ES2321766T3 - Dispositivo optoelectronico y procedimiento para su funcionamiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo (1) optoelectrónico con un emisor (2) que emite rayos (3) luminosos de emisión, y con un receptor (5) que recibe rayos (4) luminosos de recepción, el cual se compone de una disposición de elementos (5a) receptores, representando el punto de incidencia de los rayos (3) luminosos de emisión reflejados de vuelta por un objeto (6) como rayos (4) luminosos de recepción, en los elementos (5a) receptores del receptor (5), una medida de la distancia del objeto, caracterizado porque durante un proceso de aprendizaje se lleva a cabo una división de los elementos (5a) receptores, en zonas, haciendo que se detecte un objeto (6) dispuesto a una distancia de ensayo, definiendo la distancia de ensayo el límite entre zona cercana y zona lejana, en el que durante el proceso de aprendizaje se efectúan dos divisiones de los elementos (5a) receptores en una zona cercana y una zona lejana, asignando un elemento (5a) receptor que forma un elemento límite, por un lado a la zona cercana y por otro lado a la zona lejana, en el que partiendo de las divisiones de los elementos (5a) receptores en la primera zona cercana y zona lejana, y en valores de referencia de la segunda zona cercana y zona lejana, los cuales definen una medida para la posición sub-píxel, predeterminada por la distancia de ensayo, del límite entre zona cercana y zona lejana, y en el que durante un funcionamiento de medición que sigue al proceso de aprendizaje, se genera una señal de detección del objeto en forma de una señal de conmutación binaria cuyos estados de conmutación dependen de en cuál de las zonas inciden los rayos (4) luminosos de recepción.
Description
Dispositivo optoelectrónico y procedimiento para
su funcionamiento.
La invención se refiere a un dispositivo
optoelectrónico y a un procedimiento para su funcionamiento.
Un dispositivo optoelectrónico del tipo en
cuestión, forma un sensor óptico que trabaja según el principio de
triangulación. Se conoce un sensor óptico de tal tipo, por el
documento DE 199 07 547 A1.
El dispositivo optoelectrónico allí descrito,
sirve para el registro de objetos en una zona de vigilancia, y
comprende un emisor que emite rayos luminosos de emisión, y un
elemento receptor que recibe rayos luminosos de recepción, el cual
presenta un elemento cercano y un elemento lejano, incidiendo los
rayos luminosos de recepción reflejados por el objeto, con la
distancia creciente al objeto, primeramente en el elemento cercano,
y después en el elemento lejano. En una unidad de evaluación se
genera una señal de conmutación binaria en función de las señales
de recepción en las salidas del elemento cercano y del lejano. El
elemento receptor presenta varios segmentos, pudiendo enlazarse un
número de estos segmentos que pueden predeterminarse al elemento
cercano, y los restantes segmentos, al elemento lejano.
Los tamaños de los segmentos pueden estar
adaptados a la anchura función de la distancia, de la mancha
luminosa de recepción, de manera que, con independencia de la
distancia del objeto, con los rayos luminosos de recepción
devueltos por reflexión por un objeto, se ilumina siempre
aproximadamente el mismo número de segmentos.
No obstante, aquí es desventajoso que la
resolución local de la medición de la distancia, está limitada por
los tamaños de los segmentos. En consecuencia, está limitada la
exactitud de la medición de la distancia.
La misión de la invención se basa en facilitar
un dispositivo optoelectrónico del tipo citado al principio,
mediante el cual se puede obtener una gran resolución de la
distancia, o resolución de ajuste.
Para la solución de esta misión están previstas
las notas características de las reivindicaciones 1 a 15. Formas
ventajosas de realización y perfeccionamientos convenientes de la
invención, se describen en las reivindicaciones secundarias.
El procedimiento según la invención sirve para
el funcionamiento de un dispositivo optoelectrónico con un emisor
que emite rayos luminosos de emisión, y con un receptor que recibe
rayos luminosos de recepción, el cual se compone de una disposición
de elementos receptores. El punto de incidencia de los rayos
luminosos de emisión reflejados de vuelta por un objeto como rayos
luminosos de recepción, en los elementos receptores del receptor,
representa una medida de la distancia del objeto. Durante un proceso
de aprendizaje se lleva a cabo una división
sub-píxel de los elementos receptores en la zona, y
durante un funcionamiento de medición subsiguiente al proceso de
aprendizaje, se genera una señal de detección del objeto, cuyos
estados de maniobra dependen de en qué zona incidan los rayos
luminosos de recepción.
