DE202019105727U1

DE202019105727U1 - Sensor arrangement

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Publication number: DE202019105727U1
Application number: DE202019105727.0U
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2029-10-17

Abstract

Sensoranordnung (1) zur Erfassung von Objekten (2), mit einem Ultraschallsensor (3) mit einem Ultraschallsender (4), der längs einer Strahlachse (5) gerichtet Ultraschallwellen emittiert, und mit einem optischen Sensor (6), der einen Sendelichtstrahlen längs einer optischen Achse (7) emittierenden Sender (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Ultraschallsenders (4) und des optischen Senders (8) oder die Anordnung der optischen Achse (7) und der Strahlachse (5) der Ultraschallwellen mit beliebigen Positionen zueinander in der Sensoranordnung (1) frei wählbar sind.

Sensor arrangement (1) for detecting objects (2), with an ultrasonic sensor (3) with an ultrasonic transmitter (4), which emits ultrasonic waves directed along a beam axis (5), and with an optical sensor (6), which transmits light rays along a optical axis (7) emitting transmitter (8), characterized in that the arrangement of the ultrasonic transmitter (4) and the optical transmitter (8) or the arrangement of the optical axis (7) and the beam axis (5) of the ultrasonic waves with any positions to each other in the sensor arrangement (1) are freely selectable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung von Objekten, mit einem Ultraschallsensor mit einem Ultraschallsender, der längs einer Strahlachse gerichtete Ultraschallwellen emittiert, und mit einem optischen Sensor, der einen Sendelichtstrahlen längs einer optischen Achse emittierenden Sender aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sensor arrangement for detecting objects, with an ultrasound sensor with an ultrasound transmitter that emits ultrasonic waves directed along a beam axis, and with an optical sensor that has a transmitter that emits light beams along an optical axis, according to the preamble of claim 1.

Eine Sensoranordnung gemäß des Standes der Technik beschreibt die DE 20 2005 020 654 U1 . Die dort beschriebene Sensoranordnung dient zur Detektion von Etiketten auf einem Trägermaterial und umfasst einen optischen Sensor sowie einen Ultraschallsensor, welcher über Schaltmittel wahlweise zur Detektion der Etiketten aktivierbar ist. Sowohl der optische Sensor als auch der Ultraschallsensor arbeiten nach einer Transmissionsmessung, wobei jeweils der Sender und der Empfänger des optischen Sensors und des Ultraschallsensors beidseits einer Nachweisebene, in welcher das Trägermaterial mit den Etiketten relativ zu der Sensoranordnung geführt wird, angeordnet sind.A sensor arrangement according to the prior art describes the DE 20 2005 020 654 U1 . The sensor arrangement described there is used to detect labels on a carrier material and comprises an optical sensor and an ultrasonic sensor, which can optionally be activated via switching means to detect the labels. Both the optical sensor and the ultrasonic sensor work according to a transmission measurement, the transmitter and the receiver of the optical sensor and the ultrasonic sensor being arranged on both sides of a detection plane in which the carrier material with the labels is guided relative to the sensor arrangement.

Die Sensoranordnung ist dabei in einem gabelförmigen Gehäuse mit zwei Gabelarmen, zwischen welchen die Nachweisebene verläuft, angeordnet. Entgegen der Erfindung sind die Komponenten des optischen Sensors und des Ultraschallsensors so in dem Gehäuse angeordnet, dass sich die Strahlachse der Ultraschallwellen, die vom Ultraschallsender emittiert werden, und die optische Achse der Sendelichtstrahlen, die vom Sender emittiert werden, in der Nachweisebene schneiden. Damit ist der aktuelle Messort und Messzeitpunkt zur Etikettendetektion unabhängig davon, ob der Ultraschallsensor oder der optische Sensor hierfür eingesetzt sind. Es wird wahlweise ein Ultraschallsensor oder ein optischer Sensor zur Etikettendetektion eingesetzt, sodass eine sichere Etikettendetektion für ein breites Materialspektrum von Etiketten- und Trägermaterialien erreicht wird.The sensor arrangement is arranged in a fork-shaped housing with two fork arms, between which the detection plane runs. Contrary to the invention, the components of the optical sensor and the ultrasonic sensor are arranged in the housing so that the beam axis of the ultrasonic waves that are emitted by the ultrasonic transmitter and the optical axis of the transmitted light beams that are emitted by the transmitter intersect in the detection plane. This means that the current measurement location and time for label detection is independent of whether the ultrasonic sensor or the optical sensor is used for this. Either an ultrasonic sensor or an optical sensor is used for label detection, so that reliable label detection is achieved for a wide range of label and carrier materials.

