DE202011100974U1

DE202011100974U1 - Optisches Sensorsystem

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Publication number: DE202011100974U1
Application number: DE201120100974
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-21
Filing date: 2011-05-21
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2021-05-22

Abstract

Optisches Sensorsystem (1) zur Erfassung von in einer Bewegungsrichtung bewegten Objekten (6) in einem Überwachungsbereich, mit wenigstens zwei Sendelicht emittierenden Sender (2, 2') und wenigstens einem Empfangslicht empfangenden Empfänger (5, 5'), dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem Sender (2, 2') ein oder mehrere Sendelichtstrahlen (3, 3') generiert werden, und dass das optische Sensorsystem (1) eine Lichttasteranordnung oder Reflexionslichttasteranordnung bildet, bei welcher ein den Überwachungsbereich begrenzender Hintergrund (7) vorgesehen ist, wobei bei freiem Überwachungsbereich die Sendelichtstrahlen (3, 3') auf den Hintergrund (7) auftreffen und von dort zu dem wenigstens einen Empfänger (5) geführt sind, dass mit den Sender (2, 2') wenigstens zwei quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Sendelichtstrahlen (3, 3') generiert werden und wenigstens ein weiterer Sendelichtstrahl (3) oder Empfangslichtstrahl (4) geneigt hierzu verläuft, und dass durch einen Objekteingriff im Überwachungsbereich der Strahlengang von Sendelichtstrahlen (3, 3') zum Hintergrund (7) unterbrochen wird, wobei in einer Auswerteeinheit (8) die Strahlunterbrechungen registriert werden um daraus...

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsignal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges optisches Sensorsignal ist aus der DE 10 2008 020 419 A1 bekannt.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst eine Anzahl von Sensorachsen, entlang derer von Sendern emittierte Sendelichtstrahlen geführt sind. Mit den Sensorachsen werden in einer Objektbewegungsrichtung bewegte Objekte erfasst. Zwei Sensorachsen sind vorgesehen, welche in Objektbewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind und quer zur Objektbewegungsrichtung verlaufen. Wenigstens eine weitere Sensorachse ist vorgesehen, die in einem Neigungswinkel zu den ersten Sensorachsen verläuft. In einer Auswerteeinheit wird aus mit den Sensorachsen genierten Signalen ein Objektfeststellungssignal generiert.
Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Sensoranordnung besteht darin, dass mit zwei quer zur Objektbewegungsrichtung orientierten Sensorachsen das Objekt mit diesen nacheinander von der Seite erfasst wird. Die dabei erhaltenen Signale geben eine Information über die Objektgeschwindigkeit sowie die Länge des Objekts in Bewegungsrichtung. Erfindungsgemäß werden Signale dieser Sensorachse mit den Signalen einer weiteren Sensorachse verknüpft, wobei diese Sensorachse in einem Neigungswinkel zu den anderen Sensorachsen verläuft. Durch diese Neigung der Sensorachse ist gewährleistet, dass mehrere Seitenflächen des Objekts bei Passieren der Sensoranordnung detektiert werden. Durch eine zeitaufgelöste Auswertung der Signale der Sensorachse können somit Informationen über die Objektgeometrie gewonnen werden. Insbesondere werden dadurch Objektkonturdaten ermittelt, die als Objektfeststellungssignale ausgegeben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges optisches Sensorsystem hinsichtlich einer Funktionalität weiter zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße optische Sensorsystem dient zur Erfassung von in einer Bewegungsrichtung bewegten Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst wenigstens zwei Sendelicht emittierende Sender und wenigstens einen Empfangslicht empfangenden Empfänger. Mit jedem Sender werden ein oder mehrere Sendelichtstrahlen generiert. Das optische Sensorsystem bildet eine Lichttasteranordnung oder Reflexionslichttasteranordnung, bei welcher ein den Überwachungsbereich begrenzender Hintergrund vorgesehen ist. Bei freiem Überwachungsbereich treffen die Sendelichtstrahlen auf den Hintergrund auf und sind von dort zu dem wenigstens einen Empfänger geführt. Mit den Sendern werden wenigstens zwei quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Sendelichtstrahlen generiert. Ein weiterer Sendelichtstrahl oder Empfangslichtstrahl verläuft geneigt hierzu. Durch einen Objekteingriff im Überwachungsbereich wird der Strahlengang von Sendelichtstrahlen zum Hintergrund unterbrochen. In einer Auswerteeinheit werden die Strahlunterbrechungen registriert um daraus ein Objektfeststellungssignal zu generieren.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensorsystems besteht in der Ausbildung als Lichttaster- oder Reflexionslichttasteranordnung, bei welcher die Objekte vor einem definierten Hintergrund bewegt werden. Die Objektdetektion erfolgt damit in Form einer Vergleichsmessung gegen den Hintergrund, wodurch gute Nachweißsicherheit des optischen Sensors erhalten wird.