La idea básica de la invención consiste en, con
una resolución sub-píxel, aumentar la exactitud de
la detección del objeto, en especial de la medición de distancia.
Gracias a la resolución sub-píxel según la
invención, la resolución de la distancia o de ajuste ya no está
limitada más a los tamaños de los elementos receptores del
receptor.
La solución según la invención determina en un
proceso de aprendizaje, al menos un valor de referencia que es una
medida para la posición con exactitud sub- píxel, del objeto modelo.
En el funcionamiento de medición se procede correspondientemente, y
los valores de referencia medidos se comparan con los del
aprendizaje, y de aquí se genera una señal de maniobra.
Mediante el procedimiento según la invención, la
resolución de la distancia del dispositivo optoelectrónico ya no
está limitada más por la anchura de los elementos receptores del
receptor, sino que se puede llevar a cabo con exactitud
sub-píxel.
Es ventajoso, además, que la señal de detección
del objeto, en especial la señal de maniobra, se puede generar con
mucha rapidez, solamente por simple comparación con valores de
referencia.
El procedimiento según la invención descansa en
general en el principio de dividir los elementos receptores en
zonas diferentes, correspondiendo estas zonas a zonas
predeterminadas de distancia en las que pueden estar dispuestos los
objetos.
Los límites entre tales zonas, en especial el
límite entre una zona cercana y una zona lejana en el caso de
división de los elementos receptores en dos zonas, se definen con
ventaja haciendo que se detecte un objeto dispuesto a una distancia
de ensayo, definiendo la distancia del objeto al dispositivo
optoelectrónico, correspondiente a la distancia de ensayo,
precisamente el límite entre dos zonas, en especial entre la zona
cercana y la zona lejana del receptor del dispositivo
optoelectrónico.
\newpage
Puesto que el receptor se compone de una
disposición discreta de elementos receptores con anchuras finitas,
mediante una simple división de los elementos receptores en dos
zonas, en especial en una zona cercana y una zona lejana, no se
puede encontrar exactamente el límite de la zona predeterminado por
la distancia de ensayo del
objeto.
objeto.
Por consiguiente, en el procedimiento según la
invención, en un proceso de aprendizaje en el que se detecta un
objeto a una distancia de ensayo, se efectúa en una primera fase una
división de los elementos receptores en dos zonas, en especial en
una zona cercana y una zona lejana, de manera que el límite de zonas
así obtenido, venga lo más próximo posible al límite de zonas
correspondiente de hecho a la distancia de ensayo.
De preferencia, se forma para ello la diferencia
de la señal de la zona cercana y la señal de la zona lejana, y se
efectúa la división en los elementos receptores en la zona cercana y
en la zona lejana, de manera que esta diferencia sea mínima.
Partiendo de esta división se definen entonces valores de referencia
que forman una medida con exactitud sub-píxel para
el límite exacto de zonas correspondiente a la distancia de ensayo.
Esto quiere decir que se lleva a cabo una corrección muy precisa de
la división basta de la zona cercana y de la zona lejana, que está
definida por la interconexión de los elementos receptores en estas
zonas.
Mediante la aceptación de la división efectuada
en el proceso de aprendizaje, de los elementos receptores en la
zona cercana y en la zona lejana, en el funcionamiento subsiguiente
de medición, así como al referenciar los valores de referencia
obtenidos en el funcionamiento de medición, los valores de la medida
se refieren a una distancia de ensayo definida con exactitud
sub-píxel, de manera que con el dispositivo
optoelectrónico se obtiene una alta sensibilidad de detección.
El proceso de aprendizaje del procedimiento
según la invención se puede ampliar con ventaja, haciendo que se
efectúen dos divisiones distintas de los elementos receptores en la
zona cercana y en la zona lejana, de tal manera que el elemento
receptor que forma un elemento limítrofe y sobre el cual incide la
mayor cantidad de luz de recepción durante la detección del objeto
a la distancia de ensayo, se incluya por un lado en la zona cercana
y por otro lado en la zona lejana.
En este caso, partiendo de estas dos divisiones,
se definen valores de referencia que definen una medida para la
posición sub-píxel, predeterminada por la distancia
de ensayo, del límite entre zona cercana y zona lejana.