Die DE 20 2007 004 364 U1 beschreibt eine Sensoranordnung zur Erfassung von Objekten, mit einem optischen Sensor und mit einem Ultraschallsensor, umfassend einen Ultraschallwellen emittierenden Ultraschallsender und einen Ultraschallwellen empfangenden Ultraschallempfänger. Dem Ultraschall-sender sind Umlenkmittel zur Fokussierung der Ultraschallwellen in der nachweisebene nachgeordnet.The DE 20 2007 004 364 U1 describes a sensor arrangement for detecting objects, with an optical sensor and with an ultrasonic sensor, comprising an ultrasonic transmitter that emits ultrasonic waves and an ultrasonic receiver that receives ultrasonic waves. The ultrasonic transmitter is followed by deflection means for focusing the ultrasonic waves in the detection level.

Die DE 10 2007 046 769 U1 beschreibt eine Sensoranordnung zur Erfassung von Objekten, wobei die Sensoranordnung einen Ultraschallsensor umfasst, in welchem ein optischer Sensor integriert ist.The DE 10 2007 046 769 U1 describes a sensor arrangement for detecting objects, the sensor arrangement comprising an ultrasonic sensor in which an optical sensor is integrated.

Die bekannten Sensoranordnungen lassen noch Wünsche in Bezug die Anzahl der detektierbaren Etikettenarten, an Bauraumbedarf, Herstellungskosten und Montagefreundlichkeit offen.The known sensor arrangements still leave something to be desired with regard to the number of detectable types of labels, space requirements, manufacturing costs and ease of assembly.

Der Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine größere Anzahl an Etikettenarten detektieren kann und damit betriebssicher ist und mit weniger Komponenten kostengünstig herstellbar ist.Based on this prior art, the invention is based on the object of providing a sensor arrangement of the type mentioned at the beginning which can detect a larger number of types of labels and is therefore operationally reliable and can be manufactured inexpensively with fewer components.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The features of claim 1 are provided to solve this problem. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung von Objekten, mit einem Ultraschallsensor mit einem Ultraschallsender, der längs einer Strahlachse gerichtet Ultraschallwellen emittiert, und mit einem optischen Sensor, der einen Sendelichtstrahlen längs einer optischen Achse emittierenden Sender aufweist. Die Anordnung des Ultraschallsenders und des optischen Senders oder die Anordnung der optischen Achse und der Strahlachse der Ultraschallwellen ist mit beliebigen Positionen zueinander in der Sensoranordnung frei wählbar.The invention relates to a sensor arrangement for detecting objects, with an ultrasonic sensor with an ultrasonic transmitter that emits ultrasonic waves directed along a beam axis, and with an optical sensor that has a transmitter that emits light beams along an optical axis. The arrangement of the ultrasonic transmitter and the optical transmitter or the arrangement of the optical axis and the beam axis of the ultrasonic waves can be freely selected with any positions relative to one another in the sensor arrangement.

Besonders vorteilhaft verlaufen die optische Achse des optischen Senders und die Strahlachse der Ultraschallwellen räumlich vernetzt.The optical axis of the optical transmitter and the beam axis of the ultrasonic waves are spatially networked in a particularly advantageous manner.

Weiter vorteilhaft verlaufen die optische Achse des optischen Senders und die Strahlachse der Ultraschallwellen kreuzungsfrei.The optical axis of the optical transmitter and the beam axis of the ultrasonic waves also run advantageously without crossing.

Dadurch dass die Anordnung des Ultraschallsenders und des optischen Senders, oder die Anordnung der optischen Achse und der Strahlachse der Ultraschallwellen mit beliebigen Positionen zueinander in der Sensoranordnung frei wählbar ist, ist eine Sensoranordnung geschaffen, die insbesondere in der Lage ist, eine wesentlich größere Anzahl an Etikettenmaterialien zu detektieren, was die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Sensoranordnung erhöht. In Versuchen hat sich dies überraschend gezeigt. Zudem bedarf es bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung keiner vergleichsweise aufwändigen Montage und Justage der einzelnen Strahlachsen, wie dies bei Sensoranordnungen der Fall ist, bei denen sich in der Nachweisebene die Strahlachsen schneiden. Der Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist verringert und es bedarf weniger elektrischer Anschlüsse.The fact that the arrangement of the ultrasonic transmitter and the optical transmitter, or the arrangement of the optical axis and the beam axis of the ultrasonic waves with arbitrary positions to each other in the sensor arrangement can be freely selected, a sensor arrangement is created which is particularly capable of receiving a significantly larger number To detect label materials, which increases the operational reliability and availability of the sensor arrangement. This has surprisingly been shown in tests. In addition, the sensor arrangement according to the invention does not require a comparatively complex assembly and adjustment of the individual beam axes, as is the case with sensor arrangements in which the beam axes intersect in the detection plane. The space requirement of the sensor arrangement according to the invention is reduced and fewer electrical connections are required.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung verlaufen die optische Achse der Sendelichtstrahlen und die Stahlachse der Ultraschallwellen parallel zueinander oder in einem sich zu dem zu erfassenden Objekt hin öffnenden Winkel. Dadurch können beide Achsen näher aneinander positioniert werden, wodurch der Bauraum der Sensoranordnung insgesamt verringert wird, sich die Sensoranordnung mithin in Geräte mit kompakteren Außenmaßen einbauen lässt.In an advantageous embodiment of the sensor arrangement, the optical axis of the transmitted light rays and the steel axis of the ultrasonic waves run parallel to one another or in one angle opening towards the object to be detected. As a result, both axes can be positioned closer to one another, as a result of which the installation space of the sensor arrangement is reduced overall, and the sensor arrangement can consequently be installed in devices with more compact external dimensions.

