DD256914A1

DD256914A1 - OPTICAL SENSOR

Info

Publication number: DD256914A1
Application number: DD29899586A
Authority: DD
Inventors: Juergen Fellmann; Burkhard Hummel; Manfred Milde; Steffen Bauer
Original assignee: Elektrogeraete Ingbuero Veb
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1988-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor, der vorrangig zur Farberkennung von Objekten mit gekruemmter Oberflaeche dient. Der Sensor besteht aus einem Lichtsender und -empfaenger tragenden Sensorkopf, der innerhalb eines elastischen, knicksteifen und lichtundurchlaessigen Trichters derart angeordnet ist, dass beim Aufsetzen des Trichters auf die gekruemmte Oberflaeche und das daraus resultierenden Anschmiegens und elliptischen Verformens der groesseren Trichteroeffnung der Abstand zwischen Sensorkopf und Objektoberflaeche konstant bleibt und derart das optische Signal des von der Objektoberflaeche reflektierten Lichts vom Lichtempfaenger klar erkannt werden kann. Der optische Sensor wird zur Farberkennung von Staubsaugergehaeusen eingesetzt.The invention relates to an optical sensor, which primarily serves for the color detection of objects with a curved surface. The sensor consists of a sensor head carrying a light transmitter and receiver, which is arranged within an elastic, kink-resistant and opaque funnel such that when placing the funnel on the curved surface and the resulting nestling and elliptical deformation of the larger funnel opening the distance between the sensor head and Object surface remains constant and so the optical signal of the light reflected from the object surface light can be clearly recognized by the light receiver. The optical sensor is used for color detection of vacuum cleaner housings.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung dient der optischen Erkennung von Objektmerkmalen im Bereich der automatisierten Produktion. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Unterscheidung von Objekten nach der Farbe ihrer Oberfläche.The invention serves for the optical recognition of object features in the field of automated production. A preferred field of application is the differentiation of objects according to the color of their surface.

Characteristic of the known technical solutions

„ Optische Sensoren sind in vielfältiger Ausführung bekannt. In der DE-OS 3145633 wird eine Vorrichtung zur Farbmessung beschrieben, die besonders für Objekte mit leicht gewölbten Oberflächen geeignet ist. Die Vorrichtung verfügt über einen Prüfkopf, in dem eine Kammer enthalten ist, die mit in verschiedenen Winkeln zur Meßfläche und in unterschiedlichen radialen Ebenen angeordneten Lichtleitorganen zum Zuführen der das Objekt beleuchtenden Strahlung und zum Ableiten der von dem Objekt reflektierten Strahlung zu einem auswertenden Meßgerät versehen ist, wobei ein Teil der Gesamtzahl der Lichtleitorgane nach Wahl ein-oder ausschaltbar ist."Optical sensors are known in a variety of designs. In DE-OS 3145633 a device for color measurement is described, which is particularly suitable for objects with slightly curved surfaces. The apparatus has a probe incorporating a chamber provided with light guide elements disposed at different angles to the measurement surface and in different radial planes for supplying the radiation illuminating the object and for deriving the radiation reflected from the object to an evaluating meter , wherein a part of the total number of Lichtleitorgane can be switched on or off.

Der beschriebene Prüfkopf weist jedoch beträchtliche Nachteile auf. Um die Farbtonmessung an gekrümmten Oberflächen ausführen zu können, werden nach einem Schaltsystem Lichtleitorgane unter verschiedenen Winkeln zur0 Meßfläche zu-und abgeschaltet, um sichere Informationen zu gewinnen. Dies stellt aber einen Zeitaufwand dar, der im Bereich der automatisierten Produktion ein Nadelöhr darstellt und somit nicht vertretbar erscheint. Auch ist der Einsatz des beschriebenen Prüfkörpers ausschließlich bei Objekten möglich, deren Oberfläche sehr große Krümmungsradien aufweisen.However, the test head described has considerable disadvantages. In order to perform the color measurement on curved surfaces, according to a switching system, light directors are switched on and off at different angles to the measuring surface in order to obtain reliable information. However, this represents a time expenditure that represents a bottleneck in the field of automated production and thus does not seem to be justifiable. Also, the use of the specimen described is possible only for objects whose surface has very large radii of curvature.

Bei kleineren Krümmungsradien würde die Oberfläche in die Kammer eintauchen und so die Reflektionsbedingungen, die auf der Brennweite der Lichtleitorgane basieren derart verändern, daß eine sichere Informationsgewinnung gefährdet ist. Ferner ist der dargelegte Prüfkopf nicht dahingehend ausgelegt, Fremdlichteinflüsse auf die Lichtleitorgane, insbesondere die das reflektierte Licht abführenden, auszuschließen. Fremdlichteinflüsse jedoch sind geeignet, die Meßergebnisse zu verfälschen.For smaller radii of curvature, the surface would dive into the chamber and so change the reflection conditions based on the focal length of the Lichtleitorgane such that safe information acquisition is at risk. Furthermore, the set forth test head is not designed to exclude extraneous light influences on the Lichtleitorgane, in particular those the reflected light laxative. External light influences, however, are suitable for falsifying the measurement results.