Vorteilhaft bei dieser Anordnung ist weiterhin, dass sämtliche aktiven Sensorkomponenten, das heißt alle Sender und Empfänger, sowie auch alle elektronischen Komponenten, auf einer Seite des Überwachungsbereichs angeordnet sind, so dass alle diese Komponenten platzsparend in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden können. Auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs braucht mit dem Hintergrund lediglich eine passive Komponente angeordnet werden, was einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensorsystems besteht darin, dass mit wenigstens einem oder vorzugsweise jedem Sender mehrere in unterschiedlichen Richtungen verlaufende Sendelichtstrahlen erzeugt werden können, und zwar ohne jegliche Umlenkeinheit mit beweglichen Teilen. Die einzelnen Sendelichtstrahlen können selektiv zur Objektdetektion eingesetzt werden. Das so ausgebildete optische Sensorsystem ermöglicht bei geringem konstruktivem Aufwand eine genaue, gut auflösende Objektdetektion.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensorsystem erfolgt die Objektdetektion derart, dass in der Auswerteeinheit die Unterbrechungen der Strahlengänge der Sendelichtstrahlen zeitaufgelöst ausgewertet werden.
Dabei wird zur Ermittlung von Unterbrechungen von Strahlengängen von Sendelichtstrahlen in der Auswerteeinheit eine Schwellwertbewertung von Empfangssignalen des wenigstens einen Empfängers durchgeführt.
Damit wird eine Objektdetektion mit kurzen Ansprechzeiten realisiert. Weiterhin können damit umfangreiche Informationen über das zu detektierende Objekt gemessen werden. Insbesondere werden mit diesem die Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung und/oder Geometriedaten eines Objekts erfasst.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass durch eine geeignete Anzahl und Ausrichtung der Sendelichtstrahlen die Geometrie eines Objekts inklusive der Höhe des Objekts vollständig erfasst werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt in der Auswerteeinheit durch Vergleich von Geometriedaten mit in der Auswerteeinheit abgespeicherten Referenzdaten eine Identifikation oder Klassifikation eines Objekts.
Die ermittelten Geometrie-, Geschwindigkeits- und Richtungsdaten können prinzipiell unmittelbar vom optischen Sensorsystem als Objektfeststellungssignal ausgegeben werden.
Besonders vorteilhaft ist das Objektfeststellungssignal ein binäres Schaltsignal mit zwei Schaltzuständen.
Mit dem so gebildeten Schaltsignal wird angegeben, ob ein bestimmtes Objekt zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorgegebenen Ortsbereich anwesend ist oder nicht.
Dabei kann insbesondere in der Auswerteeinheit in Abhängigkeit der ermittelten Geschwindigkeit eines Objekts ein Schaltzeitpunkt, zu welchem eine Schaltzustandsänderung des Schaltsignals erfolgt, berechnet werden.
Damit kann insbesondere der Zeitpunkt der Objektdetektion und die dadurch bedingte Generierung des Schaltsignals zeitlich getrennt und in geeigneter Weise applikationsspezifisch gewählt werden.