También en este caso, en el funcionamiento de
medición que sigue al proceso de aprendizaje, se mantienen las dos
divisiones de los elementos receptores en la zona cercana y en la
zona lejana, y haciendo referencia de los valores actuales de
medición a los valores de referencia, se genera la señal de
maniobra. Divisiones sub-píxel, de las zonas de
recepción, se conocen por los documentos EP 0553120, US 5627635 ó US
2005034006. Divisiones de zonas de recepción mediante procesos de
aprendizaje, se conocen por los documentos DE 10231178 ó DE
10061649.
A continuación se explica la invención de la
mano de los dibujos. Se muestran
Figura 1 Esquema de bloques de un ejemplo de
realización del dispositivo optoelectrónico.
Figura 2 Variante del dispositivo
optoelectrónico según la figura 1 para un primer procedimiento de
evaluación, con una primera asignación de zonas de los elementos
receptores del receptor para un primer proceso de medición.
Figura 3 Diagrama de la tensión diferencial
función de la distancia, para la disposición según la figura 2.
Figura 4 Segunda asignación de zonas de los
elementos receptores del receptor del dispositivo optoelectrónico
según la figura 2, para un segundo proceso de medición.
Figura 5 Diagrama de la tensión diferencial
función de la distancia, para la disposición según la figura 4.
Figura 6 Variante del dispositivo
optoelectrónico según la figura 1 para un segundo procedimiento de
evaluación.
Figura 7 Diagrama de las tensiones
diferenciales, función de la distancia, para un objeto blanco y uno
negro, para el dispositivo optoelectrónico según la figura 6.
Figura 8 Variante del dispositivo
optoelectrónico según la figura 1 para un tercer procedimiento de
evaluación.
Figura 9a Marcha de las señales de salida de los
elementos receptores del receptor para la disposición según la
figura 8.
Figura 9b Asignación de zonas de los elementos
receptores del receptor, basándose en las mediciones de la figura
9a.
Figura 10 Diagrama de la tensión acumulada de
salida, del dispositivo optoelectrónico según la figura 8, durante
el proceso de aprendizaje.
Figura 11 Diagrama de la tensión acumulada de
salida, del dispositivo optoelectrónico según la figura 8, durante
el funcionamiento de medición, en la detección de un objeto en el
fondo, cerca de la distancia de ensayo de aprendizaje.
Figura 12 Diagrama de la tensión acumulada de
salida, del dispositivo optoelectrónico según la figura 8, durante
el funcionamiento de medición, en la detección de un objeto que
refleja con intensidad en la zona de vigilancia, cerca de la
distancia de ensayo de aprendizaje.
Figura 13 Diagrama de la tensión acumulada de
salida, del dispositivo optoelectrónico según la figura 8, durante
el funcionamiento de medición, en la detección de un objeto alejado
en la zona de vigilancia.
Figura 14 Variante del dispositivo
optoelectrónico según la figura 1 para un cuarto procedimiento de
evaluación.
Figuras 15 y 16 Diagramas en función del tiempo,
de las tensiones de salida del dispositivo optoelectrónico según la
figura 14, durante el proceso de aprendizaje.
Figura 17 Diagrama en función del tiempo, de las
tensiones de salida del dispositivo optoelectrónico según la figura
14, durante el funcionamiento de medición.
Figura 18 Diagrama en función del tiempo, de los
impulsos de emisión emitidos por el emisor del dispositivo
optoelectrónico según la figura 14.
La figura 1 muestra un ejemplo de realización de
un dispositivo 1 optoelectrónico para el registro de objetos en una
zona de vigilancia.
El dispositivo 1 optoelectrónico presenta un
emisor 2 en forma de un diodo luminoso. El emisor 2 emite rayos 3
luminosos de emisión que se conducen a una zona de vigilancia para
el registro de objetos. Los rayos 4 luminosos de recepción
reflejados de vuelta desde la zona de vigilancia, inciden en un
receptor 5 que se compone de una disposición en líneas de elementos
5a receptores. El emisor 2 y el receptor 5 están situados
distanciados uno de otro. El dispositivo 1 optoelectrónico así
configurado, forma un sensor que trabaja según el principio de
triangulación. Los rayos 4 luminosos de recepción reflejados de
vuelta por un objeto 6, se conducen hacia el receptor 5,
representando el punto de incidencia de los rayos 4 luminosos de
recepción en el receptor 5, una medida para la distancia del
objeto.
objeto.
