DE10009942C2 - Optischer Sensor zur Detektion von Objekten mit reflektierenden Oberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Detektion von Objekten mit reflektierenden Oberflächen, insbesondere von Flaschen, Ampullen oder ähnlichen runden Werkstücken, bestehend aus einem länglich-gestreckten Gehäuse, wobei im Bereich der Vorderkante des Gehäuses eine Mehrzahl von Sende- und Empfangseinheiten räumlich versetzt zueinander angeordnet sind, die in wenigstens teilweise unterschiedliche Raumrichtungen abstrahlen bzw. aus wenigstens teilweise unterschiedlichen Raumrichtungen detektieren und deren Empfangs- oder Sendebereiche einander räumlich wenigstens teilweise überlappen.

Optische Standard-Sensoren verfügen in der Regel über Sende- und Empfangs­ einheiten mit einer durch Linsensysteme bewirkten Richtcharakteristik. Der Sendebereich, d. h. der von der Lichtquelle der Sendeeinheit beleuchtete Bereich, und der Empfangsbereich, d. h. der Raumbereich, innerhalb dessen emittiertes oder gestreutes Licht auf den Detektor der Empfangseinheit fällt, sind bei opti­ schen Standard-Sensoren meist relativ schmal ausgebildet, so dass das zu detektierende Objekt mit einem schmalen Lichtbündel beleuchtet wird, welches bei zunehmenden Abstand des Objekts von Sende- und Empfangseinheit mit nur langsam abnehmender Intensität auf den Detektor rückreflektiert wird.

Insbesondere bei der Erkennung von Objekten mit gekrümmten reflektierenden Flächen mit derartigen Sensoren mit engem Sende- und Empfangsbereich gibt es Probleme. Solche Objekte, wie Flaschen oder Ampullen oder runde Werkstücke, können von solchen Sensoren nur in einem sehr engen Raumbereich um die optische Achse des Sende- bzw. Empfangssystems herum erkannt werden, weil die von der Lichtquelle ausgehenden Strahlen auf der gekrümmten Oberfläche des Objekts entsprechend dem Einfallswinkel wegreflektiert werden und nur aus einem kleinen Raumbereich auf den Empfänger treffen. Die detektierte Intensität ist hoch, wenn die Objektoberfläche senkrecht zur optischen Achse des Empfangssystems liegt, ansonsten wird das reflektierte Licht nicht detektiert. Der durch das Wegreflektieren hervorgerufene Signaleinbruch hat zur Folge, dass zwischen aufeinanderfolgenden Objekten selbst dann eine Lücke detektiert wird, wenn die Objekte direkt aneinandergereiht sind.

In der praktischen Anwendung, z. B. innerhalb von Fertigungsstrassen, wird jedoch gefordert, dass aneinanderreihte, an einem Sensor vorbeiziehende Objekte, die weniger als einen bestimmten Maximalabstand aufweisen, ohne Unterbrechung des Signals erkannt werden müssen, z. B. als eine zusammen­ hängende Fläche. Erst wenn die Lücke zwischen zwei Objekten größer als dieser Maximalabstand wird, soll ein Schaltsignal erzeugt werden.

Durch die DE 93 07 500.6 U1 ist ein Reflexionslichttaster mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Tastkopf mit optoelektronischen Sender- und Empfängerbauteil bekannt geworden, wobei der Tastkopf ein zusätzliches Sender- und vorzugsweise auch ein zusätzliches Empfängerbauteil aufweist, welche achsparallel oder paarweise V-förmig zueinander angeordnet sind, wobei die paarweise einander zugeordneten Sender- und Empfängerbauteile auch unterschiedlich groß sein können. Der wirksame Tastbereich ist hier allerdings auf einen relativ schmal-länglichen mittleren Bereich des Tasters beschränkt.

Durch die DE 30 20 483 ist eine photoelektrische Einrichtung zum Abtasten von Gegenständen, wie Hindernissen an Maschinen, automatischen Türen oder selbstfahrenden Flurförderwerken, bekannt geworden, die lichtemittierende Dioden als Sendeelemente und lichtempfindliche Phototransistoren als Empfangselemente umfasst, die in einer Reihe angeordnet sich abwechseln, wobei die Abstrahlwinkel und die Empfangswinkel benachbarter Dioden bzw. Phototransistoren sich überlappen. Diese Vorrichtung soll die Einwirkung verschiedener Reflexionseigenschaften des Hindernisses reduzieren und bei total reflektierenden Flächen eine weit größere Winkelabweichung zulassen.

