CN109959361B

CN109959361B - 三角测量光传感器

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Publication number: CN109959361B
Application number: CN201811516258.1A
Authority: CN
Inventors: 卡伊·瓦斯洛夫斯基; 因戈尔夫·霍尔施; 格哈德·梅雷蒂希; 马蒂亚斯·格茨
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: CN109959361A; EP3499267B1; US10761209B2; US20190179014A1; EP3499267A1

Abstract

本发明涉及一种用于检测传送路径上的对象的三角测量光传感器，该传感器具有光发射器、光接收器、接收光学器件和评估单元，所述评估单元配置用于生成来自接收信号的对象检测信号，其中仅当根据光接收器上所述光接收器上的至少一个光斑的位置确定的入射点的距离值低于预定义的距离阈值时，产生对象检测信号。建议评估单元配置成用新的距离阈值循环地替换先前的距离阈值，其中当目前确定的距离值大于所述先前的距离阈值时，所述新的距离阈值由所述目前确定的距离值减去预定义的第一滞后值确定和/或当目前确定的距离值小于先前的距离阈值时，所述新的距离阈值由所述目前确定的距离值加上预定义的第二滞后值确定。

Description

三角测量光传感器

技术领域

本发明涉及一种用于检测传送路径上的对象的三角测量光传感器，该传感器具有光发射器，所述光发射器用于将透射光传输到在传送路径的部分区域上延伸的检测区域，该传感器具有光接收器，所述光接收器具有接受元件阵列用于接收由待检测对象或由所述传输路径从所述检测区域汇流(remitted)的光，其中所述接收元件的阵列至少在三角测量方向上延伸，并且其中所述接收元件生成相应的接收信号，该传感器具有接收光学器件，所述接收光学器件布置在检测区域和光接收器之间的光路中用于在光接收器上由汇流的光生成至少一个光斑，其中在所述三角测量方向上的所述光接收器上的所述至少一个光斑的位置导致依赖于在待检测对象或在所述传送路径上的所述透射光的入射点与所述三角测量光传感器的的距离，并且该传感器具有评估单元，所述评估单元配置用于生成来自接收信号的对象检测信号，其中仅当根据光接收器上所述光接收器上的至少一个光斑的位置确定的入射点的距离值低于预定义的距离阈值时，产生对象检测信号。

背景技术

已知使用根据三角测量原理工作的光传感器确定监测区域中对象的存在和/或距离。这种三角测量光传感器包括光发射器，例如发光二极管或激光器，以及可选地透射光学器件，以将透射光束传输到检测区域中，以检测可能存在于其中的待检测对象。透射光可以由这样的对象汇流，即可以漫反射或反射地反射，并且可以由与接收光学器件一起形成接收单元的光接收器检测。已知方案中的光接收器包括至少一个光敏接收元件阵列。

在所谓的三角测量方向上由光接收器上的汇流的光产生的光斑的位置根据三角测量光传感器和汇流对象之间的距离而改变。在光接收器上的入射点与检测到的对象的距离之间存在明显的几何关系。因此，可以通过评估光接收器上的光分布来确定对象和光传感器之间的距离。为了特别地实现距离确定的高精度，这种光接收器必须具有多个光敏接收元件，这些光敏接收元件在三角测量方向上彼此相邻地布置。

此外，可以通过对光接收器上的光分布的相应评估来确定对象是位于感测区域内部还是外部，即对象的距离是否在预定义的极限之内或之外，也称为感测距离。

在具有背景抑制的三角测量光传感器中，光接收器包括至少两个接收元件，其中所谓的近元件布置成使得当光束从位于三角测量光传感器的前面的近区域内的对象汇流时受到光束的影响，并且其中所谓的远元件布置成使得其被光束撞击，该光束被位于三角测量光传感器前面的远区域中的对象反射。根据定义，这里的远区而不是近区远离三角测量光传感器。可以形成这两个区域的接收元件的光电二极管电流之间的差异用于信号评估。

为了能够可靠地检测位于传送路径上的对象，例如在传送带上，定义感测距离或距离阈值，其中待检测对象根据其高度与近区域相关联，即，在来自传送路径的透射光检测到的对象表面的距离上，而传送路径本身与远区域相关联。传送路径定义的区域也称为背景。

因此，感测距离或距离阈值确定三角测量光传感器的切换点，该切换点决定是否产生对象检测信号。三角测量光传感器的有效距离分辨率必须高于待检测对象的高度。

如果三角测量光传感器与背景之间的距离，即传送路径，由对应于所述三角测量光传感器设置用于的待检测对象的高度的数量级改变，则可能发生对象检测中的故障，这可以表示为假阳性对象检测信号和假阴性对象检测信号。

