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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektieren eines Markierungsabschnitts auf einem einen oder mehrere Markierungsabschnitte aufweisenden Träger, der außerhalb des oder der Markierungsabschnitte reflektierend ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Detektionsverfahren anzugeben, mit dem sich Markierungsabschnitte wie Hologramme, die aufgrund ihrer optischen Eigenschaften auf reflektierenden Flächen bisher nur schwer automatisiert erkennbar sind, zuverlässig detektieren lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit einem Sendeelement ein Sendestrahl winklig, aber nicht senkrecht auf den Träger gerichtet wird, von dem Träger in Richtung eines Hintergrundelements reflektierte Strahlung von dem Hintergrundelement diffus reflektiert wird, ein Teil der diffus reflektierten Strahlung auf den reflektierenden Träger fällt und von diesem in Richtung einer Empfangseinrichtung reflektiert wird und das Empfangssignal der Empfangseinrichtung ausgewertet wird.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass sich mit diesem auch Hologramme auf reflektierenden Trägern zuverlässig erkennen lassen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das erfindungsgemäß vorgesehene diffus reflektierende Hintergrundelement eine definierte Hintergrundbeleuchtung erzeugt, die winkelunabhängig ist, so dass ein in den Detektionsbereich geratender Markierungsabschnitt, insbesondere ein Hologramm, eine signifikante Änderung des Empfangssignals auslösen wird und dadurch zuverlässig erkannt werden kann.
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Mit Blick auf eine besonders zuverlässige Detektion von Markierungsabschnitten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Sendeelement und die Empfangseinrichtung als Triangulationssensor betrieben werden.
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Eine besonders hohe Empfindlichkeit des Detektionsverfahrens lässt sich erreichen, wenn die Empfangseinrichtung zumindest einen Nahbereichssensorabschnitt zum Erfassen von reflektierter Strahlung eines nahe an der Empfangseinrichtung bzw. dem Triangulationssensor befindlichen Gegenstandes und zumindest einen Fernbereichssensorabschnitt zum Erfassen von reflektierter Strahlung eines fern von der Empfangseinrichtung bzw. dem Triangulationssensor befindlichen Gegenstandes aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens lässt sich eine Verschiebung der Empfangsleistungen zwischen dem Fernbereichssensorabschnitt und dem Nahbereichssensorabschnitt zusätzlich auswerten und so ein Auftreten eines Markierungsabschnitts innerhalb des Detektionsbereichs besonders zuverlässig erfassen.
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Die Empfangseinrichtung kann durch einzelne Fotodioden, eine linienförmige Anordnung von Fotoempfängern oder ein Pixelarray von Fotoempfängern gebildet werden.
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Besonders einfach lässt sich ein einen Markierungsabschnitt anzeigendes Detektionssignal erzeugen, wenn die Höhe des Empfangssignals und/oder die Strahlungsverteilung auf der Empfangseinrichtung über ein vorgegebenes Maß hinaus von der Höhe eines vorgegebenen Referenzsignals und/oder einer vorgegebenen Referenzstrahlungsverteilung abweicht.
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Vorzugsweise ist die Höhe des vorgegebenen Referenzsignals und/oder die vorgegebene Referenzstrahlungsverteilung anhand eines reflektierenden Trägers ohne Markierungsabschnitt oder anhand eines reflektierenden Trägers mit Markierungsabschnitt, jedoch in einem Bereich außerhalb des Markierungsabschnitts, ermittelt worden.
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Das diffus reflektierende Hintergrundelement reflektiert bevorzugt in alle Raumrichtungen gleichmäßig, zumindest annähernd gleichmäßig.
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Vorzugsweise werden – wie eingangs bereits angesprochen – im Rahmen des Verfahrens als Markierungsabschnitte Hologramme detektiert.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Detektionsanordnung zur Detektion eines Markierungsabschnitts auf einem einen oder mehrere Markierungsabschnitte aufweisenden Träger, der außerhalb des oder der Markierungsabschnitte reflektierend ist.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Detektionsanordnung vorgesehen, dass die Detektionsanordnung ein zur Emission elektromagnetischer Strahlung geeignetes Sendeelement, ein diffus reflektierendes Hintergrundelement, eine ein Empfangssignal erzeugende Empfangseinrichtung und eine Auswerteinrichtung umfasst, die das Empfangssignal der Empfangseinrichtung auswertet, wobei das Sendeelement und das Hintergrundelement derart zum Träger ausgerichtet sind, dass der Sendestrahl des Sendeelements winklig, aber nicht senkrecht auf den Träger fällt und von dort in Richtung des Hintergrundelements reflektiert wird, das Hintergrundelement die reflektierte Strahlung diffus reflektiert und ein Teil der diffus reflektierten Strahlung auf den reflektierenden Träger fällt und von diesem in Richtung der Empfangseinrichtung reflektiert wird. Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Detektionsanordnung sei auf die oben erläuterten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen der erfindungsgemäßen Detektionsanordnung im Wesentlichen entsprechen.
