ITMI20080303A1

ITMI20080303A1 - Disposizione di sensori per il rilevamento di oggetti presentante un sensore ottico ed un sensore ultrasonico.

Info

Publication number: ITMI20080303A1
Authority: IT
Inventors: Thomas Merk; Juergen Patz
Original assignee: Leuze Electronic Gmbh & Co Kg
Priority date: 2007-03-24
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2008-09-25
Also published as: DE202007004364U1; FR2914095A1

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda una disposizione di sensori secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Una disposizione di sensori del genere è nota dalla pubblicazione -brevettuale DE202005020654U1. La disposizione di sensori lì descritta serve per il rilevamento di etichette su un materiale di supporto e comprende un sensore ottico come anche un sensore ultrasonico, che tramite mezzi di commutazione sono attivabili.opzionalmente per il rilevamento delle etichette.

Sia il sensore ottico che il sensore ultrasonico o di ultrasuoni funzionano secondo una misurazione della trasmissione, il che significa che il trasmettitore e il ricevitore del sensore ottico da un lato nonché il trasmettitore ultrasonico o di ultrasuoni e il ricevitore ultrasonico del sensore ultrasonico dall'altro lato sono disposti rispettivamente su entrambi i lati di un piano di rivelazione, in cui il materiale di supporto con le etichette viene guidato rispetto al dispositivo. In tal caso la disposizione di sensori è disposta in un alloggiamento a forma di forcella con due bracci di forcella, tra cui si estende il piano di rivelazione. I componenti del sensore ottico e del trasmettitore ultrasonico sono disposti in questo alloggiamento in modo tale che l'asse del fascio delle onde ultrasoniche, che vengono emesse dal trasmettitore ultrasonico, e l'asse ottico dei raggi luminosi trasmittenti, che vengono emessi dal trasmettitore, si intersechino nel piano di rivelazione. Perciò l'attuale luogo di misura e istante di misura per il rilevamento delle etichette sono indipendenti dal fatto che venga impiegato allo scopo il sensore ultrasonico o il sensore ottico.

Poiché in questa disposizione di sensori può venire impiegato opzionalmente un sensore ultrasonico o un sensore ottico per il rilevamento delle etichette, si ottiene con essa un rilevamento sicuro delle etichette per un ampio spettro di materiali di etichette e di supporto.

Il compito alla base dell'invenzione è approntare una disposizione di sensori del tipo citato all'inizio, che con un dispendio costruttivo ridotto presenti un'aumentata sicurezza di rivelazione .

Per la soluzione di questo compito sono previste le caratteristiche della rivendicazione 1. Forme di esecuzione vantaggiose e perfezionamenti opportuni dell'invenzione sono descritti nelle sottorivendicazioni.

La disposizione di sensori secondo l'invenzione serve per il rilevamento di oggetti e presenta un sensore ottico e un sensore ultrasonico. La disposizione di sensori comprende inoltre un ricevitore ultrasonico che emette onde ultrasoniche e un ricevitore ultrasonico che riceve onde ultrasoniche. A valle del trasmettitore ultrasonico sono disposti mezzi di rinvio per la focalizzazione delle onde ultrasoniche in un piano di rivelazione.

Mediante i mezzi di rinvio disposti a valle del trasmettitore ultrasonico non solo avviene un orientamento delle onde ultrasoniche in modo tale che queste siano guidate con un angolo d'incidenza prestabilito sulla superficie dell'oggetto di volta in volta da rivelare o rilevare, bensì anche una focalizzazione delle onde ultrasoniche in un piano di rivelazione, in cui l'oggetto da rilevare si trova. Grazie a questa focalizzazione la sensibilità di rivelazione viene aumentata notevolmente.

In modo particolarmente vantaggioso a monte del ricevitore sono disposti mezzi di rinvio corrispondenti, per mezzo dei quali onde ultrasoniche provenienti dall'oggetto vengono focalizzate sul ricevitore- Grazie a questo ulteriore effetto di focalizzazione la sensibilità di rivelazione della disposizione di sensori viene aumentata ulteriormente.

Il sensore ultrasonico e il sensore ottico della disposizione di sensori secondo l'invenzione sono disposti vantaggiosamente in modo che l'asse ottico, lungo il quale si estendono i raggi luminosi trasmittenti emessi dal trasmettitore, e l'asse del fascio delle onde ultrasoniche s'intersechino nel piano di rivelazione, in cui l'oggetto da rilevare è disposto. In questo modo è garantito che il rispettivo oggetto, indipendentemente dal fatto che sia attivato rispettivamente siano attivati il sensore ultrasonico e/o il sensore ottico, viene rilevato nella medesima posizione. In tal caso nella disposizione di sensori secondo l'invenzione il sensore ultrasonico e/o il sensore ottico possono venire attivati a scelta.

