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Die
Erfindung bezieht sich auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 und des
Anspruchs 8.
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Zum
automatischen Erkennen von Gegenständen wird eine Vielzahl von
Sensoren verwendet, beispielsweise optische Sensoren, welche Lichtquellen
und positionsempfindliche Empfängerelemente aufweisen.
Beispiele dieser Empfängerelemente
sind Positionsabhängige
Sensoren, auch Position Sensing Devices (PSD) genannt, Diodenzeilen,
Diodenarrays, Charged Coupled Devices (CCD) – Zeilen oder -Arrays. Neben
diesen Sensoren mit zwei- oder dreidimensionalen Empfängerelementen
existieren Meßsystem,
bei denen einzelne Empfängerdioden oder
einzelne Lichtwellenleiter nebeneinander angeordnet sind. Aus der
Intensität
der Einzelempfänger lässt sich
auf die Position der zu erfassenden Gegenstände schließen. Mit solchen Anordnungen
kann auch die Größe eines
Gegenstandes bestimmt werden. Dazu ist es notwendig, den vorderen
Rand und den hinteren Rand des Gegenstands zu bestimmen. Allen diesen
Sensoren ist gemeinsam, dass sie Empfängerelemente enthalten, die
recht komplex und entsprechend teuer sind. Damit eine gute Ortsauflösung erreicht
wird, ist eine parallele Bestrahlung über die gesamte Fläche der
Empfängerelemente
erforderlich. Durch diese Anforderungen wird das Empfängerelement
aufwändig,
was bei der Entwicklung und Herstellung mit Kosten verbunden ist.
Bedingt durch das notwenige Zusammenspiel eines komplexen Senders
des Sensors mit einem aufwändigen Empfänger des
Sensors weisen solche Sensoren nur eine eingeschränkte Zuverlässigkeit
auf und bedürfen
einer aufwändigen
Qualitätskontrolle
während
ihrer Fertigung.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Gegenstand auf einfache Weise
zu erfassen.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs
8.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zum Erfassen eines Gegenstands vorgesehen, wobei eine Lichtquelle
und ein Lichtempfänger
verwendet werden und der Gegenstand erfasst wird, indem dieser die
Lichtstrahlung zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger durchkreuzt,
wobei der Lichtempfänger
wenigstens eine fluoreszierende Einrichtung umfasst. Mittels der
fluoreszierenden Einrichtung ist der Lichtempfänger mit einer einfachen Struktur
ausführbar.
Die empfangene Lichtstrahlung kann ortsunabhängig empfangen werden, d.h.
der Lichtempfänger muss
nicht zur Lichtstrahlung ausgerichtet werden.
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Vorteilhaft
leitet die fluoreszierende Einrichtung die empfangene Lichtstrahlung
zu einem Lichtdetektor des Lichtempfängers. Der Detektor erfasst auf
einfache Weise, ob die fluoreszierende Einrichtung Lichtstrahlung
von der Lichtquelle erhält.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird die Lichtstrahlung von der Lichtquelle auf einen Kippspiegel
geleitet, welcher die Lichtstrahlung mit gesteuerten Drehwinkeln
in Richtung der fluoreszierenden Einrichtung reflektiert und der
Gegenstand wird erfasst, indem der Kippspiegel die Lichtstrahlung
mit verschiedenen Drehwinkeln in Richtung des Lichtempfängers reflektiert
und der Drehwinkel des Kippspiegels bestimmt wird, bei dem sich
der Gegenstand zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger befindet,
und dadurch die Position des Gegenstands bestimmt.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung wird die Drehbewegung des Kippspiegels einer Zeit
zugeordnet, so dass jedem Drehwinkel des Kippspiegels in eindeutiger
Weise eine Zeit zugeordnet ist, der Drehwinkel anhand der Zeit bestimmt
wird und der Drehwinkel der Position eines Rands des Gegenstands
zugeordnet wird.
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Vorteilhaft
wird jedem Drehwinkel des Kippspiegels in eindeutiger Weise eine
Zeit zugeordnet, der Drehwinkel wird direkt gemessen und der Drehwinkel
wird der Position eines Rands des Gegenstands zugeordnet.
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Jedem
Drehwinkel des Kippspiegels wird bei einer weiteren Ausführungsform
in eindeutiger Weise eine Zeit zugeordnet, der Drehwinkel wird anhand der
Ansteuerspannung gemessen und der Drehwinkel wird der Position eines
Rands des Gegenstands zugeordnet.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
ist die fluoreszierende Einrichtung als fluoreszierender Stab ausgebildet.