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Das vom Hintergrundelement diffus reflektierte Licht fällt vorzugsweise vornehmlich auf das Fernbereichssensorelement der Empfangseinrichtung.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Sendeelement, die Empfangseinrichtung und die Auswerteinrichtung einen Triangulationssensor bilden.
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Mit Blick auf eine hohe Messempfindlichkeit wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Abstand zwischen dem Hintergrundelement und dem Triangulationssensor größer als der Messbereich des Triangulationssensors ist. Bei dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass das Hintergrundelement im Wesentlichen ausschließlich dazu dient, winkelunabhängige Hintergrundstrahlung bereitzustellen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteinrichtung ein einen Markierungsabschnitt anzeigendes Detektionssignal erzeugt, wenn die Höhe des Empfangssignals und/oder die Strahlungsverteilung auf der Empfangseinrichtung über ein vorgegebenes, insbesondere abgespeichertes, Maß hinaus von der Höhe eines vorgegebenen, insbesondere abgespeicherten, Referenzsignals und/oder einer vorgegebenen, insbesondere abgespeicherten, Referenzstrahlungsverteilung abweicht.
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Bezüglich der Ausgestaltung der Empfangseinrichtung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese zumindest einen Nahbereichssensorabschnitt zum Erfassen von reflektierter Strahlung eines nahe an der Empfangseinrichtung bzw. dem Triangulationssensor befindlichen Gegenstandes und zumindest einen Fernbereichssensorabschnitt zum Erfassen von reflektierter Strahlung eines fern von der Empfangseinrichtung bzw. dem Triangulationssensor befindlichen Gegenstandes aufweist.
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Bei der letztgenannten Ausgestaltung erzeugt die Auswerteinrichtung bevorzugt ein einen Markierungsabschnitt anzeigendes Detektionssignal, wenn das Verhältnis zwischen der Empfangsleistung des Nahbereichssensorabschnitts und der Empfangsleistung des Fernbereichssensorabschnitts einen vorgegebenen maximalen Referenzverhältniswert erreicht oder überschreitet und/oder die Differenz zwischen der Empfangsleistung des Nahbereichssensorabschnitts und der Empfangsleistung des Fernbereichssensorabschnitts einen vorgegebenen Referenzdifferenzwert erreicht oder überschreitet. Die Höhe dieses Referenzverhältniswerts wird bevorzugt anhand eines reflektierenden Trägers ohne Markierungsabschnitt oder anhand eines reflektierenden Trägers mit Markierungsabschnitt, jedoch in einem Bereich außerhalb des Markierungsabschnitts, ermittelt.
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Bezüglich der Ausrichtung der Komponenten zueinander ist es vorteilhaft, wenn das Sendeelement derart zum Träger ausgerichtet ist, dass der Sendestrahl in einem Winkel zwischen 40° und 60° auf den Träger fällt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Detektionsanordnung, anhand derer auch ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert wird, wobei in der 1 ein Träger bzw. Trägerabschnitt ohne Markierungsabschnitt, insbesondere ohne Hologramm gezeigt ist,
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2 die Detektionsanordnung gemäß 1, wenn sich auf dem Träger bzw. auf dem im Bereich der Detektionsanordnung befindlichen Trägerabschnitt ein Markierungsabschnitt, insbesondere ein Hologramm, befindet, und
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3 eine Detektionsanordnung mit einem gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 anders ausgerichteten Triangulationssensor.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt eine Detektionsanordnung 100, die ein Sendeelement 110 zur Emission elektromagnetischer Strahlung, ein diffus reflektierendes Hintergrundelement 120, eine Empfangseinrichtung 130 sowie eine mit der Empfangseinrichtung 130 in Verbindung stehende Auswerteinrichtung 140 umfasst. Die Ansteuerung des Sendeelements 110 erfolgt vorzugsweise durch die Auswerteinrichtung 140 mittels eines Steuersignals Z.
