DE102018129274A1

DE102018129274A1 - Verfahren zur Detektion eines Zielobjekts

Info

Publication number: DE102018129274A1
Application number: DE102018129274.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kolb; Simon Kern; Oliver Prinz
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2018-11-21
Filing date: 2018-11-21
Publication date: 2020-05-28

Abstract

Ein Verfahren zur Detektion eines Zielobjekts, wobei das Zielobjekt in einer Messstrecke einer Messvorrichtung angeordnet und von einem Störobjekt verdeckt ist und wobei die Messvorrichtung eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit umfasst, umfasst ein Erzeugen eines elektromagnetischen Messsignals. Das Messsignal umfasst eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten aus einem Messfrequenzintervall. Außerdem umfasst das Verfahren ein Aussenden der Frequenzkomponenten des elektromagnetischen Messsignals entlang der Messstrecke durch das Störobjekt und durch das Zielobjekt mittels der Sendeeinheit. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen der Frequenzkomponenten des Messsignals mittels der Empfangseinheit, nachdem die Frequenzkomponenten des Messsignals entlang der Messstrecke durch das Störobjekt und das Zielobjekt propagiert sind, als ein Empfangssignal. Außerdem umfasst das Verfahren ein Vergleichen des Empfangssignals mit Referenzinformationen, wobei die Referenzinformationen auf einem die Frequenzkomponenten umfassenden Referenzsignal basieren, wie es bei einer Leermessung durch das Störobjekt ohne das in der Messstrecke angeordnete Zielobjekt empfangen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion eines Zielobjekts, sowie eine Messvorrichtung zur Detektion eines Zielobjekts.
Verfahren und Messvorrichtungen zur Detektion von Zielobjekten werden in der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Handhabungs- und Verpackungstechnik, eingesetzt. Dabei erfasst in der Regel eine Empfangseinheit der Messvorrichtung ein durch das Zielobjekt beeinflusstes Messsignal, um die Anwesenheit des Zielobjekts festzustellen. Das Messsignal wird in der Regel durch elektromagnetische Strahlung gebildet. Insbesondere kann das Messsignal durch sichtbare Strahlung gebildet werden.
Insbesondere in der Verpackungstechnik ist es oftmals wünschenswert, die Zielobjekte auch dann zu erkennen, wenn sie von einem Störobjekt, beispielsweise einer Verpackung, verdeckt werden. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Verpackung nach Anordnung des Zielobjekts verschlossen und/oder zugeschnitten werden soll. In diesen Fällen müssen Zielobjekte, die in einem Verschluss- oder Schnittbereich der Verpackung angeordnet sind, erkannt werden, um eine Kollision mit dem Zielobjekt und eine Beschädigung der Zielobjekte und/oder einer die Zielobjekte verarbeitenden Verpackungsanlage zu verhindern. Mittels einer Detektion der Zielobjekte innerhalb der Verpackung kann zudem festgestellt werden, ob eine automatisierte Verpackung erfolgreich durchgeführt wurde. Nachdem derartige Verpackungen oftmals optisch intransparent sind, besteht die Notwendigkeit, die Zielobjekte (z.B. das Verpackungsgut) innerhalb eines optisch intransparenten Materials (Störobjekt) zu erkennen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur Detektion eines von einem Störobjekt verdeckten Zielobjekts anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Messvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein Verfahren angegeben zur Detektion eines Zielobjekts, welches in einer Messstrecke einer Messvorrichtung angeordnet und von einem Störobjekt verdeckt ist. Dabei umfasst die Messvorrichtung eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines elektromagnetischen Messsignals, wobei das Messsignal eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten aus einem Messfrequenzintervall umfasst. Außerdem umfasst das Verfahren ein Aussenden der Frequenzkomponenten des elektromagnetischen Messsignals entlang der Messstrecke durch das Störobjekt und durch das Zielobjekt mittels der Sendeeinheit. Das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen der Frequenzkomponenten des Messsignals mittels der Empfangseinheit, nachdem die Frequenzkomponenten des Messsignals entlang der Messstrecke durch das Störobjekt und das Zielobjekt hindurch propagiert sind, als ein Empfangssignal. Außerdem umfasst das Verfahren ein Vergleichen des Empfangssignals mit Referenzinformationen, wobei die Referenzinformationen auf einem die Frequenzkomponenten umfassenden Referenzsignal basieren, wie es bei einer Leermessung durch das Störobjekt ohne das in der Messstrecke angeordnete Zielobjekt empfangen wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass mit einer derartigen Transmissionsmessung, bei der das Messsignal sowohl das Störobjekt, als auch das Zielobjekt durchdringt, die Anwesenheit des durch das Störobjekt verdeckten Zielobjekts zuverlässig erkannt werden kann. Dabei kann das Vergleichen des Empfangssignals mit den Referenzinformationen insbesondere ein Bestimmen einer aus dem Empfangssignal abgeleiteten Phaseninformation und/oder ein Bestimmen einer aus dem Empfangssignal abgeleiteten Laufzeitinformation umfassen. Derartige Phasen- und/oder Laufzeitinformationen sind sensitiver auf die Anwesenheit des Zielobjekts, als aus dem Empfangssignal abgeleitete Amplituden- oder Energieinformationen.
Die Frequenzkomponenten der elektromagnetischen Strahlung des Messsignals können insbesondere im Radiowellenbereich, Mikrowellenbereich und/oder Terahertzbereich liegen. Die Frequenzkomponenten umfassen eine Mehrzahl von Einzelfrequenzen innerhalb des Messfrequenzintervalls. Beispielsweise können die Frequenzkomponenten eine Mehrzahl äquidistant beabstandeter Einzelfrequenzen des Messfrequenzintervalls umfassen. Das Zielobjekt und das Störobjekt sind für die elektromagnetische Strahlung des Messfrequenzintervalls zumindest teilweise transparent.
Das Messsignal kann insbesondere gerichtet entlang der Messstrecke ausgesendet und das Empfangssignal kann gerichtet entlang der Messstrecke empfangen werden.
Die Referenzinformationen können in einer das Verfahren ausführenden Verarbeitungseinheit hinterlegt sein. Die Leermessung zur Bestimmung des Referenzsignals und der aus dem Referenzsignal abgeleiteten Referenzinformationen kann bei einer Kalibrierung einer das Verfahren ausführenden Messvorrichtung durchgeführt werden. Anschließend können die Referenzinformationen aus dem Referenzsignal ermittelt und in der Verarbeitungseinheit hinterlegt werden. Insbesondere muss in der Verarbeitungseinheit nicht das Referenzsignal selbst, sondern es müssen lediglich die aus dem Referenzsignal abgeleiteten Referenzinformationen hinterlegt sein.
