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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung (1) zur Erfassung von Objekten (10) in einem Überwachungsbereich mit einer Empfängereinheit, betehend aus wenigstens einer Empfängerzeile (5) mit einer linearen Anordnung von Empfangselementen, mit einer Auswerteeinheit (7) zur Auswertung von an den Ausgängen der Empfangselemente anstehenden Empfangssignalen, und mit einem den Überwachungsbereich begrenzenden Kontrastmuster (2), welches auf die Empfängerzeile (5) abgebildet ist. Die dem Kontrastmuster (2) entsprechenden Empfangselemente werden in einem Einlernvorgang in der Auswerteeinheit (7) als Referenzsignale abgespeichert. Während einer auf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase in der Auswerteeinheit (7) wird durch Vergleich von aktuell registrierten Empfangssignalen mit den Referenzsignalen ein Objektfeststellungssignal generiert.
    公开号:DE102004005460A1
    申请号:DE200410005460
    申请日:2004-02-04
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Martin Argast；Sven Neuffer
    申请人:Leuze Electronic GmbH and Co KG；
    IPC主号:E05F15-20
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtungzur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
    [0002] Aus der DE 44 36 597 A1 ist eineals Barcodelesegerätausgebildete optoelektronische Vorrichtung bekannt. Das Barcodelesegerät weisteinen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender sowie einen einzelnenEmpfängerauf. Die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen werden über eineAblenkeinheit in Form eines Polygonspiegelrads abgelenkt und werdenauf diese Weise periodisch innerhalb eines Erfassungsbereichs geführt. Der Überwachungsbereichist durch ein Kontrastmuster in Form eines Barcodes begrenzt. Mitden Sendelichtstrahlen wird bei freiem Strahlengang das Kontrastmustervollständigabgetastet. Bei einem Objekteingriff wird das Kontrastmuster nichtmehr vollständigerfasst, worauf von der optoelektronischen Vorrichtung eine Objektmeldungausgegeben wird.
    [0003] Nachteilig bei dieser optoelektronischenVorrichtung ist, dass die Ablenkeinheit zur Strahlablenkung derSendelichtstrahlen einen erheblichen konstruktiven Aufwand der optoelektronischenVorrichtung bedingt, wobei zudem durch die bewegten Teile der Ablenkeinheitdie Lebensdauer der optoelektronischen Vorrichtung begrenzt ist.Weiterhin ist durch die Periodendauer der Abtastbewegung der Sendelichtstrahlendie Ansprechzeit der optoelektronischen Vorrichtung bei der Objektdetektionbegrenzt.
    [0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eineoptoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,mittels derer bei geringem kon struktiven Aufwand eine sichere Objektdetektionmit geringer Ansprechzeit ermöglichtwird.
    [0005] Zur Lösung dieser Aufgabe sind dieMerkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformenund zweckmäßige Weiterbildungender Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    [0006] Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtungdient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Die optoelektronische Vorrichtungweist eine Empfängereinheitauf, welche aus wenigstens einer Empfängerzeile mit einer linearenAnordnung von Empfangselementen besteht. Ebenso beinhaltet die erfindungsgemäße optoelektronischeVorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung von an den Ausgängen derEmpfangselemente anstehenden Empfangssignalen. Die erfindungsgemäße optoelektronischeVorrichtung weist ein den Überwachungsbereichbegrenzendes Kontrastmuster auf, welches auf die Empfängerzeileabgebildet ist. Die dem Kontrastmuster entsprechenden Empfangselementesind in einem Einlernvorgang in der Auswerteeinheit als Referenzsignaleabgespeichert. Währendeiner auf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase wird in derAuswerteeinheit durch Vergleich von aktuell registrierten Empfangssignalen mitden Referenzsignalen ein Objektfeststellungssignal generiert.
    [0007] Der Grundgedanke der Erfindung besteht somitdarin, das den Überwachungsbereichbegrenzende Kontrastmuster in einem Einlernvorgang auf die Empfangselementeder wenigstens einen Empfängerzeileabzubilden, so dass die Struktur des Kontrastmusters ortsaufgelöst in Formder Referenzsignale in der Auswerteeinheit der optoelektronischen Vorrichtunghinterlegt ist.
    [0008] Dringt während der auf den Einlernvorgang folgendenBetriebsphase ein Objekt in den Überwachungsbereichzwischen Kontrastmuster und optoelektronischer Vorrichtung ein,so kann aus dem vom Objekt abgedeckten Teil des Kontrastmustersbeziehungsweise aus dem noch erkennbaren, nicht abgedeckten Teildes Kontrastmusters nicht nur das Vorhandensein eines Objektes,sondern bei bekannten Geometriedaten des Kontrastmusters auch dessen Distanzermittelt werden. Weiterhin kann auch die Bewegungsrichtung und/oderdie Geschwindigkeit des Objekts im Überwachungsbereich erfasstwerden. Schließlichkann auch die Lage und Orientierung eines Objekts erfasst werden.Bei einer optoelektronischen Vorrichtung mit zwei Empfängerzeilen können auchräumlicheObjektstrukturen detektiert werden. Schließlich können auch die Größen undAnzahlen von Objekten im Überwachungsbereichbestimmt werden.