Mediante un circuito 7 secuencial de red lógica
combinacional, se interconectan los elementos 5a receptores a zonas
diferentes. Puesto que el dispositivo 1 optoelectrónico trabaja
según el principio de triangulación, y el punto de incidencia de
los rayos 4 luminosos de recepción en el receptor 5, representa una
medida de la distancia del objeto, las zonas individuales de los
elementos 5a receptores, corresponden a determinadas zonas de
distancia dentro de la zona de vigilancia. En el ejemplo presente se
interconectan los primeros elementos 5a receptores del receptor 5,
a una zona cercana, y los segundos, de preferencia los restantes
elementos 5a receptores, a una zona lejana. Para ello el circuito 7
secuencial de red lógica combinacional se manda por una unidad 8 de
evaluación. Además, la unidad 8 de evaluación sirve para el mando
del emisor 2.
Mediante el dispositivo 1 optoelectrónico, como
señal de detección del objeto, se genera una señal de conmutación
binaria cuyos estados de conmutación indican si un objeto 6 se
encuentra o no en una determinada zona de distancia dentro de la
zona de vigilancia. La señal de conmutación se emite a través de una
salida 9 de contacto. Para la entrada de valores de parámetros está
prevista una interfaz 10 paramétrica.
En el circuito 7 secuencial de red lógica
combinacional, a partir de las sumas de las señales de salida de
los elementos 5a receptores de la zona cercana, se genera una señal
U_{n} de la zona cercana. Además, en el circuito 7 secuencial de
red lógica combinacional, a partir de las sumas de las señales de
salida de los elementos 5a receptores de la zona lejana, se genera
una señal U_{f} de la zona lejana. La señal U_{n} de la zona
cercana y la señal U_{f} de la zona lejana, se introducen en una
unidad 11 de procesamiento de la señal. Allí se lleva a cabo un
procesamiento de estas señales, así como la formación de la
diferencia U_{d} = U_{n} - U_{f}. Esta diferencia, en ciertos
casos junto con la señal suma U_{s} = U_{n} + U_{f}, se emite
a la unidad de evaluación, para la generación de la señal de
maniobra.
La figura 2 muestra un dispositivo 1
optoelectrónico según la figura 1, con una primera variante de
realización del circuito 7 secuencial de red lógica combinacional.
El circuito 7 secuencial de red lógica combinacional comprende una
disposición de interruptores 7a coordinados con los elementos
receptores individuales. En cada caso según la posición de los
interruptores, las señales de salida de los elementos 5a receptores,
se conectan a un primer conductor y se conducen a un amplificador
12, con lo que aquellas se suman para formar la señal U_{f} de la
zona lejana, o las señales de salida de los elementos 5a receptores,
se conectan a un segundo conductor y se conducen a un amplificador
12', con lo que aquellas se suman para formar la señal U_{n} de
la zona cercana. Los amplificadores 12, 12' forman con un elemento
14 de sustracción en el que se forma la señal U_{d} diferencial a
partir de la señal de la zona cercana y la señal de la zona lejana,
la unidad 11 de procesamiento de la señal. La señal diferencial se
almacena en la unidad 8 de evaluación, mediante un convertidor 8a
analógico - digital. Además, la señal U_{n} de la zona cercana y
la señal U_{f} de la zona lejana se almacenan en la unidad 8 de
evaluación, mediante comparadores 8b, con lo que las señales
U_{f}, U_{n} se controlan en cuanto a saturación.
Durante un proceso de aprendizaje se detecta un
objeto 6 dispuesto a una distancia de ensayo respecto al dispositivo
1 optoelectrónico. Mediante las señales de salida aquí registradas,
de los elementos 5a receptores, se lleva a cabo la primera división
representada en la figura 2, de los elementos 5a receptores en una
zona B1 cercana y en una zona B2 lejana.
En la figura 2 está representada con p la
posición sub-píxel, del centro de gravedad de la
mancha 15 luminosa de recepción sobre el receptor 5. Como se
deduce, además, de la figura 2, el elemento 5a B0 receptor en el
que está situado el centro de gravedad de la mancha 15 luminosa de
recepción, se asigna a la zona B2.