Preferibilmente durante un processo di apprendimento viene stabilito se alla rivelazione dell'oggetto sono maggiormente adatti i segnali del sensore ultrasonico e/o del sensore ottico, e in funzione di ciò viene poi presa la decisione se attivare il sensore ultrasonico e/o il sensore ottico. Preferibilmente durante il processo di apprendimento, con il sensore ultrasonico e il sensore ottico viene scandito un oggetto, che dev'essere rilevato anche nel successivo funzionamento della disposizione di sensori. Sulla base dei segnali, generati in tal caso, del sensore ultrasonico e del sensore ottico viene poi stabilito per il successivo funzionamento se attivare il sensore ultrasonico, il sensore ottico, o entrambi i sensori.

In una realizzazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione gli oggetti vengono rilevati mediante una misurazione della trasmissione sia con il sensore ultrasonico che con il sensore ottico. In una forma costruttiva particolarmente adatta a questo scopo la disposizione di sensori secondo l'invenzione è integrata in un alloggiamento a forma di forcella con due bracci di forcella estendentisi parallelamente, ove il piano di rivelazione si estende fra i bracci di forcella parallelamente rispetto a apresti. Grazie all'integrazione dei componenti del sensore ultrasonico e del sensore ottico nei bracci di forcella questi si trovano nelle loro posizioni nominali uno rispetto all'altro, cosicché può venire meno un orientamento o allineamento manuale di questi componenti. In tal caso in maniera particolarmente vantaggiosa il trasmettitore ultrasonico e il trasmettitore sono integrati in un primo braccio di forcella e vengono comandati da una unità di comando comune. Corrispondentemente il ricevitore ultrasonico e il ricevitore si trovano nel secondo braccio di forcella, ove i segnali dì ricezione del ricevitore ultrasonico e del ricevitore vengono valutati in una unità di valutazione. Grazie al doppio utilizzo sia dell'unità di comando sia dell'unità di valutazione per i componenti sensore ultrasonico e sensore ottico il dispendio elettronico della disposizione di sensori viene tenuto ridotto.

In questa forma di esecuzione della disposizione di sensori secondo l'invenzione anche il dispendio meccanico può essere estremamente contenuto. Il trasmettitore e il ricevitore come componenti -del sensore ottico sono installati nei bracci di forcella dell'alloggiamento in modo tale che i loro assi ottici siano orientati perpendicolarmente al piano di rivelazione e perciò anche agli assi longitudinali dei bracci di forcella.

Gli assi longitudinali del trasmettitore ultrasonico e del ricevitore ultrasonico come componenti del sensore ultrasonico si estendono invece ciascuno in direzione dell'asse longitudinale del rispettivo braccio di forcella. Grazie ai mezzi di rinvio disposti a valle del trasmettitore ultrasonico le onde ultrasonore emesse dal sensore ultrasonico ed estendentisi dapprima in direzione longitudinale del braccio di forcella vengono rinviate in modo tale da essere guidate con un angolo d'inclinazione prestabilito sull'oggetto nel piano di rivelazione.

Grazie a questa disposizione si possono evitare fori obliqui impegnativi nei bracci di forcella per l'alloggiamento dei componenti del sensore ultrasonico e del sensore ottico, poiché soltanto mediante i mezzi di rinvio è possibile ottenere che i raggi luminosi trasmittenti e le onde ultrasoniche vengano guidati con angoli d'inclinazione differenti sulla superficie dell'oggetto.

I mezzi di rinvio possono essere realizzati come deflettori in lamiera e sono quindi molto semplici ed economici da fabbricare. Perché i raggi luminosi trasmittenti possano venire guidati a breve distanza dalle onde ultrasoniche, nei deflettori in lamiera associati al trasmettitore ultrasonico e al ricevitore ultrasonico sono previsti preferibilmente diaframmi a foro, attraverso i quali sono guidati i -raggi luminosi trasmittenti. In una forma di esecuzione particolarmente vantaggiosa i deflettori in lamiera sono sostituiti con specchi semitrasparenti, sui quali le onde ultrasoniche vengono riflesse completamente, ma i quali vengono attraversati in parte dai raggi luminosi trasmittenti. In questo caso non devono venire previsti diaframmi a foro nei mezzi di rinvio per poter guidare i raggi luminosi trasmittenti attraverso questi ultimi.