Das Störobjekt kann insbesondere als eine Folie ausgebildet sein. Das Störobjekt kann ein Störmaterial aus Pappe, Papier oder Kunststoff, insbesondere Luftpolsterfolie, umfassen. Eine Dicke des Störobjekts entlang bzw. parallel zu der Messstrecke kann zwischen 0,1 mm und 10 cm betragen. Die Dicke des Störobjekts kann kleiner als 5 cm, insbesondere kleiner als 2,5 cm oder kleiner als 1 cm sein. Das Störobjekt kann in einer senkrecht zu der Messstrecke orientierten Ebene flächig ausgebildet sein und in der senkrecht orientierten Ebene eine größere Ausdehnung als in einer parallel zu der Messstrecke orientierten Richtung aufweisen. Das Störobjekt kann das Zielobjekt an einer in der Messstrecke angeordneten Seite, insbesondere an zwei gegenüberliegenden und in der Messstrecke angeordneten Seiten, umgeben und auf diese Weise verdecken. Das Störobjekt kann insbesondere als eine das Zielobjekt umgebende Verpackung ausgebildet sein.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Vergleichen des Empfangssignals mit den Referenzinformationen ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal abgeleiteten Phaseninformation und/oder ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal abgeleiteten Laufzeitinformation mit den Referenzinformationen. Insbesondere kann die aus dem Empfangssignal abgeleitete Phaseninformation mit einer aus dem Referenzsignal abgeleiteten Referenzphaseninformation und/oder die aus dem Empfangssignal abgeleitete Laufzeitinformation mit einer aus dem Referenzsignal abgeleiteten Referenzlaufzeitinformation verglichen werden. Dabei können insbesondere die Referenzphaseninformation und/oder die Referenzlaufzeitinformation als Referenzinformationen in einer das Verfahren ausführenden Verarbeitungseinheit hinterlegt sein. Im Allgemeinen ist die Phase oder die Laufzeit des Empfangssignals besonders sensitiv auf eine Anwesenheit des Zielobjekts.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Frequenzkomponenten des Messsignals nacheinander, insbesondere jeweils, als ein unmoduliertes Dauerstrichsignal erzeugt. Dadurch können die Frequenzkomponenten des Messsignals besonders einfach erzeugt werden. Die Frequenzkomponenten des Messsignals können anschließend nacheinander als unmoduliertes Dauerstrichsignal entlang der Messstrecke ausgesendet werden. Dabei können die Frequenzkomponenten beispielsweise in aufsteigender oder in absteigender Reihenfolge erzeugt und/oder ausgesendet werden, so dass die Frequenzkomponenten als eine Frequenzrampe erzeugt und/oder ausgesendet werden.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens sind Wellenfronten des Messsignals als senkrecht zu der Messstrecke orientierte Ebenen ausgebildet. Dadurch erfahren die Wellenfronten des Messsignals bei ihrer Propagation durch das Störobjekt und durch das Zielobjekt in der senkrecht zu der Messstrecke orientierten Ebene eine gleichmäßige Phasenverschiebung und/oder Laufzeitverzögerung. Dies erleichtert das Vergleichen des aus dem Messsignal abgeleiteten Empfangssignals mit den Referenzinformationen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Vergleichen des Empfangssignals mit den Referenzinformationen ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal bestimmten Messübertragungsfunktion mit einer aus dem Referenzsignal bestimmten Referenzübertragungsfunktion. Bei dem Vergleichen der Messübertragungsfunktion und der Referenzübertragungsfunktion können Amplitudeninformationen und/oder Phaseninformationen der Übertragungsfunktionen miteinander verglichen werden oder es können aus den Amplitudeninformationen und/oder Phaseninformationen der Übertragungsfunktionen abgeleitete Größen miteinander verglichen werden.
Die Messübertragungsfunktion kann insbesondere als eine relative Messübertragungsfunktion bestimmt werden und ein Amplitudenverhältnis und eine Phasendifferenz umfassen. Dabei bestimmt sich das Amplitudenverhältnis aus dem Verhältnis einer Amplitude des Empfangssignals zu einer Amplitude des Messsignals und die Phasendifferenz bestimmt sich aus der Differenz einer Phase des Empfangssignals zu einer Phase des Messsignals. Die Messübertragungsfunktion kann insbesondere für jede Frequenzkomponente innerhalb des Messfrequenzintervalls jeweils ein Amplitudenverhältnis und eine Phasendifferenz umfassen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Vergleichen des Empfangssignals mit den Referenzinformationen ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal bestimmten Messimpulsantwort mit einer aus dem Referenzsignal bestimmten Referenzimpulsantwort. Die Messimpulsantwort kann aus der Messübertragungsfunktion bestimmt werden, beispielsweise durch inverse Fourier-Transformation. Ebenso kann die Referenzimpulsantwort aus der Referenzübertragungsfunktion des Referenzsignals bestimmt worden sein, insbesondere durch inverse Fourier-Transformation.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens liegt das Messfrequenzintervall im Mikrowellenbereich, insbesondere zwischen 1 GHz und 200 GHz, insbesondere zwischen 5 GHz und 100 GHz, insbesondere zwischen 8 GHz und 12 GHz, zwischen 18 GHz und 30GHz und/oder zwischen 50 GHz und 70 GHz.
Das Messfrequenzintervall kann eine Breite kleiner als 5 GHz, insbesondere eine Breite von 4 GHz, oder eine Breite kleiner als 1 GHz, insbesondere kleiner 500 MHz, 250 MHz oder 200 MHz umfassen. Das Messfrequenzintervall kann eine Laufzeitfrequenz umfassen, welche durch das Inverse einer Laufzeit des Messsignals zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit gegeben ist. Die Laufzeit kann dabei einer Laufzeit bei in der Messstrecke angeordnetem Störobjekt und/oder in der Messstrecke angeordnetem Messobjekt entsprechen, oder aber einer Laufzeit, welche ohne das Störobjekt und ohne das Messobjekt bestimmt wurde. Beispielsweise kann eine in der Mitte des Messfrequenzintervalls angeordnete Mittenfrequenz der Laufzeitfrequenz entsprechen.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit auf einer Geraden einander gegenüberliegend angeordnet und die Messstrecke erstreckt sich entlang der Geraden zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit. Dadurch kann eine das Verfahren ausführende Messvorrichtung besonders einfach konstruiert sein.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit zusammen auf einer ersten Seite eines Messbereichs der Messvorrichtung angeordnet und eine Reflektoreinheit zur gerichteten Reflektion des Messsignals ist an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Messbereichs in der Messstrecke angeordnet. Dadurch benötigt eine das Verfahren ausführende Messvorrichtung auf der zweiten Seite des Messbereich besonders wenig Bauraum.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist auf einer dem Störobjekt gegenüberliegenden Seite des Zielobjekts ein weiteres Störobjekt in der Messstrecke angeordnet. Das Störobjekt und das weitere Störobjekt können jeweils Bestandteil eines Gesamtstörobjekts sein. Insbesondere kann das Messobjekt (d.h. das Zielobjekt) von dem Gesamtstörobjekt an zwei, drei oder vier Seiten umgeben sein. Das Messobjekt kann von dem Gesamtstörobjekt insbesondere in einer die Messstrecke umfassenden Messebene auf drei oder allen vier Seiten umgeben sein. Das Gesamtstörobjekt kann das Messobjekt auch auf allen Seiten umgeben.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des Verfahrens zum Detektieren des Zielobjekts in einer das Störobjekt bildenden Verpackung. Die Verpackung kann neben dem Störobjekt auch das weitere Störobjekt bzw. das Gesamtstörobjekt bilden. Die Verpackung kann insbesondere als Folienverpackung ausgebildet sein.
