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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung
zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
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Aus der
DE 44 36 597 A1 ist eine
als Barcodelesegerät
ausgebildete optoelektronische Vorrichtung bekannt. Das Barcodelesegerät weist
einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender sowie einen einzelnen
Empfänger
auf. Die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen werden über eine
Ablenkeinheit in Form eines Polygonspiegelrads abgelenkt und werden
auf diese Weise periodisch innerhalb eines Erfassungsbereichs geführt. Der Überwachungsbereich
ist durch ein Kontrastmuster in Form eines Barcodes begrenzt. Mit
den Sendelichtstrahlen wird bei freiem Strahlengang das Kontrastmuster
vollständig
abgetastet. Bei einem Objekteingriff wird das Kontrastmuster nicht
mehr vollständig
erfasst, worauf von der optoelektronischen Vorrichtung eine Objektmeldung
ausgegeben wird.
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Nachteilig bei dieser optoelektronischen
Vorrichtung ist, dass die Ablenkeinheit zur Strahlablenkung der
Sendelichtstrahlen einen erheblichen konstruktiven Aufwand der optoelektronischen
Vorrichtung bedingt, wobei zudem durch die bewegten Teile der Ablenkeinheit
die Lebensdauer der optoelektronischen Vorrichtung begrenzt ist.
Weiterhin ist durch die Periodendauer der Abtastbewegung der Sendelichtstrahlen
die Ansprechzeit der optoelektronischen Vorrichtung bei der Objektdetektion
begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine
optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,
mittels derer bei geringem kon struktiven Aufwand eine sichere Objektdetektion
mit geringer Ansprechzeit ermöglicht
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die
Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung
dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Die optoelektronische Vorrichtung
weist eine Empfängereinheit
auf, welche aus wenigstens einer Empfängerzeile mit einer linearen
Anordnung von Empfangselementen besteht. Ebenso beinhaltet die erfindungsgemäße optoelektronische
Vorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung von an den Ausgängen der
Empfangselemente anstehenden Empfangssignalen. Die erfindungsgemäße optoelektronische
Vorrichtung weist ein den Überwachungsbereich
begrenzendes Kontrastmuster auf, welches auf die Empfängerzeile
abgebildet ist. Die dem Kontrastmuster entsprechenden Empfangselemente
sind in einem Einlernvorgang in der Auswerteeinheit als Referenzsignale
abgespeichert. Während
einer auf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase wird in der
Auswerteeinheit durch Vergleich von aktuell registrierten Empfangssignalen mit
den Referenzsignalen ein Objektfeststellungssignal generiert.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit
darin, das den Überwachungsbereich
begrenzende Kontrastmuster in einem Einlernvorgang auf die Empfangselemente
der wenigstens einen Empfängerzeile
abzubilden, so dass die Struktur des Kontrastmusters ortsaufgelöst in Form
der Referenzsignale in der Auswerteeinheit der optoelektronischen Vorrichtung
hinterlegt ist.
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Dringt während der auf den Einlernvorgang folgenden
Betriebsphase ein Objekt in den Überwachungsbereich
zwischen Kontrastmuster und optoelektronischer Vorrichtung ein,
so kann aus dem vom Objekt abgedeckten Teil des Kontrastmusters
beziehungsweise aus dem noch erkennbaren, nicht abgedeckten Teil
des Kontrastmusters nicht nur das Vorhandensein eines Objektes,
sondern bei bekannten Geometriedaten des Kontrastmusters auch dessen Distanz
ermittelt werden. Weiterhin kann auch die Bewegungsrichtung und/oder
die Geschwindigkeit des Objekts im Überwachungsbereich erfasst
werden. Schließlich
kann auch die Lage und Orientierung eines Objekts erfasst werden.
