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Die
Erfindung betrifft eine Sensoranordnung. Mit dieser Sensoranordnung
können
Objekte wie zum Beispiel auf Trägermaterialien
aufgebrachte Etiketten erfasst werden.
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Aus
der
DE 199 21 217
A1 ist ein Ultraschallsensor zur Erfassung derartiger Etiketten
bekannt.
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Dieser
Ultraschallsensor weist einen Ultraschallwellen emittierenden Sender
und einen Ultraschallwellen empfangenden Empfänger auf. Dabei wird das Trägermaterial
mit den Etiketten im Zwischenraum zwischen Sender und Empfänger geführt. Je
nachdem, ob zwischen Sender und Empfänger das Trägermaterial alleine oder eine
auf dem Trägermaterial
aufgebrachte Etikette von den Ultraschallwellen erfasst wird, werden
die Ultraschallwellen in unterschiedlicher Weise abgeschwächt. Die entsprechenden
Unterschiede des Empfangssignals am Ausgang des Empfängers werden
dadurch erfasst, in dem das Empfangssignal mit einem Schwellwert
verglichen wird. Dieser Schwellwert ist an die auftretenden Pegel
der Empfangssignale durch einen Abgleichsvorgang angepasst. Bei
dem vor der Detektion der Etiketten durchgeführten Abgleichsvorgang wird
die Höhe
des Schwellwerts bei zwischen Sender und Empfänger angeordnetem Trägermaterial
und/oder einer dort angeordneten Etikette in Abhängigkeit des dabei registrierten
Empfangssignals selbsttätig
bestimmt.
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Mittels
der Ultraschallwellen sind Etiketten auf dem Trägermaterial nahezu unabhängig von
deren Materialbeschaffenheit detektierbar. Insbesondere können Etiketten
auf Trägermaterialien
erkannt werden, selbst wenn diese aus transparenten Materialien
bestehen oder wenn diese metallisierte Oberflächen aufweisen. Zudem sind
mit dem Ultraschallsensor selbst sehr dünne Etiketten sicher detektierbar. Dabei
ist der Ultraschallsensor unempfindlich gegen Umgebungseinflüsse, wie
zum Beispiel Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen.
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Mit
dem Ultraschallsensor können
Etiketten auf dem Trägermaterial
unabhängig
davon erkannt werden, ob das Trägermaterial
relativ zum Ultraschallsensor bewegt wird oder nicht. Dabei kann
mit dem Ultraschallsensor die gesamte Fläche einer Etikette erkannt
werden. Dies führt
dazu, dass Etiketten mit nahezu beliebigen Randkonturen erfassbar
sind.
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Die
DE 198 52 719 A1 betrifft
eine Doppelbogen-Erkennungsvorrichtung für eine Bogendruckmaschine,
mit einer Ultraschall-Messstrecke, die eine Bogentransportebene
kreuzt. Für
eine zuverlässige Doppelbogenerkennung
wird wenigstens eine weitere derartige Ultraschall-Messstrecke vorgesehen, wobei
die Ultraschall-Messstrecken die Bogentransportebene an verschiedenen,
voneinander beabstandeten Stellen kreuzen.
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Die
DE 198 13 414 A1 betrifft
eine Ultraschall-Prüfvorrichtung
für die
zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung
mit einer Anzahl nebeneinander angeordneter, einzelner Prüfköpfe sowie
mit mindestens einem Sender und einem Empfänger für den Betrieb mindestens eines
Prüfkopfes,
wobei die Prüfvorrichtung
in Prüfakten
arbeitet und innerhalb eines Prüfaktes
zunächst
der Sender einen Sendeimpuls abgibt und im Anschluss daran der Empfänger eine
Empfangszeit hat. Benachbarte Prüfköpfe sind
jeweils durch einen Schalter elektrisch miteinander verbunden, wobei
eine Steuereinheit für
diese Schalter vorgesehen ist, die die Schalter getaktet vom Prüfakt so betätigt, dass
während
eines Prüfaktes
ein Prüfkopf zumindest
für einen
Teil der Zeitdauer dieses Prüfaktes
mit dem ihm links benachbarten Prüfkopf, aber nicht dem ihm rechts
benachbarten Prüfkopf
verbunden ist und während
eines anderen Prüfaktes
derselbe Prüfkopf
nicht mit dem ihm links benachbarten Prüfkopf verbunden ist.
