DE202007000515U1

DE202007000515U1 - Optoelektronische Vorrichtung

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Publication number: DE202007000515U1
Application number: DE200720000515
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2007-01-13
Filing date: 2007-01-13
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2017-01-14

Abstract

Optoelektronische Vorrichtung (1) mit einem Sendelichtstrahlen (3) emittierenden Sender (2), wenigstens einem Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) empfangenden Empfänger (5a, 5b), einer Ablenkeinheit, mittels derer nur die Sendelichtstrahlen (3) periodisch innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs abgelenkt werden, und mit einer Auswerteeinheit (11), in welcher die durch die Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) am Ausgang des Empfängers (5a, 5b) generierten Empfangssignale in Abhängigkeit der aktuellen Winkelpositionen der Sendelichtstrahlen (3) ausgewertet werden, wobei zur selektiven Detektion von glänzenden Objekten (6, 6') der von deren Objektoberflächen gerichtet zurückreflektierte Anteil der Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige optoelektronische Vorrichtungen bilden typischerweise Lichttaster, mittels derer diffus reflektierende Objekte sicher erfassbar sind. Problematisch bei derartigen Lichttastern ist jedoch die Detektion von glänzenden, das Licht zumindest teilweise gerichtet reflektierenden Objekten. Der gerichtet reflektierende Anteil des Lichts gelangt nur bei einer bestimmten Objektneigung zurück zum Lichttaster. Daher wird üblicherweise bei der Detektion derartiger glänzender Objekte nur der diffus reflektierte Anteil des Sendelichts ausgewertet, was die Detektionssicherheit derartiger Objekte erheblich reduziert.

Aus der DE 199 33 439 C2 ist eine optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger bekannt. Die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen durchlaufen innerhalb des Überwachungsbereichs einen gemeinsamen Pfad. Die Sendelichtstrahlen, die innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs auf die zumindest teilweise spiegelnde Oberfläche eines Objekts im Überwachungsbereich auftreffen, werden vom Objekt zu einem retroreflektierenden Reflektor reflektiert und als Empfangslichtstrahlen über das Objekt entlang des Pfades zum Empfänger zurückreflektiert, während bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen am Reflektor vorbeigeführt sind.

Mit dieser optoelektronischen Vorrichtung können spiegelnde Objekte auch dann erfasst werden, wenn deren Oberflächen relativ zur Strahlachse der Sendelichtstrahlen um einen gewissen Winkel verkippt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels derer glänzende Objekte sicher erfassbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung betrifft einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, eine Ablenkeinheit, mittels derer nur die Sendelichtstrahlen periodisch innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs abgelenkt werden und eine Auswerteeinheit, in welcher die durch die Empfangslichtstrahlen am Ausgang des Empfängers generierten Empfangssignale in Abhängigkeit der aktuellen Winkelpositionen der Sendelichtstrahlen ausgewertet werden. Zur selektiven Detektion von glänzenden Objekten wird der von deren Objektoberflächen gerichtet zurückreflektierte Anteil der Empfangslichtstrahlen ausgewertet.

Durch die Ablenkung der Sendelichtstrahlen mittels der Ablenkeinheit ist eine flächige Abtastung der Oberflächen von glänzenden Objekten möglich, so dass von diesen kommende Direktreflexe, das heißt gerichtet reflektierte Empfangslichtstrahlen, in einem weiten Neigungswinkelbereich der Objektoberfläche zur optoelektronischen Vorrichtung erfassbar sind. Durch die Amplitudenauswertung der Empfangslichtstrahlen in der Auswerteeinheit ist dabei eine selektive Erfassung glänzender Objekte möglich.

Somit können glänzende Objekte mit unterschiedlichen Oberflächenformen und in unterschiedlichen Orientierungen zur optoelektronischen Vorrichtung sicher erfasst werden.

Gemäß einer ersten vorteilhaften Variante der Erfindung weist die optoelektronische Vorrichtung einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, eine Ablenkeinheit, mittels derer nur die Sendelichtstrahlen periodisch innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs abgelenkt werden und eine Auswerteeinheit, in welcher durch die Empfangslichtstrahlen am Ausgang des Empfängers in Abhängigkeit der aktuellen Winkelpositionen der Sendelichtstrahlen ausgewertet werden, auf. Zur selektiven Detektion von glänzenden Objekten wird der von deren Objektoberflächen gerichtet zurückreflektierte Anteil der Empfangslichtstrahlen ausgewertet.