Bei einer optoelektronischen Vorrichtung mit zwei Empfängerzeilen können auch
räumliche
Objektstrukturen detektiert werden. Schließlich können auch die Größen und
Anzahlen von Objekten im Überwachungsbereich
bestimmt werden.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften
Variante der Erfindung weist die optoelektronische Vorrichtung nur
eine Empfängereinheit
jedoch keinen Sender auf. In diesem Fall wird allein vorhandenes Umgebungslicht
zur Objektdetektion ausgenutzt. Die optoelektronische Vorrichtung
weist in diesem Fall einen besonders einfachen und kostengünstigen
Aufbau auf. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die optoelektronische
Vorrichtung einen äußerst geringen
Energiebedarf hat und sich damit für energieautarke Anwendungen
eignet.
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Die Kontrastmuster können in
diesem Fall von passiven Systemen wie Barcodes oder Objekten mit
definierten Tiefenprofilen oder auch natürlichen Hintergrundobjekten,
wie zum Beispiel Gitterrosten, Fensterreihen, Pfostenanordnungen
oder dergleichen, gebildet sein.
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Weiterhin können die Kontrastmuster von
aktiven Elementen in Form von Lichtquellen, wie zum Beispiel Anordnungen
von Lampen oder LED-Elementen,
generiert werden. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass diese
zur Generierung zeitlich variierender Kontrastmuster einzeln oder
in Gruppen in vorgegebenen Taktsequenzen aktiviert werden können. Dadurch
wird beispielsweise eine zyklische Tastung der optoelektronischen
Vorrichtung ermöglicht.
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Gemäß einer zweiten Variante der
Erfindung weist die optoelektronische Vorrichtung zusätzlich zur
Empfängereinheit
einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender auf. Wesentlich hierbei
ist, dass mit dem Sender ein definierter Anteil eines diskreten Kontrastmusters
aus Reflexfolien oder Reflektoren ausgeleuchtet wird, wobei die
Strahlachse der Sendelichtstrahlen festliegt, das heißt es wird
keine Ablenkeinheit zur Strahlablenkung der Sendelichtstrahlen benötigt. Ein
Teil des von den Sendelichtstrahlen ausgeleuchteten Erfassungsbereichs
wird vom Detektionsbereich der Empfängerzeile erfasst. Auf diese
Weise werden als Kontrastmuster diskrete Segmente von Reflektoren
oder Reflexfolien erfasst. Der Überwachungsbereich
ist somit durch ein Kontrastmuster bestehend aus diskreten Abschnitten
begrenzt. Die so durchgeführte
Objekterfassung im Überwachungsbereich
kann ohne großen
Rechenaufwand durchgeführt
werden.
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Die Erfindung wird im Nachstehenden
anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1:
Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der optoelektronischen
Vorrichtung.
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2:
Geometrie der Kontrastmusterabbildung auf die Empfängerzeile
der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1 mit zugehörigem Überwachungsbereich.
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3:
Kontrastmuster für
die optoelektronische Vorrichtung gemäß 1 mit äquidistanten Kontrastbalken.
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4(a-d):
Diagramme der Signalmuster auf der Empfängerzeile der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 bei der Auswertung durch
Vergleich mit einem Referenzsignalmuster.
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5:
Beispielhafte Geometrie eines weiteren Kontrastmusters für die optoelektronische
Vorrichtung gemäß 1.
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6a-c:
Kontrastmusterabbildung bei seitlicher Positionierung eines Kontrastmusters
relativ zur optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1.
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7:
Einstellung der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1 auf eine Solldistanz relativ zu
einem Kontrastmuster.
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8a, b: Beispiele für farbempfindliche Empfängerzeilen
für die
optoelektronische Vorrichtung gemäß 1.
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9:
Erstes Beispiel einer Zusatzbeleuchtung für die optoelektronische Vorrichtung
gemäß 1.
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10:
Ausführungsform
eines Kontrastmusters für
die optoelektronische Vorrichtung gemäß 1 in Form eines Oberflächenprofils.
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11:
Zweites Beispiel einer Zusatzbeleuchtung für die optoelektronische Vorrichtung
gemäß 1.
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12:
Beispiel einer aktiven Beleuchtung zur Ausbildung eines Kontrastmusters
für die
optoelektronische Vorrichtung gemäß 1.
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13:
Diagramm der Lampeneinschaltphasen der Anordnung nach 12.