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Die Empfangseinrichtung 130 weist vorzugsweise zwei oder mehr Sensorabschnitte auf; bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird aus Gründen der Übersicht vereinfacht davon ausgegangen, dass die Empfangseinrichtung 130 mit zwei Sensorabschnitten ausgestattet ist, von denen einer einen Nahbereichssensorabschnitt 131 und einer einen Fernbereichssensorabschnitt 132 bildet. Die beiden Sensorabschnitte 131 und 132 sind vorzugsweise mit einer oder jeweils mit einer Linse ausgestattet, die aus Gründen der Übersicht in den 1 und 2 nicht weiter dargestellt ist.
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Der Nahbereichssensorabschnitt 131 der Empfangseinrichtung 130 ist innerhalb der Empfangseinrichtung 130 derart angeordnet, dass er reflektierte Strahlung von relativ nahe an der Empfangseinrichtung 130 befindlichen Gegenständen erfasst. Im Unterschied dazu ist der Fernbereichssensorabschnitt 132 der Empfangseinrichtung 130 derart angeordnet, dass er reflektierte Strahlung von relativ fern von der Empfangseinrichtung 130 befindlichen Gegenständen erfasst. Der Nahbereichssensorabschnitt 131 und der Fernbereichssensorabschnitt 132 ermöglichen bei entsprechender Auswertung ihrer Empfangssignale durch die Auswerteinrichtung 140 einen Betrieb der Empfangseinrichtung 130 in Verbindung mit dem Sendeelement 110 als sogenanntem Triangulationssensor 300.
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Das Hintergrundelement 120 ist hinsichtlich seiner diffus reflektierenden Eigenschaft vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es – zumindest näherungsweise – einfallende Strahlung in alle Raumrichtungen gleichmäßig, also mit anderen Worten gemäß oder zumindest annähernd gemäß dem Lambertschen Gesetz, reflektiert.
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Die Arbeitsweise der Detektionsanordnung 100 wird nachfolgend im Zusammenhang mit der 1 anhand eines Trägers 200 erläutert, der insgesamt oder zumindest in dem im Bereich der Detektionsanordnung 100 befindlichen Trägerabschnitt keinen Markierungsabschnitt, insbesondere kein Hologramm, aufweist und reflektierend ist bzw. eine reflektierende Oberfläche aufweist.
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Wird das Sendeelement 110 in Betrieb genommen und mit diesem elektromagnetische Strahlung emittiert, so wird dessen Sendestrahl SS winkelig, aber nicht senkrecht, auf die Oberfläche des Trägers 200 auftreffen und von dem Träger 200 reflektiert werden. Der Einfallswinkel des Sendestrahls SS auf dem Träger 200 – bezogen auf die Flächennormale – ist in der 1 mit dem Bezugszeichen β gekennzeichnet. Der Winkel β liegt vorzugsweise zwischen 40° und 60° und beträgt bevorzugt 45°. Am Ausgang des Sendeelements kann eine Linse angeordnet sein, die jedoch aus Gründen der Übersicht in den 1 bis 2 nicht dargestellt ist.
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Die von dem Träger 200 reflektierte Strahlung des Sendeelements 110 ist in der 1 mit dem Bezugszeichen RS gekennzeichnet und fällt auf das Hintergrundelement 120, das die einfallende Strahlung diffus reflektiert. Ein Teil dieser diffus reflektierten Strahlung fällt wieder auf den reflektierenden Träger 200 und wird von diesem in Richtung der Empfangseinrichtung 130 reflektiert. Von der auf die Empfangseinrichtung 130 einfallenden Strahlung ist in der 1 stellvertretend für ein diffuses Strahlenbündel ein Teilstrahl dargestellt und dort mit dem Bezugszeichen DS gekennzeichnet.
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Die diffus reflektierte Strahlung wird von der Empfangseinrichtung 130 detektiert, die zwei Empfangssignale erzeugt, nämlich ein Nahempfangssignal En mit dem Nahbereichssensorabschnitt 131 sowie ein Fernempfangssignal Ef mit dem Fernbereichssensorabschnitt 132.
