KR101275075B1

KR101275075B1 - 사물 검출용 광학 센서 및 사물 검출 방법

Info

Publication number: KR101275075B1
Application number: KR1020107023309A
Authority: KR
Inventors: 마르코 티엔; 긴 힝 친; 유 틴 청; 웽 청 차우
Original assignee: 페퍼를 운트 푹스 게엠베하
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2013-06-17
Also published as: WO2009115202A2; DE202008003953U1; WO2009115202A3; CN101978291A; KR20110021733A; EP2257840A2; EP2257840B1

Abstract

본 발명은 감시 영역에서 사물을 검출하는 광학 센서에 관한 것으로서, 감시 영역을 빛을 방출하는 발광 유닛 검출; 근거리 영역(near region)의 사물에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 검출하는 근거리 요소(close range element) 및 배경면에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 검출하는 원거리 요소(far range element)를 포함하는 디텍터 유닛(detector unit); 및 발광 유닛을 제어하고 디텍터 유닛(detector unit)에 의해 생성된 검출 신호를 평가하는 제어/평가 유닛을 포함한다. 광학 센서는 허위 진단을 제거하기 위해 다수의 광원을 포함하는 발광 유닛을 포함하며, 광원은 다른 위치에서 검출된 사물에 광점을 생성하도록 위치를 정하고 맞춰지며, 다른 광원의 방사선이 각각 광원에서 나온 반사 및/또는 산란되는 빛을 구별할 수 있도록 다른 물리적 성질을 가지며, 제어/평가 유닛은 개별 광원에서 나온 검출 신호에 대한 논리 연산(logic operation)을 기준으로 하여 스위칭 신호(switching signal)를 생성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 감시 영역에 있는 사물을 검출하는 방법에 관한 것이다.

Description

사물 검출용 광학 센서 및 사물 검출 방법{Optical sensor and method for detecting objects}

본 발명은 감시 영역에 있는 사물을 검출하는 광학 센서에 관한 것이다. 이 광학 센서는 감시 영역으로 빛을 방출하는 발광 유닛을 포함한다. 또한, 광학 센서는 근거리 영역(near region)에 위치한 사물에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 검출하는 근거리 요소(close range element) 및 배경면에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 검출하는 원거리 요소(far range element)를 포함하는 디텍터 유닛(detector unit)을 포함한다. 광학 센서는 또한 발광 유닛을 제어하고 디텍터 유닛(detector unit)에 의해 생성된 검출 신호를 평가하는 제어/평가 유닛을 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 청구항 17의 포괄적인 절에서 정의한 대로 사물을 검출하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법에서, 빛이 감시 영역으로 발광 유닛에 의해 방출되고, 근거리 영역(near region)에 위치한 사물에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛이 디텍터 유닛(detector unit)의 근거리 요소(close range element)에 의하여 검출되고, 배경면에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛이 디텍터 유닛(detector unit)의 원거리 요소(far range element)에 의하여 검출되며, 반면 발광 유닛은 제어/평가 유닛에 의해 제어되고 디텍터 유닛(detector unit)의 검출 신호는 제어/평가 유닛에 의해 평가된다.

광학 센서를 기반으로 측정하는 방법을 도 1을 참조하면서 더 상세히 설명한다. 도 1은 디텍터 유닛(6)의 근거리 요소(7)에 의하여 근거리 영역(near region)에 위치한 사물(2)을 검출하는 것을 도시한다. 근거리 요소(7) 외에, 디텍터 유닛(6)은 근거리 요소에 대하여 공간상으로 어긋나도록(spatially offset) 배열되는 원거리 요소(10)를 포함한다. 원거리 요소(10)는 원거리 영역(far region)에 위치한 배경면(12)에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 가로챌 수 있다. 이러한 목적으로, 발광 유닛(4)의 광원(14)이 광학 센서(1)에 제공된다. 발광 유닛에 의해 방출된 빛(5)은 디텍터 유닛(6)의 근거리 요소(7)에 의해 각(α)에서 감시 영역(3)에 위치한 사물(2)에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛(8)의 형태로 검출될 수 있다.

광원(14)의 광선(5)에 물체 또는 사물(2)이 존재하지 않으면, 파선으로 나타낸 것처럼, 광선(5)은 근거리 요소(7)에 대하여 공간상으로 어긋나도록 디텍터 유닛(6)에 배치되는 원거리 요소(10)에 의하여 각(β)에서 배경면(12)에 의해 반사되거나 산란되는 빛(11)의 형태로 기록된다. 발광 유닛(4)을 제어하기 위해 그리고 디텍터 유닛(6)에 의해 생성된 검출 신호를 평가하는 제어/평가 유닛(9)은 광학 센서(1)에 배치되며, 도 1에 도시된 것처럼, 제어/평가 유닛(9)은 사물(2)이 근거리 영역(near region)에 배치되자마자 스위칭 신호(23)를 출력할 수 있다.

