DE10130227A1 - Materials handling optical sensor filters out background items - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.The invention relates to an optical sensor.
Derartige optische Sensoren sind insbesondere als Lichtschranken, Reflexions lichtschranken oder Lichttaster ausgebildet.Such optical sensors are in particular as light barriers, reflection light barriers or light sensors.
Diese optischen Sensoren weisen einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sen der und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Der von den Sensoren erfasste Überwachungsbereich zur Detektion von Objekten ist durch den Verlauf der optischen Achse der Sendelichtstrahlen vorgegeben.These optical sensors have a sensor that emits light rays and a receiver receiving receiving light beams. The of monitoring area detected by the sensors for the detection of objects predetermined by the course of the optical axis of the transmitted light beams.
Bei Lichtschranken und Reflexionslichtschranken sind die Sendelichtstrahlen bei freiem Strahlengang als Empfangslichtstrahlen ungehindert auf den Emp fänger geführt. Befindet sich ein Objekt im Strahlengang eines derartigen Sen sors, wird der Strahlengang der Sendelichtstrahlen zumindest teilweise unter brochen, so dass eine signifikant reduzierte Empfangslichtmenge am Empfän ger registriert wird. In einer dem Empfänger nachgeschalteten Auswerteeinheit wird bei Registrieren der reduzierten Empfangslichtmenge ein Gegenstands- Feststellungssignal generiert und über einen Schaltausgang ausgegeben.In the case of light barriers and retro-reflective sensors, the transmission light rays are with free beam path as receiving light beams unimpeded on the emp led catcher. An object is in the beam path of such a Sen sors, the beam path of the transmitted light beams is at least partially below broken, so that a significantly reduced amount of received light at the receiver ger is registered. In an evaluation unit downstream of the receiver when registering the reduced amount of received light, an object Detection signal generated and output via a switching output.
Bei einer Lichtschranke sind der Sender und der Empfänger beidseits des Überwachungsbereichs gegenüberliegend angeordnet. Bei einer Reflexions lichtschranke liegen der Sender und der Empfänger auf einer Seite des Über wachungsbereichs, während die andere Seite des Überwachungsbereichs von einem Reflektor begrenzt ist, auf welchen die Sendelichtstrahlen bei freiem Strahlengang auftreffen. With a light barrier, the transmitter and the receiver are on both sides of the Monitoring area arranged opposite. With a reflection The transmitter and the receiver are on one side of the light barrier surveillance area, while the other side of the surveillance area of a reflector is limited, on which the transmitted light beams are free Striking the beam path.
Bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist der Überwachungsbereich so aus gebildet, dass dieser nicht beidseits von den optischen Komponenten einer Lichtschranke oder einer Reflexionslichtschranke begrenzt werden kann. Bei spielsweise kann in komplexen Anlagen, wie zum Beispiel Maschinenstraßen oder Förderstrecken, der Einbauraum derart begrenzt sein, dass eine Anbrin gung von Lichtschrankensystemen nicht möglich ist.The monitoring area is so for a large number of applications formed that this is not on both sides of the optical components of a Light barrier or a reflection light barrier can be limited. at For example, in complex systems, such as machine lines or conveyor lines, the installation space may be limited such that an attachment light barrier systems is not possible.
In diesen Fällen werden vorzugsweise als Lichttaster ausgebildete optische Sensoren eingesetzt. Diese weisen einen Sender und einen Empfänger auf, die nebeneinander liegend in einem Gehäuse angeordnet sind.In these cases, optical sensors designed as light sensors are preferred Sensors used. These have a transmitter and a receiver, the are arranged side by side in a housing.
Bei freiem Strahlengang treffen keine Empfangslichtstrahlen auf den Empfän ger. Erst dann, wenn sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet, wer den die Sendelichtstrahlen von dem Objekt als Empfangslichtstrahlen auf den Empfänger zurückreflektiert, so dass in der dem Empfänger nachgeschalteten Auswerteeinheit ein Gegenstands-Feststellungssignal generiert wird. Das Ge genstands-Feststellungssignal wird wiederum über einen Schaltausgang ausge geben.If the beam path is clear, no received light rays hit the receiver ger. Only when there is an object in the surveillance area, who which the transmitted light rays from the object as received light rays onto the Reflected back receiver, so that in the downstream of the receiver Evaluation unit an object detection signal is generated. The Ge Object detection signal is in turn output via a switching output give.
Bei derartigen Lichttastern ist problematisch, dass der Überwachungsbereich nicht exakt abgrenzbar ist. Die Reichweite des Sensors, innerhalb derer Objekte erfassbar sind, ist insbesondere von dem Reflexionsvermögen der Oberflächen dieser Objekte abhängig.The problem with such light sensors is that the monitoring area cannot be delimited exactly. The range of the sensor within which objects are detectable, in particular by the reflectivity of the surfaces dependent on these objects.
