DE9412196U1

DE9412196U1 - Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von Kontrastmarken

Info

Publication number: DE9412196U1
Application number: DE9412196U
Authority: DE
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2004-07-29
Also published as: DE4436597C1

Description

Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen, die insbesondere als Barcodelesegeräte ausgebildet sind, werden in den verschiedenartigsten industriellen Anwendungen zum Identifizieren von Werkstücken oder dergl. eingesetzt.

Das Barcodelesegerät kann beispielsweise oberhalb eines Fließbandes angeordnet sein. Mit dem Sendelichtstrahl des Barcodelesegerätes werden Barcodes auf Werkstücken, die in Behältern auf dem Fließband unter dem Barcodelesegerät hindurchbewegt werden, erfaßt.

Bei derartigen Anordnungen sind üblicherweise den Fließprozeß überwachende Einrichtungen vorgesehen, die kontrollieren, ob die Behälter befüllt sind. Diese Information wird zur Steuerung des Fließprozesses verwendet. Beispielsweise können volle Behälter einer Entladestation zugeführt werden und leere Behälter aus dem Fließprozeß zur Nachbefüllung entfernt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit dieser eine Kontrolle des Vorhandenseins von Gegenständen ermöglicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-8 beschrieben.

Durch die Installation eines Referenz-Kontrastmusters wird bei freiem Strahlengang der Sendelichtstrahl der Vorrichtung fortlaufend über das Referenz-Kontrastmuster geführt. Die dabei in der Auswerteeinheit registrierten Empfangssignale dienen als Referenzsignal. Dabei ist von Bedeutung, daß die Empfangssig-

nale in Abhängigkeit der momentanen Richtung des Sendelichtstrahls in der Auswerteeinheit registriert und abgespeichert werden. Somit liegt die Information über das Referenz-Kontrastmuster in Abhängigkeit des Ortes des Kontrastmusters in der Auswerteeinheit vor.
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Wird nun ein an der oberen Stirnseite offener, leerer Behälter, dessen Boden ein definiertes Lochmuster aufweist, zwischen der Vorrichtung und der Referenzmarke hindurchbewegt, so wird das Referenzmuster vollständig überdeckt, wenn keines der Löcher im Strahlengang des Sendelichtstrahls ist und teilweise überdeckt, wenn eines oder mehrere Löcher im Strahlengang angeordnet sind.

Trifft der Sendelichtstrahl durch ein Loch auf einen Teil der Referenz-Marke, so wird dieser Teil der Referenz-Marke ortsabhängig von der Vorrichtung erfaßt. Bei vorgegebenem Lochmuster sowie vorgegebenen Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Behälters kann durch die Detektion der Teile des Kontrastmusters, die durch die Löcher im Boden des Behälters sichtbar sind, der leere Behälter eindeutig identifiziert werden.

Ist andererseits der Behälter befüllt, beispielsweise mit Papierbogen, so sind die Löcher im Boden des Behälters zumindest teilweise bedeckt Demzufolge kann durch diese Löcher der Sendelichtstrahl nicht mehr hindurchtreten. Entsprechend werden die unter den Löchern befindlichen Stellen der Kontrastmarke nicht mehr detektiert, so daß weniger Stellen des Kontrastmusters während des Hindurchtretens des Behälters durch den Sendelichtstrahl erfaßt werden können.

Mit dieser Information kann in der Auswerteeinheit ein befüllter oder teilweise befüllter Behälter identifiziert werden.