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Die
DE 198 60 127 C1 betrifft
einen Ultraschall-Mehrfachprüfkopf
mit Ein- und Ausgangskanälen und überlappender
Schallfeldcharakteristik für
die zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung,
der reihenweise angeordnete piezoeletrische Einzelelemente mit annähernd gleichem
Frequenz-Übertragungsverhalten und
eine direkt im Prüfkopf
angeordnete Elektronik mit Schaltungs- und Verstärkungseinrichtungen aufweist,
wobei von den ein Lineal bildenden Einzelelementen jeweils mindestens
zwei Einzelelemente gleichzeitig senden und empfangen.
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Die
DE 23 21 699 B2 betrifft
ein Verfahren zum Einstellen der Blendenanlagen bei der automatischen
Werkstoffprüfung
mit der Ultraschall-Impuls-Echo-Methode.
Dabei werden mehrere Ultraschall-Prüfköpfe eingesetzt, die auf verschiedene Stellen
eines Prüflings
ausgerichtet sind.
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Die
DE 29 36 737 A1 betrifft
ein Verfahren zum Prüfen
von Blechen, welches nach dem Durchschallungsprinzip arbeitet. Auf
ein zu prüfendes Blech
sind dabei mehrere Ultraschall-Prüfköpfe gerichtet.
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Die
DE 29 17 539 betrifft ein
Verfahren zur Ermittlung von vorzugsweise in Blechen und Bändern auftretenden
Ungänzen
mit einer aus mehreren Prüfkanälen bestehenden
Ultraschall-Anlage, die eine vom Betriebsort getrennt angeordnete
programmierbare Auswerteeinheit enthält.
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Die
von den Ultraschall-Prüfköpfen kommenden
analogen Empfangssignale werden am Betriebsort mit einem von der
jeweiligen Prüfstückdicke
abhängigen
Vergleichswert verglichen, bei dessen Unterschreiten das Empfangssignal als
ein Signal bewertet wird, das von einem Materialfehler stammt und bei
dessen Überschreiten
das Empfangssignal als ein Signal bewertet wird, das von einem fehlerfreien Blech
stammt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Sensoranordnung bereitzustellen, mittels derer auch komplexe,
insbesondere großflächige Objektstrukturen
detektierbar sind.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Sensoranordnung dient
zur Detektion von Objekten, insbesondere von auf Trägermaterialien
aufgebrachten Etiketten. Die Sensoranordnung umfasst eine Reihenanordnung von
Ultraschallsensoren mit jeweils einem Ultraschallwellen emittierenden
Sender und einem Ultraschallwellen empfangenden Empfänger sowie
einer Steuereinheit mittels derer jeweils benachbarte Sender der
Reihenanordnung alternierend aktiviert sind.
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Durch
die Reihenanordnung der Ultraschallsensoren können in mehreren Bahnen nebeneinander
angeordnete Objekte simultan detektiert werden. Die Objekte sind
insbesondere von bahnenförmigen Etiketten,
die auf Trägermaterialien
aufgebracht sind, gebildet.
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Mittels
der Steuereinheit werden die Ultraschallsensoren derart angesteuert,
dass jeweils benachbarte Sender immer alternierend aktiviert sind. Dies
bedeutet, dass benachbarte Sender der Reihenanordnung nie gleichzeitig
aktiviert sind. Dadurch ist ausgeschlossen, dass bei der Detektion
eines Objektes mittels eines Ultraschallsensors Ultraschallwellen
von benachbarten Ultraschallsensoren in diesen Ultraschallsensor
eingestreut werden. Somit werden auf einfache Weise gegenseitige
Beeinflussungen der Ultraschallsensoren bei den Objektdetektionen
ausgeschlossen.
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Erfindungsgemäß werden
dabei mittels der Steuereinheit jeweils geradzahlige Sender einerseits und
ungeradzahlige Sender andererseits in der Reihenanordnung simultan
aktiviert. Die hierfür
vorgesehene Zeitmultiplexschaltung kann auf einfache Weise und mit
geringem konstruktiven Aufwand reduziert werden. Weiterhin ist hierbei
vorteilhaft, dass eine Erweiterung der Sensoranordnung auf eine
größere Anzahl
von Ultraschallsensoren ohne großen Mehraufwand und insbesondere
ohne Änderung
des Zeitmultiplexverfahrens durchführbar ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung arbeiten
nicht nur die Sender, sondern auch die Empfänger in einem Zeitmultiplexverfahren.