Durch die Möglichkeit der Distanzbestimmung von glänzenden Objekten wird die Funktionalität der optoelektronischen Vorrichtung erheblich erhöht.

Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung kann ein glänzendes Objekt, insbesondere ein Reflektor, als Begrenzung des Überwachungsbereichs, innerhalb dessen mit der optoelektronischen Vorrichtung Objekte erfasst werden, dienen. Das glänzende Objekt bildet dann ein Referenzobjekt, das mit den Sendelichtstrahlen linienförmig abgetastet wird. Bei einem Objekteingriff in den Überwachungsbereich erfolgt eine Strahlunterbrechung der Sendelichtstrahlen, die in der Auswerteeinheit winkelabhängig, das heißt abhängig von den Winkelpositionen der Sendelichtstrahlen, erfasst wird. Die dadurch mögliche genaue Analyse der Art und Dauer einer Strahlposition ermöglicht Aussagen über die Objektpositionen und Objektbeschaffenheiten der in den Überwachungsbereich eindringenden Objekte. Insbesondere kann ermittelt werden, ob das eindringende Objekt eine diffus reflektierende oder eine glänzende Oberfläche aufweist.

Gemäß einer dritten Variante der Erfindung kann eine optoelektronische Vorrichtung mit einem einzelnen Empfänger oder gegebenenfalls auch mit zwei Empfängern zur Detektion der Position von Kanten glänzender Objekte eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist, das durch die Ablenkbewegung der Sendelichtstrahlen die jeweilige Kante nicht nur lokal an einem Ort erfasst werden kann. Vielmehr kann mit der optoelektronischen Vorrichtung die Annäherung der Kante kontinuierlich verfolgt werden.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung.
2: Skizze zur Beschreibung der Definition des Begriffes Glanz.
3: Variante der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1.
4: Strahlengang der Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen für die optoelektronische Vorrichtung gemäß 1.
5a, b: Empfangssignale für die Endlagenerfassung der Sendelichtstrahlen der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3 und 4.
6a, b: Empfangssignale für die Objekterfassung für die optoelektronische Vorrichtung gemäß 3 und 4.
7: Variante der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3 geführten Sendelichtstrahlen.
8: Räumlicher Verlauf der über den Schwingspiegel der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3 geführten Sendelichtstrahlen.
9: Variante der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 7.
10a: Zeitlicher Verlauf der Scanamplitude des Schwingspiegels der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 9.
10b: Zeitlicher Verlauf der Empfangssignale der Zusatzempfänger der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 9.
11: Variante der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3.
12: Längsschnittdarstellung der Senderanordnung der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 11.
13a: Strahlengang der Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 11 bei Annäherung eines Objekts.
13b: Strahlengang der Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 11 bei einer Neigung eines Objekts.
14: Zweites Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Vorrichtung mit einem Reflektor als Referenzobjekt.
15: Variante eines Referenzobjekts für die optoelektronische Vorrichtung gemäß 15.
16: Anordnung der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 an einem Förderband.
17: Strahlverlauf der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei freiem Überwachungsbereich.
18: Strahlverlauf der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei einem ebenen spiegelnden Objekt im Überwachungsbereich.
19: Strahlverlauf der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei einem gewölbten, spiegelnden Objekt im Überwachungsbereich.
20: Zeitlicher Verlauf der Empfangssignale der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei freiem Überwachungsbereich.
21: Zeitlicher Verlauf der Empfangssignale der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei Detektion eines spiegelnden Objekts.
22: Zeitlicher Verlauf der Empfangssignale der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei Detektion eines größeren diffus reflektierenden Objekts.
23: Zeitlicher Verlauf der Empfangssignale der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 14 bei Detektion eines kleinen diffus reflektierenden Objekts.
24a-c: Zeitliche Abfolge einer Kantendetektion mittels einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3.