Im Ergebnis können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur Kontrastmuster erkannt werden, sondern auch bei Fließprozessen, bei denen die erfindungsgemäßen Behälter als Transportmittel eingesetzt werden, Informationen über die Befüllung der Behälter gewonnen werden. Diese Informationen können wiederum zur Steuerung von Produktionsprozessen und dergleichen verwendet

werden, beispielsweise zur Nachbefüllung von leeren Behältern,

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelingt es daher, ohne Einsatz einer teuren Zusatzsensorik nicht zur Marken zu lesen, sondern auch Informationen zur Steuerung des Produktionsprozesses zu liefern. Auf diese Weise können im gesamten Produktionsablauf bei Fertigungsprozessen und dergleichen erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Ein Prinzipaufbau der optoelektronischen Vorrichtung,

Fig. 2: schematische Darstellung einer Anordnung einer optoelektroni-

sehen Vorrichtung an einem Fließband, auf dem ein Behälter

transportiert wird,

Fig. 3: Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2

a) mit einem befüllten Behälter

b) mit einem leeren Behälter

In Fig.l ist der prinzipielle Aufbau einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken dargestellt.

Prinzipiell können die Marken beliebige Folgen und Formen von aneinander angrenzenden Hell- Dunkelflächen, vorzugsweise Schwarz-Weiß-Flächen, aufweisen. Im folgenden soll die Erfindung für den Fall erläutert werden, daß die Marken von Barcodes 2 gebildet sind. Die Barcodes 2 bestehen im wesentlichen aus einer Folge von schwarzen und weißen Strichelementen 2a, b definierter Länge und Breite.

Die optoelektronische Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen aus einem Sende-

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element 3, einem Empfangselement 4 sowie einer Auswerteeinheit 5. Das Sendeelement 3 besteht aus einem Sender 6, vorzugsweise einer Laserdiode, sowie aus einer dem Sender 6 vorgeschalteten Sendeoptik 7 zur Fokussierung des Sendelichts 8. Das fokussierte Sendelicht 8 wird über eine Ablenkeinheit 9, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem rotierenden Polygonspiegelrad gebildet ist, abgelenkt und über den zu detektierenden Barcode 2 geführt. Die Drehachse des Polygonspiegelrads ist senkrecht zur in Fig. 1 dargestellten Äquatorialebene des Polygonspiegelrads angeordnet.

Das vom Barcode 2 reflektierte Empfangslicht 10 wird über das Polygonspiegelrad zum Empfangselement 4 geführt. Das Empfangselement 4 besteht aus einer Fotodiode 11, in der das Empfangslicht 10 in ein elektrisches Empfangssignal gewandelt wird, und einem dieser nachgeschalteten Verstärker 12. Zur Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit ist dem Empfangselement 4 eine Empfangsoptik 13 vorgeschaltet

Das am Ausgang des Empfangselements 4 anstehende Empfangssignal wird der Auswerteeinheit 5 zugeführt und in Abhängigkeit der Position des Sendelichtstrahls 8 abgespeichert. Zur Erfassung der Position des Sendelichtstrahls 8 kann an der Ablenkeinheit 9 ein nicht dargestellter Winkelgeber angeordnet sein. Andererseits kann die Information über die Position des Sendelichtstrahls 8 direkt aus dem Empfangssignal gewonnen werden, sofern die Abtastrate &ngr; bekannt ist. Dann besteht zwischen der zeitlichen Folge des Empfangssignals und der Position des Sendelichtstrahls 8 eine eindeutige Zuordnung.

In Fig.2 ist eine optoelektronische Vorrichtung 1 oberhalb eines Fließbandes 13 dargestellt. In Höhe der Oberfläche des Hießbandes 13 ist ortsfest eine Referenz-Marke angeordnet. Die Referenz-Marke ist von einem Referenz-Barcode 2' gebildet und erstreckt sich über die gesamte Breite des Fließbandes 13. Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist so ausgerichtet, daß der Sendelichtstrahl 8 periodisch über die Referenz-Marke geführt wird.
Die Referenz-Marke weist ein definiertes Strichmuster auf, welches das Refe-

renz-Kontrastmuster bildet. Zweckmäßigerweise weisen sämtliche Strichelemente des Kontrastmusters dieselbe Breite auf.

Auf dem Fließband 13 werden Behälter 14 transportiert, deren obere Stirnseiten offen sind und deren Böden Löcher 14, die nach einem definierten Muster angeordnet sind, aufweisen (Fig. 3b). Die Breite des Behälters 14 ist kleiner als die Länge der Referenz-Marke. In den Behältern 14 werden Papierbogen 16 transportiert, die nahezu die gesamte Fläche des Bodens des Behälters 14 bedecken (Fig. 3a).