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14:
Beispiel einer Kontrastmustererzeugung durch Schattenbildung.
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15:
Erstes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 in Fließprozessen
durch horizontale Abtastung und horizontale Kontrastmusteranordnung.
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16:
Zweites Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 in Fließprozessen
durch horizontale Abtastung und vertikale Kontrastmusteranordnung.
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17:
Drittes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 in Fließprozessen
durch vertikale Abtastung auf eine Transportauflagefläche.
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18:
Viertes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 in Fließprozessen
durch vertikale Abtastung auf eine Transportauflagefläche mit der
Kontrastmusteranordnung quer zur Objektbewegungsrichtung.
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19:
Draufsicht der Anordnung gemäß 18.
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20a-c:
Diagramme der Signalmuster auf der Empfängerzeile der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 zur Bestimmung der Objektposition
in x- und z-Richtung bei der Anordnung gemäß 18.
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21:
Diagramm des Signalmusters auf der Empfängerzeile der optoelektronischen
Vorrichtung gemäß 1 zur Bestimmung der Objektschräglage bei
der Anordnung gemäß 18.
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22:
Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der optoelektronischen
Vorrichtung.
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23:
Geometrie einer Kontrastmusterabbildung für die optoelektronische Vorrichtung
gemäß 22.
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24:
Signalmuster auf der Empfängerzeile
der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 22 für
das Kontrastmuster gemäß 23.
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25:
Signalmuster auf der Empfängerzeile
der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 22 für
ein weiteres Kontrastmuster.
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26:
Signalmuster auf der Empfängerzeile
der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 22 für
ein weiteres Kontrastmuster.
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27:
Erstes Beispiel zur Definition von Toleranzbändern zur Objekterfassung für das Kontrastmuster
gemäß 26.
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28:
Zweites Beispiel zur Definition von Toleranzbändern zur Objekterfassung für das Kontrastmuster
gemäß 26.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
optoelektronisclien Vorrichtung 1 zur Objekterfassung in
einem Überwachungsbereich,
der durch ein Kontrastmuster 2 begrenzt ist. Während eines Einlernvorgangs
wird mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 das Kontrastmuster 2 bei
freiem Überwachungsbereich
erfasst. Dabei wird Umgebungslicht 3, welches auf das Kontrastmuster 2 auftrifft,
in Form von Empfangslichtstrahlen 4 von diesem auf eine
Empfängerzeile 5 als
Bestandteil einer Empfängereinheit
der optoelektronischen Vorrichtung 1 geführt. Die
Empfängerzeile 5 weist
eine lineare Anordnung von Empfangselementen auf und besteht im vorliegenden
Fall aus einer CCD-Zeile oder einer CMOS-Zeile.
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Wie aus 2 ersichtlich wird das Kontrastmuster 2 vollständig auf
die Empfangselemente der Empfängerzeile 5 abgebildet,
wobei die vom Kontrastmuster 2 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 über eine
Empfangsoptik 6 auf die Empfängerzeile 5 abgebildet
werden.
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An die Empfängerzeile 5 ist eine
Auswerteeinheit 7 angeschlossen, in welcher die Empfangssignale
an den Ausgängen
der Empfangselemente der Empfängerzeile 5 zur
Generierung eines Objektfeststellungssignals ausgewertet werden.
An die Auswerteeinheit 7, die von einem Mikroprozessor
oder dergleichen gebildet ist, ist ein Schaltausgang 8 zur Ausgabe
eines Objektfeststellungssignals in Form eines binären Schaltsignals
angeschlossen. Weiterhin ist an die Auswerteeinheit 7 eine
serielle Schnittstelle 9 angeschlossen, über welche
Objektfeststellungssignale in Form von Analogsignalen ausgebbar
sind. Zudem können über die
serielle Schnittstelle 9 Parameterwerte in die optoelektronische
Vorrichtung 1 eingelesen werden.
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Die bei der Erfassung des Kontrastmusters 2 während des
Einlernvorganges an den Ausgängen der
Empfangselemente registrierten Empfangssignale bilden Referenzsignale.