Weiterhin ist nachteilig, dass anhand des über den Schaltausgang ausgegebenen Gegenstands-Feststellungssignal lediglich eine Information darüber erhalten wird, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Weitere Informationen über den Objektzustand werden nicht erhalten.Another disadvantage is that based on the output via the switching output Item detection signal received only information about it whether an object exists or not. More information about the Object status are not preserved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor mit mög lichst hoher Nachweisempfindlichkeit und erweiterter Funktionalität bereitzu stellen. The invention is based, an optical sensor with poss extremely high detection sensitivity and expanded functionality put.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The features of claim 1 are provided to achieve this object. Advantageous embodiments and expedient further developments of the Erfin tion are described in the subclaims.
Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und weist wenigstens ein Sensormodul, bestehend aus wenigstens einem Sender, einer Nahbereichs-Empfängeranordnung zur Detektion von Objekten im Überwachungsbereich, eine Fernbereichs- Empfängeranordnung zur Detektion von Hintergrundobjekten und eine Aus werteeinheit zur Auswertung der Nahbereichssignale am Ausgang der Nahbe reichs-Empfängeranordnung auf Weiterhin weist der erfindungsgemäße opti sche Sensor Fernbereichssignale am Ausgang der Fernbereichs- Empfängeranordnung auf, wobei in der Auswerteeinheit durch Differenzbil dung aus dem Nahbereichssignal und dem Fernbereichssignal ein Differenzsig nal gebildet wird. In der Auswerteeinheit wird aus dem Differenzsignal ein Gegenstands-Feststellungssignal generiert, welches angibt, ob ein Objekt im Überwachungsbereich vorhanden ist, und ein Bewegungs-Feststellungssignal, welches angibt, ob sich ein Objekt innerhalb des Überwachungsbereichs be wegt.The optical sensor according to the invention is used to detect objects in a monitoring area and has at least one sensor module from at least one transmitter, a short-range receiver arrangement for Detection of objects in the surveillance area, a long-range Receiver arrangement for the detection of background objects and an off value unit for evaluating the short-range signals at the output of the near-end Reichs-Receiver arrangement Furthermore, the opti according to the invention Long-range signals at the output of the long-range Receiver arrangement, wherein in the evaluation unit by difference a difference sig from the short-range signal and the long-range signal nal is formed. The difference signal is used in the evaluation unit Item detection signal generated, which indicates whether an object in the Surveillance area is present and a motion detection signal, which indicates whether an object is within the surveillance area moved.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass durch die Differenzbildung der mit der Nahbereichs- Empfängeranordnung gewonnenen Nahbereichssignale und der mit der Fernbe reichs-Empfängeranordnung gewonnenen Fernbereichssignale eine sichere Objektdetektion in einem abgegrenzten Überwachungsbereich ermöglicht wird, ohne dass Hintergrundsignale zu Fehlschaltungen führen.There is a significant advantage of the optical sensor according to the invention in that by forming the difference between the Receiver arrangement obtained short-range signals and those with the Fernbe long-range signals obtained by the Reichs receiver arrangement are safe Object detection in a limited surveillance area is made possible, without background signals leading to incorrect switching.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht dar in, dass mit diesem nicht nur erfassbar ist, ob sich ein Objekt im Überwa chungsbereich befindet, sondern auch, ob sich ein Objekt innerhalb des Über wachungsbereichs bewegt. Another significant advantage of the sensor according to the invention is in that it can not only be used to determine whether an object is in excess area, but also whether there is an object within the area guard area moved.
Damit sind mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor insbesondere auch dynamische Prozesse erfassbar. Insbesondere ist der optische Sensor zur Kon trolle von Förderprozessen einsetzbar.Thus, in particular, with the optical sensor according to the invention dynamic processes detectable. In particular, the optical sensor is Kon trolls of funding processes can be used.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist dler opti sche Sensor mehrere vorzugsweise identisch ausgebildete Sensormodule auf. Mittels dieser Sensormodule wird ein flächiger Überwachungsbereich lücken los überwacht, wobei die Länge des Überwachungsbereichs im Wesentlichen durch die Anzahl der Sensormodule vorgegeben ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the opti cal sensor on a plurality of preferably identical sensor modules. By means of these sensor modules, a flat monitoring area will be left behind los monitored, the length of the surveillance area essentially is determined by the number of sensor modules.
Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße optische Sensor zur Überwa chung von Flaschen eingesetzt, welche auf einer Förderstrecke transportiert werden. Die Förderstrecke umfasst mehrere nebeneinander liegende Förder bänder, auf welchen Flaschen hintereinander stehend transportiert werden. Mit dem optischen Sensor können insbesondere Staus auf der Förderstrecke erkannt werden, wobei die Stauerkennung sowohl mittels einer statischen Ob jekterfassung als auch in einer dynamischen Messung erfolgen kann.The optical sensor according to the invention is particularly advantageous for monitoring Chung bottles used, which transported on a conveyor line become. The conveyor line comprises several conveyors located next to each other belts on which bottles are transported standing one after the other. With the optical sensor, jams on the conveyor line in particular can be avoided are recognized, the traffic jam detection both by means of a static ob object detection as well as in a dynamic measurement.
Bei der statischen Objekterkennung wird mittels des optischen Sensors selektiv ein Abschnitt eines Förderbandes überwacht, auf welchem nur dann Flaschen angeordnet sind, wenn ein Stau bei der Flaschenförderung vorliegt. Damit liegt bei einer Objektdetektion des Sensors und einer damit verbundenen Abgabe eines Gegenstands-Feststellungssignals ein Stau vor, während bei Ausbleiben eines Gegenstands-Feststellungssignals kein Stau vorliegt.Static object detection is selective using the optical sensor a section of a conveyor belt is monitored, on which only bottles are arranged when there is a jam during bottle conveying. With that lies with an object detection of the sensor and a related delivery an object detection signal before a jam while not of an object detection signal there is no jam.
Dabei ist wesentlich, dass mit dem optischen Sensor Hintergrundsignale elimi niert werden können, so dass durch Flaschen, welche auf Förderbändern ange ordnet sind, welche hinter dem überwachten Förderband liegen, nicht zu Fehl detektionen führen. It is essential that background signals elimi with the optical sensor can be renated, so that by bottles, which are attached to conveyor belts which are behind the monitored conveyor belt are not wrong conduct detections.
Bei der dynamischen Messung können mit dem optischen Sensor direkt die unterschiedlichen Bewegungszustände der Flaschen erfasst werden. Bei ord nungsgemäßem Betrieb werden die Flaschen an dem optischen Sensor vorbei geführt. Durch die Detektion der Flaschenbewegung wird das Bewegungs- Feststellungssignal ausgelöst. Im Falle eines Staus stehen die Flaschen in dem von dem optischen Sensor erfassten Überwachungsbereich, so dass das Bewe gungs-Feststellungssignal ausbleibt.With dynamic measurement, the optical sensor can directly different states of motion of the bottles are recorded. At ord In accordance with the operation, the bottles pass the optical sensor guided. By detecting the bottle movement, the movement Detection signal triggered. In the event of a jam, the bottles are in the monitoring area detected by the optical sensor, so that the movement detection signal is absent.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1: Förderstrecke mit einer Anordnung von Förderbändern zum Trans port von mittels optischer Sensoren überwachter Flaschen bei feh lerfreiem Transportbetrieb. Fig. 1: conveyor line with an arrangement of conveyor belts for the trans port of bottles monitored by optical sensors in error-free transport operation.
Fig. 2: Förderstrecke gemäß Fig. 1 bei einem vorliegenden Flaschenstau. Fig. 2: conveyor line according to Fig. 1 with a bottle jam present.
Fig. 3: Schematische Darstellung der Optikkomponenten eines Sensormo duls für den optischen Sensor gemäß Fig. 1 und 2. Fig. 3: Schematic representation of the optical components of a Sensormo duls for the optical sensor shown in FIG. 1 and 2.
Fig. 4: Mehrfachanordnung von Sensormodulen gemäß Fig. 3. FIG. 4 shows a multiple arrangement of sensor modules according to Fig. 3.
Fig. 5: Prinzipschaltbild des optischen Sensors gemäß Fig. 1 und 2. Fig. 5: Block diagram of the optical sensor according to Fig. 1 and 2.
In den Fig. 1 und 2 ist ein typischer Anwendungsfall für den erfindungsge mäßen optischen Sensor 1 dargestellt, wobei dessen Einsatzmöglichkeit nicht auf diesen Anwendungsfall begrenzt ist. Der optische Sensor 1 eignet sich ge nerell zur statischen und dynamischen Objekterkennung, wobei diese innerhalb abgrenzbarer Überwachungsbereiche erfolgt.In Figs. 1 and 2, a typical application for the erfindungsge MAESSEN optical sensor 1 is shown, with its possible use is not limited to this application. The optical sensor 1 is generally suitable for static and dynamic object detection, this taking place within delimitable monitoring areas.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt einer Förderstrecke 2 für den Transport von Flaschen 3. Die Förderstrecke 2 verläuft längs einer Kurve und weist mehrere nebeneinander liegende Förderbänder 4a-e auf. Die Förderbän der 4a-e grenzen ohne Abgrenzung dicht aneinander an und laufen vorzugs weise mit verschiedenen Geschwindigkeiten. Das Förderband 4a auf der Innen bahn läuft mit der höchsten Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeiten der an grenzenden Förderbänder 4b-e nehmen zur Außenbahn hin kontinuierlich ab, so dass das Förderband 4e auf der Außenbahn die kleinste Geschwindigkeit aufweist. Figs. 1 and 2 show a section of a conveying path 2 for the transport of bottles 3. The conveyor section 2 runs along a curve and has a plurality of conveyor belts 4 a-e lying next to one another. The conveyor belts of the 4 a-e adjoin each other without delimitation and preferably run at different speeds. The conveyor belt 4 a on the inner track runs at the highest speed. The speeds of the adjacent conveyor belts 4 b-e decrease continuously towards the outer track, so that the conveyor belt 4 e has the lowest speed on the outer track.
