DE4227052C1 - Non-contact capacitive sensor for scanning of labels on carrier - processes frequency-modulated signal by demodulator with post-controlled carrier reference frequency, amplifier, low=pass filter, and voltage-controlled filter which outputs both to trigger, and to peak detector in feedback circuit - Google Patents

Non-contact capacitive sensor for scanning of labels on carrier - processes frequency-modulated signal by demodulator with post-controlled carrier reference frequency, amplifier, low=pass filter, and voltage-controlled filter which outputs both to trigger, and to peak detector in feedback circuit

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Abstract

A frequency modulated signal from an oscillator (12) is led to an electronic signal processing circuit (3), across a sensor connection line (2). This circuit consists of a demodulator (31), a voltage controlled amplifier (32), a low-pass filter (33), a voltage-controlled filter (34), and a peak value rectifier (35). A sample-and-hold circuit (36) receives the output from the peak rectifier and outputs to storage. A voltage controlled trigger (37) with a voltage controlled threshold value adjustment is also coupled to the voltage-controlled filter (34) for converting the analog signal at the filter output to a binary signal, indicating the presence of a label. The sensor system can be matched to different types of labels, by the post-control of the carrier reference frequency in the demodulator (31) and the change-over of the sample-and-hold circuit (36) from a working mode to a learning mode. USE/ADVANTAGE - Esp. suitable for monitoring of greatly-varying labels mfd. on carrier strip. Correct placing is achieved with differing material pairs and label geometry. Monitoring can be carried out at high speed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur berührungsfreien Abtastung von Etiketten, die auf einem Trägermaterial mit gegenseitigem Abstand angeord­ net sind und an einem kapazitiven Sensor vorbei bewegt werden.The invention relates to a sensor system for non-contact scanning of labels that are on a carrier material arranged at a mutual distance net and are moved past a capacitive sensor.

Die berührungsfreie Abtastung von Etiketten ist bei­ spielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 38 08 744 A1 bekannt, bei der mit verschiedenen Lichtschranken die Anwesenheit und richtige Lage eines Etikettes auf einem Träger beobachtet wird. Die Anwendung optischer Verfah­ ren ist aber an bestimmte optische Eigenschaften der Etiketten gebunden. Insbesondere die Druckereien von Etiketten müssen aber ein optisch sehr verschiedenarti­ ges Sortiment verarbeiten, wobei selbst durchsichtige Etiketten zu erkennen sein müssen. Eine mechanische Abtastung des Höhenprofils von Etiketten ist in der Offenlegungsschrift DE 33 42 614 A1 gelöst worden. Die mechanische Abtastung hat aber die Nachteile der mechanischen Berührung des Etiketts und einer geringen Arbeitsgeschwin­ digkeit.The non-contact scanning of labels is at for example from the published patent application DE 38 08 744 A1 known in which with different light barriers Presence and correct position of a label on one Carrier is observed. The application of optical processes However, certain optical properties of the Tied labels. Especially the print shops of But labels have to be very different in appearance Process assortment, whereby even transparent Labels must be recognizable. A mechanical scan of the height profile of labels is in the published patent application DE 33 42 614 A1 been solved. The mechanical scanning has but the disadvantages of the mechanical touch of the Labels and a low working speed efficiency.

Kapazitive Sensoren, die sich zur Abtastung eines Höhenprofils eignen, sind unter anderem in den Of­ fenlegungsschriften DE 37 32 756 A1, DE 40 40 084 A1, DE 41 16 450 A1, DE 36 16 390 A1, DE 39 42 159 A1, DE 34 33 148 A1 und DE 37 32 756 A1 einschließlich der Auswerteelektronik dargestellt. Diese Anordnungen sind aber im wesentlichen für die Messung des Höhenprofils ausgelegt. Die Materialviel­ falt und die unterschiedlichen Etikettengeometrie lassen mit diesen Verfahren eine Abtastung beliebiger Etiketten und deren Erkennung ohne einen jeweiligen Nachabgleich der Anord­ nung nicht zu.Capacitive sensors that are used for sensing of a height profile are among others in the Of DE 37 32 756 A1, DE 40 40 084 A1, DE 41 16 450 A1, DE 36 16 390 A1, DE 39 42 159 A1, DE 34 33 148 A1 and DE 37 32 756 A1 including the evaluation electronics shown. However, these orders are essentially for the  Measurement of the height profile designed. The material a lot fold and the different label geometry leave a sampling arbitrary with these methods Labels and their recognition without a respective adjustment of the arrangement not too.