Bei einer Weiterbildung der Verwendung ist die Messvorrichtung an einer Verpackungsmaschine angeordnet, um eine Anordnung des Zielobjekts in einem Verschlußbereich der Verpackung zu detektieren. In dem Verschlussbereich können der das Störobjekt bildende Bereich der Verpackung und ein weiteres Störobjekt bildender Bereich der Verpackung zusammengefügt werden, beispielsweise mittels Klebens oder mittels Folienschweißens. Insbesondere kann das Zusammenfügen der Verpackung nur dann durchgeführt werden, wenn mittels des hierin beschriebenen Verfahrens erkannt wird, dass in dem durch den Verschlussbereich gebildeten Bereich des Zusammenfügens kein Zielobjekt vorhanden ist, d.h. dass kein Verpackungsgut den Verschluss der Verpackung beeinträchtigt.
Bei einer Weiterbildung der Verwendung wird der Verschlußbereich durch einen mittels Folienschweißens zu verschließenden Schweißbereich der Verpackung gebildet.
Die Erfindung betrifft ferner eine Messvorrichtung zur Detektion eines in einer Messstrecke der Messvorrichtung angeordneten und von einem Störobjekt verdeckten Zielobjekts, wobei die Messvorrichtung eine Signalerzeugungseinheit, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und eine Auswertungseinheit umfasst. Dabei ist die Signalerzeugungseinheit dazu ausgebildet, ein elektromagnetisches Messsignals zu erzeugen, wobei das Messsignal eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten aus einem Messfrequenzintervall umfasst. Die Sendeeinheit ist dazu ausgebildet, die Frequenzkomponenten des elektromagnetischen Messsignals mittels einer Sendeantenne entlang einer Messstrecke der Messvorrichtung in einen in der Messstrecke angeordneten Objektbereich und in einen in der Messstrecke angeordneten Störbereich der Messvorrichtung auszusenden. Die Empfangseinheit ist dazu ausgebildet, die Frequenzkomponenten des Messsignals mittels einer Empfangsantenne als ein Empfangssignal zu empfangen, nachdem die Frequenzkomponenten des Messsignals entlang der Messstrecke durch den Objektbereich und den Störbereich propagiert sind. Die Auswertungseinheit ist dazu ausgebildet, das Empfangssignal mit Referenzinformationen zu vergleichen, wobei die Referenzinformationen auf einem die Frequenzkomponenten umfassenden Referenzsignal basieren, wie es bei einer Leermessung durch das in dem Störbereich angeordnete Störobjekt und ohne das in dem Objektbereich angeordnete Zielobjekt empfangen wird.
Die Messvorrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Der Objektbereich und der Störbereich bilden jeweils Teilbereiche des Messbereichs der Messvorrichtung.
Bei einer Weiterbildung der Messvorrichtung umfasst die Sendeeinheit eine Sendeantenne zum Aussenden des Messsignals und die Empfangseinheit umfasst eine Empfangsantenne zum Empfangen des Messsignals, wobei eine Hauptstrahlrichtung der Sendeantenne und eine Hauptstrahlrichtung der Empfangsantenne entlang der Messstrecke ausgerichtet sind. Dadurch wird das Messsignal gerichtet entlang der Messstrecke ausgesendet und das Empfangssignal wird gerichtet entlang der Messstrecke empfangen. Dies ermöglicht eine genaue laterale Detektion des Zielobjekts in senkrecht zu der Messstrecke orientierten Richtungen, insbesondere in der senkrecht zu der Messstrecke orientierten Ebene.
Bei einer Weiterbildung der Messvorrichtung sind die Sendeantenne und/oder die Empfangsantenne als ein Patchantennen-Array ausgebildet, dessen Einzelantennen in einer senkrecht zu der Messstrecke orientierten Antennenebene angeordnet sind. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ein gerichtetes Aussenden des Messsignals und/oder ein gerichtetes Empfangen des Empfangssignals erreicht werden. Außerdem benötigt die Messvorrichtung in der parallel zu der Messstrecke orientierten Richtung besonders wenig Bauraum. Allgemein können die Sende- und/oder die Empfangsantenne eine Richtcharakteristik aufweisen, wobei ein damit verbundener Antennengewinn bevorzugt größer als 5 dBi, weiter bevorzugt größer als 10 dBi, besonders bevorzugt größer als 20 dBi sein kann.
Alternativ oder zusätzlich können die Sendeantenne und/oder die Empfangsantenne als Phased-Array-Antenne ausgebildet sein, um eine Strahlrichtung, in der das Messsignal ausgesendet wird, und/oder eine Empfangsrichtung, aus der das Empfangssignal empfangen wird, verschwenken und so einen ausgedehnten Messbereich abtasten zu können. Dadurch kann beispielsweise eine Position des Messobjekts und/oder des Störobjekts innerhalb des abgetasteten Messbereichs ermittelt werden.
Bei einer Weiterbildung der Messvorrichtung ist die Sendeeinheit dazu ausgebildet, das Messsignal mit unterschiedlichen Polarisationen auszusenden, und/oder die Empfangseinheit ist dazu ausgebildet, das Empfangssignal in unterschiedlichen Polarisationen zu empfangen. Insbesondere kann die Sendeantenne mehrere Einzelsendeantennen umfassen, die dazu ausgebildet sind, das Messsignal mit unterschiedlichen Polarisationen auszusenden, und/oder die Empfangsantenne kann mehrere Einzelempfangsantennen umfassen, die dazu ausgebildet sind, das Messsignal mit unterschiedlichen Polarisationen zu empfangen. Das Aussenden des Messsignals und/oder das Empfangen des Messsignals kann insbesondere mit Polarisationsdiversität erfolgen. Dadurch können unerwünschte Interferenzen verringert werden bzw. kann eine Maskierung des informationstragenden Empfangssignals durch Reflektionen an weiteren Anbauten und/oder der Sende- oder Empfangsantenne verhindert werden.
Bei einer Weiterbildung der Messvorrichtung ist die Sendeeinheit dazu ausgebildet, das Messsignal gemäß einem Modulationsschema moduliert auszusenden. Das Modulationsschema kann insbesondere eine Codemodulation und/oder eine Phasenmodulation des Messsignals umfassen. Bei der Codemodulation kann das Messsignal mit einem Code moduliert werden, welcher sich erst nach einer Vielzahl von Wellenlängen eines Trägersignals des Messsignals, beispielsweise alle zehn Wellenlängen, wiederholt. Dadurch können auch große Phasenunterschiede zwischen Messsignal und Empfangssignal eindeutig erkannt werden. Das Modulationsschema kann auch vorsehen, dass das Messsignal als ein frequenzmoduliertes Dauerstrichsignal (FMCW) ausgesendet wird. Dies erlaubt unter anderem eine Auflösung kleiner Phasenunterschiede zwischen dem Messsignal und dem Empfangssignal.