도 2는 제어/평가 유닛(9)에 의해 제어되고, 광선(5)을 방출하도록 공급 라인(24)을 통해서 제어/평가 유닛(9)에 의해 전류 펄스(current pulses) 등으로 공급되는, 유일한 광원(14)으로서 발광 다이오드 또는 레이저를 포함하는 광학 센서의 기본 회로를 도시한다. 디텍터 유닛(6)에 배치된 근거리 요소(7) 및 원거리 요소(10)의 형태의 디텍터 다이오드는 센싱선(sensing leads; 25, 26)을 통해 차동 증폭기(differential amplifier; 27)로 검출 신호를 전달한다. 사물이 감시 영역에 위치할 때 차동 증폭기가 정차동신호(positive differential signal)를 생성한다. 차동 증폭기가 부신호를 생성하는 경우, 감시 영역에 배치된 사물이 없다. 두 디덱터 요소의 증폭된 차동신호는 공급 라인(28)을 통해서 제어/평가 유닛(9)으로 전달된다. 예를 들면, 사물이 근거리 요소(7)에 의해 검출될 때, 제어/평가 유닛(9)은 그 출력부(29)로 스위칭 신호(23)를 전달한다.

도 3은 삼각측량법의 단점 및 한계를 설명한다. 도 3에 도시한 것처럼, 사물(2)이 빈 공간(gap)을 가지는 경우, 측정에 오류가 발생할 수 있다. 인쇄회로기판에 연속적으로 실장될 구성요소를 위한 슬롯 및 오목부가 제공되는, 인쇄회로기판에서 그런 빈 공간(gap)이 종종 관찰된다. 발광 유닛(4)의 광선(5)이 인쇄회로기판(20)의 슬롯(30)을 통과하면, 허위 진단 또는 허위 정보를 이끌어내는 허위 표시가 존재하여, 잘못된 응답을 작동시킨다.

본 발명의 목적은 허위 진단의 발생을 피하고 감시 영역에서 사물을 신뢰할 수 있게 검출할 수 있는 광학 센서를 제공하는 것이다. 다른 목적은 허위 진단을 신뢰할 수 있게 피할 수 있고 감시 영역의 사물을 신뢰할 수 있게 검출할 수 있는, 감시 영역에서 사물을 검출하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

제1 측면에서, 상기 목적은 독립 청구항의 주제에 의해 달성된다. 바람직한 개선안은 종속 청구항 및 다음의 설명에서 개시된다. 본 발명의 방법에 관하여, 전술하는 목적은 청구항 17의 특징을 가지는 방법으로 달성된다.

본 발명에 따르면, 감시 영역에서 사물을 검출하는 광학 센서를 제공한다. 이 광학 센서는 감시 영역으로 빛을 방출하는 발광 유닛을 포함한다. 근거리 영역(near region)의 사물에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 검출하는 근거리 요소(close range element) 및 배경면에 의해 반사 및/또는 산란되는 빛을 검출하는 원거리 요소(far range element)를 포함하는 디텍터 유닛(detector unit)이 광학 센서에 포함된다. 발광 유닛은 제어/평가 유닛에 의하여 제어될 수 있고 디텍터 유닛(detector unit)의 검출 신호는 제어/평가 유닛에 의해 평가될 수 있다.

허위 진단을 제거하기 위하여, 본 발명에 따르면, 발광 유닛은 다수의 광원을 포함한다. 다른 위치에서 검출될 사물에 광점(light spot)을 생성하도록 이들 광원의 위치를 정하고 맞추고 있다. 이러한 목적을 위해, 다른 광원의 각각의 방사선은 각 광원에서 나온 반사 및/또는 산란되는 빛을 구별할 수 있게 하는 다른 물리적 성질을 가진다. 제어/평가 유닛은 개별 광원에서 나온 검출 신호에 대한 논리 연산(logic operation)을 기준으로 하여 스위칭 신호(switching signal)를 방출하도록 적용된다.