Auch das optische Sensorsystem selbst kann applikationsspezifisch dimensioniert werden. Insbesondere der Hintergrund kann als diffus reflektierende Fläche oder retroreflektierende Fläche gewählt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des optischen Sensorsystems sieht vor, dass mit einem Sender mehrere, in unterschiedlichen Richtungen verlaufende Sendelichtstrahlen generiert werden.
Da somit mit nur einem Sender mehrere unterschiedlich orientierte Sendelichtstahlen erzeugt werden können, kann die Anzahl aktiver Sensorkomponenten gering gehalten werden, wodurch das optische Sensorsystem kostengünstig herstellbar ist.
Hierzu können insbesondere zur Generierung unterschiedlicher Sendelichtstrahlen dem Sender mehrere Sendeoptiken nachgeordnet sein.
Wenn zusätzlich die Sendeoptiken von mehreren Sendern genutzt werden, kann der konstruktive Aufwand des optischen Sensorsystems noch weiter reduziert werden.
Speziell kann das optische Sensorsystem eine Kreuzstrahlreflexanordnung ausbilden, wobei die Kreuzstrahlreflexanordnung zwei Sender, die vier Sendelichtstrahlen generieren, und einen oder zwei Empfänger aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensorsystems.
2: Optisches Sensorsystem gemäß 1 mit einer ersten Ausführungsform von optischen Komponenten.
2a–2f: Darstellungen von Objektdetektionen zu verschiedenen Zeitpunkten mit dem optischen Sensorsystem gemäß 2.
3: Zeitdiagramme der Signalauswertung für die Objektdetektionen gemäß 2a bis 2f.
4: Optisches Sensorsystem gemäß 1 mit einer zweiten Ausführungsform von optischen Komponenten.
5: Draufsicht auf die optischen Komponenten gemäß 4.
6: Modifikation der Ausführungsform gemäß 4.
7: Optisches Sensorsystem gemäß 1 mit einer dritten Ausführungsform von optischen Komponenten.
8: Erweiterung der Ausführungsform gemäß 7.
9: Zeitdiagramme der Signalauswertung für die Anordnung gemäß 8.
10: Optisches Sensorsystem gemäß 1 mit einer vierten Ausführungsform von optischen Komponenten.
11: Zeitdiagramme der Signalauswertung für die Anordnung gemäß 8.
12: Seitenansicht der Anordnung gemäß 10.
13: Rückansicht der optischen Komponenten der Anordnung gemäß 10.
14: Erweiterung der Ausführungsform gemäß 10.
15: Applikationsbeispiel für ein optisches Sensorsystem gemäß 1.
1 zeigt in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Sensorsystems 1. Das optische Sensorsystem 1 umfasst zwei Sensoranordnungen 16, 16', deren Signale in einer Auswerteeinheit 8 ausgewertet werden. Zudem steuert die Auswerteeinheit 8 die Sensoranordnung 16. Mit den Sensoranordnungen 16, 16' erfolgt eine Erfassung von Objekten 6 in einem Überwachungsbereich, die in einer definierten Bewegungsrichtung (in 1 mit einem Pfeil gekennzeichnet) am optischen Sensorsystem 1 vorbeibewegt werden. Der Überwachungsbereich wird von einem Hintergrund 7 begrenzt, der generell eine diffus reflektierende oder retroreflektierende Oberfläche aufweisen kann. Jede Sensoranordnung 16, 16' emittiert zwei Sendelichtstrahlen 3, 3', wobei diese vom Hintergrund 7 oder vom Objekt 6 als Empfangslichtstrahlen 4, 4' zu der jeweiligen Sensoranordnung 16 zurückreflektiert werden. Die Strahlachsen zweier Sendelichtstrahlen 