Auf den Papierbogen können Barcodes 2 angebracht sein, die von der Vorrichtung 1 erfaßt werden. Die Strichmuster der Barcodes 2 weichen signifikant von dem Strichmuster der Referenz-Marke ab, so daß Verwechslungen der Referenz-Marke mit den Barcodes 2 ausgeschlossen sind.

Wird ein leerer Behälter 14 unter der optoelektronischen Vorrichtung 1 hindurch auf dem Fließband 13 transportiert, trifft der Sendelichtstrahl 8 auf den Boden des Behälters 14. Sofern der Sendelichtstrahl 8 nicht auf ein Loch 15 im Boden des Behälters 14 trifft, wird die Referenz-Marke im Bereich des Behälters 14 nicht mehr erfaßt. Trifft jedoch der Sendelichtstrahl 8 durch ein Loch 15 im Behälter 14, so wird der darunter liegende Teil des Musters der Referenz-Marke von der Vorrichtung 1 erfaßt.

Die Durchmesser r der Löcher sind zweckmäßigerweise für alle Löcher 15 im Behälter 14 gleich gewählt und so groß, daß von dem Loch 15 diametral durchsetzenden Sendelichtstrahl 8 eine Mindestzahl von N Strichelementen des Referenz-Barcodes 2' erfaßt wird. N ist zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 10 Strichelementen gewählt. Da die Breiten der Strichelemente des Referenz-Barcodes 2' identisch sind, ergibt sich für jedes Loch 15 dieselbe Struktur des Empfangssignals.

Da zudem das Muster der Löcher 15 im Behälter 14 fest vorgegeben ist, kann

bei vorgegebener Geschwindigkeit &ngr; des Transportbandes in der Auswerteeinheit aus dem Empfangssignal das Lochmuster des leeren Behälters 14 rekonstruiert werden. Auf diese Weise kann der leere Behälter 14 von der Vorrichtung 1 eindeutig identifiziert werden. Ferner wird zweckmäßigerweise für sämtliche Behälter 14 dasselbe Lochmuster gewählt, um den Aufwand zur Erkennung der Behälter 14 möglichst gering zu halten.

Zweckmäßigerweise ist die Abtastrate v, mit der der Sendelichtstrahl 8 über die Marken geführt wird, an den Abstand d der Vorrichtung 1 und an die Transportgeschwindigkeit &ngr; des Behälters 14 so angepaßt, daß mit dem durch ein Loch 15 des Behälters 14 geführten Sendelichtstrahl 8 eine vorgegebene Anzahl A von Abtastungen des durch das Loch 15 sichtbaren Teils der Referenz-Marke erfolgt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Anzahl der Abtastungen mindestens A = 3 betragen sollte, um eine hinreichend große Detektionssicherheit zu gewährleisten. Die Anzahl A der Abstastungen berechnet sich nach der Gleichung

A ₌^L^

Durch die Anbringung der Löcher 15 in dem Behälter 14 nach einem vorgegebenen Lochmuster und die Detektion dieser Löcher 15 mittels der Referenz-Marke können folgende Fälle unterschieden werden.

Wird die gesamte Referenz-Marke von der Vorrichtung 1 erkannt, befindet sich kein Objekt, insbesondere kein Behälter 14, im Strahlengang der Vorrichtung 1.

Wird das komplette Lochmuster eines Behälters 14 von der Vorrichtung 1 erkannt, so ist ein leerer Behälter 14 von der Vorrichtung 1 identifiziert. Ist gewährleistet, daß nur in den Behältern 14 transportierte Gegenstände unter der Vorrichtung 1 hindurch transportiert werden, und wird der Strahlengang des Sendelichtstrahls 8 unterbrochen, ohne daß ein Loch 15 erkannt wird, so ist ein befüllter Behälter 14 identifiziert.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Behälter 14 mit Papierbogen 16 befüllt, die bei ordnungsgemäßer Lagerung nahezu die gesamte Bodenfläche des Behälters 14 bedecken. Auf den Papierbogen 16 können Barcodes 2 aufgedruckt sein, die sich von der Referenz-Marke signifikant unterscheiden. Diese Barcodes 2 können zusätzlich von der Vorrichtung 1 identifiziert werden.

