为了进一步改进探测可靠性，将起偏器13放置在光束8内，在发射器6与传送带3之间。起偏器13产生具有规定偏振状态的光。在当前情况下，为了使光束8在其场向量的线性方向上偏振，采用线起偏器13，如线栅。按这种方式，源自发射器6的光的特征在于其独特发射偏振。
另一个起偏器14布置在探测器7与传送带3之间。起偏器14配置成，提供与由第一起偏器13提供的偏振正交的偏振。此外，反射器17的三直角锥镜矩阵18构成提供光束8在其反射期间的偏振角旋转的装置。因而，由于探测器7的构造，发射光的可靠识别可借助于探测器7而提供，以仅探测具有与发射偏振正交的探测偏振的光场向量的分量。具体地说，从在物体2的段4处的表面反射或散射的光由探测器7是探测不到的。按这种方式，相对于发射器3在轨迹T的相对侧处的光束8的偏振角的变化允许已经通过运动物体2的轨迹T的光部分的清楚识别。具体地说，可得到相对于发射光的部分的区别，该部分已经从运动物体2反射，并因此没有对应偏振特性。
有利地，将发射器6和探测器7布置在公共外壳16中。根据优选实施例，用于发射器6的起偏器13和用于探测器7的起偏器14也布置在这个外壳16中。
因此，用监视装置15按类似方式可执行上述监视方法。
上述优选实施例打算说明本发明的原理，但不限制本发明的范围。本领域的技术人员可以进行各种其它实施例和对于这些优选实施例的修改，而不脱离本发明的范围。

Claims (18)

1.一种用来监视物体(2)的方法，所述物体(2)沿轨迹(T)运动，具有彼此相对距离(D)，物体包括在可见光谱中透明或半透明的段(4)，其中，对于所述轨迹(T)横向引导光束(8)，使得物体(2)随后在所述段(4)处穿过所述光束(8)，并且其中，来自所述光束(8)的光由探测器(7)探测，其特征在于：所述光束(8)包括在基本上不可透射过所述段(4)的波长范围处的光，具体地说，包括在可由所述段(4)吸收和/或反射的波长范围处的光；以及基于在其期间所述探测器(7)基本上探测不到在所述不可透射波长范围内的光的过渡时间段而确定物体(2)的存在，和/或基于在其期间所述探测器(7)探测到在所述不可透射波长范围内的光的过渡时间段而确定物体(2)的不存在。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光束(8)包括在不可透射过所述段(4)的波长范围处的光。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：将具有规定偏振的光提供在所述轨迹(T)的位置处的所述光束(8)中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述探测器(7)配置成基本上仅探测相对于所述规定偏振具有正交偏振的光分量，并且所述光束(8)通过用来改变所述光束(8)的偏振的装置(18)而对准所述探测器(7)，具体地说通过偏振旋转器和/或消偏器而对准所述探测器(7)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于：所述物体是容器(2)，并且所述段是所述容器的壁段(4)。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于：所述段(4)基本上仅在限制波长值以上才是透明的或半透明的，优选地在310nm以上才是透明的或半透明的。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于：所述段(4)由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和/或钠钙玻璃构成。
8.一种用来监视物体(2)的装置，所述物体(2)沿轨迹(T)运动，具有彼此相对距离(D)，装置包括：发射器(6)，用来对于所述轨迹(T)横向引导光束(8)，使得物体(2)随后在段(4)处穿过所述光束(8)；和探测器(7)，用来探测来自所述光束(8)的光，其特征在于：所述发射器(6)配置成发射包括基本上不可透射过所述段(4)的波长范围的光，所述不可透射波长范围至少部分地在可见光谱外；装置还包括输出电路(9)，用来产生输出信号，所述输出信号代表相对于预定探测阈值的探测的光强度，所述输出信号指示在过渡时间段期间物体(2)的存在和/或不存在。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述探测阈值与小于所述光束(8)的发射功率的一半相对应，更优选地与小于所述光束(8)的发射功率的三分之一相对应，最优选地与基本零的功率值相对应。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于：所述发射器(6)设有起偏器(13)，使得来自由产品物体(2)穿过的所述光束(8)的光具备规定发射偏振。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：其还包括用来改变所述光束(8)的偏振的装置(18)，具体地说包括偏振旋转器和/或消偏器，所述装置(18)放置在所述光束中(8)，并且所述探测器(7)设有另一个起偏器(14)，在探测到所述光束(8)的光之前，所述另一个起偏器(14)用来使所述光束具备相对于所述发射偏振正交的偏振。
12.根据权利要求8至11之一所述的装置，其特征在于：所述发射器是自发发射光源(6)。
13.根据权利要求8至12之一所述的装置，其特征在于：所述发射器(6)配置成发射基本上仅在UV-B和/或UV-C谱内的光。
14.根据权利要求8至13之一所述的装置，其特征在于：所述探测器是光电二极管(7)。
15.根据权利要求8至14之一所述的装置，其特征在于：所述发射器(6)和所述探测器(7)相对于所述轨迹(T)布置在相对侧处。
16.根据权利要求8至14之一所述的装置，其特征在于：其包括反射器(17)，所述反射器(17)相对于所述发射器(6)和所述探测器(7)的位置可放置在所述轨迹(T)的相对侧处的所述光束(8)中。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述反射器(17)由对于UV光透明的材料构成，和/或设有镀金属的上表面，以允许UV光的背反射。
18.根据权利要求8至17之一的装置在用于容器的填充生产线中的用途。
CN2012100989433A 2011-04-08 2012-04-06 用来监视运动物体的方法和设备 Pending CN102736120A (zh)

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