Bei einer Weiterbildung der Messvorrichtung umfasst die Sendeeinheit mindestens zwei Einzelsendeantennen und ist dazu ausgebildet, das Messsignal als mindestens zwei Einzelsendesignale über die Einzelsendeantennen auszusenden, und/oder die Empfangseinheit umfasst mindestens zwei Einzelempfangsantennen und ist dazu ausgebildet, das Empfangssignal als mindestens zwei Einzelempfangssignale über die Einzelempfangsantennen zu empfangen. Die Auswertungseinheit ist dazu ausgebildet, anhand der Einzelsendesignale und/oder der Einzelempfangssignale eine laterale Position des Zielobjekts quer zu der Messstrecke zu ermitteln. Die Einzelsendeantennen und/oder die Einzelempfangsantennen können jeweils in einer Ebene quer zu der Messstrecke nebeneinander angeordnet sein.
Eine Weiterbildung der Messvorrichtung kann eine zusätzliche optische Sendeeinheit und eine zusätzliche optische Empfangseinheit umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Weiterbildung der Messvorrichtung eine zusätzliche Ultraschallsendeeinheit und eine zusätzliche Ultraschallempfangseinheit umfassen.
Die optische Sendeeinheit ist dazu ausgebildet, ein optisches Messsignal, welches Frequenzkomponenten im optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums umfasst, entlang der Messstrecke auszusenden und die optische Empfangseinheit ist dazu ausgebildet, das optische Messsignal nach Propagation entlang der Messstrecke als ein optisches Empfangssignal zu empfangen. Das optische Messsignal kann mit einer Sendeleistung ausgesendet werden, welche ein Durchleuchten des Störobjekts ermöglicht, so dass ein Anteil des optischen Messsignals durch das Störobjekt hindurch propagiert. Die Auswertungseinheit der Messvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, das optische Empfangssignal mit optischen Referenzinformationen zu vergleichen, welche auf einem optischen Referenzsignal basieren, wie es bei einer Leermessung mit dem optischen Sendesignal durch das in dem Störbereich angeordnete Störobjekt und ohne das in dem Objektbereich angeordnete Zielobjekt empfangen wird.
Die Ultraschallsendeeinheit ist dazu ausgebildet, ein Ultraschallmesssignal, welches Ultraschallwellen umfasst, entlang der Messstrecke auszusenden und die Ultraschallempfangseinheit ist dazu ausgebildet, das Ultraschallmesssignal nach Propagation entlang der Messstrecke als ein Ultraschallempfangssignal zu empfangen. Entlang der Messstrecke propagiert das Ultraschallmesssignal durch das Störobjekt und gegebenenfalls durch das in der Messstrecke angeordnete Zielobjekt. Dabei kann eine Modifikation, beispielsweise eine Dämpfung und/oder Phasenänderung, des Ultraschallmesssignals erfolgen. Die Auswertungseinheit der Messvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Ultraschallempfangssignal mit Ultraschallreferenzinformationen zu vergleichen, welche auf einem Ultraschallreferenzsignal basieren, wie es bei einer Leermessung mit dem Ultraschallsendesignal durch das in dem Störbereich angeordnete Störobjekt und ohne das in dem Objektbereich angeordnete Zielobjekt empfangen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen in jeweils schematische Darstellung:

1 eine Messvorrichtung zur Detektion eines durch ein Störobjekt verdeckten Zielobjekts;
2 eine alternative Ausführungsform der Messvorrichtung;
3 ein Verfahren zur Detektion eines durch ein Störobjekt verdeckten Zielobjekts;
4 Darstellungen eines durch das Störobjekt und durch das Zielobjekt propagierten Empfangssignals und eines Referenzsignals.

1 zeigt eine Messvorrichtung 100 zur Detektion eines durch ein Störobjekt 20 verdeckten Zielobjekts 10. Das Störobjekt 20 wird durch einen Bereich eines Gesamtstörobjekts 25 gebildet. Ein weiterer Bereich des Gesamtstörobjekts 25 bildet ein weiteres Störobjekt 22. Das Gesamtstörobjekt 25 umgibt das Zielobjekt 10 an drei Seiten. Das Gesamtstörobjekt 25 kann beispielsweise eine Verpackung, insbesondere eine Folienverpackung des Zielobjekts 10 darstellen. Die das Störobjekt 20 und das weitere Störobjekt 22 bildenden Bereiche des Gesamtstörobjekts 25 bilden Verschlussbereiche 26, die bei einem Verschließen der Verpackung zusammengefügt werden. Die Verschlussbereiche 26 können insbesondere als Schweißbereiche, die mittels Folienschweißen zusammengefügt werden, ausgebildet sein.
Das Zielobjekt 10 und die Störobjekt 20, 22 sind in einem Messbereich 103 der Messvorrichtung 100 angeordnet. Der Messbereich 103 umfasst einen Störbereich 106, in dem das Störobjekt 20 angeordnet ist, und einen weiteren Störbereich 107, in dem das weitere Störobjekt 23 angeordnet ist. Zwischen dem Störbereich 106 und dem weiteren Störbereich 107 umfasst der Messbereich 103 einen Objektbereich 104, in dem das Zielobjekt 10 angeordnet ist. Bei der Messvorrichtung 100 sind der Reihe nach der Störbereich 106, anschließend der Objektbereich 104 und anschließend der weitere Störbereich 107 entlang einer Messstrecke 102 der Messvorrichtung 100 angeordnet.
Der Störbereich 106 wird durch denjenigen Bereich des Messbereichs 103 gebildet, in dem das Störobjekt 20 entlang der Messstrecke 102 angeordnet ist, der weitere Störbereich 107 wird durch denjenigen Bereich des Messbereichs 103 gebildet, in dem das weitere Störobjekt 23 entlang der Messstrecke 102 angeordnet ist, und der Objektbereich 104 wird durch denjenigen Bereich des Messbereichs 103 gebildet, in dem das Zielobjekt 10 entlang der Messstrecke 102 angeordnet ist. Dabei erstreckt sich der Messbereich 103 kontinuierlich entlang der Messstrecke 102 und Reihenfolge und Anordnung der Störbereiche 106, 107 und des Objektbereichs 104 entlang der Messstrecke 102 können je nach Anordnung der Störobjekte 20, 22 und des Zielobjekts 104 von der Darstellung in 1 abweichen.