25a-c: Zeitliche Abfolge einer Kantentdetektion mittels einer weiteren optoelektronischen Vorrichtung.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung 1. Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist einen Sender 2 in Form einer Leuchtdiode auf, der Sendelichtstrahlen 3 emittiert. Weiterhin weist die optoelektronische Vorrichtung 1 zwei in Abstand nebeneinander angeordnete, Empfangslichtstrahlen 4a, b empfangende Empfänger 5a, b auf, die jeweils von einer Fotodiode gebildet sind. Bei der Detektion eines Objekts 6 werden die Sendelichtstrahlen 3 als Empfangslichtstrahlen 4a, b von der Objektoberfläche zurück zu den Empfängern 5a, b reflektiert.
Dem Sender 2 ist eine Ablenkeinheit in Form eines Schwingspiegels 7 nachgeordnet. Dieser ist bevorzugt von einem Microscanspiegel gebildet. Mittels des Schwingspiegels 7 erfolgt eine Ablenkung der Sendelichtstrahlen 3 in zwei Raumrichtungen, so dass die Sendelichtstrahlen 3 periodisch innerhalb eines sich über einen vorgegebenen Winkelbereich erstreckenden Ablenkbereich abgelenkt werden. Dadurch wird eine flächige Abtastung der Objektoberfläche erzielt.
Die Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 sind in einem Gehäuse 8 integriert. Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist weiterhin einen Schaltausgang 9 und eine Schnittstelle 10 auf, die an eine Auswerteeinheit 11 angeschlossen sind. Die Auswerteeinheit 11 ist von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet. In der Auswerteeinheit 11 erfolgt eine Auswertung der Empfangssignale der Empfänger 5a, b zur Generierung eines Objektfeststellungssignals, welches über die Schnittstelle 10 und/oder den Schaltausgang 9 ausgebbar ist. Diese elektronischen Komponenten sind auch bei sämtlichen weiteren Ausführungsbeispielen vorgesehen.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 dient zur selektiven Erfassung von glänzenden Objekten 6. Zur Unterscheidung von glänzenden Objekten 6 und diffus reflektierenden Objekten 6 erfolgt in der Auswerteeinheit 11 eine Amplitudenbewertung, insbesondere eine Schwellwertbewertung der Empfangssignale. Dadurch können selektiv oder ausschließlich die von der Objektoberfläche kommenden Direktreflexe, das heißt die an dieser gerichtet reflektierten und auf die Empfänger 5a, b geführten Empfangslichtstrahlen 4a, b, ausgewertet werden.
In der Auswerteeinheit 11 werden jeweils die aktuellen Winkelpositionen des Schwingspiegels 7 erfasst, so dass die Empfangssignale in Abhängigkeit der Winkelpositionen in der Auswerteeinheit 11 ausgewertet werden.
Wird ein glänzendes Objekt 6 detektiert, so wird in der Auswerteeinheit 11 die Differenz der Winkelpositionen ermittelt, bei welchen die jeweiligen Direktreflexe von der Objektoberfläche auf die Empfänger 5a, b auftreffen. Diese Winkeldifferenz bildet ein Maß für die Distanz des glänzenden Objekts 6 zur optoelektronischen Vorrichtung 1.
Der Begriff „Glanz" wird im Folgenden anhand von 2 beschrieben.
Glanz ist die Eigenschaft einer Oberfläche, einfallende Lichtstrahlen mehr oder minder gerichtet zu reflektieren. Je mehr Lichtstrahlen von einer Oberfläche gerichtet reflektiert werden, desto glatter und glänzender ist diese.
Der Glanzgrad einer Oberfläche ist definiert als der Quotient aus dem gerichtet und dem diffus reflektierten Anteil des auffallenden Lichts. Die praktische Bestimmung des Glanzgrades erfolgt nach DIN 537781 in den sechs Glanzgraden: hochglänzend, glänzend, seidenglänzend, seidenmatt, matt, und stumpfmatt. Wie aus 2 ersichtlich, bilden die einfallenden Sendelichtstrahlen 3 zur Flächennormalen des Objektes 6 den Einfallswinkel α. Der Ausfallswinkel ist mit β bezeichnet.

a) Ist das Objekt 6 transparent, werden die Sendelichtstrahlen 3 gebrochen und mit ca. 95% der Intensität als gebrochener Strahl 30 weitergeleitet. Ein Anteil mit ca. 4% wird mit dem Ausfallswinkel β vom Objekt 6 reflektiert.
b) Ist das Objekt 6 nichttransparent und hochglänzend, wird das gesamte Sendelicht 3 mit dem Ausfallswinkel β vom Objekt 6 reflektiert.
c) Ist das Objekt 6 nichttransparent und seidenmatt bis glänzend, bildet sich um den reflektierten Empfangslichtstrahl 4 Streustrahlung 40. Ein Anteil des Sendelichts 3 wird je nach Glanzgrad durch das Objekt 6 absorbiert.
d) Ist das Objekt 6 nichttransparent und stumpfmatt bis matt, wird der überwiegende Teil des Sendelichts 3 absorbiert und ein geringer Anteil diffus in den Halbraum reflektiert.