3, 3' verlaufen senkrecht zur Bewegungsrichtung, die restlichen Sendelichtstrahlen 3, 3' verlaufen geneigt hierzu. Das so ausgebildete optische Sensorsystem 1 bildet eine Lichttaster- beziehungsweise eine Reflexionslichttasteranordnung, bei welcher die Sendelichtstrahlen 3, 3' bei freiem Überwachungsbereich auf den Hintergrund 7 geführt sind. Die Objekterkennung erfolgt durch Registrieren von Strahlunterbrechungen der Sendelichtstrahlen 3, 3' durch das jeweilige Objekt 6. In Abhängigkeit dieser Strahlunterbrechungen wird in der Auswerteeinheit 8 ein Objektfeststellungssignal generiert, das über einen Schaltausgang 9 ausgegeben wird. Weiterhin ist eine serielle Schnittstelle 10 zur Ausgabe weiterer Signale oder zur Parametrierung des optischen Sensorsystems 1 vorgesehen.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Sensoranordnung 16, 16' des optischen Sensorsystems 1 gemäß 1. Jede Sensoranordnung 16, 16' umfasst einen Sendelicht emittierenden Sender 2a, 2a' und einen Empfangslicht empfangenden Empfänger 5, 5'. Die Sender werden alternierend aktiviert. Die Sender 2a, 2a' bestehen jeweils aus einer Leuchtdiode, die Empfänger 5, 5' jeweils aus einer Photodiode. Jeder Sender 2a, 2a' emittiert einen Sendelichtstrahl 3, 3a', der quer zur Bewegungsrichtung des Objekts 6 (im vorliegenden Fall in x-Richtung verlaufend) orientiert ist. Jeweils ein vom Sender 2a oder 2a' einer Sensoranordnung 16 oder 16' emittierter Sendelichtstrahl 3, 3' wird als Empfangslichtstrahl 4a, 4a' zum Empfänger 5, 5' derselben Sensoranordnung 16, 16' reflektiert und verläuft somit auch quer zur Bewegungsrichtung.
Jeweils ein weiterer Empfangslichtstrahl 4b, 4b' wird jedoch zum Empfänger 5, 5' der jeweils anderen Sensoranordnung 16' oder 16 reflektiert und verläuft damit geneigt zur Bewegungsrichtung des Objekts 6. Das Objekt 6 ist im vorliegenden Fall von einer Palette gebildet, die auf einem Förderband 11 transportiert wird. Der Hintergrund 7 weist eine diffusiv reflektierende Oberfläche auf, was eine wesentliche Voraussetzung für das Auftreten der schräg laufenden Empfangslichtstrahlen 4b, 4b' ist. Die Sensoranordnungen 16, 16' befinden sich in einem Abstand x4 zueinander, demzufolge auch die quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Sendelichtstrahlen 3, 3', Dieser Abstand x4 bildet die Basis zur Bestimmung der gleichförmigen Geschwindigkeit des Objekts 6 auf dem Förderband 11. Mit dem optischen Sensorsystem 1 können auch die Lagen aller Kanten des Objekts 6 bestimmt werden. Die entsprechenden Anordnungen des Objekts 6 zu diskreten Zeitpunkten t1–t6 mit den Strahlengängen der Sendelichtstrahlen 3, 3' und Empfangslichtstrahlen 4, 4' sind in den 2a bis 2f dargestellt.
3 zeigt die entsprechenden Zeitdiagramme der Empfangslichtpegel der einzelnen Empfangslichtstrahlen 4a, 4a', 4b, 4b', welche dementsprechend mit U4a, U4a', U4b, U4b' bezeichnet sind. Die Empfangslichtpegel können näherungsweise drei verschiedene Werte annehmen, nämlich 0 (Lichtstrahl völlig unterbrochen), Hg (Lichtstrahl wird vom Hintergrund 7 zum jeweiligen Empfänger 5, 5' reflektiert) und Obj (Lichtstrahl wird vom Objekt 6 zum Empfänger 5, 5' reflektiert).