    [0009] Gemäß einer besonders vorteilhaftenVariante der Erfindung weist die optoelektronische Vorrichtung nureine Empfängereinheitjedoch keinen Sender auf. In diesem Fall wird allein vorhandenes Umgebungslichtzur Objektdetektion ausgenutzt. Die optoelektronische Vorrichtungweist in diesem Fall einen besonders einfachen und kostengünstigenAufbau auf. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die optoelektronischeVorrichtung einen äußerst geringenEnergiebedarf hat und sich damit für energieautarke Anwendungeneignet.
    [0010] Die Kontrastmuster können indiesem Fall von passiven Systemen wie Barcodes oder Objekten mitdefinierten Tiefenprofilen oder auch natürlichen Hintergrundobjekten,wie zum Beispiel Gitterrosten, Fensterreihen, Pfostenanordnungenoder dergleichen, gebildet sein.
    [0011] Weiterhin können die Kontrastmuster vonaktiven Elementen in Form von Lichtquellen, wie zum Beispiel Anordnungenvon Lampen oder LED-Elementen,generiert werden. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass diesezur Generierung zeitlich variierender Kontrastmuster einzeln oderin Gruppen in vorgegebenen Taktsequenzen aktiviert werden können. Dadurchwird beispielsweise eine zyklische Tastung der optoelektronischenVorrichtung ermöglicht.
    [0012] Gemäß einer zweiten Variante derErfindung weist die optoelektronische Vorrichtung zusätzlich zurEmpfängereinheiteinen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender auf. Wesentlich hierbeiist, dass mit dem Sender ein definierter Anteil eines diskreten Kontrastmustersaus Reflexfolien oder Reflektoren ausgeleuchtet wird, wobei dieStrahlachse der Sendelichtstrahlen festliegt, das heißt es wirdkeine Ablenkeinheit zur Strahlablenkung der Sendelichtstrahlen benötigt. EinTeil des von den Sendelichtstrahlen ausgeleuchteten Erfassungsbereichswird vom Detektionsbereich der Empfängerzeile erfasst. Auf dieseWeise werden als Kontrastmuster diskrete Segmente von Reflektorenoder Reflexfolien erfasst. Der Überwachungsbereichist somit durch ein Kontrastmuster bestehend aus diskreten Abschnittenbegrenzt. Die so durchgeführteObjekterfassung im Überwachungsbereichkann ohne großenRechenaufwand durchgeführtwerden.
    [0013] Die Erfindung wird im Nachstehendenanhand der Zeichnungen erläutert.Es zeigen:
    [0014] 1:Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der optoelektronischenVorrichtung.
    [0015] 2:Geometrie der Kontrastmusterabbildung auf die Empfängerzeileder optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1 mit zugehörigem Überwachungsbereich.
    [0016] 3:Kontrastmuster fürdie optoelektronische Vorrichtung gemäß 1 mit äquidistanten Kontrastbalken.
    [0017] 4(a-d):Diagramme der Signalmuster auf der Empfängerzeile der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 bei der Auswertung durchVergleich mit einem Referenzsignalmuster.
    [0018] 5:Beispielhafte Geometrie eines weiteren Kontrastmusters für die optoelektronischeVorrichtung gemäß 1.
    [0019] 6a-c:Kontrastmusterabbildung bei seitlicher Positionierung eines Kontrastmustersrelativ zur optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1.
    [0020] 7:Einstellung der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1 auf eine Solldistanz relativ zueinem Kontrastmuster.
    [0021] 8a, b: Beispiele für farbempfindliche Empfängerzeilenfür dieoptoelektronische Vorrichtung gemäß 1.
    [0022] 9:Erstes Beispiel einer Zusatzbeleuchtung für die optoelektronische Vorrichtunggemäß 1.
    [0023] 10:Ausführungsformeines Kontrastmusters fürdie optoelektronische Vorrichtung gemäß 1 in Form eines Oberflächenprofils.
    [0024] 11:Zweites Beispiel einer Zusatzbeleuchtung für die optoelektronische Vorrichtunggemäß 1.
    [0025] 12:Beispiel einer aktiven Beleuchtung zur Ausbildung eines Kontrastmustersfür dieoptoelektronische Vorrichtung gemäß 1.
    [0026] 13:Diagramm der Lampeneinschaltphasen der Anordnung nach 12.
    [0027] 14:Beispiel einer Kontrastmustererzeugung durch Schattenbildung.