Damit werden Störeinflüsse durch
eine gegenseitige Beeinflussung der Ultraschallsensoren mit besonders
hoher Sicherheit ausgeschlossen. Vorteilhaft ist der Zeittakt der
Empfängeransteuerung auf
den Zeittakt der Senderansteuerung synchronisiert, wobei insbesondere
auch die Laufzeiten der Ultraschallwellen von einem Sender zu einem
zugeordneten Empfänger
berücksichtigt
werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Sender und die Empfänger jeweils
derart angesteuert, dass die Zeitintervalle, während derer die Sender und
Empfänger
aktiviert bzw. deaktiviert sind, etwa der Laufzeit der Ultraschallwellen
von einem Sender zu dem jeweiligen Empfänger entsprechen.
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In
diesem Fall erfolgt die Ansteuerung derart, dass ein Empfänger dann
deaktiviert ist, wenn der zugeordnete Sender aktiviert ist und umgekehrt.
Auf diese Weise ist gewährleistet,
dass ein Empfänger
jeweils nur von dem zugeordneten Sender Ultraschallwellen empfängt.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1: Schematische Darstellung
einer Sensoranordnung mit einer Reihenanordnung von Ultraschallsensoren.
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2: Querschnitt durch die
Sensoranordnung gemäß 1.
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:
Blockschaltbild der Ansteuerung für die Sender der Ultraschallsensoren
in der Sensoranordnung gemäß 1.
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4: Blockschaltbild der Ansteuerung
für die
Empfänger
der Ultraschallsensoren in der Sensoranordnung gemäß 1.
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5: Zeitdiagramme für die Ansteuerung der
Sender und Empfänger
der Ultraschallsensoren in der Sensoranordnung gemäß 1.
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1 zeigt schematisch den
Aufbau einer Sensoranordnung 1, bestehend aus einer linearen Reihenanordnung
von Ultraschallsensoren 2. Die Sensoranord nung 1 dient
im vorliegenden Fall zur Detektion von auf einem Trägermaterial 3 aufgebrachten
Etiketten 4. Das Trägermaterial 3 und/oder die
Etiketten 4 können
insbesondere aus zumindest teilweise transparenten Materialien bestehen.
Die Etiketten 4 sind in mehreren Bahnen nebeneinanderliegend
auf dem Trägermaterial 3 angeordnet.
Innerhalb einer Bahn sind die Etiketten 4 in vorgegebenem Abstand
hintereinanderliegend angeordnet. Das Trägermaterial 3 mit
den Etiketten 4 wird in Längsrichtung der Bahnen mit
einer vorgegebenen Fördergeschwindigkeit
transportiert. Die Sensoranordnung 1 weist einen Rahmen 5,
in welchem die Ultraschallsensoren 2 integriert sind, auf.
Die Ultraschallsensoren 2 sind quer zur Förderrichtung
des Trägermaterials 3 äquidistant
nebeneinanderliegend angeordnet, so dass mit jeweils einem Ultraschallsensor 2 die
Etiketten 4 einer Bahn detektiert werden können. Jeder Ultraschallsensor 2 weist
einen Ultraschallwellen 6 emittierenden Sender 7 und
einen Ultraschallwellen 6 empfangenden Empfänger 8 auf.
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Wie
aus 1 und insbesondere
auch aus 2 ersichtlich,
wird das Trägermaterial 3 im
Bereich der Ultraschallsensoren 2 auf einer Führungsplatte 9 aufliegend
gefördert.
Die Sender 7 der Ultraschallsensoren 2 befinden
sich im Unterteil des Rahmens 5 unterhalb der Führungsplatte 9.
Die Empfänger 8 der
Ultraschallsensoren 2 befinden sich im Oberteil des Rahmens 5 oberhalb
der Führungsplatte 9.
