DE3327445A1

DE3327445A1 - Method and device for detecting an object

Info

Publication number: DE3327445A1
Application number: DE19833327445
Authority: DE
Inventors: Ewald Dipl.-Ing. Göbel (FH), 7500 Karlsruhe; Ludwig Dr.-Ing. Pietzsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Dr-Ing Ludwig Pietzsch & Co 7505 Ettlingen GmbH
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1985-02-07

Abstract

A method for detecting an object, such as a workpiece, by imaging the object by means of photodiodes or the like, which are arranged in rows, and comparing the electrical image signals thus produced with stored reference signals is characterised in that in the event of a change in the signal status of at least one photodiode the image signals of all the photodiodes are compared with the associated, stored reference signals. By contrast with known methods, in which the output signals of the photodiodes are retrieved in a prescribed time cycle and further processed, it is possible with the method according to the invention to avoid the accumulation of redundant data and to carry out a rapid and accurate detection of objects.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines ObjektesMethod and device for recognizing an object

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Objektes, wie eines Werkstückes, durch Abbilden des Objektes mittels zeilenförmig angeordneter Fotodioden oder dgl. und Vergleichen der so erstellten elektrischen Bildsignale mit gespeicherten Referenzsignalen.The invention relates to a method and a device for recognition of an object, such as a workpiece, by mapping the object using lines arranged photodiodes or the like. And comparing the electrical generated in this way Image signals with stored reference signals.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen in Zeilenform angeordnete optoelektronische Sensoren, wie Fotodioden, getaktet betätigt werden und also jeweils im Takt ein zweidimensionales Abbild beispielsweise in Form von digitalen Signalen unterschiedlicher Größe eines relativ zu der Sensorzeile bewegten Objektes erzeugen. Da jeder Sensor der Zeile bei jedem Takt ein Signal abgibt, entsteht eine große Datenmenge.There are known methods and devices of this type in which Optoelectronic sensors, such as photodiodes, arranged in a row, actuated in a clocked manner and thus a two-dimensional image, for example in form, every time of digital signals of different sizes one relative to the sensor line generated moving object. Since every sensor in the line sends a signal with every cycle emits a large amount of data.

Viele Daten der Datenmenge sind dann überflüssig, wenn der Objektabschnitt, der sich beim getakteten Aktivieren der Sensoren gerade unter diesem befindet, keine Änderung, beispielsweisekeine Änderung der Profilierung des Objektes, gegenüber dem beim vorigen Takt erfaßten Objektabschnitt aufweist.Much of the data in the amount of data is superfluous if the object section, which is just below this when the sensors are activated, none Change, for example no change in the profile of the object, compared to the object section detected in the previous cycle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, mit denen Objekte schnell und genau erkannt werden, ohne daß redundante Daten angehäuft werden.The invention is based on the object of a method and a device of the type mentioned to create with which objects quickly and accurately can be recognized without accumulating redundant data.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daB bei Änderung des Signal zustandes wenigstens einer Fotodiode die Bildsignale sämtlicher Fotodioden mit den zugehörigen gespeicherten Referenzsignalen verglichen werden.To solve this problem, the method mentioned at the beginning is used in a method Kind provided that when the signal state changes at least one photodiode the image signals of all photodiodes with the associated stored reference signals be compared.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ausgangsspannung jeder Fotodiode mittels einer Verstärkerschaltung verstärkt und in einer Komparatorschaltung mit einer Referenzspannung verglichen wird, wodurch ein für den Momentanzustand der Fotodiode repräsentatives binäres Ausgangssignal geformt wird, welches einer elektronischen Auswerteinheit parallel mit entsprechenden Ausgangssignalen sämtlicher weiterer Fotodioden zugeführt wird.An apparatus for performing the method according to the invention is characterized in that the output voltage of each photodiode by means of a Amplifier circuit amplified and in a comparator circuit with a reference voltage is compared, whereby a representative of the instantaneous state of the photodiode binary output signal is formed, which is an electronic evaluation unit fed in parallel with corresponding output signals from all further photodiodes will.