Die Flaschen 3 werden hintereinander in geringem Abstand zueinander stehend auf den einzelnen Förderbändern 4a-e gefördert. Dabei sind auf der geraden Strecke der Förderstrecke 2 vor der Kurve sämtliche Förderbänder 4a-e dicht mit Flaschen 3 besetzt.The bottles 3 are conveyed one behind the other at a small distance from one another on the individual conveyor belts 4 a-e. In this case, all conveyor belts 4 a-e are tightly filled with bottles 3 on the straight section of the conveyor section 2 before the curve.
Fig. 1 zeigt den Fall, dass die Flaschen 3 ohne Stau mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v < 0 durch die Kurve der Förderstrecke 2 laufen. Da die Geschwindigkeit auf dem Förderband 4a der Innenbahn am größten ist und die Geschwindigkeiten der zu der Außenbahn hin anschließenden Förderbänder 4b-e kontinuierlich abnehmen, werden in der Kurve die Flaschen 3 von den auf den Innenbahnen verlaufenden Förderbändern 4a-e auf die äußeren Förderbän der 4a-e abgedrängt. Somit sind am Kurvenausgang die Förderbänder 4a-e um so stärker mit Flaschen 3 besetzt, je weiter diese an der Außenbahn liegen. Fig. 1 shows the case that the bottles 3 v without jamming at different speeds to run <0 by the curve of the conveying path 2. Since the speed on the conveyor belt 4 a of the inner track is greatest and the speeds of the conveyor belts 4 b-e adjoining the outer track decrease continuously, in the curve the bottles 3 are moved from the conveyor belts 4 a-e running on the inner tracks to the outer conveyor belts of FIG. 4 ae pushed away. Thus, at the exit of the curve, the conveyor belts 4 a-e are filled with bottles 3 the more they are on the outer track.
Fig. 2 zeigt den Fall eines Staus beim Flaschentransport. Die Geschwindig keiten der Förderbänder 4a-e reichen nicht mehr aus, die Flaschen 3 durch die Kurven zu transportieren, so dass am Kurvenausgang der Förderstrecke 2 auch die Förderbänder 4a-e der Innenbahnen vollständig mit Flaschen 3 besetzt sind. Fig. 2 shows the case of a jam during bottle transport. The speeds of the conveyor belts 4 a-e are no longer sufficient to transport the bottles 3 through the curves, so that the conveyor belts 4 a-e of the inner tracks are completely occupied with bottles 3 at the exit from the curve of the conveyor section 2 .
Zur Detektion derartiger Staus wird der erfindungsgemäße optische Sensor 1 eingesetzt, welcher prinzipiell in zwei unterschiedlichen Einbaupositionen A, B angebracht werden kann, die in den Fig. 1 und 2 mit A und B gekennzeich net sind. To detect such congestion, the optical sensor 1 according to the invention is used, which can in principle be attached in two different installation positions A, B, which are identified by A and B in FIGS. 1 and 2.
In der mit A bezeichneten Einbauposition wird mit dem optischen Sensor 1 die Bewegung der auf dem Förderband 4a-e an der Innenbahn transportierten Fla schen 3 erfasst. Dabei werden mit dem optischen Sensor 1 die unterschiedli chen Bewegungszustände der Flaschen 3 erfasst, wodurch ein Stau der Fla schen 3 erkannt wird.In the installation position designated A, the movement of the bottles 3 transported on the conveyor belt 4 a-e on the inner track is detected with the optical sensor 1 . The optical sensor 1 detects the various movement states of the bottles 3 , whereby a jam of the bottles 3 is detected.
Mit dem in der Einbauposition B angeordneten optischen Sensor 1 erfolgt da gegen eine Stauerkennung mit einer statischen Signalauswertung.With the optical sensor 1 arranged in the installation position B there is against a traffic jam detection with a static signal evaluation.
Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass im Bereich der Einbaupositionen A, B die Förderbänder 4a, b an der Innenbahn der Förderstrecke 2 im fehlerfreien Betrieb nicht mit Flaschen 3 belegt sind, während bei einem Stau auch auf den inneren Förderbändern 4a, b Flaschen 3 angeordnet sind.This takes advantage of the fact that in the area of the installation positions A, B, the conveyor belts 4 a, b on the inner track of the conveyor section 2 are not filled with bottles 3 in error-free operation, while in the event of a jam also bottles 4 a, b on the inner conveyor belts 3 are arranged.
Der mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor 1 erfasste Überwachungsbe reich wird derart dimensioniert, dass selektiv nur die Belegung der Förderbän der 4a, b auf den Innenbahnen kontrolliert wird. Vorzugsweise wird lediglich das innenliegende Förderband 4a kontrolliert. Durch eine statische Belegungs kontrolle innerhalb dieses Überwachungsbereichs kann ein vorliegender Stau sicher erfasst werden.The surveillance region detected with the optical sensor 1 according to the invention is dimensioned such that only the occupancy of the conveyor belts of FIGS. 4 a, b is checked on the inner tracks. Preferably only the internal conveyor belt 4 a is checked. A static congestion control within this monitoring area can reliably detect a traffic jam.
Fig. 3 zeigt die optischen Komponenten eines Sensormoduls, für den opti schen Sensor 1. Das Sensormodul weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender S1 auf, wobei der Sender S1 von einer Leuchtdiode oder dergleichen gebildet ist. Fig. 3 shows the optical components of a sensor module for the optical sensor 1 rule. The sensor module has a transmitter S 1 which emits light rays, the transmitter S 1 being formed by a light-emitting diode or the like.
Weiterhin weist das Sensormodul eine Nahbereichs-Empfängeranordnung und eine Fernbereichs-Empfängeranordnung auf. Die Nahbereichs-Empfänger anordnung weist zwei Empfänger EN1 auf, deren optische Achse AN1 in einem spitzen Winkel aufeinander zulaufen, so dass sich diese in einem Schnittpunkt schneiden, der auf der optischen Achse AS1 des Senders S1 liegt. Furthermore, the sensor module has a short-range receiver arrangement and a long-range receiver arrangement. The short-range receiver arrangement has two receivers E N1 , the optical axes A N1 of which converge at an acute angle, so that they intersect at an intersection which lies on the optical axis A S1 of the transmitter S 1 .
Die Lage des Schnittpunkts definiert im Wesentlichen die Grenze des Überwa chungsbereichs innerhalb dessen Objekte mittels des Sensormoduls erfassbar sind.The position of the intersection essentially defines the limit of the overshoot area within which objects can be detected by means of the sensor module are.
Die Fernbereichs-Empfängeranordnung weist ebenfalls zwei Empfänger EF1 auf, deren optische Achsen AF1 parallel zur optischen Achse AS1 des Senders S1 verlaufen. Diese Empfänger EF1 dienen zum Empfang von Hintergrundsigna len, welche von Gegenständen stammen, die in großen Distanzen zum Sensor 1, außerhalb des Überwachungsbereichs liegend angeordnet sind.The long-range receiver arrangement also has two receivers E F1 , the optical axes A F1 of which run parallel to the optical axis A S1 of the transmitter S 1 . These receivers E F1 serve to receive background signals, which originate from objects which are arranged at great distances from the sensor 1 , lying outside the monitoring area.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich sind der Sender S1 und die Empfänger EN1, EF1 des Sensormoduls längs einer Geraden liegend angeordnet. Dabei sind die Emp fänger EN1, EF1 symmetrisch bezüglich des Senders S1 angeordnet.As can be seen from FIG. 3, the transmitter S 1 and the receivers E N1 , E F1 of the sensor module are arranged lying along a straight line. The Emp catchers E N1 , E F1 are arranged symmetrically with respect to the transmitter S 1 .
Fig. 4 zeigt eine Mehrfachanordnung von Sensormodulen für einen optischen Sensor 1. Dabei sind vier identische Sensormodule vorgesehen, deren Aufbau jeweils der Anordnung gemäß Fig. 3 entspricht. Fig. 4 shows an array of sensor modules for an optical sensor 1. Four identical sensor modules are provided, the structure of which corresponds to the arrangement according to FIG. 3.
Dementsprechend sind für die Sensormodule vier Sender Si (i = 1, . . . 4) mit optischen Achsen ASi (i = 1, . . . 4) vorgesehen.Accordingly, four transmitters S i (i = 1,... 4) with optical axes A Si (i = 1,... 4) are provided for the sensor modules.
Jedes der Sensormodule weist eine Nahbereichs-Empfängeranordnung mit je weils zwei Empfängern ENi (i = 1, . . . 4) auf, deren optische Achsen Ai (i = 1, . . . 4) in spitzem Winkel aufeinander zulaufen.Each of the sensor modules has a short-range receiver arrangement, each with two receivers E Ni (i = 1,... 4), whose optical axes A i (i = 1,... 4) converge at an acute angle.