将参考图1解释该问题。在图的上部示出了透射光在待检测对象上或在传送路径上的入射点的距离D的时间进展。感测距离由图1中的两个距离阈值TH1、TH2限定。逻辑值形式的相关对象检测信号Q在图1的下部示出，其中无对象监测信号Q以0状态产生，并且对象监测信号Q以值1产生。当距离D低于距离阈值TH1时，对象检测信号Q的状态从0变为1，并且当距离D超过距离阈值TH2时，对象检测信号Q的状态从1变为0。因此，距离阈值TH1和TH2之间的距离定义了切换滞后。对象位于三角测量光传感器的检测区域中的时间周期被称为对象区域O1至O3。没有对象位于检测区域中并且因此仅三角测量光传感器检测到背景的时间周期称为背景区域H1至H3。对象区域O1至O3和背景区域H1至H3通过垂直虚线彼此分开。

在图1中可以容易地识别出对象检测信号Q的正确产生发生在对象区域O1和O3以及背景区域H1至H3中。然而，在对象区域O3中，所确定的距离值D不再低于距离阈值TH1，其结果是不再错误地产生对象检测信号Q，即对象检测信号Q保持其逻辑值O。

在本文中，一方面，存在/不存在对象检测信号的术语对，另一方面，对象检测信号等于1/等于0都用作同义词。

在检测具有小高度的扁平对象时，距离阈值尤其必须放置非常接近背景与光传感器的距离。如果现在光传感器和背景之间的距离改变的程度(例如由于传送路径的机械波动)大于待检测对象的高度，则不再确保可靠的对象识别。

在DE 100 59 156中描述了一种三角测量传感器，其具有附加通道，其中，为了增加物距，一起评估测量通道和附加通道以增加可靠性。

在DE 199 62 701中描述了可以以高分辨率确定光斑位置的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种初始命名类型的三角测量光传感器，其具有改进的检测安全性。

通过具有实施例的特征的三角测量光传感器满足该目的。根据本发明，评估单元配置成用新的距离阈值循环地替换先前的距离阈值，其中当前确定的距离值大于所述先前的距离阈值时，所述新的距离阈值由所述当前确定的距离值减去预定义的第一滞后值确定和/或当前确定的距离值小于先前的距离阈值时，所述新的距离阈值由所述当前确定的距离值加上预定义的第二滞后值确定。

因此，距离阈值不是静态的，而是可以动态地适应传送路径的任何垂直波动。例如，如果确定传送路径远离光传感器移动，并且因为确定的距离值增加，则距离阈值通常同样增加。当前确定的距离值应该大于先前的距离阈值的条件对应于扫描传送路径或通常背景的情况以及当前确定的距离值应该小于先前的距离阈值的调节对应于对象的扫描。通常，距离阈值的调整可以在所述两种情况下进行，然而，也可以仅在背景的扫描时或仅在对象扫描时执行调整。然而，由于确保了连续调整并且避免了由于两次调整之间的间隔太长，未检测到背景的垂直位置的相关变化，因此证明了关于背景和关于对象两者的距离值的调整是最明智的。

如已经提到的，距离阈值是距离的阈值，即超过或低于距离信号的切换阈值导致对象检测信号的产生或关闭。

距离阈值的循环替换被理解为在某些时间点的替换，两个调整之间的时间能够固定地预定义的或者也是可变的。在后一种情况下，它还可以取决于附加条件，例如取决于传送路径的传送速度。

所述距离值不一定必须是长度单位中的绝对值，但是距离值通常也可以是距离信号，该距离信号与距离具有明确的关系，但不一定是线性关系。距离值例如可以由光接收器上的电压、负载、电流或位置表示。因此，相应地也适用于距离阈值。

为了考虑光斑具有一定的空间范围，光斑在光接收器上的位置可以例如由其焦点或其中值来定义。

第一滞后值和第二滞后值优选地相同。所述滞后值限定当前距离值与距离阈值之间的差异，并且可以是固定的或可调节的，以便例如能够执行三角测量光传感器对典型对象高度的调整。然而，通常也可以使用不同的第一滞后值和第二滞后值。

根据有利实施例，在替换先前的距离阈值之前修改根据距离值和滞后值之一确定的新的距离阈值，使得与先前的距离阈值相比新的距离阈值的变化不超过预定义的度量。因此，例如，可以避免在距离阈值调整上的太大的跳跃。因此，修改特别代表一种低通滤波。例如，可以基于绝对变化，即基于旧阈值和新的阈值之间的差异，或者基于相对变化，即基于变化率，来定义距离阈值的最大允许变化。

