NL1001637C2 - Inrichting voor het elektrisch detecteren van intensiteitsverschillen alsmede een werkwijze voor het tellen van een aantal voorwerpen gebruik makende van de inrichting. - Google Patents

Description

Inrichting voor het elektrisch detecteren van intensiteitsver-schillen alsmede een werkwijze voor het tellen van een aantal voorwerpen gebruik makende van de inrichting.

De uitvinding betreft een inrichting voor het elektrisch detecteren van intensiteitsverschillen, omvattende een stralingsbron voor het opwekken van een stralingsbundel, foto-elektrische detectiemiddelen voor het detecteren van de 5 intensiteitsverschillen in door een door de stralingsbundel bestraald voorwerp gereflecteerde straling, alsmede in de stralingsweg tussen het genoemde voorwerp en de genoemde foto-elektrische detectiemiddelen geplaatste optische middelen.

Inrichtingen van de bovengenoemde soort zijn bekend, 10 bijvoorbeeld uit EP-A2-0 312 298, EP-A2-0 304 804 en EP-A2-0 319 164. Deze dokumenten beschrijven zogenaamde barcode-lezers, waarvan de eerste en de derde een draagbare uitvoering betreffen, voorzien van vast in een draagbaar apparaat aangebrachte elektronische en optische componenten, terwijl het 15 tweede dokument een stationair opgestelde barcodelezer betreft die is voorzien van een roterende prisma met behulp waarvan een barcode met een scannende laserstraal kan worden afgetast. Kenmerkend voor de meeste barcodelezers is dat de afstand tussen de barcode en de barcodelezer in principe relatief welbe-20 paald dient te zijn.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen die eenvoudig van constructie is, weinig onderdelen bezit, een grote scherptediepte heeft, alsmede een groot toepassingsgebied, ook voor toepas-25 singen waarbij voorwerpen of afbeeldingen dienen te worden gescand waarvan de positie zich op aanmerkelijke afstand van de inrichting bevindt en/of de stand niet welbepaald is en wordt daardoor gekenmerkt, dat de genoemde optische middelen een diafragma omvatten met een diafragma-opening met een ten 30 opzichte van de afmetingen van de bundel van gereflecteerde straling in het deel van de genoemde stralingsweg tussen de genoemde optische middelen en de genoemde foto-elektrische detectiemiddelen geringere afmeting.

Het effect van de aanwezigheid van een diafragma is 35 dat er een kleine stralingsvlek wordt gecreëerd waarmee inten- * 0 5 1 83 7.7 2 siteitsverschillen met een hoge resolutie kunnen worden waargenomen. Een voordeel hierbij is ook dat een diafragma, in het bijzonder een diafragma waarvan de diafragma-opening niet variabel is, een eenvoudig element vormt en dus in de regel niet 5 kostbaar is.

In de praktijk is een uitvoeringsvorm van de uitvinding van interesse gebleken die tot kenmerk heeft, dat het genoemde diafragma een diafragma-opening bezit met een afmeting gelegen in het gebied van 0,1 Mm en 10 Mm.

10 Voordelig is verder wanneer deze uitvoeringsvorm nog het kenmerk bezit, dat de genoemde diameter is gelegen in het gebied van 0,25 μτιι en 2 μτη. Het belang hiervan zal verderop nog worden toegelicht.

Een eenvoudige uitvoeringsvorm van de uitvinding 15 wordt verkregen met een uitvoeringsvorm die tot kenmerk heeft, dat de genoemde foto-elektrische detectiemiddelen een enkele foto-elektrische cel omvatten. Deze uitvoeringsvorm draagt bij tot de technische vereenvoudiging van de inrichting.

Een bijdrage tot de vergroting van de scherptediepte 20 van het optische systeem van de inrichting volgens de uitvinding kan nog worden verkregen door toepassing van een uitvoeringsvorm die tot kenmerk heeft, dat de genoemde optische middelen een lenssysteem omvatten waarvan de brandpuntafstand is gelegen in het gebied tussen 4 mm en 50 mm, en bij voorkeur 25 ongeveer 25 mm bedraagt.

Een verdere bijdrage kan nog worden geleverd door toepassing van een uitvoeringsvorm die tot kenmerk heeft, dat de stralingsbron bestaat uit een monochromatische lichtbron zoals een laser.