Die 3 und 4 zeigen eine Variante der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 1. Die beiden Empfänger 5a, b liegen im Bereich der gegenüberliegenden Ränder der Frontseite des Gehäuses 8 der optoelektronischen Vorrichtung 1 hinter einem nicht dargestellten Austrittsfenster. Der Sender 2 und der nachgeordnete Schwingspiegel 7 liegen in der Mitte zwischen den Empfängern 5a, b. Durch die Schwenkbewegung des Schwingspiegels 7 wird, wie in 3 dargestellt, eine in der x-z Ebene verlaufende zweidimensionale sinusförmige Abtastbewegung der Sendelichtstrahlen 3 erhalten, wodurch eine zeilenförmige Abtastung eines glänzenden Objekts 6 erhalten wird.
Wie in 4 veranschaulicht, treffen in zwei um einen Winkel W1 versetzten Winkelposition des Schwingspiegels 7 die von der Oberfläche des Objekts 6 gerichtet reflektierten Empfangslichtstrahlen 4a, b als Direktreflexe auf die Empfänger 5a, b. Diese Winkeldifferenz W1 wird in der Auswerteeinheit 11 als Maß für die Distanz des Objekts 6 zur optoelektronischen Vorrichtung 1 ausgewertet. Dies gilt nahezu unabhängig vom Neigungswinkel W2 der Objektoberfläche zur optoelektronischen Vorrichtung 1.
Um die aktuelle Ablenkposition des Schwingspiegels 7 erfassen zu können, muss dessen Nulldurchgangsposition bekannt sein. Zur Bestimmung der Null durchgangsposition sind im vorliegenden Fall als optische Elemente zwei Umlenkspiegel 12a, b vorgesehen, die dicht neben den Empfängern 5a, b angeordnet sind und zur Bestimmung der Endlagen bei der Abtastbewegung der Sendelichtstrahlen 3 dienen. In einer ersten Endlage der Sendelichtstrahlen 3 werden diese über den Umlenkspiegel 12a zum Empfänger 5a geführt. In einer zweiten Endlage werden die Sendelichtstrahlen 3 über den Umlenkspiegel 12b zum Empfänger 5b geführt.
Die hierbei erhaltenen, Endlagensignale bildenden Empfangssignale U (5a), U (5b) der Empfänger 5a, b sind in den 5a, b dargestellt. Das Endlagensignal am Empfänger 5a tritt zu einer Zeit t₁ auf, das Endlagensignal am Empfänger 5b zu einer Zeit t₂. Die Mitte des Zeitintervalls zwischen t₁ und t₂ definiert die Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels 7, wobei jeweils für den Hinlauf und Rücklauf des Schwingspiegels 7 eine solche Nulldurchgangsposition erhalten wird.
Die 6a, b zeigen eine alternative Methode zur Bestimmung der Nulldurchgangsposition. In diesem Fall erfolgt die Bestimmung der Nulldurchgangsposition ohne zusätzliche optische Elemente allein anhand der Direktreflexe, die von der Objektoberfläche auf die Empfänger 5a, b geführt sind.
6a zeigt das Empfangssignal U (5a) des Empfängers 5a, wobei zu den Zeiten t_ah, t'_ah und t_ar der vom Objekt reflektierten Empfangslichtstrahlen 4a, b auf den Empfänger 5a, b treffen und dort entsprechende Signalpeaks generieren. Da die periodische Ablenkbewegung des Schwingspiegels 7 symmetrisch zu dessen Nulldurchgangsposition ist, sind die Signalpeaks t_ah, t'_ah während des Hinlaufs des Schwingspiegels 7 und die Signalpeaks t_ar während des Rücklaufs des Schwingspiegels 7 symmetrisch zu den Endlagen des Schwingspiegels 7. Demzufolge ergibt sich der Zeitpunkt t₁ der ersten Endlage aus dem Mittelwert von t_ah und t_ar und der Zeitpunkt t₂ der zweiten Endlage aus dem Mittelwert von t_ar und t'_ah. Entsprechendes gilt für die Empfangssignale U (5b) für den zweiten Empfänger 5b, bei welchem die Direktreflexe zu den Zeiten t_bh, t_br, t'_bh erhalten werden.
Die in 6b dargestellten Zeitintervalle dt1 und dt2 sind ein Maß für die Objektdistanz, da sie proportional zu den Differenzen der Winkelposition der Direktreflexe für die beiden Empfänger 5a, b sind. Das Verhältnis dt1/dt2 ist ein Maß für die Objektneigung.