Da die Sender 2, 2' alternierend getaktet werden, können die Empfangspegel nach Sender getrennt erfasst werden. Für die Auswertung stehen damit die vier Empfangspegel U4a, U4a', U4b und U4b' separat zur Verfügung. Beim Eintauchen des Objektes 6 wird der Sendelichtstrahl 3 zum Hintergrund 7 unterbrochen. Stattdessen generiert der Sendestrahl 3 auf dem nahegelegenen Objekt 6 den Empfangslichtstrahl 4a, wodurch der Empfangspegel U4a im Sensorsystem 16 deutlich ansteigt. Gleichzeitig wird der Empfangslichtstrahl 4b' unterbunden, wodurch der Empfangspegel U4b' auf null absinkt. Mit den Pegeländerungen können die Zeitpunkte t1 bis t6, das heißt die Kantenlagen des Objekts 6, erfasst werden. Die Objektgeschwindigkeit V_obj wird durch die Pegeländerungen der Objektvorderkante berechnet nach der Formel: V_obj = x4/(t3 – t1) und kann mit Hilfe der Pegeländerungen der Objekthinterkante kontrolliert werden: V_obj = x4/(t6 – t4)
Die Unterbrechung des Empfangslichtstrahls 4b liefert den Zeitpunkt t2 zur Berechnung des seitlichen Abstandes z1 zwischen der dem Sensorsystem 16 zugewandten Objektseite und dem Sensorsystem 16 nach der Formel: z1 = z4·V_obj·(t2 – t1)/x4 dabei bedeutet:

z4:: Abstand zwischen Sensorsystem 16 und Hintergrund 7.

4 zeigt in Übereinstimmung mit dem Beispiel von 2 ein optisches Sensorsystem 1 zur Erfassung eines Objekts 6 in Form einer Palette, welche mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit in parallel zur x-Richtung verlaufenden Bewegungsrichtung auf einem Förderband 11 bewegt wird. Der Hintergrund 7 weist wieder eine diffus reflektierende Oberfläche auf. Das optische Sensorsystem weist zwei Paare von Sendern 2a, 2b und 2a', 2b' auf. Ein Sender 2a, 2a' eines Paares emittiert einen Sendelichtstrahl 3a, 3a', der quer zur Bewegungsrichtung verläuft. Der jeweils zweite Sender 2b, 2b' ist geneigt zum ersten Sender 2a, 2a' angeordnet, so dass dieser einen geneigt zur Bewegungsrichtung verlaufenden Sendelichtstrahl 3b, 3b' emittiert. Die Sender 2a, 2a' werden wieder alternierend aktiviert, so dass die durch die entsprechenden Empfangslichtstrahlen 4, 4' generierten Empfangssignale am Empfänger 5, 5', der wieder von einer Photodiode gebildet ist, einzeln ausgewertet werden können. Wie die 5 zeigt, ist jedem Sender eine Sendeoptik 12 und dem Empfänger 5, 5' eine Empfangsoptik 15 zugeordnet.
Durch die analog zu 3 zeitaufgelöst erfolgende Auswertung kann wieder die Objektgeschwindigkeit bestimmt werden. Zudem können alle Kanten des Objekts 6, nämlich die dem optischen Sensorsystem 1 zugewandten Kanten in Abstand zu Z1 und die dem optischen Sensorsystem 1 abgewandten Kanten in Abstand Z2, erfasst werden.
6 zeigt eine Modifikation der zweiten Ausführungsform nach 4. Die Ausführungsform von 6 unterscheidet sich von jener gemäß 4 nur dadurch, dass der einzelne Empfänger 5 durch zwei dicht nebeneinanderliegende Empfänger 5, 5' die jeweils aus einer Photodiode bestehen können, ersetzt ist. Bei Objekten 6, die dunkler als der Hintergrund 7 sind, könnte der Pegelunterschied zwischen dem nahen Objekt 6 und dem hellen Hintergrund 7 zu klein werden um diese zu unterscheiden. Deshalb ist vorteilhaft der Einzel-Empfänger 5 durch dicht benachbarte Empfänger 5, 5' ersetzt, deren Signale eine ortsaufgelöste Objekterfassung ermöglichen. Damit kann der Winkelbereich der Empfangslichtstrahlen 4, 4' unterschieden werden und ein nahes Objekt 6 von einem ferneren Hintergrund 7 unterschieden werden. Beim Eintauchen des Objektes 6 wechselt der Empfangspegel vom Empfänger 5 zum Empfänger 5', so dass die entsprechende Objektkante sicher erfasst wird.