已经证明有利的是，光传感器包括至少两个光源，用于传输相应的透射光束，其中光源布置成使得透射光束入射在待检测对象或在传送路径上的横向相互间隔的入射点上，评估单元配置成确定每个透射光束的相应距离值，并且仅在为相互间隔开的入射点确定的相应扫描值得差小于预定义的距离阈值时，才进行距离阈值得替换。因为仅当在入射点或扫描位置两者处确定相同距离或相同的对象高度时，才进行距离阈值的调整，通过这种双扫描或多次扫描可以显著提高距离阈值调整上的距离阈值调整的可靠性。因此可以避免距离阈值的不正确的调整，例如，当刚刚扫描对象边缘时以及当基于其在实际对象高度和与背景的距离之间确定距离值时，距离阈值的不正确的调整可能发生。当传送路径静止并且恰好在那个时刻进行多次扫描和距离阈值的调整时，这尤其可能是关键的。

此外，通过这种双扫描或多次扫描可以避免将倾斜延伸到传送方向的对象表面解释为传送路径的假定高度变化。

基于其产生的对象检测信号的距离阈值和/或距离值可以基于至少两个距离值中的一个确定，即，对于至少两个光源中的特定一个的透射光束，或者基于多个距离值，例如，通过求平均值。

根据投射光束以横向相互间隔开的入射点入射在待检测对象上或在传送路径上的特征特别地涉及这些入射点在虚拟参考平面上，使得这些入射点至少横向间隔开距光传感器预定义的距离。如果透射光束不垂直入射在对象上或传送路径上，则在投影中观察两个入射点之间的距离可以取决于相应透射光束的入射点是否在对象或传送路径。

所述至少两个光源可以布置成一行或者也可以-以两个以上的微小光源-以二维阵列的形式排列，例如，以具有三个光源的L形式或具有四个光源的矩形或正方形的形式。然后，入射点具有相应的布置，可选地通过透射光学器件增加，即它们同样在上述虚拟参考平面中布置成行或作为二维阵列。

两个相互邻近的光源的距离越小并且因此入射点的距离越小，光传感器对背景的垂直位置的变化的反应越快，以补偿传输带的更高频率的振荡。光源的距离例如小于1mm，优选小于200μm。由此也可以使用相对紧凑且节省空间的光接收器。

光源有利地集成在单个载体上，特别是集成在单个半导体衬底上。这个的示例是所谓的多像素LED。因此，可以以高精度实现期望的小光源距离。

根据只有当对于相互间隔的入射点确定的相应扫描值的差小于预定义的距离阈值时，才发生距离阈值的替换的特征明确地还包括具有三个火更多光源以及具有相应数量的确定距离值作为被减数或作为减数，使用两个扫描值得平均值代替差分格式中得一个单个扫描值。

有利地，仅当针对相互间隔的入射点确定的相应距离值的差持续预定时间段地小于预定义的距离阈值时，才进一步发生距离阈值的替换。根据距离值必须尽可能彼此接近，因此距离阈值自调整的条件不仅必须满足特定的观察时间，而且可选地也必须满足特定的时间周期，使得距离阈值的不正确调整的风险甚至可以进一步减小。

有利地发生距离阈值的替换，使得针对预定义数量的周期确定相应的瞬时距离阈值，并且基于来自瞬时距离阈值的求平均值过程来确定新的距离阈值。由此可以避免距离阈值的太大波动，这例如是由于统计测量值波动。加权或未加权的平均值形成或补偿方法，特别是最佳拟合线的确定，可以例如用作求平均值方法。尽管平均值形成实现了更大的降噪，但是最佳拟合线的形成导致更快地调整背景的垂直位置的变化。求平均值方法可以是滚动方法，即在每个循环之后用最新的瞬时距离阈值代替最旧的瞬时距离阈值。

已经证明有利的是，入射点沿传送方向至少彼此间隔开。因此，一种边缘检测类型在传送方向上进行。另外，还可以布置一个或多个另外的光源，使得扫描另外的入射点，这些入射点横向于传送方向彼此间隔开。

根据另一有利实施例，光源布置成使得由相应的透射光束在光接收器上产生的光斑在入射点的相同距离处彼此间隔开，特别是在三角测量方向中。由此确保各个光斑可以可靠地彼此分离。可选地，光斑也可以横向于三角测量方向彼此间隔开。在这种情况下，光斑的检测可以例如通过具有用于相应光斑的单独接收区域的多线性光接收器或者也可以通过多个光接收器来进行。