Schließlich kann auch eine teilweise Befüllung des Behälters 14 von der Vorrichtung 1 erfaßt werden. Dieser Fall liegt dann vor, wenn z. B. ein in der Mitte gefalteter Papierbogen 16 im Behälter 14 liegt und einen Teil der Löcher 15 im Behälter 14 verdeckt. In diesem Fall werden nur die freien Löcher 15 von der Vorrichtung 1 erkannt.

Die Auswertung dieser Informationen erfolgt zweckmäßigerweise zentral in der Auswerteeinheit 5, die beispielsweise von einem Microcontroller gebildet ist.

Dort ist zweckmäßigerweise das Lochmuster des Behälters 14 in Form einer Empfangssignalfolge, die bei Detektion eines leeren Behälters 14 bei vorgegebener Transportgeschwindigkeit &ngr; registriert wurde, abgespeichert. Diese Empfangssignale bilden Referenzwerte, die mit den aktuell erfaßten Meßwerten verglichen werden.

Die Erkennung der Löcher 15 in den Behältern 14 erfolgt zweckmäßigerweise zeitlich getrennt von der Erkennung der auf den Papierbogen 16 aufgebrachten Barcodes 2.
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Claims

Leuze electronic GmbH + Co. 73277 Owen/Teck Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von Kontrastmarken Schutzansprüche

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken mit einem einen Sendelichtstrahl emittierenden Sendeelement und einem Empfangselement, wobei der Sendelichtstrahl mit einer vorgegebenen Abtastrate über die Marken geführt wird und das von den Marken reflektierte Empfangslicht, welchem durch den Kontrast der Marken eine Amplitudenmodulation aufgeprägt ist, in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenz-Marke mit einem Referenz-Kontrastmuster in vorgegebenem Abstand zur Vorrichtung installiert ist, und daß ein Behälter, dessen Boden mit einem definierten Lochmuster versehen ist, zwischen der Vorrichtung (1) und der Referenz-Marke hindurch bewegt wird, wobei der Sendelichtstrahl (8) auf den Boden der Vorrichtung (1) gerichtet ist, und wobei die im Strahlengang befindlichen Teile der Referenz-Marke in Abhängigkeit der momentanen Richtung des Sendelichstrahls (8) erfaßt

werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz-Marke von einem Referenz-Barcode (2') mit definiertem Strichmuster gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Strichmuster des Referenz-Barcodes (2') quer zur Bewegungsrichtung des Behälters (14) erstreckt, und daß die Länge des Referenz-Barcodes (2') größer als die Breite des Behälters (14) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser (r) der Löcher (15) im Boden des Behälters (14) so groß gewählt sind, daß der die Löcher (15) durchdringende Sendelichtstrahl (8) eine vorgegebene Anzahl (N) von Strichen des Referenz-Barcodes (2') erfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastrate (v) in Abhängigkeit des Abstands (d) der Vorrichtung (1) zur Referenz-Marke und zur Transportgeschwindigkeit &ngr; des Behälters

(14) so gewählt ist, daß mit dem durch ein Loch (15) des Behälters (14) geführten Sendelichtstrahl (8) eine vorgegebene Anzahl (A) von Abtastungen des durch das Loch (15) sichtbaren Teils der Referenz-Marke erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (14) mit Papierbogen (16) befüllt ist, wobei die Grundfläche des Behälters (14) an die Größe der Papierbogen (16) angepaßt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Papierbogen (16) von der Referenz-Marke verschiedene Marken aufgebracht sind, die von der Vorrichtung (1) erfaßt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken von Barcodes (2) gebildet sind.