DE102008022545B4

DE102008022545B4 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE102008022545B4
Application number: DE200810022545
Authority: DE
Inventors: Martin Argast; Joachim Lehmann
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-05-08
Also published as: DE102008022545A1

Abstract

Optischer Sensor (1) mit zwei in Abstand zueinander angeordneten Senderzeilen, welche jeweils aus einer Reihenanordnung von Sendelichtstrahlen (3a, 3a', 3a'', 3b, 3b', 3b'') emittierenden Sendern (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') bestehen, wobei den Sendern (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') jeder Senderzeile ein Empfänger (5) zugeordnet ist, wobei die Sender (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') und der Empfänger (5) an einem Rand eines Überwachungsbereichs angeordnet sind und am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs zwei Referenzflächen (7a, 7b) mit unterschiedlichen Reflektivitäten angeordnet sind, so dass bei freiem Überwachungsbereich die Sendelichtstrahlen (3a, 3a', 3a'') der Sender (2a, 2a', 2a'') der ersten Senderzeile auf die erste Referenzfläche (7a) geführt und von dort zum zugeordneten Empfänger (5) geführt sind und die Sendelichtstrahlen (3b, 3b', 3b'') der Sender (2b, 2b', 2b'') der zweiten Senderzeile auf die zweite Referenzfläche (7b) geführt und von dort zum zugeordneten Empfänger (5) geführt sind, wobei die Längsachsen der Senderzeilen...

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.
Optische Sensoren der in Rede stehenden Art dienen zur Detektion der Positionen von Objektkanten. Derartige optische Sensoren werden insbesondere in bogenverarbeitenden Maschinen wie Druckmaschinen eingesetzt, um dort an vorgegebenen Stellen die Positionen von Bogenkanten zu bestimmen. Derartige Sensorgeräte werden benötigt, um die Förderung der Bögen innerhalb der Maschine in geeigneter Weise zu kontrollieren und zu steuern.
Ein derartiger Sensor zur Erfassung von Positionen von Bogenkanten ist aus der DE 41 40 051 A1 bekannt. Der dort beschriebene Sensor arbeitet nach dem Durchlicht-Verfahren. Ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender und ein ortsauflösender Empfänger in Form eines PSD-Elements sind beidseits des zu detektierenden Bogens angeordnet. Der Strahlquerschnitt der Sendelichtstrahlen ist so gewählt, dass bei Abwesenheit eines Bogens der Empfänger vollständig ausgeleuchtet wird. Ist der Bogen zwischen Sender und Empfänger angeordnet, so wird je nach Lage der Bogenkante ein Teil der Sendelichtstrahlen abgeschaltet, so dass dieser Teil der Sendelichtstrahlen nicht mehr auf den Empfänger trifft. Die Ausgangssignale des Empfängers liefern ein Maß für die Größe des abgeschalteten Teils der Sendelichtstrahlen und damit für die Lage der Bogenkante.
Nachteilig hierbei ist, dass mit dem Sender und Empfänger aktive elektronische Komponenten beidseits des Bogens in der bogenverarbeitenden Maschine installiert werden müssen, was einen unerwünscht hohen Konstruktion- und Installationsaufwand mit sich bringt. Zudem wird zur Detektion der Bogenkante ein ortsauflösender Detektor benötigt, der relativ teuer ist.
Die DE 10 2006 003 228 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzfelds mit einem ortsauflösenden Lichtempfänger und einer dem Lichtempfänger zugeordneten abbildenden Optik zur Fokussierung von Empfangslicht. Weiterhin ist an einer auf der der abbildenden Optik abgewandten Seite des Schutzfeldes eine Markierung vorgesehen. Außerhalb des Schutzfeldes und/oder auf der abgewandten Seite der Markierung ist ein Lichtsender angeordnet. Weiterhin ist ein Speicher zur Speicherung eines vom Lichtempfänger bei objektfreiem Schutzfeld aufgenommenen Bildes vorgesehen. Eine Vergleichseinrichtung dient zum Vergleich eines aktuell aufgenommenen Bildes mit einem im Speicher abgelegten Bild. Eine Signalauslöseeinrichtung dient zur Auslösung eines Signals, falls das aktuell aufgenommene Bild von dem im Speicher abgelegten Bild zumindest in einem vorbestimmten Maß abweicht. Die Markierung weist eine Mehrzahl von Musterelementen auf und die jeweiligen Musterelemente sind einmalig pro Markierung angeordnet.
