DE29804040U1

DE29804040U1 - Kontrastleser

Info

Publication number: DE29804040U1
Application number: DE29804040U
Authority: DE
Original assignee: LEHNER OPTOELECTRONIC GmbH
Current assignee: Sick AG
Priority date: 1998-03-07
Filing date: 1998-03-07
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2008-03-08

Description

Kontrastleser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontrastleser zum Erkennen unterschiedlicher Farbmarkierungen auf einem Objekt, insbesondere von Druckmarken, wobei der Kontrastleser eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht auf ein Objekt, einen Teilerspiegel sowie einen Lichtempfänger für von dem Objekt bzw. von den Farbmarkierungen reflektiertes Licht aufweist.

Mit einem solchen Kontrastleser können beispielsweise Druckmarken auf einem zu bedruckenden Papier erkannt werden. Solche Druckmarken sind in der Regel Farbbalken, deren Position in einem Durchlauf erkannt werden müssen. Problematisch ist hierbei, daß diese Farbmarken unterschiedliche Farben haben und zum Hintergrund auch einen entsprechend unterschiedlichen Kontrast. Dadurch ergeben sich sehr unterschiedliche Auswerteergebnisse, beispielsweise bei einer hellgelben Farbmarke auf einem weißen Hintergrund einerseits und einer schwarzen Farbmarkierung ebenfalls auf weißem Untergrund. Um nun unterschiedliche Farben auf verschiedenen Untergründen erkennen zu können, sind bereits Geräte mit mehreren, verschiedenfarbigen Lichtquellen bekannt, wobei das Gerät je nach Meßaufgabe auf unterschiedliche Farben umschaltbar ist.

Bei Druckmarken sind jedoch häufig in einer Reihe nacheinander Farbbalken unterschiedlicher Farbe angeordnet, die in einem Durchlauf

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mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 5 m pro Sekunde in ihrer Position sicher erkannt werden müssen. Ein manuelles Umschalten auf verschiedene Farben während eines solchen Durchlaufes ist jedoch nicht möglich, so daß ein Einsatz als Kontrastleser bei Druckmarken , nicht möglich ist.

Für Kontrastleser werden üblicherweise Glühlampen eingesetzt, die zwar in einem praktisch durchgehenden Wellenlängenspektrum abstrahlen, so daß auch unterschiedliche Farbmarken gut erkannt werden können, jedoch weisen solche Glühlampen eine Reihe von Nachteilen auf. Dies ist zum einen eine hohe Leistungsaufnahme mit einer entsprechenden Verlustwärme, die zur Erwärmung des gesamten Gerätes führen, so daß sich die Meßwerte durch die hohe Erwärmung verändern können. Außerdem altern Glühlampen vergleichsweise schnell, so daß sie nach vergleichsweise kurzen Zeitabständen ausgetauscht werden müssen. Auch weisen Glühlampen eine hohe Erschütterungsempfindlichkeit auf, was ebenfalls zu Beschädigungen und Ausfall der Glühlampe führen kann. Weiterhin ist nachteilig, daß es sich bei dem von Glühlampen abgestrahlten Licht um Gleichlicht handelt und somit eine hohe Fremdlichtempfindlichkeit vorhanden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kontrastleser der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der robust und betriebssicher ^ ist und mit dem auch unterschiedliche Farbmarkierungen an. einem Objekt in einem schnellen Durchlauf erkennbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß als Lichtquelle eine weißes Licht abstrahlende Quelle mit einer oder mehreren Leuchtdioden vorgesehen ist und daß bei mehreren Leuchtdioden alle gleichzeitig in Betrieb sind.

0 Wesentlich ist hierbei, daß ein praktisch durchgehendes Wellenlängenspektrum, also weißes Licht abgestrahlt wird, um ohne Umschaltvorgänge unterschiedliche Farbmarkierungen auf verschiedenfarbigem Untergrund sicher erkennen zu können. Leuchtdioden als Lichtquelle haben eine lange Lebensdauer und sind robust und somit unempfindlich gegen Erschütterungen. Außerdem ist eine nur geringe

Stromaufnähme vorhanden und praktisch keine Erwärmung, woraus sich für den Kontrastleser erhebliche Vorteile und insbesondere auch konstruktive Vereinfachungen ergeben.