根据另一有利实施例，光源可以以具有时间偏移的时钟方式被激活，使得仅一个光源或至少仅一些光源在给定时间点传输/发送透射光。由此可以针对每个入射点分别执行明确的距离确定。由此避免了由不同光源产生的光斑的叠加。接收信号的评估以相应的时钟方式进行，即接收的信号与相应的有源光源相关联。计时的频率可以选择为基本上任意的。例如，每80μs可以通过一个光源传输相应的透射光脉冲。

然而，如果可以通过光接收器或评估单元区分两个或更多个光斑，则光源通常也能够同时，特别是永久地致动。如果光接收器具有与相应的多个光源相关联的多条线，则也可以同时激活与不同线相关联的光源，以实现多个光斑的并行检测。换言之，这里每行只有一个相应的光源是有效的。

三角测量方向有利地与传送方向平行地延伸。如果光源另外布置成使得由相应透射光束在光接收器上产生的光斑在三角测量方向上的相应入射点的相同距离彼此间隔开，则两个或更多个距离值能够可选地同时确定，即在单个测量过程期间。

本发明的其他有利实施例由从属权利要求，说明书和附图得出。

附图说明

下面将参考附图以示例的方式解释本发明。示出：

图1是示出根据现有技术的由三角测量光传感器产生的距离值和相关对象检测信号的时间进展的示意图；

图2是布置在传送路径上方的根据第一实施例的三角测量光传感器的示意性侧视图；

图3是图2的三角测量光传感器的示意性平面图；

图4是根据第二实施例的三角测量光传感器的示意性平面图；

图5是表示根据本发明的三角测量光传感器的不同时间信号进展的示意图；

图6是根据第三实施例的三角测量光传感器的示意性平面图；以及

图7是根据第四实施例的三角测量光传感器的示意性平面图。

具体实施方式

在图中，相同或相似的部件具有相同的附图标记。

图2示出了三角测量光传感器10的第一实施例，其布置在传送路径18上方。对象20可以在双箭头所示的传送方向F上在传送路径18上传送。

三角测量光传感器10包括光发射器12，在该实施例中，光发射器12包括两个光源14A、14B。根据变型可以提供更少或更多的光源。

由光源14A、14B传送的透射光以相应的透射光束32A、32B的形式借助于共同的透射光学器件30在检测区域16的方向上被引导，其中其入射在对象20上或传送路径18上。这里的对象20形成前景，而传送路径18形成背景。还可以为每个光源14A、14B提供单独的透射光学器件，而不是共同的透射光学器件30。

入射透射光由对象20或传送路径18在三角测量光传感器10的方向上汇流，并借助于三角测量光传感器10的光接收器22上的共同接收光学器件26聚焦以形成各个光斑36A、36B，光接收器22包括光敏接收元件24的线性阵列(图3)。例如，光接收器22可以具有128个接收元件24，其宽度为800μm，长度(沿线方向)为34μm。出于更清楚的原因，对象20和在对象20上入射时被汇流的接收光束以虚线示出。在三角测量方向T上的光接收器22上的相应光斑36A、36B的位置取决于三角测量光传感器10与对象20上或传送路径18上的相应透射光束32A、32B的入射点之间的距离。

光接收器22和光源14A、14B可以布置在共同电路板34上。

光接收器22连接到评估单元28，所述评估单元28评估接收元件24的接收信号以确定相应的距离值D并且可选地产生对象检测信号Q。

评估单元28可另外连接到光源14A、14B以控制它们，特别是以定时方式。

图3以平面图示出了图2的三角测量光传感器10。在该表示中，透射光学器件30和接收光学器件26以虚线圆圈示出。

光接收器22检测两个光斑36A、36B，光斑36A与光源14A相关联，光斑36B与光源14B相关联。出于清楚的原因，这里仅示出了通过传送路径18的反射而产生的那些光斑36A、36B。如果透射光学器件30和接收光学器件26具有相似的焦距，对于入射点和光传感器10之间的相同距离，光斑36A、36B彼此之间的距离对应于光源14A、14B彼此之间的距离。

此外，在图3中示出了两个虚拟分离腹板38A、38B，其对应于距离阈值。如果透射光束32A、32B中的一个入射在待检测对象20上而不是在传送路径18上，则相应的光斑36A或36B向左移动到相应的虚拟分离腹板38A或38B的另一侧。