7 zeigt ein optisches Sensorsystem 1 in Form einer Reflexlichttasteranordnung, bei welcher der Überwachungsbereich durch einen Reflektor 14 als Hintergrund 7 begrenzt ist. Der Reflektor 14 ist als Retroreflektor ausgebildet. Das optische Sensorsystem 1 weist zwei identische Sensoranordnungen 16, 16' auf, die jeweils einen Empfänger 5 bzw. 5' und zwei beidseitig zu diesem zugeordnete Sender 2a, 2b bzw. 2a', 2b' aufweisen. Diese Elemente bilden eine konkave Anordnung derart, dass sich die Sendelichtstrahlen 3, 3' der Sender 2a, 2b im Überwachungsbereich kreuzen. Zwei Sendelichtstrahlen 3a, 3a' laufen parallel zueinander in einem Abstand x4 und dabei quer zur in x-Richtung orientierten Bewegungsrichtung des Objekts 6, welches wieder von einer Palette, die auf einem Förderband 11 transportiert wird, gebildet ist.
Bei dem optischen Sensorsystem 1 gemäß 7 kann der Empfänger 5, 5' einer Sensoranordnung 16, 16' nur die Empfangslichtstrahlen 4, 4' der zugehörigen Sender 2a, 2b dieser Sensoranordnung 16, 16' erfassen, da der Reflektor 14 nur in die unmittelbare Umgebung der Sender 2a, 2b zurückreflektiert. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass die Empfangspegel wesentlich höher liegen als bei einem optischen Sensorsystem 1 mit diffus reflektierendem Hintergrund 7 und das Eintauchen des Objektes 6 zu einer eindeutigen Strahlunterbrechung führt. Das Sensorsystem 16 erfasst die dem optischen Sensorsystem 1 zugewandte Objektvorderkante. Das Sensorsystem 16' erfasst die dem Reflektor 14 zugewandte Objektvorderkante. Analog zu 4 können auch die Objekthinterkanten zur Kontrolle erfasst werden.
8 zeigt eine Erweiterung der Ausführungsform gemäß 7. Jede Sensoranordnung 16, 16' weist nun vier Sender 2a–2d bzw. 2a'–2d' auf, die jeweils einem Empfänger 5 zugeordnet sind. Die Sender 2a–2d bzw. 2a'–2d' jeder Sensoranordnung 16, 16' bilden eine konkave Anordnung derart aus, dass sich die Sendelichtstrahlen 3a–3d bzw. 3a'–3d' im Überwachungsbereich nicht überschneiden. Der Überwachungsbereich ist wieder von einem Reflektor 14 begrenzt. Die Sendelichtstrahlen 3a, 3a' verlaufen parallel zueinander in einem Abstand x4 und quer zur Bewegungsrichtung des Objekts 6. Die Strahlunterbrechungen dieser Sendelichtstrahlen 3a, 3a' liefern die Objektgeschwindigkeit. Aus der zeitlichen Folge der Strahlunterbrechungen der einzelnen Sendelichtstrahlen 3a–3d, 3a'–3d' kann, wie im Zeitdiagramm von 9 dargestellt, kontrolliert werden, wie groß die Objektgeschwindigkeit ist und ob diese konstant bleibt.
Die 10 und 12 zeigen unterschiedliche Ansichten eines weiteren Beispiels eines optischen Sensorsystems 1. 13 zeigt eine Teildarstellung hiervon in einer Draufsicht.
Das optische Sensorsystem 1 gemäß den 10, 12, 13 weist am Rand des Überwachungsbereichs einen Reflektor 14 auf und dient wieder zur Erfassung eines Objekts 6 in Form einer Palette, die mit gleichförmiger Geschwindigkeit in der in x-Richtung verlaufenden Bewegungsrichtung bewegt wird.