Die DE 10 2004 008 925 B4 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Empfänger bestehend aus mindestens zwei Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfangselementen, mit einem aus Kontrastelementen bestehenden, den Überwachungsbereich begrenzenden Kontrastmuster, wobei bei freiem Überwachungsbereich von Kontrastelementen mit ersten Reflexionskoeffizienten zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen auf ein erstes Empfangselement treffen und von Kontrastelementen mit zweiten sich von den ersten Reflexionskoeffizienten unterscheidenden Reflexionskoeffizienten zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen auf das zweite Empfangselement treffen, und mit einer Auswerteeinheit, in welcher aus den Differenzen der Empfangssignale an den Ausgängen ein binäres Objektfeststellungssignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet oder nicht.
In der DE 697 01 853 T2 , der DE 196 20 642 C2 und der DE 43 35 870 C2 sind jeweils optische Sensoren zur Bogendetektion beschrieben, die nach dem Lichtschrankenprinzip arbeiten.
In der DE 10 2005 049 927 A1 ist eine Sensorüberwachung zur Überwachung des Bedruckstofftransports einer Druckmaschine beschrieben. Die Sensoreinrichtung weist einen Sensor mit nur einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei geringem konstruktivem Aufwand eine sichere Bestimmung der Positionen von Objektkanten ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße optische Sensor bildet eine nach dem Lichttasterprinzip arbeitende, ortsauflösende Sensoreinrichtung. Ein erster wesentlicher Vorteil dieser Sensoreinrichtung besteht darin, dass mit den Sendern der Senderzeile und dem wenigstens einen Empfänger alle aktiven Sensorkomponenten auf derselben Seite des Überwachungsbereichs angeordnet sind, während auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs mit den Referenzflächen nur passive Elemente vorgesehen werden müssen. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Installation der Sensoreinrichtung ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass mit den Sendern der Senderzeile eine ortsaufgelöste Bestimmung einer Objektkante ermöglicht wird, ohne dass hierzu empfangsseitig ein ortsauflösender Empfänger vorgesehen wird. Da derartige ortsauflösende Empfänger wie CCD-Zeilen oder CMOS-Zeilen sowohl hinsichtlich der Herstellkosten als auch hinsichtlich der Signalauswertung einen beträchtlichen Aufwand bedingen, wird mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor mit geringem Aufwand eine ortsaufgelöste Detektion von Objektkanten ermöglicht.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der optische Sensor nur einen einzelnen, nicht ortsaufgelösten Empfänger auf, auf welchen die Sendelichtstrahlen aller Sender geführt sind. In diesem Fall werden die Sender der Senderzeilen einzeln nacheinander aktiviert, so dass in der Auswerteeinheit unterschieden werden kann, von welchem Sender die jeweiligen Empfangssignale am Empfänger stammen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass bei freiem Überwachungsbereich die Sendelichtstrahlen der Sender beider Senderzeilen auf unterschiedliche Referenzflächen geführt sind, an welchen die Sendelichtstrahlen unterschiedlich stark reflektiert werden. Damit generieren die von den unterschiedlichen Referenzflächen reflektierten Sendelichtstrahlen in den jeweiligen Empfänger unterschiedliche Empfangssignale. Da die erfindungsgemäße Signalauswertung derart erfolgt, dass immer die Verhältnisse von Empfangssignalen ausgewertet werden, die von Sendelichtstrahlen generiert werden, die bei freiem Überwachungsbereich auf verschiedene Referenzflächen geführt sind, wird eine Referenzierung der Empfangssignale derart erhalten, dass die von einem Objekt stammenden Signale sicher von Empfangssignalen, die von der Referenzfläche stammen, unterschieden werden können, wodurch eine sichere