WO2012136404A2 - Optischer sensor - Google Patents

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WO2012136404A2
WO2012136404A2 PCT/EP2012/052536 EP2012052536W WO2012136404A2 WO 2012136404 A2 WO2012136404 A2 WO 2012136404A2 EP 2012052536 W EP2012052536 W EP 2012052536W WO 2012136404 A2 WO2012136404 A2 WO 2012136404A2
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WO
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optical sensor
sensor according
receiver
detected
transmitter
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PCT/EP2012/052536
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French (fr)
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WO2012136404A3 (de
Inventor
Martin Argast
Jörg Huss
Wolfgang Teumer
Siegfried Fauth
Albrecht VON PFEIL
Original Assignee
Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg
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Publication date
Application filed by Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg filed Critical Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20—Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor.
  • Such optical sensors generally serve to detect objects in a surveillance area.
  • DE 20 2005 004 984 U1 discloses an optical sensor with a transmitter emitting transmit light beams, a receiver receiving receiving light beams and an evaluation unit for evaluating the received signals present at the receiver.
  • This optical sensor is fixed to a storage and retrieval unit and aligned on a high-bay, so that with the optical sensor receiving signals in the form of linear samples and / or distance values can be generated, which form input variables for continuous position control of the storage and retrieval device relative to the high bay.
  • the optical sensor described there has a spatially resolving, cellular receiver and a single, broad-angle transmitted light-emitting transmitter.
  • the disadvantage here is that the position determination of objects is complex and possibly inaccurate, since the transmitter emits the transmitted light beams from one point.
  • a conversion of the sensor data from polar coordinates into Cartesian coordinates must be carried out.
  • DE 10 2008 009 578 A1 relates to a method for detecting objects by means of a sensor arrangement comprising a plurality of sensor axes, wherein a to be detected object with an object speed successively moved past the sensor axes and is detected by these.
  • the individual signal profiles ascertained with the individual sensor axes are added in a time-offset manner to an overall signal course, wherein the time offsets of the individual signal profiles of the sensor axes are matched to object propagation times of the object to be detected between these sensor axes. From the total waveform, an object detection signal is generated.
  • the invention has for its object to provide an optical sensor of the type mentioned, which has a high functionality with a simple structure.
  • the optical sensor according to the invention comprises a cellular arrangement of transmit light emitting transmitters and a cellular array of receive light beams which form a light probe array, each having a transmitter and an associated receiver disposed adjacent thereto.
  • the transmitters are activated cyclically one after the other.
  • the positions and time profiles of reception lamps are detected by evaluation of received signals and used to generate position-dependent object detection signals.
  • a significant advantage of the optical sensor according to the invention is that with this a high spatial resolution in the detection of objects is obtained.
  • geometrical structures of objects such as edges can be precisely determined with the optical sensor.
  • Essential here is the cell-shaped multiple arrangement of transmitters whose transmitted light beams preferably have parallel beam axes. With these transmitted light beams, it is possible to accurately detect geometric structures of an object almost independently of the object distance.
  • the transmitters of the optical sensor are cyclically activated one after the other, so that the objects to be detected are individually scanned one after the other with the transmitted light beams.
  • Exact position and position information about the object can be obtained from the resulting received signals, in particular the analysis of the positions and the temporal courses of the light spots thus incident on the receiver of the received light beams reflected back from an object.
  • the receivers are also cyclically activated one after the other in a particularly advantageous manner, wherein in each case one transmitter and the adjacent receiver assigned to it are activated at the same time.
  • the individual transmitters with the respectively adjacent, assigned receivers thus form individual light scanners, which are activated cyclically one after the other.
  • a particularly geometrically compact arrangement of the transmitter and receiver is characterized in that the transmitter on the one hand and the receiver on the other hand are arranged in separate rows, wherein advantageously the rows are arranged one above the other with parallel longitudinal axes. In principle, it is also possible that the transmitter and receiver are arranged alternately in a row.
  • the optical sensor by a suitable parameterization of the optical sensor, this can be used in a wide variety of applications.
  • a first application is that the position of edges transverse to these moving objects is detected with the optical sensor.
  • Another possible use of the optical sensor is that it detects the positions and widths of gaps between two objects or object parts.
  • an object is detected against a background with the optical sensor.
  • gaps in an object to be detected are suppressed by comparison with geometric setpoints.
  • the optical sensor forms a display means and alignment means for another sensor.