Das optische Sensorsystem 1 weist zwei Sensoranordnungen 16, 16' auf, die jeweils einen Empfänger 5, 5' mit einer Empfangsoptik 15 und drei Sender 2, 2' mit einer zugeordneten Sendeoptik 12, 12' umfassen.
Das Sendelicht der Sender 2 der ersten Sensoranordnung 16 ist einerseits durch die Sendeoptik 2 geführt und generiert so Sendlichtstrahlen 3a, die quer zur Bewegungsrichtung des Objekts 6 verlaufen. Zudem ist das Sendelicht durch die Sendeoptik 2' geführt, wodurch geneigt zur Bewegungsrichtung verlaufende Sendelichtstrahlen 3b generiert werden. Entsprechendes gilt für die zweite Sensoranordnung 16'.
Prinzipiell reicht zur Erfassung der Kantenlagen des Objekts 6 in Bewegungsrichtung und zur Bestimmung der Objektgeschwindigkeit pro Sensoranordnung 16, 16' ein Sender 2, 2' aus. Um eine Abschätzung der Objekthöhe vornehmen zu können, sind jeder Sendeoptik 12, 12' jeweils drei vertikal angeordnete Sender 2, 2' zugeordnet, die durch die Sendeoptik 12 schräg nach oben auf den Reflektor 14 strahlen. Je nach Objekthöhe werden ein oder mehrere der mit diesen Sender 2, 2' generierten Sendestrahlen 3a, 3a', 3b, 3b' durch die dem optischen Sensorsystem 1 zugewandte Objektoberkante unterbrochen. Mit dieser Information kann mit Hilfe des zuvor ermittelten Abstandes z1 des optischen Sensorsystems 1 die grobe Objekthöhe ermittelt werden.
14 zeigt eine Erweiterung des optischen Sensorsystems 1 gemäß 10. Dabei wurden nun die Sensoranordnungen 16, 16' doppelt ausgeführt und übereinanderliegend angeordnet. Durch diese Erweiterung kann zusätzlich die hintere Objektoberkante erfasst werden.
15 zeigt ein Applikationsbeispiel des optischen Sensorsystems 1 zur Größensortierung von Objekten 6 in Form von auf einem Förderband 11 geförderten Transportgütern. Seitlich am Förderband 11 sind Auffangbehälter 17a–c angeordnet. Diesen liegt jeweils ein Auswerfer 18a–c gegenüber. In den ersten Auffangbehälter 17a sollen durch Betätigung des ersten Auswerfers 18a nur lange Objekte 6 vom Förderband 11 eingefüllt werden. In den zweiten Auffangbehälter 17b sollen durch Betätigung des zweiten Auswerfers 18b nur breite Objekte 6 vom Förderband 11 eingefüllt werden. In den dritten Auffangbehälter 17c sollen durch Betätigung des dritten Auswerfers 18c nur kleine Objekte 6 vom Förderband 11 eingefüllt werden.
Mit dem optischen Sensorsystem 1 erfolgt eine Objektklassifikation, das heißt für jedes Objekt 6 wird festgestellt, ob es zur Kategorie „lang”, „breit” oder „klein” gehört. Als Objektfeststellungssignal wird für jedes Objekt 6 zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Schaltsignal generiert, mit dem der passende Auswerfer 18a genau dann aktiviert wird, wenn das Objekt 6 vor dem passenden Auffangbehälter 17a angekommen ist, so dass es dort mittels des Auswerfers 18a eingeworfen wird.