通常，可以使用不同的方法来确定来自光斑位置的距离值。

对于基于DE 19966701 A1中描述的方法确定距离值，评估单元28可以包括多路复用器，通过该多路复用器，接收元件24可以连接到三个输入通道CH1至CH3中的一个。位于分离腹板38A右侧的那些接收元件24例如可以连接到输入通道CH1，输入通道CH1也可以称为远通道，因为其基本上包括从传送路径18接收光的那些接收元件24。然后，分离腹板38A左侧处的接收元件连接到输入通道CH3，输入通道CH3可以以相应的方式被称为近通道，因为它基本上接收由对象20汇流的那些光束。输入通道CH2仅连接到其上设置有虚拟分离腹板38A的接收元件24。距离值D通常可以使用以下等式计算：

D＝(CH1+a×CH2-CH3)/(CH1+CH2+CH3)，

其中a是具有0和1之间的值的因子，其能够以子像素精度“微调”虚拟分离腹板38A。通常，输入通道CH1和CH3只需连接到可以检测总光斑36A的许多接收元件24。基于光斑36A的位置确定第一距离值D1。

由相应的方式评估由另一光源14B产生的光斑36B的位置。为此目的改变多路复用器的配置，使得接收元件24与输入通道CH1至CH3的关联定向在分离路径38B的位置上。相应地，发生相应距离值D2的计算。

多路复用器的配置的切换与光源14A和14B的控制同步进行，使得例如在分离腹板38A上定向的多路复用器的第一配置与光源14A的激活同步进行，而在分离腹板38B上定向的多路复用器的第二种配置与光源14B的激活同步进行。因此，总是只有一个光源14A、14B有效，使得实际上仅有一个光斑36A、36B入射在光接收器22上。

由此，对于每个横向相互间隔开的入射点，可以彼此分开地确定相应的距离值D1或D2。时钟长度，即两次切换之间的时间段可以例如达到80μs，这里也可以使用更短或更长的时间段。

也可以使用不同的评估方法来代替上述光斑36A、36B的位置确定。例如，可以串联地或并联地单独读取接收元件24以确定强度分布或光谱的种类并使其经受合适的数据处理。此外，位置确定还可以基于光斑36A、36B的焦点，中值或强度最大值或能量最大值的计算来进行。

根据图2的光传感器10有利地由于空间原因，用于监视根据车道传送原理在车道中并行传送多个对象的传送路径，这些车道分别通过横向于传送方向间隔开的相关的光传感器10彼此独立地监控。

图4示出了根据第二实施例的三角测量光传感器10，其可以以与光传感器10(图2)类似的方式布置在传送路径18上方。与图3和图4的实施例不同，这里使用双线光接收器122，其接收元件124布置成以两行在三角测量方向T上延伸。

不同于图3和图4的实施例，这里的三角测量方向T横向于传送方向F延伸，然而光源14A、14B仍然在传送方向F上彼此间隔开。两个相应的光斑36A、36B再次被光接收器122接收，但是不像图3和图4所示，它们在三角测量方向T上没有彼此间隔开，而是彼此相邻设置，使得每个光斑36A、36B与光接收器122的相应线相关联。可以通过光接收器122的相应评估同时或至少准同时(即具有最小时间偏移)确定两个光斑36A、36B的位置。由接收元件124产生的接收信号的评估通过定向在具有输入通道CH1至CH3之一的各个分离腹板38A、38B上的接收元件的关联而以模拟方式进行，其中能够为每条线路提供单独的多路复用器，从而不需要配置切换。光源14A、14B可以相应地在永久操作中操作或者至少可以同时计时。

然而，根据变型，也可以使用单线光接收器(对应于图3的实施例)和单个多路复用器，然后光源14A、14B的交替计时和多路复用配置的相应的切换再次需要。

下面将参照图5描述距离值D1和D2的产生和评估以及对象检测信号Q的产生。首先固定初始距离阈值TH，其定向在传送路径18与三角测量光传感器10、110的距离上以及待检测的对象20的高度或最小高度。例如，可以将与具有最小高度的对象20的距离和与距传送路径的距离之间的平均值假定为初始距离阈值TH。

随后，激活光源14A并评估光斑36A的位置以获得周期中的距离值D1。随后，激活光源14B并评估光斑36B的位置以获取距离值D2。

可以有利地进行距离值D1、D2的标准化，使得它们对于入射点的相同垂直位置是相同的，即具有相同的物距或背景距离。例如，这可以通过添加或减去常数偏移来完成。

距离值D1、D2的示例性时间进展在图5的上部示出并且对应于图1中的距离值D的进展。距离值D1的时间进展示出为点划线，而距离值D2的时间进展由实线示出。以与图1类似的方式，图5中的信号的时间进展被分成背景区域H1至H3和对象区域O1至O3，其边界在图5中由垂直虚线标记，所述垂直虚线在曲线的进展上定向。