Durch die US 5,245,177 A ist eine Abtastvorrichtung ebenfalls mit einem Sende- und mehreren Empfangselementen bekannt geworden, wobei das Sendeelement das Objekt mit gebündeltem Licht anstrahlt und das reflektierte Licht von den beiden seitlich des Sendeelements angeordneten Empfangselementen detektiert wird. Durch die geneigte Anordnung der Empfänger zueinander und bezüglich des Sendeelements wird jedoch nur ein schmaler Detektionsbereich allerdings mit Hintergrundunterdrückung erreicht.

Durch die DE 31 37 835 C2 ist des Weiteren ein optischer Näherungsschalter bekannt geworden, welcher auf ein stillstehendes oder bewegliches Licht einer Lichtsendeeinheit aus zwei Leuchtdioden zu einer Lichtempfangseinheit mit einer Linse zurückwerfendes Objekt anspricht. Die Linsen der Leuchtdioden sind optisch so angeordnet, dass die ausgehenden Sendelichtbündel in Richtung zum Objekt divergieren. Die Linse der Empfangseinheit besitzt ein sektorförmiges Erkennungsfeld mit einem photoelektrischen Wandlerelement. Die beiden Linsen der Lichtsendeeinheit sind Zylinderlinsen, wobei im Betrieb der Lichtsendeeinheit zwei sich teilweise überdeckende sektorförmig aneinander gereihte Sendelichtbündel entstehen. Auch die Linse der Lichtempfangseinheit ist eine Zylinderlinse, die zwischen den Linsen der Lichtsendeeinheit angeordnet ist, so dass sich das sektorförmige Erkennungsfeld über beide Teile bei der Sende­ lichtbündel erstreckt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen optischen Sensor zur Verfügung zu stellen, welcher imstande ist, die Anwesenheit eines Objekts mit reflektierenden Oberflächen, insbesondere von Flaschen, Ampullen und ähnli­ chen runden Werkstücken, zuverlässig über einen relativ breit ausgedehten Detektionsbereich zu erkennen, der eine gezielte Hintergrundunterdrückung aufweisen soll.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Sensor der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die endständige räumliche Anordung der Sende- oder Empfangseinheiten mit dazwischen liegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten, wobei wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis sechs zwischenliegende Empfangs- oder Sende­ einheiten vorhanden sind, und auf Grund der Neigung der optischen Mittelachsen der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten zueinander und insbesondere um einen geringen Winkel zur Horizontalen sowie der Neigung der optischen Mittelachse der Sende- zu den Empfangseinheiten oder umgekehrt sowie durch die Anordnung von wenigstens zwei Empfangs- oder Sendeeinheiten zwischen den endständigen Sende- oder Empfangseinheiten, wird eine lineare Erfassung in x-Richtung und gleichzeitig eine vorteilhafte Hintergrundausblendung erzielt, so dass nur in einem vorgebbaren Raum eine Detektion erhalten wird. Aufgrund dieser Anordnung kreuzen die Erfassungbereiche der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten die Erfassungbereiche der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten, ebenso wie diese Anordnung bewirkt, dass von jedem Punkt des beleuchteten Objektes aus gesehen ein Sender und ein Empfänger oder umgekehrt durch einen relativ großen Winkelabstand von wenigstens größer 45° getrennt sind. Jede Sendereinheit kann eine mit großem Öffnungswinkel abstrahlende Lichtquelle sowie jede Empfangseinheit einen mit großem Öffnungswinkel empfangenden Lichtempfänger umfassen.

Des Weiteren ist in vorteilhafter Weise der Öffnungswinkel der Strahlenbündel der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten mittels Blenden oder Linsen begrenzt. Diese Blenden sind zum Beispiel durch Gehäuseaufkantungen in der Vorderkante des Gehäuses gebildet. Des Weiteren können die Blenden variable Blendenöffnungen besitzen, mit welchem die Form des Sende- bzw. Empfangs­ bereichs anpassbar ist.