La figura 4 muestra una vez más el receptor 5 de
la disposición según la figura 2, en la detección del objeto 6 a la
distancia de ensayo. A diferencia del caso según la figura 2, ahora
se lleva a cabo la división en zonas, de los elementos 5a
receptores, de tal manera que el elemento 5a B0 receptor esté
asignado a la zona B1' cercana. Por lo tanto la zona B2' lejana
está reducida en el elemento B0 respecto a la división según la
figura 2.
Para la determinación de las divisiones según
las figuras 2 y 4, la posición del circuito 7 secuencial de red
lógica combinacional se desplaza viniendo de la zona B2 lejana,
justamente hasta que la tensión U_{d} diferencial cambie el signo
de más a menos. Entonces la posición actual del circuito 7
secuencial de red lógica combinacional, señala el punto p1
de separación en la figura 2; la posición precedente del circuito 7
secuencial de red lógica combinacional, señala el punto p2 de
separación entre las zonas B1' y B2'.
Con estas dos divisiones de los elementos 5a
receptores en zonas cercanas y lejanas, se obtiene la tensión
U_{d} diferencial en función de la distancia, mostrada en las
figuras 3 y 5.
En el caso de la división de los elementos 5a
receptores, en las zonas B1, B2, en la detección del objeto 6
dispuesto a la distancia de ensayo, se obtiene el valor U_{1} de
tensión para la diferencia U_{d} (figura 3).
En el caso de la división de los elementos 5a
receptores, en las zonas B1', B2', en la detección del objeto 6
dispuesto a la distancia de ensayo, se obtiene el valor U_{2} de
tensión para la diferencia U_{d}.
El cociente U_{1}/U_{2} representa una
medida para la posición sub-píxel de la mancha 15
luminosa de recepción en el receptor 5 y, por tanto, para la
distancia de ensayo del objeto 6 detectado en el proceso de
aprendizaje. Este cociente se almacena en la unidad 8 de evaluación
como valor de referencia.
Durante el funcionamiento de medición que sigue
al proceso de aprendizaje, para la detección de objetos dentro de
la zona de distancia limitada para grandes distancias por la
distancia de ensayo, se realizan dos mediciones con cada una de las
divisiones de zonas de los elementos 5a receptores según las figuras
2 y 4, y aquí si hace falta, se forma el cociente de las tensiones
U_{d1}, U_{d2} diferenciales, que se obtienen para las dos
divisiones, comparándose este cociente con el valor de
referencia.
En el funcionamiento de medición se pueden
diferenciar aquí básicamente los casos siguientes:
- a)
- Medición con el punto p1 de separación según la figura 2: u1 tiene potencial positivo, se puede concluir directamente sobre el objeto reconocido, y se puede suprimir la medición con el punto p2 de separación.
- b)
- Medición con el punto p2 de separación según la figura 4; u2 tiene potencial negativo, se puede concluir directamente sobre recorridos libres, o sobre el fondo, y se puede suprimir la medición con el punto p1 de separación.
- c)
- No se dan los casos a) y b): se realiza la división u2/u1 y se compara con el cociente almacenado en la medición de referencia.
Puesto que el caso c) solamente se presenta
cuando la distancia actual del objeto está situada próxima a la
distancia de ensayo, la división hay que efectuarla muy raramente, y
la salida 9 de contacto se puede poner por lo regular ya después de
una, como máximo después de dos mediciones. Con este procedimiento
se obtiene una resolución sub-píxel, en la
determinación de distancias o en la detección de objetos.
La figura 6 muestra una variante de la forma de
realización según la figura 2. La disposición de los circuitos
según la figura 6, corresponde ampliamente con la disposición según
la figura 2. A diferencia de la forma de realización según la
figura 2, en la disposición según la figura 6 los factores k, 1/k de
amplificación de los amplificadores 12, 12', se pueden ajustar en
sentido contrario, mediante la unidad 8 de evaluación. Además, en
la unidad 8 de evaluación está previsto un comparador 8c con el que
a partir de la señal U_{d} diferencial, se deriva la señal de
recepción mediante una valoración del valor umbral.
La figura 7 muestra el diagrama de la tensión
U_{d} diferencial, función de la distancia, para la disposición
según la figura 6. En un proceso de aprendizaje se detecta una vez
más un objeto 6 dispuesto a la distancia de ensayo. La división de
los elementos 5a receptores en una zona B1 cercana y una zona
lejana, se lleva a cabo en función de la mancha 15 luminosa de
recepción obtenida aquí en la posición p, de tal manera que
se acepta la división para la que la tensión U_{d} diferencial
adopta el valor mínimo. Para esta posición de las zonas B1 y B2 se
ajustan entonces las amplificaciones de los amplificadores 12, 12'
en sentido contrario hasta que U_{d} se haga precisamente cero.
