DE4343457C1 - Optoelectronic device for detecting transparent objects - Google Patents
Optoelectronic device for detecting transparent objectsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a device according to the preamble of the claim 1 and a method according to the preamble of claim 7.
Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 29 24 489 A1 bekannt. Die opto elektronische Vorrichtung ist in einem elektrophotographischen Kopiergerät in tegriert und dient zur Erkennung von lichtundurchlässigem und/oder transparen tem Kopierpapier. Die optoelektronische Vorrichtung weist einen Sender und zwei Empfänger auf. Ein Empfänger registriert das von lichtundurchlässigem Kopierpapier reflektierte Sendelicht. Der zweite Empfänger registriert das trans parente Kopierpapier durchdringende Sendelicht. Zur Erhöhung der Nachweis empfindlichkeit ist vor dem zweiten Empfänger ein Analysator angeordnet und dem Sender ein Polarisator nachgeschaltet.A device of this type is known from DE 29 24 489 A1. The opto electronic device is in an electrophotographic copier in tegrates and serves for the detection of opaque and / or transparent copy paper. The optoelectronic device has a transmitter and two receivers. A receiver registers that of opaque Copy paper reflected broadcast light. The second recipient registers the trans Parent copy paper penetrating transmission light. To increase the detection sensitivity, an analyzer is arranged in front of the second receiver and a polarizer downstream of the transmitter.
Die Polarisationsebenen des Polarisators und Analysators sind um einen vorge gebenen Winkel so gegeneinander gedreht, daß bei freiem Strahlengang mög lichst wenig Sendelicht auf den zweiten Empfänger gelangt und die Sendelicht menge am zweiten Empfänger möglichst stark ansteigt, wenn sich transparentes Kopierpapier im Strahlengang befindet.The polarization levels of the polarizer and analyzer are pre one given angle rotated so that possible with a free beam path As little transmission light reaches the second receiver and the transmission light quantity at the second recipient increases as much as possible if there is Copy paper is located in the beam path.
Das Verhältnis der bei freiem Strahlengang bzw. bei auf transparentes Kopierpa pier gerichtetem Sendelichtstrahl auf den zweiten Empfänger treffenden Licht menge hängt vom Winkel zwischen dem Sendelichtstrahl und dem Kopierpapier sowie vom Abstand zwischen Sender und Empfänger ab.The ratio of those with a free beam path or with a transparent copy pair pier directed light beam incident on the second receiver light quantity depends on the angle between the transmitted light beam and the copy paper and the distance between the sender and receiver.
Diese Abhängigkeiten können experimentell ermittelt und in einer Auswerteein heit abgespeichert werden. Diese Daten sind in der DE 29 24 489 AI dargestellt und können zur Wahl des Arbeitspunktes der Vorrichtung herangezogen werden. These dependencies can be determined experimentally and included in an evaluation be saved. These data are shown in DE 29 24 489 AI and can be used to select the operating point of the device.
Nachteilig hierbei ist, daß zur Variation der auf den Empfänger auftreffenden Lichtmenge der Sender und der Empfänger in zwei Raumrichtungen relativ zu einander bewegt werden müssen. Der mechanische Aufwand hierfür ist beträcht lich, insbesondere dann, wenn die Positionsänderungen während des Betriebs des Kopiergerätes schnell und präzise vorgenommen werden müssen. Aus die sem Grunde werden die Abstands- und Winkeländerungen lediglich im Rahmen einer experimentellen Untersuchung ermittelt. Im Kopiergerät selbst bleibt die Anordnung von Sender und Empfänger unverändert.The disadvantage here is that in order to vary those hitting the receiver Amount of light emitted by the transmitter and the receiver in two spatial directions have to be moved. The mechanical effort for this is considerable Lich, especially when the position changes during operation of the copier must be made quickly and precisely. From the For this reason, the changes in distance and angle are only in the frame an experimental investigation. It remains in the copier itself Arrangement of transmitter and receiver unchanged.
Aus der DE 21 65 503 B2 ist eine Lichtschranke bekannt, in deren Strahlengang ein nematischer Flüssigkristall angeordnet ist. Dabei ist der Flüssigkristall vor zugsweise unmittelbar hinter dem Sender der Lichtschranke angeordnet.From DE 21 65 503 B2 a light barrier is known in the beam path a nematic liquid crystal is arranged. The liquid crystal is in front preferably arranged immediately behind the transmitter of the light barrier.
Der Empfänger der Lichtschranke ist auf den invertierenden Eingang eines Dif ferenzverstärkers geführt, dessen nicht invertierender Eingang mit einer Refe renzspannung gespeist wird. Durch Änderung der Spannung am Flüssigkristall wird dessen Trübung geändert. Dabei ist die Anordnung so ausgelegt, daß bei einer Reduktion der Sendeleistung der Lichtschranke, beispielsweise aufgrund von Alterungsprozessen, die Trübung des Flüssigkristalls so abnimmt, daß die Lichtmenge am Ausgang des Flüssigkristalls konstant bleibt.The receiver of the light barrier is on the inverting input of a dif guided amplifier, whose non-inverting input with a Refe limit voltage is fed. By changing the voltage on the liquid crystal its cloudiness is changed. The arrangement is designed so that at a reduction in the transmission power of the light barrier, for example due to of aging processes, the cloudiness of the liquid crystal decreases so that the The amount of light at the exit of the liquid crystal remains constant.