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Die
Sender 7 und Empfänger 8 sind
jeweils im äquidistanten
Abständen
längs einer
Geraden angeordnet. Die von einem Sender 7 eines Ultraschallsensors 2 emittierten
gerichteten Ultraschallwellen 6 werden durch einen Schlitz 10 in
der Führungsplatte 9 geführt, durchsetzen
dann das Trägermaterial 3 mit den
Etiketten 4 und treffen schließlich auf den Empfänger 8 des
Ultraschallsensors 2. Die Sensoranordnung 1 gemäß 1 bildet eine modulare Baueinheit,
bei welcher die Anzahl der Ultraschallsensoren 2 variiert
werden kann. Insbesondere bilden das Unter- und Oberteil des Rahmens 5 Sender-
bzw. Empfänger- Gehäuseeinsätze, in
welche jeweils eine variable Zahl von Sendern 7 bzw. Empfängern 8,
vorzugsweise in Form von steckbaren Modulen, eingebaut werden kann.
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Zur
Detektion der Etiketten 4 auf dem Trägermaterial 3 wird
die durch die Etiketten 4 bewirkte Abschwächung der
Ultraschallwellen 6, die auf die Empfänger 8 auftreffen,
ausgewertet. Hierzu werden die Empfängersignale am Ausgang der
Empfänger 8 mit jeweils
einem Schwellwert S1 verglichen. Diese Schwellwerte S1 werden vor
der eigentlichen Detektion der Etiketten 4 in einem Abgleichsvorgang
ermittelt. Während
des Abgleichvorgangs werden die Empfangssignale bei zwischen Sender 7 und
Empfänger 8 eines
Ultraschallsensor 2 befindlichen Trägermaterial 3 registriert
und daraus die Höhe
des Schwellwerts S1 bestimmt. Prinzipiell ist auch ein Abgleich
denkbar, bei welchem das jeweilige Empfangssignal ausgewertet wird,
wenn eine Etikette 4 mit oder ohne Trägermaterial 3 zwischen
Sender 7 und Empfänger 8 angeordnet
ist.
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Der
Abgleichvorgang kann mittels einer Teach-in-Taste, einer Fernsteuerung
oder dergleichen, vorzugsweise für
jeden Ultraschallsensor 2, einzeln aktiviert werden. Zur
Kontrolle des Abgleichvorgangs kann der Pegel des Empfangsignals
des abzugleichenden Ultraschallsensors 2 mittels eines Bargraphs
oder dergleichen visualisiert werden.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich, emittiert
der Sender 7 eines Ultraschallsensors 2 längs einer
Strahlachse gerichtete Ultraschallwellen 6, die typischerweise
im Frequenzbereich zwischen 200 KHz und 400 KHz liegen. Der zugeordnete
Empfänger 8 liegt
dabei in der Strahlachse der Ultraschallwellen 6.
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Das
Trägermaterial 3 mit
den Etiketten 4 liegt horizontal im Zwischenraum zwischen
Sender 7 und Empfänger 8 auf
der Führungsplatte 9.
Bei einer An ordnung des Senders 7 und Empfängers 8 in
Richtung der Oberflächennormalen
des Trägermaterials 3 bestünde die
Gefahr, dass sich stehende Ultraschallwellen 6 zwischen
Sender 7 und Empfänger 8 bilden könnten, was
zur Bildung von Interferenzen führen würde. Dies
würde die
Detektion der Etiketten 4 beeinträchtigen.
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Um
derartige Interferenzen der Ultraschallwellen 6 zu vermeiden,
sind der Sender 7 und der Empfänger 8 schräg im Rahmen 5 angeordnet,
so dass die Strahlachse der Ultraschallwellen 6 in einem vorgegebenen
Winkel α geneigt
zur Oberflächennormalen
des Trägermaterials 3 verläuft. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
liegt dieser Winkel α etwa im
Bereich 20° < α < 30°. Dadurch
werden durch Interferenzen bedingte Minima und Maxima der Ultraschallwellen 6 teilweise
ausgemittelt.
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Zur
vollständigen
Unterdrückung
der Interferenzen der Ultraschallwellen 6 wird der Sender 7 mit einer
vorgegebenen Modulationsfrequenz ν im
Bereich vom 10 KHz ≤ ν ≤ 15 KHz frequenzmoduliert.
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3 zeigt schematisch die
Schaltung zur Ansteuerung der Sender 7 der Sensoranordnung 1. Die
Schaltung weist zwei spannungsgesteuerte Oszillatoren 11, 12 zur
Generierung einer Modulationsgrundfrequenz f0 auf,
welche im vorliegenden Fall 300 KHz beträgt.