30 Een uitvoeringsvorm van de uitvinding die geschikt is voor stationaire opstelling en bijvoorbeeld kan worden gebruikt voor het tellen van gestapelde voorwerpen zoals afzonderlijke platen karton in een stapel karton heeft tot kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een roteerbare spiegel voor 35 het doen bewegen van de stralingsbundel als scanbundel over een bepaald scangebied, en de voorwerpen binnen het genoemde scangebied plaatsbaar zijn zodat de voorwerpen door een door de bewegende scanbundel veroorzaakte bewegende stralingsvlek scanbaar zijn. In het verleden zijn voor het tellen van sta-40 pels objecten verschillende mogelijkheden toegepast. Bijvoor- () 0 1 6 3 7 .

3 beeld is met behulp van een sensor de zijkant van een stapel afgetast waarna het aantal objecten werd bepaald, ofwel werd met behulp van een CCD-camera de gehele stapel waargenomen, waarna de beeldinhoud wordt geanalyseerd. De methode met de 5 bewegende sensor heeft als nadeel de complexe constructie van het mechanische deel van de inrichting terwijl de methode die gebruik maakt van een CCD-camera als nadeel heeft de relatief hoge kosten van de CCD-camera en de verwerkingseenheid alsmede de beperkte resolutie. Door gebruik te maken van de uitvinding 10 wordt een inrichting verschaft waarmee deze nadelen kunnen worden ondervangen.

De inrichting volgens de uitvinding kan worden beschouwd als een simulatie van een CCD-camera, nu echter met seriële aftasting met behulp van slechts een enkele foto-15 elektrische sensor. Een CCD-sensor kan maximaal 8192 pixels aftasten, terwijl met de inrichting volgens de uitvinding een CCD kan worden gesimuleerd met wel 100.000 pixels of meer. Hierdoor is de inrichting volgens de uitvinding geschikt voor zulke toepassingen als dimensiemeting van voorwerpen, spot-20 detectie, etc., die tot nu toe als toepassingen voor CCD-came-ra's gelden.

Opgemerkt wordt dat uit het Nederlandse octrooi-schrift 167.530 een werkwijze en een inrichting voor het tellen van een stapel golfkarton bekend zijn. Bij deze bekende 25 inrichting wordt een foto-elektrische sensor toegepast met een groot aantal, bijvoorbeeld 64, fotodioden. Voorts wordt bij de bekende werkwijze de gehele inrichting langs de stapel golfkarton verplaatst.

De uitvinding heeft behalve op een inrichting van de 30 in de aanhef genoemde soort tevens betrekking op een werkwijze voor het tellen van een aantal voorwerpen, in het bijzonder van het aantal in een stapel voorkomende voorwerpen zoals het aantal in een stapel karton voorkomende afzonderlijke platen karton, omvattende de stappen van: het met een stralingsbron 35 opwekken van een stralingsbundel, het doen bewegen van de stralingsbundel als scanbundel over een bepaald scangebied, het binnen het genoemde scangebied plaatsen van de voorwerpen zodat een door de bewegende scanbundel veroorzaakte bewegende stralingsvlek periodiek de voorwerpen scant, het opvangen van 40 de door de voorwerpen gereflecteerde, van de scanvlek afkom- ' ( · λ * 7. 7 1 - \ \ · 4 stige, straling, het langs een stralingsweg, voorzien van optische middelen, toevoeren van gereflecteerde straling naar foto-elektrische middelen en het omzetten van gedetecteerde intensiteitsverschillen in de door de foto-elektrische midde-5 len opgevangen gereflecteerde straling in een elektrisch, door de intensiteitsverschillen gemoduleerd, signaal en het omzetten van het gemoduleerde signaal in een waarde, zoals een getalswaarde, die representatief is voor het aantal gescande voorwerpen. Zoals reeds vermeld werden tot nu toe bij de be-10 kende werkwijzen ingewikkelde en dure inrichtingen gebruikt terwijl bovendien het oplossend vermogen niet altijd geheel voldoende was. De werkwijze volgens de uitvinding biedt hiervoor een oplossing en heeft tot kenmerk, dat de genoemde stra-lingsbron, de genoemde optische middelen en de genoemde foto-15 elektrische middelen stationair worden opgesteld, de voorwerpen binnen het scangebied worden gebracht, de genoemde scan-bundel wordt bewogen door een bewegend optisch middel, de genoemde gereflecteerde straling in de genoemde stralingsweg door een diafragma voorzien van een diafragma-opening ten dele 20 wordt ondervangen, slechts het door de diafragma-opening tredende deel van de gereflecteerde straling wordt gericht op de genoemde foto-elektrische middelen, en het genoemde deel van de gereflecteerde straling wordt gericht op slechts een enkele tot de foto-elektrische middelen behorende foto-elektrische 25 cel.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt een stationair opgestelde inrichting gebruikt met een grote scherptediepte en een groot oplossend vermogen. Hierdoor wordt een goede telling mogelijk met een eenvoudig apparaat terwijl bo-30 vendien de plaatsing van de stapels karton of andere te tellen voorwerpen niet erg kritisch is.