Auf diese Weise können Alterungseffekte des Senders selbsttätig kompensiert werden.In this way, aging effects of the transmitter can be compensated for automatically become.
Aus der DE 92 12 693 U1 ist eine Vorrichtung bekannt, die als Gabellicht schranke mit zwei sich gegenüberliegenden Schenkeln ausgebildet ist und meh rere jeweils in gegenüberliegenden Schenkeln angeordnete Sender und Empfän ger aufweist. Ein Sender und ein Empfänger bilden einen Meßkanal. Zweck mäßigerweise können auch mehrere Meßkanäle vorgesehen sein.From DE 92 12 693 U1 a device is known which is used as a fork light barrier is formed with two opposite legs and meh rere each transmitter and receiver arranged in opposite legs ger has. A transmitter and a receiver form a measuring channel. Purpose moderately, several measuring channels can also be provided.
Des weiteren bilden ein weiterer Sender und ein weiterer Empfänger einen Refe renzkanal. Zur Detektion eines Gegenstandes wird die Differenz zwischen dem am Empfänger des Referenzkanals einfallenden Signalpegels und dem am Emp fänger des Meßkanals einfallenden Signalpegels herangezogen. Bei Verwendung mehrerer Meßkanäle werden die Durchschnittswerte der Signalpegel an den ein zelnen Empfängern zur Auswertung herangezogen.Furthermore, a further transmitter and a further receiver form a ref renzkanal. To detect an object, the difference between the incident signal level at the receiver of the reference channel and at the Emp catcher of the measuring channel incident signal level. Using of several measuring channels, the average values of the signal levels on the one individual recipients used for evaluation.
Eine derartige Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Erfassen von linienför migen Gebilden, wie z. B. von Drähten, die einen Lichtstrahl nur kurzzeitig un terbrechen. In diesem Fall können kurzzeitige Störungen das Empfangssignal so stark verfälschen, daß eine sichere Detektion der Gegenstände nicht mehr mög lich ist. Bei derartigen Anwendungen ist insbesondere der Einsatz mehrerer Meßkanäle sinnvoll, um den Einfluß von Störungen durch die Mittelwertbildung der Empfangssignalpegel zu eliminieren.Such a device is particularly suitable for capturing lines Formations such. B. of wires that un a light beam only briefly break. In this case, short-term interference can affect the received signal strongly falsify that a reliable detection of the objects is no longer possible is. In such applications, the use of several in particular Measuring channels make sense to determine the influence of disturbances caused by averaging to eliminate the received signal level.
Prinzipiell kann eine derartige Vorrichtung auch zum Erfassen von transparenten Gegenständen eingesetzt werden, wie z. B. auf transparenten Folien aufgebrach te transparente Etiketten. Zwar können externe Störeinflüsse wie z. B. Ver schmutzung oder Temperatur eliminiert werden. Jedoch muß der Sendelicht strahl beim Durchgang durch die Folien bzw. Etiketten erheblich gedämpft wer den, um eine sichere Detektion zu gewährleisten.In principle, such a device can also be used to detect transparent ones Objects are used, such as. B. broke up on transparent films te transparent labels. External interference such as B. Ver dirt or temperature can be eliminated. However, the transmitter light must beam is significantly dampened when passing through the foils or labels to ensure reliable detection.
Bei zahlreichen Materialien, die zur Herstellung von transparenten Folien oder Etiketten verwendet werden, insbesondere Polymerfolien, tritt eine derartige starke Dämpfung nicht auf. Bei diesen Materialien ist das Auflösungsvermögen der in der DE 92 12 693 U1 beschriebenen Vorrichtung zu gering, so daß diese Materialien nicht mehr erfaßt werden können.For numerous materials that are used to manufacture transparent films or Labels are used, especially polymer films, such occurs strong damping does not arise. With these materials, the resolving power is the device described in DE 92 12 693 U1 too low, so that this Materials can no longer be recorded.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art und ein Verfahren so auszubilden, daß transparente, das Sendelicht schwach absorbierende Gegenstände weitgehend unabhängig von ihrer Material beschaffenheit sicher erkannt werden können.The invention has for its object an optoelectronic device of the type mentioned and a method so that transparent, the transmission light weakly absorbent items largely independent of their material condition can be reliably recognized.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 vorgese hen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Er findung sind in den Ansprüche 2-6 sowie 10-12 beschrieben.To solve this problem, the features of claims 1 and 7 are vorese hen. Advantageous embodiments and expedient developments of the Er invention are described in claims 2-6 and 10-12.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß zur Erhöhung der Nach weisempfindlichkeit polarisierende Mittel im Strahlengang der optoelektroni schen Vorrichtung angeordnet sind. Eine Vielzahl von transparenten Gegenstän den, insbesondere Polymerfolien, absorbieren das Sendelicht nur sehr schwach, jedoch wird die Polarisationsrichtung des Sendelichts beim Durchgang durch die Gegenstände gedreht. Dieser Effekt wird mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung ausgenutzt. Die im Strahlengang des Sendelichts unmittelbar hinter dem Sender angeordneten polarisierenden Mittel polarisieren das Sendelicht in einer bestimmten Polarisationsebene.The basic idea of the invention is that to increase the after Sensitivity to polarization in the optoelectronic beam path the device are arranged. A variety of transparent items the, especially polymer films, absorb the transmitted light only very weakly, however, the direction of polarization of the transmitted light as it passes through the Objects rotated. This effect is achieved with the device according to the invention used. The in the beam path of the transmitted light immediately behind the Polarizing means arranged in the transmitter polarize the transmission light in one certain polarization plane.