Objektdetektion unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Objekte ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft erfolgt diese Referenzierung dadurch, dass in einem Einlernvorgang die Empfangssignale, die bei freiem Überwachungsbereich für die Sendelichtstrahlen der Sender erhalten werden, als Referenzwerte in der Auswerteeinheit gespeichert werden. Während der Objektdetektion werden dann die aktuellen Empfangssignale, die durch die Sendelichtstrahlen der einzelnen Sender generiert werden, mit den Referenzwerten verglichen. Da bei diesen Referenzwerten immer die Verhältnisse von Empfangssignalen gebildet werden, die von auf verschiedene Referenzflächen geführten Sendelichtstrahlen stammen, sind Objekte sicher detektierbar, da diese von dem durch die Referenzfläche gebildeten strukturierten Hintergrund sicher unterscheidbar sind. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass mit dem optischen Sensor die Positionen von Bogenkanten erfasst werden sollen. Derartige Bögen können mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor auch für den Fall sicher erkannt werden, dass die Bögen Bedruckungen aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Senderzeile eine identische Anzahl von Sendern auf, wobei jeweils ein Sender der ersten Senderzeile und ein Sender der zweiten Senderzeile ein Senderpaar bilden. In der Auswerteeinheit werden jeweils die Verhältnisse der Empfangssignale, die mit den Sender eines Senderpaars generiert werden, gebildet.
Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass bei Eindringen eines Objekts in den Überwachungsbereich immer die Sendelichtstrahlen beider Sender eines Senderpaares auf das Objekt treffen oder die Sendelichtstrahlen beider Sender auf die zugeordneten Referenzflächen treffen.
Zweckmäßig verlaufen die Längsachsen der Senderzeile parallel zueinander und quer zur Objektkante, wobei die Sender eines Senderpaares in Richtung quer zu den Längsachsen der Senderzeile nebeneinander liegen.
Damit die Sendelichtstrahlen der Sender einer Senderzeile einerseits und eines Senderpaares andererseits mit möglichst geringem Abstand innerhalb des Überwachungsbereichs verlaufen, schließen an die Sender der Senderzeile Lichtleiter an, mittels derer die Sendelichtstrahlen zum Rand des Überwachungsbereichs geführt sind.
Eine derart ausgebildete Senderanordnung ermöglicht eine äußerst genaue Positionsbestimmung von Objektkanten.
Wenn die Sendelichtstrahlen der Sender eines Senderpaares bei freiem Überwachungsbereich auf die unterschiedlichen Referenzflächen treffen, unterscheiden sich die dabei erhaltenen Empfangspegel sehr stark. Dieser Unterschied wird bei der Bildung der Verhältnisse Empfangspegel in der Auswerteeinheit registriert. Wenn die Sendelichtstrahlen der Sender dieses Senderpaares auf das Objekt treffen, so sind die dabei erhaltenen Pegel der Empfangssignale zumindest annähernd gleich, da die Objektoberfläche keinen diskontinuierlichen Übergang, wie ihn die beiden Referenzflächen bilden, aufweist. Das Verhältnis der Empfangssignale, die durch die Sendelichtstrahlen der Sender eines Senderpaares erhalten werden, unterscheidet sich damit bei der Detektion eines Objekts signifikant von der Situation bei freiem Überwachungsbereich. Damit kann mit jedem Senderpaar ein Objekt sicher von dem durch die Referenzfläche gebildeten Hintergrund unterschieden werden. Durch die ortsaufgelöste Auswertung der Empfangssignale für die einzelnen Senderpaare kann dann die Lage einer Objektkante genau bestimmt werden, wobei die Ortsauflösung mit steigender Anzahl an Senderpaaren zunimmt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sensors zur Erfassung der Positionen von Bogenkanten.
2a: Draufsicht auf die Referenzfläche einer Vordermarke für den optischen Sensor gemäß 1.
2b: Seitenansicht des optischen Sensors gemäß 1 bei Einbau in einer bogenverarbeitenden Maschine.