다수의 광점(light spot)을 생성하기 위해 발광 유닛에 다수의 광원을 포함하는 그런 광학 센서의 장점은 적당한 논리 연산에 의하여 또는 논리합 게이트(OR gate) 등과 같은 적당한 논리 요소에 의해 근거리 영역(near region)에 있는 사물의 존재를 나타내기 위한 제어/평가 회로에서의 대응하는 스위칭 신호(switching signal)를 작동시키기 위해 상기 다수의 광원 중 하나의 빛이 검출될 사물의 영역에 영향을 미쳐야 한다는 것이다. 이것은 상기 다수의 광원 중 나머지 광원의 광선이 논리합 연산(logical OR operation)에 의해 허위 진단을 이끌어 내지 않는 원거리 요소(far range element)의 응답을 나타낸다는 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 허위 진단을 제거하기 위해 다수의 광원을 이용하며, 광원은 다른 위치에서 검출될 사물에 광점(light spot)을 생성하도록 위치하고 맞춰지며, 다른 광원의 각각의 방사선은 각 광원에서 나온 반사 및/또는 산란되는 빛을 구별할 수 있도록 하는 다른 물리적 성질을 가지고, 제어/평가 유닛이 개별 광원에서 나온 검출 신호에 대한 논리 연산을 기초로 스위칭 신호(switching signal)를 방출하는, 전술하는 유형의 방법이 개발된다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 디텍터 유닛(detector unit)은 근거리 요소(close range element)에 의하여 사물의 광점(light spot)을 검출할 수 있고 원거리 요소(far range element)에 의해 배경면의 광점(light spot)을 검출할 수 있으며, 발광 유닛은 적어도 2개의 반사하는 및/또는 산란하는 광점(light spot)이 나란히 위치하도록 맞춰진 적어도 2개의 광원을 포함한다. 광점(light spot)을 나란히 위치시키는 것의 장점은 제1 광원에서 유래한 광점(light spot)이 제2 광원에서 유래한 광점(light spot)이 비추는 영역과 다른 영역을 비추기 때문에, 사물의 각 구멍(aperture) 또는 슬롯(slot)이 있어도 허위 진단될 수 없다는 것이다. 광학 센서에 추가적인 광원을 공급함으로써 측정의 신뢰도를 더 증가시킬 수 있다.

전술하는 논리합 연산(OR operation)을 보장하기 위해, 광학 센서의 바람직한 구체예는 감시 영역에 존재하는 사물을 검출하는 논리 모듈(logic module)을 포함하는 제어/평가 유닛을 포함한다. 그러고 나서, 센서에 의해 생성된 검출 신호는 논리합 연산(OR operation)에 의한 논리 모듈(logic module)에 의해 평가된다.

광학 센서는 바람직하게 발광 유닛, 디텍터 유닛(detector unit) 및 제어/평가 유닛을 위한 공동 하우징(common housing)을 포함한다. 이 특징은 실제로 상당히 중요하며, 생산 라인에서 광학 센서의 설치 또는 장착을 간단하게 한다. 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드는 바람직하게 발광 유닛의 광원으로 사용된다. 이런 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드의 장점은 이들이 에너지를 절약하고 근거리 영역(near region) 또는 원거리 영역(far region)에 경제적인 조명을 제공하기 위하여 광 집합(optical convergence)을 위한 저렴한 프레넬 프레스-온 렌즈(Fresnel press-on lens)를 갖출 수 있다는 점이다.

광원의 전술한 다른 물리적 성질은 광원의 타임-쉬프트 제어(time-shifted control)에 의하여 달성될 수 있다. 이런 식으로, 광원의 나란히 위치한 광점(light spot)이 시간 간격으로 나타나서 시차를 기준으로 디텍터 유닛(detector unit)의 위치를 정할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 광원은 개별 광원을 위한 시간 순서대로 유사하게 나타나는 제어/평가 유닛에 의해 차례로 생성되는 전류 펄스(current pulses)에 의하여 제어된다.

광점(light spot)의 다른 위치를 검출하기 위하여 광원의 다른 물리적 성질을 이용하는 다른 가능성은 나란히 위치한 광점(light spot)의 컬러가 서로 다르도록 광원에 다른 파장의 빛을 배정하는 것을 포함한다. 따라서 디텍터 유닛(detector unit)이 컬러 차이를 기준으로 광점(light spot)의 위치를 정할 수 있다. 광원을 확인하는 이런 방법의 장점은 광원을 지속적으로 활성화할 수 있고 펄스가 발생하지 않을 수 있다는 것이다. 이 해결책의 다른 장점은 간격, 즉 펄스 사이의 간격이 없기 때문에 허위 진단의 발생이 더 감소한다는 것이다. 이 방법을 위한 전제조건은 디텍터 유닛(detector unit)이 빛의 파장에 따라 적어도 부분적으로 들어오는 빛을 검출할 수 있어야 한다는 것이다.

다른 바람직한 가능성은 나란히 위치한 광점(light spot)을 생성하는 광원의 다른 물리적 성질을 위한 기준으로 다른 변조 주파수(modulation frequency)를 이용하는 것을 포함한다. 이것은 디텍터 유닛(detector unit)이 광점(light spot)의 위치를 다른 변조 주파수(modulation frequency)를 기준으로 하여 광선을 할당하는 것을 가능하게 한다.

광학 센서에서 요청된 전술하는 요구를 충족하기 위하여, 제어/평가 유닛은 광원에 타임-쉬프트된(time-shifted) 또는 변조된(modulated) 펄스를 공급하고, 감시 영역에서 사물을 검출할 때 검출 신호를 제공하는 마이크로컨트롤러를 포함하며, 이 신호는 적어도 2개의 센서 요소에 의해 생성된 증폭된 차동 신호에서 유래한다. 그런 마이크로컨트롤러는 빠르고 신뢰할 수 있게 작동하며 허위 진단이 발생하지 않는 것을 보증한다.