Vorzugsweise weist der Sende- oder Empfangsbereich der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten die Form eines Kegels mit einem schmalen Öffnungs­ winkel, in der Horizontalen, von höchstens 30° auf, wohingegen die Sende- und Empfangsbereiche der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten wenigstens 30°, vorzugsweise wenigstens 60°, besonders bevorzugt wenigstens 90° Öffnungswinkel, in der Horizontalen, besitzen. Prinzipiell sind die ent­ scheidenden Winkel diejenigen in horizontaler Ausdehnung. Die optischen Mittelachsen der Sende- und Empfangseinheiten, bei kegelförmigen Sende- und Empfangsbereichen wie Kegelachsen, liegen vorzugsweise in einer Ebene, wobei im Anwendungsfall in dieser Ebene vorzugsweise die Krümmung des zu detektie­ renden Objekts liegt.

Vorzugsweise umfaßt der erfindungsgemäße optische Sensor Sendeeinheiten mit mehr oder weniger großem Öffnungswinkel abstrahlenden Lichtquellen sowie Empfangseinheiten ebenfalls mit mehr oder weniger mit großem Öffnungswinkel empfangenden Lichtempfängern. Dies kann beispielsweise auch durch eine geeignete Abbildungsoptik vor den jeweiligen Einheiten erreicht werden. Hierdurch wird ein möglichst weiter Raumbereich ausgeleuchtet bzw. Licht daraus detektiert, so daß die Empfindlichkeit des Sensors erhöht wird.

Der erfindungsgemäße optische Sensor besitzt insgesamt den Vorteil, dass er einerseits in Längenausdehnung zusammen mit einer gezielten Hintergrund­ unterdrückung einen definierten optischen Bereich in Form eines Trapezes oder einer Rampe detektiert, wobei innerhalb dieses optischen Erfassungsbereichs direkte Reflexion sicher detektiert und außerhalb dieses optischen Bereichs störende Hintergrundreflexionen beliebiger Art gezielt unterdrückt werden. Diese Vorteile werden insbesondere auf Grund der Anordnung der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten erzielt, deren optische Mittelachsen nur um wenige Grad gegenüber der Horizontalen geneigt sind, so dass deren Abstrahl- oder Empfangswinkel klein ist und vorzugsweise höchstens 30° beträgt. Die Neigung dieser beiden Sende- oder Empfangseinheiten zur Horizontalen begrenzt quasi linear den Erfassungsbereich, wobei der Erfassungsbereich noch durch die Steuerung der Empfindlichkeit der zwischenliegenden Empfänger- oder Sende­ einheiten eingestellt werden kann.

Diese Ausgestaltung des optischen Sensors ist insbesondere dazu geeignet, Objekte mit planen oder gekrümmten reflektierenden Oberflächen, wie Flaschen, Ampullen oder ähnliche runde Werkstücke, zu erfassen, um festzustellen, ob derartige Objekte, wenn sie am optischen Sensor vorbei geführt werden, gedrängelt sind oder mit Abstand voneinander laufen. In vorteilhafterweise kann ein Drängeltisch für Flaschen mit einem derartigen optischen Sensor ausgestattet werden, der das Aufstauen von Flaschen in seinem Erfassungs­ bereich detektiert und bestimmte Reaktionen auf Grund Abgabe von Schaltsignalen einzuleiten im Stande ist.

Da die Reichweite der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten geometrisch scharf begrenzt ist und ungefähr eine Rampe oder ein Trapez bildet, kann die Empfindlichkeit der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten sehr hoch eingestellt werden, so dass auf jeden Fall auch diffuse Strahlung innerhalb des Erfassungsbereichs detektiert wird. Das hat den Vorteil, dass auf diese Weise auch unterschiedlich farbige Flaschen oder Etiketten erkannt werden können, ohne dass der Sensor jedes Mal auf unterschiedliche farbige Objekte eingestellt werden muss.

Der Maximalabstand zweier Objekte, bei dem das Ausgangssignal des optischen Sensors einen bestimmten Pegel unterschreitet, kann durch Empfindlichkeits­ einstellung der Empfangseinheit bzw. der Empfangseinheiten, z. B. mittels eines Potentiometers, geregelt werden und/oder durch Verkleinerung bzw. Vergrös­ serung der Sende- und Empfangsbereiche. Dazu weist der Sensor in einer vorteilhaften Weiterbildung am Ausgang einer Sende- bzw. Empfangseinheit jeweils eine Blende mit variabler Blendenöffnung auf, mit welcher die Form des Sende- bzw. Empfangsbereichs anpaßbar ist.