La diferencia k determinada de amplificación se almacena y
se conserva para el funcionamiento de medición. Esta compensación de
amplificadores representa una información sobre la posición
p sub-píxel de la mancha 15 luminosa de
recepción, en el receptor. Pero gracias al ajuste en sentido
contrario de los amplificadores, se obtiene una resolución
sub-píxel, y asegura para objetos 6 de
reflectividad discrecional, que la tensión diferencial tiene su
punto de anulación para la distancia s_teach ensayada.
En el funcionamiento de medición se controla si
ninguna de las dos señales U_{f} y U_{d} están en saturación, y
entonces se decide el signo de la señal diferencial directamente
sobre el estado de conmutación. De este modo se puede llevar a cabo
la medición muy rápidamente, puesto que no se necesita ninguna clase
de conversión AD adicional o de cálculos. Asimismo el resultado de
la evaluación es independiente del grado de reflexión del objeto,
puesto que cada una de las marchas en función de la distancia, de la
señal diferencial, corta la línea cero en s_teach.
La figura 8 muestra otra variante del
dispositivo 1 optoelectrónico según la figura 1.
La unidad 11 de procesamiento de la señal, se
compone de un circuito que se manda por la unidad 8 de evaluación a
través de un multiplexor 19. Como primeros componentes de la unidad
11 de procesamiento de la señal, están previstos acopladores 17 de
carga, estando conducida cada salida de un elemento 5a receptor, a
un acoplador 17 de carga semejante. Por claridad, está representada
detalladamente su estructura, solamente para el acoplador 17 de
carga que está conectado al último elemento 5a receptor. Además, por
motivos de claridad, sólo están representados los dos acopladores
17 de carga, conectados a los primeros elementos 5a receptores.
Como se deduce de la figura 8, cada acoplador 17
de carga presenta un condensador 17a y un amplificador 17b. Estos
componentes se pueden conmutar mediante un interruptor S1 y dos
interruptores S2. Cada una de las tensiones U_{a} de salida se
conduce a un comparador 16. La disposición de los comparadores 16
forma otra parte integrante de la unidad 11 de procesamiento de la
señal, Las señales de salida de los comparadores 16, se almacenan en
la unidad 8 de evaluación. Las señales U_{a} de salida de los
acopladores 17 de carga se suman en un elemento 13 sumador. La
señal acumulada allí formada se conduce a un comparador 18 para la
generación de la señal de conmutación. La señal acumulada en la
salida del elemento 13 sumador se almacena, además, en la unidad de
mando mediante un convertidor 8a analógico - digital allí
integrado.
También en este caso se realiza un proceso de
aprendizaje en el que se detecta un objeto 6 dispuesto a una
distancia de ensayo. La figura 9a muestra para ello las señales
U_{a} de salida de los acopladores 17 individuales de carga,
coordinados a los elementos 5a receptores.
La figura 9b muestra la división en zonas de los
elementos 5a receptores, basada en esto. En la figura 9b, está
designado una vez más con B0 el elemento 5a receptor en el que está
situada la mancha 15 luminosa de recepción (con la posición
p sub-píxel). En un primer ajuste, los
elementos 5a receptores de las zonas B3 + B0, forman la zona
cercana, y los elementos 5a receptores de la zona B4, la zona
lejana. En un segundo ajuste, los elementos 5a receptores de la
zona B3, forman la zona cercana, y los elementos 5a receptores de
las zonas B4 + B0, la zona lejana.
La figura 10 muestra el diagrama de la tensión
U_{as} acumulada de salida formada a partir de las señales de
salida de todos los elementos 5a receptores, durante el proceso de
aprendizaje. Antes de iniciar el proceso de aprendizaje, se
descarga el acoplador 17 de carga. En la primera fase de integración
hasta t_{1}, en donde t_{1} es un tiempo elegido
arbitrariamente, están conectados los interruptores S2, S2'
(contacto en reposo), de manera que se integren las corrientes
fotoeléctricas de la zona B3, y no se integren las corrientes
fotoeléctricas de las zonas B0 + B4 (contacto de trabajo). En el
instante t_{1} se conmutan los interruptores para la célula B0,
de manera que se integren las corrientes fotoeléctricas de las zonas
B3 + B0, y no se integren las corrientes fotoeléctricas de la zona
B4. La segunda fase de integración se mantiene hasta que la tensión
U_{as} acumulada de salida llegue precisamente a cero. La relación
t_{1}/t_{2} es una medida para la posición p
sub-píxel dentro de la célula B0, y se almacena como
valor Q_{t} de referencia.