    [0028] 15:Erstes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 in Fließprozessendurch horizontale Abtastung und horizontale Kontrastmusteranordnung.
    [0029] 16:Zweites Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 in Fließprozessendurch horizontale Abtastung und vertikale Kontrastmusteranordnung.
    [0030] 17:Drittes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 in Fließprozessendurch vertikale Abtastung auf eine Transportauflagefläche.
    [0031] 18:Viertes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion mittels der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 in Fließprozessendurch vertikale Abtastung auf eine Transportauflagefläche mit derKontrastmusteranordnung quer zur Objektbewegungsrichtung.
    [0032] 19:Draufsicht der Anordnung gemäß 18.
    [0033] 20a-c:Diagramme der Signalmuster auf der Empfängerzeile der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 zur Bestimmung der Objektpositionin x- und z-Richtung bei der Anordnung gemäß 18.
    [0034] 21:Diagramm des Signalmusters auf der Empfängerzeile der optoelektronischenVorrichtung gemäß 1 zur Bestimmung der Objektschräglage beider Anordnung gemäß 18.
    [0035] 22:Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der optoelektronischenVorrichtung.
    [0036] 23:Geometrie einer Kontrastmusterabbildung für die optoelektronische Vorrichtunggemäß 22.
    [0037] 24:Signalmuster auf der Empfängerzeileder optoelektronischen Vorrichtung gemäß 22 fürdas Kontrastmuster gemäß 23.
    [0038] 25:Signalmuster auf der Empfängerzeileder optoelektronischen Vorrichtung gemäß 22 fürein weiteres Kontrastmuster.
    [0039] 26:Signalmuster auf der Empfängerzeileder optoelektronischen Vorrichtung gemäß 22 fürein weiteres Kontrastmuster.
    [0040] 27:Erstes Beispiel zur Definition von Toleranzbändern zur Objekterfassung für das Kontrastmustergemäß 26.
    [0041] 28:Zweites Beispiel zur Definition von Toleranzbändern zur Objekterfassung für das Kontrastmustergemäß 26.
    [0042] 1 zeigtein erstes Ausführungsbeispiel eineroptoelektronisclien Vorrichtung 1 zur Objekterfassung ineinem Überwachungsbereich,der durch ein Kontrastmuster 2 begrenzt ist. Während eines Einlernvorgangswird mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 das Kontrastmuster 2 beifreiem Überwachungsbereicherfasst. Dabei wird Umgebungslicht 3, welches auf das Kontrastmuster 2 auftrifft,in Form von Empfangslichtstrahlen 4 von diesem auf eineEmpfängerzeile 5 alsBestandteil einer Empfängereinheitder optoelektronischen Vorrichtung 1 geführt. DieEmpfängerzeile 5 weisteine lineare Anordnung von Empfangselementen auf und besteht im vorliegendenFall aus einer CCD-Zeile oder einer CMOS-Zeile.
    [0043] Wie aus 2 ersichtlich wird das Kontrastmuster 2 vollständig aufdie Empfangselemente der Empfängerzeile 5 abgebildet,wobei die vom Kontrastmuster 2 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 über eineEmpfangsoptik 6 auf die Empfängerzeile 5 abgebildetwerden.
    [0044] An die Empfängerzeile 5 ist eineAuswerteeinheit 7 angeschlossen, in welcher die Empfangssignalean den Ausgängender Empfangselemente der Empfängerzeile 5 zurGenerierung eines Objektfeststellungssignals ausgewertet werden.An die Auswerteeinheit 7, die von einem Mikroprozessoroder dergleichen gebildet ist, ist ein Schaltausgang 8 zur Ausgabeeines Objektfeststellungssignals in Form eines binären Schaltsignalsangeschlossen. Weiterhin ist an die Auswerteeinheit 7 eineserielle Schnittstelle 9 angeschlossen, über welcheObjektfeststellungssignale in Form von Analogsignalen ausgebbarsind. Zudem können über dieserielle Schnittstelle 9 Parameterwerte in die optoelektronischeVorrichtung 1 eingelesen werden.
    [0045] Die bei der Erfassung des Kontrastmusters 2 während desEinlernvorganges an den Ausgängen derEmpfangselemente registrierten Empfangssignale bilden Referenzsignale.Das von den Referenzsignalen gebildete Referenzsignahnuster wirdin der Auswerteeinheit 7 abgespeichert.
    [0046] Zur Erfassung von Objekten 10 im Überwachungsbereichwährendder auf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase der opoöelektronischen Vorrichtung 1 werdendie jeweiligen aktuellen Empfangssignale als Empfangssignalmustermit dem abgespeicherten Referenzsignahnuster verglichen.