전술한 인쇄회로기판용 및 바람직하게 감시 영역의 배경면의 앞에 위치하는 인쇄회로기판용 광학 센서를 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 완전을 기하기 위해 검사될 패키지의 내용을 검사하기 위해 이런 디텍터를 이용할 수도 있다. 예를 들면, 정제(tablet), 환약(pill), 및/또는 캡슐과 같은 작은 아이템을 포함하는 투명한 블리스터(blister) 팩을 감시 영역의 배경면의 앞에서 검사한다. 그런 유형의 작은 아이템이 없으면, 특히 패키지가 투명할 때, 빛이 근거리 영역(near region)에서 반사 또는 산란되지 않고 대신에 작은 아이템이 없는 위치를 나타내는 원거리 영역(far region)에서 반사 또는 산란된다. 기본적으로, 본 발명의 광학 센서는 블리스터(blister) 표면에서의 신호가 포어그라운드 신호(foreground signal)의 형태로 검출될 수 있고, 블리스터(blister) 사이의 중간 영역 또는 이 중간 영역과 같은 높이에 위치한 어떤 영역에서의 신호는 백그라운 신호(background signal)의 형태로 검출되도록 정확하게 조정될 수 있다. 따라서 블리스터(blister) 격실이 채워지지 않아서 중간 영역의 위로 올라오거나 돌출되지 않으면, 이는 백그라운 신호(background signal)로 확인되고 검출될 수 있다. 본 발명의 광학 센서는 투명하지 않은 블리스터(blister) 팩의 내용을 검사하기 위해 사용될 수도 있다.

그러면 센서 요소에 의해 생성된 적어도 2개의 검출 신호에 대해 논리곱 연산(logical AND operation)을 실행하도록 제어/평가 유닛에 논리 모듈(logic module)이 제공되면, 이것은 대응하는 응답을 이끌어 낼 수 있다. 감시 영역에의 사물의 존부 또는 근거리 영역(near region)에의 적당한 투명 패키지 내의 작은 아이템의 존부 이외에, 카운팅 장치(counting device)가 제어/평가 유닛에 제공되면 이 광학 센서는 또한 사물을 카운팅하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 방법의 다른 변형례에서, 다수의 인접한 광원, 특히 2차원 발광 다이오드 어레이가 광학 센서의 발광 유닛으로서 사용되며, 그 개별 광원은 독립적으로 제어될 수 있어서 검사될 사물의 형태에 맞도록 적응될 수 있다. 바람직한 디자인 변형례에서, 발광 다이오드가 표면-실장 장치(surface-mounted device), SMD로 형성된다.

다른 파장의 적어도 2개의 광원을 사용할 수 있는 본 발명의 더 적용례는 착색된 사물, 특히 인쇄기술에서의 인쇄된 컬러 시트를 검출하는 것이다. 상기 사물의 경우, 광점(light spot)에 의해 비추어진 위치로부터의 반사가 사용된 빛의 파장 중 어느 것도 충분히 세지 않는다면(예를 들면, 붉은 색으로 인쇄된 시트에 녹색 빛의 경우), 문제 사물은 다른 파장을 가지는 제2 광원에 의해 검출될 수 있다.

마지막으로, 사물이 적어도 2개의 광점(light spot)에 의해 감시되는 감시 영역을 통과할 때 감시 영역에서의 사물의 속도를 검출할 수 있게 하는 타이머 센서를 가지는 광학 센서를 제공할 수도 있다. 따라서 감시 영역에서 서로 공간상으로 분리되는 광점(light spot)이 생성되도록 맞추어진 다수의 광원을 기반으로 하는 본 발명의 광학 센서를 위한 많은 유리한 적용례를 제공할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 삼각측량법에 근거를 둔 광학 센서의 도면이다;
도 2는 도 1에 도시한 기구의 개략적인 회로도이다;
도 3은 도 1에 도시한 광학 센서에 만들어질 수 있는 허위 진단을 설명하는 개략도이다;
도 4는 사물이 감시 영역으로 들어가기 전의 본 발명의 일 구체예에 따른 광학 센서를 설명하는 개략도이다;
도 5는 사물이 감시 영역으로 들어간 후의 도 4에 도시한 광학 센서의 개략도이다;
도 6은 도 4에 도시한 기구의 개략적인 회로도이다;
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 광학 센서의 제어/평가 유닛에 의해 제공된 평가 테이블을 나타낸다;
도 8은 본 발명의 제2 구체예에 따른 광학 센서의 개략도이다;
도 9는 본 발명의 제3 구체예에 따른 광학 센서의 개략도이다;
도 10은 본 발명의 제4 구체예에 따른 광학 센서의 개략도이다;
도 11은 도 10에 도시한 광학 센서에 의해 생성된 시간에 의존적인 검출의 개략도를 도시한다;
도 12는 본 발명의 제5 구체예에 따른 광학 센서의 개략도이다.