Das von den Referenzsignalen gebildete Referenzsignahnuster wird
in der Auswerteeinheit 7 abgespeichert.
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Zur Erfassung von Objekten 10 im Überwachungsbereich
während
der auf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase der opoöelektronischen Vorrichtung 1 werden
die jeweiligen aktuellen Empfangssignale als Empfangssignalmuster
mit dem abgespeicherten Referenzsignahnuster verglichen.
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Im einfachsten Fall wird eine Objektdetektion durch
ein Objektfeststellungssignal in Form eines binären Schaltsignals am Schaltausgang 8 ausgegeben.
Dabei nimmt das Schaltsignal den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" ein, falls das Empfangssignahnuster
mit dem Referenzsignalmuster übereinstimmt.
Falls das Empfangssignalmuster vom Referenzsignalmuster abweicht,
nimmt das Schaltsignal den Schaltzustand „Objekt erkannt" ein. Vorzugsweise
erfolgt der Vergleich der Empfangssignalmuster mit dem Referenzsignalmuster
innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen. Dabei liegt ein Abweichen
eines Empfangssignals vom zugehörigen Referenzsignal
dann vor, wenn das Empfangssignal außerhalb eines Toleranzbandes
um den Referenzsignalwert liegt.
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3 zeigt
eine weitere Auswertemöglichkeit
mit einem Kontrastmuster 2 mit äquidistanten Kontrastrnusterelementen,
wobei die Position einer eintauchenden Objektkante durch Zählen der
noch sichtbaren Kontrastmusterelemente erfolgt. Dabei sind die Positionen
der Kontrastmusterelemente in 3 mit
K bezeichnet.
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4 zeigt
eine weitere Auswertemöglichkeit
zur Objekterfassung durch den Vergleich des eingelernten Referenzsignalmusters
(4b) mit dem aktuellen
Empfangssignalmuster (4a).
Dabei sind in 4b die
das Referenzsignalmuster bildenden Referenzsignale Rn der
Empfangselemente n = 1, ... N aufgetragen und in 4a die Empfangssignale En des
Empfangssignalmusters. Durch Differenzbildung (4c) und anschließende Absolutwertbildung (4d) der Differenz En – Rn erscheint das Objekt 10 als positives
Signal, wogegen das noch sichtbare Kontrastmuster 2 als
Nullsignalpegel erscheint. Durch diese Auswertung kann die Lage und
Größe des Objektes 10 im Überwachungsbereich
erfasst und als analoges Objektfeststellungssignal ausgegeben werden.
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5 zeigt
verschiedene Bereiche eines Kontrastmusters 2. Im mittleren
Bereich B1 des Kontrastmusters 2 sind die Kontrastmusterelemente
bildenden Kontrastbalken 11 mit der Höhe d2 vorzugsweise schmaler
als im äußeren Bereich,
um die optoelektronische Vorrichtung 1 relativ zum Kontrastmuster 2 genauer
positionieren zu können.
Die Randbereiche B3 sind als kontrastfreie Zonen ausgeführt. Der
Bereich B2 mit der Höhe
d3 wird auf der Empfängerzeile 5 abgebildet.
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6 zeigt
das Kontrastmuster 2 gemäß 5 relativ zur Empfängerzeile 5 mit den
Empfangselementen n (1 ... N) bei der Justage der optoelektronischen
Vorrichtung 1 bezüglich
der seitlichen Position während
der Inbetriebnahme. Bei seitlichem Versatz des Kontrastmusters 2 relativ
zur optoelektronischen Vorrichtung 1, wie in 6a dargestellt, überwiegen
die hellen Kontrastbalken 11 und es wird eine Meldung zur
Positionskorrektur des Kontrastmusters 2 nach rechts generiert.
In 6c wird eine Meldung
zur Korrektur in die andere Richtung ausgegeben. In 6b sind die Flächenanteile der hellen und
dunklen Kontrastbalken 11 ausgeglichen und das Kontrastmuster 2 ist
damit zentriert.