Durch diese einfache Ausbildung als Stab wird eine einfache Anordnung
gebildet.
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Wenn
die Lichtquelle als Laserdiode ausgebildet ist, wird eine Lichtstrahlung
mit kleinem Durchmesser verwendet, welche empfindliche Messungen des
Gegenstands ermöglichen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
enthält der
Kippspiegel einen Mikrospiegel, der empfindliche Messungen des Gegenstands
ermöglicht.
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Nachfolgend
sind Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Figuren im Detail beschrieben.
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1 zeigt eine schematische
Blockdarstellung einer Ausführungsform
der Erfindung mit einer Lichtquelle 1, einem Kippspiegel,
einem Lichtempfänger,
welcher eine fluoreszierende Einrichtung umfasst, und einen zu erfassenden
Gegenstand zwischen dem Kippspiegel und dem Lichtempfänger,
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2 zeigt eine Darstellung ähnlich zu 1, bei welcher der Kippspiegel
um einen gewissen Drehwinkel um seine Achse in der Bildebene geschwenkt
ist und der Lichtstrahl vom Kippspiegel den Gegenstand erfasst,
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3 zeigt eine Ausführungsform ähnlich zu 1 und 2, wobei eine Steuerungseinrichtung vorgesehen
ist, die einen Impulsgeber zum gesteuerten Verschwenken des Kippspiegels
steuert.
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1 zeigt eine schematische
Blockdarstellung einer Ausführungsform
der Erfindung mit einer Lichtquelle 1, die hierbei als
Laserdiode ausgebildet ist. Die Lichtquelle 1 stellt einen
gerichteten Lichtstrahl bereit, der in Richtung eines Kippspiegels 2 strahlt.
Der Kippspiegel 2 ist als Mikrospiegel ausgebildet und
ist um seine Achse in der dargestellten Bildebene schwenkbar, wie
durch den doppelseitigen Pfeil dargestellt. Der Kippspiegel 2 wird
für die Änderung
seines Drehwinkels von einem Motor angetrieben. Der Lichtstrahl
der Lichtquelle 1 trifft auf den Kippspiegel 2 und
wird an diesem reflektiert. Der Lichtstrahl wird vom Kippspiegel 2 in
Richtung einer fluoreszierender Einrichtung 4 reflektiert,
welche hierbei als fluoreszierender Stab ausgebildet ist. Die fluoreszierende
Einrichtung 4 wird von einem Lichtempfänger 6 umfasst und
weist an wenigstens einer Seite eine Spiegelbeschichtung 41 auf.
Zwischen dem Kippspiegel 2 und der fluoreszierenden Einrichtung 4 befindet
sich ein Gegenstand 3, welcher von der Sensoreinrichtung 10 erfasst
wird. Benachbart zur fluoreszierenden Einrichtung 4 ist
ein Lichtdetektor 5 angeordnet, welcher die Lichtstrahlung
der fluoreszierenden Einrichtung 4 empfängt. Die Lichtstrahlung wird
an einer beliebigen Stelle an der fluoreszierenden Einrichtung 4 empfangen,
ein Teil der Strahlung wird von der fluoreszierenden Einrichtung 4 und der
Spiegelbeschichtung 41 in Richtung des Lichtdetektors 5 reflektiert,
welcher die Lichtstrahlung detektiert. Die Lichtstrahlung von der
fluoreszierenden Einrichtung 4 zum Lichtdetektor 5 ist
schematisch mit einem Pfeil dargestellt. Der Lichtdetektor 5 ist
gewöhnlich
als lichtelektrischer Empfänger
ausgebildet und umfasst wenigstens eine Fotodiode, wobei aus dem eintreffenden
Licht ein elektrisches Signal erzeugt wird. In der 1 weist der Kippspiegel 2 einen
Winkel von α1 auf, der Lichtstrahl wird von der Lichtquelle 1 am
Kippspiegel 2 um einen Winkel von 90° nach oben reflektiert. In der
Nähe des
Strahlengangs des vom Kippspiegel 2 reflektierten Lichts
wird der Gegenstand 3 in Richtung des Pfeils in die Bildebene
hinein bewegt. Der Gegenstand 3 wird gewöhnlich von einem
transparenten Transportband transportiert oder berührungslos
transportiert, etwa auf einem Luftkissen. Der Gegenstand 3 ist
bei spielsweise ein Bogen Papier, welcher durch eine Druckmaschine befördert wird.