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Jedem
Oszillator 11, 12 ist ein Widerstand 13 und
ein Kondensator 14 zugeordnet, wodurch ein Rampensignal
für den
Oszillator 11, 12 generiert wird. Dadurch wird
die Grundfrequenz f0 frequenzmoduliert.
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Wie
aus 3 ersichtlich, wird
mit dem ersten Oszillator 11 eine erste Gruppe von Sendern 7 angesteuert,
wobei diese Sender 7 zu den ungeradzahligen Ultraschallsensoren 2 in
der Reihenanordnung der Sensoranordnung 1 gemäß 1 gehören. Entsprechend wird mit
dem zweiten Oszillator 12 eine zweite Gruppe von Sendern 7 angesteuert,
wobei diese Sender 7 zu den geradzahligen Ultraschallsensoren 2 in
der Reihenanordnung der Sensoranordnung 1 gemäß 1 gehören. Die Ansteuerung jedes
Senders 7 erfolgt dabei mittels eines Fly-back-Konverters 15,
bei welchem die notwendige Sender-Burst-Amplitude durch Rückschlagimpuls
an einer Induktionsspule 16 erzeugt wird.
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Die
Oszillatoren 11, 12 werden mittels einer Steuereinheit
angesteuert. Die Steuereinheit besteht im vorliegenden Fall aus
einem eine Folge von Rechteckimpulsen generierenden Taktgenerator 17. Über einen
Ausgang Q werden vom Taktgenerator 17 die Rechteckimpulse
an den ersten Oszillator 11 ausgegeben. Entsprechend wird
der zweite Oszillator 12 über den Ausgang Q mit den hierzu
komplementären Rechtimpulsen
angesteuert.
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Durch
diese Ansteuerung wird erreicht, dass die ungeradzahligen Sender 7 einerseits
und die geradzahligen Sender 7 andererseits alternierend
aktiviert werden. Generell werden mittels der Steuereinheit die
Sender 7 der Sensoranordnung 1 derart zeitversetzt
angesteuert, dass jeweils benachbarte Sender 7 alternierend
aktiviert sind. Dabei können
mehrere Gruppen von zeitgleich angesteuerten Sendern 7 vorgesehen
sein. Alternativ können
die Sender 7 auch zyklisch nacheinander aktiviert sein.
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Wie
aus 3 weiter ersichtlich,
werden die Signale an dem Ausgang Q des Taktgenerators 17 als
Sample- & Holdsignale
S/H den geradzahligen Empfängern 8 zugeführt. Entsprechend
werden die Signale an dem Ausgang C2 des Taktgenerators 17 als
weitere Sample- & Holdsignale
SM den ungeradzahligen Empfängern 8 zugeführt. Dadurch
wird erreicht, dass auch die ungeradzahligen Empfänger 8 einerseits
und die geradzahligen Empfänger 8 andererseits
alternierend aktiviert werden, wobei die Dauer der Aktivierung generell
derart gewählt
ist, dass ein Empfänger 8 nur
dann aktiv ist, wenn dieser die Ultraschallwellen 6 des
zugeordneten Senders 7 empfängt.
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4 zeigt die einem Empfänger 8 eines
Ultraschallsensors 2 der Sensoranordnung 1 gemäß 1 zugeordnete Anschaltung.
Als erstes Eingangssignal wird dieser Anschaltung das in der Steuereinheit
generierte Sample-&-Holdsignal S/H zugeführt. Als
weiteres Eingangssignal wird der Anschaltung über einen Teach-in-Anschluss 18 ein Teach-in-Steuersignal
zur Einleitung eines Abgleichvorganges zugeführt.
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Die
auf den Empfänger 8 auftreffenden
Ultraschallwellen 6 generieren an dessen Ausgang ein Empfangssignal,
welches einem Bandpassfilter 19 und einem Demodulator 20 zugeführt wird,
an dessen Ausgang ein Kondensator 21 geschaltet ist.
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Das
gefilterte und demoldulierte Empfangssignal ist auf einen Eingang
eines ersten Komparators 22 geführt. Zudem ist das Empfangssignal
auf einen Eingang eines zweiten Komparators 23 geführt, dessen
Ausgang über
eine Pufferschaltung 24 auf einen Schaltausgang 25 geführt ist.