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7 zeigt
das Kontrastmuster 2 in einem Abstand d5 zur optoelektronischen
Vorrichtung 1. Durch Zählen
der Kontrastbalken 11, beziehungsweise des Abstandes der
Kontrastbalken 11 kann die Distanz d5 zur optoelektronischen
Vorrichtung 1 berechnet werden. Zur Anpassung der Fokuslage
der optoelektronischen Vorrichtung 1 kann der Abstand d4
zwischen der Empfangsoptik 6 und der Empfängerzeile 5 durch
mechanische Verschiebung angepasst werden. Dem Abstand d5' entspricht ein bestimmter
Empfangsfokus d4, der automatisch durch einen Motor nachgeführt werden
kann.
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8a zeigt
eine Empfängerzeile 5 für die optoelektronische
Vorrichtung 1 gemäß 1 mit zwei nebeneinander
liegenden Zeilen, die für
verschiedene Farben unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen und
damit Farbkontraste erkennen können.
Prinzipiell können
auch mehr als zwei derartige Zeilen eingesetzt werden. 8b zeigt eine weitere Ausführungsform
einer farbempfindlichen Empfängerzeile 5,
bei der Empfangselemente mit unterschiedlicher Farbempfindlichkeit
in einer Reihe angeordnet sind.
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9 zeigt
eine erste Möglichkeit
einer Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung des Kontrastmusters 2.
Die Beleuchtungseinheit besteht im vorliegenden Fall aus einer schräg auf das
Kontrastmuster 2 gerichteten Lichtquelle 12, deren
Lichtstrahlen 13 durch eine Aufweitungsoptik 12a zu
einem an die Geometrie des Kontrastmusters 2 angepassten
Lichtkegel geformt sind.
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10 zeigt
ein Kontrastmuster 2, dessen vertikale Kontrastbalken 11 durch
Einfräsungen
erzeugt werden, in denen einfallendes Licht durch Mehrfachreflexion
an den Innenflächen
weitgehend absorbiert wird.
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11 zeigt
eine zweite Variante einer Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines
Kontrastmusters 2. Die Beleuchtungseinheit besteht aus
einer Lichtquelle 12, die von hinten das auf einem transparenten
Medium aufgebrachte Kontrastmuster 2 beleuchtet. Alternativ
kann das Kontrastmuster 2 aus einem Medium mit Durchbrüchen bestehen, durch
welche die Lichtstrahlen 13 zur Empfängerzeile 5 der optoelektronischen
Vorrichtung 1 gelangen.
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12 zeigt
ein aktives Kontrastmuster 2, das durch eine Leiste mit
Lampen L1, L1',..,
und L2, L2',..,
gebildet wird. Alternativ zu einer statischen Beleuchtung können die
Lampen L1, L1',...
alternierend zu den Lampen L2, L2' geschaltet werden, so dass sich ein
zeitlich wechselndes Kontrastmuster 2 ergibt.
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13 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Lampeneinschaltzeiten nach 12. Dabei wird zwischen
dem Wechsel von L1 zu L2 eine Pause eingefügt, in der alle Lampen L1 und
L2 aus sind, so dass dann über
die Empfängerzeile 5 die
Umgebungslichtverhältnisse
aufgenommen werden, um sie in der aktiven Beleuchtungsphase zu berücksichtigen
und damit Fremdeinflüsse
zu unterdrücken.
Mit dieser Anordnung ist vorteilhaft eine Testung von als Sicherheitsvorrichtungen
ausgebildeten optoelektronischen Vorrichtungen 1 realisierbar.
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14 zeigt
ein Massivteil zur Ausbildung eines Kontrastmusters 2,
dessen Kontrastbalken 11 dadurch erzeugt werden, dass das
Massivteil sägezahnförmige Tiefenprofile
aufweist und eine im seitlichen Abstand zur optoelektronischen Vorrichtung 1 angeordnete
Lichtquelle 12 das Massivteil mit Lichtstrahlen 13 schräg beleuchtet,
wobei die der Lichtquelle 12 abgewandte Profilfläche einen
Schatten erzeugt. Durch periodisches Ein- und Ausschalten der Lichtquelle 12 können störende Kontraste
auf dem zu detektierenden Objekt 10 oder kontrasterzeugendes Fremdlicht
erkannt und in der Auswertung kompensiert werden.