La disposizione di sensori può venire impiegata per il rilevamento o la rivelazione di oggetti differenti. In particolare la disposizione di sensori può venire impiegata per il rilevamento di strutture di oggetti multistrato. Siffatte strutture di oggetti possono essere formate ad esempio da fogli semplici o fogli multipli sovrapposti. Mediante una valutazione del valore di soglia dei segnali di ricezione del ricevitore ultrasonico e/o del ricevitore si può accertare allora la presenza di un foglio semplice o di un foglio multiplo. Corrispondentemente la disposizione di sensori può venire impiegata per il rilevamento di etichette applicate su materiali di supporto.

L'invenzione viene illustrata di seguito con l'aiuto dei disegni. Mostrano:

figura 1 una sezione longitudinale di una disposizione di sensori con un sensore ultrasonico e un sensore ottico per il rilevamento di etichette applicate su materiali di supporto, figura 2 una vista dall'alto della disposizione secondo figura 1.

Figura 1 mostra la struttura di una disposizione 1 di sensori, che comprende un sensore ultrasonico e un sensore ottico. La disposizione 1 di sensori è integrata in un alloggiamento 2 a forma di forcella. I bracci 2a, 2b di forcella dell'alloggiamento 2 si estendono parallelamente a distanza reciproca, ciascuno in direzione orizzontale. Nel braccio 2a di forcella inferiore dell'alloggiamento 2, come primo componente del sensore ottico è previsto un trasmettitore 4, che emette raggi 3 luminosi trasmittenti. Nel braccio 2b di forcella superiore, come ulteriore componente del sensore ottico è integrato un ricevitore 5, che riceve raggi 3 luminosi trasmittenti. Il trasmettitore 4 è formato ad esempio da un diodo luminoso, mentre il ricevitore 5 è composto da un fotodiodo o simile. Il trasmettitore 4 è montato nel braccio 2a di forcella inferiore in modo tale che il suo asse ottico, in cui i raggi 3 luminosi trasmittenti vengono emessi, si estenda in direzione verticale. Corrispondentemente il ricevitore 5 è montato nel braccio 2b superiore di forcella in modo tale che il proprio asse ottico si estenda in direzione verticale. Gli assi ottici del trasmettitore 4 e del ricevitore 5 coincidono. Il sensore ottico funziona secondo il principio della fotocellula. Quando non si trova alcun oggetto tra i bracci 2a, 2b di forcella, i raggi 3 luminosi trasmittenti emessi dal trasmettitore 4 giungono senza ostacoli al ricevitore 5, Quando un oggetto si trova fra i bracci 2a, 2b di forcella, i raggi 3 luminosi trasmittenti vengono riflessi almeno in parte sull'oggetto, cosicché la parte riflessa dei raggi 3 luminosi trasmittenti non giunge più al ricevitore .5.

Nel braccio 2a di forcella inferiore dell'alloggiamento 2, come primo componente del sensore ultrasonico è integrato un trasmettitore 7 ultrasonico, che emette onde 6 ultrasoniche. Nel braccio 2b di forcella superiore, come secondo componente del sensore ultrasonico è integrato un ricevitore 8 ultrasonico, che riceve onde 6 ultrasoniche. Il trasmettitore 7 ultrasonico e il ricevitore 8 ultrasonico presentano rispettivamente un trasduttore ultrasonico. Il sensore ultrasonico è montato nel braccio 2a di forcella inferiore in modo tale che il proprio asse longitudinale, cioè il proprio asse lungo il quale le onde 6 ultrasoniche vengono emesse, si estenda in direzione longitudinale del braccio 2a di forcella inferiore, cioè in direzione orizzontale. Il ricevitore 8 ultrasonico è integrato in una corrispondente posizione di installazione orizzontale nel braccio 2b di forcella superiore.

Il trasmettitore 4 e il trasmettitore 7 ultrasonico vengono comandati da una unità 9 di comando, che è integrata nel braccio 2a di forcella inferiore. I segnali di ricezione generati alle uscite del ricevitore 8 ultrasonico e del ricevitore 5 vengono valutati in una unità 10 di valutazione. Tramite l'unità 9 di comando può venire attivato in modo opzionale il trasmettitore 7 ultrasonico e/o il trasmettitore 4. Nell'unità di valutazione in funzione dei segnali di ricezione del ricevitore 5 e/o del ricevitore 8 ultrasonico viene generato un segnale di rilevamento di oggetti. Il segnale di rilevamento di oggetti viene emesso attraverso una uscita 11.