  • Figure 1 Block diagram of a basic form of the optical sensor according to the invention.
  • FIG. 2 shows an example of an arrangement of sensor components of the optical sensor according to FIG. 1.
  • FIG. 3 First example of application for the optical sensor according to FIG. 3
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 4 Second application example for the optical sensor according to FIG. 4
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 5 Third application example for the optical sensor according to FIG. 5
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 6 Variant of the embodiment according to FIG. 5.
  • FIG. 7 shows the reception level profile of the receiver of the optical sensor according to FIG. 1 for the example according to FIG. 6. Output signals of the optical sensor according to FIG. 1 for the example according to FIG. 6.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the basic structure of the optical sensor 1 according to the invention.
  • the optical sensor 1 comprises, as sensor components of a light scanner arrangement, a cellular arrangement of transmitters 2, 2a which emit transmitted light beams 3, 3a and receive received light beams 4, 4a.
  • the transmitters 2, 2 a may be formed by light-emitting diodes, the receivers 5, 5 a consist of individual receiving elements, in particular photodiodes.
  • the transmitters 2, 2a and receiver 5, 5a are alternately arranged in a row in the present case. Each transmitter 2, 2a is associated with an adjacent receiver 5, 5a.
  • a detection of an object 6 in a surveillance area takes place with the optical sensor 1 in that the transmitted light beams 3, 3a of the transmitters 2, 2a are reflected back to an object 6 as receiving light beams 4, 4a on the associated receivers 5, 5a.
  • the components of the optical sensor 1 are housed in a housing 7.
  • the evaluation of the received signals for generating a position-dependent object detection signal takes place in an evaluation and control unit 8, which is formed by a microprocessor or the like.
  • the evaluation and control unit 8 also serves to control the transmitter 2, 2a and receiver 5, 5a.
  • the transmitters 2, 2a are cyclically individually reproduced nander activated.
  • the receivers 5, 5 a are also activated cyclically one after the other in such a way that always a transmitter 2, 2 a and an associated receiver 5, 5 a, which together form a light sensor, are activated at the same time.
  • the object detection signal generated in the evaluation and control unit 8 is output via a switching output 9.
  • Parameterization and measurement data of the optical sensor 1 can be read in and out via a serial interface 10.
  • the switching output 9 and the serial interface 10 are integrated in a wall of the housing 7 of the optical sensor 1.
  • the optical sensor 1 is used for generating position-dependent object detection signals, in particular for detecting objects 6 which are movable in a conveying direction, so that, when the object 6 moves past it, it is sequentially detected by the transmitted light beams 3, 3a of the optical sensor 1.
  • the conveying direction of the optical sensor 1 is indicated in FIG. 1 by an arrow.
  • FIG. 2 shows an advantageous embodiment of the optical sensor components.
  • Each transmitter 2, 2a is downstream of the beam forming the transmitted light beams 3, 3a in the beam path, a transmitting optics 13, 13a.
  • each receiver 5, 5a is preceded by a receiving optics 14, 14a for focusing the received light beams 4, 4a.
  • the transmitting optics 13, 13a and receiving optics 14, 14a are located in a front wall of the housing 7.
  • the transmitter 2, 2a and thus the transmitting optics 13, 13a form a first line which is parallel and spaced from a second row of the receiver 5, 5a and the receiving optics 14, 14a extends.
  • the lines are arranged one above the other so that there is always a transmitter 2, 2a adjacent to the associated receiver 5, 5a.
  • FIG. 1 shows different application examples of the optical sensor 1 according to FIG. 1.
  • the direction of movement of an object 6 extends relatively from the optical sensor 1 in the x-direction, the direction transverse thereto in the z-direction and the height direction in the y-direction.
  • Figures 3 and 4 relate to an application in which the optical sensor 1 is arranged on a mobile storage and retrieval unit, which serves for loading and unloading of goods in a high bay, which consists in a known manner from an array of uprights 15 and 16 bars.
  • FIG. 3 shows a first application with a post 15 whose position in the x direction is detected by an optical sensor 1.
  • the position of the bolt 16 in the y-direction can be determined by a vertically arranged optical sensor 1.
  • Receivers 5, 5a, whose transmitters 2, 2a meet a post 15 or bar 16, provide high intensity values, while the other transmitters 2, 2a radiate into the more distant background.
  • Figure 4 shows a shelf of a high rack in the container 6, 6 'are stored.