在时间点处的距离值D1、D2的确定之后，确定D1和D2之间的差的绝对量，并将其与差值阈值THD进行比较。D1和D2之间的差的时间进展由图5的中间曲线表示。

如果

abs(D1-D2)<THD

适用，则根据以下条件确定新的距离阈值TH'：

TH'＝D2-H，如果D2>TH(条件1)，

TH'＝D2+H，如果D2<TH(条件2)，

其中H是滞后值，表示尽可能小的正常数。条件1对应于背景或传送路径18的扫描，而条件2对应于前景或对象20的扫描。滞后值H的确定可以取决于距离阈值TH的初始值的确定。滞后值H可以固定地规定或者可以自动地适于导致距离值D1、D2的波动的干扰和/或可以适于距离值D1、D2中的最后识别的跳跃。

如果新的距离阈值TH'与先前的距离阈值TH相差太大，则可以可选地进行新的距离阈值TH'的修改。此处基于距离值D2确定新的距离阈值TH'仅是示例性的。因此，距离值D1或D1和D2的平均值也可以用作此基础。

在下一步骤中，然后用新的距离阈值TH'替换先前的距离阈值TH。

因此，如果D1和D2之间的差小于差阈值THD，则假设存在传送路径18距三角测量光传感器10、110的距离的缓慢变化。在这种情况下，距离阈值TH被连续调整。距离阈值TH的对应进展在图5的上部示出为虚线。

然而，如果发现D1和D1之间的差值大于或等于差值阈值THD，则不执行距离阈值TH的调整。这是当对象20仅被透射光束32A或32B中的一个检测到并且另一个透射光束32B或32A入射在传送路径18上时的情况。即使具有非常倾斜表面的对象20导致超过差值阈值THD，也不执行距离阈值TH的调整。

在下一个循环中，然后以相应的方式执行上述步骤。

在该实施例中仅使用距离值D2用于对象检测信号Q的实际产生，该对象检测信号Q通常可以在调整距离阈值TH之前或之后进行。可选地，也可以观察到值D1或者D1和D2的平均值。

如在图5中可以容易地识别的那样，距离阈值TH的调整在背景区域H1至H3和对象区域O1至O3中发生，距离阈值TH与距离值D1或D2各自的足够距离始终存在，因此总是给出可靠的对象检测信号Q的产生。其进展如图5的下部所示。与图1的比较表明，借助于根据本发明的三角测量光传感器10、110在先前关键对象区域O3中也总是可以实现可靠的对象识别，其中根据现有技术利用光传感器不正确地进行对象检测。

根据变型，距离阈值的调整也可以利用三角测量光传感器进行，该三角测量光传感器仅具有一个光源并且因此其中距离值的差异和边缘检测不可能进行。然而，由此缺乏检测对象边缘或大大倾斜表面的可能性，可以以不同的方式补偿，例如通过监测距离值的时间进展。

根据光传感器10、110的进一步变型，也可以使用具有多于两个光源的光传感器。

因此，图6示出了光传感器210，其包括以L形式布置的三个光源14A至14C和单线光接收器22。光源14A和14B之间以及光源14B和14C之间的距离有利地是相同的。在一个周期中，作为光源14A的激活和光斑36A的位置的评估的替代或补充，光源14C被激活并且由光源14C产生的光斑36C的位置被评估为获取距离值D3。光传感器210的三角测量方向T可以沿着传送方向F(对应于图2和3的布置)并且横向于其(对应于图4的布置)对准和操作，在传送方向F先后设置的仅两个光源14A和14B或14B和14C根据对准操作。两种操作模式之间的切换可以自动或手动进行。优点是相同的光传感器210可用于两种操作模式。

代替单线光接收器，也可以根据变型使用双线光接收器。

根据光传感器210的另一变型，所有三个光源14A至14C可以在相应的循环内同时或顺序地相继操作。根据以下条件，在上述条件1和2的变体中进行切换阈值TH'的新计算：

TH'＝D2-H，如果

D2>TH和abs(D1-D2)<THD和abs(D3-D2)<THD(条件1')，

TH'＝D2+H，如果

D2<TH和abs(D1-D2)<THD和abs(D3-D2)<THD(条件2')，

其中H是上面已经解释过的滞后值。条件1'对应于背景或传送路径18的扫描，而条件2'对应于前景或对象20的扫描。如果条件1'或2'都不满足，则TH'＝TH适用，即不进行距离阈值TH的调整。这里基于距离值D2确定新的距离阈值TH'仅是示例性的。因此，距离值D1或D3或D1、D2和/或D3的平均值也可以用作基础。