Zur zuverlässigen Detektion von runden Objekten liegen die optischen Achsen bzw. Hauptstrahlrichtungen der Sende- und Empfangseinheiten, die bei kegelförmigen Sende- und Empfangsbereichen mit den Kegelachsen übereinstimmen, vorzugsweise in einer Ebene. Im Anwendungsfall liegt in dieser Ebene vorzugsweise die Krümmung des zu detektierenden Objekts, auch der anzuzeigende Mindestabstand ist in dieser Ebene gemessen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Sensor im Anwendungsfall, bestehend aus einem länglichen Gehäuse mit je einer endständigen Sende- oder Empfangseinheit und zwischenliegenden Empfangs- oder Sende­ einheiten,

Fig. 2 den Sensor gemäß Fig. 1 im UND-Betrieb der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten mit der Darstellung seines Erfassungs­ bereichs, der gestrichelt gezeichnet ist, wobei sich eine Reihe von zu erfassenden Objekten im Erfassungsbereich und weitere Objekte außerhalb des Erfassungsbereichs befinden,

Fig. 3 den Sensor gemäß Fig. 1 im ODER-Betrieb der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten mit der Darstellung des sich dann ergebenden Erfassungsbereichs und

Fig. 4 eine Seitenansicht des Sensors zum Aufzeigen des vertikalen Erfassungswinkels mit zwei unterschiedlich großen Flaschen.

Der in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Sensor besteht aus einem geraden, länglichen und quaderförmigen Gehäuse 1, welches eine Vorderkante 2 aufweist, in die Sende- und Empfangseinheiten integriert sind. In den Endbereichen 3, 4 des Gehäuses 1 befinden sich im Bereich der Vorderkante 2 je eine endständige Sende- oder Empfangseinheit 5, 6. Zwischen diesen end­ ständigen Sende- oder Empfangseinheiten 5, 6 sind, ebenfalls im Bereich der Vorderkante 2 des Gehäuses 1 auf einer Linie liegend, Empfangs- oder Sende­ einheiten, 7, 8, 9, 10 angeordnet, welche voneinander und von den endständigen Sende- oder Empfangseinheiten 5, 6 beabstandet sind. Diese Abstände sind vorzugsweise äquidistant. Die endständigen Sende- oder Empfangseinheiten 5, 6 sind gegenüber den zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten 7, 8, 9, 10 nach vorn in Richtung zu den zu erfassenden Objekten vorstehend angeordnet, so dass die Verbindungslinie der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten 5, 6 um einen Abstand 1 (Fig. 3) oberhalb der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten 7, 8, 9, 10 bzw. vor denselben verläuft. Im Nachfolgenden wird davon ausgegangen, dass die endständigen Einheiten Sendeeinheiten 5, 6 und die zwischenliegenden Einheiten Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 sind.

Die optischen Mittelachsen 27, 27' der Sendeeinheiten 5, 6 sind gemäß der Fig. 2 zur Horizontalen 29 unter einem relativ kleinen Winkel δ geneigt, wobei dieser Winkel δ zwischen 5° bis 30°, vorzugsweise cirka 10°, beträgt.

Der Öffnungs- oder Raumwinkel α, α' der Sendeeinheiten 5, 6 ist einerseits durch Fassungen 21, 22, in denen die Sendeeinheiten 5, 6 sitzen, begrenzt, andererseits wird dieser Öffnungs- oder Raumwinkel α, α' durch eine den Sendeeinheiten 5, 6 vorgelagerte Blende 11, 12 begrenzt, welche in Fig. 1 aus einer Gehäuseauf­ kantung 11, 12 besteht. Der durch den Winkel α, α' aufgespannte Sendebereich ist vorzugsweise kegelförmig, wobei der Öffnungs- oder Raumwinkel α, α' zwischen 5 bis 30°, vorzugsweise zwischen 8° bis 15° beträgt.

Die zwischenliegenden Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 weisen ebenso einen kegelförmigen Öffnungs- oder Raumwinkel β, β', γ, γ' auf, wobei diese Öffnungs- oder Raumwinkel vorzugsweise zwischen 45° bis 90° betragen. Die Öffnungs- oder Raumwinkel β, β' der Empfangseinheiten 7, 10 sowie die Öffnungs- oder Raumwinkel γ, γ' der Empfangseinheiten 8, 9 sind in Fig. 1 identisch. Die optischen Achsen 28 der einzelnen Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 können zueinander geneigt sein, wie es in Fig. 1 ebenfalls gezeigt ist; vorzugsweise können die optischen Achsen 28 ungefähr senkrecht zur Vorderkante 2 des Sensors und vorzugsweise in der Ebene des Sensors liegend verlaufen. Die Sende- und Empfangsbereiche der Sende- und Empfangseinheiten überlappen einander wenigstens teilweise.