2c: Draufsicht auf die optischen Komponenten des optischen Sensors gemäß 2c.
3a: Detaildarstellung der Anordnung gemäß 2b.
4a: Strahlverlauf der Sendelichtstrahlen eines Senderpaares des optischen Sensors gemäß 1 bei freiem Überwachungsbereich.
4b: Strahlverlauf der Sendelichtstrahlen eines Senderpaares des optischen Sensors gemäß 1 bei einer Objektdetektion.
5: Empfangspegel in Abhängigkeit der Objektposition für die Anordnung gemäß den 2–4 bei Detektion eines ersten Objekts.
6: Empfangspegel in Abhängigkeit der Objektposition für die Anordnung gemäß den 2–4 bei Detektion eines zweiten Objekts.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Der optische Sensor 1 dient zur Bestimmung der Position der Kanten von Objekten.
Der optische Sensor 1 weist zwei in Abstand zueinander, vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Senderzeilen auf. Die erste Senderzeile weist drei Sender 2a, 2a', 2a'' auf, welche Sendelichtstrahlen 3a, 3a', 3a'' emittieren. Auch die zweite Senderzeile weist drei Sender 2b, 2b', 2b'' auf, welche Sendelichtstrahlen 3b, 3b', 3b'' emittieren. Im vorliegenden Fall sind die Sender 2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'' beider Senderzeilen identisch ausgebildet und bestehen aus Leuchtdioden. Über eine Sendersteuerung werden die Sender 2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'' beider Senderzeilen zyklisch einzeln nacheinander aktiviert.
Der optische Sensor 1 arbeitet nach dem Lichttasterprinzip. Dabei erfolgt mit dem optischen Sensor 1 eine Objektdetektion innerhalb eines Überwachungsbereichs derart, dass die Sendelichtstrahlen 3a, 3a', 3a'' der Sender 2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'', die an einem Objekt als Empfangslichtstrahlen 4 zurück reflektiert werden, auf einen Empfänger 5 geführt werden. Der Empfänger 5 ist von einem einzelnen Empfangselement gebildet und besteht beispielsweise aus einer Photodiode.
Mit dem optischen Sensor 1 werden Objekte in Form von Bögen 6 erfasst die in den Überwachungsbereich eindringen können. Der Überwachungsbereich wird durch zwei stationär angeordnete, verschiedene Referenzflächen 7a, 7b begrenzt, die Oberflächen mit unterschiedlichen Reflektivitäten aufweisen, so dass auftreffendes Sendelicht unterschiedlich stark an diesen reflektiert wird. Die Senderzeilen sind so relativ zu den Referenzflächen 7a, 7b positioniert, dass bei freiem Überwachungsbereich die Sendelichtstrahlen 3a, 3a', 3a'' der Sender 2a, 2a', 2a'' der ersten Senderzeile nur auf die erste Referenzfläche 7a geführt sind, während die Sendelichtstrahlen 3b, 3b', 3b'' der Sender 2b, 2b', 2b'' der zweiten Senderzeile nur auf die zweite Referenzfläche 7b geführt sind.
Die Sender 2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'' und der Empfänger 5 sind an eine Auswerteeinheit 8 angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. In der Auswerteeinheit 8 ist die Sendersteuerung integriert. Weiterhin erfolgt in der Auswerteeinheit 8 die Auswertung der Empfangssignale. In der Auswerteeinheit 8 ist die Sendersteuerung integriert. Weiterhin erfolgt in der Auswerteeinheit 8 die Auswertung der Empfangssignale. In der Auswerteeinheit 8 wird aus den Empfangssignalen des Empfängers 5 die Position der Bogenkante bestimmt. Die ermittelte Position kann als Analogsignal über einen Ausgang 9 ausgegeben werden. Alternativ kann in der Auswerteeinheit 8 ein binäres Schaltsignal generiert werden, indem die aktuell ermittelte Kantenposition des Bogens 6 mit einer vordefinierten Kantenposition verglichen wird. Dann geben die Schaltzustände des Schaltsignals an, ob die aktuelle Kantenposition ober- oder unterhalb der vorgegebenen Kantenposition liegt. Der Ausgang ist in diesem Fall als binärer Schaltausgang ausgebildet. Der optische Sensor 1 weist weiterhin eine Schnittstelle 10 zur Ein- und Ausgabe von Parameterwerten auf.