Beim Durchgang durch die Gegenstände wird die Polarisationsrichtung des Sen delichts um einen bestimmten Winkel gedreht. Vor dem Empfänger sind eben falls polarisierende Mittel angeordnet, die nur für in einer bestimmten Richtung polarisiertes Sendelicht durchlässig sind. Bei geeigneter Einstellung der Polarisa tionsebene der polarisierenden Mittel erfährt der Sendelichtstrahl durch die Dre hung der Polarisationsebene beim Durchgang durch den zu erfassenden Gegen stand eine für die Detektion ausreichende Schwächung, und zwar selbst dann, wenn das Sendelicht beim Durchgang durch den Gegenstand nicht oder nur sehr schwach absorbiert wird.When passing through the objects, the polarization direction of the Sen rotated by a certain angle. In front of the recipient are level if polarizing means arranged only for in a certain direction polarized transmission light are permeable. With a suitable setting of the Polarisa tion plane of the polarizing means, the transmitted light beam experiences through the Dre hung the polarization plane when passing through the counter to be detected there was sufficient attenuation for the detection, even then, if the transmission light does not or only very much when passing through the object is weakly absorbed.
Die optoelektronische Vorrichtung ist so auszubilden, daß sie möglichst univer sell einsetzbar ist, d. h. daß eine Vielzahl von transparenten Gegenständen mit der optoelektronischen Vorrichtung erfaßt werden kann. Ein Problem hierbei be steht darin, daß aufgrund der Vielfalt von transparenten Materialien die opti schen Eigenschaften der Gegenstände sehr stark differieren. Insbesondere hängt bei Polymerfolien die Änderung der Polarisationsrichtung des die Folien durch dringenden Lichts von der räumlichen Orientierung der Polymerketten in der Folie sowie von der Dicke der Folie ab.The optoelectronic device must be designed so that it is as universal as possible sell can be used, d. H. that a variety of transparent objects with the optoelectronic device can be detected. One problem here is that due to the variety of transparent materials the opti very different properties of the objects. Hangs in particular in the case of polymer films, the change in the polarization direction of the films urgent light from the spatial orientation of the polymer chains in the Film and the thickness of the film.
Zur Lösung dieses Problems weist die erfindungsgemäße Vorrichtung polarisie rende Mittel auf, deren Polarisationswirkung über die Auswerteeinheit einstell bar ist. Auf diese Weise kann mit der optoelektronischen Vorrichtung eine Viel zahl von transparenten Gegenständen sicher erfaßt werden.To solve this problem, the device according to the invention has polarization on means whose polarization effect is set via the evaluation unit is cash. In this way, a lot can be done with the optoelectronic device number of transparent objects can be reliably detected.
Eine manuelle Einstellung der polarisierenden Mittel wäre nicht nur zeitraubend und umständlich, sondern auch ungenau. Bei der Einstellung der polarisierenden Mittel ist zu beachten, daß durch die Gegenstände bewirkte Signaländerung am Empfänger der Vorrichtung möglichst groß ist um eine sichere Detektion zu ge währleisten. Die Einstellung ist insbesondere deshalb aufwendig und schwierig, da sowohl die Polarisationseigenschaften der am Sender als auch am Empfänger angeordneten polarisierenden Mittel kontinuierlich geändert werden müssen.Manual adjustment of the polarizing agents would not only be time consuming and cumbersome, but also imprecise. When setting the polarizing It is important to note that the signal change caused by the objects on Receiver of the device is as large as possible to ensure reliable detection guarantee. The setting is particularly complex and difficult because because both the polarization properties of the sender and the receiver arranged polarizing means must be changed continuously.
Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind/ist dem Polarisator eine sich zwischen zwei Elektroden befindende Flüssigkristallschicht nachgeordnet und/oder dem Analysator eine sich zwischen zwei Elektroden befindende Flüssigkristallschicht vorgeordnet, wobei die Elektroden über die Auswerteein heit beaufschlagbar sind.According to the device according to the invention, the polarizer is / is itself downstream between two electrodes located liquid crystal layer and / or the analyzer is located between two electrodes Upstream liquid crystal layer, with the electrodes on the evaluation are acted upon.