    [0047] Im einfachsten Fall wird eine Objektdetektion durchein Objektfeststellungssignal in Form eines binären Schaltsignals am Schaltausgang 8 ausgegeben.Dabei nimmt das Schaltsignal den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" ein, falls das Empfangssignahnustermit dem Referenzsignalmuster übereinstimmt.Falls das Empfangssignalmuster vom Referenzsignalmuster abweicht,nimmt das Schaltsignal den Schaltzustand „Objekt erkannt" ein. Vorzugsweiseerfolgt der Vergleich der Empfangssignalmuster mit dem Referenzsignalmusterinnerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen. Dabei liegt ein Abweicheneines Empfangssignals vom zugehörigen Referenzsignaldann vor, wenn das Empfangssignal außerhalb eines Toleranzbandesum den Referenzsignalwert liegt.
    [0048] 3 zeigteine weitere Auswertemöglichkeitmit einem Kontrastmuster 2 mit äquidistanten Kontrastrnusterelementen,wobei die Position einer eintauchenden Objektkante durch Zählen dernoch sichtbaren Kontrastmusterelemente erfolgt. Dabei sind die Positionender Kontrastmusterelemente in 3 mitK bezeichnet.
    [0049] 4 zeigteine weitere Auswertemöglichkeitzur Objekterfassung durch den Vergleich des eingelernten Referenzsignalmusters(4b) mit dem aktuellenEmpfangssignalmuster (4a).Dabei sind in 4b diedas Referenzsignalmuster bildenden Referenzsignale Rn derEmpfangselemente n = 1, ... N aufgetragen und in 4a die Empfangssignale En desEmpfangssignalmusters. Durch Differenzbildung (4c) und anschließende Absolutwertbildung (4d) der Differenz En – Rn erscheint das Objekt 10 als positivesSignal, wogegen das noch sichtbare Kontrastmuster 2 alsNullsignalpegel erscheint. Durch diese Auswertung kann die Lage undGröße des Objektes 10 im Überwachungsbereicherfasst und als analoges Objektfeststellungssignal ausgegeben werden.
    [0050] 5 zeigtverschiedene Bereiche eines Kontrastmusters 2. Im mittlerenBereich B1 des Kontrastmusters 2 sind die Kontrastmusterelementebildenden Kontrastbalken 11 mit der Höhe d2 vorzugsweise schmalerals im äußeren Bereich,um die optoelektronische Vorrichtung 1 relativ zum Kontrastmuster 2 genauerpositionieren zu können.Die Randbereiche B3 sind als kontrastfreie Zonen ausgeführt. DerBereich B2 mit der Höhed3 wird auf der Empfängerzeile 5 abgebildet.
    [0051] 6 zeigtdas Kontrastmuster 2 gemäß 5 relativ zur Empfängerzeile 5 mit denEmpfangselementen n (1 ... N) bei der Justage der optoelektronischenVorrichtung 1 bezüglichder seitlichen Position währendder Inbetriebnahme. Bei seitlichem Versatz des Kontrastmusters 2 relativzur optoelektronischen Vorrichtung 1, wie in 6a dargestellt, überwiegendie hellen Kontrastbalken 11 und es wird eine Meldung zurPositionskorrektur des Kontrastmusters 2 nach rechts generiert.In 6c wird eine Meldungzur Korrektur in die andere Richtung ausgegeben. In 6b sind die Flächenanteile der hellen unddunklen Kontrastbalken 11 ausgeglichen und das Kontrastmuster 2 istdamit zentriert.
    [0052] 7 zeigtdas Kontrastmuster 2 in einem Abstand d5 zur optoelektronischenVorrichtung 1. Durch Zählender Kontrastbalken 11, beziehungsweise des Abstandes derKontrastbalken 11 kann die Distanz d5 zur optoelektronischenVorrichtung 1 berechnet werden. Zur Anpassung der Fokuslageder optoelektronischen Vorrichtung 1 kann der Abstand d4zwischen der Empfangsoptik 6 und der Empfängerzeile 5 durchmechanische Verschiebung angepasst werden. Dem Abstand d5' entspricht ein bestimmterEmpfangsfokus d4, der automatisch durch einen Motor nachgeführt werdenkann.
    [0053] 8a zeigteine Empfängerzeile 5 für die optoelektronischeVorrichtung 1 gemäß 1 mit zwei nebeneinanderliegenden Zeilen, die fürverschiedene Farben unterschiedliche Empfindlichkeit aufweisen unddamit Farbkontraste erkennen können.Prinzipiell könnenauch mehr als zwei derartige Zeilen eingesetzt werden. 8b zeigt eine weitere Ausführungsformeiner farbempfindlichen Empfängerzeile 5,bei der Empfangselemente mit unterschiedlicher Farbempfindlichkeitin einer Reihe angeordnet sind.
    [0054] 9 zeigteine erste Möglichkeiteiner Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung des Kontrastmusters 2.Die Beleuchtungseinheit besteht im vorliegenden Fall aus einer schräg auf dasKontrastmuster 2 gerichteten Lichtquelle 12, derenLichtstrahlen 13 durch eine Aufweitungsoptik 12a zueinem an die Geometrie des Kontrastmusters 2 angepasstenLichtkegel geformt sind.