  • the optical sensor 1 is to monitor the gap to the container 6 ', so that containers 6, 6', 6" can be stored at a defined distance from each other.
  • FIG. 5 shows a further application example.
  • the optical sensor 1 is mounted on a traveling transport system 20 for guiding this mobile transport system 20 along an optical track 12 mounted on the floor of a factory floor or the like.
  • the optical sensor 1 is arranged in the front region of the mobile transport system 20 transversely to the direction of travel x of the mobile transport system 20 and determines the lateral position (z-direction) to the optical track 12th
  • FIG. 6 shows the optical track 12 with a switch 22 which, in the direction of travel x, is recognized by the optical sensor 1 as being running through a mark 21 is that the track width exceeds a target value.
  • An interruption 23 of the optical track 12 is detected by the optical sensor 1 in that both edges of the optical track 12 are missing.
  • FIG. 7 shows the typical profile of the reception levels of the receivers 5, 5 a of the optical sensor 1 in the detection of the optical track 12 in the applications of FIGS. 5 and 6.
  • the intensity of their received signals in the detection of the optical track 12 is shown.
  • the optical track 12 is detected with one of the receivers 5, 5a, its received signal is below a threshold value S1.
  • the surroundings of the optical track 12 with one of the receivers 5, 5 a are detected, its received signal is above the threshold value S 1.
  • the threshold value evaluation of the received signals can thus be used to determine the track width and the position of the edges of the track on the receiver line.
  • FIG. 8 shows how the two edge positions of the optical track 12 are output as output voltage Ua or as digital value in the optical sensor 1. If an edge leaves the area of the receivers 5, 5a, a minimum or maximum value is output. Upon detection of a mark 21 is no longer an edge position, but for example, the maximum value, and when detection of the interruption 23, the minimum value is output.
  • FIG. 8 shows the output signal for the course of the received signals of the receivers 5, 5a shown in FIG. Accordingly, the right edge of the optical track 12 lies at the eighth receiver 5, 5a while the left edge of the optical track 12 lies between the fifth and sixth receivers 5, 5a.
  • FIG. 9 shows a further application for the optical sensor 1, in which a conveyor belt 11, on which objects 6 are transported, is provided.
  • FIG. 10 shows the intensity profile of the received signals of the optical sensor 1 for the application according to FIG. 9, when the object 6 is moved past the optical sensor 1 in the x-direction.
  • the object recognition results in an increase of the intensity values.
  • the expansion of the signal increase at a known speed of the conveyor belt 11 provides a measure of the length of the object 6.
  • a smaller, caused by pollution or general disturbance signal peak can be distinguished based on the extension of the signal peak of the originating from the object 6 signal increase and classified as a disorder.
  • FIG. 11 shows a conveyor belt 11, on which containers 6 with openings 17 are transported. Individual transmitted light beams 3, 3 a of the optical sensor 1 may be guided through the aperture 17. With the aid of the optical sensor 1, the front edge of the container 6 can be detected. Over the predetermined length of the container 6, the opening 17 can be distinguished from a container edge and suppressed.
  • FIG. 12 shows an application in which one or more optical sensors 1 are used for aligning a laser distance scanner 18.
  • a laser distance scanner 18 has a distance sensor with a transmitting light emitting transmitting element 18a and a receiving light receiving element. By means of a deflection unit, the transmitted light of the laser distance scanner 18 is deflected in an angular range of 180 ° in a scanning plane 19.
  • the transmitted light of the laser distance scanner 18 is in the infrared range and therefore not visible.
  • the two optical sensors 1 positioned in predetermined desired positions.
  • at least one receiver 5, 5a of an optical sensor 1 is briefly hit, whereupon the adjacent, visible transmitted light beams 3, 3a emitting transmitter 2, 2a lights up for 100 ms to 500 ms, that is emitted transmitted light beams 3, 3a and the current y position of the scanning plane 19 displays.
  • an optical sensor 1 can also serve as an alignment aid for single-beam optical sensors.