Die Messvorrichtung 100 umfasst eine Sendeeinheit 120, eine Empfangseinheit 130 und eine Verarbeitungseinheit 140. Die Sendeeinheit 120 ist an einem Beginn der Messstrecke 102 vor dem Störbereich 106 angeordnet. Die Empfangseinheit 130 ist an einem Ende der Messstrecke 102 nach dem weiteren Störbereich 107 angeordnet. Damit ist das Störobjekt 20 zwischen dem Zielobjekt 10 und der Sendeeinheit 120 angeordnet, so dass das Störobjekt 20 das Zielobjekt 10 verdeckt. Außerdem ist das weitere Störobjekt 22 zwischen dem Zielobjekt 10 und der Empfangseinheit 130 angeordnet, so dass das weitere Störobjekt 22 ebenfalls das Zielobjekt 10 verdeckt. Das Zielobjekt 10 wird durch das Störobjekt 20 und/oder das weitere Störobjekt 22 insbesondere dadurch verdeckt, dass das Störobjekt 20 und/oder das weitere Störobjekt 22 in der Messstrecke 102 angeordnet ist.
Bei der Messvorrichtung 100 erstreckt sich die Messstrecke 103 entlang einer Geraden zwischen der Sendeeinheit 120 und der Empfangseinheit 130. Die Sendeeinheit 120 umfasst eine Sendeantenne 122, deren Hauptstrahlrichtung 123 entlang der Messstrecke 102 ausgerichtet ist. Die Empfangseinheit 130 umfasst eine Empfangsantenne 132, deren Hauptstrahlrichtung 133 ebenfalls entlang der Messstrecke 102 ausgerichtet ist. Bei der Messvorrichtung 100 sind die Sendeeinheit 120 an einer ersten Seite 108 des Messbereichs 103 und die Empfangseinheit 130 an einer der ersten Seite 108 gegenüberliegenden zweiten Seite 109 des Messbereichs 103 angeordnet.
Die Sendeeinheit 120 ist dazu ausgebildet, mittels der Sendeantenne 122 ein gerichtetes Messsignal 30 entlang der Messstrecke 102 durch den Störbereich 106 und das Störobjekt 20, den Objektbereich 104 und das Zielobjekt 10, sowie den weiteren Störbereich 107 und das weitere Störobjekt 22 zu senden. Dabei beeinflussen das Zielobjekt 10 und die Störobjekte 20, 22 die Amplitude und/oder die Phase und/oder die Laufzeit des Messsignals 30. Das durch die Störobjekte 20, 22 propagierte Messsignal 30 wird am Ende der Messstrecke 102 als ein Empfangssignal 31 mittels der Empfangsantenne 132 durch die Empfangseinheit 130 empfangen.
Die Sendeantenne 122 ist dazu ausgebildet, das Messsignal 30 derart auszusenden, dass Wellenfronten 36 des Messsignals 30 als senkrecht zu der Messstrecke 102 orientierte Ebenen ausgebildet sind. Damit sind auch Wellenfronten 36 des Empfangssignals 31 als senkrecht zu der Messstrecke 102 orientierte Ebenen ausgebildet. Die Sendeantenne 122 kann dazu ausgebildet sein, das Messsignal 30 kollimiert entlang der Messstrecke 102 auszusenden.
Die Sendeantenne 122 und/oder die Empfangsantenne 132 können als Hornantennen, Tapered-Slot-Antennen, Patchantennen oder als Patchantennen-Arrays ausgebildet sein. Sind die Sendeantenne 122 und/oder die Empfangsantenne 132 als Patchantennen-Arrays ausgebildet, so können sie jeweils Einzelantennen umfassen, die in senkrecht zu der Messstrecke 102 orientierten Ebenen angeordnet sind.
Die Verarbeitungseinheit 140 umfasst eine Signalerzeugungseinheit 110, welche mit der Sendeantenne 122 verbunden und dazu ausgebildet ist, die Frequenzkomponenten 32 des Messsignals 30 zu erzeugen. Die Signalerzeugungseinheit 110 umfasst beispielsweise einen Signalgenerator. Außerdem umfasst die Verarbeitungseinheit 140 eine Abtasteinheit 142, welche mit der Empfangsantenne 132 verbunden und dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal 31 abzutasten und in ein elektronisches, insbesondere ein digitales, Empfangssignal umzuwandeln.
Die Verarbeitungseinheit 140 umfasst ferner eine Referenziereinheit 144, welche mit der Signalerzeugungseinheit 110 und der Abtasteinheit 142 verbunden ist. Die Referenziereinheit 144 ist dazu ausgebildet, einen Phasenwert 64 und einen Amplitudenwert 62 des Empfangssignals 31 zu bestimmen. Der Phasenwert 64 wird als relativer Phasenwert 64 und der Amplitudenwert 62 wird als relativer Amplitudenwert 62 bestimmt werden, wobei der relative Phasenwert 64 eine Phasendifferenz zwischen dem Empfangssignal 31 und dem Messsignal 30 und der relative Amplitudenwert 62 ein Verhältnis einer Amplitude des Empfangssignals 31 zu einer Amplitude des Messsignals 30 angeben. Die Referenziereinheit 144 ist insbesondere dazu ausgebildet, den Phasenwert 64 und den Amplitudenwert 62 für jede Frequenzkomponente 32 des Messfrequenzintervalls 34 zu bestimmen.
Die Verarbeitungseinheit 140 umfasst außerdem eine Auswertungseinheit 141, welche dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal 31 mit Referenzinformationen 40, welche in der Verarbeitungseinheit 140 hinterlegt sind, zu vergleichen. Hierzu ist die Auswertungseinheit 141 mit der Referenziereinheit 144 verbunden und empfängt von der Referenziereinheit 144 den Phasenwert 64 und den Amplitudenwert 62 für jede Frequenzkomponente 32 des Messsignals 30. Die Referenzinformationen 40 basieren auf einem Referenzsignal, das bei einer Leermessung durch das Störobjekt 20 ohne das in der Messstrecke 102 angeordnete Zielobjekt 10 empfangen wird.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform der Messvorrichtung 100 dargestellt, bei der die Sendeeinheit 120 und die Empfangseinheit 130 zusammen auf der ersten Seite 108 des Messbereichs 103 angeordnet sein. An der zweiten Seite 109 des Messbereichs 103 ist eine Reflektoreinheit 150 angeordnet, welche dazu ausgebildet ist, das durch die Störobjekte 20, 22 und durch das Zielobjekt 10 propagierte Messsignal 30 zu empfangen und in Richtung der ersten Seite 108 entlang der Messstrecke 102 zu reflektieren. Die Reflektoreinheit 150 kann insbesondere dazu ausgebildet sein, das Messsignal 30 gerichtet entlang der Messstrecke 102 zu reflektieren.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform können die Sendeantenne 122 und die Empfangsantenne 132 zusammen als eine gemeinsame Antenne ausgeführt sein und mit einer Signalweiche 112 verbunden sein. Die Signalweiche 112 ist mit der Signalerzeugungseinheit 110 und mit der Abtasteinheit 142 verbunden und dazu ausgebildet, das zu sendende Messsignal 30 in die gemeinsame Antenne einzuspeisen und das empfangene Empfangssignal 31 aus der gemeinsamen Antenne auszukoppeln und an die Abtasteinheit 142 weiterzuleiten. Die Signalweiche 112 kann beispielsweise als ein Zirkulator ausgebildet sein. Bei der alternativen Ausführungsform der 2 propagiert das Messsignal 30 damit jeweils zweimal durch die Störobjekte 20, 22 und durch das Zielobjekt 10, ehe es als das Empfangssignal 31 empfangen wird.