Aufgabe der Erfindung ist ein Sensorsystem, mit welchem vorzugsweise Etiketten auf einem bewegten Trägermaterial und mit unterschiedlichsten Materialkombinationen und Etikettengeometrien selbst bei hohen Geschwindigkeiten erkannt werden und ohne einen wesentlichen Bedienungs- oder Abgleichaufwand durch ein adaptives Verhalten ein Schaltsignal bereitgestellt wird, welches das Vorhanden­ sein oder Nicht-Vorhandensein eines Etiketts signali­ siert.The object of the invention is a sensor system with which preferably labels on a moving carrier material and with different material combinations and Label geometries even at high speeds be recognized and without an essential operating or adjustment effort through adaptive behavior Switching signal is provided, which indicates the presence his or her lack of a label signali siert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Sensorsystem nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention, the task with a sensor system solved according to claim 1.

Mit der Erfindung wird für den genannten Aufgabenbereich erreicht, da eine weitgehende automatische Anpassung der elektronischen Signalverarbeitung an die unter­ schiedlichen Materialkombinationen und Etikettengeome­ trien erfolgt, indem eine Anpassung an den äquivalenten Gleichanteil der Etikettenvorlage durch die Abstimmung der Träger-Referenzfrequenz und eine Anpassung des Si­ gnalhubs durch den geregelten Verstärker in Verbindung mit den anderen Baugruppen erfolgt.With the invention for the task area mentioned achieved because extensive automatic adjustment of electronic signal processing to the under different material combinations and label geometries trien is done by adapting to the equivalent Equal share of the label template through the vote the carrier reference frequency and an adjustment of the Si gnalhubs connected by the regulated amplifier with the other modules.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 dargestellt. Die Einführung einer Abtast- und Halteschaltung im Demodulator ermöglicht eine weitere Verbesserung der Adaptionsfähigkeit im Lern- und Ar­ beitsbetrieb des Sensors.An advantageous embodiment of the invention is in Claim 2 shown. The introduction of a scanning and Holding circuit in the demodulator enables another Improving adaptability in learning and work operation of the sensor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 gezeigt. Es zeigt An embodiment of the invention is shown with reference to FIGS. 1 and 2. It shows

Fig. 1 die Struktur des Sensorsystems, Fig. 1 shows the structure of the sensor system,

Fig. 2 die Ausgestaltung des Demodulators mit nachführbarer Träger-Referenzfrequenz und zusätzlicher Abtast- und Halteschaltung. Fig. 2 shows the design of the demodulator with trackable carrier reference frequency and additional sample and hold circuit.