  • the transmitters 2, 2a can blink in the region of the scattered radiation, wherein the blinking frequency can be a measure of the logarithmically evaluated, optical power density.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor (1), umfassend eine zellenförmige Anordnung von Sendelichtstrahlen (3, 3a) emittierenden Sendern (2, 2a) und eine zellenförmige Anordnung von Empfangslichtstrahlen (4, 4a), welche eine Lichttasteranordnung ausbilden wobei jeweils ein Sender (2, 2a) und ein zugeordneter Empfänger (5, 5a) benachbart angeordnet sind. Die Sender (2, 2a) sind zyklisch einzeln nacheinander aktiviert. Mit einer Auswerte- und Steuereinheit (8) werden die Lagen und zeitlichen Verläufe von Empfangsleuchten, die von Objekten (6) auf die Empfänger (5, 5a) geführt sind durch Auswertung von Empfangssignalen erfasst und zur Generierung von positionsabhängigen Objektfeststellungssignalen herangezogen.

Description

Optischer Sensor
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.
Derartige optische Sensoren dienen generell zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
Aus der DE 20 2005 004 984 Ul ist ein optischer Sensor mit einem Sendelicht- strahlen emittierenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und einer Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale bekannt. Dieser optische Sensor ist an einem Regalbediengerät fixiert und auf ein Hochregal ausgerichtet, so dass mit dem optischen Sensor Empfangssignale in Form von linienförmigen Abtastwerten und/oder Distanzwerten generierbar sind, welche Eingangsgrößen für eine kontinuierliche Positionsregelung des Regalbediengeräts relativ zum Hochregal bilden.
Der dort beschriebene optische Sensor weist einen ortsauflösenden, zellenförmigen Empfänger und einen einzelnen, weitwinklig Sendelichtstrahlen abstrah- lenden Sender auf.
Nachteilig hierbei ist, dass die Positionsbestimmung von Objekten aufwändig und gegebenenfalls ungenau ist, da der Sender von einem Punkt aus die Sendelichtstrahlen abstrahlt. Um Distanzinformationen zu erhalten, muss eine Umsetzung der Sensordaten von Polarkoordinaten in kartesische Koordinaten er- folgen.
Die DE 10 2008 009 578 AI betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Objekten mittels einer mehrere Sensorachsen umfassenden Sensoranordnung, wobei ein zu detektierendes Objekt mit einer Objektgeschwindigkeit nacheinander an den Sensorachsen vorbeibewegt und von diesen erfasst wird. Die mit den einzelnen Sensorachsen ermittelten Einzelsignalverläufe werden zeitversetzt zu einem Gesamtsignalverlauf addiert, wobei die Zeitversätze der Einzelsignalverläufe der Sensorachsen an Objektlaufzeiten des zu detektierenden Objekts zwischen diesen Sensorachsen angepasst sind. Aus dem Gesamtsignalverlauf wird ein Objektfeststellungssignal generiert.
Durch die Korrelation der Einzelsignalverläufe wird eine sichere Objektdetek- tion erhalten, wobei diese im Wesentlichen auf eine Anwesenheitskontrolle von Objekten beschränkt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei einfachem Aufbau eine hohe Funktionalität aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße optische Sensor umfasst eine zellenförmige Anordnung von Sendelichtstrahlen emittierenden Sendern und eine zellenförmige Anordnung von Empfangslichtstrahlen, welche eine Lichttasteranordnung ausbilden wobei jeweils ein Sender und ein zugeordneter Empfänger benachbart angeordnet sind. Die Sender sind zyklisch einzeln nacheinander aktiviert. Mit einer Auswerte- und Steuereinheit werden die Lagen und zeitlichen Verläufe von Empfangsleuchten, die von Objekten auf die Empfänger geführt sind durch Auswertung von Empfangssignalen erfasst und zur Generierung von positions- abhängigen Objektfeststellungssignalen herangezogen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass mit diesem eine hohe Ortsauflösung bei der Detektion von Objekten erhalten wird. Insbesondere können mit dem optischen Sensor Geometriestrukturen von Objekten wie Kanten genau bestimmt werden.
Wesentlich hierbei ist die zellenförmige Mehrfachanordnung von Sendern, deren Sendelichtstrahlen bevorzugt parallel laufende Strahlachsen aufweisen. Mit diesen Sendelichtstrahlen können nahezu unabhängig von der Objektdistanz Geometriestrukturen eines Objekts genau erfasst werden.
Weiterhin ist wesentlich, dass die Sender des optischen Sensors zyklisch einzeln nacheinander aktiviert werden, so dass die zu erfassenden Objekte mit den Sendelichtstrahlen einzeln nacheinander abgetastet werden. Aus den resultie- renden Empfangssignalen, insbesondere der Analyse der Lagen und der zeitlichen Verläufe der damit auf den Empfänger auftreffenden Lichtflecke der von einem Objekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen, können genaue Posi- tions- und Lageinformationen über das Objekt erhalten werden.