La figura 11 muestra el diagrama de la tensión
U_{as} acumulada de salida durante el funcionamiento de medición
con un objeto 6 en el fondo, cerca de la distancia aprendida de
ensayo que esta definida por la posición de la mancha 15 luminosa
de recepción en el receptor 5 durante el proceso de aprendizaje.
Después del tiempo t_{1} predeterminado se conmuta la dirección
de integración para la célula B0, y la tensión U_{as} acumulada
de salida alcanza en el instante t_{2} el valor U2 negativo, lo
que quiere decir que el objeto 6 se encuentra en el fondo, es decir
la señal de maniobra adopta el estado de conmutación "ningún
objeto 6 presente".
La figura 12 muestra el diagrama de la tensión
U_{as} acumulada de salida durante el funcionamiento de medición
con un objeto 6 que refleja bien en la zona de vigilancia, según la
distancia de ensayo aprendida, todavía antes del instante t_{1}
la tensión U_{as} acumulada de salida alcanza el valor máximo
U_{1}_max. Para evitar una saturación, la dirección de
integración para la célula B0 se conmuta a este instante t_{1}'.
Con ayuda del cociente Q_{t} se calcula un nuevo instante
t_{2}'. La tensión U_{2} positiva en el instante t_{2}'
quiere decir que el objeto 6 se reconoció en la zona de vigilancia,
es decir, la señal de conmutación adopta el estado de maniobra
"objeto reconocido".
La figura 13 muestra el diagrama de la tensión
U_{as} acumulada de salida durante el funcionamiento de medición
con un objeto 6 lejos en la zona de vigilancia. En el instante
t_{1} la tensión U1 ya es positiva, con lo que el objeto 6 se
reconoció ya, y se puede suprimir la segunda fase de
integración.
La figura 14 muestra otra variante de la forma
de realización según la figura 2. En la disposición según la figura
14, los amplificadores 12, 12' de la disposición según la figura 2,
están sustituidos por integradores 20, 20'. En el integrador 20 se
lleva a cabo la integración de los elementos 5a receptores
interconectados a la zona cercana. La señal U_{n} de la zona
cercana obtenida aquí, se almacena en la unidad 8 de evaluación, y
se valora con un comparador 8d. En el integrador 20' se lleva a cabo
la integración de los elementos 5a receptores interconectados a la
zona lejana. La señal U_{f} de la zona lejana obtenida aquí, se
almacena en la unidad 8 de evaluación, y se valora con un
comparador 8e. La división de los elementos 5a receptores en una
zona cercana y una zona lejana, se lleva a cabo en forma análoga al
ejemplo de realización según las figuras 6 y 7.
En el caso presente, los diferentes tiempos de
subida de la señal U_{n} de la zona cercana y de la señal U_{f}
de la zona lejana, dan como resultado informaciones sobre la
posición p sub-píxel de la mancha 15
luminosa de recepción en el receptor 5.
Como se muestra en la figura 15, en el proceso
de aprendizaje se ponen los valores umbrales en el valor s_{start}
que está situado, por ejemplo, en el 90% de la tensión de salida
máxima posible. La línea p_{1} de separación entre las
zonas B1 y B2 se desplaza píxel a píxel hasta que la relación de los
tiempos t_{2}/t_{1} llegue a un mínimo. A partir de la relación
t_{2}/t_{1} se calcula o se regula, el valor s_{var} umbral
que está situado de manera que las dos señales de salida alcancen
su correspondiente valor umbral al mismo tiempo en el instante
t_{1}, como lo muestra la figura 16. Los valores
s_{start} y s_{var} umbrales determinados, se almacenan como
valores de referencia.