Auf diese Weise kann durch Änderung der Spannung an den Elektroden die Po larisationsebene des Sendelichts auf einfache Weise schnell, präzise und re produzierbar geändert werden. Vorteilhaft ist ferner, daß zur Änderung der Polarisationsebene des Sendelichts keine bewegten Teile in der Vorrichtung vorgesehen werden müssen. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung praktisch keinem Verschleiß unterworfen und kann überdies äußerst kostengün stig hergestellt werden.In this way, by changing the voltage on the electrodes, the Po level of transmission light in a simple way fast, precise and correct producible be changed. It is also advantageous that to change the Polarization plane of the transmitted light no moving parts in the device must be provided. As a result, the device according to the invention subject to virtually no wear and can also be extremely cost-effective always be manufactured.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Einstellung der polarisie renden Mittel während einer Abgleichphase automatisch. Die Einstellung der polarisierenden Mittel wird für verschiedene Referenzmessungen innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs kontinuierlich geändert. According to the method according to the invention, the polarization is set funds automatically during a matching phase. The setting of the polarizing agent is used for various reference measurements within one specified range of values continuously changed.
Durch den Vergleich der Empfangssignale der verschiedenen Referenzmessun gen bei jeweils derselben Einstellung der polarisierenden Mittel kann die Ein stellung ermittelt werden, für die mit der Vorrichtung die optimale Auflösung erzielt wird. Da die Einstellung automatisch über die Auswerteeinheit erfolgt, kann durch eine hinreichend kleine Schrittweite bei der Variation der Einstel lung mit großer Sicherheit die optimale Einstellung ermittelt werden, wobei die Einstellzeit gegenüber einer manuellen Einstellzeit erheblich geringer ist.By comparing the received signals of the different reference measurements conditions with the same setting of the polarizing agents position are determined for which the device has the optimal resolution is achieved. Since the setting is made automatically via the evaluation unit, can be done with a sufficiently small step size when varying the setting optimal setting can be determined with great certainty, the Response time compared to a manual response time is considerably shorter.
Schließlich können durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens Strukturen auf transparenten Gegenständen mit hoher Sicherheit erkannt werden. Hierzu zählt insbesondere das Erkennen von auf transparenten Folien aufgedruckten Etiketten. Üblicherweise weisen die Folien und Etiketten verschiedene Polarisa tionseigenschaften auf. Während der Abgleichsphase werden die Folien und Eti ketten mit jeweils wenigstens einer Referenzmessung vermessen.Finally, structures can be used by using the method according to the invention can be recognized on transparent objects with high security. For this counts in particular the recognition of those printed on transparent foils Labels. The films and labels usually have different Polarisa tion properties. During the adjustment phase, the foils and eti measure chains with at least one reference measurement each.
Die Abgleichsphase wird so durchgeführt, daß die Signalunterschiede bei Durchgang des Sendelichts durch die Folie bzw. durch die auf die Folie aufge brachte Etikette maximiert werden.The adjustment phase is carried out so that the signal differences at Passage of the transmitted light through the film or through the applied to the film brought etiquette to be maximized.
Zur weiteren Verbesserung des Auflösungsvermögens können in einer zweck mäßigen Ausführungsform der Erfindung mehrere Paare von Sendern und Emp fängern vorgesehen sein, wobei die Sender Licht unterschiedlicher Wellenlänge abstrahlen. Als Sender können Lichtquellen, die im sichtbaren, infraroten oder UV-Bereich abstrahlen, verwendet werden. Da die Absorbtions- und Polarisa tionseigenschaften von der Wellenlänge des Sendelichts abhängen, führt eine Variation der Wellenlänge der verwendeten Lichtquellen zu einer weiteren Ver besserung des Auflösungsvermögens der optoelektronischen Vorrichtung.To further improve the resolving power can in one purpose moderate embodiment of the invention several pairs of transmitters and Emp catchers may be provided, the transmitters having light of different wavelengths radiate. Light sources that are visible, infrared or Emit UV range. Because the absorption and polarisa tion properties depend on the wavelength of the transmitted light, leads one Varying the wavelength of the light sources used for a further ver Improving the resolving power of the optoelectronic device.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zei gen:The invention is explained below with reference to the drawings. It shows gene:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der optoelektronischen Vorrichtung, Fig. 1 is a block diagram of the optoelectronic device,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der op toelektronischen Vorrichtung. Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of the op toelectronic device.