7 zeigt eine Variante der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 1. Die Anordnung der optischen Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 7 entspricht weitgehend der Ausführungsform gemäß 3. Im Unterschied hierzu ist im vorliegenden Fall als optisches Mittel zur direkten Bestimmung der Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels 7 ein Umlenkspiegel 13 im Zentrum des Ablenkbereichs W der Sendelichtstrahlen 3 angeordnet, so dass zur der Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels 7 die Sendelichtstrahlen 3 über den Umlenkspiegel 13 auf einen Zusatzempfänger 14 treffen. Das Ausgangssignal des Zusatzempfängers 14 liefert somit direkt die Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels 7.
8 zeigt die periodischen Abtastlinien der Sendelichtstrahlen 3 für die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 7 in der x-z-Ebene. Wie aus 8 ersichtlich, sind die Sendelichtstrahlen 3 entlang sinusförmiger Abtastlinien geführt, wobei die Sendelichtstrahlen 3 für den Hinlauf des Schwingspiegels 7 mit durchgezogenen Linien und die Sendelichtstrahlen 3 für den Rücklauf des Schwingspiegels 7 mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Die Nulldurchgangsposition ist in 8 mit N bezeichnet.
9 zeigt eine Variante der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 7. Der Zusatzempfänger 14 liegt in diesem hinter einer Bohrung 21 eines großflächigen stationären Spiegels 15 der die Sendelichtstrahlen 3 des Senders 2 nach Führung über den Schwingspiegel 7 ablenkt. Ansonsten entspricht die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 9 der Ausführungsform gemäß 7. Die Bohrung 21 ist geringfügig zur Mitte des Spiegels 15 versetzt, so dass die Zeitpunkte der Signalpeaks der Empfangssignale U_EO des Zusatzempfängers 14 (10b) zu den Nulldurchgängen der Scanamplituden, das heißt der Auslenkbewegungen der Sendelichtstrahlen 3 (10a), etwas versetzt sind. Dadurch wird eine Unterscheidung der Nulldurchgangsposition beim Hin- und Rücklauf des Schwingspiegels 7 möglich.
11 zeigt eine weitere Variante der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 3. Die Senderanordnung der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 11, die in 12 separat dargestellt ist, umfasst neben dem Sendelichtstrahlen 3 emittierenden Sender 2 und dem Schwingspiegel 7 zusätzlich eine dem Schwingspiegel 7 nachgeordnete Sendeoptik 16 zur Fokussierung der Sendelichtstrahlen 3. Wie aus 12 ersichtlich, werden die über den Schwingspiegel 7 abgelenkten Sendelichtstrahlen 3 somit auf einen Fokuspunkt F fokussiert. In dem Fokuspunkt F können kleine glänzende Objekte 6 erfasst werden, während außerhalb des Fokuspunkts großflächige Objekte 6 erfassbar sind.
Den beiden Empfängern 5a, b ist als Empfangsoptik eine Zylinderlinse 17 vorgeordnet. Ansonsten entspricht die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 11 hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 3.
13a zeigt den Strahlengang der Sendelichtstrahlen 3 und Empfangslichtstrahlen 4a, b der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 11 für den Fall, dass sich ein Objekt 6 der optoelektronischen Vorrichtung 1 nähert, wobei das angenäherte Objekt mit 6' bezeichnet ist. Das Objekt 6' kann bei einer Annäherung an die optoelektronische Vorrichtung 1 solange noch erfasst werden, solange der Rückstrahlbereich 18 der Empfangslichtstrahlen 4a, b (bei Annäherung des Objekts bezeichnet mit 18') noch die Zylinderlinse 17 vollständig ausleuchtet.
Entsprechendes gilt für eine Neigung der Objektoberfläche des Objekts 6' wie in 13b dargestellt.