Der Winkel zwischen der optischen Achse und der Strahlachse der Ultraschallwellen beträgt hierbei vorzugsweise nicht mehr als 20°.The angle between the optical axis and the beam axis of the ultrasonic waves is preferably not more than 20 °.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Sensoranordnung in einem gabelförmigen Gehäuse mit zwei parallel verlaufenden Gabelarmen integriert, wobei die Nachweisebene zwischen den Gabelarmen parallel zu diesen verläuft. Die Komponenten des Ultraschallsensors und des optischen Sensors in den Gabelarmen sind in einer, eine sichere Funktion gewährleistenden Sollposition fixiert. Eine manuelle Justage erübrigt sich daher.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the sensor arrangement is integrated in a fork-shaped housing with two fork arms running in parallel, the detection plane between the fork arms running parallel to them. The components of the ultrasonic sensor and the optical sensor in the fork arms are fixed in a desired position that ensures reliable functioning. Manual adjustment is therefore not necessary.

Ein Ultraschallsender und ein optischer Sender sind dabei in einem ersten Gabelarm des Gehäuses integriert, und werden von einer gemeinsamen Steuereinheit angesteuert.An ultrasonic transmitter and an optical transmitter are integrated in a first fork arm of the housing and are controlled by a common control unit.

Ein Ultraschallempfänger und ein optischer Empfänger sind in einem zweiten Gabelarm integriert.An ultrasonic receiver and an optical receiver are integrated in a second fork arm.

Die Signale beider Empfänger werden vorzugsweise in einer einzigen Auswerteeinheit ausgewertet.The signals from both receivers are preferably evaluated in a single evaluation unit.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der jeweilige Sender und Empfänger des optischen Sensors so in dem Gabelarmen eingebaut sein, dass deren optische Achse senkrecht zur Nachweisebene orientiert ist. Die Strahlachse des Ultraschallsensors hingegen verläuft bevorzugt in einem vorgegebenen, höchstens um 20° zur Senkrechten gekippten Neigungswinkel auf das Objekt in der Nachweisebene.In an advantageous embodiment, the respective transmitter and receiver of the optical sensor can be installed in the fork arms in such a way that their optical axis is oriented perpendicular to the detection plane. The beam axis of the ultrasonic sensor, on the other hand, preferably runs at a predetermined angle of inclination, tilted at most by 20 ° to the perpendicular, onto the object in the detection plane.

Durch die Neigung der Stahlachse zur Oberfläche des Objektes, insbesondere des Trägermaterials einer Etikette, werden durch Interferenzen bedingte Minima und Maxima der Ultraschallwellen teilweise ausgemittelt.Due to the inclination of the steel axis to the surface of the object, in particular the carrier material of a label, minima and maxima of the ultrasonic waves caused by interference are partially averaged out.

Die Sendelichtstrahlen des optischen Sensors durchsetzen teilweise das Trägermaterial der Etiketten, wobei die Sendelichtstrahlen senkrecht oder geneigt auf das Trägermaterial treffen. Der optische Sensor arbeitet bevorzugt nach dem Lichtschrankenprinzip. Befindet sich kein Objekt zwischen den Gabelarmen, so gelangen die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen ungehindert zum Empfänger. Befindet sich ein Objekt zwischen den Gabelarmen, so werden die Sendelichtstrahlen zumindest teilweise am Objekt reflektiert, sodass der reflektierte Anteil der Sendelichtstrahlen nicht zum Empfänger gelangt.The transmitted light rays of the optical sensor partially penetrate the carrier material of the labels, the transmitted light rays striking the carrier material perpendicularly or at an angle. The optical sensor works preferentially according to the light barrier principle. If there is no object between the fork arms, the transmitted light rays emitted by the transmitter reach the receiver unhindered. If there is an object between the fork arms, the transmitted light beams are at least partially reflected on the object, so that the reflected portion of the transmitted light beams does not reach the receiver.

Der zweite Gabelarm, welcher die Empfänger aufnimmt, ist parallel zu der Leiterplatte, an der die Empfänger elektronisch und mechanisch gekoppelt sind, ausgerichtet. Die Leiterplatte wiederum kann ebenso parallel oder in einem Winkel bis 20° zu der Nachweisebene angeordnet sein. Der Winkel wird vorzugsweise von einer Gehäuseoberseite des zweiten Gabelarmes abgebildet, d.h. die Oberseite des Gehäuses kann schräg verlaufen. Insgesamt sind die genannten Winkel an einen Öffnungswinkel der Schallkeule des Ultraschallsenders angepasst.The second fork arm, which receives the receivers, is aligned parallel to the circuit board on which the receivers are electronically and mechanically coupled. The circuit board, in turn, can also be arranged parallel to or at an angle of up to 20 ° to the detection plane. The angle is preferably mapped from an upper side of the housing of the second fork arm, i. the top of the housing can be inclined. Overall, the angles mentioned are adapted to an opening angle of the sound cone of the ultrasonic transmitter.

