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Die
Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
Sensoren können
insbesondere als Ultraschallsensoren ausgebildet sein, die zur Detektion
von auf Trägerbändern aufgebrachten
Etiketten dienen. Der Ultraschallsensor weist dabei vorteilhaft
ein gabelförmiges
Gehäuse
mit zwei Gabelarmen auf. In einem Gabelarm befindet sich ein Ultraschallwellen
emittierender Sender, im anderen Gabelarm ein Ultraschallwellen
empfangender Empfänger.
Das Trägerband
mit den Etiketten wird dann in dem den Überwachungsbereich bildenden
Zwischenraum zwischen den Gabelarmen gefördert.
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Die
Führung
des Trägerbands
muss dabei so erfolgen, dass dieses vollständig von der Strahlkeule der
Ultraschallwellen erfasst wird. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung
wenn die Trägerbänder schmal
sind, so dass diese bereits bei einer kleinen seitlichen Schlingerbewegung
aus dem von der Strahlkeule der Ultraschallwellen umfassten Messbereich
herauslaufen.
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Typischerweise
sind die Einbauorte des Senders und des Empfängers nicht oder nur schwer
einsehbar, so dass anhand dieser Einbauorte das Trägerband
von einer Bedienperson nicht oder nur unzulänglich ausgerichtet werden
kann.
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Prinzipiell
kann die Kontrolle der Führung des
Trägerbands
dadurch verbessert werden, dass mit einem Pfeil am Gehäuse des
Ultraschallsensors die Lage der Strahlachse der Strahlkeule, das
heißt in
diesem Fall die Schallachse der Ultraschallwellen, gekennzeichnet
wird.
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Eine
zufrieden stellende Ausrichtung der Etiketten auf dem Trägerband
ist jedoch auch in diesem Fall nicht möglich. Aufgrund von Bedruckungen
der Etiketten oder deren Formgebungen ist eine Ausrichtung deren
Zentren auf den Pfeil am Gehäuse
nicht reproduzierbar durchführbar,
da die Zentren der Etiketten nicht genau lokalisierbar sind. Infolge
der unzureichenden Ausrichtung besteht somit verstärkt die Gefahr,
dass die Etiketten aus dem Bereich der Strahlkeule herauslaufen,
wodurch es zu Fehldetektionen kommen kann. Sind die Etiketten transparent, ist
eine Ausrichtung auf diese überhaupt
nicht möglich.
Dann ist eine Ausrichtung auf das Trägerband notwendig, die jedoch
anhand des Pfeils äußerst ungenau
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs
genannten Art bereitzustellen, welcher bei geringem konstruktivem
Aufwand eine erhöhte
Funktionssicherheit aufweist.
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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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Der
erfindungsgemäße Sensor
dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst
einen Strahlung in Form einer Strahlkeule emittierenden Sender und
einen die Strahlung empfangenden Empfänger. Der Sender und der Empfänger sind
in wenigstens einem Gehäuse
integriert. An der Außenseite
des wenigstens einen Gehäuses
ist ein Messfeld im Bereich des Senders oder Empfängers angeordnet,
mittels dessen die Lage der Strahlkeule relativ zu diesem Sender oder
Empfänger
visualisiert ist.
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Von
einer Bedienperson können
zu detektierende, im Überwachungsbereich
geführte
Objekte, insbesondere bandförmige
Objekte exakt relativ zu dem Messfeld ausgerichtet werden, so dass
die Objekte vollständig
von der Strahlkeule erfasst werden. Damit bleiben die Objekte auch
bei kleineren seitlichen Schlingerbewegungen im Bereich der Strahlkeule
und werden so sicher vom Sensor detektiert. Damit wird mit konstruktiv
einfachen Maßnahmen
die Funktionalität
des Sensors erhöht.
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Besonders
vorteilhaft hierbei ist, dass das Messfeld eine ausgedehnte Struktur
bildet, so dass zur Zentrierung der zu detektierenden Objekte auf das
Messfeld nicht die von der Bedienperson oft schwer erfassbare Mitte
des Objekts für
die Ausrichtung auf das Messfeld verwendet werden muss. Vielmehr
können
beliebige Objektstrukturen, insbesondere die seitlichen Kanten des
Objekts, zur Ausrichtung relativ zu dem Messfeld verwendet werden,
was die Genauigkeit der Ausrichtung erheblich verbessert. Auch andere
Objektstrukturen, wie Bedruckungen auf der Oberseite des Objekts,
können
für die Ausrichtung
verwendet werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden mit dem Sensor
als Objekte Etiketten erfasst, die auf einem Trägerband angeordnet sind das
relativ zum Sensor bewegt wird.