Auf Grund dieser geometrischen Anordnung der endständigen Sendeeinheiten 5, 6 bezüglich der zwischenliegenden Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 ergeben sich unterschiedliche Erfassungsbereiche 30, 32, 35, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, je nach der Tastung der Sendeeinheiten 5, 6. Werden die Sendeeinheiten 5, 6 im UND-Betrieb angesteuert, so stellt sich ein rampen­ förmig ansteigender und absteigender Erfassungsbereich 30 mit den Öffnungswinkeln α, α' ein, der in Fig. 2 gestrichelt gezeichnet ist, wobei sich die beiden Erfassungsbereiche der einzelnen Sendeeinheiten 5, 6 überlappen und damit eine Rampe mit einem Kulminationspunkt 31 ausbilden, die durch die beiden äußeren Begrenzungsstrahlen 5', 6' der Sendeeinheiten 5, 6 begrenzt ist. Werden die beiden endständigen Sendeeinheiten 5, 6 hingegen im ODER-Betrieb angesteuert, so stellen sich schmale quasi dreieckförmige Erfassungsbereich 32, 35 gemäß Fig. 3 ein, die dort unterschiedlich schraffiert sind und die durch den äußersten Begrenzungsstrahl 5' bzw. 6' und den äußersten Empfangsstrahl 10' bzw. 7' der am weitesten entfernten Empfangseinheit 10 bzw. 7 begrenzt ist bzw. ein hierzu bezüglich der Sensormittelachse gespiegelter Erfassungsbereich.

Der erfindungsgemäße Sensor kann nach Bedarf zwischen den Empfangs­ bereichen 30, 32 sowie 35 hin- und hergeschaltet werden, was insbesondere für Zwecke der Überprüfung vorteilhaft ist, wenn einer der Empfangsbereiche keine eindeutige Signalantwort liefern sollte.

Die Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 sind in Fassungen 23, 24, 25, 26 angeordnet, welche vorzugsweise die Öffnungs- oder Raumwinkel β, β', γ, γ' der Empfangs­ einheiten bestimmen.

Nähert sich ein Objekt oder Objekte 14, 15, 16 mit reflektierender Oberfläche dem Sensor, wobei diese Objekte vorzugsweise Flaschen auf einem Drängeltisch 33 sein können, so wird das Licht des von den Sendeeinheiten 5, 6 ausgehenden Strahlenbündels von den gekrümmten Oberflächen der Objekte 14, 15, 16 reflektiert und kann die Empfängereinheiten 7, 8, 9, 10 erreichen.

Der UND-Betrieb der beiden Sendereinheiten 5, 6 ist in Fig. 2 gezeigt, wobei hier die drei Flaschen 14, 15, 16 nach den Gesetzen der geometrischen Optik von den Strahlenbündeln der Sendereinheiten erfasst werden. Die außerhalb des Erfassungsbereichs 30 vorbeilaufenden Objekte 17, 18, 19, 20 werden nicht erfasst, so dass eine wohldefinierte Hintergrundunterdrückung auf Grund der scharfen räumlichen Begrenzung des Erfassungsbereichs 30 erfolgt. Der ODER- Betrieb der beiden Sendereinheiten 5, 6 und die sich daraus ergebenden Erfassungsbereiche 32 und 35 sind in Fig. 3 gezeigt. Ebenso können die endständigen Sendereinheiten 5, 6 im Multiplex-Betrieb betrieben werden.