Besonders vorteilhaft werden auch die Empfänger zyklisch einzeln nacheinan- der aktiviert, wobei jeweils ein Sender und der diesem zugeordnete, benachbarte Empfänger zeitgleich aktiviert werden.
Die einzelnen Sender mit den jeweils benachbarten, zugeordneten Empfängern bilden somit einzelne Lichttaster, die einzeln zyklisch nacheinander aktiviert werden. Eine besonders geometrisch kompakte Anordnung der Sender und Empfänger ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sender einerseits und die Empfänger andererseits in separaten Zeilen angeordnet sind, wobei vorteilhaft die Zeilen übereinanderliegend mit parallel verlaufenden Längsachsen angeordnet sind. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Sender und Empfänger in einer Zeile alternierend angeordnet sind.
Insbesondere durch eine geeignete Parametrierung des optischen Sensors kann dieser in den unterschiedlichsten Applikationen eingesetzt werden. Eine erste Applikation ist, dass mit dem optischen Sensor die Position von Kanten quer zu diesen bewegten Objekten erfasst wird. Eine weitere Einsatzmöglichkeit des optischen Sensors besteht darin, dass mit diesem die Lagen und Breiten von Spalten zwischen zwei Objekten oder Objektteilen erfasst werden. Weiterhin wird mit dem optischen Sensor ein Objekt vor einem Hintergrund erkannt. Desweiteren werden durch Vergleich mit Geometrie- Sollwerten Lücken in einem zu detektierenden Objekt unterdrückt. Schließlich bildet der optische Sensor ein Anzeigemittel und Ausrichtmittel für einen anderen Sensor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Blockschaltbild einer Grundform des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
Figur 2: Beispiel einer Anordnung von Sensorkomponenten des optischen Sensors gemäß Figur 1.
Figur 3 : Erstes Applikationsbeispiel für den optischen Sensor gemäß
Figur 1.
Figur 4: Zweites Applikationsbeispiel für den optischen Sensor gemäß
Figur 1.
Figur 5: Drittes Applikationsbeispiel für den optischen Sensor gemäß
Figur 1.
Figur 6: Variante der Ausführungsform gemäß Figur 5.
Figur 7: Empfangspegelverlauf der Empfänger des optischen Sensors gemäß Figur 1 für das Beispiel gemäß Figur 6. Ausgangssignale des optischen Sensors gemäß Figur 1 für das Beispiel gemäß Figur 6.
Viertes Applikationsbeispiel für den optischen Sensor gemäß Figur 1.
Intensitätsverlauf der Empfänger des optischen Sensors gemäß Figur 1 für das Beispiel gemäß Figur 9.
Fünftes Applikationsbeispiel für den optischen Sensor gemäß Figur 1.
Sechstes Applikationsbeispiel für den optischen Sensor gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt in einem Blockschaltbild den grundlegenden Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Der optische Sensor 1 umfasst als Sensorkomponenten einer Lichttasteranordnung eine zellenförmige Anordnung von Sendern 2, 2a, welche Sendelichtstrahlen 3, 3a emittieren und Empfangslichtstrahlen 4, 4a empfangen. Die Sender 2, 2a können von Leuchtdioden gebildet sein, die Empfänger 5, 5a bestehen aus einzelnen Empfangselementen, insbesondere Photodioden. Die Sender 2, 2a und Empfänger 5, 5a sind im vorliegenden Fall alternierend in einer Zeile angeordnet. Jedem Sender 2, 2a ist ein benachbarter Empfänger 5, 5a zugeordnet. Mit dem optischen Sensor 1 erfolgt eine Detektion eines Objekts 6 in einem Überwachungsbereich dadurch, dass die Sendelichtstrahlen 3, 3a der Sender 2, 2a zu einem Objekt 6 als Empfangslichtstrahlen 4, 4a auf die zugeordneten Empfänger 5, 5a zurückreflektiert werden. Die Komponenten des optischen Sensors 1 sind in einem Gehäuse 7 untergebracht. Die Auswertung der Empfangssignale zur Generierung eines positionsabhängigen Objektfeststellungssignals erfolgt in einer Auswerte- und Steuereinheit 8, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Die Auswerte- und Steuereinheit 8 dient auch zur Steuerung der Sender 2, 2a und Empfänger 5, 5a. Die Sender 2, 2a werden dabei zyklisch einzeln nachei- nander aktiviert. Vorzugweise werden auch die Empfänger 5, 5a zyklisch einzeln nacheinander aktiviert und zwar derart, dass immer ein Sender 2, 2a und ein zugeordneter Empfänger 5, 5a, die zusammen einen Lichttaster bilden, zeitgleich aktiviert sind.
