DE202022102875U1

DE202022102875U1 - Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands

Info

Publication number: DE202022102875U1
Application number: DE202022102875.3U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2022-05-24
Filing date: 2022-05-24
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2032-05-25

Abstract

Vorrichtung (10) zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands, umfassend:
- eine Sendeeinheit (100), umfassend:
- ein Lichtelement (110), das ausgebildet ist, Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich zu emittieren; und
- eine Sendeoptik (130), die ausgebildet ist, das emittierte Licht auf einen Gegenstand zu richten;
- eine Empfangseinheit (200), umfassend
- ein erstes Empfangselement (210);
- ein zweites Empfangselement (220), das von dem ersten Empfangselement (210) beabstandet angeordnet ist, und
- eine Empfangsoptik (230);
- wobei die Empfangsoptik ausgebildet ist, von dem Gegenstand remittiertes Licht zu empfangen und auf das erste Empfangselement (220) und das zweite Empfangselement (230) zu richten; und
- eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, von dem ersten Empfangselement (210) empfangenes Licht auszuwerten und einen Abstand des Gegenstands zu ermitteln und von dem zweiten Empfangselement (220) empfangenes Licht auszuwerten und eine Farbe des Gegenstands zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands.
Vorrichtungen und Verfahren, die ausgebildet sind, eine Farbe oder einen Abstand eines Gegenstand zu erkennen sind prinzipiell bekannt. Insbesondere beim Ermitteln einer Farbe ist es wünschenswert, auch den Abstand des Gegenstands zu kennen, da sich die ermittelten Farbwerte in Abhängigkeit vom Abstand des Gegenstands verändern und somit auch die Farbauflösung.
Es ist daher eine Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands anzugeben.
Diese Aufgabe wird zunächst gelöst durch eine Vorrichtung, umfassend eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und eine Auswerteeinheit. Die Sendeeinheit umfasst dabei ein Lichtelement, das ausgebildet ist, Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich zu emittieren und eine Sendeoptik, die ausgebildet ist, das emittierte Licht auf einen Gegenstand zu richten. Die Empfangseinheit umfasst ein erstes Empfangselement, ein zweites Empfangselement, das von dem ersten Empfangselement beabstandet angeordnet ist, und eine Empfangsoptik, die ausgebildet ist, von dem Gegenstand remittiertes Licht zu empfangen und auf das erste Empfangselement und das zweite Empfangselement zu richten. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, von dem ersten Empfangselement empfangenes Licht auszuwerten und einen Abstand des Gegenstands zu ermitteln und von dem zweiten Empfangselement empfangenes Licht auszuwerten und eine Farbe des Gegenstands zu ermitteln.
Das Lichtelement ist dabei ausgebildet, Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich zu emittieren, insbesondere im Bereich des sichtbaren Lichts. Dabei ist das Lichtelement insbesondere ausgebildet, chromatisch breitbandiges, sogenanntes weißes Licht zu emittieren.
Die Sendeoptik richtet das emittierte Licht auf einen Gegenstand, dessen Farbe erkannt werden soll. Hierzu können eine oder mehrere Linsen und/oder einen oder mehrere Spiegel verwendet werden.
Das Licht wird von dem Gegenstand remittiert und mithilfe der Empfangsoptik, die ebenfalls einen oder mehrere Linsen und/oder einen oder mehrere Spiegel aufweisen kann, auf ein erstes und ein zweites Empfangselement gerichtet. Das erste Empfangselement ist dabei ausgebildet, Abstandsinformationen zurückzuliefern und beispielsweise als Zeilensensor ausgebildet. Alternativ kann das erste Empfangselement auch als Time-of-Flight-Sensor ausgebildet sein. Das zweite Empfangselement ist ausgebildet, Farbinformationen zurückzuliefern und beispielsweise als Farbsensor ausgebildet. Insbesondere ist das zweite Empfangselement ausgebildet, in dem von dem Gegenstand remittierten Licht unterschiedliche Farbanteile zu detektieren, beispielsweise durch einen sogenannten CCD-Sensor.
Die Auswerteeinheit wertet dann die von dem ersten und zweiten Empfangselement empfangenen Informationen aus und bestimmt so einen Abstand und eine Farbe.
Dabei wird insbesondere ein einziges Lichtelement verwendet, um Licht zu emittieren, das sowohl für die Abstandserfassung als auch für die Farberfassung verwendet wird. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompakter und günstiger Aufbau der Vorrichtung.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das Lichtelement eine erste Lichtquelle, eine zweite Lichtquelle und eine dritte Lichtquelle aufweist, die voneinander beabstandet sind und die ausgebildet sind, Licht in drei verschiedenen vordefinierten Wellenbereichen zu emittieren, wobei die Sendeeinheit weiter eine Überlagerungsoptik aufweist, die ausgebildet ist, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Die erste, zwei und dritte Lichtquelle sind dabei insbesondere als Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden ausgebildet. Dabei liegen der erste, zweite und dritte Wellenlängenbereich insbesondere im Spektrum des sichtbaren Lichts. Insbesondere liegen die drei Wellenlängenbereiche im Bereich rot, grün und blau. Die drei Wellenlängenbereiche unterscheiden sich dabei, können sich aber teilweise überlappen. Dies ist insbesondere eine alternative Ausführungsform zu der weiter oben beschriebenen Ausführungsform, in der das Lichtelement eine einzelne Lichtquelle umfasst, die ausgebildet ist, chromatisch breitbandiges, sogenanntes weißes Licht zu emittieren.