14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung 1. Die vom Sender 2 dieser optoelektronischen Vorrichtung 1 emittierten Sendelichtstrahlen 3 werden wieder über einen Schwingspiegel 7 abgelenkt und von dort zu einem Strahlteiler 19 geführt. Die am Strahlteiler 19 reflektierten Sendelichtstrahlen 3 werden mittels einer Sendeoptik kollimiert und dann in einen Überwachungsbereich geführt, welcher von einem glänzenden Referenzobjekt begrenzt ist. Das Referenzobjekt ist im vorliegenden Fall von einem Reflektor 20 gebildet. Durch die Ablenkbewegung des Schwingspiegels 7 wird bei freiem Überwachungsbereich die Oberfläche des Reflektors 20 als Empfangslichtstrahlen 4a, b reflektierten Sendelichtstrahlen 3 werden über die Sendeoptik 16 zum Strahlteiler 19 geführt, wobei der den Strahlteiler 19 durchsetzende Anteil der Empfangslichtstrahlen 4a, b auf den Empfänger 5 der optoelektronischen Vorrichtung 1 geführt wird.
Zur Bestimmung der Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels 7 ist wieder ein Zusatzempfänger 4 vorgesehen. Der den Strahlteiler 19 durchsetzende Anteil der Sendelichtstrahlen 3 wird in Richtung des Zusatzempfängers 14 geführt. Mit einer dem Zusatzempfänger 14 vorgeordneten Blende 22 wird erreicht, dass nur in den Nulldurchgängen des Schwingspiegels 7 die Sendelichtstrahlen 3 auf den Zusatzempfänger 14 treffen, so dass dessen Ausgangssignale die Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels 7 definieren.
15 zeigt eine alternative Ausbildung des Referenzobjekts in Form einer Reflektoranordnung 23 mit zwei diskreten Spiegelflächen 24.
16 zeigt eine Applikation der optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten 6 auf einem Förderband, wobei die Objekte 6 in einer Förderrichtung f gefördert werden. Das Gehäuse 8 der optoelektronischen Vorrichtung 1 und der Reflektor 20 der optoelektronischen Vorrichtung 1 sind ge genüberliegend beidseits des Förderbands angeordnet, so dass bei freiem Strahlengang mittels der Sendelichtstrahlen 3 eine linienförmige Abtastung des Reflektors 20 als Referenzobjekt erfolgt.
Wie aus 16 ersichtlich, führt ein in den Überwachungsbereich eintauchendes Objekt 6 zu einer teilweisen Unterbrechung des Strahlengangs der Sendelichtstrahlen 3. Durch eine winkelaufgelöste Erfassung der Strahlunterbrechungen der Sendelichtstrahlen 3 in der Auswerteeinheit 11 der optoelektronischen Vorrichtung 1 kann die Objekthöhe h und die Eintauchtiefe e des Objekts 6 in den Überwachungsbereich zeitaufgelöst bestimmt werden.
Durch die Begrenzung des Überwachungsbereichs mit dem Reflektor 20 als glänzendem Referenzobjekt können mit der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 14 Objekte 6 unterschiedlicher Beschaffenheiten sicher detektiert und zudem voneinander unterschieden werden. Dies ist in den 17 bis 23 veranschaulicht.
17 zeigt den Strahlengang der Sendelichtstrahlen 3 und Empfangslichtstrahlen 4a, b der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 14 bei freiem Überwachungsbereich. Da die Sendelichtstrahlen 3 am Reflektor 20 als Empfangslichtstrahlen 4a, b in sich selbst zurückreflektiert werden, werden bei jeder Winkelposition des Schwingspiegels 7 die Sendelichtstrahlen 3 als Empfangslichtstrahlen 4a, b vom Reflektor 20 zurück zum Empfänger 5a, b geführt.
Dementsprechend wird für diesen Fall der in 20 dargestellte zeitliche Verlauf der Empfangssignale U am Ausgang des Empfängers 5a, b erhalten. Da die Sendelichtstrahlen 3 fortlaufend auf dem Reflektor 20 auftreffen und zu diesem gerichtet als Empfangslichtstrahlen 4a, b auf den Empfänger 5a, b geführt sind, liegt das Empfangssignal während der gesamten Perioden der Strahlablenkung des Schwingspiegels 7, sowohl während des Hinlaufs (bezeichnet mit H) als auch während des Rücklaufs (bezeichnet mit R) des Schwingspiegels 7 oberhalb des Schwellwerts U_min mittels derer die Amplitu den des Empfangssignals zur Unterscheidung von diffusen und glänzenden Objekten 6 bewertet werden.