도 1은 종래 기술에서 공지된 것과 같은 삼각측정법에 근거를 둔 광학 센서(100)의 개략도이다. 그런 광학 센서(100)의 단점을 배경기술에서 이미 언급하였다. 도 2는 도 1에 도시한 기구의 도면이고, 도 3은 종래의 광학 센서(100)가 할 수 있는 가능한 허위 진단의 상황을 설명한다. 도 1 내지 3은 반복을 피하기 위해 이 시점에서 다시 언급하지 않을 것이다.

도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 광학 센서(50)의 개략도로서, 사물(2)이 광학 센서(50)에 의해 감시될 감시 영역(3)으로 들어가기 전의 위치에 검출될 사물(2)이 있다. 본 발명의 이 구체예에서, 감시될 사물(2)은 두 슬롯(30)을 가지는 인쇄회로기판(20)이며, 도 4에 도시한 위치에서 감시 영역(3) 내에 있는 위치로 화살표 A의 방향으로 인쇄회로기판(20)이 이동할 때, 이 슬롯을 통해서 광학 센서에 배경면이 보이게 될 것이다.

일반적으로, 그런 광학 센서(50)는 생산 라인의 감시 스테이션에서 이용되어서, 화살표 A의 방향이 생산 라인의 수송의 방향을 나타낸다. 감시 영역(3)에서 사물(2)을 검출하기 위해 단일 광점(17)을 포함하지 않는다는 점에서, 도 1에 도시된 광학 센서와 본 발명의 본 구체예의 광학 센서(50)는 다르다. 그러나 오히려, 본 발명의 본 구체예에서 광학 센서(50)의 3개의 광원(14, 15, 16)에 의해 생성된 3개의 광점(17, 18, 19)이 나란히 위치한다. 광점(17, 18, 19)은 거리 a만큼 서로 간격을 두고 있고 감시될 인쇄회로기판(20)의 영역보다 넓은 영역을 비추지 않는다.

도 5는 인쇄회로기판(20)이 화살표 A 방향으로 수송된 후에 사물(2) 감시 영역(3)으로 들어온 후의, 도 4에 따른 광학 센서(50)의 개략도이다. 원거리 영역(far region) 및/또는 근거리 영역(near region)에서 광점(17, 18, 19)을 생성하는 3개의 광원(14, 15, 16)이 나란히 배열되기 때문에, 예를 들면 이 경우 슬롯(30) 및 인쇄회로기판(20)의 배경을 비추는 광점(18)은 허위로 진단하지 않고, 특히 광학 센서(50)가 논리합 연산(logical OR operation)을 가능하게 하는 논리 요소를 포함하기 때문에, 인쇄회로기판은 아무튼 3개의 광선 중 하나에 의해 광학 센서(50)의 감시 영역(3)에서 검출된다.

도 6은 도 4에 도시된 기구의 도면으로, 도 2에 도시한 종래 기술의 광학 센서와 동일한 기능을 가지는 구성요소는 동일한 참조번호가 제공되며, 이 시점에서는 다시 설명하지 않을 것이다. 도 2에 도시한 도면과 본 발명의 차이는 마이크로컨트롤러(31)를 포함하는 제어/평가 유닛(9)이 공급 라인(24, 35, 46)을 통해서 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드의 형태의 광원(14, 15, 16)으로 특정 시간 간격으로 전류 펄스를 공급한다는 것이다.

광원(14, 15, 16)에 의해 생성된 광점(light spot)이 타임-쉬프트하게(time-shifted) 비추는 결과, 측정 신호는 디텍터(6)에 의해 특정 시간 간격으로 검출되고 증폭된 측정 신호를 측정하는 광점으로 할당하고 세 광원(14, 15, 16) 중 하나의 광 경로에서의 사물의 존부의 측면에서 평가하는, 제어/평가 유닛(9) 또는 마이크로컨트롤러(31)로 차동 증폭기(27)에 의해 측정 신호가 공급된다. 이러한 목적을 위해, 마이크로컨트롤러(31)는 공급 라인(28)을 통해서 수신된 증폭된 측정 신호에 대해 논리합 연산(OR operation)을 실행하는 논리 모듈(logic module)을 포함한다.

도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 광학 센서의 제어/평가 유닛에 의해 제공된 평가 테이블을 나타낸다. 이러한 목적을 위해, 6 측정 주기가 테이블에 리스트화되었고, 그 제1 측정 주기에서 검출될 사물이 광학 센서의 검출 범위에 존재하지 않기 때문에, 모든 세 측정 신호는 부신호를 나타내며, 따라서 도 6에 도시된 것처럼, "Off" 신호가 출력부(29)에 나타난다.

제2 주기에서, 광원(16)이 사물 또는 인쇄회로기판의 빈 공간(gap)을 비추고, 반면 배경에서 오프닝이 검출되지 않아서 광원(14, 15)은 정측정신호를 전달하여, 이 경우 출력부 전체는 "ON"으로 전환된다. 중간 광원(15)이 비추는 위치에서 슬롯이 검출되면, 부측정신호가 전달되지만, 광원(14, 16)에서 유래된 정측정신호 때문에 출력부는 "ON" 신호를 유지한다.