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15 zeigt
ein erstes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion in Fließprozessen,
mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 1. In diesem Fall werden
Objekte 10 auf einer Rollenbahn mit einer Anordnung von
Rollen 14 gefördert.
Das Kontrastmuster 2 ist dabei horizontal und damit parallel
zur Förderrichtung
der Rollenbahn, welche mit einem Pfeil gekennzeichnet ist, angeordnet,
so dass das Objekt 10 bereits beim Eintauchen erkannt wird. Zudem
kann die grobe Objektposition, die Eintauchrichtung und die Fördergeschwindigkeit
des Objektes 10 durch Auswerten des noch sichtbaren, nicht
vom Objekt 10 verdeckten Teils des Kontrastmusters 2 ermittelt
werden.
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16 zeigt
ein zweites Applikationsbeispiel einer Objektdetektion in Fließprozessen
mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1. Die Anordnung
gemäß 16 entspricht im Wesentlichen
der Anordnung gemäß 15. Im Unterschied zur Anordnung gemäß 15 verläuft bei der Anordnung gemäß 16 die Längsachse des Kontrastmusters 2 in vertikaler
Richtung und damit senkrecht zur Förderrichtung der Objekte 10.
Durch diese Anordnung des Kontrastmusters 2 kann die Objektposition
in Bewegungsrichtung sehr genau detektiert werden. Außerdem werden
bei dieser Anordnung auch Objekte 10 erkannt, die überstehende
Teile aufweisen. Des Weiteren kann mittels der optoelektronischen
Vorrichtung 1 auch die grobe Objekthöhe bestimmt werden.
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17 zeigt
ein drittes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion durch vertikale
Abtastung über der
Rollenbahn, deren Anordnung dem Ausführungsbeispiel gemäß 15 entspricht. Die optoelektronische
Vorrichtung 1 ist in diesem Fall oberhalb der Rollen 14 angeordnet,
welche mit dem Hintergrund 15 unterhalb der Rollen 14 das
Kontrastmuster 2 bilden. Wesentlich hierbei ist, dass die
Rollen 14 und der Hintergrund 15 verschiedene
Reflexionskoeffizienten aufweisen.
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18 zeigt
ein viertes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion, bei welcher
die optoelektronische Vorrichtung 1 wiederum oberhalb einer
Rollenbahn angeordnet ist. Dabei ist die Empfängerzeile 5 quer zur
Objektbewegungsrichtung x angeordnet. Das Objekt 10 liegt
auf einer Transportauflage 15 auf. An der Unterseite der
Transportauflage 15 ist ein Keil 16 befestigt,
an dessen Oberfläche
das Kontrastmuster 2 angeordnet ist. Das Kontrastmuster 2 ist
durch einen Spalt zwischen zwei Rollen 14 oder im vorliegenden
Fall einen Schlitz 17 in der Transportauflage 15 sichtbar.
Um die Verschmutzung des Kontrastmusters 2 durch herabfallende
Teile zu verhindern, ist der Keil 16 mit dem Kontrastmuster 2 schräg nach unten
geneigt. Zur Kontrasterhöhung
ist eine Lichtquelle 12 vorgesehen, deren Lichtstrahlen 13 das Kontrastmuster 2 beleuchten.
Die vom Kontrastmuster 2 reflektierten Empfangslichtstrahlen 4 sind
bei freiem Überwachungsbereich
zur optoelektronischen Vorrichtung 1 geführt.
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19 zeigt
die Anordnung nach 18 von
oben. Beim Eintauchen des Objektes 10 in den Abbildungsbereich 18 der
Empfängerzeile 5 wird
das vom Kontrastmuster 2 gebildete Referenzsignalmuster
verändert
und es kann die Position des Objektes 10 in Objektbewegungsrichtung
x durch die Intensität des
aktuellen Empfangssignalmusters in diesem Abschnitt, beziehungsweise
die seitliche Objektposition oder Objektbreite in z-Richtung bestimmt
werden.