Insbesondere können die erste, zweite und dritte Lichtquelle in dieser Ausführungsform nacheinander aktiviert werden, sodass sich ein bestimmtes Emissionsmuster aus den drei Wellenlängenbereichen ergibt. In diesem Fall kann das zweite Empfangselement derart ausgebildet sein, dass es, insbesondere nur, die Intensität des remittierten Lichts ermitteln kann und die Auswerteeinheit auf Basis dieser Intensität insbesondere unter Berücksichtigung des Emissionsmusters die Farbe des Gegenstands ermittelt.
Durch diese Ausführungsform wird eine besonders gute Farberkennung ermöglicht.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Überlagerungsoptik einen Reflektor umfasst, der eine Vielzahl von reflektierenden Flächen aufweist, die angeordnet und ausgebildet sind, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Diese Ausführungsform der Überlagerungsoptik ist beispielsweise in der EP 3 770 567 B1 beschrieben.
Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Überlagerungsoptik zwei dichroitische Spiegel aufweist, die angeordnet und ausgebildet sind, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Diese Ausführungsform der Überlagerungsoptik kann auch als Strahlteilertreppe bezeichnet werden.
Eine weitere alternative Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Überlagerungsoptik ein erstes Prisma, ein zweites Prisma, ein drittes Prisma und ein viertes Prisma umfasst, die derart aneinander angeordnet sind, dass sie gemeinsam eine Quaderform aufweisen, wobei Kontaktflächen zwischen den Prismen dichroitisch beschichtet sind.
Insbesondere sieht diese Ausführungsform vor, dass das erste, zweite, dritte und vierte Prisma miteinander verkittet und/oder verklebt sind, insbesondere an jeweiligen Flächen, die sich von einer der Katheten des einem Prisma zugrundeliegenden Dreiecks erstrecken.
Durch diese drei alternativen Ausführungsformen wird eine besonders gute Überlagerung des von den drei Lichtquellen emittierten Lichts ermöglicht.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass sie weiter ein abschnittsweise flexibles Basiselement umfasst, an dem die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die dritte Lichtquelle angeordnet sind, wobei das Basiselement derart um die Überlagerungsoptik herum angeordnet ist, dass je eine Lichtquelle an einer von drei benachbarten Seitenflächen der Überlagerungsoptik angeordnet ist.
Durch diese Ausführungsform ist eine besonders einfache Montage der ersten, zweiten und dritten Lichtquelle möglich.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das Basiselement ein erstes Positionierungselement, ein zweites Positionierungselement und ein drittes Positionierungselement aufweist, die die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die dritte Lichtquelle in einem vordefinierten Abstand zu den drei benachbarten Seitenflächen der Überlagerungsoptik befestigen. Insbesondere befestigt das erste, zweite und dritte Positionierungselement die erste, zweite und dritte Lichtquelle jeweils in einer Breite, einer Länge und einer Höhe, d.h. in x, y und z im Raum, gegenüber den drei benachbarten Seitenflächen der Überlagerungsoptik.
Optional weisen die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die dritte Lichtquelle eine Blende auf, wobei der vordefinierte Abstand insbesondere ein direkter Kontakt, weiter insbesondere ein spaltfreier Kontakt der jeweiligen Blende mit der jeweiligen Seitenfläche der Überlagerungsoptik ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine jeweilige Blende zwischen dem Positionierungselement und der jeweiligen Seitenfläche vorgesehen sein.
Durch diese Ausführungsform wird eine besonders genaue Positionierung der Lichtquellen zu der Überlagerungsoptik gewährleistet.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das Basiselement weiter ein viertes Positionierungselement aufweist, und wobei das erste Positionierungselement, das zweite Positionierungselement, das dritte Positionierungselement und das vierte Positionierungselement die Überlagerungsoptik an vier benachbarten Seitenflächen befestigen.
Durch diese Ausführungsform wird eine besonders sichere Befestigung der Überlagerungsoptik ermöglicht.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das vierte Positionierungselement eine Blende aufweist, die ausgebildet ist, das von der Überlagerungsoptik überlagerte Licht räumlich zu begrenzen.
Durch diese Ausführungsform wird eine Einstellung von Größe und Form des Lichtflecks auf dem Gegenstand ermöglicht.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das vierte Positionierungselement die Blende in einem vordefinierten Abstand zu der vierten Seitenfläche befestigt. Insbesondere befestigt das vierte Positionierungselement die Blende in einer Breite, einer Länge und einer Höhe, d.h. in x, y und z im Raum, gegenüber der vierten Seitenflächen der Überlagerungsoptik.
Insbesondere ist der vordefinierte Abstand ein direkter Kontakt, weiter insbesondere ein spaltfreier Kontakt.
Durch diese Ausführungsform wird eine besonders genaue Überlagerung ermöglicht.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass das erste Positionierungselement, das zweite Positionierungselement und das dritte Positionierungselement jeweils ein oberes und ein unteres Halteelement aufweisen, die ausgebildet sind die Überlagerungsoptik an einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche zu befestigen. Mithilfe dieser Halteelemente kann insbesondere die Positionierung der ersten, zweiten und dritten Lichtquelle relativ zur Überlagerungsoptik und/oder zur jeweiligen Blende sichergestellt werden.