Object of the invention

Die Erfindung bezweckt, die optische Informationsgewinnung mittels einfacher Sensoren bei Objekten mit gekrümmter Oberfläche zu ermöglichen.The invention aims to enable the optical information acquisition by means of simple sensors for objects with a curved surface.

Darlegung des Wesens der Erfindung ·Explanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, für optische Sensoren die Einhaltung der Brennweite beim Erfassen gekrümmter Oberflächen zu gewährleisten und Fremdlichteinflüsse zu beseitigen.It is an object of the invention, for optical sensors to ensure compliance with the focal length when detecting curved surfaces and eliminate extraneous light effects.

Gelöstwird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der wenigstens einen Lichtsenderund einen Lichtempfängertragende Sensorkopf im Innern eines Trichters angeordnet ist, der lichtundurchlässig, elastisch und knicksteif ausgebildet ist, die kleinere Öffnung des Trichters mit einem Kugelgelenk verbunden ist und eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Abstands zwischen dem Sensorkopf und der Objektoberfläche vorgesehen ist.According to the invention, the object is achieved in that the sensor head carrying at least one light emitter and one light emitter is arranged inside a funnel which is opaque, elastic and kink-resistant, the smaller opening of the funnel is connected to a ball joint and a device for keeping the distance between the sensor head constant and the object surface is provided.

Diese Vorrichtung zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, daß sie eine fest mit dem Sensorkopf verbundene und kreuzweise an dem Trichter angelenkte Verschiebeeinheit ist. Die Verbindung zwischen Trichter und Verschiebeeinheit erfolgt erfindungsgemäß mittels Querstreben, die einerseits in geeigneten Führungen an der Verschiebeeinheit in Richtung der Trichterlängsachse verschieb- und schwenkbar und andererseits an der Innenfläche des Trichters schwenkbar befestigt sind. Weitergeführt wird die Erfindung dadurch, daß der Sensorkopf direkt mit dem Kugelgelenk an der kleineren Trichteröffnung verbunden ist und dieses Kugelgelenk über eine Stange an einem weiteren Kugelgelenk befestigt ist, an dem derartig weitere Sensorköpfe angebracht sind.This device is preferably characterized in that it is a permanently connected to the sensor head and cross-linked to the hopper sliding unit. The connection between the hopper and displacement unit according to the invention by means of cross struts, which are displaceable on the one hand in suitable guides on the displacement unit in the direction of the hopper longitudinal axis and pivotally mounted on the other hand on the inner surface of the funnel. The invention is further characterized in that the sensor head is connected directly to the ball joint at the smaller funnel opening and this ball joint is fastened via a rod to a further ball joint, to which further such sensor heads are mounted.

Beim Aufsetzen der größeren Trichteröffnung auf die Objektoberfläche unter Aufwendung von soviel Kraft, daß sich der Trichterrand an die Oberfläche anschmiegt, wodurch Fremdlichteinfluß ausgeschlossen wird, verformt sind der Trichterquerschnitt elliptisch. Außerdem taucht die Objektoberfläche in die Trichteröffnung ein. Wegen des Kugelgelenks an der kleineren Trichteröffnung steht die Trichterlängsachse dabei stets senkrecht auf der Tangentialebene der Objektoberfläche. Das Eintauchen der Objektoberfläche verringert den Abstand zwischen dieser und dem Sensorkopf, so daß dessen optische Funktion, nämlich das Aussenden von Licht und das Empfangen des an der Objektoberfläche reflektierten Lichts, nicht mehr gesichert ist, da der Abstand mit der Brennweite des Sensors übereinstimmen muß. Um dies zu vermeiden, wird die elliptische Verformung des Trichters ausgenutzt, indem die kreuzweise angeordneten Querschreben diese Verformung auf die Verschiebeeinheit und damit auf den Sensorkopf übertragen, wodurch dieser den gleichen Weg entlang der Trichterlängsachse bewegt wird wie der Punkt der Objektoberfläche, in welchem deren Tangentialebene, auf der die Trichterlängsachse senkrecht steht, an ihr anliegt, inden Trichter eintaucht.When placing the larger funnel opening on the object surface with the use of so much force that the funnel edge conforms to the surface, whereby extraneous light influence is excluded deformed, the funnel cross-section are elliptical. In addition, the object surface dips into the funnel opening. Because of the ball joint at the smaller funnel opening, the funnel longitudinal axis is always perpendicular to the tangent plane of the object surface. The immersion of the object surface reduces the distance between it and the sensor head, so that its optical function, namely the emission of light and the reception of the reflected light on the object surface, is no longer secured, since the distance with the focal length of the sensor must match. In order to avoid this, the elliptical deformation of the funnel is exploited by the crosswise arranged Querschreben transfer this deformation on the displacement unit and thus on the sensor head, whereby this is moved the same way along the funnel longitudinal axis as the point of the object surface, in which its tangential plane , on which the funnel longitudinal axis is vertical, abuts against it, immersed in the funnel.

