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Die Erfindung befasst sich mit der Detektion eines bewegten, insbesondere textilen Gegenstands.
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Für den Einsatz in Privathaushalten gibt es verschiedene Typen von Textilbearbeitungsgeräten. Ein Gerätetyp ist beispielsweise eine Waschmaschine, ein anderer Gerätetyp ist ein Wäschetrockner und ein weiterer Gerätetyp ist ein Wäschefaltautomat, der in der Lage ist, Textilstücke (Handtücher, T-Shirts usw.) ungefaltet entgegenzunehmen und gefaltet wieder auszugeben. Bei einem oder mehreren der genannten Gerätetypen kann das Erfordernis bestehen, die Anwesenheit eines Textilstücks in einem Aufnahmeraum des Textilbearbeitungsgeräts zu erfassen. Beispielsweise kann bei einer Waschmaschine der Wunsch bestehen, den Vorgang der Hineingabe eines Textilstücks in eine Waschtrommel der Waschmaschine optosensorisch zu erfassen. Bei einem Wäschefaltautomat kann beispielsweise das Erfordernis bestehen, erfassen zu können, wann ein Textilstück an eine bestimmte Stelle längs einer Transport- oder Bearbeitungsstrecke innerhalb des Faltautomats gelangt, z.B. wann es in einen Beschickungsbereich eingelegt wird oder wann es eine dem Beschickungsbereich nachgeschaltete Faltstation erreicht.
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Eine grundsätzliche Möglichkeit, das Eindringen eines Gegenstands in einen optosensorisch überwachten Raum zu erfassen, besteht in der Verwendung einer Reflexions-Lichtschranke, welche einen Lichtsender aufweist, der ein Lichtbündel in Richtung auf eine Spiegelfläche abstrahlt. An der Spiegelfläche wird das Lichtbündel reflektiert, wobei ein Lichtempfänger die Intensität der von der Spiegelfläche reflektierten Strahlung erfasst. Wenn ein Gegenstand die Lichtschranke durchbricht, sich also in den Raum zwischen Lichtsender und Spiegelfläche bewegt, sinkt die Intensität der von dem Lichtempfänger detektierten Strahlung signifikant ab, sodass auf die Anwesenheit des Gegenstands geschlossen werden kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Anwesenheit eines bewegten, insbesondere textilen Gegenstands in einem optosensorisch überwachten Raum zuverlässig und mit guter Robustheit gegen Störeinflüsse detektieren zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erfassung eines bewegten, insbesondere textilen Gegenstands, vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ausstrahlen eines Lichtbündels in Richtung auf eine Referenzfläche durch einen Bewegungsraum des Gegenstands hindurch, wobei das Lichtbündel eine Bündelachse aufweist und die Referenzfläche eine Flächennormale an einer Stelle aufweist, an der die Bündelachse die Referenzfläche durchstößt; Gewinnen eines ersten Messwerts, welcher repräsentativ ist für eine an einem ersten Detektionsort erfasste Lichtintensität, wobei der erste Detektionsort im Ausbreitungsweg von Lichtstrahlen liegt, die aus gerichteter Reflexion wenigstens eines Teils des Lichtbündels an der Referenzfläche hervorgehen; Gewinnen eines zweiten Messwerts, welcher repräsentativ ist für eine an einem zweiten Detektionsort erfasste Lichtintensität, wobei der zweite Detektionsort einen anderen Winkelabstand von der Flächennormale der Referenzfläche besitzt als der erste Detektionsort; Ermitteln der Anwesenheit des Gegenstands abhängig von dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert.