Durch diese Ausführungsform wird eine besonders sichere Befestigung der Überlagerungsoptik gewährleistet.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, basierend auf dem ermittelten Abstand des Gegenstands die ermittelte Farbe zu korrigieren.
Dazu wird der Abstand zum Gegenstand regelmäßig ermittelt, beispielsweise mit 1 kHz, wodurch eine hochfrequente Kompensation der Farbwerte ermöglicht wird. Die Korrektur der ermittelten Farbe erfolgt insbesondere anhand einer in der Auswerteeinheit hinterlegten Funktion, welche für jede Farbe und passend zu dem zweiten Empfangselement individuell während der Fertigung hinterlegt wird. Die Auswerteeinheit ermittelt beispielsweise anhand der Lichtfleckposition auf dem Zeilensensor den Abstand des Objekts mittels Triangulation und bestimmt daraus Kompensations- bzw. Korrekturfaktoren für die von dem zweiten Empfangselement ermittelte Farbe. Dieser Korrekturfaktor wird entsprechend mit dem Signalen des zweiten Empfangselement multipliziert, um den Objektabstand in der Höhe des Messignals zu kompensieren.
Bei der Erfassung einer Farbe durch das zweite Empfangselement in unterschiedlichen Abständen kann sich das erfasste Messignal um mehrere Größenordnungen ändern. Da die Auflösbarkeit von Farbunterschieden in erster Linie abhängig vom Unterschied des erfassten Messignals ist, ändert sich mit unterschiedlichen Objektabständen auch die Auflösbarkeit von Farbunterschieden. Um die Farbauflösung möglichst über den gesamten Arbeitsbereich optimal zu halten, wird die elektrische Verstärkung des Messsignal des zweiten Empfangselements abhängig von der Höhe des Messignals und damit auch dem Abstand des Objekts dynamisch eingestellt. Entsprechend wird die elektrische Verstärkung bei großen Abständen und geringen Signalhöhe vergrößert, bei kleinen Abständen und intensiven Signalen verkleinert.
Die in der Auswerteeinheit eingestellte und für die Applikation nutzbare Farbauflösung wird entsprechend der eingestellten elektrischen Verstärkung und des ermittelten Abstandskorrekturfaktors angepasst. Sie lässt sich damit in Abhängigkeit der Applikationsbedingungen justieren
Durch diese Ausführungsform wird eine besonders genaue Farbermittlung ermöglicht.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Empfangsoptik einstückig ausgebildet ist. Einstückig meint vorliegend aus einem zusammenhängenden Material und kann auch als integral bezeichnet werden.
Durch diese Ausführungsform wird ein besonders kompakter Aufbau der Vorrichtung ermöglicht.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands.
Dabei umfasst das Verfahren ein Emittieren von Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich, ein Richten des emittierten Lichts auf einen Gegenstand, ein Empfangen von von dem Gegenstand remittiertem Licht, ein Richten des remittierten Lichts auf ein erstes Empfangselement und ein zweites Empfangselement, ein Auswerten des von dem ersten Empfangselement empfangenen Lichts um einen Abstand des Gegenstands zu ermitteln und ein Auswerten des von dem zweiten Empfangselement empfangenen Lichts um eine Farbe des Gegenstands zu ermitteln.
Bezüglich der Ausgestaltungen und Vorteile des Verfahrens zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands wird auf die Ausgestaltungen und Vorteile der Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands verwiesen.
Ebenfalls ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst ein abschnittsweise flexibles Basiselement, und ein erstes, zweites und drittes Positionierungselement, die an dem flexiblen Basiselement angeordnet sind, wobei das abschnittsweise flexible Basiselement derart verbiegbar ist, dass das erste Positionierungselement mit dem zweiten Positionierungselement und das zweite Positionierungselement mit dem dritten Positionierungselement in Eingriff gebracht werden kann und so einen Hohlraum bildet, in dem eine Überlagerungsoptik angeordnet werden kann. Die Vorrichtung umfasst auch ein viertes Positionierungselement, das mit dem ersten und dem dritten Positionierungselement in Eingriff gebracht werden kann und so die Überlagerungsoptik an der Vorrichtung befestigt.
Bezüglich der Ausgestaltungen und Vorteile der Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik wird auf die Ausgestaltungen und Vorteile der Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands verwiesen.
Auch ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Befestigung einer Überlagerungsoptik vorgesehen. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte Bereitstellen einer Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik, umfassend ein abschnittsweise flexibles Basiselement und ein erstes, zweites und drittes daran angeordnetes Positionierungselement; Verbiegen des abschnittsweise flexiblen Basiselements; in Eingriff Bringen des ersten Positionierungselements mit dem zweiten Positionierungselement; in Eingriff Bringen des zweiten Positionierungselements mit dem dritten Positionierungselement; Anordnen einer Überlagerungsoptik innerhalb eines Hohlraums, der durch den Eingriff des ersten, zweiten und dritten Positionierungselements entstanden ist; in Eingriff bringen eines vierten Positionierungselements mit dem ersten und dem dritten Positionierungselement und somit Befestigen der Überlagerungsoptik.
Bezüglich der Ausgestaltungen und Vorteile des Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik wird auf die Ausgestaltungen und Vorteile der Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik vorgesehen.
Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands sowie der Vorrichtung und des Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik werden nun im Zusammenhang mit den folgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands;
2 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik;
3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung aus 2;
4 eine Draufsicht der in 3 gezeigten Vorrichtung im Querschnitt;
5 eine weitere perspektivische Ansicht einer Vorrichtung aus 2;
6 eine Draufsicht der in 5 gezeigten Vorrichtung im Querschnitt;
7 eine weitere perspektivische Ansicht einer Vorrichtung aus 2;
8 eine Draufsicht der in 7 gezeigten Vorrichtung im Querschnitt;
9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands; und
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik.

Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Merkmale.
1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Vorrichtung 10 zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands.
Die Vorrichtung 10 weist eine Sendeeinheit 100, eine Empfangseinheit 200 und eine Auswerteeinheit auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt ist.
Die Sendeeinheit 100 umfasst ein Lichtelement 110. Das Lichtelement 110 umfasst dabei eine erste Lichtquelle 111, eine zweite Lichtquelle 112 und eine dritte Lichtquelle 113, die jeweils voneinander beabstandet sind. Die erste Lichtquelle 111 ist dabei ausgebildet Licht in einem ersten vordefinierten Wellenbereich zu emittieren, die zweite Lichtquelle 112 ist ausgebildet Licht in einem zweiten vordefinierten Wellenbereich zu emittieren und die dritte Lichtquelle 112 ist ausgebildet Licht in einem dritten vordefinierten Wellenbereich zu emittieren. Der erste Wellenbereich, der zweite Wellenbereich und der dritte Wellenbereich unterscheiden sich dabei, können sich jedoch teilweise überlappen.
Die Sendeeinheit 100 umfasst auch eine Überlagerungsoptik, die ausgebildet ist, das von den drei Lichtquellen 111, 112, 113 emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten. Dabei ist die Überlagerungsoptik hier beispielhaft als Strahlüberlagerungswürfel 115 abgebildet. Der Strahlüberlagerungswürfel besteht aus vier aneinander befestigten Prismen, welche auf den Kontaktflächen miteinander dichroitisch beschichtet sind. Der Strahlüberlagerungswürfel weist dabei vier gleich große, rechteckig zueinander angeordnete rechteckige Seitenflächen auf sowie eine rechteckige Dach- und eine Bodenfläche, die ebenfalls rechtwinklig zu den Seitenflächen angeordnet sind und entweder eine gleiche Größe aufweisen wie die Seitenflächen oder eine davon verschiedene Größe. Der Begriff Würfel fasst vorliegend somit auch Quader mit ein.
Die drei Lichtquellen 111, 112, 113 sind dabei derart um die Seiten des Strahlüberlagerungswürfels 115 angeordnet, dass eine Strahlrichtung des durch die erste Lichtquelle 111 emittierten Lichts um 90 Grad in der Zeichnungsebene zu einer Strahlrichtung des durch die zweite Lichtquelle 112 emittierten Lichts versetzt ist und eine Strahlrichtung des durch die zweite Lichtquelle 112 emittierten Lichts um 90 Grad in der Zeichnungsebene zu einer Strahlrichtung des durch die dritte Lichtquelle 113 emittierten Lichts versetzt ist, die erste Lichtquelle 111 und die dritte Lichtquelle 113 sich also um 180 Grad in der Zeichnungsebene gegenüberstehen. Der Strahlüberlagerungswürfel 115 ist dabei derart angeordnet und ausgebildet, die drei Strahlrichtungen der drei Lichtquellen derart zu richten und zu überlagern, dass ein gemeinsamer Lichtstrahl in gegenüber der zweiten Lichtquelle 112, aus dem Strahlüberlagerungswürfel 115 emittiert wird.
Insbesondere kann die Vorrichtung 10 auch eine Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik umfassen, die in der folgenden 2 noch näher beschrieben wird.
Andere Ausführungsformen einer Überlagerungsoptik, wie beispielsweise einen Reflektor, der eine Vielzahl von reflektierenden Flächen aufweist oder zwei dichroitische Spiegel, die ebenfalls ausgebildet sind, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten, die jedoch nicht in den Figuren gezeigt sind, sind ebenso möglich.
Die Sendeeinheit 100 umfasst auch eine Umlenkoptik 120, die ausgebildet ist, das von den drei Lichtquellen 111, 112, 113 emittierte und durch die Überlagerungsoptik überlagerte Licht umzulenken und auf eine Sendeoptik 130 umzulenken. Die Sendeoptik ist dabei ausgebildet, das von den drei Lichtquellen 111, 112, 113 emittierte Licht auf einen Gegenstand zu richten. Der Gegenstand ist aus Gründen den Übersichtlichkeit nicht gezeigt und befindet sich dabei rechts von der Vorrichtung 10, außerhalb der Zeichenfläche.
Die Vorrichtung 10 umfasst auch eine Frontscheibe 250, durch die das von den drei Lichtquellen 111, 112, 113 emittierte Licht aus der Vorrichtung austritt, was durch den Strahlengang 1 gezeigt ist. Das emittierte Licht wird dann an dem Gegenstand remittiert, was durch den Strahlengang 2 gezeigt und tritt als remittiertes Licht durch die Frontscheibe 250 wieder in die Vorrichtung 10 ein.
