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Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, insbesondere eine Lichtschranke, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, mit einem Sender und einem Empfänger an gegenüberliegenden Rändern des Überwachungsbereiches, wobei der Sender Sendelichtstrahlen emittiert, die auf den Empfänger geführt sind, und mit einer Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von Empfangssignalen des Empfängers ein Objektfeststellungssignal zu generieren, wobei das am Ausgang des Empfängers anstehende Empfangssignal mit einem ersten Schwellenwert verglichen ist, bei dem eine Objektmeldung erfolgt, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Optoelektronische Sensoren in der Art von Lichtschranken stellen die Anwesenheit eines Objekts fest, indem detektiert wird, ob ein Lichtstrahl unterbrochen ist oder nicht. Eine solche Lichtschranke weist einen Sender und einen Empfänger auf, die an gegenüberliegenden Rändern eines Überwachungsbereiches angeordnet sind. Bei einem Überwachungsbereich der frei von Objekten ist, werden vom Sender emittierte Lichtstrahlen ungehindert durch den Überwachungsbereich zum Empfänger geführt. Liegt ein Objekt in dem Überwachungsbereich vor, so werden die vom Sender emittierten Lichtstrahlen zum Empfänger hin zumindest teilweise unterbrochen.
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In einer Auswerteeinheit erfolgt die Auswertung der Empfangssignale, sodass festgestellt wird, ob ein Objekt im Überwachungsbereich vorliegt oder nicht und ein entsprechendes binäres Objektfeststellungssignal als Ausgangssignal generiert.
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Die
DE 100 41 1182 A1 beschreibt eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweisenden Distanzsensor, und mit einer Ablenkeinheit, mittels derer die Sendelichtstrahlen innerhalb des Überwachungsbereiches geführt sind. Der Sender emittiert Sendelichtstrahlen in Form einer Folge von Sendelichtimpulsen. An wenigstens einer Referenzposition sind Sendelichtimpulse als Referenz-Sendelichtimpulse in eine, ein Referenzobjekt bildende Lichtleitfaser eingekoppelt, wobei die in der Lichtleitfaser gebildeten Referenz-Sendelichtimpulse zumindest teilweise als Referenz-Empfangssignale zum Empfänger geführt sind. Zur Durchführung einer Referenzmessung werden die Laufzeiten der Referenz-Empfangslichtimpulse bestimmt.
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Die
EP 2 492 714 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitslichtgitters und ein Sicherheitslichtgitter. Das Verfahren weist u.a. folgende Schritte auf: Aussenden von Lichtstrahlen von Lichtsendern einer ersten und/oder zweiten optischen Einheit. Empfangen der Lichtstrahlen mit Lichtempfängern der zweiten und/oder ersten optischen Einheit und Erzeugen von Empfangssignalen, wobei jeweils ein Lichtsender einem Lichtempfänger gegenüberliegend zugeordnet ist, so dass die Lichtstrahlen solch gebildeter Paare von Lichtsendern und Lichtempfängern ein Schutzfeld bilden. Auswerten der Amplituden aller Empfangssignale und Ausgeben des Sicherheitsschaltsignals, wenn durch einen unzulässigen Obj ekteingriff wenigstens eine der Amplituden in einem bestimmten Bereich liegt, wobei ein Lichtstrahl zwischen Lichtsendern und Lichtempfängern als unterbrochen gilt, wenn empfangenes Licht eine erste untere Schaltschwelle unterschreitet und das Sicherheitsschaltsignal ausgebbar ist, wenn wenigstens ein Lichtstrahl unterbrochen ist, wobei eine zweite untere Schaltschwelle in der Auswerteeinheit vorgesehen ist, die über der ersten unteren Schaltschwelle liegt, deren Überschreitung ein freies Schutzfeld anzeigt.
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Um mehr als ein Merkmal eines Objektes detektieren zu können sind mehr als eine solche Lichtschranke notwendig, die kombiniert werden müssen.