3 zeigt ein Verfahren 200 zur Detektion des durch das Störobjekt 20 verdeckten Zielobjekts 10. Das Verfahren 200 umfasst ein Erzeugen 205 des elektromagnetischen Messsignals 30, ein Aussenden 210 der Frequenzkomponenten 32 des elektromagnetischen Messsignals 30 entlang der Messstrecke 102, ein Empfangen 215 der Frequenzkomponenten 32 des Messsignals 30 als ein Empfangssignal 31 und ein Vergleichen 220 des Empfangssignals 31 mit den Referenzinformationen 40.
4 zeigt Darstellungen des durch das Störobjekt 20 und das weitere Störobjekt 22, sowie durch das Zielobjekt 10 propagierten Empfangssignals 31 und des Referenzsignals 50.
Die Leermessung, bei der das Referenzsignal 50 empfangen und die Referenzinformationen 40 gewonnen werden, kann durch eine in 4 links oben dargestellte Referenzübertragungsfunktion 70 beschrieben werden, welche für alle Frequenzkomponenten 32 des Messfrequenzintervalls 34 jeweils ein Referenzamplitudenverhältnis 72 und eine Referenzphasendifferenz 74 umfasst. Das Referenzamplitudenverhältnis 72 gibt dabei für jede Frequenzkomponente 32 das Verhältnis aus einer Amplitude des entlang der Messstrecke 102 und durch die Störobjekte 20, 21 propagierten und danach empfangenen Referenzsignals 50 zu einer Amplitude des ausgesendeten Referenzsignals 50 an. Die Referenzphasendifferenz 74 gibt für jede Frequenzkomponenten 32 eine Differenz zwischen einer Phase des empfangenen Referenzsignals 50 und einer Phase des ausgesendeten Referenzsignals 50 an.
Analog hierzu kann aus dem Messsignal 30 und dem Empfangssignal 31 eine in 4 rechts oben dargestellte Messübertragungsfunktion 60 gewonnen werden, welche für alle Frequenzkomponenten 32 des Messfrequenzintervalls 34 jeweils ein Amplitudenverhältnis, das durch die von der Referenziereinheit 144 bestimmten Amplitudenwerte 62 gegeben ist, und eine Phasendifferenz, die durch die von der Referenziereinheit 144 bestimmten Phasenwerte 64 gegeben wird, umfasst. Die gezeigte Messübertragungsfunktion 60 repräsentiert eine Beispielmessung, bei der das Störobjekt 10 entlang der Messstrecke 102 eine Dicke von 2 mm aufweist und aus Polycarbonat ausgebildet ist und wobei die Störobjekte 20, 22 jeweils entlang der Messstrecke 102 eine Dicke von 0,5 mm aufweisen und aus Polyethylen ausgebildet sind. Entsprechend sind bei der durch die in 4 dargestellten Referenzübertragungsfunktion 70 repräsentierten Leermessung nur die beiden genannten Störobjekte 20, 22 in der Messstrecke 102 angeordnet.
Bei dem Vergleichen 220 des Empfangssignals 31 mit den Referenzinformationen 40 wird durch inverse Fourier-Transformation aus der Messübertragungsfunktion 60 eine in 4 rechts unten dargestellte Messimpulsantwort 65 bestimmt, um die frequenzabhängigen Informationen der Messeübertragungsfunktion 60 in zeitabhängige Informationen umzuwandeln. Die zeitabhängigen Informationen hängen von Laufzeiten 66 des Messsignals 30 entlang der Messstrecke 102 ab. Das von der Auswertungseinheit 141 ausgeführte Vergleichen 220 des Empfangssignals 31 mit den Referenzinformationen 40 umfasst dann ein Vergleichen der Messimpulsantwort 65 mit einer aus der Referenzübertragungsfunktion 70 durch inverse Fourier-Transformation gewonnenen und in 4 links unten dargestellten Referenzimpulsantwort 75 umfassen.
Die Messimpulsantwort 65 umfasst für alle Laufzeiten 66 das Amplitudenverhältnis aus Empfangssignal 31 und Messsignal 30 als ein Impulsamplitudenverhältnis 67 und für alle Laufzeiten 66 die Phasendifferenz zwischen Empfangssignal 31 und Messsignal 30 als eine Impulsphasendifferenz 68. Analog umfasst die Referenzimpulsantwort 75 für alle Laufzeiten 66 das Amplitudenverhältnis aus empfangenem und gesendetem Referenzsignal 50 als ein Referenzimpulsamplitudenverhältnis 77 und die Phasendifferenz zwischen empfangenem und gesendetem Referenzsignal 50 als eine Referenzimpulsphasendifferenz 78.
Bei dem Vergleichen 220 des Empfangssignals 31 mit den Referenzinformationen 40 wird eine Messimpulslaufzeit 69 bestimmt, bei der das Impulsamplitudenverhältnis 67 über die Laufzeiten 66 ein Maximum annimmt. Die Messimpulslaufzeit 69 umfasst eine tatsächliche Laufzeit des Messsignals 30 entlang der Messstrecke 102. Außerdem wird ein Laufzeitwert 80 des Impulsamplitudenverhältnisses 67 als derjenige Wert bestimmt, den das Impulsamplitudenverhältnis 67 bei der Messimpulslaufzeit 69 annimmt, und es wird ein Laufzeitwert 81 der Impulsphasendifferenz 68 als derjenige Wert bestimmt, den die Impulsphasendifferenz 68 bei der Messimpulslaufzeit 69 annimmt.
Analog wird die Leermessung durch eine Referenzimpulslaufzeit 69 charakterisiert, bei der das Referenzamplitudenverhältnis 77 über die Laufzeiten 66 ein Maximum annimmt. Die Referenzimpulslaufzeit 69 umfasst eine tatsächliche Laufzeit des Referenzsignals 50 entlang der Messstrecke 102 bei der Leermessung. Außerdem wird die Leermessung durch einen Laufzeitwert 82 des Referenzimpulsamplitudenverhältnisses 77 als denjenigen Wert, den das Referenzimpulsamplitudenverhältnis 77 bei der Referenzimpulslaufzeit 79 annimmt, und durch einen Laufzeitwert 83 der Referenzimpulsphasendifferenz 78 als denjenigen Wert, den die Referenzimpulsphasendifferenz 78 bei der Referenzimpulslaufzeit 79 annimmt, charakterisiert.
Die Referenzinformationen 40 umfassen allgemein eine aus dem Referenzsignal 50 abgeleitete Referenzphaseninformation und/oder eine aus dem Referenzsignal 50 abgeleitete Referenzamplitudeninformation und/oder eine aus dem Referenzsignal 50 abgeleitete Referenzlaufzeitinformation. Das durch die Auswertungseinheit 141 durchgeführte Vergleichen 220 des Empfangssignals 31 mit den Referenzinformationen 40 umfasst allgemein ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal 31 abgeleiteten Phaseninformation mit der Referenzphaseninformation und/oder ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal 31 abgeleiteten Amplitudeninformation mit der Referenzamplitudeninformation und/oder ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal 31 abgeleiteten Laufzeitinformation mit der Referenzlaufzeitinformation.