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20 zeigt
die Verläufe
der aktuellen Empfangssignalmuster, das heißt der Empfangssignale En der Empfangselemente n = 1, ... N der Empfängerzeile 5, für die schrittweise
Annäherung
des Objektes 10 an eine seitliche Führungsschiene 19. 20b zeigt den Verlauf des
Empfangssignalmusters, bei dem die Amplituden der Empfangssignale
in dem durch das Objekt 10 teilweise abgedeckten Bereich x1
auf den Betrag z1 reduziert werden. Durch den Messwert x1 kann die
Objekteindringtiefe in x-Richtung und durch z1 die Spaltbreite zwischen
Objekt 10 und Führungsschiene 19 ermittelt
werden.
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21 zeigt
die Anordnung nach 20,
für den
Fall, dass das Objekt 10 schräg an die Führungsschiene 19 stößt und die
Schräglage
des Objektes 10 ermittelt werden soll, was durch die Auswertung
der unterschiedlichen Beträge
z2 und z3 der entsprechenden Empfangssignale ermöglicht wird.
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22 zeigt
schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung 1. Die optoelektronische
Vorrichtung 1 gemäß 22 weist einen im Wesentlichen
der Ausführungsform
gemäß 1 entsprechenden Aufbau auf.
Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 1 weist die optoelektronische
Vorrichtung 1 gemäß 1 zusätzlich zur Empfängereinheit
mit der Empfängerzeile 5 einen
Sendelichtstrahlen 20 emittierenden Sender 21 auf.
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Weiterhin ist im Unterschied zur
Ausführungsform
gemäß 1 bei der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 22 ein Kontrastmuster 2 vorgesehen,
welches aus einem einzelnen streifenförmigen Reflektor 22 besteht.
Anstelle eines Reflektors 22 kann eine Reflexfolie eingesetzt
werden.
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23 zeigt
die optischen Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 22 bei freiem Überwachungsbereich.
Die vom Sender 21 emittierten Sendelichtstrahlen 20 werden über eine Sendeoptik 23 geführt. Mittels
der Sendeoptik 23 wird ein elliptischer Sendelichtfleck
der Sendelichtstrahlen 20 generiert, welcher den Beleuchtungsbereich 24 definiert,
der mit den Sendelichtstrahlen 20 erfasst wird.
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Die vom Kontrastmuster 2 zurückreflektierten
Empfangslichtstrahlen 4 werden mittels der Empfangsoptik 6 auf
die Empfängerzeile 5 reflektiert.
In 23 ist mit der Bezugsziffer 18 der
Abbildungsbereich der Empfängerzeile 5 bezeichnet.
Der Abbildungsbereich 18 bildet dabei als Teil des Beleuchtungsbereichs 24 den
Bereich, von dem Empfangslichtstrahlen 4 auf die Empfängerzeile 5 abgebildet werden.
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Wie aus 23 ersichtlich verlaufen die Längsachsen
des Beleuchtungsbereichs 24 und des Abbildungsbereichs 18 jeweils
senkrecht zur Längsachse
des streifenförmigen
Reflektors 22, der das Kontrastmuster 2 bildet.
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Die Überlappungsfläche des
Beleuchtungsbereichs 24 des Senders 21 und des
Reflektors 22 bildet den aktiven Detektionsbereich 25,
innerhalb dessen Objekte 10 vor dem Kontrastmuster 2 erfassbar
sind. Das entsprechende Referenzsignalmuster in Form der bei freiem Überwachungsbereich
in der Auswerteeinheit 7 eingelernten Referenzsignale Rn für
die einzelnen Empfangselemente n = 1, ... N ist in 24 dargestellt. Der aktive Detektionsbereich 25 ist
durch die Empfangselemente n1 ≤ n ≤ n2 definiert, für welche von dem Reflektor 22 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 registriert
werden.