    [0055] 10 zeigtein Kontrastmuster 2, dessen vertikale Kontrastbalken 11 durchEinfräsungenerzeugt werden, in denen einfallendes Licht durch Mehrfachreflexionan den Innenflächenweitgehend absorbiert wird.
    [0056] 11 zeigteine zweite Variante einer Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung einesKontrastmusters 2. Die Beleuchtungseinheit besteht auseiner Lichtquelle 12, die von hinten das auf einem transparentenMedium aufgebrachte Kontrastmuster 2 beleuchtet. Alternativkann das Kontrastmuster 2 aus einem Medium mit Durchbrüchen bestehen, durchwelche die Lichtstrahlen 13 zur Empfängerzeile 5 der optoelektronischenVorrichtung 1 gelangen.
    [0057] 12 zeigtein aktives Kontrastmuster 2, das durch eine Leiste mitLampen L1, L1',..,und L2, L2',..,gebildet wird. Alternativ zu einer statischen Beleuchtung können dieLampen L1, L1',...alternierend zu den Lampen L2, L2' geschaltet werden, so dass sich einzeitlich wechselndes Kontrastmuster 2 ergibt.
    [0058] 13 zeigtden zeitlichen Verlauf der Lampeneinschaltzeiten nach 12. Dabei wird zwischendem Wechsel von L1 zu L2 eine Pause eingefügt, in der alle Lampen L1 undL2 aus sind, so dass dann überdie Empfängerzeile 5 dieUmgebungslichtverhältnisseaufgenommen werden, um sie in der aktiven Beleuchtungsphase zu berücksichtigenund damit Fremdeinflüssezu unterdrücken.Mit dieser Anordnung ist vorteilhaft eine Testung von als Sicherheitsvorrichtungenausgebildeten optoelektronischen Vorrichtungen 1 realisierbar.
    [0059] 14 zeigtein Massivteil zur Ausbildung eines Kontrastmusters 2,dessen Kontrastbalken 11 dadurch erzeugt werden, dass dasMassivteil sägezahnförmige Tiefenprofileaufweist und eine im seitlichen Abstand zur optoelektronischen Vorrichtung 1 angeordneteLichtquelle 12 das Massivteil mit Lichtstrahlen 13 schräg beleuchtet,wobei die der Lichtquelle 12 abgewandte Profilfläche einenSchatten erzeugt. Durch periodisches Ein- und Ausschalten der Lichtquelle 12 können störende Kontrasteauf dem zu detektierenden Objekt 10 oder kontrasterzeugendes Fremdlichterkannt und in der Auswertung kompensiert werden.
    [0060] 15 zeigtein erstes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion in Fließprozessen,mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 1. In diesem Fall werdenObjekte 10 auf einer Rollenbahn mit einer Anordnung vonRollen 14 gefördert.Das Kontrastmuster 2 ist dabei horizontal und damit parallelzur Förderrichtungder Rollenbahn, welche mit einem Pfeil gekennzeichnet ist, angeordnet,so dass das Objekt 10 bereits beim Eintauchen erkannt wird. Zudemkann die grobe Objektposition, die Eintauchrichtung und die Fördergeschwindigkeitdes Objektes 10 durch Auswerten des noch sichtbaren, nichtvom Objekt 10 verdeckten Teils des Kontrastmusters 2 ermitteltwerden.
    [0061] 16 zeigtein zweites Applikationsbeispiel einer Objektdetektion in Fließprozessenmittels der optoelektronischen Vorrichtung 1. Die Anordnunggemäß 16 entspricht im Wesentlichender Anordnung gemäß 15. Im Unterschied zur Anordnung gemäß 15 verläuft bei der Anordnung gemäß 16 die Längsachse des Kontrastmusters 2 in vertikalerRichtung und damit senkrecht zur Förderrichtung der Objekte 10.Durch diese Anordnung des Kontrastmusters 2 kann die Objektpositionin Bewegungsrichtung sehr genau detektiert werden. Außerdem werdenbei dieser Anordnung auch Objekte 10 erkannt, die überstehendeTeile aufweisen. Des Weiteren kann mittels der optoelektronischenVorrichtung 1 auch die grobe Objekthöhe bestimmt werden.
    [0062] 17 zeigtein drittes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion durch vertikaleAbtastung über derRollenbahn, deren Anordnung dem Ausführungsbeispiel gemäß 15 entspricht. Die optoelektronischeVorrichtung 1 ist in diesem Fall oberhalb der Rollen 14 angeordnet,welche mit dem Hintergrund 15 unterhalb der Rollen 14 dasKontrastmuster 2 bilden. Wesentlich hierbei ist, dass dieRollen 14 und der Hintergrund 15 verschiedeneReflexionskoeffizienten aufweisen.