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Die erfindungsgemäße Lösung wertet Lichtintensitäten aus, die an zwei verschiedenen Detektionsorten gemessen werden. Der erste Detektionsort ist so gelegen, dass das Auftreffen des Lichtbündels auf die Referenzfläche zu einer durch gerichtete Reflexion bewirkten signifikanten Rückstrahlung in Richtung zu dem ersten Detektionsort führt, während zu dem zweiten Detektionsort in diesem Fall nur vergleichsweise wenig Rückstrahlung (wenn überhaupt) gelangt. Falls der Ausbreitungsweg des Lichtbündels bis zur Referenzfläche ungestört ist, wird dementsprechend an dem ersten Detektionsort eine vergleichsweise starke Lichtintensität gemessen, an dem zweiten Detektionsort wird hingegen nur eine vergleichsweise schwache oder sogar nur eine vernachlässigbar kleine Lichtintensität (wenn überhaupt) gemessen. Sofern sich ein Textilstück in den Ausbreitungsweg des Lichtbündels bewegt, ändern sich die Reflexionsverhältnisse für die Strahlung des Lichtbündels. Textiloberflächen sind in der Regel vergleichsweise rauh oder matt und bewirken daher - wenn überhaupt - nur eine vergleichsweise schwache gerichtete Reflexion von einfallendem Licht, im Gegensatz hierzu aber eine vergleichsweise starke Streuung (diffuse Reflexion) des einfallenden Lichts. Bei der Anwesenheit eines Textilstücks im Ausbreitungsweg des Lichtbündels wird an dem zweiten Detektionsort daher eine Lichtintensität gemessen werden, die im Vergleich zu der am ersten Detektionsort gemessenen Lichtintensität signifikant größer ist als bei Abwesenheit des Textilstücks. Dieses Funktionsprinzip der Erfindung erlaubt eine hohe Erkennungszuverlässigkeit selbst dann, wenn Textilstücke unterschiedlicher Dicke und unterschiedlicher Faser- oder Gewebeart auftreten können. Die Erfindung benötigt keine aufwendige Bilderkennung anhand von Kamerabildern und kann mit vergleichsweise geringem Hardware- und Softwareaufwand implementiert werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen wird eine Differenz des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts gebildet, wobei die Anwesenheit des Gegenstands abhängig von der Differenz ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich können der erste Messwert und der zweite Messwert in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden (Normierung), wobei die Anwesenheit des Gegenstands dann abhängig von dem so erhaltenen Quotienten ermittelt wird.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist der zweite Detektionsort mit geringerer Intensität als der erste Detektionsort Strahlung ausgesetzt, die aus gerichteter Reflexion des Lichtbündels an der Referenzfläche hervorgeht. Insbesondere ist es möglich, dass bei ungestörter Ausbreitung des Lichtbündels bis zur Referenzfläche und bei Ausschluss sonstiger Störlichteinflüsse am zweiten Detektionsort im Wesentlichen keine Rückstrahlung ankommt. Der zweite Detektionsort kann dementsprechend vollständig außerhalb des Ausbreitungswegs derjenigen Lichtstrahlen liegen, die aus gerichteter Reflexion des Lichtbündels an der Referenzfläche hervorgehen.
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Das Lichtbündel ist bei bestimmten Ausführungsformen divergent, wobei es einen Bündelwinkel von weniger als 20 Grad oder weniger als 15 Grad oder weniger 10 Grad oder weniger als 5 Grad aufweist.
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Bei bestimmten Ausführungsformen wird das Lichtbündel gepulst ausgestrahlt, beispielsweise mit einer Pulswiederholrate von mindestens 100 Hz oder mindestens 500 Hz oder mindestens 1 kHz, wobei für jeden Puls oder jede vorgegebene Gruppe von Pulsen des Lichtbündels der erste Messwert und der zweite Messwert gewonnen werden und die Anwesenheit des Gegenstands abhängig von dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert ermittelt wird.
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Das Licht des Lichtbündels ist oder umfasst beispielsweise Infrarotlicht.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt sieht die Erfindung ein Textilbearbeitungsgerät der Haushaltsausstattung vor, beispielsweise in Form einer Waschmaschine oder eines Textilfaltautomats, wobei das Textilbearbeitungsgerät insbesondere zur Durchführung des Verfahrens der vorgenannten Art bestimmt und eingerichtet ist.