Die 2a–2c zeigen eine typische geometrische Anordnung der Komponenten des optischen Sensors 1 gemäß 1. Wie aus 2b ersichtlich, werden Bögen 6 auf einer Auflage 11 gefördert, die von der Oberseite eines Auflagetisches gebildet sein kann. Die Frontwand des optischen Sensors 1 schließt bündig mit der in einer horizontalen (x-y-)Ebene verlaufenden Auflage ab. Von den Sendern 2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'' ist jeweils ein Lichtleiter 12 zur Frontseite geführt, so dass die Strahlaustrittsflächen für die Sendelichtstrahlen 3a, 3a', 3a'', 3b, 3b', 3b'' dicht aneinander liegend in der Ebene der Frontwand des optischen Sensors 1 liegen können.
Seitlich an der Auflage ist eine Deckmarke 7 angeordnet. Die Deckmarke 7 ist in einem Gehäuse 70 integriert und weist an ihrer den Strahlaustrittsflächen der Sendelichtstrahlen 3a, 3a', 3a'', 3b, 3b', 3b'' in der Frontwand des Gehäuses 70 gegenüberliegenden Innenseite, wie in 2a in einer Draufsicht dargestellt ist, die Referenzflächen 7a, 7b auf. Die flächengleichen Referenzflächen 7a, 7b grenzen unmittelbar aneinander an. Die Referenzfläche 7a ist im vorliegenden Fall schwarz oder allgemein schlecht lichtreflektierend. Die Referenzfläche 7b ist dagegen weiß oder allgemein gut lichtreflektierend.
Die zu erfassende Bogenkante, die in 2c im Bereich des optischen Sensors 1 liegt, verläuft längs einer Geraden in z-Richtung. Die beiden in 2c dargestellten Senderzeilen des optischen Sensors 1 verlaufen in Abstand parallel zueinander, wobei die Längsachsen der Senderzeile senkrecht zur Kante des Bogens 6, das heißt in x-Richtung, verlaufen.
Jeweils zwei in z-Richtung angrenzende Sender 2a, 2b der beiden Senderzeilen bilden jeweils ein Senderpaar. Demzufolge bilden die Sender 2a, 2b ein erstes Senderpaar, die Sender 2a', 2b' ein zweites Senderpaar und die Sender 2a'', 2b'' ein drittes Senderpaar.
2c zeigt den Fall der Detektion eines Bogens 6, wobei der Bogen 6 gerade mit dem ersten Senderpaar erfasst wird, jedoch noch nicht mit dem zweiten und dritten Senderpaar.
3 zeigt die Anordnung gemäß 2c in einer vergrößerten Detaildarstellung. Aus 3 ist ersichtlich, dass die Sendelichtstrahlen 3b des Senders 2b des ersten Senderpaares den Bogen 6 vollständig erfassen. Dagegen erfassen nur die äußersten Randstrahlen der Sendelichtstrahlen 3b' des Senders 2b' des zweiten Senderpaares den Bogen 6. Demgegenüber treffen die Sendelichtstrahlen 3b'' des Senders 2b'' überhaupt nicht auf den Bogen 6.
Da die Lichtleiter in der Frontwand des optischen Sensors 1 sehr dicht nebeneinander liegen, ist gewährleistet, dass entweder mit beiden Sendern 2a, 2b eines Senderpaares oder mit keinem dieser Sender 2a, 2b der Bogen 6 erfasst wird. Dies ist in den 4a, 4b exemplarisch dargestellt. 4b zeigt den Fall, dass mit beiden Sendern 2a, 2b der Bogen 6 detektiert wird. 4a zeigt den Fall, dass mit den Sendern 2a, 2b kein Bogen 6 detektiert wird, so dass die Sendelichtstrahlen 3a des Senders 2a auf die Referenzfläche 7a geführt sind, während die Sendelichtstrahlen 3b des Senders 2b auf die Referenzfläche 7b geführt sind.