Per la guida delle onde 6 ultrasoniche emesse dal trasmettitore 7 ultrasonico, nella zona di monitoraggio tra i due bracci 2a, 2b di forcella a valle del trasmettitore 7 ultrasonico è disposto, come primo mezzo di rinvio, un primo deflettore 12 in lamiera. Il deflettore 12 in lamiera presenta una forma paraboloidica. Corrispondentemente a monte del ricevitore 8 ultrasonico, come secondo mezzo di rinvio è disposto un deflettore 13 in lamiera, che presenta anch’esso una forma paraboloidica. Per mezzo del deflettore 12 in lamiera disposto a valle del trasmettitore 7 ultrasonico le onde 6 ultrasoniche vengono rinviate in modo tale da essere focalizzate in un piano E di rivelazione, in cui sono disposti gli oggetti da rilevare. La guida del fascio delle onde 6 ultrasoniche attraverso il primo deflettore 12 in lamiera avviene in modo tale che le onde 6 ultrasoniche si dirigano in una zona prestabilità dell'angolo d'inclinazione verso il piano di rivelazione. In tal caso le onde 6 ultrasoniche e i raggi 3 luminosi trasmittenti s'intersecano nel piano di rivelazione. Se non vi è alcun oggetto nel piano di rivelazione, allora le onde 6 ultrasoniche giungono senza ostacoli al secondo deflettore 13 in lamiera e da li vengono focalizzate sul ricevitore 8 ultrasonico. Anche con il sensore ultrasonico viene eseguita una misurazione della trasmissione, cioè viene registrata l'attenuazione delle onde 6 ultrasoniche al passaggio attraverso l'oggetto.

Perché i raggi 3 luminosi trasmittenti possano venire guidati nel piano di rivelazione intersecandosi con le onde 6 ultrasoniche, i raggi 3 luminosi trasmittenti devono venire guidati nelle zone dei deflettori 12, 13 in lamiera. I deflettori 12, 13 in lamiera presentano in tal caso rispettivamente un diaframma 12a, 13a a foro, attraverso la quale sono guidati i raggi 3 luminosi trasmittenti.

Invece di deflettori 12, 13 in lamiera possono essere previsti specchi semitrasparenti come mezzi di rinvio. Su questi specchi semitrasparenti le onde 6 ultrasoniche vengono riflesse in effetti completamente, ma i raggi 3 luminosi trasmittenti passano in parte attraverso gli specchi semitrasparenti, cosicché in questo caso non devono essere previsti diaframmi a foro 12a, 13a nei mezzi di rinvio.

La disposizione 1 di sensori serve nel caso presente per il rilevamento di etichette 15 disposte su un supporto 14. Come risulta dalla figura 2, il supporto 14 con le etichette 15 viene trasportato lungo un dispositivo F trasportatore. In tal caso il supporto 14 con le etichette 15 viene trasportato nel piano di rivelazione E fra i bracci 2a, 2b di forcella dell'alloggiamento 2 della disposizione 1 di sensori (figura 1).

A seconda che nel piano di rivelazione venga rilevato soltanto il supporto 14 oppure una etichetta 15 applicata sul supporto 14, i raggi 3 luminosi trasmittenti rispettivamente le onde 6 ultrasoniche vengo attenuati in misura differente al passaggio attraverso questi oggetti. Mediante una valutazione del valore di soglia dei segnali di ricezione del ricevitore 8 ultrasonico rispettivamente del ricevitore 5, nell'unità 10 di valutazione viene generato, come segnale di rilevamento oggetti, un segnale di commutazione binario, i cui stati di commutazione indicano se una etichetta 15 è presente o meno.

I valori di soglia necessari per la valutazione del valore di soglia vengono determinati in un processo di apprendimento, che viene eseguito prima dell'inizio del funzionamento operativo della disposizione 1 di sensori. In questo processo di apprendimento viene misurato in modo particolarmente vantaggioso il supporto 14 con o senza etichetta 15, cosicché dai segnali di ricezione ricevuti in questo modo del ricevitore 8 ultrasonico e del ricevitore 5 vengono derivati i valori di soglia. Vantaggiosamente con l'aiuto dei segnali di ricezione rilevati durante il processo di apprendimento nell'unità 10 di valutazione viene anche deciso se attivare il sensore ottico e/o il sensore ultrasonico per il successivo funzionamento della disposizione 1 di sensori. Per esempio nell'unità 10 di valutazione può venire attivato quel sensore, per il quale durante il processo di apprendimento in occasione del rilevamento del supporto 14 da solo o insieme ad una etichetta 15 viene ottenuta la massima corsa di segnale.