Dort trifft das remittierte Licht auf eine Empfangsoptik 230 der Empfangseinheit 200, die das remittierte Licht auf ein erstes Empfangselement 210 einerseits und auf ein zweites Empfangselement 220 andererseits, das von dem ersten Empfangselement 210 beabstandet ist, richtet. Das erste Empfangselement 210 und das zweite Empfangselement 220 sind dabei ausgebildet, das auf sie gerichtete Licht zu empfangen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Die nicht abgebildete Auswerteeinheit ist dabei ausgebildet ist, das von dem ersten Empfangselement 210 empfangene Licht bzw. das davon gebildete elektrische Signal auszuwerten und einen Abstand des Gegenstands zu ermitteln. Die Auswerteeinheit ist auch ausgebildet, das von dem zweiten Empfangselement 220 empfangene Licht bzw. das davon gebildete elektrische Signal auszuwerten und eine Farbe des Gegenstands zu ermitteln.
Sowohl die Sendeeinheit 100 mit all ihren beschriebenen Komponenten als auch die Empfangseinheit 200 mit all ihren beschriebenen Komponenten sind dabei in einem einzelnen, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigten Gehäuse untergebracht, das als einzige optische Schnittstelle die Frontscheibe 250 aufweist. Die Auswerteeinheit kann entweder in dem Gehäuse oder außerhalb davon angeordnet sein. Insbesondere nutzt die Vorrichtung 10 zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands ein einzelnes Lichtelement 110 umfassend drei, insbesondere genau drei Lichtquellen, die sowohl zur Bestimmung einer Farbe als auch zur Bestimmung eines Abstands des Gegenstands verwendet werden.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 300, die zur Befestigung einer Überlagerungsoptik dient, insbesondere einer Überlagerungsoptik wie in 1 abgebildet. Dabei befindet sich die Vorrichtung 300 wie in 2 gezeigt in einem Teilschritt eines Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik, welches noch im Detail im Zusammenhang mit 10 beschrieben wird.
Wie in 2 zunächst gezeigt umfasst die Vorrichtung 300 zur Befestigung einer Überlagerungsoptik ein abschnittsweise flexibles Basiselement 310, umfassend einen ersten starren Abschnitt 311, einen zweiten starren Abschnitt 312, einen dritten starren Abschnitt 313 und einen vierten starren Abschnitt 314.
Am ersten starren Abschnitt 311 ist ein erstes Positionierungselement 320 angeordnet, am zweiten starren Abschnitt 312 ist ein zweites Positionierungselement 330 angeordnet und am dritten starren Abschnitt 313 ist ein drittes Positionierungselement 340 angeordnet.
Das erste Positionierungselement 320, das zweite Positionierungselement 330 und das dritte Positionierungselement 340 sind dabei im wesentlichen gleichförmig ausgebildet, wobei jedes der Positionierungselemente mehrere Halteelemente und mehrere Arretierungselemente aufweist, die im Folgenden beschrieben werden.
Das erste Positionierungselement 320 weist ein oberes Halteelement 321, ein unteres Halteelement 324 sowie vier seitliche Arretierungselemente 322, 323, 325 und 326 auf. Ebenso weist das zweite Positionierungselement 330 weist ein oberes Halteelement 331, ein unteres Halteelement 334 sowie vier seitliche Arretierungselemente 332, 333, 335 und 336 auf. Auch weist das weist dritte Positionierungselement 340 ein oberes Halteelement 341, ein unteres Halteelement 344 sowie vier seitliche Arretierungselemente 342, 343, 345 und 346 auf. Dabei sind jeweils die zwei linken seitlichen Arretierungselemente 322 und 323, 332 und 333 sowie 342 und 343 nach außen versetzt zu den jeweils korrespondierenden zwei rechten seitlichen Arretierungselementen 325 und 326, 335 und 336 sowie 345 und 346 angeordnet.
Dabei sind die die Arretierungselemente derart angeordnet, dass sie mit dazu korrespondierenden Nuten in dem jeweils benachbarten Positionierungselement eingreifen können und so die Positionierungselemente aneinander befestigen können.
Zentral in jedem der drei Positionierungselemente 320, 330, 340 ist eine Lichtquelle angeordnet, wobei nur die erste Lichtquelle 111 in dem ersten Positionierungselement 320 mit einem Bezugszeichen versehen ist. Jede der drei Lichtquellen ist dabei mit einer Blende versehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nicht gezeigt ist.
Dabei sind das erste Positionierungselement 320, das zweite Positionierungselement 330 und das dritte Positionierungselement 340 im SMD-Prozess auf dem abschnittsweise flexiblen Basiselement 310 befestigt.
Zwischen dem ersten starren Abschnitt 311 und dem zweiten starren Abschnitt 312 ist ein erster flexibler Abschnitt angeordnet und zwischen dem zweiten starren Abschnitt 312 und dem dritten starren Abschnitt 313 ist ein zweiter flexibler Abschnitt angeordnet, wobei die starren Abschnitte 315 und 316 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit einem Bezugszeichen versehen sind. Das Basiselement 310 kann auch weitere flexible Abschnitte aufweisen, die hier nicht im Detail mit Bezugszeichen versehen sind.