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Das Textilbearbeitungsgerät umfasst einen Aufnahmeraum zur Beschickung des Textilbearbeitungsgeräts mit Textilstücken oder/zur Bearbeitung solcher Textilstücke sowie eine Erfassungsvorrichtung zur Ermittlung der Anwesenheit eines Textilstücks in dem Aufnahmeraum. Die Erfassungsvorrichtung umfasst: eine Lichtabgabeeinheit zur Abgabe eines Lichtbündels in Richtung auf eine Referenzfläche des Textilbearbeitungsgeräts durch einen Teil des Aufnahmeraums hindurch, wobei das Lichtbündel eine Bündelachse aufweist und die Referenzfläche eine Flächennormale an einer Stelle aufweist, an der die Bündelachse die Referenzfläche durchstößt; einen ersten Lichtdetektor zur Lichtintensitätsmessung an einem ersten Detektionsort, wobei der der erste Detektionsort im Ausbreitungsweg von Lichtstrahlen liegt, die aus gerichteter Reflexion wenigstens eines Teils des Lichtbündels an der Referenzfläche hervorgehen; einen zweiten Lichtdetektor zur Lichtintensitätsmessung an einem zweiten Detektionsort, wobei der zweite Detektionsort einen anderen Winkelabstand von der Flächennormale der Referenzfläche besitzt als der erste Detektionsort; und eine Auswerteeinheit, welche die Anwesenheit eines Textilstücks in dem Aufnahmeraum abhängig von einem ersten Messwert und einem zweiten Messwert ermittelt, wobei der erste Messwert repräsentativ ist für eine von dem ersten Lichtdetektor erfasste Lichtintensität und der zweite Messwert repräsentativ ist für eine von dem zweiten Lichtdetektor erfasste Lichtintensität.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
- 1 schematisch Komponenten eines Haushalts-Textilbearbeitungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Situation bei Abwesenheit eines zu detektierenden Textilstücks, und
- 2 schematisch die Komponenten des Textilbearbeitungsgeräts der 1 in einer Situation bei Anwesenheit eines zu detektierenden Textilstücks.
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In den 1 und 2 ist mit 10 allgemein ein Textilbearbeitungsgerät der Haushaltsausstattung bezeichnet, wobei es sich im gezeigten Beispielfall beispielsweise um einen Textilfaltautomat handelt, mittels dessen Textilstücke wie beispielsweise Hosen, Pullover, Handtücher und dergleichen, die ungefaltet angeliefert werden, nach einem vorgegebenen Faltmuster gefaltet werden können. Das Textilbearbeitungsgerät 10 umfasst einen Aufnahmeraum 12, der dazu dient, im Betrieb des Textilbearbeitungsgeräts 10 ein oder mehrere Textilstücke aufzunehmen. In 2 ist ein derartiges Textilstück bei 14 angedeutet. Der Aufnahmeraum 12 ist beispielsweise ein Raum, in dem eine Bearbeitung des Textilstücks 14 stattfindet, z.B. ein Faltvorgang oder - im Fall einer Waschmaschine - ein Waschvorgang. Alternativ kann der Aufnahmeraum 12 lediglich der Beschickung (Zufuhr) des Textilbearbeitungsgeräts 10 mit Textilstücken dienen, wobei die vorgesehene Bearbeitung in einem von dem Aufnahmeraum 12 örtlich entfernten gesonderten Bearbeitungsraum stattfindet. Bei Ausgestaltung des Textilbearbeitungsgeräts 10 als Textilfaltautomat kann der Aufnahmeraum 12 beispielsweise in einem Bereich des Geräts 10 gebildet sein, in welchem ein Benutzer Textilstücke einzeln oder in Gruppen in das Gerät 10 einlegt. Das Textilbearbeitungsgerät 10 kann geeignete Transport- oder/und Handhabungsmittel umfassen, um die eingelegten Textilstücke aus dem Einlegebereich in einen - in Transportrichtung - stromabwärtigen Bearbeitungsbereich zu transportieren bzw. zu überführen. Zum alleinigen Zweck der Erläuterung und Veranschaulichung sind in den 1 und 2 beispielhaft zwei Transportbänder 16 schematisch gezeigt, die zumindest teilweise innerhalb des Aufnahmeraums 12 verlaufen und einen Transport von Textilstücken in den Aufnahmeraum 12 hinein oder/und durch den Aufnahmeraum 12 hindurch oder/und aus dem Aufnahmeraum 12 heraus ermöglichen. Die Transportbänder 16 sind durch nicht näher dargestellte Antriebsmittel angetrieben und sollen einen Transport in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 1 und 2 ermöglichen. In 2 ist schematisch die Situation dargestellt, dass auf den Transportbändern 16 das Textilstück 14 aufliegt.