Bei der Erfindung aktivieren die in einer Zeile angeordneten Fotodioden die Schaltungselemente der Vorrichtung nur dann, wenn mindestens eine der Fotodioden ihren Signalzustand signifikant ändert. Dann allerdings liefern sämtliche Fotodioden ein Ausgangs signal zu der elektrischen Schaltung der Vorrichtung, welche die Ausgangssignale der Fotodioden verstärkt und in jeweils binäre Signale umwandelt. Diese binären Signale bilden sukzessive in einem Speicher der elektronischen Auswertvorrichtung ein für die Istlage des Objektes repräsentatives "Rasterbild". Dieses elektronisbhe Rasterbild wird mit einem gespeicherten elektronischen Referenzbild verglichen.In the invention, the photodiodes arranged in a row activate the circuit elements of the device only if at least one of the photodiodes their signal state changes significantly. Then, however, all photodiodes deliver an output signal to the electrical circuit of the device, which the output signals the photodiodes are amplified and converted into binary signals. This binary Signals form successively in a memory of the electronic evaluation device a "raster image" representative of the actual position of the object. This electronic The raster image is compared with a stored electronic reference image.

Bei Gleichheit kann ein Erkennungssignal ausgelöst werden, welches die Weiterförderung und/oder Weiterverarbeitung des Objekts, wie eines Werkstückes, veranlaßt. Bei Nichtgleichheit des Rasterbildes mit dem Referenzbild kann ein Abweissignal oder dgl. dafür sorgen, daß das Objekt ausgeschieden oder zurückgeführt wird.If they are equal, a detection signal can be triggered, which the further conveyance and / or further processing of the object, such as a workpiece, caused. If the raster image is not the same as the reference image, a reject signal or the like. Ensure that the object is eliminated or returned.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind in Unteransprüchen giennzeichnet.Advantageous embodiments of the device according to the invention are in subclaims.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei ein Abdeckteil weggelassen ist; Fig. 2 eine bevorzugte Schaltung der in der Vorrichtung nach Fig. 1 vorgesehenen elektronischen Bauteile.The invention is described below with reference to schematic drawings an exemplary embodiment explained in more detail with further details. Show it: Fig. 1 is a schematic view of a device according to the invention, wherein a Cover part is omitted; Fig. 2 shows a preferred circuit in the device according to Fig. 1 provided electronic components.

Eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt ein Objektiv 1, welches über einen Tubus 2 an ein Gehäuse 3 angeschlossen ist. In dem Gehäuse 3 sind ein Aufnahmeteil 4, ein Verstärkerteil 5 und ein Komparatorteil 6 in Form von Platinen vorgesehen. Das Aufnahmeteil 4 trägt eine Fotodiodenzeile 41 mit einer Anordnung von beispielsweise 50 Fotodioden 42 in einer Zeile. Aus dem Gehäuse 3 führt ein Anschlußkabel 7 zu einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteinheit.A device according to FIG. 1 comprises an objective 1, which over a tube 2 is connected to a housing 3. In the housing 3 are a receiving part 4, an amplifier part 5 and a comparator part 6 are provided in the form of circuit boards. The receiving part 4 carries a photodiode line 41 with an arrangement of, for example 50 photodiodes 42 in a row. A connection cable 7 leads from the housing 3 an electronic evaluation unit, not shown.

In Fig. 2 sind die den Auswertteil, den Verstärkerteil und den Komparatorteil repräsentierenden Platinen in Form von gestrichelten Rechtecken gezeichnet und mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Auf den Platinen sind die in Fig. 2 gezeigten und im folgenden beschriebenen elektronischen Bauteile angeordnet.In Fig. 2 they are the evaluation part, the amplifier part and the comparator part representing circuit boards drawn in the form of dashed rectangles and with the same reference numerals as in FIG. 1 are provided. The circuit boards shown in Fig. 2 and described below are arranged electronic components.

Weitere elektronische Bauteile sind in Fig. 2 in einem weiteren gestrichelten Rechteck 8 dargestellt. Das Aufnahmeteil 4 trägt die in einer Zeile angeordneten Fotodioden 42, von denen nur eine gezeigt ist. Die Fotodioden 42 liefern einen lichtzabhängigen Ausgangsstrom.Further electronic components are shown in FIG. 2 in a further dashed line Rectangle 8 shown. The receiving part 4 carries the arranged in a row Photodiodes 42, only one of which is shown. The photodiodes 42 provide a light dependent Output current.