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Durch
die Formen der Etiketten oder deren Bedruckungen können die
Zentren von der den Ausrichtvorgang durchführenden Bedienperson oft nicht direkt
ausgemacht werden. Die seitlichen Ränder des Trägerbands oder der Etiketten
selbst liefern jedoch genaue Bezugspunkte, anhand derer die Bedienperson
das Trägerband
mit den Etiketten exakt relativ zum Messfeld ausrichten kann, und
zwar vorzugsweise so, dass die Etiketten zentriert zum Messfeld
liegen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Messfeld
eine lineare Anordnung von Markierungen auf, wobei die lineare Anordnung von
Markierungen senkrecht zur Strahlachse der Strahlkeule orientiert
ist.
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Dabei
ist zweckmäßig, dass
eine Markierung die Mitte des Messfelds markiert.
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Die
Markierungen bilden gut sichtbare, eindeutig identifizierbare Bezugspunkte,
auf welche spezifische Objektstrukturen genau ausgerichtet werden
können.
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Das
so ausgebildete Messfeld ermöglicht
somit eine besonders exakte und reproduzierbare Ausrichtung der
Objekte relativ zum Messfeld. Besonders vorteilhaft bilden die Markierungen
des Messfelds einen Maßstab,
wodurch die Genauigkeit der Ausrichtung weiter erhöht werden
kann.
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Als
vorteilhaft erweist es sich, wenn die Ausdehnung des Messfelds größer ist
als die Breite der Strahlkeule am Ort des Empfängers.
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Diese
Dimensionierung des Messfelds ist insbesondere dann sinnvoll, wenn
der Durchmesser der Strahlkeule an die Größe von zu detektierenden Objektstrukturen
angepasst ist, das Objekt als Ganzes jedoch größer ist. Durch die größere Dimensionierung
des Messfelds können
dann auch Objektmerkmale verwendet werden, die außerhalb
der zu detektierenden Objektstrukturen liegen.
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Ein
Beispiel hierfür
ist die Detektion von Etiketten auf einem Trägerband. Die Etiketten sind
typischerweise schmaler als das Trägerband. Um eine hohe Detektionssicherheit
zu erzielen, ist es zweckmäßig, den
Durchmesser der Strahlkeule an die Durchmesser der Etiketten anzupassen.
Das Messfeld wird jedoch größer als
die Größe der Strahlkeule gewählt. Damit
brauchen nicht Merkmale der Etiketten zur Ausrichtung am Messfeld
verwendet werden. Vielmehr können
beispielsweise auch die Ränder des
Trägerbands
zur Ausrichtung am Messfeld verwendet werden, da nun das Messfeld
breit genug ist, dass die Ränder
des Trägerbands
auf bestimmte Bezugspunkte, insbesondere Markierungen des Messfelds,
ausgerichtet werden können.
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Das
Messfeld kann vorteilhaft dadurch realisiert werden, dass dieses
in Form einer auf das Gehäuse
aufklebbaren Etikette oder in Form eines Aufdrucks auf dem Gehäuse ausgebildet
ist. Alternativ kann das Messfeld von einer Strukturierung des Gehäuses gebildet
sein.
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In
jedem Fall kann somit das Messfeld einfach und kostengünstig hergestellt
werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist der erfindungsgemäße Sensor
als optischer Sensor ausgebildet. Alternativ kann der Sensor als
Ultraschallsensor ausgebildet sein.
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In
beiden Fällen
können
der Sender und der Empfänger
in einem gabelförmigen
Gehäuse
integriert sein.
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Alternativ
können
Sender und Empfänger
in separaten Gehäusen
untergebracht sein. Weiterhin kann der Sensor auch als tastender
Sensor ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Längsschnitt
durch das Gehäuse
eines Ultraschallsensors.