Van belang voor de eenvoud van de gebruikte inrichting en tevens voor de gevoeligheid van de inrichting voor intensiteitsverschillen is een uitvoeringsvorm van de werkwij-35 ze die tot kenmerk heeft, dat het bewegende optische middel is geplaatst in de genoemde stralingsweg van de gereflecteerde straling, en de door de foto-elektrische cel opgevangen gereflecteerde straling de foto-elektrische cel bereikt via het genoemde bewegende optische middel.

0 f: : f37.

5

De uitvinding zal nu nader worden besproken aan de hand van de schematische tekening die slechts bij wijze van voorbeeld, waartoe de uitvinding niet is beperkt, een uitvoeringsvorm van de uitvinding illustreert en waarin: 5 - fig. 1 een schematische langsdoorsnede is van een op een vloer opgestelde staande inrichting volgens de uitvinding ; en - fig. 2 een aanzicht is op een inrichting van de soort getoond in fig. 1 op andere schaal, opgesteld op een 10 vloer naast een pallet geladen met karton.

De inrichting 1 getoond in de tekening dient voor het elektrisch detecteren van intensiteitsverschillen. De inrichting omvat in de getoonde schematische uitvoeringsvorm een in principe gesloten kast 2 met een bovenwand 3, een bodem 4, een 15 achterwand 5, een voorwand 6, en zijwanden 7, waarvan er in de tekening slechts één is te zien. In de voorwand bevindt zich een venster 8 dat gesloten kan zijn bijvoorbeeld door een transparante glazen ruit 9. Het geheel is stevig en stofdicht opgebouwd, geschikt voor toepassing in een industriële omge-20 ving. De inrichting kan staande stevig worden neergezet op een fabrieksvloer 10 en daarop desgewenst met niet getoonde middelen worden vastgezet.

Binnen het huis 2 bevindt zich een zeer schematisch aangegeven stralingsbron 11 die dient voor het opwekken van 25 een stralingsbundel van voldoende intensiteit. De stralings-bundel wordt gesymboliseerd door de centrale lijn 12. Behalve de stralingsbron voor het opwekken van de stralingsbundel is de inrichting voorzien van foto-elektrische detectiemiddelen, schematisch aangegeven bij 13, die dienen voor het detecteren 30 van de intensiteitsverschillen in door een door de stralingsbundel bestraald voorwerp gereflecteerde straling. De gereflecteerde straling wordt in de tekening gesymboliseerd door de centrale lijn 14 van een gereflecteerde stralingsbundel. In de stralingsweg tussen het genoemde voorwerp, in dit geval de 35 stapel karton 4, en de foto-elektrische detectiemiddelen 13 zijn optische middelen geplaatst, in de tekening schematisch weergegeven bij 15, 16 en 17.

Het optische middel 15 bestaat uit een diafragma met een diafragma-opening 18 met een ten opzichte van de afmetin-40 gen van de bundel 14 van gereflecteerde straling in het deel 1fci 6 van de genoemde stralingsweg tussen de optische middelen 15-17 en de foto-elektrische detectiemiddelen 13 geringere afmeting. De andere optische middelen bestaan uit een lenssysteem 16 en een roterende spiegel 17. Het lenssysteem 16 is in de tekening 5 schematisch weergegeven en kan één of meer lenselementen bevatten voor het concentreren van gereflecteerde straling op het diafragma 15. De roterende spiegel 17 omvat een aan twee zijden reflecterend spiegelelement 19 alsmede een aandrijfmo-tor 20 met een rotatieas die loodrecht staat op het vlak van 10 de tekening. Met behulp van de motor 20 wordt het spiegelelement 19 in de richting gesymboliseerd door de pijl 21 geroteerd met een snelheid van bijvoorbeeld 5 omwentelingen per seconde. Met behulp van de roterende spiegel 17 wordt aan de stralingsbundel 12 een scanbeweging verleend die minstens ge-15 schikt is voor het aftasten van de stapel karton 4. Zoals in fig. 2 getoond wordt de stralingsbundel 12 dus in verticale richting minstens bewogen tussen twee uiterste standen 12a en 12b die een scanhoek or insluiten.