Bei der Ausrichtung des Drehwinkels des Kippspiegels 2 mit
dem vorliegenden Winkel α1 trifft der am Kippspiegel 2 reflektierte
Lichtstrahl nicht auf den Gegenstand 3, sondern trifft
direkt auf die fluoreszierende Einrichtung 4. Das eintreffende
Licht wird vom Lichtdetektor 5 erfasst und in elektrischen Strom
umgewandelt. Auf diese Weise steht am Lichtdetektor 5 eine
Information zur Verfügung,
dass sich kein Gegenstand 3 zwischen dem Kippspiegel 2 und der
fluoreszierenden Einrichtung 4 befindet.
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2 zeigt eine ähnliche
schematische Blockdarstellung zur 1 mit
einer Lichtquelle 1, einem Kippspiegel 2, einer fluoreszierenden
Einrichtung 4 und einem Lichtempfänger 6. Zwischen dem Kippspiegel 2 und
der fluoreszierenden Einrichtung 4 bewegt sich ein Gegenstand 3 in
Richtung des Pfeils in die Bildebene hinein. Der Kippspiegel 2 ist
bei der 2 um einen Drehwinkel
um seine Achse in der Bildebene gesteuert geschwenkt. Unter einem
gesteuerten Schwenken ist zu verstehen, dass der Drehwinkel des
Kippspiegels 2 einstellbar und insbesondere zu jedem Zeitpunkt
bekannt ist. Die Ausrichtung des Kippspiegels 2 weist nun
einen Winkel von α2 auf, welcher ungleich zu α1 ist.
Der auf den Kippspiegel 2 auftreffende Lichtstrahl wird
nun um einen anderen Winkel vom Kippspiegel 2 reflektiert.
Der Gegenstand 3 bewegt sich in 2 an der gleichen Stelle wie in 1. Der vom Kippspiegel 2 reflektierte Lichtstrahl
trifft nun im Gegensatz zur 1 auf
den Gegenstand 3, bei dem der Lichtstrahl im Wesentlichen
reflektiert wird, so dass im Wesentlichen kein Licht auf die fluoreszierende
Einrichtung 4 trifft. Hierbei empfängt der Lichtdetektor 5 von
der fluoreszierenden Einrichtung 4 im Gegensatz zu der
Winkelstellung des Kippspiegels 2 nach 1 kein Licht. Am Lichtdetektor 5 liegt
eine andere Information als bei der 1 vor.
Auf diese Weise ist erfassbar, ob sich ein Gegenstand 3 zwischen
dem Kippspiegel 2 und der fluoreszierenden Einrichtung 4 befindet.
Aus der Winkellage des Kippspiegels 2 ergibt sich, an welcher
Stelle sich der Gegenstand 3 befindet. Einer Winkellage
des Kippspiegels 2 ist in eindeutiger Weise eine Position
in der Ebene x zuordnenbar, in welcher sich der Gegenstand 3 befindet.
Hierzu ist die Kenntnis erforderlich, in welcher Höhe h sich
der Gegenstand 3 befindet, wobei mit geometrischen Berechnungen
die Position des Gegenstands 3 bestimmbar ist. Insbesondere
ist der Rand des Gegenstands 3 bestimmbar. Der Kippspiegel 2 wird
hierbei gesteuert geschwenkt, der Lichtdetektor 5 empfängt von
der fluoreszierenden Einrichtung 4 solange ein Signal,
wie der vom Kippspiegel 2 reflektierte Lichtstrahl nicht
auf den Gegenstand 3 trifft. Sobald der vom Kippspiegel 2 reflektierte
Lichtstrahl der Lichtquelle 1 bei einem bestimmten Winkel
des Kippspiegels 2 auf den Gegenstand 3 trifft,
erhält
der Lichtdetektor 5 von der fluoreszierenden Einrichtung 4 im Wesentlichen
keine Strahlung. Bei diesem Übergang vom
Empfangen eines Lichtsignals zum Empfangen keines Lichtsignals befindet
sich der Rand des Gegenstands 3. Wenn der Lichtdetektor 5 keine
Lichtstrahlung empfängt,
wird der Drehwinkel des Kippspiegels 2 bestimmt und einer
Position des Rands des Gegenstands 3 in der Ebene x zugeordnet. Wenn
der Gegenstand 3 aus dem Bereich zwischen dem Kippspiegel 2 und
dem Lichtempfänger 6 bewegt
wird, trifft der Lichtstrahl des Kippspiegels 2 auf die
fluoreszierende Einrichtung 4 und der Lichtdetektor 5 empfängt ein
Signal. Aus der Geschwindigkeit, mit welcher sich der Gegenstand 3 in
Richtung in die Bildebene bewegt, und einer Zeitmessung wird die Länge des
Gegenstands 3 in Richtung in die Bildebene bestimmt. Hierzu
werden beide Ränder
des Gegenstands 3 erfasst und die Zeit zwischen dem Erfassen
der Ränder
ermittelt, wobei die Länge
des Gegenstands 3 einfach bestimmbar ist. Bevorzugt bleibt beim
Bestimmen der Länge
des Gegenstands 3 die Winkellage des Kippspiegels 2 erhalten,
so dass der Gegenstand 3 den Lichtstrahl blockiert, bis
der hintere Rand des Gegenstands 3 bezüglich der Richtung in die Bildebene
erreicht ist und der Lichtstrahl dahinter frei auf die fluoreszierende
Einrichtung 4 fällt.