배경면이 보이는 슬롯이 제1 광원(14)으로 전환되면, 스위칭 신호(switching signal) "ON"이 마이크로컨트롤러의 출력부(29)에서 유지된다. 제5 주기에서, 예를 들면, 검출된 사물에 매우 큰 또는 넓은 오프닝이 있기 때문에, 모든 세 광원이 배경을 비춘다. 그럼에도, 광원(16)이 바로 켜질 때까지 제5 주기에서 "ON" 스위칭 신호(switching signal)가 마이크로컨트롤러의 출력부(29)에서 유지된다. 인쇄회로기판이 완전하게 떠날 때에만, 마이크로컨트롤러(31)의 출력부(29)에서 검출 범위가 "OFF" 신호가 있다.

도 8은 본 발명의 제2 구체예에 따른 광학 센서(60)의 도면이다. 이 광학 센서(60)는 제1 구체예의 광학 센서(50)와 동일한 원리에 따라 작동한다. 이 경우, 그들의 광점(17, 18)이 투명한 필름 사이의 블리스터 팩(blister pack; 22)으로 포장된 작은 아이템(21)의 개별 아이템을 비추도록 두 광원(14, 15)이 제공된다. 도 8에 도시된 것처럼, 광원(14, 15)의 광선(5)이 블리스터 팩(22)에 존재하는 작은 아이템의 인접한 아이템을 비추도록 광원(14, 15)의 광선(5)이 맞춰질 때, 작은 아이템(21)을 포함하는 블리스터 팩(22)의 완전함을 광학 센서(60)에 의하여 검사할 수 있다. 패캐지의 완전함은 이 목적을 위하여 논리곱 소자(AND gate)를 가지는 마이크로컨트롤러 안에서 측정 신호의 논리곱 연산(logical AND operation)에 의해 정확하게 검사될 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3 구체예에 따른 광학 센서(70)의 도면이다. 여기에서도, 두 광원(14, 15)이 제공되며, 광점(17, 18)이 서로 거리 Δx만큼 떨어져 배치되며, 예를 들면, 인쇄회로기판(20)이 광원(14, 15)의 광선에 의해 측정가능한 시간 간격 Δt 내에서 화살표 A의 방향으로 연속적으로 측정될 사물(2)의 형태로 검출될 수 있다. 거리 Δx 덕분 및 시간 간격 Δt의 취득으로, 예를 들면, 생산 라인에서 화살표 A의 방향으로 인쇄회로기판(20)의 전송 속도 v= Δx/Δt를 결정할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제4 구체예에 따른 광학 센서(80)의 도면이다. 센서의 이런 배열로, 광점(17)의 독특한 반사 패턴을 디텍터 유닛(6)에 의해 기록하도록 하여 또한 제2 광원(15)의 광점(19)에서 나오는 동일한 패턴에 있어 요구되는 시간량 Δt를 측정해서 인쇄회로기판(20) 안에서 화살표 A의 방향의 수송 속도를 검출할 수 있다. 여기서, 생산 라인에서 인쇄회로기판(20)의 속도 v= Δx/Δt를 몫(quotient) Δx/Δt에서 결정할 수 있다. 근거리 요소(close range element) 및 원거리 요소(far range element)는 디텍터 유닛(6) 안에서 결합된다.

도 11은 도 10에 도시된 광학 센서(80)에 의해 생성된 시간-의존적 검출 신호의 도표이다. 이 목적을 위하여 광점(17)을 위한 센서 전류(IS)가 측정될 수 있고 광점(18)을 위한 센서 전류(IS)가 검사될 수 있다. 측정될 사물에 위치한 매우 잘 반사하는 구조에 의해 유발된 동일한 측정 전류-피크의 경우에, 도 10에 도시한 것처럼, 측정 반점(17)에서 생성된 패턴 및 측정 반점(18)에서 생성된 패턴 사이의 시간 간격 Δt을 시차로서 결정할 수 있다. 측정된 시간 Δt과 광점(17) 및 광점(18) 사이의 거리 Δx의 상호 관계는 도 10에 도시한 인쇄회로기판(20)이 광원(14, 15)에서 생성된 광점(17, 18)을 지나서 가이드되는 속도 v를 제공한다.

도 12는 본 발명의 제5 구체예에 따른 광학 센서(101)의 도면으로서, 발광 유닛(4)은 2차원 발광 다이오드 어레이이다. 개별 발광 다이오드는 독립적으로 활성화될 수 있다. 예로서 켜진 발광 다이오드(98) 및 꺼진 발광 다이오드(99)를 도면에 도시한다. 이 구체예에서 어레이에 있는 발광 다이오드의 수는 18이지만 이에 한정되는 것은 아니다.