La figura 17 muestra el diagrama de las
tensiones U_{n}, U_{f} de salida de los integradores, que en el
funcionamiento de medición alcanzan sus correspondientes valores
umbrales en tiempos diferentes. En el caso mostrado, la tensión
U_{n} de integración alcanza el correspondiente valor s_{var}
umbral en el instante t_{3}, antes de alcanzar el valor
s_{start} umbral en el instante t_{4} y, por tanto, determina el
estado de conmutación "Objeto reconocido". Después de alcanzar
t_{3}, se puede truncar el impulso de emisión, como se muestra en
la figura 18. En el caso de objetos 6 que reflejen mal como, por
ejemplo, superficies negras mate del objeto, se aumenta
automáticamente la longitud del impulso de emisión. Este
procedimiento de evaluación tiene la ventaja de que el tiempo de
integración se adapta al grado de reflexión, y la resistencia a la
saturación está proporcionada automáticamente por la limitación del
impulso de emisión.
- (1)
- Dispositivo optoelectrónico
- (2)
- Emisor
- (3)
- Rayos luminosos de emisión
- (4)
- Rayos luminosos de recepción
- (5)
- Receptor
- (5a)
- Elemento receptor
- (6)
- Objeto
- (7)
- Circuito secuencial de red lógica combinacional
- (7a)
- Interruptor
- (8)
- Unidad de evaluación
- (8a)
- Convertidor analógico digital
- (8b)
- Comparadores
- (8c)
- Comparador
- (8d)
- Comparador
- (8e)
- Comparador
- (9)
- Salida de contacto
- (10)
- Interfaz paramétrica
- (11)
- Unidad de procesamiento de la señal
- (12)
- Amplificador
- (13)
- Elemento sumador
- (14)
- Elemento de sustracción
- (15)
- Mancha luminosa de recepción
- (16)
- Comparador
- (17)
- Acoplador de carga
- (18)
- Comparador
- (19)
- Multiplexor
- (20)
- Integrador
- (20')
- Integrador
Claims (6)
1. Procedimiento para el funcionamiento de un
dispositivo (1) optoelectrónico con un emisor (2) que emite rayos
(3) luminosos de emisión, y con un receptor (5) que recibe rayos (4)
luminosos de recepción, el cual se compone de una disposición de
elementos (5a) receptores, representando el punto de incidencia de
los rayos (3) luminosos de emisión reflejados de vuelta por un
objeto (6) como rayos (4) luminosos de recepción, en los elementos
(5a) receptores del receptor (5), una medida de la distancia del
objeto, caracterizado porque durante un proceso de
aprendizaje se lleva a cabo una división de los elementos (5a)
receptores, en zonas, haciendo que se detecte un objeto (6)
dispuesto a una distancia de ensayo, definiendo la distancia de
ensayo el límite entre zona cercana y zona lejana, en el que
durante el proceso de aprendizaje se efectúan dos divisiones de los
elementos (5a) receptores en una zona cercana y una zona lejana,
asignando un elemento (5a) receptor que forma un elemento límite,
por un lado a la zona cercana y por otro lado a la zona lejana, en
el que partiendo de las divisiones de los elementos (5a) receptores
en la primera zona cercana y zona lejana, y en valores de
referencia de la segunda zona cercana y zona lejana, los cuales
definen una medida para la posición sub-píxel,
predeterminada por la distancia de ensayo, del límite entre zona
cercana y zona lejana, y en el que durante un funcionamiento de
medición que sigue al proceso de aprendizaje, se genera una señal de
detección del objeto en forma de una señal de conmutación binaria
cuyos estados de conmutación dependen de en cuál de las zonas
inciden los rayos (4) luminosos de recepción.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se forman las sumas de las señales de
salida de los elementos (5a) receptores de cada una de las zonas,
para la generación de una señal de zona, y porque para la
generación de la señal de detección del objeto, se forman relaciones
de las señales de zona.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque durante el proceso de aprendizaje, la
diferencia de la señal de la zona cercana y de la señal de la zona
lejana, se iguala al valor cero.
4. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque durante el
proceso de aprendizaje, se efectúa la división de los elementos
(5a) receptores en la zona cercana y en la zona lejana, de manera
que la diferencia de la señal entre la zona cercana y la señal de la
zona lejana es mínima.
5. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como valor de
referencia se define el cociente de las diferencias de las señales
de la zona cercana y de las señales de la zona lejana que se
obtienen para las diferentes divisiones de la zona cercana y de la
zona lejana.
6. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como valores de
referencia se definen los tiempos de integración de señales de la
zona cercana y de señales de la zona lejana que se obtienen para
las diferentes divisiones de la zona cercana y de la zona
lejana.
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