Bezugszeichenliste

1: Optisches Sensorsystem
2, 2': Sender
2a, 2a': Sender
2b, 2b': Sender
3, 3': Sendelichtstrahl
3a, 3a': Sendelichtstrahl
3b, 3b': Sendelichtstrahl
4, 4': Empfangslichtstrahl
4a, 4a': Empfangslichtstrahl
4b, 4b': Empfangslichtstrahl
5, 5': Empfänger
6: Objekt
7: Hintergrund
8: Auswerteeinheit
9: Schaltausgang
10: Schnittstelle
11: Förderband
12, 12': Sendeoptik
14: Reflektor
15: Empfangsoptik
16, 16': Sensoranordnung
17a–c: Auffangbehälter
18a–c: Auswerfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008020419 A1 [0002]

Claims

Optisches Sensorsystem (1) zur Erfassung von in einer Bewegungsrichtung bewegten Objekten (6) in einem Überwachungsbereich, mit wenigstens zwei Sendelicht emittierenden Sender (2, 2') und wenigstens einem Empfangslicht empfangenden Empfänger (5, 5'), dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem Sender (2, 2') ein oder mehrere Sendelichtstrahlen (3, 3') generiert werden, und dass das optische Sensorsystem (1) eine Lichttasteranordnung oder Reflexionslichttasteranordnung bildet, bei welcher ein den Überwachungsbereich begrenzender Hintergrund (7) vorgesehen ist, wobei bei freiem Überwachungsbereich die Sendelichtstrahlen (3, 3') auf den Hintergrund (7) auftreffen und von dort zu dem wenigstens einen Empfänger (5) geführt sind, dass mit den Sender (2, 2') wenigstens zwei quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Sendelichtstrahlen (3, 3') generiert werden und wenigstens ein weiterer Sendelichtstrahl (3) oder Empfangslichtstrahl (4) geneigt hierzu verläuft, und dass durch einen Objekteingriff im Überwachungsbereich der Strahlengang von Sendelichtstrahlen (3, 3') zum Hintergrund (7) unterbrochen wird, wobei in einer Auswerteeinheit (8) die Strahlunterbrechungen registriert werden um daraus ein Objektfeststellungssignal zu generieren.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die Unterbrechungen der Strahlengänge der Sendelichtstrahlen (3, 3') zeitaufgelöst ausgewertet werden.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von Unterbrechungen von Strahlengängen von Sendelichtstrahlen (3, 3') in der Auswerteeinheit (8) eine Schwellwertbewertung von Empfangssignalen des wenigstens einen Empfängers (5) durchgeführt wird.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem die Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung und/oder Geometriedaten eines Objekts (6) erfasst werden.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) durch Vergleich von Geometriedaten mit in der Auswerteeinheit (8) abgespeicherten Referenzdaten eine Identifikation oder Klassifikation eines Objekts (6) erfolgt.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektfeststellungssignal ein binäres Schaltsignal mit zwei Schaltzuständen ist.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) in Abhängigkeit der ermittelten Geschwindigkeit eines Objekts (6) ein Schaltzeitpunkt, zu welchem eine Schaltzustandsänderung des Schaltsignals erfolgt, berechnet wird.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrund (7) eine diffus reflektierende Oberfläche aufweist.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrund (7) eine retroreflektierende Oberfläche ist.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrund (7) ein Reflektor (14) ist.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Sender (2) mehrere, in unterschiedlichen Richtungen verlaufende Sendelichtstrahlen (3, 3') generiert werden.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Generierung unterschiedlicher Sendelichtstrahlen (3, 3') dem Sender (2) mehrere Sendeoptiken (12, 12') nachgeordnet sind.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptiken (12, 12') von mehreren Sendern (2, 2') genutzt werden.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Kreuzstrahlreflexanordnung ausbildet.
Optisches Sensorsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzstrahlreflexanordnung zwei Sender (2, 2') aufweist, die vier Sendelichtstrahlen (3, 3') generieren.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzstrahlreflexanordnung einen oder zwei Empfänger (5) aufweist.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur selektiven Detektion einzelner Sendelichtstrahlen (3, 3') in der Auswerteeinheit (8) die Empfangssignale des oder jedes Empfängers (5) mit mehreren Schwellwerten bewertet werden.
Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterscheidung von von einem Hintergrund (7) einerseits und einem Objekt (6) andererseits zurückreflektierten Sendelichtstrahlen (3, 3') wenigstens eine ortsauflösende Empfängeranordnung, bestehend aus zwei dicht nebeneinander liegenden Empfängern (5, 5'), vorgesehen ist.