In Bezug auf die Anordnung der Strahlachse des Ultraschallsenders zu der optischen Achse und deren Detektionsflächen auf der Nachweisebene sind mannigfache Kombinationen möglich. Vorteilhaft kann die Strahlachse des Ultraschallsenders relativ zu der optischen Achse so angeordnet sein, dass das in der Nachweisebene bewegte Objekt (z.B. Etikette) zuerst von den Ultraschallwellen getroffen wird.With regard to the arrangement of the beam axis of the ultrasonic transmitter in relation to the optical axis and its detection surfaces on the detection plane, various combinations are possible. The beam axis of the ultrasonic transmitter can advantageously be arranged relative to the optical axis in such a way that the object (e.g. a label) moving in the detection plane is first hit by the ultrasonic waves.

Es kann auch zweckmäßig sein, die Strahlachse des Ultraschallsenders relativ zu der optischen Achse so anzuordnen, dass das in der Nachweisebene bewegte Objekt zuerst von den Sendelichtstrahlen getroffen wird.It can also be expedient to arrange the beam axis of the ultrasonic transmitter relative to the optical axis in such a way that the object moved in the detection plane is first hit by the transmitted light beams.

Um eine etwa zeitgleiche Detektion des Objektes zu ermöglichen ist die Strahlachse des Ultraschallsenders so zu der optischen Achse angeordnet, dass das in der Nachweisebene bewegte Objekt zeitgleich von den Ultraschallwellen und den Sendelichtstrahlen getroffen wird, also dass die genannten Achsen nebeneinander quer zu der Bewegungsrichtung des Objektes in der Nachweisebene liegen.In order to enable approximately simultaneous detection of the object, the beam axis of the ultrasonic transmitter is arranged in relation to the optical axis in such a way that the object moved in the detection plane is hit by the ultrasonic waves and the transmitted light beams at the same time, i.e. the axes mentioned are side by side, transverse to the direction of movement of the object lie in the verification level.

Vorteilhaft sind die optische Achse und die Strahlachse der Ultraschallwellen und die zugeordneten Sensoren möglichst an einen, von einem elektrischen Anschluss der Sensoranordnung entfernt liegenden Randbereich des gabelförmigen Gehäuses angeordnet.The optical axis and the beam axis of the ultrasonic waves and the associated sensors are advantageously arranged as far as possible on an edge region of the fork-shaped housing that is remote from an electrical connection of the sensor arrangement.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 Einen schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung,
2 Eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte der Sensoranordnung in 1 mit einer Anordnung von Ultraschallempfänger und optischem Empfänger nebeneinander und quer zu einer Bewegungsrichtung der zu detektierenden Objekte in der Nachweisebene,
3 Einen schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung,
4 Eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte der Sensoranordnung in 3 mit prinzipiell gleicher Anordnung des Ultraschallempfängers und optischen Empfängers auf der Leiterplatte, wie in 2,
5a Eine schematischen Draufsicht auf eine weitere Anordnung von Ultraschallempfänger und optischem Empfänger bzw. deren zugehörigen Strahlachsen auf der Leiterplatte,
5b Eine schematische Draufsicht auf eine weitere Anordnung von Ultraschallempfänger und optischem Empfänger bzw. der zugehörigen Strahlachsen auf der Leiterplatte; und
5c Eine schematische Draufsicht auf eine weitere Anordnung von Ultraschallempfänger und optischem Empfänger bzw. deren zugehörigen Strahlachsen auf der Leiterplatte.

The invention is explained below with reference to the drawings. Show it:

1 A schematic, not to scale cross-section through a first embodiment of a sensor arrangement according to the invention,
2 A schematic plan view of a circuit board of the sensor arrangement in FIG 1 with an arrangement of ultrasound receiver and optical receiver side by side and across to a direction of movement of the objects to be detected in the detection plane,
3 A schematic, not to scale cross section through a second embodiment of a sensor arrangement according to the invention,
4th A schematic top view of a circuit board of the sensor arrangement in FIG 3 with basically the same arrangement of the ultrasonic receiver and optical receiver on the circuit board, as in 2 ,
5a A schematic plan view of a further arrangement of ultrasonic receiver and optical receiver or their associated beam axes on the circuit board,
5b A schematic plan view of a further arrangement of ultrasonic receiver and optical receiver or the associated beam axes on the circuit board; and
5c A schematic plan view of a further arrangement of ultrasonic receiver and optical receiver or their associated beam axes on the circuit board.