Bei Verwendung von mehreren Kugelgelenken, also durch Stangen verbundenen, ist es möglich, die größere Trichteröffnung zu verkleinern und dadurch die Eintauchtiefe der Objektoberfläche zu verringern und dadurch auf die Verschiebeeinheit zu verzichten, da die geringere Eintauchtiefe im Toleranzfeld der Sensorbrennweite liegen kann. Für eine ausreichende Informationserfassung sind jedoch dann mehrere gleichartig an einem gemeinsamen Kugelgelenk über Stangen befestigte erfindungsgemäße Sensoren erforderlich.When using multiple ball joints, so connected by rods, it is possible to reduce the larger funnel opening, thereby reducing the depth of immersion of the object surface and thereby dispense with the displacement unit, since the lower immersion depth can be within the tolerance range of the sensor focal length. For a sufficient information acquisition, however, a plurality of sensors according to the invention which are fastened in a similar way to a common ball joint via rods are required.

Der Einsatz erfindungsgemäßer Sensoren stellt insbesondere bei der Farberkennung einen erheblichen Kostenvorteil dar, da aufwendige farbtüchtige Kameras unnötig werden.The use of sensors according to the invention represents a considerable cost advantage, in particular in color detection, since expensive color-capable cameras become unnecessary.

embodiments

Die Erfindung wird anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to two preferred embodiments.

Die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dient zur Farberkennung von Staubsaugergehäuseteilen im automatisierten Produktionsprozeß.The first preferred embodiment of the invention is for the color detection of vacuum cleaner housing parts in the automated production process.

Ein Sensorkopf, der je drei Lichtsender und -empfänger enthält, ist an einer Verschiebeeinheit befestigt. Jeweils ein Lichtsender und-empfänger stehen sich um 180° versetzt gegenüber in der Nähe des Umfangsdes kreisförmigen Sensorkopfs. Jedes Paar von Lichtsender und -empfänger benutzt eine andere Wellenlänge des Lichts. In die Verschiebeeinheit sind vier Langlöcher eingearbeitet, wobei sich immer ein Paar gegenüber steht und die Paare entlang der Verschiebeeinheit voneinander entfernt sind. Die Langlöcher nehmen verschieb- und schwenkbar Querstreben auf. Die Querstreben sind andererseits an der Innenfläche eines um den Sensorkopf und die Verschiebeeinheit angeordneten Trichters schwenkbar befestigt, wobei die Querstreben langer sind als der kürzeste Abstand zwischen dem jeweiligen Langloch und dem gegenüberliegenden Punkt der Innenfläche des Trichters und somit die Schwenkpunkte an dieser Innenfläche entsprechend in Richtung der kleineren Trichteröffnung verlagertA sensor head, each containing three light emitter and receiver, is attached to a displacement unit. Each light emitter and receiver are offset by 180 ° in the vicinity of the circumference of the circular sensor head. Each pair of light emitter and receiver uses a different wavelength of light. In the displacement unit four slots are incorporated, always facing a pair and the pairs are along the displacement unit away from each other. The oblong holes accommodate slidable and pivotable cross struts. The transverse struts, on the other hand, are pivotally mounted on the inner surface of a funnel arranged around the sensor head and the displacement unit, the transverse struts being longer than the shortest distance between the respective slot and the opposite point of the inner surface of the funnel, and thus correspondingly in the direction of the pivot points on this inner surface the smaller funnel opening shifted

Die kleinere Trichteröffnung ist mit einem Kugelgelenk verbunden, das mit der den Sensor benutzenden Einrichtung verbunden ist. Der Trichter besteht aus lichtundurchlässigem, elastischem und knicksteifen Material.The smaller funnel opening is connected to a ball joint which is connected to the device using the sensor. The funnel is made of opaque, elastic and kink-resistant material.