    [0063] 18 zeigtein viertes Applikationsbeispiel einer Objektdetektion, bei welcherdie optoelektronische Vorrichtung 1 wiederum oberhalb einerRollenbahn angeordnet ist. Dabei ist die Empfängerzeile 5 quer zurObjektbewegungsrichtung x angeordnet. Das Objekt 10 liegtauf einer Transportauflage 15 auf. An der Unterseite derTransportauflage 15 ist ein Keil 16 befestigt,an dessen Oberflächedas Kontrastmuster 2 angeordnet ist. Das Kontrastmuster 2 istdurch einen Spalt zwischen zwei Rollen 14 oder im vorliegendenFall einen Schlitz 17 in der Transportauflage 15 sichtbar.Um die Verschmutzung des Kontrastmusters 2 durch herabfallendeTeile zu verhindern, ist der Keil 16 mit dem Kontrastmuster 2 schräg nach untengeneigt. Zur Kontrasterhöhungist eine Lichtquelle 12 vorgesehen, deren Lichtstrahlen 13 das Kontrastmuster 2 beleuchten.Die vom Kontrastmuster 2 reflektierten Empfangslichtstrahlen 4 sindbei freiem Überwachungsbereichzur optoelektronischen Vorrichtung 1 geführt.
    [0064] 19 zeigtdie Anordnung nach 18 vonoben. Beim Eintauchen des Objektes 10 in den Abbildungsbereich 18 derEmpfängerzeile 5 wirddas vom Kontrastmuster 2 gebildete Referenzsignalmusterverändertund es kann die Position des Objektes 10 in Objektbewegungsrichtungx durch die Intensität desaktuellen Empfangssignalmusters in diesem Abschnitt, beziehungsweisedie seitliche Objektposition oder Objektbreite in z-Richtung bestimmtwerden.
    [0065] 20 zeigtdie Verläufeder aktuellen Empfangssignalmuster, das heißt der Empfangssignale En der Empfangselemente n = 1, ... N der Empfängerzeile 5, für die schrittweiseAnnäherungdes Objektes 10 an eine seitliche Führungsschiene 19. 20b zeigt den Verlauf desEmpfangssignalmusters, bei dem die Amplituden der Empfangssignalein dem durch das Objekt 10 teilweise abgedeckten Bereich x1auf den Betrag z1 reduziert werden. Durch den Messwert x1 kann dieObjekteindringtiefe in x-Richtung und durch z1 die Spaltbreite zwischenObjekt 10 und Führungsschiene 19 ermitteltwerden.
    [0066] 21 zeigtdie Anordnung nach 20,für denFall, dass das Objekt 10 schräg an die Führungsschiene 19 stößt und dieSchräglagedes Objektes 10 ermittelt werden soll, was durch die Auswertungder unterschiedlichen Beträgez2 und z3 der entsprechenden Empfangssignale ermöglicht wird.
    [0067] 22 zeigtschematisch ein weiteres Ausführungsbeispieleiner optoelektronischen Vorrichtung 1. Die optoelektronischeVorrichtung 1 gemäß 22 weist einen im Wesentlichender Ausführungsformgemäß 1 entsprechenden Aufbau auf.Im Unterschied zur Ausführungsformgemäß 1 weist die optoelektronischeVorrichtung 1 gemäß 1 zusätzlich zur Empfängereinheitmit der Empfängerzeile 5 einenSendelichtstrahlen 20 emittierenden Sender 21 auf.
    [0068] Weiterhin ist im Unterschied zurAusführungsformgemäß 1 bei der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 22 ein Kontrastmuster 2 vorgesehen,welches aus einem einzelnen streifenförmigen Reflektor 22 besteht.Anstelle eines Reflektors 22 kann eine Reflexfolie eingesetztwerden.
    [0069] 23 zeigtdie optischen Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 22 bei freiem Überwachungsbereich.Die vom Sender 21 emittierten Sendelichtstrahlen 20 werden über eine Sendeoptik 23 geführt. Mittelsder Sendeoptik 23 wird ein elliptischer Sendelichtfleckder Sendelichtstrahlen 20 generiert, welcher den Beleuchtungsbereich 24 definiert,der mit den Sendelichtstrahlen 20 erfasst wird.
    [0070] Die vom Kontrastmuster 2 zurückreflektiertenEmpfangslichtstrahlen 4 werden mittels der Empfangsoptik 6 aufdie Empfängerzeile 5 reflektiert.In 23 ist mit der Bezugsziffer 18 derAbbildungsbereich der Empfängerzeile 5 bezeichnet.Der Abbildungsbereich 18 bildet dabei als Teil des Beleuchtungsbereichs 24 denBereich, von dem Empfangslichtstrahlen 4 auf die Empfängerzeile 5 abgebildet werden.