Der vierte starre Abschnitt 314 weist darüber hinaus Befestigungs- und/oder Anschlusselemente zum Befestigen und/oder Anschließen der Vorrichtung 300 an einem Gehäuse einer Vorrichtung 10 zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands, wie in 1 gezeigt, auf, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit Bezugszeichen versehen sind.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 300 zur Befestigung einer Überlagerungsoptik wie in 2 gezeigt. Dabei befindet sich die Vorrichtung 300 wie in 3 gezeigt in einem weiteren Teilschritt eines Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik, welches noch im Detail im Zusammenhang mit 10 beschrieben wird.
Wie in 3 ersichtlich wurde eine Überlagerungsoptik in Form eines Strahlüberlagerungswürfels 115, wie bereits in 1 beschrieben, bereitgestellt. Wie ebenfalls in 3 ersichtlich weist der Strahlüberlagerungswürfel 115 eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf und ist aus vier Prismen zusammengesetzt.
Um den Strahlüberlagerungswürfel 115 herum wurden in diesem in dieser 3 gezeigten Verfahrensschritt die drei starren Abschnitte 311, 312, 313 mit den daran angeordneten Positionierungselementen 320, 330, 340 mithilfe der flexiblen Abschnitte 315 und 316 derart um den Strahlüberlagerungswürfel 115 angeordnet, dass sie diesen an drei der vier Seitenflächen kontaktieren. Insbesondere krümmen sich die flexiblen Abschnitte 315 und 316 derart, dass sie einen Viertelkreis ausbilden.
Wie in dieser 3 ebenfalls ersichtlich liegen die oberen Halteelemente 321, 331 und 341 an dem Strahlüberlagerungswürfel 115 an. Ebenso liegen die unteren Halteelemente, die in dieser 3 aus perspektivischen Gründen nicht sichtbar sind, an dem Strahlüberlagerungswürfel 115 an und fixieren diesen somit an fünf von sechs Flächen.
4 zeigt eine Draufsicht der in 3 gezeigten Vorrichtung 300 im Querschnitt. Hier ist insbesondere noch einmal die viertelkreisförmige Form der flexiblen Abschnitte 315 und 316 ersichtlich.
Ebenso ist in 4 ersichtlich, dass der Strahlüberlagerungswürfel 115 an drei der vier Seitenflächen von den jeweiligen Positionierungselementen kontaktiert und somit in Position gehalten wird.
Auch sind in 4 die erste Lichtquelle 111, die zweite Lichtquelle 112 und die dritte Lichtquelle 113 ersichtlich, die die drei der vier Seitenflächen mithilfe einer Blende beleuchten können.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 300 zur Befestigung einer Überlagerungsoptikwie in 2 und 4 gezeigt. Dabei befindet sich die Vorrichtung 300 wie in 5 gezeigt in einem weiteren Teilschritt eines Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik, welches noch im Detail im Zusammenhang mit 10 beschrieben wird.
Wie in 5 ersichtlich wurde ein viertes Positionierungselement 350 bereitgestellt, das im Wesentlichen den anderen drei Positionierungselementen gleicht. Abweichend von den anderen drei Positionierungselementen ist jedoch im vierten Positionierungselement 350 keine Lichtquelle vorgesehen, sondern lediglich eine Blende, die eine Form und Größe, beispielsweise einen Durchmesser, des durch den Strahlüberlagerungswürfel 115 emittierten, gemeinsamen Lichtstrahls definiert.
Ebenso ist in 5 ersichtlich, dass ein oberes Halteelement 351 des vierten Positionierungselements 350 den Strahlüberlagerungswürfel 115 an der Oberseite kontaktiert und so befestigt. Ebenso kontaktiert ein unteres, nicht gezeigtes Halteelement den Strahlüberlagerungswürfel 115 an der Unterseite. Auch greifen weitere vier Arretierungselemente des vierten Positionierungselements 350, die aus perspektivischen Gründen nicht gezeigt sind, mit ebenfalls nicht gezeigten korrespondierenden Nuten in dem benachbarten ersten Positionierungselement 320 und dem ebenfalls benachbarten dritten Positionierungselement 340 ein und befestigen so den Strahlüberlagerungswürfel 115 von allen sechs Seiten.
6 zeigt eine Draufsicht der in 5 gezeigten Vorrichtung 300.
In dieser 6 ist noch einmal ersichtlich, dass das vierte Positionierungselement 350 keine Lichtquelle, sondern lediglich eine Blende aufweist.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 300 zur Befestigung einer Überlagerungsoptik wie in 2, 4 und 6 gezeigt. Dabei befindet sich die Vorrichtung 300 wie in 7 gezeigt in einem weiteren Teilschritt eines Verfahrens zur Befestigung einer Überlagerungsoptik, welches noch im Detail im Zusammenhang mit 10 beschrieben wird.
Dabei ist die Vorrichtung 300 in eine Befestigungsmanschette 400 eingeführt. Die Befestigungsmanschette 400 umfasst eine obere Oberfläche 410, eine untere Oberfläche 450 sowie drei Seitenflächen 420, 430 und 440. Eine vierte Seitenfläche ist nicht vorgesehen. So kann die Vorrichtung besonders einfach in die Befestigungsmanschette 400 eingeführt werden.