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An
der Eingangsseite der Komparatoren 22, 23 sind
mehrere Widerstände 26, 27, 28 geschaltet, wobei
einer der Widerstände 28 in
einer Zuleitung, die jeweils einen Eingang der Komparatoren 22, 23 verbindet,
geschaltet ist und als Spannungsteiler wirkt.
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Zur
Durchführung
des Abgleichvorgangs der Sensoranordnung 1 ist ein E2-Potentiometer 29 vorgesehen,
welches über
ein Flip-Flop 30 steuerbar ist. Der Ausgang Q des Flip-Flops 30 ist über ein
Zeitglied 31 auf den Eingang U/D des E2-Potentiometers 29 geführt. Der
Ausgang Q des Flip-Flops 30 ist auf einen Eingang CS des
E2-Potentiometers 29 geführt.
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An
einem Eingang R des Flip-Flops 30 sind ein Widerstand 33 und
ein Kondensator 34 angeschlossen. An einem weiteren Eingang
D ist der Teach-in-Anschluss 18 angeschlossen.
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Schließlich ist
das Ausgangssignal RDY am ersten Komparator 22 auf einen
weitern Eingang des Flip-Flops 30 geführt.
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Der
Ausgang des E2-Potentiometers 29 ist auf
den zweiten Eingang des ersten Komparators 22 geführt.
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Das
Sample-&-Holdsignal
S/H der Steuereinheit wird über
eine Zuleitung eingespeist, an welche ein weiterer Widerstand 35 und
ein Transistor 36 angeschlossen sind.
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Der
Abgleichvorgang des Ultraschallsensors 2 wird durch Betätigen über den
Teach-in-Anschluss 18 ausgelöst. Dabei wird im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
der Abgleichvorgang bei zwischen Sender 7 und Empfänger 8 stationär angeordnetem Trägermaterial 3 durchgeführt. Hierzu
kann beispielsweise eine Etikette 4 vom Trägermaterial 3 entfernt werden,
wobei dieses Stück
des Trägermaterials 3 in den
Zwischenraum zwischen Sender 7 und Empfänger 8 gehalten wird.
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Durch
Einspeisen eines Teach-in-Steuersignals über den Teach-in-Anschluss 18 wird über das Flip-Flop 30 und
das Zeitglied 31 das E2-Potentiometer 29 auf
seinen Anfangswert zurückgesetzt. Über den
Impulsgenerator 32 wird dann der Eingang INC des E2-Potentiometers 29 aktiviert, wodurch
der Widerstand des E2-Potentiometers 29 schrittweise
erhöht
wird und damit auch die Spannung am Eingang des ersten Komparators 22 schrittweise
erhöht,
bis diese gleich dem Spannungswert es Empfangssignals am anderen
Eingang des Komparators 22 ist. Sobald die Eingangsspannungen
an den Eingängen des
Komparators 22 gleich groß sind, erfolgt am Ausgang
des Komparators 22 ein Signalwechsel, der auf das Flip-Flop 30 rückgekoppelt
ist. Dadurch wird die Inkrementierung im E2-Potentiometer 29 angehalten und
der so eingestellte Spannungswert am Eingang des Komparators 22 als
Referenzspannung übernommen.
Diese Referenzspannung übernommen. Diese
Referenzspannung wird über
den als Span nungsteiler wirkenden Widerstand 28 auf einen
Wert von etwa der Hälfte
der Referenzspannung geteilt und liegt an einem Eingang des zweiten
Komparators 23 an. Dieser Spannungswert bildet die Höhe des Schwellwerts
S1, mit welchem nach Beendigung des Abgleichvorgangs während der
Betriebsphase des Ultraschallsensors 2 das Empfangssignal
fortlaufend verglichen wird. Je nachdem, ob das Empfangssignal oberhalb
oder unterhalb des Schwellwerts S1 liegt, ergibt sich am Schaltausgang 25 ein
bestimmter Schaltzustand. Dabei entspricht das oberhalb des Schwellwerts
S 1 liegende Empfangssignal und der entsprechende Schaltzustand
am Schaltausgang 25 der Detektion des Trägermaterials 3.