Fig. 1 zeigt den Sensor im Anwendungsfall mit drei zu erfassenden Objekten 14, 15, 16, welche abstandslos nebeneinander angeordnet sind. Sie werden beispielsweise in Transportrichtung X, welche etwa, der Verbindungsrichtung der Sendeeinheiten 5, 6 entspricht, befördert, wobei der Sensor das Anstauen im Transport, zum Beispiel auf dem Drängeltisch oder Förderband, erkennen soll. Bei bekannten Sensoren mit räumlich stark begrenztem Sende- und Empfangsbereich besteht das Problem, daß die auf die gekrümmten Objekte treffenden Lichtstrahlen je nach Auftreffwinkel vom Empfänger wegreflektiert werden und somit auch bei Vorhandensein eines Objekts oder einer geschlossenen Objektkette ein Abfall der detektierten Lichtmenge und damit ein Signal "kein Objekt vorhanden" erzeugt wird. Dies wird beim erfindungsgemäßen Sensor durch scharf begrenzte Sendebereiche, die gleich den Erfassungs­ bereichen 30 oder 32 sind, sowie diffus aufgeweitete Empfangsbereiche der einzelnen Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 mit den Begrenzungslinien 7', 7", 8', 8", 9', 9", 10', 10" der Empfangsstrahlenbündel erreicht. Die Empfangsbereiche überlappen einander zumindest im Bereich der Objekte, so daß das Objekt bzw. die Objekte 14, 15, 16 großflächig detektiert werden. Erfindungsgemäß wird durch den geometrisch scharf begrenzten Sendebereich und die sich überlappenden kegelförmig aufgeweiteten Empfangsbereiche sichergestellt, daß wenigstens ein Teil der an den Objekten 14, 15, 16 reflektierten Lichtstrahlen von den Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 detektiert wird. Durch Beleuchten des 1 Objektbereichs, in welchem sich Objekte im Anwendungsfall typischerweise aufhalten, aus unterschiedlichen Richtungen mittels der Sendeeinheiten 5, 6 wird so erreicht, daß auch bei gekrümmten, aber nicht unterbrochenen Objekten ein Teil des ausgesendeten Lichts auf wenigstens eine der Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 fällt und dadurch ein meßbares Signal erzeugt. Um eine Ortsinformation längs der Zeile des Sensors in x-Richtung zu erhalten, können auch die zwischenliegenden Empfangseinheiten 7, 8, 9, 10 im Multipex-Betrieb betrieben werden.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Sensors, der in seitlicher Befestigung mit seiner Hauptebene parallel zur Transportebene eines Drängel­ tisches 33 angeordnet ist, so dass die Vorderkante 2 des Sensors parallel zur Transportrichtung der Flaschen 14, 20 verläuft. Mit dem Winkel ε ist der vertikale Öffnungswinkel der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten 5, 6 bzw. der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten 7, 8, 9, 10 bezeichnet. Der vertikale Öffnungswinkel ε ist der Applikation angepasst, wobei auch die vertikale Strahlaufweitung durch Blenden 34 vorgegeben werden kann. Die Blende 34 bildet im gezeigten Beispiel gleichzeitig eine seitliche Barriere für Flaschen 14, 20. Der vertikale Öffnungswinkel ε ist wesentlich für die Erkennung von umgefallenen Objekten auf dem Drängeltisch 33, welche normalerweise aufrecht transportiert werden.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

2

Vorderkante

3

,

4

Endbereiche des Gehäuses

5

,

6

endständige Sende- oder Empfangseinheit

7

,

8

,

9

,

10

zwischenliegende Empfangs- oder Sendeeinheiten

11

,

12

Aufkantungen (Blenden)

13

transparente Abdeckung

14

,

15

,

16

Objekt im Erfassungsbereich

17

,

18

,

19

,

20

Objekte außerhalb des Erfassungsbereichs

21

,

22

,

23

,

24

,

25

,

26

Fassungen der Sende- oder Empfangseinheiten

27

optische Mittelachsen der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten

28

optische Mittelachsen der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten

29

Horizontale

30

,

32

,

35

Erfassungsbereiche

31

Kulminationspunkt

33

Drängeltisch

34

Barriere sowie Blende
α, α' Öffnungswinkel der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten
β, β', γ, γ' Öffnungswinkel der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten
ε vertikaler Öffnungswinkel des Sensors bzw. der zwischenliegenden und endständigen Sende- oder Empfangseinheiten

Claims (14)

