DE10327389B3 - Sensoranordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) zur Detektion von Objekten, insbesondere von auf Trägermaterialien (3) aufgebrachten Etiketten (4). Die Sensoranordnung (1) besteht aus einer Reihenanordnung von Ultraschallsensoren (2) mit jeweils einem Ultraschallwellen (6) emittierenden Sender (7) und einem Ultraschallwellen (6) empfangenden Empfänger (8) sowie einer Steuereinheit, mittels derer jeweils benachbarte Sender (7) der Reihenanordnung alternierend aktiviert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung. Mit dieser Sensoranordnung können Objekte wie zum Beispiel auf Trägermaterialien aufgebrachte Etiketten erfasst werden.
  • Aus der DE 199 21 217 A1 ist ein Ultraschallsensor zur Erfassung derartiger Etiketten bekannt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung bereitzustellen, mittels derer auch komplexe, insbesondere großflächige Objektstrukturen detektierbar sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1: Schematische Darstellung einer Sensoranordnung mit einer Reihenanordnung von Ultraschallsensoren.
  • 2: Querschnitt durch die Sensoranordnung gemäß 1.
  • : Blockschaltbild der Ansteuerung für die Sender der Ultraschallsensoren in der Sensoranordnung gemäß 1.
  • 4: Blockschaltbild der Ansteuerung für die Empfänger der Ultraschallsensoren in der Sensoranordnung gemäß 1.
  • 5: Zeitdiagramme für die Ansteuerung der Sender und Empfänger der Ultraschallsensoren in der Sensoranordnung gemäß 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Schließlich ist das Ausgangssignal RDY am ersten Komparator 22 auf einen weitern Eingang des Flip-Flops 30 geführt.
  • Der Ausgang des E2-Potentiometers 29 ist auf den zweiten Eingang des ersten Komparators 22 geführt.
  • Das Sample-&-Holdsignal S/H der Steuereinheit wird über eine Zuleitung eingespeist, an welche ein weiterer Widerstand 35 und ein Transistor 36 angeschlossen sind.
  • 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.
  • 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.
  • 5 zeigt die Zeitdiagramme der Sender- und Empfängeraktivierungen für die Sensoranordnung 1 gemäß den 14.
  • 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.
  • 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.
  • Entsprechend werden mit dem Taktsignal 0 die geradzahligen Sender 7 und die ungeradzahligen Empfänger 8 angesteuert, so dass diese synchron aktiviert sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (14)

  1. Sensoranordnung zur Detektion von auf Trägermaterialien (3) in mehreren Bahnen nebeneinander liegend aufgebrachten Etiketten (4), mit einer Reihenanordnung von Ultraschallsensoren (2), wobei mit jeweils einem Ultraschallsensor (2) die Etiketten (4) einer Bahn detektierbar sind, wobei jeder Ultraschallsensor (2) einen Ultraschallwellen (6) emittierenden Sender (7) und einen Ultraschallwellen (6) empfangenden Empfänger (8) aufweist, und mit einer Steuereinheit, mittels derer jeweils benachbarte Sender (7) der Reihenanordnung alternierend aktiviert sind, wobei einerseits geradzahlige Sender (7) in der Reihenanordnung simultan aktiviert sind und andererseits ungeradzahlige Sender (7) in der Reihenanordnung simultan aktiviert sind, und wobei zur Detektion der Objekte die Empfangssignale an den Ausgängen der Empfänger (8) jeweils mit einem Schwellwert bewertet werden.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit einerseits geradzahlige Empfänger (8) in der Reihenanordnung simultan aktiviert werden und andererseits ungeradzahlige Empfänger (8) in der Reihenanordnung simultan aktiviert werden.
  3. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit einen eine periodische Folge von Rechteckimpulsen generierenden Taktgenerator (17) aufweist, wobei Rechteckimpulse Steuersignale zur alternierenden Aktivierung der Ultraschallsensoren (2) bilden.
  4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulse und die Pulspausen der Folge von Rechteckimpulsen jeweils dieselbe Dauer aufweisen, wobei diese an die Laufzeit der Ultraschallwellen (6) von jeweils einem Sender (7) zu einem Empfänger (8) angepasst ist.
  5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktivierten geradzahligen Sendern (7) nur die ungeradzahligen Empfänger (8) und bei aktivierten ungeradzahligen Sendern (7) nur die geradzahligen Empfänger (8) der Reihenanordnung aktiviert sind.
  6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine modulare Baueinheit bildet.
  7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (7) der Ultraschallsensoren äquidistant längs einer Geraden in einem Sender-Gehäuseeinsatz angeordnet sind.
  8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (8) der Ultraschallsensoren äquidistant längs einer Geraden in einem Empfänger-Gehäuseeinsatz angeordnet sind.
  9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekte in einer Objektebene zwischen dem Sender-Gehäuseeinsatz und dem Empfänger-Gehäuseeinsatz geführt sind, wobei die Strahlachsen der Ultraschallwellen (6) in einem Winkel von 20° bis 30° zum Normalenvektor der Objektebene geneigt sind.
  10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte während eines Abgleichvorgangs bestimmbar sind.
  11. Sensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte für die einzelnen Ultraschallsensoren separat bestimmbar sind.
  12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichvorgang mit einer Taste oder einer Fernsteuerung auslösbar ist.
  13. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (7) jeweils längs einer Strahlachse gerichtete Ultraschallwellen (6) im Frequenzbereich zwischen 200 KHz und 400 KHz emittieren.
  14. Sensoranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwellen (6) mit einer Modulationsfrequenz im Bereich von 10 KHz bis 15 KHz frequenzmoduliert sind.
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