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2:
Draufsicht auf das Gehäuse
des Ultraschallsensors gemäß 1.
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Die 1 und 2 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Sensors
zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Der Sensor
ist im vorliegenden Fall von einem Ultraschallsensor 1 gebildet,
dessen Komponenten in einem gabelförmigen Gehäuse 2 integriert sind, welches
zwei parallel in Abstand zueinander verlaufende Gabelarme aufweist.
Die im Gehäuse 2 integrierten
Komponenten des Ultraschallsensors 1 sind in 1 schematisch
dargestellt. Im unteren Gabelarm ist ein Sender 3 angeordnet,
der Ultraschallwellen 4 emittiert. Die Ultraschallwellen 4 durchsetzen den
zwischen den Gabelarmen liegenden Überwachungsbereich und werden
dann auf einen Empfänger 5 geführt, der
im oberen Gabelarm angeordnet ist. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit 6 in
Form eines Mikroprozessors oder dergleichen vorgesehen, die einerseits
zur Ansteuerung des Senders 3 und andererseits zur Auswertung
der am Ausgang des Empfängers 5 anstehenden
Empfangssignale dient. In Abhängigkeit
dieser Empfangssignale wird in der Auswerteeinheit 6 ein
Objektfeststellungssignal generiert. Zur Spannungsversorgung und
zur Sig nalübertragung
mit externen Einheiten ist am Gehäuse 2 ein elektrischer
Anschluss 7 vorgesehen.
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Die
zu detektierenden Objekte sind von Etiketten 8 gebildet,
die auf einem Trägerband 9 aufgebracht
sind. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, wird
das Trägerband 9 mit
den Etiketten 8 im Überwachungsbereich
derart gefördert,
dass das Trägerband 9 auf
der Oberseite des unteren Gabelarms aufliegt. Die Förderrichtung
verläuft
in Längsrichtung des
Trägerbands 9,
das heißt
in z-Richtung senkrecht zu den Zeichenebenen der 1 und 2. Die
Etiketten 8, deren Breiten kleiner sind als die Breiten
des Trägerbands,
sind in Längsrichtung
des Trägerbands 9 in
Abstand zueinander auf diesem befestigt, vorzugsweise aufgeklebt.
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Um
die Etiketten 8 möglichst
vollständig
erfassen zu können,
ist der Durchmesser der Strahlkeule der Ultraschallwellen 4,
welche vom Sender 3 emittiert wird, wie aus 1 ersichtlich,
an die Durchmesser der Etiketten 8 angepasst. Treffen die
Ultraschallwellen 4 auf eine Stelle des Trägerbands 9 mit einer
Etikette 8, so werden diese stärker geschwächt als wenn die Ultraschallwellen 4 nur
das Trägerband 9 alleine
durchsetzen. Diese unterschiedliche Schwächung der Ultraschallwellen 4 wird
zur Etikettendetektion ausgenutzt. Hierzu erfolgt zweckmäßig in der
Auswerteeinheit 6 eine Schwellwertbewertung. Durch diese
wird in der Auswerteeinheit 6 als Objektfeststellungssignal
ein binäres
Schaltsignal generiert, dessen Schaltzustände angeben, ob eine Etikette 8 vorliegt
oder nicht.
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Bei
dem Transport des Trägerbands 9 kann es
zu Schlingerbewegungen quer zur Förderrichtung, das heißt in x-Richtung
kommen. Ist dann das Trägerband 9 vorab
nicht korrekt so ausgerichtet, dass die Strahlkeule der Ultraschallwellen 4 vollständig auf die
Etiketten 8 trifft, so kann es dazu kommen, dass die Etiketten 8 auf
dem Trägerband 9 aus
dem von der Strahlkeule der Ultraschallwellen 4 bestimmten Messbereich
zumindest teilweise herauslaufen.
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Dann
würden
die Etiketten 8 mit den Ultraschallwellen 4 nicht
mehr ausreichend erfasst, was zu Fehldetektionen führen würde.
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Um
derartige Fehldetektionen zu vermeiden ist, wie in 2 dargestellt,
an der Außenseite
des Gehäuses 2 ein
Messfeld 10 angeordnet, mittels dessen eine Ausrichtung
des Trägerbands 9 mit
den Etiketten 8 ermöglicht
wird. Wie aus dem Vergleich der 1 und 2 ersichtlich,
ist das Messfeld 10 an der Außenseite des oberen Gabelarms
im Bereich des Empfängers 5 angeordnet.