Das in der Auswerte- und Steuereinheit 8 generierte Objektfeststellungssignal wird über einen Schaltausgang 9 ausgegeben. Über eine serielle Schnittstelle 10 können Parametrier- und Messdaten des optischen Sensors 1 ein- und ausgelesen werden. Der Schaltausgang 9 und die serielle Schnittstelle 10 sind in einer Wand des Gehäuses 7 des optischen Sensors 1 integriert.
Der optische Sensor 1 wird zur Generierung positionsabhängiger Objektfeststellungssignale eingesetzt, insbesondere zur Detektion von in einer Förderrichtung beweglichen Objekten 6, so dass bei Vorbeibewegen des Objekts 6 dieses von den Sendelichtstrahlen 3, 3a des optischen Sensors 1 nacheinander erfasst wird. Die Förderrichtung des optischen Sensors 1 ist in Figur 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet.
Figur 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der optischen Sensorkomponenten. Jedem Sender 2, 2a ist zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 3, 3a in deren Strahlengang eine Sendeoptik 13, 13a nachgeordnet. Weiterhin ist jedem Empfänger 5, 5a eine Empfangsoptik 14, 14a zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen 4, 4a vorgeordnet. Die Sendeoptiken 13, 13a und Empfangsoptiken 14, 14a befinden sich in einer Frontwand des Gehäuses 7. Die Sender 2, 2a und damit die Sendeoptiken 13, 13a bilden eine erste Zeile, die parallel und in Abstand zu einer zweiten Zeile der Empfänger 5, 5a und der Empfangsoptiken 14, 14a verläuft. Die Zeilen sind übereinanderliegend so angeordnet, dass immer ein Sender 2, 2a benachbart zum zugeordneten Empfänger 5, 5a liegt. Die so ausgebildete Anordnung von Sensorkomponenten beansprucht nur einen kleinen Einbauraum und kann so in einem kompakten Gehäuse 7, beispielweise einem Aluminiumprofil, integriert werden. Die folgenden Figuren zeigen unterschiedliche Applikationsbeispiele des optischen Sensors 1 gemäß Figur 1. Generell verläuft dort die Bewegungsrichtung eines Objekts 6 relativ vom optischen Sensor 1 in x-Richtung, die Richtung quer hierzu in z-Richtung und die Höhenrichtung in y-Richtung. Die Figuren 3 und 4 betreffen eine Applikation, bei welcher der optische Sensor 1 auf einem fahrbarem Regalbediengerät angeordnet ist, das zum Ein- und Ausladen von Waren in einem Hochregal dient, welches in bekannter Weise aus einer Anordnung von Stehern 15 und Riegeln 16 besteht.
Figur 3 zeigt eine erste Applikation mit einem Steher 15, dessen Position in x- Richtung durch einen optischen Sensor 1 erfasst wird. Die Position des Riegels 16 in y-Richtung kann durch einen vertikal angeordneten optischen Sensor 1 bestimmt werden. Empfänger 5, 5a, deren Sender 2, 2a auf einen Steher 15 oder Riegel 16 treffen, liefern hohe Intensitätswerte, während die anderen Sender 2, 2a in den weiter entfernten Hintergrund strahlen. Figur 4 zeigt ein Regalfach eines Hochregals in dem Behälter 6, 6' gelagert sind. Beim Einlagern eines weiteren Behälters 6" soll der optische Sensor 1 den Spalt zum Behälter 6' überwachen. So können Behälter 6, 6', 6" in definiertem Abstand zueinander eingelagert werden. Bei der Entnahme hilft der optische Sensor 1 die Spaltposition zwischen den Behältern zu bestimmen. Figur 5 zeigt ein weiteres Applikationsbeispiel. Dort ist der optische Sensor 1 auf einem fahrbaren Transportsystem 20 montiert, um dieses fahrbare Transportsystem 20 entlang einer auf dem Boden einer Fabrikhalle oder dergleichen aufgebrachten optischen Spur 12 zu führen. Der optische Sensor 1 ist im vorderen Bereich des fahrbaren Transportsystems 20 quer zur Fahrtrichtung x des fahrbaren Transportsystems 20 angeordnet und ermittelt die seitliche Position (z-Richtung) zur optischen Spur 12.