Da die Sender 2a–3b'' der Senderzeile einzeln nacheinander aktiviert werden, können die durch diese am Empfänger 5 generierten Empfangssignale in der Auswerteeinheit 8 zeitaufgelöst ausgewertet werden, wodurch eine Ortsbestimmung der Bogenkante ermöglicht wird.
Die Auswertung in der Auswerteeinheit 8 erfolgt derart, das immer die Verhältnisse der Empfangssignale gebildet werden, die von den Sendelichtstrahlen der Sender eines Senderpaares generiert werden.
Die 5 und 6 zeigen zwei Beispiele von Empfangssignalverläufen für die Detektion unterschiedlicher Objekte. Dabei sind jeweils mit A, A', A'' die Empfangssignale, die bei Aktivierung der Sender 2a, 2a', 2a'' erhalten werden, bezeichnet. Entsprechend sind mit B, B', B'' die Empfangssignale, die bei Aktivierung der Sender 2b, 2b', 2b'' erhalten werden, bezeichnet. Die 5 und 6 zeigen die Empfangssignale in Abhängigkeit der Überdeckung, das heißt in Abhängigkeit davon, inwieweit der Bogen 6 vom optischen Sensor 6 erfasst wird. Eine Abdeckung von 0% bedeutet, dass mit keinem der Senderpaare des optischen Sensors 1 der Bogen 6 erfasst wird. Eine Abdeckung von 100% bedeutet, dass mit allen drei Senderpaaren der Bogen 6 vollständig erfasst wird.
Bei einer Abdeckung von 0%, das heißt bei freiem Überwachungsbereich, treffen die Sendelichtstrahlen 3a, 3a', 3a'' jeweils vollständig auf die schwarze, das heißt dunkle Referenzfläche 7a, so dass für die Empfangssignale A, A', A'' der Wert uA erhalten wird. Ebenfalls treffen bei einer Abdeckung von 0%, das heißt bei freiem Überwachungsbereich, die Sendelichtstrahlen 3b, 3b', 3b'' auf die weiße, helle Referenzfläche 7b, so dass für die Empfangssignale B, B', B'' der Wert uB erhalten wird. Die Werte uA für die Empfangssignale bei Aktivierung der Sender 2a, 2a', 2a'' sowie die Werte uB für die Empfangssignale bei Aktivierung der Sender 2b, 2b', 2b'' werden in einem Einlernvorgang bestimmt und als Referenzwerte abgespeichert.
Bei Eindringen eines Bogens 6 in den Überwachungsbereich nimmt die Abdeckung von 0% auf 100% zu, das heißt der Bogen 6 wird zunächst vom ersten Senderpaar, dann auch noch vom zweiten Senderpaar und schließlich von allen drei Senderpaaren erfasst.
5 zeigt den Fall der Detektion eines schwarzen Bogens 6. Bei zunehmender Abdeckung weicht zunächst das Empfangssignal B vom Referenzwert ab, da mit dem Sender 2b der Bogen 6 erfasst wird. Zeitgleich wird auch mit dem Sender 2a der Bogen 6 erfasst. Da sich der schwarze Bogen 6 von der schwarzen Referenzfläche 7a nicht unterscheidet, bleibt das Empfangssignal A näherungsweise auf dem Niveau des Referenzwerts uA. Bewegt sich der Bogen 6 weiter in Richtung des optischen Sensors 1, so dass die Überdeckung ansteigt, wird der Bogen 6 zusätzlich mit dem zweiten Senderpaar erfasst, so dass auch das Empfangssignal B' vom Referenzwert uB abweicht, während das Empfangssignal A' näherungsweise auf dem Niveau des Referenzwerts uA verbleibt. Bei weiter steigender Überdeckung wird schließlich der Bogen 6 auch noch mit dem dritten Senderpaar erfasst. Dementsprechend weicht dann auch das Empfangssignal B'' vom Referenzwert uB ab, während das Empfangssignal A'' auf dem Niveau des Referenzwerts verbleibt. Die Empfangssignale A, A', A'', B, B', B'' konvergieren dann gegen einen Wert u-End.