Prinzipiell könnte
das Messfeld 10 auch am unteren Gabelarm des Gehäuses 2 im
Bereich des Senders 3 angeordnet sein. Die Anbringung des
Messfelds 10 am oberen Gabelarm ist jedoch vorteilhafter,
da so das Messfeld 10 besser sichtbar ist. Das Messfeld 10 ist
dabei auf die Strahlachse, das heißt Schallachse 11 der
Ultraschallwellen 4 zentriert, wie aus 2 ersichtlich
ist.
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Wie
aus 2 weiter ersichtlich, ist das Messfeld 10 quer
zur Schallachse 11 der Ultraschallwellen 4 orientiert.
Dabei ist die Ausdehnung des Messfelds 10 in x-Richtung
größer als
der Durchmesser der Strahlkeule der Ultraschallwellen 4.
Im vorliegenden Fall ist die Ausdehnung des Messfelds 10 auch
größer als
die Breiten der Etikette 8 und des Trägerbands 9.
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Das
Messfeld 10 ist im vorliegenden Fall in Form einer Etikette
ausgebildet, welche auf das Gehäuse 2 aufgeklebt
ist. Alternativ kann das Messfeld 10 auch direkt auf das
Gehäuse 2 aufgedruckt
werden. Auch ist es möglich,
das Messfeld 10 durch eine geeignete Strukturierung des
Gehäuses 2 auszubilden.
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Wie
aus 2 ersichtlich, weist das Messfeld 10 eine
lineare Anordnung von Markierungen auf, die in x-Richtung hintereinander
in regelmäßigen Abständen angeordnet
sind. Im vorliegenden Fall bilden die einzelnen Markierungen einen
Maßstab, ähnlich der
Struktur eines Millimeterpapiers. Dabei kennzeichnet eine zentrale
Markierung des Maßstabs
die Mitte des Messfelds 10, die in der Schallachse 11 der
Strahlkeule liegt, das heißt
das Messfeld 10 ist symmetrisch zur Schallachse 11 ausgerichtet.
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Mit
Hilfe des Messfelds 10 wird das Trägerband 9 von einer
Bedienperson so ausgerichtet, dass dieses und damit auch die Etiketten 8 auf
dem Trägerband 9 bezüglich des
Messfelds 10 zentriert sind, so dass die Etiketten 8 vollständig von
der Strahlkeule der Ultraschallwellen 4 erfasst werden.
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Insbesondere
dann, wenn die Etiketten 8 Bedruckungen oder auch komplexe
Formen als Rechtecke, wie im vorliegenden Fall, aufweisen, ist es
für die
Bedienperson nicht möglich,
die Mitte der Etiketten 8 auszumachen und diese direkt
auf das Zentrum des Messfelds 10 auszurichten. Bei dem
Messfeld 10 des erfindungsgemäßen Sensors ist dies auch nicht notwendig.
Durch die lineare Anordnung der Markierung können beliebige, am besten gut
erkennbare Objektstrukturen, zur Ausrichtung auf das Messfeld 10 verwendet
werden.
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Im
vorliegenden Fall können
beispielsweise die seitlichen Kanten des Trägerbands 9 zur Zentrierung
der Etiketten 8 auf das Messfeld 10 verwendet werden,
da die Etiketten 8 mittig auf dem Trägerband 9 aufgebracht
sind. Da das Messfeld 10 größer ist als die Breite des
Trägerbands 9,
können
die seitlichen Kanten des Trägerbands 9 auf
Markierungen des Messfelds 10 ausgerichtet werden. Alternativ
könnten
im vorliegenden Fall auch die seitlichen Kanten der Etiketten 8 an
Markierungen des Messfelds 10 ausgerichtet werden.
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- 1
- Ultraschallsensor
- 2
- Gehäuse
- 3
- Sender
- 4
- Ultraschallwellen
- 5
- Empfänger
- 6
- Auswerteeinheit
- 7
- Anschluss
- 8
- Etikette
- 9
- Trägerband
- 10
- Messfeld
- 11
- Schallachse