1 zeigt in einem schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt eine Sensoranordnung 1 zur Erfassung von Objekten 2 in einem vorgegebenen Überwachungsbereich, der durch eine Nachweisebene 12 definiert ist. Die Sensoranordnung 1 weist einen Ultraschallsensor 3 mit einem ersten Ultraschallwandler in Form eines Ultraschallsenders 4 auf, der längs einer Strahlachse 5 Ultraschallwellen emittiert. Ferner weist die Sensoranordnung 1 einen optischen Sensor 6 mit einem Sendelichtstahlen längs einer optischen Achse 7 emittierenden optischen Sender 8 auf. 1 shows a schematic cross section, not to scale, of a sensor arrangement 1 for capturing objects 2 in a specified monitoring area, which is determined by a level of evidence 12th is defined. The sensor arrangement 1 has an ultrasonic sensor 3 with a first ultrasonic transducer in the form of an ultrasonic transmitter 4th along a beam axis 5 Ultrasonic waves emitted. Furthermore, the sensor arrangement 1 an optical sensor 6th with a transmitting light beam along an optical axis 7th emitting optical transmitter 8th on.

Die Sensoranordnung 1 ist in einem gabelförmigen Gehäuse 9 integriert, das zwei im Abstand zueinander parallel verlaufende Gabelarme 10, 11 aufweist. Zwischen den Gabelarmen 10, 11 befindet sich die Nachweisebene 12, wobei in allen gezeigten Ausführungsbeispielen die zu detektierenden Objekte 2 von Etiketten 19 gebildet sind, die auf einem Trägermaterial 18 angeordnet sind.The sensor arrangement 1 is in a fork-shaped housing 9 integrated, the two mutually parallel fork arms 10 , 11 having. Between the fork arms 10 , 11 is the verification level 12th , wherein in all shown embodiments the objects to be detected 2 of labels 19th are formed on a carrier material 18th are arranged.

Das Trägermaterial 18 mit den Etiketten 19 liegt in der Nachweisebene 12 und wird in einer Förderrichtung F (2) gefördert. Die Etiketten 19 sind in Förderrichtung F in Abstand hintereinander auf dem Trägermaterial 18 angeordnet.The carrier material 18th with the labels 19th lies in the verification level 12th and is in a conveying direction F ( 2 ) promoted. The labels 19th are in the conveying direction F one behind the other on the carrier material 18th arranged.

Im unteren, ersten Gabelarm 10 sind der Ultraschallwellen entlang der Strahlachse 5 emittierende Ultraschallsender 4 und der Lichtstrahlen entlang der optischen Achse 7 emittierende optische Sender 8 integriert. Im oberen, zweiten Gabelarm 11 ist ein Ultraschallwellen empfangender Ultraschallempfänger 13 und ein Sendelichtstrahlen empfangender optischer Empfänger 14 integriert.In the lower, first fork arm 10 are the ultrasonic waves along the beam axis 5 emitting ultrasonic transmitters 4th and the light rays along the optical axis 7th emitting optical transmitters 8th integrated. In the upper, second fork arm 11 is an ultrasonic receiver that receives ultrasonic waves 13 and an optical receiver receiving transmission light rays 14th integrated.

Die Objektdetektion mittels des optischen Sensors und des Ultraschallsensors erfolgt jeweils nach dem Transmissionsprinzip. Die Sender 4 und 8 sowie die Empfänger 13 und 14 sind hierzu auf verschiedenen Seiten der zu detektierenden Objekte 2 angeordnet. Je nachdem, ob die Ultraschallwellen oder die Sendelichtstrahlen nur auf das Trägermaterial 18 oder auf eine Etikette 19 treffen, werden diese bei ihrem Durchgang durch die Objektstruktur unterschiedlich geschwächt. Zur Etikettendetektion werden die Ausganssignale des Ultraschallempfängers 13 und des optischen Empfängers 14 in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit ausgewertet. Vorzugsweise werden die Ausgangssignale des Ultraschallempfängers 13 und des optischen Empfängers 14 jeweils mit einem Schwellwert zur Generierung eines binären Objektfeststellungssignals verknüpft, wobei Schaltzustände jedes Objektfeststellungssignals angeben, ob eine Etikette 19 vorliegt oder nicht. Über eine ebenfalls nicht dargestellte Steuereinheit können der optische Sensor und der Ultraschallsensor einzeln oder gemeinsam aktiviert sein. Ist nur der optische Sensor oder der Ultraschallsensor aktiviert, so bildet dessen Objektfeststellungssignal das binäre Schaltsignal, das als Sensorausgangssignal der Sensoranordnung 1 ausgegeben wird.The object detection by means of the optical sensor and the ultrasonic sensor takes place in each case according to the transmission principle. The transmitters 4th and 8th as well as the recipient 13 and 14th are on different sides of the objects to be detected 2 arranged. Depending on whether the ultrasonic waves or the transmitted light rays only hit the carrier material 18th or on a label 19th hit, they are weakened differently as they pass through the object structure. The output signals of the ultrasonic receiver are used for label detection 13 and the optical receiver 14th evaluated in an evaluation unit, not shown. Preferably, the output signals of the ultrasonic receiver 13 and the optical receiver 14th each linked to a threshold value for generating a binary object detection signal, with switching states of each object detection signal indicating whether a label 19th present or not. The optical sensor and the ultrasonic sensor can be activated individually or together via a control unit, also not shown. If only the optical sensor or the ultrasonic sensor is activated, its object detection signal forms the binary switching signal, which is used as the sensor output signal of the sensor arrangement 1 is issued.