활성화된 발광 다이오드(98)의 빛은 인쇄회로기판(20)에 영향을 주고, 관련된 적용에 있어 적당한 발광 다이오드만 활성화된다. 설명된 경우, 광점이 서로 거리 d1 및 d2 떨어져 배치되는 모든 세 슬롯(30)에 어느 때나 영향을 주지 않도록 발광 다이오드(98)가 선택된다. 그러므로, 항상 적어도 하나의 광점(light spot)은 인쇄회로기판(20)에 영향을 주고, 따라서 인쇄회로기판(20)는 신뢰할 수 있게 검출될 수 있다.

Claims

감시 영역(3)에서 사물(2)을 검출하는 광학 센서로서,
상기 감시 영역(3)으로 빛(5)을 방출하는 발광 유닛(4),
근거리 영역에서 상기 사물(2)에 의해 반사 또는 산란되는 빛(8)을 검출하는 근거리 요소(close range element; 7) 및 배경면(12)에 의해 반사 또는 산란되는 빛(11)을 검출하는 원거리 요소(far range element; 10)를 포함하는 디텍터 유닛(detector unit; 6) 및
상기 발광 유닛(4)을 제어하고 상기 디텍터 유닛(6)에 의해 생성된 검출 신호를 평가하는 제어/평가 유닛(control/evaluation unit; 9)을 포함하며,
상기 발광 유닛(4)은 허위 진단(false diagnose)을 배제하기 위해 다수의 광원(14, 15, 16)을 포함하며,
상기 광원(14)은 다른 위치에서 검출될 사물(2)에서의 광점(17, 18, 19)을 생성하도록 위치를 정하고 맞춰지며,
다른 상기 광원(14, 15, 16)의 방사선(radiation)이 각 상기 광원(14, 15, 16)에서 유래한 반사 또는 산란되는 빛(5)을 구별할 수 있게 하는 다른 물리적 성질을 가지며,
상기 제어/평가 유닛(9)이 각각의 상기 광원(14, 15, 16)에서 유래하는 검출 신호에 대한 논리 연산(logical operation)을 기반으로 스위칭 신호(switching signal; 23)를 조정하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 광원(14, 15, 16)은 다른 물리적 성질을 제공할 목적으로 타임-쉬프트 방식(time-shifted manner)으로 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 광원(14, 15, 16)은 다른 물리적 성질을 제공할 목적으로 다르게 변조될(differently modulated) 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 발광 유닛(4)은 광원(14, 15, 16)으로서, 적어도 하나의 발광 다이오드 및 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 디텍터 유닛(6)은 상기 근거리 요소(7)에 의해, 상기 사물(2)의 광점(17)을 검출하며, 상기 원거리 요소(10)에 의해 상기 배경면(12)의 광점(17)을 검출하고,
상기 발광 유닛(4)은 적어도 두 광점(17, 18, 19)이 나란히 위치하도록 맞추어진 적어도 두 광원(14, 15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제5항에 있어서,
상기 발광 유닛(4)은 적어도 세 광점(17, 18, 19)이 나란히 위치하도록 맞추어진 적어도 세 광원(14, 15)을 가지는 것을 포함하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 제어/평가 유닛(9)은 상기 감시 영역에서의 사물(2)의 존재를 확인할 목적으로 상기 서로 다른 광원(14, 15)에서 나오는 상기 검출 신호에 대한 논리합 연산(logical OR operation)을 수행하는 논리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 발광 유닛(4), 상기 디텍터 유닛(6) 및 상기 제어/평가 유닛(9)을 위한 공동 하우징(13)이 존재하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 제어/평가 유닛(9)은 타임-쉬프트된(time-shifted) 또는 변조된(modulated) 펄스를 가지는 상기 광원(14, 15, 16)을 제공하는 마이크로컨트롤러를 가지며, 상기 사물(2)이 상기 감시 영역(3)에 존재하는 것을 확인하기 위하여 적어도 두 센서 요소(7, 10)의 증폭된 차동 신호(amplified differential signal)에서 검출 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
검출될 상기 사물(2)이 상기 감시 영역(3)에서 상기 배경면(12) 앞에 일시적으로 배치되는 인쇄회로기판(20)인 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
검출될 상기 사물(2)은 상기 감시 영역(3)의 상기 배경면(12) 앞에 배치되는, 내용물의 완전함을 검사할 투명한 패키지를 포함하는 블리스터 팩(blister pack; 22)인 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 제어/평가 유닛(9)은 상기 감시 영역에서의 사물(2)의 부재를 확인할 목적으로 상기 센서 요소(7, 10)에 의해 생성된 적어도 두 검출 신호에 대한 논리곱 연산(logical AND operation)을 수행하는 논리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 광학 센서(60)는 카운팅 장치(counting device)와 협력하는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 광학 센서(70, 80)는 상기 감시 영역(3)에서의 상기 사물(2)의 속도를 측정할 목적으로 타이밍 장치(timing device)를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