Weiterhin weist jedes Sensormodul eine Fernbereichs-Empfängeranordnung mit jeweils zwei Empfängern EFi (i = 1, . . . 4) auf, deren optische Achsen AFi (i = 1, . . . 4) parallel zu den optischen Achsen ASi der Sender Si verlaufen.Furthermore, each sensor module has a long-range receiver arrangement, each with two receivers E Fi (i = 1,... 4), whose optical axes A Fi (i = 1,... 4) parallel to the optical axes A Si of the transmitters S i run.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich sind sämtliche Optikkomponenten der Sensormo dule analog zu der Ausführungsform gemäß Fig. 3 längs einer Geraden ange ordnet, wobei die Optikkomponenten benachbarter Sensormodule teilweise ineinander geschachtelt angeordnet sind. Damit wird eine lückenlose Erfassung eines flächigen Überwachungsbereichs gewährleistet.As can be seen from FIG. 4, all of the optical components of the sensor modules are arranged along a straight line, analogous to the embodiment according to FIG. 3, the optical components of adjacent sensor modules being partially nested inside one another. This ensures a seamless coverage of a large monitoring area.
Fig. 5 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Auswerteeinheit für einen optischen Sensor 1, welcher eine Objektanordnung gemäß Fig. 4 aufweist. FIG. 5 shows a basic circuit diagram of an evaluation unit for an optical sensor 1 , which has an object arrangement according to FIG. 4.
Die Sender Si (i = 1, . . . 4) werden im Pulsbetrieb betrieben und emittieren je weils Sendelichtimpulse mit einem vorgegebenen Puls-Pausen-Verhältnis. Die Sender Si sind über eine Multiplexeinheit 5 jeweils auf einen Eingang eines Flip-Flops 6a-d angeschlossen. Die Flip-Flops 6a-d sind jeweils als D-Flip- Flops ausgebildet. Über die Multiplexeinheit 5 werden die Sender Si zyklisch nacheinander aktiviert.The transmitters S i (i = 1,... 4) are operated in pulse mode and each emit transmitted light pulses with a predetermined pulse-pause ratio. The transmitters S i are each connected via a multiplex unit 5 to an input of a flip-flop 6 a-d. The flip-flops 6 a-d are each designed as D flip-flops. The transmitters S i are activated cyclically one after the other via the multiplex unit 5 .
Für jedes Sensormodul sind die Empfänger ENi der Nahbereichs- Empfängeranordnung und die Empfänger EFi der Fernbereichs- Empfängeranordnung jeweils parallel geschaltet. Diese parallel geschalteten Empfängerpaare sind über einen Widerstand 7a-d antiparallel geschaltet.The receivers E Ni of the short-range receiver arrangement and the receivers E Fi of the long-range receiver arrangement are each connected in parallel for each sensor module. These pairs of receivers connected in parallel are connected antiparallel via a resistor 7 a-d.
Mit dieser Schaltungsanordnung werden für jedes Sensormodul zunächst die Summensignale der Empfängerpaare der Nahbereichs-Empfängeranordnung und der Fernbereichs-Empfängeranordnung gebildet, welche die Nahbereichs signale beziehungsweise die Fernbereichssignale des jeweiligen Sensormoduls bilden. Aus dem Nahbereichs- und Fernbereichssignal wird durch die Antipa rallelschaltung ein Differenzsignal gebildet, welches über eine Schwellwertein heit 8a-d dem Flip-Flop 6a-d zugeführt wird, an welches auch der Sender Si des entsprechenden Sensormoduls angeschlossen ist.With this circuit arrangement, the sum signals of the receiver pairs of the short-range receiver arrangement and the long-range receiver arrangement are first formed for each sensor module, which signals form the short-range signals and the long-range signals of the respective sensor module. From the short-range and long-range signal, a differential signal is formed by the anti-parallel circuit, which is fed via a threshold unit 8 a-d to the flip-flop 6 a-d, to which the transmitter S i of the corresponding sensor module is also connected.
Die Ausgänge der Flip-Flops 6a-d sind auf eine Addiereinheit geführt, welche von einer Anordnung von Widerständen 9a-d, 10-13 und einem Operationsver stärker 14 gebildet ist. Ein Widerstand 12 dient zur Vorgabe einer Referenz spannung für den Operationsverstärker 14. The outputs of the flip-flops 6 a-d are guided to an adding unit, which is formed by an arrangement of resistors 9 a-d, 10-13 and an operational amplifier 14 . A resistor 12 is used to specify a reference voltage for the operational amplifier 14 .