Da im Ausführungsbeispiel gemäß 5 ein schwarzer Bogen 6 detektiert wird, wäre eine Bogendetektion anhand der Empfangssignale A, A', A'' alleine nicht möglich, da sich deren Werte bei der Bogendetektion von den Referenzwerten uA, das heißt den Empfangssignalen bei freiem Überwachungsbereich, nicht unterscheiden.
In der Auswerteeinheit 8 werden zur Detektion der Bogenkantenposition jedoch die Verhältnisse der Empfangssignale AB, A'/B' und A''/B'' gebildet und mit dem Verhältnis der Referenzwerte uA/uB verglichen. Diese aktuell ermittelten Verhältnisse weichen bei einer Bogendetektion von den Verhältnissen der Referenzwerte ab, so dass dadurch die Bogenkantenposition bestimmt werden kann. Weicht nur das Verhältnis A/B vom Referenzwert-Verhältnis ab, so liegt die Bogenkante im Bereich des ersten Senderpaares. Weichen die Verhältnisse A/B und A'/B' vom Referenzwert-Verhältnis ab, so liegt die Bogenkante im Bereich des zweiten Senderpaares. Weichen alle drei Verhältnisse A/B, A'/B', A''/B'' vom Referenzwert-Verhältnis ab, so liegt die Bogenkante im Bereich des dritten Senderpaares. Damit ergibt sich ein maximaler Positionsbereich xo, der durch die Ausdehnung der Senderpaare in x-Richtung bestimmt ist. Durch eine entsprechend höhere Anzahl von Senderpaaren kann die Ortsauflösung erhöht werden.
In der Praxis empfiehlt es sich, die Empfangssignale A, B bei der Detektion eines spezifischen Bogens 6 als weitere Referenzwerte einzulernen um die Empfangssignale A', A'', B', B'' der weiteren Senderpaare darauf zu referenzieren. Damit können durch Störeinflüsse bedingte Messwertschwankungen eliminiert werden, wodurch die Nachweisempfindlichkeit des optischen Sensors 1 erhöht wird. Da die Empfangssignale A, B des ersten Senderpaares bei der Bogendetektion nunmehr selbst Referenzwerte bilden, bleibt nur noch ein nutzbarerer Positionsmessbereich x1, der von dem Bereich des zweiten und dritten Senderpaares gebildet ist. Dieser Positionsmessbereich x1 und dessen Grenze p1 sind in den 3 und 5 dargestellt.
6 zeigt die Pegel der Empfangssignale der drei Senderpaare des optischen Sensors 1 bei der Detektion eines hellen Bogens 1, dessen Reflektivität größer ist als die Reflektivitäten beider Referenzflächen 7a, 7b. Analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 werden auch in diesem Fall die Messsignale uA, uB, die für den freien Überwachungsbereich erhalten werden, als Referenzwerte eingelernt.
Da der zu detektierende Bogen 6 eine höhere Reflektivität als die Referenzflächen 7a, 7b aufweist, steigen bei Detektion des Bogens 6 mit den jeweiligen Senderpaaren die Empfangssignale A, A', A'' einerseits und auch die Empfangssignale B, B', B'' ausgehend von den Referenzwerten uA beziehungswei se uB auf den Endwert u-End, der in diesem Fall oberhalb der Referenzwerte uA, uB liegt. Durch Bildung der Verhältnisse der Empfangssignale A/B, A'/B', A''/B'' und Vergleich mit dem Referenzwert-Verhältnis uA/uB kann der Bogen wieder eindeutig von den den Hintergrund bildenden Referenzflächen 7a, 7b unterschieden werden. Die Signalauswertung zur Bestimmung der Bogenkantenposition erfolgt analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 5.