Sind der optische Sensor und der Ultraschallsensor gemeinsam aktiviert, werden die Ausganssignale beider Sensoren zur Generierung des binären Schaltsignals herangezogen. Es ist zweckmäßig, die Objektfeststellungssignale des Ultraschallsensors mit dem Objektfeststellungssignal des optischen Sensors zur Bildung des binären Schaltsignals logisch zu verknüpfen.If the optical sensor and the ultrasonic sensor are activated together, the output signals of both sensors are used to generate the binary switching signal. It is expedient to logically link the object detection signals of the ultrasonic sensor with the object detection signal of the optical sensor in order to form the binary switching signal.

Wie die Gesamtheit der Figuren zeigt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Anordnung des Ultraschallsenders 4 und des optischen Senders 6 zumindest aber die Anordnung der optischen Achse 7 und der Strahlachse 5 der Ultraschallwellen mit beliebiger Position zueinander in der Sensoranordnung 1 frei zu wählen. Dies hat den Vorteil, dass eine viel größere Zahl an Etikettenmaterialien mit nur einem Gerät detektiert werden kann, wobei die Vorteile der Einzelsysteme und Sensorbauarten erhalten bleiben. Es wird zudem nur ein elektrischer Anschluss 20 für die Sensoranordnung 1 benötigt und der Bauraumbedarf der Sensoranordnung 1 ist verringert.As the entirety of the figures shows, the arrangement of the ultrasonic transmitter is provided according to the invention 4th and the optical transmitter 6th but at least the arrangement of the optical axis 7th and the beam axis 5 the ultrasonic waves with any position to each other in the sensor arrangement 1 free to choose. This has the advantage that a much larger number of label materials can be detected with just one device, while the advantages of the individual systems and sensor designs are retained. There is also only one electrical connection 20th for the sensor arrangement 1 required and the space required for the sensor arrangement 1 is decreased.

In 1 sind die Strahlachse 5 der Ultraschallwellen und die optische Achse 7 der Sendelichtstrahlen parallel verlaufend, wobei insbesondere dadurch die Ultraschallwellen in einem Winkel α geneigt aus der Senkrechten zur Nachweisebene 12 verlaufen, wodurch Rückreflektionen vermieden werden. Der Winkel α beträgt höchstens 20°.In 1 are the beam axis 5 of the ultrasonic waves and the optical axis 7th of the transmitted light rays running parallel, in particular thereby the ultrasonic waves inclined at an angle α from the perpendicular to the detection plane 12th run, whereby back reflections are avoided. The angle α is at most 20 °.

Eine, den Ultraschallempfänger 13 und den optischen Empfänger 14 aufnehmende Leiterplatte 15 ist senkrecht zu der optischen Achse 7 und der Strahlachse 5 ausgerichtet. Eine Oberseite 16 des zweiten Gabelarmes 11 verläuft hierbei geneigt. Die Oberseite 16 ist zudem parallel zu der Leiterplatte 15 ausgerichtet. Dadurch nimmt auch die Leiterplatte 15 einen Winkel β zur Nachweisebene 12 ein. Der Winkel β ist an einen Öffnungswinkel der Schallkeule des Ultraschallsenders 4 angepasst. Der Winkel β wird demnach von der Oberseite 16 des Gehäuses 9 bzw. des zweiten Gabelarmes 11 abgebildet. Das Gehäuse 9 baut dadurch insgesamt gedrungener und ist dadurch sehr gut an Bauräume von Kassen etc. anzupassen.One, the ultrasound receiver 13 and the optical receiver 14th receiving circuit board 15th is perpendicular to the optical axis 7th and the beam axis 5 aligned. A top 16 of the second fork arm 11 runs inclined here. The top 16 is also parallel to the circuit board 15th aligned. This also takes the circuit board 15th an angle β to the verification plane 12th one. The angle β is an opening angle of the sound cone of the ultrasonic transmitter 4th customized. The angle β is therefore from the top 16 of the housing 9 or the second fork arm 11 pictured. The case 9 As a result, it is more compact overall and can therefore be adapted very well to the installation spaces of cash registers etc.

Wie 2 zeigt sind die beiden Empfänger 13, 14 in einer Linie quer zu der Förderrichtung F der Objekte 2 angeordnet.How 2 shows are the two recipients 13 , 14th in a line transverse to the conveying direction F of the objects 2 arranged.