Dieser wird durch einen Operationsverstärker 51 verstärkt. Der positive Anschluß des Operationsverstärkers 51 ist über einen Widerstand 52 an Masse gelegt. Am negativen Anschluß des Operationsverstärkers 51 liegt außer der Anode der Fotodiode 42 ein als R-C-Glied gestalteter Rückkoppelungszweig mit einem Rückkoppelwiderstand 53 und einem Rückkoppelkondensator 54. Der Rückkoppelwiderstand 52 bestimmt den Verstärkungsfaktor, während der parallelgeschaltete Mickkoppelkondens ator 54 ein hochfrequentes Schwingen des Systems verhindert. Das Ausgangssignal 55 des Verstärkers 51 wird über einen Ausgangswiderstand 56 zum positiven Anschluß eines als Komparator beschalteten Operationsverstärkers 61 geleitet. An diesem positiven Anschluß liegt außerdem ein Mitkoppelwiderstand 62. Das Verhältnis des Mitkoppelwiderstandes 62 zum Ausgangswiderstand 55 bildet die Hystereseeigenschaft des Komparators. Die Hysterese sorgt dafür, daß ein Schwingen vermieden wird, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers 51 in Höhe der Referenzspannung liegt, welche dem negativen Anschluß desOperationsverstärkers über einen Widerstand 63 von dem Referenzspannungsteil 8 her zugeführt wird. Das Referenzspannungsteil 8 weist einen Widerstand 81 auf, der in Verbindung mit einer Z-Diode 82 am Punkt A eine von der Versorgungsspannung von -15 V unabhängige Spannung liefert. Ein Tantalkondensator 83 glättet diese Spannung. Über ein Potentiometer 84 wird eine Referenzspannung abgegriffen und in den positiven Eingang eines Operationsverstärkers 85 gelegt. Er sorgt dafür, daß die dem Widerstand 63 zugeführte Referenzspannung 86 auch bei veränderlicher Last konstant bleibt.This is amplified by an operational amplifier 51. The positive one The connection of the operational amplifier 51 is connected to ground via a resistor 52. At the negative terminal of the operational amplifier 51 is besides the Anode of the photodiode 42 is a feedback branch designed as an R-C element with a Feedback resistor 53 and a feedback capacitor 54. The feedback resistor 52 determines the gain factor during the parallel-connected Mick coupling condenser ator 54 prevents the system from oscillating at high frequencies. The output signal 55 of the amplifier 51 becomes the positive connection via an output resistor 56 an operational amplifier 61 connected as a comparator. On this positive A positive feedback resistor 62 is also connected. The ratio of the positive feedback resistor 62 to the output resistor 55 forms the hysteresis property of the comparator. the Hysteresis ensures that oscillation is avoided when the output voltage of the amplifier 51 is at the level of the reference voltage, which is the negative terminal of the operational amplifier via a resistor 63 from the reference voltage part 8 is fed forth. The reference voltage part 8 has a resistor 81, which in connection with a Zener diode 82 at point A is one of the supply voltage supplies a voltage independent of -15 V. A tantalum capacitor 83 smooths this voltage. A reference voltage is tapped off via a potentiometer 84 and converted to the positive Input of an operational amplifier 85 placed. He makes sure that the resistance 63 supplied reference voltage 86 remains constant even when the load changes.

Mit dem Komparatorausgang des Operationsverstärkers 61 ist ein an +5 V liegender Widerstand 64 verbunden, welcher das Komparatorausgangssignal 65 an TTL-Pegel anpaßt. Im Aufnahmeteil 4, im Verstärkerteil 5 und im Komparatorteil 6 sind jeweils in Diagrammendie Verläufe 49, 59, 69 der Spannung über der Zeit dargestellt. Dabei bezeichnet die Kurve 49 den Verlauf der Ausgangsspannung der Fotodiode 42, und die Kurve 49 den Verlauf der Ausgangsspannung des Verstärkers 51 und die Kurve 69 den Verlauf der Ausgangs spannung des Verstärkers 61.With the comparator output of the operational amplifier 61 is on +5 V lying resistor 64 connected, which the comparator output signal 65 adapts to TTL level. In the receiving part 4, in the amplifier part 5 and in the comparator part 6 the curves 49, 59, 69 of the voltage over time are each shown in diagrams. The curve 49 denotes the course the output voltage of the Photodiode 42, and curve 49 the course of the output voltage of the amplifier 51 and curve 69 shows the course of the output voltage of amplifier 61.