Die Referenzphaseninformation kann insbesondere den Laufzeitwert 83 der Referenzenimpulsphasendifferenz 78 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Phaseninformation kann den Laufzeitwert 81 der Impulsphasendifferenz 68 umfassen, so dass der Laufzeitwert 81 der Impulsphasendifferenz 68 mit dem Laufzeitwert 83 der Referenzimpulsphasendifferenz 78 verglichen wird. Die Referenzamplitudeninformation kann insbesondere den Laufzeitwert 82 des Referenzimpulsamplitudenverhältnisses 77 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Amplitudeninformation kann den Laufzeitwert 80 des Impulsamplitudenverhältnisses 67 umfassen, so dass der Laufzeitwert 82 des Referenzimpulsamplitudenverhältnisses 77 mit dem Laufzeitwert 80 des Impulsamplitudenverhältnisses 67 verglichen wird. Die Referenzlaufzeitinformation kann insbesondere die Referenzimpulslaufzeit 79 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Laufzeitinformation kann die Messimpulslaufzeit 69 umfassen, so dass die Referenzimpulslaufzeit 79 mit der Messimpulslaufzeit 69 verglichen wird.
Das Zielobjekt 10 kann detektiert werden, wenn sich eine aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Information um einen vorgegebenen Schwellenwert von der Referenzinformation 40 unterscheidet. Insbesondere kann das Zielobjekt 10 detektiert werden, wenn sich die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Amplitudeninformation von der Referenzamplitudeninformation um einen vorgegebenen Amplitudenschwellenwert und/oder wenn sich die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Phaseninformation von der Referenzphaseninformation um einen vorgegebenen Phasenschwellenwert und/oder wenn sich die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Laufzeitinformation von der Referenzlaufzeitinformation um einen vorgegebenen Laufzeitschwellenwert unterscheidet.
Bei der in 4 dargestellten Beispielmessung entspricht der Laufzeitwert 80 des Impulsamplitudenverhältnisses 67 dem Laufzeitwert 82 des Referenzimpulsamplitudenverhältnisses 77, so dass der Amplitudenschwellenwert nicht überschritten wird. Der Laufzeitwert 81 der Impulsphasendifferenz 68 weicht von dem Laufzeitwert 83 der Referenzimpulsphasendifferenz 78 um etwa 30° ab, so dass der Phasenschwellenwert überschritten wird. Dadurch wird das Zielobjekt 10 detektiert.
Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzphaseninformation auch einen Wert oder mehrere Werte der Referenzphasendifferenzen 74 der Referenzübertragungsfunktion 70 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Phaseninformation kann einen Wert oder mehrere Werte der Phasendifferenzen 64 der Übertragungsfunktion 60 umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzamplitudeninformation auch einen Wert oder mehrere Werte der Referenzamplitudenverhältnisse 72 der Referenzübertragungsfunktion 70 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Amplitudeninformation kann einen Wert oder mehrere Werte der Amplitudenverhältnisse 62 der Messübertragungsfunktion 60 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzphaseninformation auch einen Wert oder mehrere Werte der Referenzimpulsphasendifferenzen 78 der Referenzimpulsantwort 75 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Phaseninformation kann einen Wert oder mehrere Werte der Impulsphasendifferenzen 68 der Messimpulsantwort 65 umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzamplitudeninformation auch einen Wert oder mehrere Werte der Referenzimpulsamplitudenverhältnisse 77 der Referenzimpulsantwort 75 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Amplitudeninformation kann einen Wert oder mehrere Werte der Impulsamplitudenverhältnisse 67 der Messimpulsantwort 65 umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzlaufzeitinformation auch die Referenzimpulslaufzeit 79 und die aus dem Empfangssignal 31 abgeleitete Laufzeitinformation kann die Messimpulslaufzeit 69 umfassen.
Bezugszeichenliste

10: Zielobjekt
20: Störobjekt
22: weiteres Störobjekt
25: Gesamtstörobjekt
26: Verschlussbereich
30: Messsignal
31: Empfangssignal
32: Frequenzkomponenten
34: Messfrequenzintervall
36: Wellenfront
40: Referenzinformationen
50: Referenzsignal
60: Messübertragungsfunktion
62: Amplitudenwert/Amplitudenverhältnis
64: Phasenwert/Phasendifferenz
65: Messimpulsantwort
66: Laufzeit
67: Impulsamplitudenverhältnis
68: Impulsphasendifferenz
69: Messimpulslaufzeit
70: Referenzübertragungsfunktion
72: Referenzamplitudenverhältnis
74: Referenzphasendifferenz
75: Referenzimpulsantwort
77: Referenzimpulsamplitudenverhältnis
78: Referenzimpulsphasendifferenz
79: Referenzimpulslaufzeit
80: Laufzweitwert des Impulsamplitudenverhältnisses
81: Laufzweitwert der Impulsphasendifferenz
82: Laufzweitwert des Referenzimpulsamplitudenverhältnisses
83: Laufzweitwert der Referenzimpulsphasendifferenz
100: Messvorrichtung
102: Messstrecke
103: Messbereich
104: Objektbereich
106: Störbereich
106: weiterer Störbereich
107: erste Seite
109: zweite Seite
110: Signalerzeugungseinheit
112: Signalweiche
120: Sendeeinheit
122: Sendeantenne
123: Hauptstrahlrichtung
130: Empfangseinheit
132: Empfangsantenne
133: Hauptstrahlrichtung
140: Verarbeitungseinheit
141: Auswertungseinheit
142: Abtasteinheit
144: Referenziereinheit
150: Reflektoreinheit
200: Verfahren
205: Erzeugen
210: Aussenden
215: Empfangen
220: Vergleichen

Claims

Verfahren (200) zur Detektion eines Zielobjekts (10), welches in einer Messstrecke (102) einer Messvorrichtung (100) angeordnet und von einem Störobjekt (20) verdeckt ist, wobei die Messvorrichtung (100) eine Sendeeinheit (120) und eine Empfangseinheit (130) umfasst, wobei das Verfahren (100) die folgenden Schritte umfasst: - Erzeugen (205) eines elektromagnetischen Messsignals (30), wobei das Messsignal (30) eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten (32) aus einem Messfrequenzintervall (34) umfasst, - Aussenden (210) der Frequenzkomponenten (32) des elektromagnetischen Messsignals (30) entlang der Messstrecke (102) durch das Störobjekt (20) und durch das Zielobjekt (10) mittels der Sendeeinheit (120), - Empfangen (215) der Frequenzkomponenten (32) des Messsignals (30) mittels der Empfangseinheit (130), nachdem die Frequenzkomponenten (32) des Messsignals (30) entlang der Messstrecke (102) durch das Störobjekt (20) und das Zielobjekt (10) propagiert sind, als ein Empfangssignal (31), - Vergleichen (220) des Empfangssignals (31) mit Referenzinformationen (40), wobei die Referenzinformationen (40) auf einem die Frequenzkomponenten (32) umfassenden Referenzsignal (50) basieren, wie es bei einer Leermessung durch das Störobjekt (20) ohne das in der Messstrecke (102) angeordnete Zielobjekt (10) empfangen wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Vergleichen (220) des Empfangssignals (31) mit den Referenzinformationen (40) ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal (31) abgeleiteten Phaseninformation und/oder ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal (31) abgeleiteten Laufzeitinformation mit den Referenzinformationen (40) umfasst.