Beim Aufsetzen der größeren Trichteröffnung auf ein Gehäuseteil unter Aufwendung der Kraft, die ausreicht, daß sich der Trichterrand an der Oberfläche des Gehäuseteils anschmiegt, wodurch Fremdlichteinfluß ausgeschlossen wird, verformt sich der Trichterquerschnitt außer im Bereich der kleineren Öffnung elliptisch. Die Oberfläche des Gehäuseteils taucht in den Trichter ein, wobei das Kugelgelenk gewährleistet, daß die Trichterlängsachse stets senkrecht zu der Tangentialebene der Oberfläche bleibt, die diese Oberfläche im Lotpunkt der Trichterlängsachse berührt. Die Weglänge des Eintauchens dieses Lotpunkts wird durch die Verschiebeeinheit ausgeglichen, wobei die elliptische Verformung des Trichters über die Querstreben auf die Verschiebeeinheit derart übertragen wird, daß sich diese und damit der Sensorkopf um genau die gleiche Weglänge in Richtung auf die kleinere Trichteröffnung bewegt.When placing the larger funnel opening on a housing part by applying the force sufficient that the funnel edge conforms to the surface of the housing part, whereby extraneous light influence is excluded, the funnel cross-section deforms elliptical except in the region of the smaller opening. The surface of the housing part immersed in the funnel, wherein the ball joint ensures that the funnel longitudinal axis is always perpendicular to the tangent plane of the surface that touches this surface in the soldering point of the funnel longitudinal axis. The path length of the immersion of this Lotpunkts is compensated by the displacement unit, wherein the elliptical deformation of the funnel is transmitted via the cross braces on the displacement unit such that this and thus the sensor head moves by exactly the same path length in the direction of the smaller funnel opening.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird vorrangig bei stark gekrümmten Oberflächen eingesetzt, insbesondere bei der Farberkennung von Gehäuseteilen für Luftduschen im automatisierten Produktionsprozeß.The second preferred embodiment of the invention is used primarily in strongly curved surfaces, in particular in the color detection of housing parts for air showers in the automated production process.

Die hier verwendeten Sensorköpfe tragen jeweils nur ein Paar.Lichtsender und -empfänger. Deshalb werden vorteilhafterweise drei Sensoren zu einem Komplex zusammengefaßt eingesetzt.The sensor heads used here carry only one pair each. Light transmitter and receiver. Therefore, advantageously, three sensors are combined to form a complex.

Der Sensorkopf ist direkt mit einem Kugelgelenk verbunden und von einem Trichter umgeben, wobei sich der Durchmesser der größeren Trichteröffnung nur wenig von dem Durchmesser der kleineren, mit dem Kugelgelenk genauso wie der Sensorkopf verbundenen Trichteröffnung unterscheidet. Das Kugelgelenk ist andererseits über eine Stange mit einem weiteren Kugelgelenk verbunden, an dem gleichartig um je 120° versetzt in gleicher Höhe die beiden anderen gleichgestalteten Sensorköpfe angebracht sind. Dieses zweite Kugelgelenk ist mit der den Sensor benutzenden Einrichtung verbunden.The sensor head is directly connected to a ball joint and surrounded by a funnel, wherein the diameter of the larger funnel opening differs only slightly from the diameter of the smaller, connected to the ball joint as well as the sensor head funnel opening. The ball joint is on the other hand connected via a rod with another ball joint, at the same height offset by 120 ° at the same height, the two other identically shaped sensor heads are mounted. This second ball joint is connected to the device using the sensor.

Diese Ausführungsform erfordert keinen Eintauchausgleich, da die Eintauchtiefe wegen der reduzierten größeren Trichteröffnung im Toleranzfeld des Sensors bleibt. Um jedoch einen ausreichend großen Oberflächenbereich zu untersuchen, werden drei Sensoren zu einem Komplex zusammengefaßt, wobei wegen der Kugelgelenke beliebige Oberflächenkrümmungen auftreten können.This embodiment does not require any immersion compensation, since the immersion depth remains within the tolerance range of the sensor due to the reduced larger funnel opening. However, to investigate a sufficiently large surface area, three sensors are combined into a complex, which can occur because of the ball joints any surface curvatures.

Claims

1. Optical sensor, preferably for color detection in particular of objects with a curved surface, characterized in that the at least one light emitter and a light receiver supporting the sensor head is arranged inside a funnel, which is formed opaque, elastic and kink-resistant, the smaller opening of the funnel with a ball joint is connected and a device for keeping constant the distance between the sensor head and the object surface is provided.

2. An optical sensor according to claim 1, characterized in that the device for keeping constant the distance between the sensor head and the object surface is a fixedly connected to the sensor head and hinged crosswise to the hopper displacement unit.

3. An optical sensor according to claims 1 and 2, characterized in that on the displacement unit crosswise cross struts are mounted such that they are on the one hand in suitable guides in the direction of the hopper longitudinally displaceable and pivotally mounted and on the other hand pivotally mounted on the inner surface of the funnel.

4. An optical sensor according to claim 1, characterized in that the sensor head is connected directly to the _ ball joint at the smaller funnel opening and this ball joint is fastened via a rod to a further ball joint, are attached to the thus further sensor heads.