Het diafragma 15 bezit een diafragma-opening met een 20 afmeting gelegen in het gebied van 0,1 Mm en 10 Mm. In de praktijk is gebleken dat de genoemde afmeting bij voorkeur is gelegen tussen 0,25 μτα en 2,0 μτα. De foto-elektrische detec-tiemiddelen 13 omvatten slechts een enkele foto-elektrische cel, het lenssysteem 16 heeft een brandpuntafstand die is ge-25 legen in het gebied tussen 4 mm en 50 mm, en bedraagt bij voorkeur 25 mm. Het effect van de toepassing van een lenssysteem met een korte brandpuntafstand en een diafragma met een kleine opening is dat er een pixelachtig element wordt gecreëerd op de foto-elektrische cel 13, waarmee intensiteits-30 verschillen met een hoge resolutie kunnen worden waargenomen. Doordat de lens een kleine brandpuntafstand bezit, gaat de hoge resolutie gepaard met een grote scherptediepte. Door de hoge resolutie kunnen objecten van kleine dikte zoals vellen karton of papier worden geteld. Voor het tellen van massief 3 5 karton wordt een diaf ragma-opening van 2 μτα gebruikt. Voor het tellen van het dunnere duplex karton wordt 1 μτα en voor het tellen van papier 0,25 μτα gebruikt.

De stralingsbron 11 bestaat bijvoorbeeld uit een mo-nochromatische lichtbron zoals een laser. Lasers zijn bij uit-40 stek geschikt voor het opwekken van monochromatisch licht in 'v 7 een smalle geconcentreerde bundel en zijn om die reden bij uitstek geschikt voor de onderhavige inrichting. Door de roterende spiegel 17 wordt de stralingsbundel 12 als scanbundel over het scangebied α bewogen. De stapel karton 4 is op een 5 gebruikelijke palet 22 binnen het genoemde scangebied plaatsbaar zodat de afzonderlijke vellen karton 4.1, 4.2, ...., 4.n kunnen worden gescand met een door de bewegende scanbundel 12 veroorzaakte, niet in de tekening getoonde, bewegende stra-lingsvlek op de kopse kanten van de vellen karton.

10 De foto-elektrische cel 13 is op niet getoonde wijze gekoppeld met niet getoonde maar op zich bekende elektronische evaluatiemiddelen die geschikt zijn voor het omzetten van gedetecteerde intensiteitsverschillen in de door de foto-elektrische cel opgevangen gereflecteerde straling in een elek-15 trisch door de intensiteitsverschillen gemoduleerd signaal en het omzetten van het gemoduleerde elektrische signaal in een waarde, zoals een getalswaarde, die representatief is voor het aantal gescande voorwerpen, in dit geval dus het aantal gescande vellen karton 4.1, 4.2., ...., 4.n. De roterende spie-20 gel 17 wordt tevens gebruikt voor het richten van de gereflecteerde straling 14 op het lenssysteem 16 en daarmee uiteindelijk op het diafragma 15 en de foto-elektrische cel 13.

Alhoewel de tekening slechts een enkel uitvoerings-voorbeeld van de uitvinding toont zijn binnen het kader van de 25 door de conclusies gedefinieerde uitvinding ook andere uitvoeringsvormen mogelijk. Zo kunnen, afhankelijk van de gebruiks-omstandigheden, andere optische componenten worden toegevoegd. Bijvoorbeeld kan een tweede lens worden gebruikt in het lenssysteem voor het collimeren van de gereflecteerde bundel. Be-30 halve van een laser kan ook in principe gebruik gemaakt worden van een andere geschikte stralingsbron, bijvoorbeeld een geschikte lichtbron.