In Fig. 1 ist eine optoelektronische Vorrichtung 1 zum Erfassen von transparen ten Gegenständen dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen Sendelichtstrahl 2 emittierenden Sender 3, einen Empfänger 4 und eine Auswerteeinheit 5 auf. Die Gegenstände sind im Strahlengang des Sendelichtstrahls 2 zwischen Sender 3 und Empfänger 4 angeordnet und werden im Durchlichtverfahren vermessen. Die optoelektronische Vorrichtung 1 kann als Lichtschranke oder als Gabellicht schranke ausgebildet sein.In Fig. 1, an optoelectronic device 1 for detecting transparen th objects is shown. The device 1 has a transmitter 3 emitting light beam 2 , a receiver 4 and an evaluation unit 5 . The objects are arranged in the beam path of the transmitted light beam 2 between the transmitter 3 and the receiver 4 and are measured using the transmitted light method. The optoelectronic device 1 can be designed as a light barrier or as a fork light barrier.
Als Sender 3 können im Infrarotbereich bzw. im sichtbaren Wellenlängenbe reich emittierende Leuchtdioden verwendet werden. Alternativ können UV-Licht emittierende Spektrallampen verwendet werden. Als Empfänger 4 können Foto dioden oder Fototransistoren eingesetzt werden.As a transmitter 3 rich emitting light emitting diodes can be used in the infrared range or in the visible Wellenlängenbe. Alternatively, spectral lamps emitting UV light can be used. As a receiver 4 photo diodes or photo transistors can be used.
Die Wahl der Sender 3 und Empfänger 4 hängt von den optischen Eigenschaf ten der zu vermessenden Gegenstände ab. In den vorliegenden Ausführungsbei spielen bestehen die Gegenstände aus transparenten Folien 6, auf die Etiketten 7 aufgebracht sind, die ebenfalls transparent oder bedruckt sind. In diesem Fall erweist sich der Einsatz von UV-Licht emittierenden Sendern 3 als zweckmäßig, insbesondere dann, wenn der Bedruckung der Etiketten 7 im UV-Bereich absor bierende Fluoreszenzfarbstoffe beigemischt sind.The choice of transmitter 3 and receiver 4 depends on the optical properties of the objects to be measured. In the present Ausführungsbei play the objects made of transparent films 6 , on which labels 7 are applied, which are also transparent or printed. In this case, the use of UV light-emitting transmitters 3 proves to be expedient, in particular if the printing on the labels 7 in the UV region is absorbed by fluorescent dyes.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann die optoelektronische Vorrich tung 1 mehrere Sender 3 und Empfänger 4 aufweisen. In dem in Fig. 2 darge stellten Ausführungsbeispiel weist die optoelektronische Vorrichtung 1 jeweils zwei sich gegenüberstehende Sender- und Empfängereinheiten auf.In an expedient embodiment, the optoelectronic device 1 can have a plurality of transmitters 3 and 4 . In the embodiment shown in FIG. 2, the optoelectronic device 1 has two mutually opposing transmitter and receiver units.
Dem Sender 3 ist eine Sendeoptik, bestehend aus einer Linse 8 zur Fokussie rung des Sendelichtstrahls 2 und einer Lochblende 9 zur Begrenzung des Strahl durchmessers, nachgeschaltet. The transmitter 3 is a transmission optics, consisting of a lens 8 for focusing the transmission light beam 2 and a pinhole 9 to limit the beam diameter, connected downstream.
Dem Empfänger 4 ist eine Empfangsoptik bestehend aus einer Lochblende 10 zur Elimination von Randstrahlen und einer Linse 11 zur Fokussierung des Empfangslichts vorgeschaltet.The receiver 4 is preceded by receiving optics consisting of a pinhole 10 for eliminating marginal rays and a lens 11 for focusing the received light.
Zur Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit sind im Strahlengang des Sende lichtstrahls 2 unmittelbar hinter dem Sender 3 und unmittelbar vor dem Empfän ger 4 polarisierende Mittel, die die Polarisationseigenschaften des Sendelicht strahls 2 beeinflussen, angeordnet. Die zu detektierenden Gegenstände sind zwischen den polarisierenden Mittel am Sender 3 und den polarisierenden Mit teln am Empfänger 4 angeordnet.To increase the sensitivity of detection are in the beam path of the transmitted light beam 2 immediately space behind the transmitter 3 and immediately before the receptions and seminars 4 polarizing means, which influence the polarization characteristics of the transmitted light beam 2, are arranged. The objects to be detected are arranged between the polarizing means on the transmitter 3 and the polarizing means on the receiver 4 .
Die am Sender 3 angeordneten polarisierenden Mittel sind von einem Polarisa tor 12 und einer diesem nachgeordneten Flüssigkristallschicht 13 gebildet. Die polarisierenden Mittel sind unmittelbar hinter der Lochblende 9 angeordnet. Die am Empfänger 4 angeordneten polarisierenden Mittel sind von einem Analysator 14 und einer zweiten Flüssigkristallschicht 15 gebildet. Die polarisierenden Mit tel sind zwischen der Lochblende 10 und der Linse 11 am Empfänger 4 ange ordnet.The polarizing means arranged on the transmitter 3 are formed by a polarizer 12 and a liquid crystal layer 13 arranged downstream thereof. The polarizing means are arranged directly behind the pinhole 9 . The polarizing means arranged on the receiver 4 are formed by an analyzer 14 and a second liquid crystal layer 15 . The polarizing with tel are arranged between the pinhole 10 and the lens 11 on the receiver 4 .