In Fig. 1 ist die Struktur des Sensorsystems mit verein­ fachten Elementen gezeigt. Der kapazitive Sensor (1) bildet ein elektrisches Feld (11) aus, welches das Etikett gemein­ sam mit dem Träger durchdringt. Die dielektrischen Ände­ rungen zwischen der An- und Abwesenheit des Etiketts modulieren die Frequenz des Oszillators (12). Das frequenzmo­ dulierte Signal wird über eine Anschlußleitung (2) zur elektronischen Signalverarbeitung (3) übertragen. Die Eingangsstufe bildet der Demodulator (31) mit einer ver­ änderbaren Träger-Referenzfrequenz. Als Träger-Referenz­ frequenz wird die Frequenz bezeichnet, bei der der Demo­ dulator am Ausgang eine Bezugsspannung oder einen Be­ zugsstrom liefert, der als Referenzwert gilt. Das ist vorzugsweise der Nullpunkt. Der momentane Ausgangssi­ gnalwert des Demodulators ergibt sich dann aus der Dif­ ferenz der momentanen Frequenz des Sensoroszillators zur Träger-Referenzfrequenz. Das Ausgangssignal wird im an­ schließenden spannungsgesteuerten Verstärker (32) auf einen Ziel­ wert der Signalamplitude verstärkt. Ein anschließendes lineares Tiefpaßfilter (33), welches vorteilhaft wenig­ stens 4. Ordnung sein sollte, unterdrückt Reste des Trä­ gers und filtert höherfrequente Störungen aus. Das an­ schließende spannungsgesteuerte Filter (34), welches am einfachsten durch einen Widerstand, einen Kondensator und antiparallel zum Widerstand geschalteten Dioden be­ steht, bedämpft alle Signaländerungen mit kleinen Ampli­ tudenänderungen, läßt aber Signaländerungen mit großen Amplitudenänderungen sehr schnell passieren. Dadurch werden Ungleichmäßigkeiten im Träger und im Etikett, die eine Profiländerung erzeugen, die kleiner als die Eti­ kettenstärke ist, unterdrückt. Die anschließende Signal­ spitzenwertgleichrichtung (35) stellt das Signal zur Verstärkerregelung bereit. Dieses Regelsignal wird durch die Abtast- und Halteschaltung (36) aufbereitet und auf den Regeleingang des geregelten Verstärkers geführt. Die Ausführung kann im einfachsten Fall eine analoge Speicherung sein, sollte aber bei längeren Betriebszeiten zweckmäßigerweise digital mit AD-Wandler, digitalem Speicher, beispielsweise auch eines angeschlossenen Controllers, und DA-Wandler realisiert werden. Die Rückführung wird so gestaltet, daß am Aus­ gang des Filters (34) bei eingeschaltetem Abtastzustand ein Signal mit dem Zielspitzenwert konditioniert wird. Dieses Signal wird anschließend durch ein Trigger (37) mit spannungsgesteuertem Schwellwert in das Schaltsignal "Etikett vorhanden - Etikett nicht vorhanden" umgesetzt, wobei die Steuerung im Ausführungsbeispiel durch eigene Spitzenwertgleichrichter erfolgt.In Fig. 1 the structure of the sensor system is shown with simplified elements. The capacitive sensor ( 1 ) forms an electrical field ( 11 ) which penetrates the label together with the carrier. The dielectric changes between the presence and absence of the label modulate the frequency of the oscillator ( 12 ). The frequency modulated signal is transmitted via a connecting line ( 2 ) for electronic signal processing ( 3 ). The input stage is formed by the demodulator ( 31 ) with a variable carrier reference frequency. The carrier reference frequency is the frequency at which the demodulator provides a reference voltage or a reference current at the output, which is used as the reference value. This is preferably the zero point. The instantaneous output signal value of the demodulator then results from the difference of the instantaneous frequency of the sensor oscillator to the carrier reference frequency. The output signal is amplified in the closing voltage-controlled amplifier ( 32 ) to a target value of the signal amplitude. A subsequent linear low-pass filter ( 33 ), which should advantageously be at least 4th order, suppresses residues of the carrier and filters out higher-frequency interference. The closing voltage-controlled filter ( 34 ), which is the simplest by a resistor, a capacitor and antiparallel to the resistor diodes, attenuates all signal changes with small amplitude changes, but allows signal changes with large amplitude changes to happen very quickly. This suppresses irregularities in the carrier and in the label, which produce a profile change that is smaller than the label thickness. The subsequent signal peak rectification ( 35 ) provides the signal for amplifier control. This control signal is processed by the sample and hold circuit ( 36 ) and fed to the control input of the controlled amplifier. In the simplest case, the design can be an analog storage, but should be implemented digitally with an AD converter, digital memory, for example also a connected controller, and DA converter for longer operating times. The feedback is designed in such a way that a signal with the target peak value is conditioned at the output of the filter ( 34 ) when the scanning state is switched on. This signal is then converted by a trigger ( 37 ) with a voltage-controlled threshold value into the switching signal "label present - label not present", the control in the exemplary embodiment being carried out by means of own peak value rectifiers.