    [0071] Wie aus 23 ersichtlich verlaufen die Längsachsendes Beleuchtungsbereichs 24 und des Abbildungsbereichs 18 jeweilssenkrecht zur Längsachsedes streifenförmigenReflektors 22, der das Kontrastmuster 2 bildet.
    [0072] Die Überlappungsfläche desBeleuchtungsbereichs 24 des Senders 21 und desReflektors 22 bildet den aktiven Detektionsbereich 25,innerhalb dessen Objekte 10 vor dem Kontrastmuster 2 erfassbarsind. Das entsprechende Referenzsignalmuster in Form der bei freiem Überwachungsbereichin der Auswerteeinheit 7 eingelernten Referenzsignale Rn fürdie einzelnen Empfangselemente n = 1, ... N ist in 24 dargestellt. Der aktive Detektionsbereich 25 istdurch die Empfangselemente n1 ≤ n ≤ n2 definiert, für welche von dem Reflektor 22 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 registriertwerden.
    [0073] 25 zeigtdas Referenzsignalmuster für einKontrastmuster 2, welches von einem Reflektor 22 gebildetist, auf welchem eine Hälftedes Beleuchtungsbereichs 24 beziehungsweise Abbildungsbereichs 18 abgebildetwird. Hier liegt der aktive Detektionsbereich 25 zwischenden Empfangselementen n1 ≤ n ≤ N.
    [0074] 26 zeigtdas Referenzsignalmuster für einKontrastmuster 2, welches von zwei streifenförmigen Reflektoren 22 gebildetist, deren Längsachsenparallel zueinander und senkrecht zu den Längsachsen des Beleuchtungsbereichs 24 unddes Abbildungsbereichs 18 verlaufen. Hier entstehen durch denSchnitt der Oberflächender Reflektoren 22 mit dem Beleuchtungsbereich 24 zweiaktive Detektionsbereiche 25. Diese Detektionsbereiche 25 entsprechenden Empfangselementen n1 ≤ n ≤ n2 und n3 ≤ n ≤ n4 der Empfängerzeile 5.
    [0075] 27 zeigteine erste Ausführungsformzur Auswertung von Empfangssignalen En während der Betriebsphaseder optoelektronischen Vorrichtung 1. Relativ zu dem Referenzsignalmustergemäß 26 wird ein Toleranzbanddefiniert, welches in 27 alsweißerBereich zwischen den beiden schraffierten Bereichen gekennzeichnetist. Die Lage der Toleranzbänderwird durch die Schwellwerte S1 und S2 definiert, wobei der SchwellwertS2 die Lage des Toleranzbandes um die Referenzsignale in den aktiven Detektionsbereichen 25 bein1 ≤ n ≤ n2 und n3 ≤ n ≤ n4 und der Schwellwert S1 die Lage des Toleranzbandesaußerhalbder aktiven Detektionsbereiche 25 definiert. Ein Objekt 10 giltdann als erkannt, wenn währendder Betriebsphase wenigstens ein Empfangssignal En außerhalbdes Toleranzbandes registriert wird.
    [0076] Währendbei der Ausführungsformgemäß 27 sämtliche Empfangssignale En zur Objektdetektion herangezogen werden,werden bei der Auswertung gemäß 28 nur diskrete EmpfangssignaleEn bei n = nA, nB, nc zur Objektdetektionherangezogen.
    [0077] Entsprechend dem Beispiel gemäß 27 wird bei dem Beispielgemäß 28 eine Detektion von Objekten 10 vordem Kontrastmuster 2 gemäß 26 durchgeführt, wobei die entsprechendenReferenzsignale Rn des Referenzsignalmustersin der Auswerteeinheit 7 abgespeichert sind. Im vorliegendenFall werden aus dem Referenzsignalmuster bei n = nA,nB, nc bezüglich derentsprechenden Referenzsignale Toleranzbänder TA,TB, TC durch die SchwellwerteS1, S2, S3 definiert. Ein Objekt 10 gilt dann während derBetriebsphase als erkannt, wenn bei n = nA,nB, nC wenigstenseines der Empfangssignale außerhalbder ToleranzbänderTA, TB, TC liegen.