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Die Empfangsleistung des Nahbereichssensorabschnitts 131 relativ zur Empfangsleistung des Fernbereichssensorabschnitts 132 wird maßgeblich von dem Abstand des Hintergrundelements 120 vom Träger 200 bestimmt. Mit Blick auf eine zuverlässige Detektion eines auf dem Träger 200 befindlichen Markierungsabschnitts, insbesondere eines darauf befindlichen Hologramms, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Entfernung des Hintergrundelements 120 vom Träger 200 möglichst groß ist. Ohne einen Markierungsabschnitt im Strahlengang zwischen Sendeelement 100, Hintergrundelement 120 und Empfangseinrichtung 130 wird das Verhältnis zwischen der Empfangsleistung des Nahbereichssensorabschnitts 131 und der Empfangsleistung des Fernbereichssensorabschnitts 132 einen vorgegebenen Referenzverhältniswert unterschreiten, und es wird die Beziehung gelten: Pen/Pef < Rw, wobei Pen die Empfangsleistung des Nahbereichssensorabschnitts 131, Pef die Empfangsleistung des Fernbereichssensorabschnitts 132 und Rw den vorgegebenen Referenzverhältniswert bezeichnet. Befindet sich ein Markierungsabschnitt im Strahlengang, wird das Verhältnis Pen/Pef den Referenzverhältniswert überschreiten.
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Die Auswerteinrichtung 140 wertet also das Nahempfangssignal En und das Fernempfangssignal Ef aus, bildet den Quotienten Pen/Pef und prüft anhand des Quotienten, ob der Referenzverhältniswert Rw überschritten wird oder nicht.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteinrichtung 140 mit der Empfangsleistung Pen des Nahbereichssensorabschnitts 131 und der Empfangsleistung Pef des Fernbereichssensorabschnitts 132 einen Differenzwert bilden und anhand des Differenzwertes, beispielsweise des Differenzwertes Pen – Pef, prüfen, ob sich ein Markierungsabschnitt im Strahlengang befindet: Ohne einen Markierungsabschnitt im Strahlengang zwischen Sendeelement 100, Hintergrundelement 120 und Empfangseinrichtung 130 wird die Differenz zwischen der Empfangsleistung Pen des Nahbereichssensorabschnitts 131 und der Empfangsleistung Pef des Fernbereichssensorabschnitts 132 einen vorgegebenen Referenzdifferenzwert Rwd unterschreiten; es wird also die Beziehung gelten: Pen – Pef < Rwd.
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Befindet sich hingegen ein Markierungsabschnitt im Strahlengang, wird der Differenzwert Pen – Pef den Referenzdifferenzwert Rwd überschreiten, weil die Empfangsleistung Pen des Nahbereichssensorabschnitts 131 größer als ohne Markierungsabschnitt ist.
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Anstelle des Differenzwerts Pen – Pef kann in entsprechender Weise der Differenzwert Pef – Pen gebildet werden; die Auswertung erfolgt dann unter Berücksichtigung des anderen Vorzeichens entsprechend: Auf einen Markierungsabschnitt im Strahlengang lässt sich in diesem Falle schließen, wenn die Differenz zwischen der Empfangsleistung des Fernbereichssensorabschnitts 132 und der Empfangsleistung des Nahbereichssensorabschnitts 131 einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
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Da sich bei der Darstellung gemäß 1 auf dem im Bereich der Detektionsanordnung 100 befindlichen Trägerabschnitt des Trägers 200 kein Markierungsabschnitt befindet und ausschließlich die diffus reflektierte Strahlung des Hintergrundelements 120 von der Empfangseinrichtung 130 empfangen wird, wird die Auswerteinrichtung 140 aufgrund des relativ kleinen Verhältnisses Pen/Pef zu dem Ergebnis kommen, dass sich kein Markierungsabschnitt auf dem Träger 200 befindet und ausgangsseitig ein entsprechendes Auswertsignal Q1 erzeugen.
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Die 2 zeigt die Detektionsanordnung 100 gemäß 1, wenn der im Bereich der Detektionsanordnung 100 befindliche Trägerabschnitt des Trägers 200 einen Markierungsabschnitt, insbesondere ein Hologramm 500, aufweist. Aufgrund der üblichen optischen Eigenschaften des Hologramms 500 wird ein signifikanter Anteil des Sendestrahls SS nicht mehr – wie in 1 gezeigt – in Richtung des Hintergrundelements 120 reflektiert werden, sondern stattdessen in Richtung der Empfangseinrichtung 130 gestreut oder reflektiert werden. Aufgrund des relativ geringen Abstands zwischen der Empfangseinrichtung 130 und dem Träger 200 bzw. dem Hologramm 500 und der Empfangseinrichtung 130 wird die von dem Hologramm 500 reflektierte Strahlung – nachfolgend Hologrammstrahlung HS genannt – vornehmlich auf den Nahbereichssensorabschnitt 131 und weniger auf den Fernbereichssensorabschnitt 132 fallen.