Um weißes Licht abzustrahlen, besteht die Möglichkeit, daß bei Verwendung mehrerer Leuchtdioden diese bezüglich ihres Farbspektrums für eine Zusammensetzung zu insgesamt weißem Licht vorgesehen sind und daß vorzugsweise wenigstens eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtdiode vorgesehen ist. Es können somit recht preisgünstige Leuchtdioden verwendet werden, die bei gleichzeitigem Betrieb den zum Erkennen unterschiedlicher Farbmarkierungen auf verschiedenfarbigem Untergrund erforderlichen Spektralbereich abdecken.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß als Lichtquelle wenigstens eine weißabstrahlende Leuchtdiode vorgesehen ist. In diesem Fall vereinfacht sich die Konstruktion insbesondere bei Verwendung nur einer einzigen weißen Leuchtdiode, weil durch die punktuelle Lichtquelle unter anderem nur ein Teilerspiegel zum Abbilden eines Lichtpunktes an einer Stelle erforderlich ist. Außerdem bleibt hier das Farbspektrum auch bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen gleich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leuchtdiode(n) mit einer modulierten Stromquelle verbunden ist (sind) und wenn die Modulationsfrequenz vorzugweise größer als 500 KHz ist. Moduliertes

^ Licht ergibt eine hohe Fremdlichtunempfindlichkeit und Leuchtdioden lassen sich mit sehr hohen Modulationsfrequenzen betreiben, so daß 5 der Kontrastleser auch bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten einer zu erkennenden Markierungen mit hoher Positioniergenauigkeit arbeiten kann, die beispielsweise im Mikrometerbereich liegt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das von der Lichtquelle ausgesandte Licht vom insbesondere teil- oder 0 halbdurchlässigen Teilerspiegel umgelenkt wird und daß der Referenz-Lichtempfänger auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Teilerspiegels angeordnet ist. Mit diesem zusätzlichen Lichtempfangselement, das zweckmäßigerweise ebenso wie der Lichtempfänger für das von einem Objekt reflektierte Licht, als 5 Fotodiode ausgebildet ist, kann die Grundhelligkeit der nach außen

abstrahlenden Leuchtdiode gemessen und geregelt werden. Insbesondere kann dadurch der Temperaturgang der Sendeleuchtdiode und deren Alterung kompensiert werden. Die Anordnung des zusätzlichen Lichtempfängers auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Teilerspiegel hat den Vorteil, daß der Zusatzlichtempfänger so außerhalb des Sendelichtstrahls und auch des Empfangslichtstrahles angeordnet werden kann und somit nicht stört.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein optisches Schema eines Kontrastlesers und

Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild des Kontrastlesers.
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Ein in Fig. 1 gezeigtes optisches Schema eines Kontrastlesers 1 weist im wesentlichen eine Sendelichtquelle 2, einen Teilerspiegel 3 sowie einen Lichtempfänger 4 auf. Von der Sendelichtquelle 2 wird Licht abgestrahlt, gelangt auf den Teilerspiegel 3, wird von diesem 0 umgelenkt und gelangt schließlich auf ein Objekt 5, auf dem sich beispielsweise ein oder mehrere Farbbalken befinden können, die in einem Durchlauf, d.h. beim Vorbeibewegen des Objektes am Meßpunkt, erkannt werden müssen. Vom Objekt 5 bzw. einem dort zu erkennenden

W Farbbalken reflektiertes Licht gelangt zurück zum Teilerspiegel 3 und durch diesen hindurch zum Lichtempfänger 4. Der Teilerspiegel ist als teildurchlässiger, zum Beispiel halbdurchlässiger Spiegel ausgebildet.

Zur Strahlformung befindet sich vor der Sendelichtquelle 2 ein Kondensor 6 und zur Bündelung des abgehenden Lichtstrahles ist ein 0 Objektiv 7 vorgesehen.

Vor dem Lichtempfänger 4 ist eine Kondensorgruppe 8 sowie ein Filter 9 angeordnet, mit dem die Spektralempfindlichkeit bedarfsweise korrigiert werden kann. ^:

Als Sendelichtquelle 2 dient bevorzugt eine einzige weiße Leuchtdiode 5 10 und als Lichtempfänger 4 eine Fotodiode 11.