1: Optischer Sensor
2a: Sender
2a': Sender
2a'': Sender
2b: Sender
2b': Sender
2b'': Sender
3a: Sendelichtstrahlen
3a': Sendelichtstrahlen
3a'': Sendelichtstrahlen
3b: Sendelichtstrahlen
3b': Sendelichtstrahlen
3b'': Sendelichtstrahlen
4: Empfangslichtstrahlen
5: Empfänger
6: Bogen
7: Deckmarke
7a: Referenzfläche
7b: Referenzfläche
8: Auswerteeinheit
9: Ausgang
10: Schnittstelle
11: Auflage
12: Lichtleiter

Claims

Optischer Sensor (1) mit zwei in Abstand zueinander angeordneten Senderzeilen, welche jeweils aus einer Reihenanordnung von Sendelichtstrahlen (3a, 3a', 3a'', 3b, 3b', 3b'') emittierenden Sendern (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') bestehen, wobei den Sendern (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') jeder Senderzeile ein Empfänger (5) zugeordnet ist, wobei die Sender (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') und der Empfänger (5) an einem Rand eines Überwachungsbereichs angeordnet sind und am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs zwei Referenzflächen (7a, 7b) mit unterschiedlichen Reflektivitäten angeordnet sind, so dass bei freiem Überwachungsbereich die Sendelichtstrahlen (3a, 3a', 3a'') der Sender (2a, 2a', 2a'') der ersten Senderzeile auf die erste Referenzfläche (7a) geführt und von dort zum zugeordneten Empfänger (5) geführt sind und die Sendelichtstrahlen (3b, 3b', 3b'') der Sender (2b, 2b', 2b'') der zweiten Senderzeile auf die zweite Referenzfläche (7b) geführt und von dort zum zugeordneten Empfänger (5) geführt sind, wobei die Längsachsen der Senderzeilen parallel zueinander und quer zu einer zu erfassenden Objektkante verlaufen, und wobei zur Erfassung der Position der Objektkante eines in den Überwachungsbereich ragenden Objekts in einer Auswerteeinheit (8) die Verhältnisse der mit den Sendelichtstrahlen (3a, 3a', 3a'') der Sender (2a, 2a', 2a'') der ersten Senderzeile und mit den Sendelichtstrahlen (3b, 3b', 3b'') der Sender (2b, 2b', 2b'') der zweiten Senderzeile am jeweils zugeordneten Empfänger (5) generierten Empfangssignale ausgewertet werden.
Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderzeile eine identische Anzahl von Sendern (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') aufweisen, wobei jeweils ein Sender (2a, 2a', 2a'') der ersten Senderzeile und ein Sender (2b, 2b', 2b'') der zweiten Senderzeile ein Senderpaar bilden, wobei in der Auswerteeinheit (8) jeweils die Verhältnisse der Empfangssignale, die mit den Sendern (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') eines Senderpaares generiert werden, gebildet werden.
Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') eines Senderpaars in Richtung quer zu den Längsachsen der Senderzeile nebeneinander liegen.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bei freiem Überwachungsbereich erhaltenen Empfangspegel Referenzwerte bilden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt in einer Einführrichtung in den Überwachungsbereich eindringt, und dass die Empfangssignale, die durch die Sender (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') des Senderpaares generiert werden, welche das Objekt zuerst erfassen, weitere Referenzwerte bilden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) zur Objektdetektion aktuell ermittelte Empfangssignale mit den Referenzwerten verglichen werden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') beider Senderzeilen einzeln nacheinander aktiviert werden.
Optischer Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Empfänger (5) aufweist, welcher beiden Senderzeilen zugeordnet ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (5) zwischen den Senderzeilen angeordnet ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzflächen Bestandteil einer Deckenmarke (7) sind.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die Sender (2a, 2a', 2a'', 2b, 2b', 2b'') der Senderzeile Lichtleiter (12) anschließen, mittels derer die Sendelichtstrahlen (3a, 3a', 3a'', 3b, 3b', 3b'') zum Rand des Überwachungsbereichs geführt sind.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) ein Schaltsignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben, ob eine vorgegebene Kantenposition erreicht ist oder nicht.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zu detektierenden Objekte Bögen (6) sind, welche in bogenverarbeitenden Maschinen gefördert werden.