1. Optischer Sensor zur Detektion von Objekten (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20) mit reflektierenden Oberflächen, insbesondere von Flaschen, Ampullen oder ähnlichen runden Werkstücken, bestehend aus einem länglich-gestreckten Gehäuse (1), wobei im Bereich der Vorderkante (2) des Gehäuses eine Mehrzahl von Sende- und Empfangseinheiten (5, 6, 7, 8, 9, 10) räumlich versetzt zueinander angeordnet sind, die in wenigstens teilweise unterschiedliche Raumrichtungen (β, β', γ, γ') abstrahlen bzw. aus wenigstens teilweise unterschiedlichen Raum­ richtungen (β, β', γ, γ') detektieren und deren Empfangs- oder Sendebereiche (β, β', γ, γ') einander räumlich wenigstens teilweise überlappen, wobei jeweils am Ende (3, 4) des Gehäuses (1) einander zugewandt entweder je eine endständige Sende- oder eine Empfangseinheit (5, 6) angeordnet ist, zwischen denen mindestens zwei Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) räumlich versetzt zueinander sich befinden, wobei die endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) gegenüber den zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) um einen vorgegebenen Abstand (1) dergestalt verlagert angeordnet sind, dass die geradlinige Verbindungslinie der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) vor den zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) verläuft, und dass die optischen Mittelachsen (27, 27') der Öffnungswinkel (α, α') der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) um einen Winkel δ nur einige wenige Grad zwischen 0° bis 30° gegenüber der Verbindungslinie der end­ ständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) dergestalt geneigt ist, dass die optischen Mittelachsen (27, 27') in Richtung der zu detektierenden Objekte hin konvergieren, und dass die optischen Mittelachsen (28, 28') der Öffnungswinkel (β, β', γ, γ') der zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) gegenüber denjenigen (27, 27') der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) um einen Winkel zwischen 40° bis zu 90° zueinander geneigt sind.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) wenigstens zwei (n ≧ 2) Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) angeordnet sind und jede Sendeeinheit (5, 6, 7, 8, 9, 10) eine mit großem Öffnungswinkel abstrahlende Lichtquelle sowie jede Empfangseinheit (5, 6, 7, 8, 9, 10) einen mit großem Öffnungswinkel empfangenden Lichtempfänger umfaßt.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (α, α') der Strahlenbündel der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) mittels Blenden (11, 12) oder Linsen begrenzt ist.

4. Optischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden durch Gehäuseaufkantungen (11, 12) in der Vorderkante (2) des Gehäuses (1) im Bereich vor den endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) gebildet sind.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (11, 12) variable Blendenöffnungen besitzen, mit welchen die Form des Sende- bzw. Empfangsbereichs (α, α') anpassbar ist.

6. Optischer Sensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sende- und Empfangsbereich der endständigen Sende- oder Empfangs­ einheiten (5, 6) die Form eines Kegels mit einem schmalen Öffnungs- oder Raumwinkel (α, α'), in der Horizontalen von höchstens 30° aufweist, wohingegen die Sende- und Empfangsbereiche der zwischen liegenden Empfangs- oder Sende­ einheiten (7, 8, 9, 10) einen Öffnungs- oder Raumwinkel in der Horizontalen von wenigstens 30° besitzen.

7. Optischer Sensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittelachsen der Öffnungswinkel (α, α', β, β', γ, γ') aller Sende- und Empfangseinheiten (5, 6, 7, 8, 9, 10), bei kegelförmigen Sende- und Empfangsbe­ reichen die Kegelachsen, in einer Ebene liegen, wobei im Anwendungsfall in dieser Ebene vorzugsweise die Krümmung des zu detektierenden Objekts liegt.

8. Optischer Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltsignal erzeugt wird, wenn die Summe der Ausgangssignale der Empfangseinheiten (5, 6, 7, 8, 9, 10) eine vorbestimmte Schwelle über- oder unterschreitet.

9. Optischer Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) sowie die zwischen­ liegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) des Sensors auf geraden Linien angeordnet sind.

10. Optischer Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) zur Veränderung des Erfassungsbereichs (30,32) von einem UND-Betrieb auf einen ODER-Betrieb oder umgekehrt umschaltbar oder in einem Multiplex-Betrieb betreibbar sind.

11. Optischer Sensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die zwischenliegenden Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) zum Erhalt einer Ortsinformation über die Länge des Sensors in x-Richtung in einem Multiplex-Betrieb betreibbar sind.

12. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Mittelachse (27) des Öffnungswinkels (α, α') der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) zwischen 3° bis 15° gegenüber der Verbin­ dungslinie der endständigen Sende- oder Empfangseinheiten (5, 6) geneigt ist.

13. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (α, α') der Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) mittels Blenden (11, 12) oder Linsen begrenzt ist.

14. Optischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungs- oder Raumwinkel der Sende- und Empfangsbereiche der Empfangs- oder Sendeeinheiten (7, 8, 9, 10) wenigstens 60°, besonders bevorzugt 90°, aufweisen.