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frequenzkomponenten (32) des Messsignals (30) nacheinander als ein unmoduliertes Dauerstrichsignal erzeugt werden.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Wellenfronten (36) des Messsignals (30) als senkrecht zu der Messstrecke (102) orientierte Ebenen ausgebildet sind.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vergleichen (220) des Empfangssignals (31) mit den Referenzinformationen (40) ein Vergleichen einer aus dem Empfangssignal (31) bestimmten Messübertragungsfunktion (60) mit einer aus dem Referenzsignal (50) bestimmten Referenzübertragungsfunktion (70) umfasst.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vergleichen (220) des Empfangssignals (31) mit den Referenzinformationen (40) ein Vergleichen (220) einer aus dem Empfangssignal (31) bestimmten Messimpulsantwort (65) mit einer aus dem Referenzsignal (50) bestimmten Referenzimpulsantwort (75) umfasst.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messfrequenzintervall (34) im Mikrowellenbereich liegt, insbesondere zwischen 1 GHz und 200 GHz, insbesondere zwischen 5 GHz und 100 GHz, insbesondere zwischen 8 GHz und 12 GHz, zwischen 18 GHz und 30GHz oder zwischen 50 GHz und 70 GHz.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sendeeinheit (120) und die Empfangseinheit (130) auf einer Geraden einander gegenüberliegend angeordnet sind und sich die Messstrecke (102) entlang der Geraden zwischen der Sendeeinheit (120) und der Empfangseinheit (130) erstreckt.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sendeeinheit (120) und die Empfangseinheit (130) zusammen auf einer ersten Seite (108) eines Messbereichs (103) der Messvorrichtung (100) angeordnet sind, wobei eine Reflektoreinheit (150) zur gerichteten Reflektion des Messsignals (30) an einer der ersten Seite (108) gegenüberliegenden zweiten Seite (109) des Messbereichs (103) in der Messstrecke (102) angeordnet ist.
Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer dem Störobjekt (20) gegenüberliegenden Seite des Zielobjekts (10) ein weiteres Störobjekt (20) in der Messstrecke (102) angeordnet ist.
Verwendung eines Verfahrens (200) nach den Ansprüchen 1 bis 10 zum Detektieren des Zielobjekts (10) in einer das Störobjekt (20) bildenden Verpackung (25).
Verwendung nach Anspruch 11, wobei die Messvorrichtung (100) an einer Verpackungsmaschine angeordnet ist, um eine Anordnung des Zielobjekts (10) in einem Verschlußbereich (26) der Verpackung (25) zu detektieren.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei der Verschlußbereich (26) durch einen mittels Folienschweißens zu verschließenden Schweißbereich der Verpackung (25) gebildet wird.
Messvorrichtung (100) zur Detektion eines in einer Messstrecke (102) der Messvorrichtung (100) angeordneten und von einem Störobjekt (20) verdeckten Zielobjekts (10) mit einer Signalerzeugungseinheit (110), einer Sendeeinheit (120), einer Empfangseinheit (130) und einer Auswertungseinheit (141), wobei die Signalerzeugungseinheit (110) dazu ausgebildet ist, ein elektromagnetisches Messsignals (30) zu erzeugen, wobei das Messsignal (30) eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten (32) aus einem Messfrequenzintervall (34) umfasst, wobei die Sendeeinheit (120) dazu ausgebildet ist, die Frequenzkomponenten (32) des elektromagnetischen Messsignals (30) entlang einer Messstrecke (102) der Messvorrichtung (100) in einen in der Messstrecke (102) angeordneten Objektbereich (104) und in einen in der Messstrecke (102) angeordneten Störbereich (105) der Messvorrichtung (100) auszusenden, wobei die Empfangseinheit (130) dazu ausgebildet ist, die Frequenzkomponenten (32) des Messsignals (30) als ein Empfangssignal (31) zu empfangen, nachdem die Frequenzkomponenten (32) des Messsignals (30) entlang der Messstrecke (102) durch den Objektbereich (104) und den Störbereich (105) propagiert sind, wobei die Auswertungseinheit (141) dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal (31) mit Referenzinformationen (40) zu vergleichen, wobei die Referenzinformationen (40) auf einem die Frequenzkomponenten (32) umfassenden Referenzsignal (50) basieren, wie es bei einer Leermessung durch das in dem Störbereich (105) angeordnete Störobjekt (20) und ohne das in dem Objektbereich (104) angeordnete Zielobjekt (10) empfangen wird.
Messvorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei die Sendeeinheit (120) eine Sendeantenne (122) zum Aussenden (210) des Messsignals (30) und die Empfangseinheit (130) eine Empfangsantenne (132) zum Empfangen (215) des Messsignals (30) umfasst, wobei eine Hauptstrahlrichtung (123) der Sendeantenne (122) und eine Hauptstrahlrichtung (133) der Empfangsantenne (132) entlang der Messstrecke (102) ausgerichtet sind.
Messvorrichtung (100) nach Anspruch 15, wobei die Sendeantenne (122) und/oder die Empfangsantenne (132) als ein Patchantennen-Array ausgebildet sind, dessen Einzelantennen in einer senkrecht zu der Messstrecke (102) orientierten Antennenebene angeordnet sind.
Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Sendeeinheit (120) dazu ausgebildet ist, das Messsignal (30) mit unterschiedlichen Polarisationen auszusenden, und/oder wobei die Empfangseinheit (130) dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal (30) in unterschiedlichen Polarisationen zu empfangen.
Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Sendeeinheit (120) dazu ausgebildet ist, das Messsignal (30) gemäß einem Modulationsschema moduliert auszusenden.
Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Sendeeinheit (120) mindestens zwei Einzelsendeantennen umfasst und dazu ausgebildet ist, das Messsignal (30) als mindestens zwei Einzelsendesignale über die Einzelsendeantennen auszusenden, und/oder wobei die Empfangseinheit (130) mindestens zwei Einzelempfangsantennen umfasst und dazu ausgebildet ist, das Empfangssignal als mindestens zwei Einzelempfangssignale über die Einzelempfangsantennen zu empfangen, wobei die Auswertungseinheit (141) dazu ausgebildet ist, anhand der Einzelsendesignale und/oder der Einzelempfangssignale eine laterale Position des Zielobjekts (10) quer zu der Messstrecke (102) zu ermitteln.