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Durch das Einwirken des Hologramms 500 wird sich somit das Nahempfangssignal En vergrößern und das Fernempfangssignal Ef verkleinern und es werden sich somit der Quotient zwischen der Empfangsleistung Pen des Nahbereichssensorabschnitts 131 und der Empfangsleistung Pef des Fernbereichssensorabschnitts 132 sowie die Differenz zwischen der Empfangsleistung Pen des Nahbereichssensorabschnitts 131 und der Empfangsleistung Pef des Fernbereichssensorabschnitts 132 vergrößern. Die Verschiebung der Empfangsleistungen führt mit anderen Worten dazu, dass sich der Quotient Pen/Pef und der Differenzwert Pen – Pef deutlich vergrößern und den Referenzverhältniswert Rw bzw. den Referenzdifferenzwert Rwd überschreiten werden: Pen/Pef > Rw und Pen – Pef > Rwd.
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Stellt die Auswerteinrichtung 140 anhand des Nahempfangssignals En und des Fernempfangssignals Ef fest, dass der Quotient Pen/Pef den Referenzverhältniswert Rw und/oder die Differenz Pen – Pef den Referenzdifferenzwert Rwd überschreitet, so wird sie ein entsprechendes Detektionssignal Q2 erzeugen, mit dem das Vorhandensein des Hologramms 500 auf dem Träger 200 signalisiert wird.
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Werden die Empfangseinrichtung 130, die Auswerteinrichtung 140 sowie das Sendeelement 110 als Triangulationssensor 300 betrieben, wie dies oben beispielhaft erläutert wurde, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Abstand des Hintergrundelements 120 vom Träger 200 so groß gewählt wird, dass der Abstand größer als der Messbereich des Triangulationssensors 300 ist. Im Falle einer solchen Ausgestaltung besteht die Funktion des Hintergrundelements 120 lediglich darin, eine Hintergrundstrahlung mit definierten und stets gleichbleibenden Eigenschaften zu erzeugen und es der Auswerteinrichtung 140 zu vereinfachen, Markierungsabschnitte, insbesondere Hologramme 500, auf den Träger 200 zu detektieren.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ist die aktive Seite 300a des Triangulationssensors 300 schrägwinklig zu dem diffusen Strahlenbündel bzw. dem Teilstrahl DS und der Hologrammstrahlung HS ausgerichtet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die aktive Seite 300a des Triangulationssensors 300 frontal bzw. möglichst senkrecht zur ausgesandten Strahlung und zur einfallenden Strahlung ausgerichtet ist; eine solche Ausrichtung lässt sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ereichen, wenn man den Triangulationssensor 300 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung zum Träger 200 dreht. Eine in dieser Weise gedrehte Anordnung des Triangulationssensors 300 ist beispielhaft in der 3 gezeigt. Die inneren Komponenten des Triangulationssensors 300 gemäß 3 können mit denen des Triangulationssensors 300 gemäß den 1 und 2 identisch sein. Die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 gelten für die Ausführungsform gemäß 3 somit entsprechend, so dass bezüglich der Funktionsweise des Triangulationssensors 300 gemäß 3 auf die obigen Ausführungen verwiesen sei.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Detektionsanordnung
- 110
- Sendeelement
- 120
- Hintergrundelement
- 130
- Empfangseinrichtung
- 131
- Nahbereichssensorabschnitt
- 132
- Fernbereichssensorabschnitt
- 140
- Auswerteinrichtung
- 200
- Träger
- 300
- Triangulationssensor
- 500
- Hologramm
- β
- Einfallswinkel
- DS
- Teilstrahl eines diffusen Strahlenbündels
- Ef
- Fernempfangssignal
- En
- Nahempfangssignal
- HS
- Hologrammstrahlung
- Q1
- Auswertsignal
- Q2
- Detektionssignal
- RS
- reflektierte Strahlung
- SS
- Sendestrahl
- Z
- Steuersignal