An den Ausgang der Addiereinheit ist eine Ansprechverzögerungseinheit 15 und nachfolgend eine Abfallverzögerungseinheit 16 angeschlossen. Der Aus gang der Abfallverzögerungseinheit 16 ist über eine erste Treiberschaltung 17 auf einen ersten Schaltausgang 18 geführt.A response delay unit 15 and subsequently a drop delay unit 16 are connected to the output of the adding unit. The output from the dropout delay unit 16 is routed via a first driver circuit 17 to a first switching output 18 .
Die Ansprechverzögerungseinheit 15 besteht vorzugsweise aus einem RC- Glied oder dergleichen. Die Abfallverzögerungseinheit 16 besteht beispielswei se aus einer Parallelschaltung einer Diode mit einem Widerstand.The response delay unit 15 preferably consists of an RC element or the like. The drop delay unit 16 consists, for example, of a parallel connection of a diode with a resistor.
Die Ausgänge der Flip-Flops 6a-d sind weiterhin über eine Anordnung von Dioden 19a-d auf eine Bewegungserkennungsschaltung 20 geführt. Deren Aus gang sowie der Ausgang der Abfallverzögerungseinheit 16 sind über ein UND- Glied 21 auf eine zweite Treiberschaltung 22 und einen zweiten Schaltausgang 23 geführt.The outputs of the flip-flops 6 a-d are also led to a motion detection circuit 20 via an arrangement of diodes 19 a-d. Their output and the output of the drop-out delay unit 16 are guided via an AND gate 21 to a second driver circuit 22 and a second switching output 23 .
Die Bewegungserkennungsschaltung 20 besteht aus einer weiteren Ansprech verzögerungseinheit 24, welcher eine erste Triggereinheit 25 nachgeordnet ist. Diese ist über einen Kondensator 26 dynamisch an eine weitere Abfallverzöge rungseinheit 27 gekoppelt, deren Ausgang auf eine weitere Triggereinheit 28 geführt ist.The motion detection circuit 20 consists of a further response delay unit 24 , which is followed by a first trigger unit 25 . This is dynamically coupled via a capacitor 26 to a further waste delay unit 27 , the output of which is routed to a further trigger unit 28 .
Durch die Differenzbildung der Nahbereichs- und Fernbereichssignale und die anschließende Schwellwertbewertung der Differenzsignale ist gewährleistet, dass nur Signale von im Überwachungsbereich angeordneten Objekten, nicht jedoch von Gegenständen im Hintergrund, ausgewertet werden.By forming the difference between the short-range and long-range signals and the subsequent threshold value evaluation of the differential signals is guaranteed, that only signals from objects located in the surveillance area, not however, be evaluated by objects in the background.
Die an den Ausgängen der Schwellwerteinheiten 8a-d generierten Signalpulse werden einerseits der Addiereinheit zur Generierung eines Gegenstands- Feststellungssignals zugeführt. Dabei erfolgt eine statische Signalauswertung, mittels derer erfasst wird, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet oder nicht. Eine derartige statische Signalauswertung erfolgt insbesondere bei dem in der Einbauposition B angeordneten optischen Sensor 1 gemäß den Fig. 1 und 2.The signal pulses generated at the outputs of the threshold value units 8 a-d are fed on the one hand to the adder unit for generating an object detection signal. A static signal evaluation takes place, by means of which it is detected whether an object is in the monitoring area or not. Such a static signal evaluation takes place in particular in the case of the optical sensor 1 arranged in the installation position B according to FIGS. 1 and 2.
Voraussetzung für eine Objektdetektion ist, dass in der Addiereinheit eine vor gegebene Anzahl von Signalpulsen registriert wird, wobei diese Anzahl durch eine geeignete Vorgabe der Referenzspannung am Operationsverstärker 14 einstellbar ist.A prerequisite for object detection is that a predetermined number of signal pulses is registered in the adding unit, this number being adjustable by a suitable specification of the reference voltage on the operational amplifier 14 .
In der nachgeordneten Ansprechverzögerungseinheit 15 werden kurzzeitige Signalschwankungen ausgefiltert, so dass diese nicht zu Fehldetektionen füh ren.In the downstream response delay unit 15 , short-term signal fluctuations are filtered out so that they do not lead to false detections.