상기 광원(14, 15, 16)은 다른 컬러의 광원(17)을 생성하기 위해 다른 물리적 성질로서 다른 빛 파장을 나타내며,
상기 근거리 요소(7) 및 상기 원거리 요소(10)는 적어도 하나의 상기 근거리 영역에서 반사되는 빛, 상기 근거리 영역에서 산란되는 빛 및 상기 배경면(12)에 의해 산란되는 빛의 파장-특이 성질을 검출하기 위해 적어도 부분적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제1항에 있어서,
다이오드가 독립적으로 활성화될 수 있는 다수의 발광 다이오드(98, 99)를 포함하는 발광 다이오드의 2차원 어레이가 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 센서.
감시 영역(3)에서 사물(2)을 검출하는 방법으로서,
발광 유닛(4)은 상기 감시 영역(3)으로 빛(5)을 방출하며,
디텍터 유닛(6)의 근거리 요소(close range element; 7)는 근거리 영역의 사물(2)에 의해 반사 또는 산란되는 빛(8)을 검출하고,
상기 디텍터 유닛(6)의 원거리 요소(far range element; 10)는 배경면(12)에 의해 반사 또는 산란되는 빛(11)을 검출하며,
제어/평가 유닛(control/evaluation unit; 9)은 상기 발광 유닛(4)을 제어하고 상기 디텍터 유닛(6)에 의해 생성된 검출 신호를 평가하며,
다수의 광원(14, 15, 16)이 허위 진단(false diagnose)을 제거하기 위해 이용되며,
상기 광원(14)이 다른 위치에서 검출될 사물(2)에 광점(17, 18, 19)을 생성하도록 위치를 정하고 맞춰지며,
다른 광원(14, 15, 16)에서 나오는 방사선(radiation)이 각각의 상기 광원(14, 15, 16)에서 유래하는 반사 또는 산란되는 빛(5)을 구별할 수 있게 하는 다른 물리적 성질을 각각 가지고,
상기 제어/평가 유닛(9)은 각각의 상기 광원(14, 15, 16)에서 유래하는 상기 검출 신호에 대한 논리 연산(logical operation)을 기반으로 스위칭 신호(switching signal; 23)를 생성하는 것을 특징으로 하는 감시 영역(3)에서 사물(2)을 검출하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 광원(14, 15, 16)은 다른 물리적 성질을 제공할 목적으로 타임-쉬프트 방식(time-shifted manner)으로 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 광원(14, 15, 16)은 다른 물리적 성질을 제공할 목적으로 다르게 변조될(differently modulated) 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 제어/평가 유닛(9)은 상기 감시 영역에 사물(2)의 존재를 확인할 목적으로 상기 서로 다른 광원(14, 15)에서 나오는 상기 검출 신호에 대한 논리합 연산(logical OR operation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
검출될 상기 사물(2)이 상기 감시 영역(3)에서 상기 배경면(12) 앞에 일시적으로 배치되는 인쇄회로기판(20)인 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
검출될 상기 사물(2)은 상기 감시 영역(3)의 상기 배경면(12) 앞에 배치되며, 내용물의 완전함을 검사할 투명한 패키지를 포함하는 블리스터 팩(blister pack; 22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 제어/평가 유닛(9)은 상기 감시 영역(3)에 작은 아이템(21)의 부재를 확인할 목적으로 상기 근거리 요소 및 원거리 요소(7, 10)에 의해 생성된 적어도 두 검출 신호에 대한 논리곱 연산(logical AND operation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 감시 영역(3)에서의 상기 사물(2)의 속도가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 광원(14, 15, 16)은 다른 컬러를 가지는 광원(17)을 생성하기 위해 다른 물리적 성질로서 다른 빛 파장을 가지며,
상기 근거리 요소(7) 및 상기 원거리 요소(10)는 파장에 따라 적어도 하나의 상기 근거리 영역에서 반사되는 빛, 상기 근거리 영역에서 산란되는 빛 및 상기 배경면(12)에 의해 산란되는 빛을 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
개별 광원이 독립적으로 활성화될 수 있는 다수의 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
착색된 사물이 다른 파장을 가지는 적어도 두 광원을 사용하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,
제1항에 따른 광학 센서가 사용되는 방법.
제11항에 있어서,
상기 패키지는 작은 아이템을 포함하는 블리스터 팩인 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제11항에 있어서,
상기 패키지는 적어도 하나의 정제(tablet), 펠렛(pellet), 및 캡슐(capsule)을 포함하는 블리스터 팩인 것을 특징으로 하는 광학 센서.
제22항에 있어서,
상기 패키지는 작은 아이템을 포함하는 블리스터 팩인 것을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서,
상기 패키지는 적어도 하나의 정제(tablet), 펠렛(pellet), 및 캡슐(capsule)을 포함하는 블리스터 팩인 것을 특징으로 하는 방법.
제26항에 있어서,
상기 다수의 광원은 발광 다이오드의 2차원 어레이인 것을 특징으로 하는 방법.
제27항에 있어서,
상기 사물은 인쇄된 시트인 것을 특징으로 하는 방법.