Die 18 und 19 zeigen einen Eingriff eines glänzenden Objekts 6 in den Überwachungsbereich, wobei im Fall von 18 das Objekt 6 eine ebene glänzende Oberfläche und im Fall von 19 das Objekt 6 eine gekrümmte glänzende Oberfläche aufweist. In jedem Fall treffen nur bei einer Ablenkposition des Schwingspiegels 7 die mit 4' bezeichneten Empfangslichtstrahlen 4 auf den Empfänger 5. Die übrigen Empfangslichtstrahlen 4 gelangen daher nicht zum Empfänger 5.
Ein Objekteingriff derartiger glänzende Objekte 6 in den Überwachungsbereich führt auf den zeitlichen Empfangssignalverlauf gemäß 21. Der Strahlengang der Sendelichtstrahlen 3 wird durch das Objekt 6 für eine bestimmte Anzahl von Abtastperioden unterbrochen, so dass das Empfangssignal zwischen t₁ und t₂ unter den Schwellwert U_min absinkt und nur einmal bei t₃ durch den Direktreflex der glänzenden Oberfläche den Schwellwert U_min kurz überschreitet.
22 zeigt den Empfangssignalverlauf bei Eingriff eines diffus reflektierenden Objekts 6 in den Überwachungsbereich, wobei die Größe dieses Objekts 6 der Objektgröße im Fall von 21 entspricht. Dementsprechend fällt auch hier das Empfangssignal im Zeitintervall zwischen t₁ und t₂ unter den Schwellwert U_min ab. Da jedoch in diesem Fall kein Direktreflex auftrifft, fehlt hier der Signalpeak bei t₃.
23 zeigt den Empfangssignalverlauf bei Eingriff eines gegenüber dem Fall von 22 erheblich kleineren diffus reflektierenden Objekts 6. Aufgrund der kleineren Objektgröße liegt das Empfangssignal zwischen t₄ und t₅ nur kurzzeitig unterhalb des Schwellwerts U_min. Dabei kann aus der zeitlichen Abfolge der Schwellwertunterschreitung die Objektposition ermittelt werden.
Wie aus dem Vergleich der 20 bis 23 ersichtlich, können anhand der Verläufe der Empfangssignale die Größen, Positionen und Oberflächenbeschaffenheiten von Objekten 6 analysiert werden.
Die 24a bis c zeigen die zeitliche Abfolge einer Detektion einer Kante eines glänzenden Objekts 6 mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 3. Das glänzende Objekt 6 ist im vorliegenden Fall von einer Steherkante gebildet. Derartige Steher sind Bestandteile von Regalen, die in industriellen Anwendungen eingesetzt werden. Wie aus den 24a bis e ersichtlich, ist die Kante des Stehers abgerundet. Die optoelektronische Vorrichtung 1 wird in positiver X-Richtung relativ zur Steherkante bewegt. Entsprechend den jeweiligen Positionen der optoelektronischen Vorrichtung 1 gelangen in unterschiedlichen Winkelpositionen des Schwingspiegels 7 die von der Objektkante gerichtet reflektierten Empfangslichtstrahlen 4a, b als Direktreflexe zu den Empfängern 5a, b der optoelektronischen Vorrichtung 1. Daraus kann die Position der optoelektronischen Vorrichtung 1 relativ zur Steherkante fortlaufend erfasst werden, wenn der Abstand der optoelektronischen Vorrichtung 1 in Y-Richtung zur Steherkante bekannt ist.
Die 25a bis c zeigen dieselbe Applikation wie in den 24a bis c dargestellt. Die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 25a bis c ist gegenüber der Vorrichtung der 24a bis c dahingehend abgewandelt, dass diese nur einen Empfänger 5 aufweist. Weiterhin ist der Sender 2 mit dem nachgeordneten Schwingspiegel 7 so orientiert, dass der von den Sendelichtstrahlen 3 überstrichene Abtastbereich zum Empfänger 5 hin gewandt ist. Damit kann innerhalb eines großen Bereichs die Position der Steherkante überprüft werden.
Um die Kantenposition eindeutig von der anschließenden horizontalen Fläche unterscheiden zu können, wird vorzugsweise der Scanwinkel w3 = 0° als Kante definiert, wobei der Direktreflex, wie in 24b gezeigt, gerade noch im letzten Teil der Rundung der Kante reflektiert wird.
Damit wird erreicht, dass, wie in 24c gezeigt, sich der zur horizontalen Fläche gehörende Scanwinkel w3' von dem für die Kante geltenden Scanwinkel w3 deutlich unterscheidet.