Wie der Verlauf 69 zeigt, liefert der Komparatorteil 6 binäre Ausgangssignale.As the curve 69 shows, the comparator part 6 supplies binary output signals.

Jeder der n Fotodioden 42 sind Verstärkungs- und Komparatorschaltungen nachgeschaltet, wie sie beispielhaft nur für eine Fotodiode 42 in Fig. 2 gezeigt sind.Each of the n photodiodes 42 are amplification and comparator circuits downstream, as shown by way of example only for one photodiode 42 in FIG are.

Die binären Ausgangssignale aller n Komparatorteile 6 werden parallel über ein Eingabeinterface 9 einer nachgeschalteten elektronischen Auswerteinheit 10 über einen Systembus 11 zugeführt. Die Gesamtheit der Signalfolgen repräsentiert die Geometrie des Objektes, das zur zeilenweisen Aufnahme relativ zu dem Objektiv 1 der Vorrichtung bewegt wird.The binary output signals of all n comparator parts 6 become parallel via an input interface 9 of a downstream electronic evaluation unit 10 supplied via a system bus 11. The totality of the signal sequences is represented the geometry of the object that is used for line-by-line recording relative to the lens 1 of the device is moved.

Die binären Ausgangssignale werden sukzessive in einen nicht gezeigten Musterspeicher eingelesen und dort z. B. spaltenweise zum Aufbau objekttypischer Binärmuster abgelegt. Erfindungsgemäß werden sämtliche n Signalzustände immer zu denjenigen Zeitpunkten eingelesen, an denen sich wenigstens ein Signalzustand einer einzigen Fotodiode 42 geändert hat.The binary output signals are successively converted into a not shown Read in the sample memory and B. in columns to build up more typical objects Binary pattern filed. According to the invention, all n signal states are always closed read in those times at which there is at least one signal state of a single photodiode 42 has changed.

Durch parallele Verarbeitung sämtlicher Signale und Reduzierung der Meßdaten auf solche, die sich signifikant von vorhergehenden Meßdaten unterscheiden, wird die Anhäufung von redundanten Daten vermieden.By processing all signals in parallel and reducing the Measurement data to those that differ significantly from previous measurement data, the accumulation of redundant data is avoided.

Dies ermöglicht eine schnelle und genaue Erkennung der zu erfassenden Objekte.This enables a quick and precise identification of those to be recorded Objects.

Claims

Method and device for recognizing an object Claims method for recognizing an object, such as a workpiece, by mapping the object by means of linearly arranged photodiodes or the like and comparing the generated electrical image signals with stored reference signals, thereby gek e n n z e i c h ne t that when the signal state changes at least one photodiode Image signals from all photodiodes with the associated stored reference signals be compared.

2. Device for recognizing an object, such as a workpiece, by imaging the object by means of linearly arranged photodiodes or the like. and comparing the electrical image signals generated in this way with stored reference signals, in that the output voltage of each photodiode (42) amplified by means of an amplifier circuit (5) and in a comparator circuit (6) with a reference voltage (86) is compared, whereby a Binary output signal representative of the instantaneous state of the photodiode (65) is formed, which an electronic evaluation unit (10) parallel with corresponding Output signals of all other photodiodes supplied and stored there with a Reference signal is compared as soon as the signal state of one of the photodiodes (42) changed.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the comparator circuit (6) comprises an operational amplifier (61) whose one input is fed by a reference voltage (86) and the other input the amplified output voltage (55) is fed to the photodiode (42).

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that a positive feedback resistor (62) between the other input and the output (65) of the operational amplifier (61) is switched.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the output (65) of the operational amplifier (61) via a resistor (64) with a reference voltage source and with an input interface (9) of the electronic evaluation unit (10) is connected.

6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the amplifier circuit (5) is an operational amplifier (51) has one input connected to the photodiode (42) and the other Input is connected to ground via a resistor (52), and that one input and the output of the operational amplifier bridged by an RC element (53,54) are.