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Das Textilbearbeitungsgerät 10 weist ferner eine Erfassungsvorrichtung 18 auf, deren Zweck es ist, die Anwesenheit eines Textilstücks (z.B. des Textilstücks 14) in dem Aufnahmeraum 12 zu erkennen und ein entsprechendes Erkennungsergebnis an eine Gerätesteuereinheit 20 des Textilbearbeitungsgeräts zu liefern. Basierend auf den von der Erfassungsvorrichtung 18 gemeldeten Informationen ist die Gerätesteuereinrichtung 20 in der Lage, den Betrieb des Textilbearbeitungsgeräts 10 zu steuern, beispielsweise den Start eines Bearbeitungsvorgangs zur Bearbeitung des Textilstücks 14 zu veranlassen, nachdem dessen Anwesenheit in dem Aufnahmeraum 12 detektiert wurde.
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Die Erfassungsvorrichtung 18 umfasst ein Sensorgehäuse 22 mit einer in eine Gehäuseöffnung eingesetzten Fensterscheibe 24. Die Fensterscheibe 24 ist beispielsweise für Infrarotstrahlung transparent, im sichtbaren Wellenlängenbereich hingegen transluzent, also opak. Das Sensorgehäuse 22 ist im Übrigen für sichtbares Licht sowie für Infrarotstrahlung idealerweise vollständig undurchlässig, sodass Fremdlichteinflüsse weitestgehend unterdrückt werden. In dem Sensorgehäuse 22 sind eine Lichtabgabeeinheit 26, ein erster Lichtdetektor 28 sowie ein zweiter Lichtdetektor 30 untergebracht; beispielsweise sind diese Komponenten auf einer gemeinsamen Leiterplatte (nicht dargestellt) montiert. Die Lichtabgabeeinheit 26 ist zur Ausstrahlung eines Lichtbündels 32 eingerichtet, dessen Strahlung in einem Infrarot-Wellenlängenbereich liegt. Das Lichtbündel 32 ist vergleichsweise eng gebündelt und weist einen Bündelwinkel α von beispielsweise etwa 5 bis 10 Grad auf. In einigen Fällen kann der Bündelwinkel α sogar nur etwa 2 bis 3 Grad betragen. Das Lichtbündel 32 besitzt eine Bündelachse 34 und wird von der Lichtabgabeeinheit 26 in Richtung auf eine Referenzfläche 36 ausgestrahlt, welche die Bündelachse 34 an einem Durchstoßpunkt D (1) durchstößt. Die Referenzfläche 36 bildet eine Reflexionsfläche, an der die Strahlung des Lichtbündels 32 eine deutlich stärkere gerichtete Reflexion (Spiegelreflexion) als an der Oberfläche des Textilstücks 14 erfährt. Die Referenzfläche 36 kann beispielsweise eine auf Glanz polierte Metall- oder Kunststoffoberfläche sein. Insbesondere besitzt die Referenzfläche 36 eine derart geringe Mattheit und Oberflächenrauheit, dass jedenfalls der allergrößte Teil der Strahlung des Lichtbündels 32 eine gerichtete Reflexion an der Referenzfläche 36 erfährt (sofern das Lichtbündel 32 nicht durch die Anwesenheit eines Textilstücks in dem Aufnahmeraum 12 gestört ist).