根据光传感器10(图2)或光传感器110(图4)的未示出的另一变型，可以提供布置成一排并且可以优选地顺序激活的三个光源，代替两个光源14A、14B，距离阈值TH的调整能够根据上面针对光传感器210(图6)描述的条件1'和2'进行。光源激活的顺序的固定对传送方向的调整可以在启动阶段或教学阶段基于传送装置的自动识别手动或自动地进行。

图7示出了根据另一变型的光传感器310，其包括以矩形或正方形的形式布置的四个光源14A至14D以及用于检测光斑36A至36D的双线光接收器122。光源14A和14B之间以及光源14C和14D之间的距离，特别是光源14A和14C之间以及光源14B和14D之间的距离有利地是相同的。

在一个循环中，光源14A至14D相继循环地激活，并且通过评估相关光斑36A至36D的相应位置来确定相关联的距离值D1至D4。两个相应的光源也可以同时激活，例如，光源14A和14C或光源14B和14D。光传感器310的三角测量方向T可以沿着传送方向F(对应于图2和3的布置)并且横向于其(对应于图4的布置)对准和操作。不需要在两种操作模式之间进行切换。也可以根据变型使用单线光接收器而不是双线光接收器122。

现在确定以下平均距离值：

D1'＝(D1+D2)/2(光源14A和14B)

D2'＝(D3+D4)/2(光源14C和14D)

D3'＝(D1+D3)/2(光源14A和14C)

D4'＝(D2+D4)/2(光源14B和14D)

根据以下条件，在上述条件1'和2'的变体中进行切换阈值TH'的新计算：

TH'＝D2-H，如果

D2>TH和abs(D1'-D2')<THD和abs(D3'-D4')<THD(条件1”)，

TH'＝D2+H，如果

D2<TH和abs(D1'-D2')<THD和abs(D3'-D4')<THD(条件2“)，

其中H是上面已经解释过的滞后值。条件1”对应于背景或传送路径18的扫描，而条件2”对应于前景或对象20的扫描。这里#新的距离阈值TH'的确定基于距离值D2仅作示例。一个或多个距离值D1至D4或平均距离值D1'至D4'也可以用作此基础。

根据另一变型，光传感器210(图6)或光传感器310(图7)可以适于确定它们的安装位置，即三角测量方向T相对于传送方向F的对准，在持续多个周期的教学模式中，具有可选地降低的距离阈值确定的频率。

为此目的，在光传感器210(图6)的教学模式中进行检查，以下哪个条件

abs(D1-D2)<THD

abs(D3-D2)<THD

在统计上更加满意。

在光传感器310(图7)的教学模式中进行检查，以下哪个条件

abs(D1'-D2')<THD

abs(D3'-D4')<THD

在统计上更加满意。

这是基于这样的想法，即来自那些横向于传送方向设置在直线上的光源的透射光束通常在一个对象上或在背景上两者上彼此大致同步地入射。然而，对于根据本发明的阈值调整方法，上述传送方向上的所有距离差都是有利的，然而，所述距离差异基本上仅能够通过设置在沿着传送方向延伸的直线上的光源确定。设置在横向于传送方向的直线上的那些光源的条件在统计上较不频繁地满足。在随后的正常操作中可以忽略该条件，或者可以省去该条件下的距离值得确定或相应光源得激活，使得相应地缩短循环持续时间并且增加距离阈值得调整频率。

在变体中仅使用距离值D2来实际生成对象检测信号Q。可选地，也可以查看其他距离值或者来自两个或更多个距离值的平均值。

参考标号列表

10、110、210、310 三角测量光传感器

12 光发射器

14A-14D 光源

16 检测区域

18 传送路径

20 对象

22、122 光接收器

24、124 接收元件

26 接收光学器件

28 评估单元

30 透射光学器件

32A、32B 透射光束

34 电路板

36A、36B 光斑

38A、38B 分离腹板

D、D1、D2、D3、D4、

D1'、D2'、D3'、D4' 距离值

F 传送方向

H 滞后值

H1、H2、H3 背景区域

O1、O2、O3 对象区域

T 三角测量方向

TH、TH'、TH1、TH2 距离阈值

THD 差值阈值

Claims

1.一种三角测量光传感器(10、110、210、310)，用于检测传送路径(18)上的对象(20)，包括：

光发射器(12)，用于将透射光传输到检测区域(16)中，所述检测区域(16)在所述传送路径(18)的部分区域上延伸；

光接收器(22、122)，具有接收元件(24、124)的阵列，用于接收由待检测对象(20)或由所述传送路径(18)从所述检测区域(16)汇流的光，其中所述接收元件(24、124)的阵列至少在三角测量方向(T)上延伸，并且其中所述接收元件(24、124)产生相应的接收信号；