3 zeigt einen schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1. Die optische Achse 7 ist senkrecht zur Nachweisebene 12 und zur Leiterplatte 15 ausgerichtet, während die Strahlachse 5 der Ultraschallwellen einen Winkel γ von ca. 20° aus der Senkrechten zu der Nachweisebene 12 gekippt einnimmt. 3 shows a schematic cross section, not to scale, through a second embodiment of a sensor arrangement according to the invention 1 . The optical axis 7th is perpendicular to the verification plane 12th and to the circuit board 15th aligned while the beam axis 5 of the ultrasonic waves an angle γ of approx. 20 ° from the perpendicular to the detection plane 12th tilted takes.

Die 4 verdeutlicht eine schematische Draufsicht auf die Leiterplatte 15 mit prinzipiell derselben Anordnung der Strahlachse 5 und der optischen Achse 7 quer zur Förderrichtung F, wie auch in 2 gezeigt.The 4th illustrates a schematic plan view of the circuit board 15th with basically the same arrangement of the beam axis 5 and the optical axis 7th across the conveying direction F, as well as in 2 shown.

Die 5a, 5b und 5c verdeutlichen Draufsichten auf Leiterplatten, wobei in 5a die Strahlachse 5 und die optische Achse 7 quer zur Förderrichtung F in einer Linie angeordnet sind. Die optische Achse 7 ist im Vergleich zu 2 zu einem Gehäuserand 17 verlagert.The 5a , 5b and 5c illustrate top views of printed circuit boards, with in 5a the beam axis 5 and the optical axis 7th are arranged transversely to the conveying direction F in a line. The optical axis 7th is compared to 2 to a housing edge 17th relocated.

Bei 5b ist die Stahlachse 5 des Ultraschallsenders 4 relativ zu der optischen Achse 7 so angeordnet, dass das in der Nachweisebene 12 bewegte Objekt 2 zuerst von den Sendelichtstrahlen getroffen wird.At 5b is the steel axis 5 of the ultrasonic transmitter 4th relative to the optical axis 7th arranged so that it is in the verification level 12th moving object 2 is hit by the transmitted light rays first.

In 5c ist die Stahlachse 5 des Ultraschallsenders 4 relativ zu der optischen Achse 7 so angeordnet, dass das in der Nachweisebene 12 bewegte Objekt 2 zuerst von den Ultraschallwellen getroffen wird.In 5c is the steel axis 5 of the ultrasonic transmitter 4th relative to the optical axis 7th arranged so that it is in the verification level 12th moving object 2 is hit by the ultrasonic waves first.

Die in den Draufsichten gezeigten Kreisflächen sind Wechselwirkungszonen der betreffenden Strahlen mit dem zu detektierenden Objekt. Es versteht sich, dass anstatt der Kreisflächen auch punktförmige Flächen denkbar sind, oder dass die Detektionsflächen rechteckige oder quadratische Form haben können oder ausgedehnter sind.The circular areas shown in the top views are zones of interaction of the relevant beams with the object to be detected. It goes without saying that, instead of the circular areas, punctiform areas are also conceivable, or that the detection areas can have a rectangular or square shape or are more extensive.

Genauso liegt es im Bereich des Schutzumfanges, dass anstatt Ultraschallwellen anzuwenden, andere Wellenlängenbereiche bevorzugt werden können, wie etwa Wellen im 70 GHz-Bereich oder oberhalb von 300 GHz oder dass eher ein Messprinzip mit Kapazitäten angewandt wird. Gleichwohl können die verschiedenen genannten Messsysteme untereinander beliebig kombiniert und in der Sensoranordnung 1 angewandt sein.It is also within the scope of protection that instead of using ultrasonic waves, other wavelength ranges can be preferred, such as waves in the 70 GHz range or above 300 GHz or that a measuring principle with capacitances is used. Nevertheless, the various mentioned measuring systems can be combined with one another as desired and in the sensor arrangement 1 be applied.

Wie bei allen gezeigten 1 bis 5c ersichtlich ist, sind die Sensoren 3, 6 bzw. deren Strahlachsen möglichst entfernt von dem jeweiligen elektrischen Anschluss 20 in der Sensoranordnung 1 platziert.As with all shown 1 to 5c can be seen are the sensors 3 , 6th or their beam axes as far away as possible from the respective electrical connection 20th in the sensor arrangement 1 placed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