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25 zeigt
das Referenzsignalmuster für ein
Kontrastmuster 2, welches von einem Reflektor 22 gebildet
ist, auf welchem eine Hälfte
des Beleuchtungsbereichs 24 beziehungsweise Abbildungsbereichs 18 abgebildet
wird. Hier liegt der aktive Detektionsbereich 25 zwischen
den Empfangselementen n1 ≤ n ≤ N.
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26 zeigt
das Referenzsignalmuster für ein
Kontrastmuster 2, welches von zwei streifenförmigen Reflektoren 22 gebildet
ist, deren Längsachsen
parallel zueinander und senkrecht zu den Längsachsen des Beleuchtungsbereichs 24 und
des Abbildungsbereichs 18 verlaufen. Hier entstehen durch den
Schnitt der Oberflächen
der Reflektoren 22 mit dem Beleuchtungsbereich 24 zwei
aktive Detektionsbereiche 25. Diese Detektionsbereiche 25 entsprechen
den Empfangselementen n1 ≤ n ≤ n2 und n3 ≤ n ≤ n4 der Empfängerzeile 5.
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27 zeigt
eine erste Ausführungsform
zur Auswertung von Empfangssignalen En während der Betriebsphase
der optoelektronischen Vorrichtung 1. Relativ zu dem Referenzsignalmuster
gemäß 26 wird ein Toleranzband
definiert, welches in 27 als
weißer
Bereich zwischen den beiden schraffierten Bereichen gekennzeichnet
ist. Die Lage der Toleranzbänder
wird durch die Schwellwerte S1 und S2 definiert, wobei der Schwellwert
S2 die Lage des Toleranzbandes um die Referenzsignale in den aktiven Detektionsbereichen 25 bei
n1 ≤ n ≤ n2 und n3 ≤ n ≤ n4 und der Schwellwert S1 die Lage des Toleranzbandes
außerhalb
der aktiven Detektionsbereiche 25 definiert. Ein Objekt 10 gilt
dann als erkannt, wenn während
der Betriebsphase wenigstens ein Empfangssignal En außerhalb
des Toleranzbandes registriert wird.
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Während
bei der Ausführungsform
gemäß 27 sämtliche Empfangssignale En zur Objektdetektion herangezogen werden,
werden bei der Auswertung gemäß 28 nur diskrete Empfangssignale
En bei n = nA, nB, nc zur Objektdetektion
herangezogen.
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Entsprechend dem Beispiel gemäß 27 wird bei dem Beispiel
gemäß 28 eine Detektion von Objekten 10 vor
dem Kontrastmuster 2 gemäß 26 durchgeführt, wobei die entsprechenden
Referenzsignale Rn des Referenzsignalmusters
in der Auswerteeinheit 7 abgespeichert sind. Im vorliegenden
Fall werden aus dem Referenzsignalmuster bei n = nA,
nB, nc bezüglich der
entsprechenden Referenzsignale Toleranzbänder TA,
TB, TC durch die Schwellwerte
S1, S2, S3 definiert. Ein Objekt 10 gilt dann während der
Betriebsphase als erkannt, wenn bei n = nA,
nB, nC wenigstens
eines der Empfangssignale außerhalb
der Toleranzbänder
TA, TB, TC liegen.
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- (1)
- Optoelektronische
Vorrichtung
- (2)
- Kontrastmuster
- (3)
- Umgebungslicht
- (4)
- Empfangslichtstrahlen
- (5)
- Empfängerzeile
- (6)
- Empfangsoptik
- (7)
- Auswerteeinheit
- (8)
- Schaltausgang
- (9)
- Serielle
Schnittstelle
- (10)
- Objekt
- (11)
- Kontrastbalken
- (12)
- Lichtquelle
- (12a)
- Aufweitungsoptik
- (13)
- Lichtstrahlen
- (14)
- Rollen
- (15)
- Hintergrund
- (16)
- Keil
- (17)
- Schlitz
- (18)
- Abbildungsbereich
- (19)
- Führungsschiene
- (20)
- Sendelichtstrahlen
- (21)
- Sender
- (22)
- Reflektor
- (23)
- Sendeoptik
- (24)
- Beleuchtungsbereich
- (25)
- Aktiver
Detektionsbereich