Für den Fall, daß die optoelektronische Vorrichtung 1 mehrere Sender-Empfän gereinheiten aufweist, können hinter bzw. vor jedem Sender 3 und Empfänger 4 jeweils separate polarisierende Mittel vorgesehen sein, falls der Abstand der einzelnen Sender 3 bzw. der einzelnen Empfänger 4 zueinander hinreichend groß ist.In the event that the optoelectronic device 1 has a plurality of transceiver units, separate or polarizing means can be provided behind or in front of each transmitter 3 and receiver 4 if the distance between the individual transmitters 3 and the individual receivers 4 is sufficiently large is.
Falls die Sender 3 und Empfänger 4 jeweils sehr dicht nebeneinanderliegend an geordnet sind, sind jeweils alle Sender 3 hinter denselben polarisierenden Mit teln angeordnet. Entsprechend sind die Empfänger 4 vor denselben polarisieren den Mitteln angeordnet.If the transmitter 3 and receiver 4 are each arranged very close to each other, all transmitters 3 are arranged behind the same polarizing means. Correspondingly, the receivers 4 are arranged in front of the same polarizing means.
Der Polarisator 12 und der Analysator 14 sind jeweils nur für in einer bestimm ten Polarisationsebene linear polarisiertes Licht durchlässig. Die Richtung der Polarisationsebenen ist in Fig. 1 mit Pfeilen gekennzeichnet.The polarizer 12 and the analyzer 14 are each only permeable to light linearly polarized in a specific th plane of polarization. The direction of the polarization planes is marked with arrows in FIG. 1.
Die am Sender 3 und am Empfänger 4 angeordneten Flüssigkristallschichten 13, 15 drehen die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts um einen be stimmten Winkel. Dies ist in Fig. 1 mit durch die entsprechenden Pfeile gekenn zeichnet. Die Flüssigkristallschichten 13, 15 sind jeweils zwischen zwei Elek troden 16, 17 angeordnet. Durch die Variation der an die Elektroden 16, 17 an gelegten Spannung kann die Polarisationsrichtung des die Flüssigkristallschicht durchdringenden Lichts kontinuierlich gedreht werden.The liquid crystal layers 13 , 15 arranged on the transmitter 3 and on the receiver 4 rotate the plane of polarization of the linearly polarized light by a certain angle. This is marked in Fig. 1 marked by the corresponding arrows. The liquid crystal layers 13 , 15 are each arranged between two electrodes 16 , 17 . By varying the voltage applied to the electrodes 16 , 17 , the direction of polarization of the light penetrating the liquid crystal layer can be continuously rotated.
Um eine automatische Variation der Polarisationsrichtung zu gewährleisten, sind die Elektroden 16, 17 über Zuleitungen 18, 19 an die Auswerteeinheit 5 ange schlossen. Die Zuleitungen 18, 19 der Elektroden 16, 17 sind über Digital-Ana log-Wandler 20, 21 an Ausgänge eines in der Auswerteeinheit 5 integrierten Mi crocontrollers 22 angeschlossen. Ferner ist in der Auswerteeinheit 5 eine Ein- Ausgabeeinheit 23, vorzugsweise ein Terminal, vorgesehen. Schließlich ist in der Auswerteeinheit eine Speichereinheit 24 vorgesehen.In order to ensure an automatic variation of the polarization direction, the electrodes 16 , 17 are connected via leads 18 , 19 to the evaluation unit 5 . The leads 18 , 19 of the electrodes 16 , 17 are connected via digital analog converters 20 , 21 to outputs of a microcontroller 22 integrated in the evaluation unit 5 . Furthermore, an input-output unit 23 , preferably a terminal, is provided in the evaluation unit 5 . Finally, a memory unit 24 is provided in the evaluation unit.
Zweckmäßigerweise ist der Empfänger 4 über einen Analog-Digitalwandler 25 an den Microcontroller 22 angeschlossen. Auf diese Weise können die am Emp fänger 4 anstehenden Empfangssignale in die Auswerteeinheit 5 eingelesen wer den.The receiver 4 is expediently connected to the microcontroller 22 via an analog-digital converter 25 . In this way, the reception signals pending at the receiver 4 can be read into the evaluation unit 5 .
Zudem ist der Sender 3 über einen Digital-Analog-Wandler 26 an den Micro controller 22 angeschlossen. Dadurch kann die Sendeleistung rechnergesteuert über die Auswerteeinheit 5 eingestellt werden.In addition, the transmitter 3 is connected to the micro controller 22 via a digital-to-analog converter 26 . As a result, the transmission power can be set under computer control via the evaluation unit 5 .