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Die Lichtabgabeeinheit 26 enthält beispielsweise eine Leuchtdiode als Lichtquelle und kann zusätzlich ein oder mehrere Strahlformungselemente wie beispielsweise eine Sammellinse oder/und eine Blende (nicht dargestellt) zur Formung des Lichtbündels 32 aufweisen. Alternativ zu einer Leuchtdiode kann die Lichtabgabeeinheit 26 als Lichtquelle beispielsweise eine Laserdiode (z.B. vom VCSEL-Typ) enthalten, insbesondere dann, wenn ein sehr enges Lichtbündel erwünscht ist.
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Die beiden Lichtdetektoren 28, 30 sind beispielsweise von Photodioden oder Phototransistoren gebildet, die für die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich der von der Lichtabgabeeinheit 26 erzeugten (Infrarot-)Lichtstrahlung empfindlich sind. Die Lichtdetektoren 28, 30 sind relativ zu dem Lichtbündel 32 bzw. der Bündelachse 34 so angeordnet, dass der erste Lichtdetektor 28 vergleichsweise stark einer Rückstrahlung ausgesetzt ist, die aus gerichteter Reflexion des Lichtbündels 32 an der Referenzfläche 36 resultiert. Dies ist in 1 durch einen mit durchgezogener Linie gezeichneten Pfeil 38 veranschaulicht, der einen Lichtstrahl der besagten Rückstrahlung bezeichnet und auf den ersten Lichtdetektor 28 gerichtet ist. Der zweite Lichtdetektor 30 ist hingegen so angeordnet, dass er von dieser Rückstrahlung nicht oder nicht in nennenswertem Umfang getroffen wird. Bei Abwesenheit eines Textilstücks im Ausbreitungsweg des Lichtbündels 32 erfasst der erste Lichtdetektor 28 dementsprechend eine vergleichsweise starke Lichtintensität, während der zweite Lichtdetektor 30 nur eine vergleichsweise schwache Strahlungsintensität (wenn überhaupt) detektiert. Erreicht wird dies durch geeignet eingestellte Winkelabstände der beiden Lichtdetektoren 28, 30 relativ zu der Flächennormale der Referenzfläche 36 am Durchstoßpunkt D. Der Winkelabstand bezieht sich hierbei auf den Winkel, welcher zwischen der Flächennormale und einer gedachten Verbindungslinie vom Durchstoßpunkt D zum jeweiligen Lichtdetektor 28 bzw. 30 eingeschlossen ist. Im gezeigten Beispielfall, bei dem die Bündelachse 34 und die Flächennormale der Referenzfläche 36 im Wesentlichen zusammenfallen oder jedenfalls nur ein kleiner Winkel dazwischen existiert, ist der Winkelabstand des ersten Lichtdetektors 28 von der Flächennormale ebenfalls möglichst klein. Der Winkelabstand des zweiten Lichtdetektors 30 von der Flächennormale der Referenzfläche 36 ist dagegen deutlich größer, sodass - wenn überhaupt - nur in äußerst geringem Umfang Rückstrahlung, die aus gerichteter Reflexion des Lichtbündels 32 an der Referenzfläche 36 resultiert, zu dem zweiten Lichtdetektor 30 gelangt.
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2 zeigt die Situation, nachdem das Textilstück 14 in den Ausbreitungsweg des Lichtbündels 32 bewegt worden ist, beispielsweise indem es auf die Transportbänder 16 von einem Benutzer aufgelegt wurde oder mittels der Transportbänder 16 in den Ausbreitungsweg des Lichtbündels 32 transportiert wurde. An der vergleichsweise stark rauen oder matten Oberfläche des Textilstücks 14 wird die Strahlung des Lichtbündels 32 diffus reflektiert, wobei sich die Rückstrahlung in einen breiten Raumbereich verteilt, wie durch Pfeile 40 schematisch angedeutet. Die räumliche Verteilung der Strahlungsintensität der gestreuten Rückstrahlung besitzt beispielsweise eine angenähert Lambertsche Charakteristik. Beide Lichtdetektoren 28, 30 empfangen einen Teil der aus Streuung an dem Textilstück 14 resultierenden Rückstrahlung, wobei unter Umständen immer noch der erste Lichtdetektor 28 ein stärkeres Signal ausgibt als der zweite Lichtdetektor 30, der Unterschied zwischen beiden Detektionssignalen jedoch typischerweise erheblich kleiner sein wird als bei ungestörter Ausbreitung des Lichtbündels 32.