    (1) OptoelektronischeVorrichtung (2) Kontrastmuster (3) Umgebungslicht (4) Empfangslichtstrahlen (5) Empfängerzeile (6) Empfangsoptik (7) Auswerteeinheit (8) Schaltausgang (9) SerielleSchnittstelle (10) Objekt (11) Kontrastbalken (12) Lichtquelle (12a) Aufweitungsoptik (13) Lichtstrahlen (14) Rollen (15) Hintergrund (16) Keil (17) Schlitz (18) Abbildungsbereich (19) Führungsschiene (20) Sendelichtstrahlen (21) Sender (22) Reflektor (23) Sendeoptik (24) Beleuchtungsbereich (25) AktiverDetektionsbereich
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] Optoelektronische Vorrichtung (1) zurErfassung von Objekten (10) in einem Überwachungsbereich mit einerEmpfängereinheit,bestehend aus wenigstens einer Empfängerzeile (5) miteiner linearen Anordnung von Empfangselementen, mit einer Auswerteeinheit(7) zur Auswertung von an den Ausgängen der Empfangselemente anstehendenEmpfangssignalen, und mit einem den Überwachungsbereich begrenzendenKontrastmuster (2), welches auf die Empfängerzeile(5) abgebildet ist, wobei die dem Kontrastmuster (2)entsprechenden Empfangselemente in einem Einlernvorgang in der Auswerteeinheit(7) als Referenzsignale abgespeichert sind, und wobei während einerauf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase in der Auswerteeinheit(7) durch Vergleich von aktuell registrierten Empfangssignalen mitden Referenzsignalen ein Objektfeststellungssigial generiert wird.
    [2] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass das Objektfeststellungssignal als binäres Schaltsignalausgebildet ist, welches den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" einnimmt, fallsdie dem Kontrastmuster (2) entsprechenden Referenzsignalevollständigerkannt werden, und welches bei unvollständiger Erkennung der Referenzsignaleden Überwachungszustand „Objekterkannt" einnimmt.
    [3] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass bei in der Auswerteeinheit (7) abgespeichertenGeometriedaten des Kontrastmusters (2) aus den Referenzsignalender Abstand des Kontrastmusters (2) bestimmbar ist.
    [4] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass aus den aktuellen Empfangssignalen die Lageeines Objektes (10) innerhalb des Überwachungsbereichs bestimmbarist.
    [5] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass aus den aktuellen Empfangssignalen die Größe und/oderdie Anzahl von Objekten (10) im Überwachungsbereich bestimmbarist.
    [6] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass aus den aktuellen Empfangssignalen die Distanzeines Objektes (10) bestimmbar ist.
    [7] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass aus den aktuellen Empfangssignalen die Bewegungsrichtungen und/oderdie Geschwindigkeiten von Objekten (10) bestimmbar sind.
    [8] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurchgekennzeichnet, dass das Kontrastmuster (2) von einer Anordnungvon Kontrastbalken (11) unterschiedlicher Reflektivität gebildetist.
    [9] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet,dass die Kontrastbalken (11) jeweils dieselbeGröße aufweisen.
    [10] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurchgekennzeichnet, dass das Kontrastmuster (2) von einem Barcodegebildet ist.
    [11] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 10, dadurchgekennzeichnet, dass das Kontrastmuster (2) von den Oberflächen vonstationären,den Überwachungsbereichbegrenzenden Objekten (10) gebildet ist.
    [12] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 11, dadurchgekennzeichnet, dass diese eine Beleuchtungseinheit zur Beleuchtungdes Kontrastmusters (2) aufweist.
    [13] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 12, dadurchgekennzeichnet, dass diese Lichtquellen (12) zur Generierungdes Kontrastmusters (2) aufweist.
    [14] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 13, dadurchgekennzeichnet, dass die Empfägerzeile(5) von einer CCD-Zeile oder einer CMOS-Zeile gebildetist.
    [15] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere Empfängerzeilen (5) zurErfassung räumlicherObjektstrukturen aufweist.
    [16] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 13, dadurchgekennzeichnet, dass die oder jede Empfängerzeile (5) alsFarbsensor ausgebildet ist.
    [17] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 16,dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Empfängerzeile (5) mitEmpfangselementen unterschiedlicher Farbempfindlichkeiten aufweist.
    [18] Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere Empfängerzeilen (5) mitEmpfangselementen unterschiedlicher Farbempfindlichkeiten aufweist.
    [19] Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 – 18, dadurchgekennzeichnet, dass diese einen der Empfängereinheit zugeordneten, Sendelichtstrahlen(20) emittierenden Sender (21) aufweist, und dassdas den Überwachungsbereich begrenzendeKontrastmuster (2) von einer Anordnung von Reflektoren(22) oder Reflexfolien gebildet ist, welche diskrete Segmentedes von der Empfängerzeile(5) erfassten Abbildungsbereich (18) und/oderdes von den Sendelichtstrahlen (20) ausgeleuchteten Beleuchtungsbereichs(24) überdecken.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004005460B4|2006-07-13|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-09-09| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-12-28| 8363| Opposition against the patent|
    2010-05-27| 8331| Complete revocation|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE10307499.6||2003-02-21||
    DE10307499||2003-02-21||
    DE200410005460|DE102004005460B4|2003-02-21|2004-02-04|Optoelektronische Vorrichtung|DE200410005460| DE102004005460B4|2003-02-21|2004-02-04|Optoelektronische Vorrichtung|
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