(1)(1): SensoranordnungSensor arrangement
(2)(2): Objektobject
(3)(3): UltraschallsensorUltrasonic sensor
(4)(4): UltraschallsenderUltrasonic transmitter
(5)(5): StrahlachseBeam axis
(6)(6): Optischer SensorOptical sensor
(7)(7): Optische AchseOptical axis
(8)(8th): Optischer SenderOptical transmitter
(9)(9): Gehäusecasing
(10)(10): Gabelarm, ersterFork arm, first
(11)(11): Gabelarm, zweiterFork arm, second
(12)(12): NachweisebeneEvidence level
(13)(13): UltraschallempfängerUltrasound receiver
(14)(14): Optischer EmpfängerOptical receiver
(15)(15): LeiterplatteCircuit board
(16)(16): OberseiteTop
(17)(17): GehäuserandCasing edge
(18)(18): TrägermaterialCarrier material
(19)(19): Etiketteetiquette
(20)(20): Elektrischer Anschluss Electrical connection
(α)(α): Winkel, zwischen 5 und 7Angle, between 5 and 7
(β)(β): Winkel, von 12 und 15Angles, from 12 and 15
(γ)(γ): Winkel, von 5 und 12Angles, from 5 and 12
(F)(F): FörderrichtungConveying direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202005020654 U1 [0002]
DE 202007004364 U1 [0004]
DE 102007046769 U1 [0005]

Claims

Sensor arrangement (1) for detecting objects (2), with an ultrasonic sensor (3) with an ultrasonic transmitter (4), which emits ultrasonic waves directed along a beam axis (5), and with an optical sensor (6), which transmits light rays along a optical axis (7) emitting transmitter (8), characterized in that the arrangement of the ultrasonic transmitter (4) and the optical transmitter (8) or the arrangement of the optical axis (7) and the beam axis (5) of the ultrasonic waves with any positions to each other in the sensor arrangement (1) are freely selectable.

Sensor arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the optical axis (7) of the optical transmitter (8) and the beam axis (5) of the ultrasonic waves are spatially networked.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the optical axis (7) of the optical transmitter (8) and the beam axis (5) of the ultrasonic waves run without crossing.

Sensor arrangement (1) according to Claim 1 to 3 , characterized in that the optical axis (7) of the transmitted light beams and the beam axis (5) of the ultrasonic waves run parallel to one another or describe an angle (α) opening towards the object (2) to be detected, or both axes (5, 7 ) tilted by the angle (α) from the perpendicular to a detection plane (12) in which the objects (2) are moved describe.

Sensor arrangement (1) according to Claim 4 , characterized in that the angle (α) is at most about 20 °.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the sensor arrangement (1) is integrated in a fork-shaped housing (9) with two fork arms (10, 11) running parallel at a distance from one another and between which the detection plane (12) runs.

Sensor arrangement (1) according to Claim 6 , characterized in that the ultrasonic transmitter (4) and the optical transmitter (8) in a first fork arm (10) of the housing (9) and an ultrasonic receiver (13) and an optical receiver (14) in a second fork arm (11) of the Housing (9) are integrated.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 6 or 7th , characterized in that the optical axis (7) and the beam axis (5) of the ultrasonic transmitter (4) run parallel to each other and are tilted from the vertical by 0 ° to about 20 ° to the detection plane (12).

Sensor arrangement (1) according to Claim 6 or 7th , characterized in that a printed circuit board (15) receiving the ultrasonic receiver (13) and the optical receiver (14) is oriented perpendicular to the optical axis (7) and / or the beam axis (5).

Sensor arrangement (1) according to Claim 9 , characterized in that the fork arm (11) receiving the receivers (13, 14) is aligned parallel to the circuit board (15).

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 9 or 10 , characterized in that the circuit board (15) is arranged parallel to or at an angle (β) to the detection plane (12).

Sensor arrangement (1) according to Claim 11 , characterized in that the angle (β) is adapted to an opening angle of a sound cone of the ultrasonic transmitter (4).

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 9 to 12th , characterized in that the angle (β) occupying the circuit board relative to the detection plane (12) is mapped from an upper side (16) of the second fork arm (11).

Sensor arrangement (1) according to Claim 9 , characterized in that the optical axis (7) is perpendicular to the detection plane (12) and the circuit board (15) and that the ultrasonic beam axis (5) forms an angle (γ) of 0 ° to 20 ° to the detection plane (12 ) and the circuit board (15) occupies.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 4 to 14th , characterized in that the beam axis (5) of the ultrasonic transmitter (4) is arranged relative to the optical axis (7) so that the object (2) moving in the detection plane (12) is first hit by the ultrasonic waves.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 4 to 15th , characterized in that the beam axis (5) of the ultrasonic transmitter (4) is arranged relative to the optical axis (7) so that the object (2) moved in the detection plane (12) is first hit by the transmitted light beams.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 4 to 16 , characterized in that the beam axis (5) of the ultrasonic transmitter (4) is arranged relative to the optical axis (7) so that the object (2) moving in the detection plane (12) is hit by the ultrasonic waves and the transmitted light beams at the same time.

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 17th , characterized in that the beam axis (5) of the ultrasonic waves (4) or the optical axis (7) is arranged closer to a housing wall (17) than the respective other axis (4, 7).

Sensor arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 18th , characterized in that labels (19) applied to carrier material (18) are detected with the sensor arrangement (1).