Die linke und rechte Seitenfläche 420 und 440 umfassen dabei ein Befestigungselement, von denen nur das der linken Seitenfläche mit einem Bezugszeichen 422 versehen ist. Die obere Oberfläche 410 und die untere Oberfläche 450 umfassen jeweils auch Befestigungselemente 411 und 451. Diese Befestigungselemente dienen dazu, die Vorrichtung 300 in einem Gehäuse zu befestigen.
8 zeigt eine Draufsicht der in 7 gezeigten Vorrichtung 300.
Dabei ist insbesondere auch das Befestigungselement 442 der rechten Seitenfläche ersichtlich.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands.
Das Verfahren 1000 umfasst dabei in einem ersten Schritt 1010 ein Emittieren von Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich. Dieser Schritt kann insbesondere durch das in 1 gezeigte Lichtelement 110 bzw. die erste, zweite und dritte Lichtquelle 111, 112 und 113 erfolgen.
In einem weiteren Schritt 1020 umfasst das Verfahren 1000 ein Richten des emittierten Lichts auf einen Gegenstand. Dies kann insbesondere mithilfe der in 1 gezeigten Sendeoptik 130 erfolgen.
In einem weiteren Schritt 1030 umfasst das Verfahren 1000 ein Empfangen von Licht, das von dem Gegenstand remittiert wird.
In einem weiteren Schritt 1040 umfasst das Verfahren 1000 ein Richten des remittierten Lichts auf ein erstes Empfangselement und ein zweites Empfangselement. Dabei kann es sich insbesondere um ein erstes Empfangselement 210 und ein zweites Empfangselement 220, wie in 1 gezeigt handeln. Dies kann insbesondere mithilfe der in 1 gezeigten Empfangsoptik 230 erfolgen.
In einem weiteren Schritt 1050 umfasst das Verfahren 1000 ein Auswerten des von dem ersten Empfangselement empfangenen Lichts um einen Abstand des Gegenstands zu ermitteln.
In einem weiteren Schritt 1060 umfasst das Verfahren 1000 ein Auswerten des von dem zweiten Empfangselement empfangenen Lichts um eine Farbe des Gegenstands zu ermitteln.
Die beschriebenen Verfahrensschritte, insbesondere die Schritte 1050 und 1060, können dabei gleichzeitig ausgeführt werden.
In einem weiteren Schritt, der nicht in 9 gezeigt ist, und der insbesondere vor dem ersten Schritt 1010 erfolgen kann, wird eine Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands, insbesondere wie im Zusammenhang mit den 1 bis 8 beschrieben, bereitgestellt und/oder mit ihr das Verfahren 1000 durchgeführt.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1300 zur Befestigung einer Überlagerungsoptik, insbesondere einer Überlagerungsoptik wie im Zusammenhang mit den 1 bis 8 beschrieben.
In einem ersten Schritt 1310 wird eine Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik bereitgestellt, umfassend ein abschnittsweise flexibles Basiselement und ein erstes, zweites und drittes daran angeordnetes Positionierungselement, insbesondere eine Vorrichtung zur Befestigung einer Überlagerungsoptik wie in 2 gezeigt.
In einem folgenden Schritt 1320 wird das abschnittsweise flexible Basiselement verbogen und das erste Positionierungselement mit dem zweiten Positionierungselement in Eingriff gebracht sowie das zweite Positionierungselement mit dem dritten Positionierungselement in Eingriff gebracht.
In einem weiteren Schritt 1330 wird eine Überlagerungsoptik bereitgestellt.
In einem weiteren Schritt 1340 wird die Überlagerungsoptik innerhalb eines Hohlraums, der durch den Eingriff des ersten, zweiten und dritten Positionierungselement entstanden ist, angeordnet, insbesondere wie in 3 und 4 gezeigt.
In einem weiteren Schritt 1350 wird ein viertes Positionierungselement bereitgestellt.
In einem darauffolgenden Schritt 1360 wird das vierte Positionierungselement mit dem ersten und dem dritten Positionierungselement in Eingriff gebracht und so die Überlagerungsoptik befestigt, insbesondere wie in 5 und 6 gezeigt.
In einem weiteren Schritt 1370 wird eine Befestigungsmanschette bereitgestellt.
In einem darauffolgenden Schritt 1380 wird die Befestigungsmanschette an dem abschnittsweise flexiblen Basiselement befestigt, wie in 7 und 8 gezeigt.