ELENCO DEI SEGNI DI RIFERIMENTO

(1) disposizione di sensori

(2) alloggiamento

(2a) braccio di forcella

(2b) braccio di forcella

(3) raggi luminosi trasmittenti

(4) trasmettitore

(5) ricevitore

(6) onda ultrasonica

(7) trasmettitore ultrasonico o di ultrasuoni

(8) ricevitore ultrasonico o di ultrasuoni

(9) unità di comando

(10) unità di valutazione

(11) uscita

(12) deflettore in lamiera

(12a)diaframma a foro

(13) deflettore in lamiera

(13a)diaframma a foro

(14) materiale di supporto o supporto

(15) etichetta

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Disposizione di sensori per il rilevamento di oggetti, con un sensore ottico e con un sensore ultrasonico, comprendente un trasmettitore ultrasonico, che emette onde ultrasoniche e un ricevitore ultrasonico, che riceve onde ultrasoniche, caratterizzata dal fatto che a valle del trasmettitore (7) ultrasonico sono disposti mezzi di rinvio per la focalizzazione delle onde (6) ultrasoniche in un piano di rivelazione.
2. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che a monte del ricevitore (8) ultrasonico sono disposti mezzi di rinvio, mediante i quali le onde (6) ultrasoniche sono focalizzate sul ricevitore (5).
3. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto che il sensore ottico presenta un emettitore (4), che emette raggi (3) luminosi trasmittenti lungo un asse ottico, e un ricevitore (5), che riceve i raggi luminosi trasmittenti.
4. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che l'asse ottico del sensore ottico e l'asse del fascio delle onde (6) ultrasoniche s'intersecano nel piano di rivelazione.
5. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che per il rilevamento di oggetti è attivabile o sono attivabili opzionalmente il sensore ottico e/o il sensore ultrasonico.
6. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che per il rilevamento di un oggetto nel piano di rivelazione con il sensore ultrasonico e/o il sensore ottico viene eseguita una misurazione della trasmissione.
7. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto che questa è integrata in un alloggiamento (2) a forma di forcella con due bracci (2a, 2b) di forcella estendentisi parallelamente tra loro, ove il piano di rivelazione fra i bracci (2a, 2b) di forcella si estende parallelamente a questi ultimi.
8. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il trasmettitore (7) ultrasonico e il trasmettitore (4) sono integrati in un primo braccio (2a) di forcella dell'alloggiamento (2) e il ricevitore (8) ultrasonico e il ricevitore (5) sono integrati in un secondo braccio (2b) di forcella dell'alloggiamento (2).
9. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni 7 o 8, caratterizzata dal fatto che gli assi ottici del trasmettitore (4) e del ricevitore (5) si estendono perpendicolarmente al piano di rivelazione .
10. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzata dal fatto che gli assi longitudinali del trasmettitore (7) ultrasonico e del ricevitore (8) ultrasonico si estendono rispettivamente in direzione dell'asse longitudinale del braccio (2a, 2b) di forcella associato.
11. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che mediante i mezzi di rinvio associati al trasmettitore (7) ultrasonico e al ricevitore (8) ultrasonico si può predeterminare l'angolo d'inclinazione delle onde (6) ultrasoniche rispetto al piano di rivelazione.
12. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che i mezzi di rinvio sono realizzati a forma paraboloidica.
13. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che i mezzi di rinvio sono formati da deflettori (12, 13) in lamiera.
14. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 13, caratterizzata dal fatto che nei deflettori (12, 13) in lamiera è previsto rispettivamente un diaframma (12a, 13b) a foro, attraverso il quale sono guidati i raggi (3) luminosi trasmittenti.
15. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 12, caratterizzata dal fatto che gli specchi di rinvio o riflettori passivi sono formati da specchi semitrasparenti, sui quali le onde (6) ultrasoniche vengono riflesse interamente e i quali vengono attraversati in parte dai raggi (3) luminosi trasmittenti.
16. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzata dal fatto che il trasmettitore (7) ultrasonico e il trasmettitore (4) sono comandati da una unità (9) di comando.
17. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 1 a 16, caratterizzata dal fatto che al ricevitore (8) ultrasonico e al ricevitore (5) è associata una unità (10) di valutazione, in cui in funzione dei segnali di ricezione del ricevitore (8) ultrasonico e/o del ricevitore (5) viene generato un segnale di rilevamento di oggetto .
18. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni da 1 a 17, caratterizzata dal fatto che con questa si possono rilevare strutture di oggetti multistrato.
19. Disposizione di sensori secondo la rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che gli oggetti da rilevare sono etichette (15) disposte su un supporto (14).
20. Disposizione di sensori secondo una delle rivendicazioni 18 o 19, caratterizzata dal fatto che i segnali di ricezione del ricevitore (8) ultrasonico e/o del ricevitore (5) per la generazione di un segnale di rilevamento di oggetto vengono valutati con un valore di soglia.