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Beispielsweise werden zwei Lichtschranken mit zwei Schwellenwerten eingesetzt. Dadurch ergibt sich ein erhöhter Herstellungs- und montageaufwand einer solchen Anordnung aus zwei oder mehr optoelektronischen Sensoren. Es besteht auch die Gefahr, dass sich beide Lichtschranken im Falle zu geringer Abstände gegenseitig stören. Zudem treten Funktionsprobleme bei solchen Anordnungen von optoelektronischen Sensoren auf, wenn sich die zu detektierenden Merkmale eines Objekts nicht stark unterscheiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optoelektronischen Sensor bereitzustellen, der bei einfachem Aufbau nicht nur die Detektion eines Objekts ermöglicht, sondern zumindest zwei Merkmale des Objekts, das aus einem Produkt und einer Verpackung um das Produkt gebildet ist, zu detektieren in der Lage ist.
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Die Aufgabe wird mit einem optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dadurch, dass das Empfangssignal am Empfänger mit einem zweiten Schwellenwert verglichen ist, der unterhalb oder auch oberhalb des ersten Schwellenwertes liegt, und dass der zweite Schwellenwert ein Indikator für das Vorhandensein einer Verpackung in Form einer Schachtel oder eines Folienschlauches beispielsweise um ein Produkt ist, ist ein optoelektronischer Sensor bereitgestellt, der mit einer minimierten Zahl an Bauteilen das Vorliegen eines einwandfrei verpackten Produktes detektieren kann. Verpackung und Produkt bilden jeweils ein Objekt.
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Der optoelektronische Sensor kommt mit nur einem Empfänger aus und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite Schwellenwert unterhalb des ersten Schwellenwertes gelegen.
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Um das Vorhandensein eines Produktes in einer Verpackung, wie etwa einer bedruckten, nicht transparenten Schachtel oder einem bedruckten, transparenten oder nicht transparenten Folienschlauch zu detektieren, ist ein Teil der Sendelichtstrahlen in den infraroten Wellenlängenbereich gelegt.
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Ein Teil der Sendelichtstrahlen kann im sichtbaren Wellenlängenbereich, liegen. Beispiele hierfür sind rotes Laserlicht oder rotes Licht von Leuchtdioden.
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Das vom Empfänger generierte Empfangssignal wird von einer Auswerteeinheit mit zwei Schwellenwerten bewertet. Liegt ein Empfangssignal unterhalb des ersten Schwellenwertes, so wird dies als ein Vorhandensein eines Objektes bewertet.
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Liegt das vom Empfänger generierte Empfangssignal unterhalb des zweiten Schwellenwertes, der unterhalb des ersten Schwellenwertes liegt, so wird dies als Vorhandensein einer Verpackung um ein Produkt gewertet.
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Liegt hingegen das Empfangssignal unterhalb des ersten Schwellenwertes jedoch oberhalb des zweiten Schwellenwertes, so ist zwar eine Verpackung vorhanden, aber ein mit einer Verpackung versehenes Produkt liegt nicht vor.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Sensors wird ein Zeitintervall oder zeitlicher Versatz zwischen dem Empfangssignal im Bereich des ersten Schwellenwertes und im Bereich des zweiten Schwellenwertes dazu angewandt um das Vorhandsein einer Verpackung um ein Produkt sicher zu detektieren.
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Dies erfolgt unter der Annahme, dass die Verpackung des Produktes immer eine größere räumliche Ausdehnung in einer Achse des Objekts hat, wodurch bei einem durch den Überwachungsbereich bewegten Objekt (Produkt und Verpackung) immer das Empfangssignal im Bereich des zweiten Schwellenwertes später vorliegt wie das Empfangssignal im Bereich des ersten Schwellenwertes und das Objekt in den Überwachungsbereich des Sensors hineingelangt. Verlässt das Objekt den Überwachungsbereich, liegt das Empfangssignal zunächst unter Schwellwert 2, später zwischen den Schwellwerten 1 und 2.