In einem optionalen, nicht gezeigten Schritt kann die Befestigungsmanschette an einem Gehäuse, insbesondere an einem Gehäuse einer Vorrichtung zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands, wie in 1 gezeigt, befestigt werden.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
100: Sendeeinheit
110: Lichtelement
111: erste Lichtquelle
112: zweite Lichtquelle
113: dritte Lichtquelle
115: Strahlüberlagerungswürfel
120: Umlenkoptik
130: Sendeoptik
200: Empfangseinheit
210: erstes Empfangselement
220: zweites Empfangselement
230: Empfangsoptik
250: Frontscheibe
300: Vorrichtung
310: Basiselement
311: erster starrer Abschnitt
312: zweiter starrer Abschnitt
313: dritter starrer Abschnitt
314: vierter starrer Abschnitt
315: erster flexibler Abschnitt
316: zweiter flexibler Abschnitt
320: erstes Positionierungselement
321: oberes Halteelement
322: Arretierungselement
323: Arretierungselement
324: unteres Halteelement
325: Arretierungselement
326: Arretierungselement
330: zweites Positionierungselement
331: oberes Halteelement
332: Arretierungselement
333: Arretierungselement
334: unteres Halteelement
335: Arretierungselement
336: Arretierungselement
340: drittes Positionierungselement
341: oberes Halteelement
342: Arretierungselement
343: Arretierungselement
344: unteres Halteelement
345: Arretierungselement
346: Arretierungselement
350: viertes Positionierungselement
351: oberes Halteelement
400: Befestigungsmanschette
410: obere Oberfläche
411: Befestigungselement
420: Seitenfläche
422: Befestigungselement
430: Seitenfläche
440: Seitenfläche
442: Befestigungselement
450: untere Oberfläche
451: Befestigungselement
1000: Verfahren
1010: Verfahrensschritt
1020: Verfahrensschritt
1030: Verfahrensschritt
1040: Verfahrensschritt
1050: Verfahrensschritt
1060: Verfahrensschritt
1300: Verfahrensschritt
1310: Verfahrensschritt
1320: Verfahrensschritt
1330: Verfahrensschritt
1340: Verfahrensschritt
1350: Verfahrensschritt
1360: Verfahrensschritt
1370: Verfahrensschritt
1380: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3770567 B1 [0015]

Claims

Vorrichtung (10) zur gemeinsamen Erfassung einer Farbe und eines Abstands eines Gegenstands, umfassend: - eine Sendeeinheit (100), umfassend: - ein Lichtelement (110), das ausgebildet ist, Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich zu emittieren; und - eine Sendeoptik (130), die ausgebildet ist, das emittierte Licht auf einen Gegenstand zu richten; - eine Empfangseinheit (200), umfassend - ein erstes Empfangselement (210); - ein zweites Empfangselement (220), das von dem ersten Empfangselement (210) beabstandet angeordnet ist, und - eine Empfangsoptik (230); - wobei die Empfangsoptik ausgebildet ist, von dem Gegenstand remittiertes Licht zu empfangen und auf das erste Empfangselement (220) und das zweite Empfangselement (230) zu richten; und - eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, von dem ersten Empfangselement (210) empfangenes Licht auszuwerten und einen Abstand des Gegenstands zu ermitteln und von dem zweiten Empfangselement (220) empfangenes Licht auszuwerten und eine Farbe des Gegenstands zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Lichtelement (110) eine erste Lichtquelle (111), eine zweite Lichtquelle (112) und eine dritte Lichtquelle (113) aufweist, die voneinander beabstandet sind und die ausgebildet sind, Licht in drei verschiedenen vordefinierten Wellenbereichen zu emittieren, wobei die Sendeeinheit (100) weiter eine Überlagerungsoptik aufweist, die ausgebildet ist, das von den drei Lichtquellen (111, 112, 113) emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Überlagerungsoptik einen Reflektor umfasst, der eine Vielzahl von reflektierenden Flächen aufweist, die angeordnet und ausgebildet sind, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Überlagerungsoptik einen Spiegel und zwei dichroitische Spiegel, die angeordnet und ausgebildet sind, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Überlagerungsoptik ein erstes Prisma, ein zweites Prisma, ein drittes Prisma und ein viertes Prisma umfasst, die derart aneinander angeordnet sind, dass sie gemeinsam eine Quaderform aufweisen, wobei Kontaktflächen zwischen den Prismen dichroitisch beschichtet und angeordnet und ausgebildet sind, das von den drei Lichtquellen emittierte Licht zu überlagern und auf eine gemeinsame Strahlachse zu richten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, weiter umfassend ein abschnittsweise flexibles Basiselement (310), an dem die erste Lichtquelle (111), die zweite Lichtquelle (112) und die dritte Lichtquelle (113) angeordnet sind, wobei das Basiselement (310) derart um die Überlagerungsoptik herum angeordnet ist, dass je eine Lichtquelle an einer von drei benachbarten Seitenflächen der Überlagerungsoptik angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Basiselement (310) ein erstes Positionierungselement (320), ein zweites Positionierungselement (330) und ein drittes Positionierungselement (340) aufweist, die die erste Lichtquelle (111), die zweite Lichtquelle (112) und die dritte Lichtquelle (113) in einem vordefinierten Abstand zu den drei benachbarten Seitenflächen der Überlagerungsoptik befestigen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Basiselement (310) weiter ein viertes Positionierungselement (350) aufweist, und wobei das erste Positionierungselement (320), das zweite Positionierungselement (330), das dritte Positionierungselement (340) und das vierte Positionierungselement (350) die Überlagerungsoptik an vier benachbarten Seitenflächen befestigen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das vierte Positionierungselement (350) eine Blende aufweist, die ausgebildet ist, das von der Überlagerungsoptik überlagerte Licht räumlich zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das vierte Positionierungselement (350) die Blende in einem vordefinierten Abstand zu der vierten Seitenfläche befestigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das erste Positionierungselement (320), das zweite Positionierungselement (330) und das dritte Positionierungselement jeweils ein oberes und ein unteres Halteelement (321, 324; 331, 334; 341, 344) aufweisen, die ausgebildet sind die Überlagerungsoptik an einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche zu befestigen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (300) ausgebildet ist, basierend auf dem ermittelten Abstand des Gegenstands die ermittelte Farbe zu korrigieren.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Empfangsoptik (230) einstückig ausgebildet ist.