Bei der Detektion von hintereinander geförderten Flaschen 3 auf der Förder strecke 2 würde sich ein laufender Wechsel des binären Ausgangssignals am ersten Schaltausgang 18 ergeben, da bei einer Detektion einer Flasche 3 ein Gegenstands-Feststellungssignal (erster Schaltzustand des Schaltausgangs 18) erzeugt würde und bei Detektion einer Lücke zwischen zwei Flaschen 3 das Gegenstands-Feststellungssignal ausbliebe (zweiter Schaltzustand des Schalt ausgangs 18). Um ein derart kurzzeitiges Wechseln des Schaltzustands des ersten Schaltausgangs 18 zu vermeiden, ist die Abfallverzögerungseinheit 16 vorgesehen, mittels derer erreicht wird, dass das Gegenstands- Feststellungssignal auch bei der zwischenzeitlichen Detektion einer Lücke zwi schen zwei Flaschen 3 erhalten bleibt. Das Gegenstands-Feststellungssignal bleibt somit nur dann aus, wenn über einen längeren Zeitraum keine Flasche 3 detektiert wurde.In the detection of successively conveyed bottles 3 on the conveyor line 2, there would be a continuous change of the binary output signal at the first switching output 18 , since when a bottle 3 was detected an object detection signal (first switching state of the switching output 18 ) would be generated and upon detection a gap between two bottles 3, the object detection signal would remain (second switching state of the switching output 18 ). In order to avoid such a brief change in the switching state of the first switching output 18 , the drop-out delay unit 16 is provided, by means of which the object detection signal is retained even when a gap between two bottles 3 is detected in the meantime. The object detection signal therefore only remains off if no bottle 3 has been detected over a longer period of time.
Die an den Ausgängen der Schwellwerteinheiten 8a-d generierten Signalpulse werden weiterhin der Bewegungserkennungsschaltung 20 zugeführt, welche zur Generierung eines Bewegungs-Feststellungssignal dient.The signal pulses generated at the outputs of the threshold value units 8 a-d are further fed to the motion detection circuit 20 , which is used to generate a motion detection signal.
In der Bewegungserkennungsschaltung 20 erfolgt dabei eine dynamische Aus wertung der Signalpulse. Eine derartige dynamische Signalauswertung erfolgt insbesondere bei dem in der Einbauposition A angeordneten optischen Sensor 1 gemäß den Fig. 1 und 2. Mittels der Bewegungserkennungsschaltung 20 wird erfasst, ob sich Objekte innerhalb des Überwachungsbereichs bewegen oder nicht. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass bei einer Objektbewegung eine fortlaufende Änderung der zeitlichen Folge der Signalpulse erhalten wird. Die Flanken der sich ändernden Signalpulse werden in der Bewegungserken nungsschaltung 20 erfasst und in ein kontinuierliches Bewegungs- Feststellungssignal gewandelt, welches über den zweiten Schaltausgang 23 ausgegeben wird. Erfolgt keine Objektbewegung innerhalb des Überwachungs bereichs bleibt das Bewegungs-Feststellungssignal aus. In the motion detection circuit 20 there is a dynamic evaluation of the signal pulses. Such a dynamic signal evaluation takes place in particular in the case of the optical sensor 1 according to FIGS. 1 and 2 arranged in the installation position A. The motion detection circuit 20 detects whether objects are moving within the monitoring area or not. This takes advantage of the fact that a continuous change in the temporal sequence of the signal pulses is obtained when an object moves. The edges of the changing signal pulses are detected in the movement detection circuit 20 and converted into a continuous movement detection signal, which is output via the second switching output 23 . If there is no object movement within the monitoring area, the movement detection signal remains off.
11
Optischer Sensor
Optical sensor
22
Förderstrecke
conveyor line
33
Flasche
bottle
44
a-e Förderbänder
ae conveyor belts
55
Multiplexeinheit
multiplex unit
66
a-d Flip-Flop
ad flip-flop
77
a-d Widerstände
ad resistors
88th
a-d Schwellwerteinheit
ad threshold unit
99
a-d Widerstände
ad resistors
1010
Widerstand
resistance
1111
Widerstand
resistance
1212
Widerstand
resistance
1313
Widerstand
resistance
1414
Operationsverstärker
operational amplifiers
1515
Ansprechverzögerungseinheit
Ansprechverzögerungseinheit
1616
Abfallverzögerungseinheit
Waste delay unit
1717
erste Treiberschaltung
first driver circuit
1818
erster Schaltausgang
first switching output
1919
a-d Dioden
ad diodes
2020
Bewegungserkennungsschaltung
Motion detection circuit
2121
UND-Glied
AND gate
2222
zweite Treiberschaltung
second driver circuit
2323
zweiter Schaltausgang
second switching output
2424
Ansprechverzögerungseinheit
Ansprechverzögerungseinheit
2525
Triggereinheit
trigger unit
2626
Kondensator
capacitor
2727
Abfallverzögerungseinheit
Waste delay unit
2828
Triggereinheit
A Einbauposition
B Einbauposition
AFi trigger unit
A installation position
B installation position
A Fi
optische Achse der Empfänger EFi
optical axis of the receiver E Fi
ANi A Ni
optische Achsen der Empfänger ENi
optical axes of the receivers E Ni
AS1 A S1
optische Achse des Senders Si
optical axis of the transmitter S i
EFi E Fi
Empfänger
ENi receiver
E Ni
Empfänger
Si receiver
S i
Sender
Channel
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