接收光学器件(26)，布置在所述检测区域(16)和所述光接收器(22、122)之间的光路中，用于从所述光接收器(22、122)上的所述汇流的光产生至少一个光斑(36A-36D)，其中在所述三角测量方向(T)上的所述光接收器(22、122)上的所述至少一个光斑(36A-36D)的位置导致依赖于在待检测对象(20)或在所述传送路径(18)上的所述透射光的入射点与所述三角测量光传感器(10、110、210、310)的距离；以及

评估单元(28)，配置用于从所述接收信号产生对象检测信号(Q)，其中仅当所述光接收器(22、122)上参考所述光接收器上的至少一个光斑(36A-36D)的位置确定的入射点的距离值(D、D1-D4)低于预定义的距离阈值(TH)时，产生对象检测信号(Q)

其特征在于，

所述评估单元(28)配置成用新的距离阈值(TH')循环地替换先前的距离阈值(TH)，其中当前确定的距离值(D、D1-D4)大于所述先前的距离阈值(TH)时，所述新的距离阈值(TH')由所述当前确定的距离值(D、D1-D4)减去预定义的第一滞后值来确定和/或当所述当前确定的距离值(D、D1-D4)小于所述先前的距离阈值(TH)时，所述新的距离阈值由所述当前确定的距离值(D、D1-D4)加上预定义的第二滞后值来确定。

2.根据权利要求1所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述第一滞后值和所述第二滞后值是相同的。

3.根据权利要求1或2所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

在替换所述先前的距离阈值(TH)之前，修改由所述第一滞后值和所述第二滞后值之一和所述距离值(D、D1-D4)确定的所述新的距离阈值(TH')，使得与所述先前的距离阈值(TH)相比，新的距离阈值(TH')的改变不超过预定义的度量。

4.根据权利要求1所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光发射器(12)包括至少两个光源(14A-14D)，用于传输相应的透射光束(32A、32B)，

其中所述光源(14A-14D)布置成使得所述透射光束(32A、32B)以横向相互间隔开的入射点入射在所述待检测对象(20)上或在所述传送路径(18)上，其中所述评估单元(28)配置成确定每个透射光束(32A、32B)的相应距离值(D、D1-D4)；以及

其中仅当对于所述相互间隔的入射点确定的所述相应距离值(D、D1-D4)的差小于预定义的差值阈值(THD)时，才进行所述距离阈值(TH)的替换。

5.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

仅当对于所述相互间隔的入射点确定的所述相应距离值(D、D1-D4)的差持续预定时间段地小于所述预定义的差值阈值(THD)时，进一步替换距离阈值(TH)。

6.根据权利要求4或5所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

发生所述距离阈值(TH)的替换，使得对于预定义数量的周期确定相应的瞬时距离阈值，并且基于所述瞬时距离阈值的求平均值过程来确定所述新的距离阈值(TH')。

7.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述入射点至少沿着所述传送路径(18)的传送方向(F)彼此间隔开。

8.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光源(14A-14D)布置成使得对于距所述三角测量光传感器(10、110、210、310)的距离相同的相应的入射点，由相应的透射光束(32A、32B)产生在所述光接收器(22、122)上的所述光斑(36A、36B)彼此间隔开。

9.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光源(14A-14D)布置成使得对于距所述三角测量光传感器(10、110、210、310)的距离相同的相应的入射点，由相应的透射光束(32A、32B)产生在所述光接收器(22、122)上的所述光斑(36A、36B)在三角测量方向(T)上彼此间隔开。

10.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光源(14A-14D)能够以时间偏移的定时方式激活，使得只有一个光源(14A-14D)在给定的时间点传输透射光。

11.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述三角测量方向(T)在平行于所述传送路径(18)的传送方向(F)上延伸。

12.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光发射器(12)包括三个光源(14A-14C)，

其中所述光源(14A-14C)中的相应两个设置在两条直线中的一个上，所述两条直线在所述光源(14A-14C)中的一个中成直角，并且其中所述直线中的一个与所述三角测量方向(T)平行延伸。

13.根据权利要求12所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

对于所述光传感器(210)的操作，仅确定或考虑两个光源(14A-14C)的距离值(D1-D3)。

14.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光发射器(12)包括四个光源(14A-14D)，其布置在虚拟矩形的角点上，其中所述矩形的一侧与所述三角测量方向(T)平行延伸。

15.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光源(14A-14D)的所述距离小于或等于1μmm。

16.根据权利要求4所述的三角测量光传感器(10、110、210、310)，

其特征在于，

所述光源(14A-14D)集成在单个载体上。