Liegt das Empfangssignal unterhalb des Schwellwerts S1, so ent- spricht
dies der Detektion einer Etikette 4 auf dem Trägermaterial 3 mit
dem entsprechenden Schaltzustand am Schaltausgang 25.
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5 zeigt die Zeitdiagramme
der Sender- und Empfängeraktivierungen
für die
Sensoranordnung 1 gemäß den 1–4.
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Mit
der Steuereinheit werden Taktsignale in Form von Rechteckimpulsen
generiert, die über
die Ausgänge
Q, Q der Steuereinheit ausgegeben werden. Diese in 5 dargestellten Taktsignale Q, Q bilden
komplementäre
periodische Rechteckimpulsfolgen, deren Pulsdauern und Pulspausen
jeweils dieselbe Länge Δt aufweisen.
Die Zeitintervalle Δt betragen
im vorliegenden Fall etwa 40 μsec
und entsprechen damit der Laufzeit der Ultraschallwellen 6 von
einem Sender 7 zu dem zugeordneten Empfänger 8.
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Wie
aus 5 ersichtlich, werden
die ungeradzahligen Sender 7 mit dem Taktsignal Q angesteuert,
so dass die ungeradzahligen Sender 7 immer dann aktiviert
sind, wenn das Taktsignal Q den Signalzustand 1 (Eins)
aufweist und dann deaktiviert wird, wenn das Taktsignal den Signalzustand 0 (Null) aufweist.
Durch das synchron zum Taktsignal Q generierte Rampensignal emittieren
die ungeradzahligen Sender 7 frequenzmodulierte Ultraschallwellen 6.
Mit dem Taktsignal Q werden zudem die geradzahligen Empfänger 8 angesteuert,
so dass diese synchron zu den ungeradzahligen Sendern 7 aktiviert sind.
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Entsprechend
werden mit dem Taktsignal 0 die geradzahligen Sender 7 und
die ungeradzahligen Empfänger 8 angesteuert,
so dass diese synchron aktiviert sind.
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Bei
der Ansteuerung der Sender 7 und Empfänger 8 ist berücksichtigt,
dass die Laufzeit der Ultraschallwellen 6 von einem Sender 7 zum
Empfänger 8 dem
Zeitintervall Δt,
d. h. dem Aktivierungsintervall eines Senders 7 oder Empfängers 8 entspricht.
Demzufolge sind die einzelnen Empfänger 8 immer nur dann
aktiviert, wenn der jeweils zugeordnete Sender 7 deaktiviert
ist, da bedingt durch die Laufzeit der Ultraschallwellen 6 der
Empfänger 8 immer
die Ultraschallwellen 6 des Senders 7 aus dem vorhergehenden
Zeitintervall empfängt.
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Durch
diese Zeitsteuerung ist gewährleistet, dass
die Empfänger 8 immer
nur dann aktiviert sind, wenn auf diese Ultraschallwellen 6 des
zugeordneten Senders 7 auftreffen. Zudem werden bei dieser
Anordnung die benachbarten Sender 7 oder Empfänger 8 der
Sensoranordnung 1 gleichzeitig aktiviert. Auf diese Weise
werden gegenseitige Beeinflussung benachbarter Ultraschallsensoren 2 und
damit eventuell verbundene Fehldetektionen vermieden.
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- 1
- Sensoranordnung
- 2
- Ultraschallsensor
- 3
- Trägermaterial
- 4
- Etikett
- 5
- Rahmen
- 6
- Ultraschallwellen
- 7
- Sender
- 8
- Empfänger
- 9
- Führungsplatte
- 10
- Schlitz
- 11
- Oszillator
- 12
- Oszillator
- 13
- Widerstand
- 14
- Kondensator
- 15
- Fly
back-Konverter
- 16
- Induktionsspule
- 17
- Taktgenerator
- 18
- Teach-in
Anschluss
- 19
- Bandpassfilter
- 20
- Demodulator
- 21
- Kondensator
- 22
- Komparator
- 23
- Komparator
- 24
- Pufferschaltung
- 25
- Schaltausgang
- 26
- Widerstand
- 27
- Widerstand
- 28
- Widerstand
- 29
- Potentiometer
- 30
- Flip-Flop
- 31
- Zeitglied
- 32
- Impulsgenerator
- 33
- Widerstand
- 34
- Kondensator
- 35
- Widerstand
- 36
- Transistor