Figur 6 zeigt die optische Spur 12 mit einer Weiche 22, die in Fahrtrichtung x von dem optischen Sensor 1 verlaufend durch eine Marke 21 dadurch erkannt wird, dass die Spurbreite einen Sollwert übersteigt. Eine Unterbrechung 23 der optischen Spur 12 wird mit dem optischen Sensor 1 dadurch erkannt, dass beide Kanten der optischen Spur 12 fehlen.
Figur 7 zeigt den typischen Verlauf der Empfangspegel der Empfänger 5, 5a des optischen Sensors 1 bei der Detektion der optischen Spur 12 bei den Applikationen der Figuren 5 und 6. In Figur 7 ist für die einzelnen Empfänger 5, 5a (wobei im vorliegenden Fall sechzehn Empfänger 5, 5a vorgesehen sind) die Intensität deren Empfangssignale bei der Detektion der optischen Spur 12 dargestellt. Bei der Detektion der optischen Spur 12 mit einem der Empfänger 5, 5a liegt deren Empfangssignal unterhalb eines Schwellwerts Sl . Bei der Detektion des Umfelds der optischen Spur 12 mit einem der Empfänger 5, 5a liegt dessen Empfangssignal oberhalb des Schwellwerts Sl . Durch die Schwellwertbewertung der Empfangssignale kann somit die Spurbreite und die Lage der Kanten der Spur auf der Empfängerzeile bestimmt werden.
Figur 8 zeigt, wie die beiden Kantenpositionen der optischen Spur 12 als Ausgangsspannung Ua, beziehungsweise als Digitalwert im optischen Sensor 1 ausgegeben werden. Verlässt eine Kante den Bereich der Empfänger 5, 5a, wird ein Minimal- oder Maximalwert ausgegeben. Bei Erkennung einer Marke 21 wird nicht mehr eine Kantenposition, sondern zum Beispiel der Maximalwert, und bei Erkennung der Unterbrechung 23 der Minimalwert ausgegeben.
Figur 8 zeigt dabei das Ausgangssignal für den in Figur 7 dargestellten Verlauf der Empfangssignale der Empfänger 5, 5a. Dementsprechend liegt die rechte Kante der optischen Spur 12 beim achten Empfänger 5, 5a während die linke Kante der optischen Spur 12 zwischen dem fünften und sechsten Empfänger 5, 5a liegt.
Figur 9 zeigt eine weitere Applikation für den optischen Sensor 1, bei dem ein Förderband 11, auf dem Objekte 6 transportiert werden, vorgesehen ist. Durch die hellere Oberfläche des Objekts 6 oder dadurch, dass die Objektoberseite näher am optischen Sensor 1 ist als das Förderband 11, wird das Objekt 6 sicher erkannt und von dem Förderband 11 unterschieden.
Figur 10 zeigt den Intensitätsverlauf der Empfangssignale des optischen Sen- sors 1 für die Applikation gemäß Figur 9, wenn das Objekt 6 in x-Richtung am optischen Sensor 1 vorbeibewegt wird.
Wie aus Figur 11 ersichtlich, ergibt sich bei der Objekterkennung eine Erhöhung der Intensitätswerte. Die Ausdehnung der Signal erhöhung liefert bei bekannter Geschwindigkeit des Förderbands 11 ein Maß für die Länge des Ob- jekts 6. Ein kleinerer, durch eine Verschmutzung oder allgemein eine Störung verursachter Signalpeak kann anhand der Ausdehnung des Signalpeaks von der vom Objekt 6 stammenden Signal erhöhung unterschieden und als Störung klassifiziert werden.
Figur 11 zeigt ein Förderband 11, auf dem Behälter 6 mit Durchbrüchen 17 transportiert werden. Einzelne Sendelichtstrahlen 3, 3a des optischen Sensors 1 können durch den Durchbruch 17 geführt sein. Mit Hilfe des optischen Sensors 1 kann die Vorderkante des Behälters 6 erkannt werden. Über die vorgegebene Länge des Behälters 6 kann der Durchbruch 17 von einer Behälterkante unterschieden und unterdrückt werden. Figur 12 zeigt eine Applikation, bei der ein oder mehrere optische Sensoren 1 zum Ausrichten eines Laserdistanzscanners 18 verwendet werden. Ein Laserdistanzscanner 18 weist einen Distanzsensor mit einem Sendelicht emittierenden Sendeelement 18a und einem Empfangslicht empfangenden Empfangselement auf. Mittels einer Ablenkeinheit wird das Sendelicht des Laserdistanz- Scanners 18 in einem Winkelbereich von 180° in einer Abtastebene 19 abgelenkt.