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Hingegen ist bei einem zeitgleichen Vorliegen eines Empfangssignales unterhalb des ersten Schwellenwertes und oberhalb des zweiten Schwellenwertes zwar vom Vorhandensein einer Verpackung auszugehen, aber es ist kein Produkt vorhanden. Das Vorhandensein eines Produkts ohne Verpackung lässt sich durch das gleichzeitige Unterschreiten beider Schwellwerte erkennen.
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Auf diese Weise lassen sich alle denkbaren Arten von Fehlern bzw. das Vorliegen eines korrekt verpackten Produktes mit wesentlich weniger konstruktivem Aufwand wie bei Sensoranordnungen gemäß des Standes der Technik ermitteln.
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Es kann vorteilhaft sein, die Bedienung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors in einer Bedieneinheit einer Maschine, wie etwa einer Verpackungsmaschine zu integrieren.
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Der erste und zweite Schwellenwert können auch durch eine Ferneinstellung an dem optoelektronischen Sensor eingestellt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Sensors,
- 2: eine teilweise perspektivische Ansicht einer Verpackungsmaschine mit einem erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor,
- 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verpackungsmaschine in einer teilweisen perspektivischen Ansicht mit einem Förderband auf dem zu detektierende Produkte in Verpackungen in den Überwachungsbereich des optoelektronischen Sensors bewegt werden,
- 4: eine Draufsicht auf ein mit dem optoelektronischen Sensor zu detektierenden Produktes mit und ohne Verpackung, und
- 5: die Anordnung von erstem und zweiten Schwellenwert in Bezug auf die Signalstärke des Empfangssignals eines optoelektronischen Sensors.
- 6: Zeitlicher Verlauf des Empfangssignals des optoelektronischen Sensors
- a) bei einem Produkt mit einer Umverpackung
- b) bei einer Umverpackung ohne Inhalt
- c) bei einem Produkt ohne Umverpackung
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt. Der optoelektronische Sensor 1 weist einen Sender 4 und einen Empfänger 5 auf, die an gegenüberliegenden Rändern 6, 6' eines Überwachungsbereiches 3 des Sensors 1 angeordnet sind. Der optoelektronische Sensor 1 dient zum Nachweis von Objekten 2 und der Detektion von daran interessierenden Merkmalen.
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Die von dem Sender 4 ermittierten Sendelichtstrahlen 7 sind auf den Empfänger 5 gerichtet und durchqueren den Überwachungsbereich 3.
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Die Sendelichtstrahlen 7 sind in einem Flächenteil einer nicht näher dargestellten Sendeoptik des Senders 4 als Infrarot- Lichtstrahlen ausgeführt und in einem weiteren Flächenteil der Sendeoptik ebenfalls als Infrarot-Lichtstrahlen und optional zusätzlich als sichtbare Lichtstrahlen zur Visualisierung des mit den Infrarot-Lichtstrahlen überwachten Bereichs ausgeführt.
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Die Sendelichtstrahlen 7 gelangen auf eine nicht näher dargestellte Empfangsoptik des Empfängers 5. Die analogen Empfangssignale werden in einem Verstärker 14 verstärkt und in einem, dem Verstärker 14 nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 15 digitalisiert.
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Die digitalisierten Empfangssignale werden in eine Rechner-oder Auswerteinheit 8 eingelesen und ausgewertet. Die Auswerteeinheit 8 weist hierzu zumindest einen Mikrokontroller, ASIC oder dergleichen auf. Der Sender 4 ist ebenfalls an die Auswerteeinheit 8 angeschlossen.
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So kann die Sendeleistung des Senders 4 auch von der Auswerteeinheit 8 kontrolliert und vorgegeben werden.
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Die Bewertung der Empfangssignale erfolgt durch Schwellwerte S1 und S2, die durch die Auswerteeinheit 8 oder durch eine Maschinensteuerung einer Maschine 11 vorgegeben werden können.
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Ein erster Schwellwert S 1 liegt, wie 5 zeigt, höher wie ein zweiter Schwellwert S2.
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Wird ein Empfangssignal unterhalb des ersten Schwellenwertes S1 detektiert, so zeigt dies in den Ausführungsbeispielen in den 1 bis 3 an, dass ein Objekt 2 grundsätzlich in dem Überwachungsbereich 3 vorhanden ist.