Das Ausführungsbeispiel nach Anspruch 2 soll anhand der Fig. 2 erläutert werden. Es wird der Demodulator (31) mit den Komponenten des spannungsgesteuerten Oszilla­ tors (311), dem Phasenvergleicher (312) und einer weite­ ren Abtast- und Halteschaltung (313) dargestellt. In der Betriebsart "Abtasten" wird die Regelspannung des VCO im Speicher ständig nachgeführt und steht als dynamische Referenz zur Verfügung. Im Halte-Betrieb wird diese Re­ ferenz festgehalten und kann als Bezug für die quantita­ tive Bewertung des analogen Signals am Demodulatoraus­ gang herangezogen werden.The embodiment of claim 2 will be explained with reference to FIG. 2. The demodulator ( 31 ) with the components of the voltage-controlled oscillator ( 311 ), the phase comparator ( 312 ) and a further sample and hold circuit ( 313 ) is shown. In the "scanning" mode, the control voltage of the VCO is constantly updated in the memory and is available as a dynamic reference. This hold is held in hold mode and can be used as a reference for the quantitative evaluation of the analog signal at the demodulator output.

Der Betrieb des Sensorsystems soll am Bei­ spiel einer Etikettenbandkontrolle erläutert werden. Wird ein Produkt festgelegt, so werden in einer ersten Phase die Abtast- und Halteschaltungen auf "Abtasten" geschaltet. Mit den ersten Bandstücken wird das Sensor­ system "angelernt". Anschließend wird auf "Halten" umge­ schaltet. Nun können die Etiketten auf dem Band erkannt werden. Bei analogen Speichern muß u. U. der Lernvorgang nach bestimmten Zeitintervallen wiederholt werden.The operation of the sensor system should be on game of a label tape control are explained. If a product is specified, the first Phase the sample and hold circuits on "sample" switched. With the first pieces of tape, the sensor system "learned". Then it is switched to "Hold" switches. Now the labels on the tape can be recognized become. With analog memories u. U. the learning process repeated after certain time intervals.

Claims (2)