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Ferner
ist der Kippspiegel 2 weiter schwenkbar, so dass der Lichtstrahl
entlang des Gegenstands 3 streicht, bis der Lichtstrahl
den entgegengesetzten Rand des Gegenstands 3 erreicht.
Diese Winkellage des Kippspiegels 2 wird bestimmt und einer
Position des Gegenstands 3 zugeordnet. Aus der Position
der beiden Ränder
des Gegenstands 3 in Richtung der Bildebene x ist seine
Breite b bestimmbar.
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3 zeigt eine schematische
Blockansicht einer Ausführungsform
der Erfindung mit einer Steuerungseinrichtung 11, welche
mit dem Lichtdetektor 5 und mit einer Takteinrichtung 12 verbunden
ist. Die Takteinrichtung 12 liefert einen Zeittakt, etwa
mittels eines geeigneten Schwingquarzes. Die Takteinrichtung 12 dient
etwa dazu, Zeitbestimmungen zu ermöglichen und dadurch mit Hilfe
der Geschwindigkeit des Gegenstands 3 die Breite b und
die Länge
des Gegenstands 3 in Transportrichtung zu bestimmen. Außerdem kann
die Zeitbestimmung durch die Takteinrichtung 12 bei einer
speziellen Ausführungsform der
Erfindung dazu dienen, die Winkellage des Kippspiegels 2 zu
bestimmen, indem der Kippspiegel 2 mit einer gleichförmigen Bewegung
geschwenkt wird und der Takt und folglich die Zeit bestimmt wird,
bei welcher eine Signaländerung
beim Lichtdetektor 5 auftritt, d.h. der Lichtdetektor 5 entweder
beim Einführen
des Gegenstands 3 kein Signal mehr oder nach Entfernen
des Gegenstands 3 wieder ein Signal von der fluoreszierenden
Einrichtung 4 empfängt.
Die von der Takteinrichtung 12 der Steuerungseinrichtung 11 gelieferte
Taktzahl, die in eine Zeit umgerechnet wird, ist einer Winkellage
des Kippspiegels 2 zuordnenbar, so dass die Winkellage
des Kippspiegels 2 bei dieser Ausführung nicht direkt gemessen
wird, sondern mittels der durch die Takteinrichtung 12 bestimmten
Zeit. In diesem Fall zählt
die Takteinrichtung 12 einen Takt bis zur Signaländerung
am Lichtdetektor 5 ab, wobei der Takt einer Winkellage
des Kippspiegels 2 oder unmittelbar einer Position des Gegenstands 3 zugeordnet
wird.
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Bei
einem speziellen Fall wird der Lichtstrahl der Lichtquelle 1 polarisiert,
etwa mit einer linearen Polarisierung des Lichts. Der Lichtstrahl
wird in einem spitzen Winkel vom Kippspiegel 2 auf den
Gegenstand 3 gestrahlt. Auf diese Weise wird erreicht, dass
ein transparenter Gegenstand 3 vom Lichtempfänger 6 erfasst
wird. Verbessert werden kann die Möglichkeit, transparente Gegenstände 3 zu
erfassen, indem das polarisierte Licht von der Lichtquelle 1 zusätzlich zirkular
polarisiert wird, etwa mittels eines λ/4 Plättchen, das vor dem zu erfassenden
transparenten Gegenstand 3 angeordnet wird. Die vorgestellten
Ausführungsformen
der Erfindung sind insbesondere bei der Seitenranderfassung von
Bedruckstoffen in Druckmaschinen verwendbar, wobei etwa Positionsabweichungen
des Bedruckstoffs ermittelbar sind, die anschließend korrigiert werden.