Der Sendelichtquelle 2 ist ein Referenz-Lichtempfanger 12 zugeordnet, über den 'Grundhelligkeitsänderungen der Sendelichtquelle 2 kompensiert werden können. Der Referenz-Lichtempfänger 12 ist ebenso wie der Lichtempfänger 4 durch eine Fotodiode 13 gebildet.
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Fig. 2 zeigt ein elektrisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Kontrastlesers 1. Die Sendelichtquelle ist dabei mit einer Sendestromquelle 14 verbunden, die ihrerseits an einen Taktgeber 15 zur Strommodulation und an einen Integralregler 16 angschlossen ist. Der Integralregler 16 ist Teil eines Regelkreises, über den die Helligkeit der Sendelichtquelle 2 auf einem konstanten,

™ vorgebbaren Sollwert gehalten wird. Dazu wird die Helligkeit der Sendelichtquelle 2 mit Hilfe des Referenz-Lichtempfängers 12 gemessen und dieser Meßwert über einen Verstärker 17, einen Demodulator 18 und einen Tiefpaß 19 einem Soll-Istwert-Vergleicher 2 0 zugeleitet. Über den sich im Regelkreis anschließenden Integralregler 16 wird dann die Sendestromquelle 14 entsprechend angesteuert, so daß die Helligkeit der Sendelichtquelle 2 auch bei Alterung oder unter Temperatureinfluß konstant bleibt.

0 Wie in Fig. 1 erkennbar, sind die Sendelichtquelle 2 und der Referenzlichtempfänger 12 direkt gegenüberliegend und durch den Teilerspiegel voneinander getrennt, innerhalb des Kontrastlesers

_ angeordnet. Durch den Teilerspiegel 3 hindurch gelangt zwar nur ein Teil des von der Sendelichtquelle 2 abgestrahlten Lichtes auf den Referenzlichtempfänger 12 , jedochist dieseTeil-Lichtintensität proportional zur Gesamt-Lichtintensität der Sendelichtquelle 2.

In rückseitiger Verlängerung des vom Kontrastleser ausgesandten Lichtstrahles befindet sich der Lichtempfänger 4, mit dem das vom Objekt 7 reflektierte und durch den Teilerspiegel 3 hindurchgelangte 0 Licht detektiert wird. Das vom Lichtempfänger 4 kommende Meßsignal gelangt über einen Verstärker 21 und einen Demodulator 22 zu einem Tiefpaß 23 dessen Ausgang mit einem Analog-Stromgeber 24 verbunden ist.

Dieser Analog-Stromgeber liefert an seinem Ausgang 25 ein 5 Stromsignal, das proportional zu der vom Lichtempfänger 4

empfangenen Lichtintensität ist. Überlichweise ist hier ein Stromausgang zwischen 0 und 20 mA vorgesehen.

Der Analog-Stromgeber 24 ist außerdem noch an Schaltausgänge 26, 26a angeschlossen, die ein digitales, hysteresebehaftetes Ausgangssignal liefern. Die einzelnen Baugruppen sind zur Stromversorgung an einen Spannungsregler 27 angeschlossen, der eine konstante Betriebsspannung liefert. Zur Synchronisation der beiden Demodulatoren 18 und 22 sind diese über eine Zeitverzögerung 2 8 an den Taktgeber 15 angeschlossen.
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™ / Ansprüche

Claims

Ansprüche

1. Kontrastleser zum Erkennen unterschiedlicher Farbmarkierungen auf einem Objekt, wobei der Kontrastleser eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht auf ein Objekt, einen teildurchlässigen Teilerspiegel sowie einen Lichtempfänger für von dem Objekt beziehungsweise von den Farbmarkierungen reflektiertes Licht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (2) eine weißes Licht abstrahlende Quelle mit einer oder mehreren Leuchtdioden (10) vorgesehen ist und daß bei mehreren Leuchtdioden alle gleichzeitig in Betrieb sind.

™ 2. Kontrastleser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Leuchtdioden diese bezüglich ihres Farbspektrums für eine Zusammensetzung zu insgesamt weißem Licht vorgesehen sind und daß vorzugsweise wenigstens eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtdiode vorgesehen ist.

3. Kontrastleser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (2) wenigstens eine weiß abstrahlende Leuchtdiode (10) vorgesehen ist.

4. Kontrastleser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ^ gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode(n) mit einer modulierten

Stromquelle (14) verbunden ist (sind) und daß die Modulationsfrequenz vorzugsweise größer als 500 kHz ist.

5. Kontrastleser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquelle (2) ein Referenz Lichtempfänger (12) zugeordnet ist, daß das von der Lichtquelle 0 ausgesandte Licht vom insbesondere teil-oder halbdurchlässigen Teilerspiegel (3) umgelenkt wird und daß der Referenz Lichtempfänger (12) auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Teilerspiegels (3) angeordnet ist.

5 Patent*