Zweckmäßigerweise ist die optoelektronische Vorrichtung 1 als Gabellicht schranke ausgebildet, deren Gehäuse 27 zwei sich gegenüberliegende Schenkel 28, 29 aufweist. In einem Schenkel 28 sind der Sender 3, die Sendeoptik und die polarisierenden Mittel in einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Halte rung so befestigt, daß diese Elemente gegen z. B. bei Stößen auftretende Ver schiebungen gesichert sind.The optoelectronic device 1 is expediently designed as a fork light barrier, the housing 27 of which has two opposing legs 28 , 29 . In a leg 28 , the transmitter 3 , the transmission optics and the polarizing means are fixed in a holding not shown in the drawings tion so that these elements against z. B. shifts occurring in shocks are secured.
Entsprechend sind der Empfänger 4, die Empfangsoptik und die polarisierenden Mittel ebenfalls in einer Halterung in dem zweiten Schenkel 29 gelagert. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das Sendelicht während des Betriebs der Vor richtung 1 jeweils in gleichem Winkel auf die polarisierenden Mittel fällt, so daß diesbezüglich auftretende Meßwertverfälschungen ausgeschlossen werden können.Accordingly, the receiver 4 , the receiving optics and the polarizing means are also mounted in a holder in the second leg 29 . In this way it is ensured that the transmitted light falls on the polarizing means at the same angle during the operation of the device 1 , so that in this regard, measurement falsifications can be excluded.
Für den Betrieb der optoelektronischen Vorrichtung 1 sind gemäß dem erfin dungsgemäßen Verfahren zwei Betriebszustände, nämlich eine Abgleich- und eine Arbeitsphase, vorgesehen.For the operation of the optoelectronic device 1 , two operating states, namely an adjustment phase and a work phase, are provided in accordance with the method according to the invention.
Während der Abgleichphase werden mehrere Referenzmessungen durchgeführt, wobei bei jeder Referenzmessung der Sendelichtstrahl 2 auf eine für die Struk tur des zu detektierenden Gegenstands charakteristische Stelle an der Oberfläche des Gegenstands gerichtet ist.During the adjustment phase, several reference measurements are carried out, the transmitted light beam 2 being directed at a point on the surface of the object which is characteristic of the structure of the object to be detected, for each reference measurement.
Für den Fall, daß der Gegenstand von einer transparenten Folie 6, auf die Eti ketten 7 aufgebracht sind, gebildet ist, werden zwei Referenzmessungen durch geführt. Die erste Referenzmessung erfolgt bei auf die Folie 6 gerichtetem Sen delichtstrahl 2, die zweite Referenzmessung wird bei auf eine auf der Folie 6 aufgebrachten Etikette 7 gerichtetem Sendelichtstrahl 2 durchgeführt.In the event that the object is formed by a transparent film 6 , on the Eti chains 7 , two reference measurements are carried out. The first reference measurement is carried out with the light beam 2 directed onto the film 6 , the second reference measurement is carried out with the light beam 2 directed onto a label 7 applied to the film 6 .
Bei jeder Referenzmessung werden die polarisierenden Eigenschaften innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs schrittweise verändert. Hierzu werden die Spannungen an den Elektroden 16, 17 über den Microcontroller 22 verändert, so daß sich Winkel der Polarisationsrichtung des durch die Flüssigkristallschich ten 13, 15 durchtretenden Sendelichtstrahls 2 entsprechend ändert. Der Wertebe reich, innerhalb dessen die Spannungsänderung erfolgt sowie die Schrittweiten, mit der die Spannungsänderungen erfolgen, können über die Ein- Ausgabeein heit 23 vorgegeben werden. With each reference measurement, the polarizing properties are changed step by step within a specified value range. For this purpose, the voltages on the electrodes 16 , 17 are changed via the microcontroller 22 , so that the angle of the direction of polarization of the transmitted light beam 2 passing through the liquid crystal layers 13 , 15 changes accordingly. The range of values within which the voltage change takes place and the step sizes with which the voltage changes take place can be specified via the input / output unit 23 .
Diese Eingabegrößen werden im Microcontroller 22 in die aktuellen Spannungs werte umgerechnet und als digitale Spannungswerte ausgegeben. Die digitalen Spannungswerte werden in den Digital-Analogwandlern 20, 21 in analoge Span nungswerte umgesetzt.These input variables are converted into the current voltage values in the microcontroller 22 and output as digital voltage values. The digital voltage values are converted into analog voltage values in the digital-to-analog converters 20 , 21 .
Da die Spannungen an den Elektroden 16, 17 beider Flüssigkristallschichten 13, 15 schrittweise geändert werden, entsteht durch die Variation der Spannungen ein zweidimensionales Datenfeld mit den jeweils aktuellen Wertepaaren U₁, U₂ für die Spannungen an den Elektroden 16, 17. Für jedes dieser Wertepaare U₁, U₂ wird das am Empfänger anstehende Empfangssignal E in den Mircocontrol ler 22 eingelesen. Dort wird das Empfangssignal E mit dem zugehörigen Werte paar U₁, U₂ in der Speichereinheit 24 abgespeichert.Since the voltages on the electrodes 16 , 17 of both liquid crystal layers 13 , 15 are changed step by step, the variation of the voltages creates a two-dimensional data field with the respectively current pairs of values U 1, U 2 for the voltages on the electrodes 16 , 17 . For each of these pairs of values U 1, U 2, the reception signal E present at the receiver is read into the microcontroller 22 . There, the received signal E with the associated values pair U 1, U 2 is stored in the memory unit 24 .