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Zur Energieeinsparung und Vermeidung einer elektrischen oder/und thermischen Überlastung der Lichtabgabeeinheit 26 wird diese bei bestimmten Ausführungsformen pulsartig betrieben, d.h. sie sendet nur vergleichsweise kurze Lichtpulse aus, deren Dauer beispielsweise weniger als 1 ms oder weniger als 500 µs oder weniger als 100 µs oder weniger als 50 µs beträgt, z.B. etwa 20 µs. Die Pulswiederholrate der von der Lichtabgabeeinheit 26 ausgesendeten Lichtpulse beträgt beispielsweise etwa 1 kHz oder etwa 2 kHz. Für jeden Lichtpuls des Lichtbündels 32 wird von den Lichtdetektoren 28, 30 ein entsprechendes Detektionssignal (Messsignal) an eine Auswerteeinheit 42 geliefert, die Teil der Erfassungsvorrichtung 18 ist und auf Basis der Messsignale beider Lichtdetektoren 28, 30 eine Entscheidung darüber trifft, ob in den Aufnahmeraum 12 ein Textilstück (z.B. das Textilstück 14) hineinbewegt worden ist oder nicht. Hierzu setzt die Auswerteeinheit 42 die Messsignale der Lichtdetektoren 28, 30 bzw. hierfür repräsentative (ggf. durch Mittelung, Quantisierung oder sonstige Bearbeitung der Messsignale aus diesen abgeleitete) Messwerte in Bezug zueinander, beispielsweise durch Differenzbildung oder Quotientenbildung. Durch Normierung der Messwerte, die mittels des zweiten Lichtdetektors 30 gewonnen werden, auf die Messwerte, die mittels des ersten Lichtdetektors 28 gewonnen werden, ist es beispielsweise möglich, Störeinflüsse gut zu unterdrücken, die auf einer variierenden Dicke der zu erkennenden Textilstücke oder aus etwaigen Schlenkerbewegungen der Transportbänder 16 beruhen können. Die so ermittelte Differenz bzw. der so ermittelte Quotient zeigt eine signifikante Änderung, sobald ein Textilstück in den Aufnahmebereich 12 und dort in den Ausbreitungsweg des Lichtbündels 32 hineinbewegt wird. Durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Differenz oder/und des Quotienten der den beiden Lichtdetektoren 28, 30 zugeordneten Messwerte kann die Auswerteeinheit 42 erkennen, wann sich ein Textilstück in dem Aufnahmeraum 12 befindet. Das Auswerteergebnis wird von der Auswerteeinheit 42 an die Steuereinheit 20 gemeldet.
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Eine Erkennung der Anwesenheit eines bewegten Textilstücks in einem optosensorisch überwachten Raum (wie z.B. dem Aufnahmeraum 12) kann im übrigen auch mit einer Anordnung erreicht werden, die zwei Lichtbündel insbesondere unter verschiedenen Winkeln in Richtung auf eine Referenzfläche (z.B. die Referenzfläche 36) ausstrahlt und mit einem einzigen, geeignet relativ zu den beiden Lichtbündeln positionierten Lichtdetektor die Intensität von Rückstrahlung misst. Je nachdem, ob sich ein Textilstück im Ausbreitungsweg der beiden Lichtbündel oder nur eines der beiden Lichtbündel oder keines der beiden Lichtbündel befindet, kann aus der gemessenen Intensität der an dem einzelnen Lichtdetektor empfangenen Rückstrahlung auf die Anwesenheit bzw. Abwesenheit des Textilstücks geschlossen werden.