In der Regel ist das Sendelicht des Laserdistanzscanners 18 im Infrarotbereich und deshalb nicht sichtbar. Zur Ausrichtung des Laserdistanzscanners 18 wer- den zwei optische Sensoren 1 in vorgegebenen Sollpositionen positioniert. Beim Ausrichten des Laserdistanzscanners 18 wird mindestens ein Empfänger 5, 5a eines optischen Sensors 1 kurzzeitig getroffen, woraufhin der benachbarte, sichtbare Sendelichtstrahlen 3, 3a emittierende Sender 2, 2a für 100 ms bis 500 ms aufleuchtet, das heißt Sendelichtstrahlen 3, 3a emittiert und die aktuelle y-Position der Abtastebene 19 anzeigt. In gleicher Weise kann ein optischer Sensor 1 auch als Ausrichthilfe für einstrahlige Optosensoren dienen. Um den Streubereich eines Sendelichtfleckes sichtbar zu machen, können die Sender 2, 2a im Bereich der Streustrahlung blinken, wobei die Blinkfrequenz ein Maß für die logarithmisch bewertete, optische Leistungsdichte sein kann.
Bezugszeichenliste
(1) Optischer Sensor
(2, 2a) Sender
(3, 3a) S endeli chtstrahl en
(4, 4a) Empfangslichtstrahlen
(5, 5a) Empfänger
(6) Objekt
(7) Gehäuse
(8) Auswerte- und Steuereinheit
(9) Schaltausgang
(10) serielle Schnittstelle
(11) Förderband
(12) optische Spur
(13, 13a) Sendeoptik
(14, 14a) Empfangsoptik
(15) Steher
(16) Riegel
(17) Durchbruch
(18) Laserdi stanzscanner
(18a) Sendeelement
(19) Abtastebene
(20) fahrbares Transportsystem
(21) Marke
(22) Weiche
(23) Unterbrechung

Claims

Patentansprüche
1. Optischer Sensor (1) mit einer zellenförmigen Anordnung von Sendelichtstrahlen (3, 3a) emittierenden Sendern (2, 2a) und einer zellenförmigen Anordnung von Empfangslichtstrahlen (4, 4a), welche eine Lichttasteranordnung ausbilden, wobei jeweils ein Sender (2, 2a) und ein zugeordneter Empfänger (5, 5a) benachbart angeordnet sind, und wobei die Sender (2, 2a) zyklisch einzeln nacheinander aktiviert sind, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit (8) in welcher die Lagen und zeitlichen Verläufe von Empfangslichtleuchten, die von Objekten (6) auf die Empfänger (5, 5a) geführt sind, durch Auswertung von Empfangssignalen erfasst werden zur Generierung von positionsabhängigen Objektfeststellungssignalen herangezogen werden.
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (5, 5a) zyklisch einzeln nacheinander aktiviert sind.
3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Sender (2, 2a) und der diesem zugeordnete, benachbarte Empfänger (5, 5a) zeitgleich aktiviert sind.
4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (2, 2a) einerseits und die Empfänger (5, 5a) andererseits in separaten Zeilen angeordnet sind.
5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeilen übereinanderliegend mit parallel verlaufenden Längsachsen angeordnet sind.
6. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (2, 2a) und Empfänger (5, 5a) in einer Zeile alternierend angeordnet sind.
7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem die Position von Kanten von quer zu diesem bewegten Objekten (6) erfasst werden.
8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem die Lagen und Breiten von Spalten zwischen zwei Objekten (6) oder Objektteilen erfasst werden.
9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem ein Objekt (6) vor einem Hintergrund erkannt wird.
10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem durch Vergleich mit Geometrie- Sollwerten Objekte (6) erkannt und von Störobjekten unterschieden werden.
11. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem durch Vergleich mit Geometrie-Sollwerten Lücken in einem zu detekti er enden Objekt (6) unterdrückt werden.
12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Anzeigemittel und Ausrichtmittel für einen anderen Sensor bildet.
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