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Ein Empfangssignal unterhalb des zweiten Schwellenwertes S2 signalisiert, dass ein Produkt 10 in einer Verpackung 9 vorhanden ist.
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Ist ausschließlich ein Empfangssignal im Bereich des ersten Schwellenwertes S1 detektiert, so zeigt dies auf, dass ein Objekt 2 vorhanden ist, aber kein Produkt 10 in der Verpackung 9 detektierbar ist.
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Ein Produkt 10 innerhalb der Verpackung 9 kann durch die Durchstrahlung der Verpackung 9 mit infrarotem Licht detektiert werden, das von einem Flächenteil der Sendeoptik in den Überwachungsbereich 3 abgestrahlt wird.
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Wie die 1 bis 3 zeigen, befindet sich der optoelektronische Sensor 1 an einem Förderband 13 der Verpackungsmaschine 12, auf dem zu detektierende, in einer jeweiligen Verpackung 8, bestehend aus einer Schachtel (2) oder einem Folienschlauch (3) Objekte 2 liegen und durch den Überwachungsbereich 3 mit Hilfe des Förderbandes 13 bewegt werden.
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Die Verpackungen 9 sind bedruckt und nicht transparent ausgeführt.
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Der optoelektronische Sensor 1 wird hier zum Zwecke der Qualitätskontrolle verkaufsfertiger Produkte, wie Süßigkeiten und dergleichen eingesetzt.
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Die Vorschubgeschwindigkeit des Förderbandes 13 bedingt ein zeitlich versetztes, nacheinander folgendes Auftreten von Empfangssignalen im Bereich des ersten Schwellwertes S1 und im Bereich des zweiten Schwellwertes S2.
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Dadurch lässt sich besonders sicher das Vorhandensein einer Verpackung 9 um das Produkt 10 detektieren. Ein verpacktes Produkt 10 ist länger wie ein unverpacktes Produkt 10, so dass durch einen Abgleich des zeitlichen Versatzes des Auftretens der Empfangssignale detektiert werden kann, ob eine Verpackung 9 vorliegt.
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Bei einem zeitgleichen Auftreten eines Empfangssignales im Bereich unterhalb des ersten Schellenwertes S1 und des zweiten Schwellenwertes S2 liegt somit zwar ein Produkt 10 vor, jedoch ist dieses ohne Verpackung 9.
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Ein Empfangssignal unterhalb des zweiten Schwellenwertes S2 signalisiert das Vorhandensein eines Produktes 10, so dass bei einem ausschließlichen Vorliegen eines Signales unterhalb des ersten Schwellenwerts S1 aber oberhalb des zweiten Schwellenwerts S2 das Vorhandensein einer Verpackung 9 ohne Vorhandensein eines Produktes angezeigt wird.
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Die 6a - c zeigen zeitliche Verläufe des Empfangssignals des optoelektronischen Sensors bei unterschiedlichen Objektdetektionen. 6a zeigt das Empfangssignal bei einer Detektion eines Produkts in einer Umverpackung. 6b zeigt das Empfangssignal bei einer Detektion einer Umverpackung ohne Inhalt. 6c zeigt das Empfangssignal bei einer Detektion eines Produkts ohne Umverpackung. Mit den beiden Schwellwerten S1, S2 können alle drei Situationen voneinander unterschieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Optoelektronischer Sensor
- (2)
- Objekt
- (3)
- Überwachungsbereich
- (4)
- Sender
- (5)
- Empfänger
- (6, 6')
- Rand
- (7)
- Sendelichtstrahl
- (8)
- Auswerteeinheit
- (9)
- Verpackung
- (10)
- Produkt
- (11)
- Maschine
- (12)
- Verpackungsmaschine
- (13)
- Förderband
- (14)
- Verstärker
- (15)
- A/D-Wandler
- S1
- Schwellenwert, erster
- S2
- Schwellenwert, zweiter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 100411182 A1 [0004]
- EP 2492714 A1 [0005]