1: Vorrichtung
2: Sender
3: Sendelichtstrahlen
4a: Empfangslichtstrahlen
4b: Empfangslichtstrahlen
5a: Empfänger
5b: Empfänger
6: Objekt
6': Objekt
7: Schwingspiegel
8: Gehäuse
9: Schaltausgang
10: Schnittstelle
11: Auswerteeinheit
12: Umlenkspiegel
13: Umlenkspiegel
14: Zusatzempfänger
15: Spiegel
16: Sendeoptik
17: Zylinderlinse
18: Rückstrahlbereich
18': Rückstrahlbereich
19: Strahlteiler
20: Reflektor
21: Bohrung
22: Blende
23: Reflektoranordnung
24: Spiegelfläche
30: gebrochener Stahl
40: Streustrahlung

Claims

Optoelektronische Vorrichtung (1) mit einem Sendelichtstrahlen (3) emittierenden Sender (2), wenigstens einem Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) empfangenden Empfänger (5a, 5b), einer Ablenkeinheit, mittels derer nur die Sendelichtstrahlen (3) periodisch innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs abgelenkt werden, und mit einer Auswerteeinheit (11), in welcher die durch die Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) am Ausgang des Empfängers (5a, 5b) generierten Empfangssignale in Abhängigkeit der aktuellen Winkelpositionen der Sendelichtstrahlen (3) ausgewertet werden, wobei zur selektiven Detektion von glänzenden Objekten (6, 6') der von deren Objektoberflächen gerichtet zurückreflektierte Anteil der Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) ausgewertet wird.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur selektiven Detektion von glänzenden Objekten (6, 6') eine Amplitudenbewertung der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers (5a, 5b) erfolgt.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssignale in der Auswerteeinheit (11) mit einem Schwellwert bewertet werden.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit von einem Schwingspiegel (7) gebildet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingspiegel (7) von einem Microscanspiegel gebildet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Nulldurchgangsposition ein Zusatzempfänger (14) vorgesehen ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nulldurchgangsposition des Schwingspiegels (7) anhand des zeitlichen Verlaufs der Empfangssignale in der Auswerteeinheit (11) bestimmbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass optische Elemente zur Bestimmung der Endlagen des Schwingspiegels (7) vorgesehen sind, und dass aus den Endlagen in der Auswerteeinheit (11) die Nulldurchgangsposition ableitbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Empfänger (5a, 5b) von einzelnen Fotodioden gebildet ist beziehungsweise sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schwingspiegel (7) eine Sendeoptik (16) zur Fokussierung der Sendelichtstrahlen (3) nachgeordnet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass außer den Sendelichtstrahlen (3) auch die Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) über die Sendeoptik (16) geführt sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem oder jedem Empfänger (5a, 5b) eine Empfangsoptik vorgeordnet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Empfangsoptik von einer Zylinderlinse (17) gebildet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei Empfänger (5a, 5b) aufweist, wobei aus der Differenz der Winkelpositionen, in welcher von einem Objekt (6) zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) auf die Empfänger (5a, 5b) treffen, in der Auswerteeinheit (11) die Distanz des Objektes (6) bestimmbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem Objekte (6) innerhalb eines Überwachungsbereichs erfassbar sind, welcher von einem glänzenden Referenzobjekt begrenzt ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzobjekt von einem Reflektor gebildet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ablenkung der Sendelichtstrahlen (3) über die Ablenkeinheit eine linienförmige Abtastung des Referenzobjekts erfolgt, und bei einem Objekteingriff im Überwachungsbereich die durch das Objekt (6) unterbrochenen Sendelichtstrahlen (3) in Abhängigkeit ihrer Winkelposition erfasst werden.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen einzelnen Empfänger (5a) auf weist, wobei die Empfangslichtstrahlen (4a, 4b) über eine Sendeoptik (16) zur Fokussierung der Sendelichtstrahlen (3) und einen Strahlteiler (19) zu diesem Empfänger (5a) geführt sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Sender (2) emittierten Sendelichtstrahlen (3) über die Ablenkeinheit zum Strahlteiler (19) und von dort über die Sendeoptik (16) in den Überwachungsbereich geführt sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen einzelnen Empfänger (5a) aufweist, und dass der von den die Sendelichtstrahlen (3) periodisch überstrichene Winkelbereich in Richtung dieses Empfängers (5a) orientiert ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mit dieser die Position von Kanten glänzender Objekte (6) erfassbar sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der glänzenden Objekte (6) abgerundet sind.