1. Sensorsystem zur berührungsfreien Abta­ stung von Etiketten, die auf einem Trägermaterial mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und an einem kapazitiven Sensor (1) vorbei bewegt werden, mit den Merkmalen
  • - daß die durch die Etiketten verursachten dielektrischen Änderungen in dem messenden elektrischen Feld (11) des kapazitiven Sensors (1) einen Oszillator (12) in der Frequenz modulieren und das frequenzmodulierte Signal über eine Sensoranschlußleitung (2) an eine elektronische Si­ gnalverarbeitung (3) geführt wird,
  • - daß die elektronische Signalverarbeitung (3) aus ei­ ner Demodulatorstufe (31) mit nachführbarer Träger- Referenzfrequenz, einem an die Demodulatorstufe (31) anschließenden spannungsgesteuerten Ver­ stärker (32), einem an den Verstärker (32) anschließenden linearen Tiefpaß (33), einem an den Tiefpaß (33) anschließenden spannungsgesteuerten Filter (34), der eine kleine Amplitudenänderung sehr stark bedämpft, große Ampli­ tudenänderungen aber wenig bedämpft und wenig verzögert und durch einen Wider­ stand und einen Kondensator in Tiefpaßschaltung so­ wie antiparallel zum Widerstand geschaltete Dioden aufgebaut ist, einer an den Filter (34) anschließenden Signalspitzenwertgleichrich­ tung (35), einer Abtast- und Halteschaltung (36), die den Signalgleichrichtwert der Spitzenwertgleichrichtung (35) abtastet und in einem Speicher derart speichert, daß entweder der über eine wählbare Zeit gemit­ telte, aktuelle Wert oder ein Wert eines früheren Zeitbe­ reiches zur Steuerung der Verstärkung des spannungs­ gesteuerten Verstärkers (32) benutzbar ist, und ei­ nem an das Filter (34) anschließenden Trigger (37) mit spannungsgesteuerter Schwellwertein­ stellung besteht, der das am Ausgang des span­ nungsgesteuerten Filters (34) bereitstehende analoge Signal in ein binäres, das Vorhandensein eines Etiketts anzeigendes Signal umsetzt und
  • - daß durch das Nachführen der Träger-Referenzfrequenz in der Demodulatorstufe (31) und das Umschalten der Abtast- und Halte­ schaltung (36) von einem Arbeitsmodus in einen Lernmodus das Sensorsystem an sehr ver­ schiedenartige Etiketten anpaßbar ist.
1. Sensor system for non-contact scanning of labels, which are arranged on a carrier material at a mutual distance and are moved past a capacitive sensor ( 1 ) with the features
  • - That the dielectric changes caused by the labels in the measuring electrical field ( 11 ) of the capacitive sensor ( 1 ) modulate an oscillator ( 12 ) in frequency and the frequency-modulated signal via a sensor connection line ( 2 ) to an electronic signal processing ( 3 ) to be led,
  • - that the electronic signal processing (3) from ei ner demodulator (31) with trackable carrier reference frequency, one to the demodulating section (31) adjoining the voltage controlled Ver stronger (32), a, to the amplifier (32) subsequent linear low-pass filter (33) a following the low-pass filter ( 33 ) voltage-controlled filter ( 34 ), which dampens a small amplitude change very strongly, large amplitude changes but little damped and little delayed and stood by a resistor and a capacitor in low-pass circuit as well as anti-parallel to the resistor diodes , a signal peak value rectifier ( 35 ) connected to the filter ( 34 ), a sample and hold circuit ( 36 ) which samples the signal rectified value of the peak value rectifier ( 35 ) and stores it in a memory in such a way that either the average over a selectable time, current value or a value from a previous time period rich is to control the gain of the voltage-controlled amplifier (32) usable, and ei nem is to the filter (34) adjoining the trigger (37) with voltage-controlled Schwellwertein position of the provided at the output of the voltage-controlled filter (34) analog signal in translates a binary signal indicating the presence of a label and
  • - That by tracking the carrier reference frequency in the demodulator stage ( 31 ) and switching the sample and hold circuit ( 36 ) from a working mode to a learning mode, the sensor system can be adapted to very different labels.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator aus
  • - einem spannungsgesteuerten Oszillator (311),
  • - einem Phasenvergleicher (312), der eine der Phasendiffe­ renz des Oszillators (12) und des spannungsgesteuerten Oszillators (311) proportionale Span­ nung erzeugt und den spannungsgesteuerten Oszillator (311) auf die Sensorfrequenz nachstimmt und
  • - einer Abtast- und Halteschaltung (313) besteht, die die Ausgangsspannung des Phasenvergleichers (312) abtastet und auf einem Spei­ cher derart bereitstellt, daß entweder der über eine wählbare Zeit gemittelte aktuelle Wert oder ein Wert eines früheren Zeitbereiches als Referenz bereitsteht.
2. Sensor system according to claim 1, characterized in that the demodulator
  • - a voltage controlled oscillator ( 311 ),
  • - A phase comparator ( 312 ) which generates one of the phase difference of the oscillator ( 12 ) and the voltage-controlled oscillator ( 311 ) proportional voltage and the voltage-controlled oscillator ( 311 ) tunes to the sensor frequency and
  • - A sample and hold circuit ( 313 ), which samples the output voltage of the phase comparator ( 312 ) and provides on a memory such that either the averaged over a selectable time current value or a value of an earlier time range is available as a reference.
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