1 0 0 1 637.;

Claims (9)

1. Inrichting (1) voor het elektrisch detecteren van intensiteitsverschillen, omvattende een stralingsbron (11) voor het opwekken van een stralingsbundel (12), foto-elektri-sche detectiemiddelen (13) voor het detecteren van de intensi- 5 teitsverschillen in door een door de stralingsbundel bestraald voorwerp (4.) gereflecteerde straling (14) , alsmede in de stra-lingsweg tussen het genoemde voorwerp en de genoemde foto-elektrische detectiemiddelen geplaatste optische middelen (15-17), met het kenmerk, dat de genoemde optische middelen 10 (15-17) een diafragma (15) omvatten met een diafragma-opening (18) met een ten opzichte van de afmetingen van de bundel (14) van gereflecteerde straling in het deel van de genoemde stra-lingsweg tussen de genoemde optische middelen (15-17) en de genoemde foto-elektrische detectiemiddelen (13) geringere af- 15 meting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het genoemde diafragma (15) een diafragma-opening (18) bezit met een diameter gelegen in het gebied van 0,1 μιη en 10 μη.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de genoemde diameter is gelegen in het gebied van 0,25 μιη en 2 μπι.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde foto-elektrische detectiemiddelen (13) een 25 enkele foto-elektrische cel omvatten.

5. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde optische middelen (15-17) een lenssysteem (16) omvatten waarvan de brandpuntafstand is gelegen in het gebied tussen 4 mm en 50 mm, en bij voorkeur ongeveer 25 mm bedraagt.

6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stralingsbron (11) bestaat uit een monochromatische lichtbron zoals een laser.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat 35. de inrichting is voorzien van een roteerbare spie gel (17) voor het doen bewegen van de stralingsbundel (12) als scanbundel over een bepaald scangebied (a), en * ' ? ?. - de voorwerpen (4.1., 4.2, ...., 4.n) binnen het genoemde scangebied (a) plaatsbaar zijn zodat de voorwerpen door een door de bewegende scanbundel veroorzaakte bewegende stra-lingsvlek scanbaar zijn.

8. Werkwijze voor het tellen van een aantal voorwer pen, in het bijzonder van het aantal in een stapel (4) voorkomende voorwerpen zoals het aantal in een stapel karton voorkomende afzonderlijke platen karton (4.1., 4.2., ...., 4.n), omvattende de stappen van: 10. het met een stralingsbron (11) opwekken van een stralingsbundel (12), - het doen bewegen van de stralingsbundel (12) als scanbundel over een bepaald scangebied (a), - het binnen het genoemde scangebied plaatsen van de 15 voorwerpen (4.1, 4.2, ...., 4.n) zodat een door de bewegende scanbundel veroorzaakte bewegende stralingsvlek periodiek de voorwerpen scant, - het opvangen van de door de voorwerpen gereflecteerde, van de scanvlek afkomstige, straling (14), 20. het langs een stralingsweg, voorzien van optische middelen (15-17), toevoeren van gereflecteerde straling naar foto-elektrische middelen (13) en het omzetten van gedetecteerde intensiteitsverschillen in de door de foto-elektrische middelen opgevangen gereflecteerde straling in een elektrisch, 25 door de intensiteitsverschillen gemoduleerd, signaal en - het omzetten van het gemoduleerde signaal in een waarde, zoals een getalswaarde, die representatief is voor het aantal gescande voorwerpen (4.1, 4.2, ...., 4.n), met het kenmerk, dat 30. de genoemde stralingsbron (11), de genoemde opti sche middelen (15-17) en de genoemde foto-elektrische middelen (13) stationair worden opgesteld, - de voorwerpen (4.1., 4.2., ...., 4.n) binnen het scangebied (a) worden gebracht, 35. de genoemde scanbundel wordt bewogen door een bewe gend optisch middel (19), - de genoemde gereflecteerde straling (14) in de genoemde stralingsweg (15-17) door een diafragma (15) voorzien van een diafragma-opening (18) ten dele wordt ondervangen, - slechts het door de diafragma-opening (18) tredende deel van de gereflecteerde straling (14) wordt gericht op de genoemde foto-elektrische middelen (13), en - het genoemde deel van de gereflecteerde straling 5 wordt gericht op slechts een enkele tot de foto-elektrische middelen behorende foto-elektrische cel (13).

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat - het bewegende optische middel (19) is geplaatst in 10 de genoemde stralingsweg (15-17) van de gereflecteerde straling (14), en - de door de foto-elektrische cel opgevangen gereflecteerde straling (14) de foto-elektrische cel (13) bereikt via het genoemde bewegende optische middel (19).