Nach Durchführung der einzelnen Referenzmessungen werden die Beträge der Empfangssignale E bei jeweils gleicher Einstellung der polarisierenden Mittel, d. h. bei gleichen Werten für die Spannungswerte U₁, U₂ an den Elektroden 16, 17 der Flüssigkristallschichten 13, 15 paarweise miteinander verglichen und de ren Abweichung ermittelt.After carrying out the individual reference measurements, the amounts of the received signals E are compared in pairs with each other with the same setting of the polarizing means, ie with the same values for the voltage values U 1 , U 2 at the electrodes 16 , 17 of the liquid crystal layers 13 , 15 , and their deviation is determined.
Über diesen Vergleich wird als Ergebnis der Abgleichphase die Arbeitspunkt einstellung der Vorrichtung 1 ermittelt. Als Arbeitspunkt der Vorrichtung 1 wer den diejenigen Spannungswerte U₁, U₂ gewählt, für die die Summe der Abwei chungen der Empfangssignale E maximal ist.The operating point setting of the device 1 is determined via this comparison as the result of the adjustment phase. As the operating point of the device 1 who selected the voltage values U₁, U₂ for which the sum of the deviations of the received signals E is maximum.
Falls die Gegenstände von auf Folien 6 aufgebrachten Etiketten 7 gebildet sind, werden insgesamt nur zwei Referenzmessungen durchgeführt. Demzufolge wird nur einmal der Vergleich zwischen zwei Referenzmessungen durchgeführt. Der Arbeitspunkt ist diejenige Einstellung der Spannungswerte U₁, U₂ für die die Abweichung der Empfangssignale E maximal ist.If the objects are formed by labels 7 applied to foils 6 , only two reference measurements are carried out in total. As a result, the comparison between two reference measurements is carried out only once. The operating point is the setting of the voltage values U 1, U 2 for which the deviation of the received signals E is maximum.
Zweckmäßigerweise wird die Abweichung der Empfangssignale E durch Quo tientenbildung der Empfangssignale E ermittelt. Hierzu wird das Empfangssignal E, das bei auf die Folie 6 gerichtetem Sendelichtstrahl 2 ermittelt wird, durch das Empfangssignal E, das bei auf die auf der Folie 6 aufgebrachte Etiketten 7 gerichteten Sendelichtstrahl 2 ermittelt wird, dividiert. Da das Sendelicht beim Durchgang durch die Folie 6 und die Etikette 7 starker geschwächt wird als beim Durchgang durch die Folie 6 alleine, ist der Quotient in jedem Fall größer als eins. Als Arbeitspunkt wird die Einstellung der Spannungswerte U₁, U₂ ge wählt, für die der Quotient der Empfangssignale E maximal ist.The deviation of the received signals E is expediently determined by forming the quotient of the received signals E. For this purpose, the received signal E, which is determined when the transmitted light beam 2 is directed onto the film 6 , is divided by the received signal E, which is determined when the transmitted light beam 2 is directed onto the labels 7 applied to the film 6 . Since the transmitted light is weakened more when passing through the film 6 and the label 7 than when passing through the film 6 alone, the quotient is in any case greater than one. The setting of the voltage values U 1, U 2 is selected as the operating point, for which the quotient of the received signals E is maximum.
Im Ergebnis wird durch die oben beschriebene Methode systematisch der Ar beitspunkt der Vorrichtung 1 ermittelt, für den beim Vermessen von Strukturen von Gegenständen die maximale Änderung der Empfangssignale erhalten wird, d. h. der größtmögliche Kontrast erzielt wird.As a result, the method described above systematically determines the working point of the device 1 for which the maximum change in the received signals is obtained when measuring structures of objects, ie the greatest possible contrast is achieved.
Auf diese Weise kann das Auflösungsvermögen der Vorrichtung 1 optimiert werden. Nach Beendigung der Abgleichphase werden die detektierenden Gegen stände während der Arbeitsphase mit der auf den Arbeitspunkt eingestellten Vorrichtung 1 vermessen.In this way, the resolving power of the device 1 can be optimized. After completion of the adjustment phase, the detecting objects are measured during the working phase with the device 1 set to the working point.
Das genannte Verfahren kann auch bei der Vermessung von homogenen trans parenten Gegenständen angewendet werden. In diesem Fall werden zweckmäßi gerweise zwei Referenzmessungen durchgeführt, wobei bei der ersten Referenz messung der Sendelichtstrahl 2 auf den Gegenstand gerichtet ist und die zweite Referenzmessung bei freiem Strahlengang ohne Meßobjekt erfolgt.The method mentioned can also be used when measuring homogeneous, transparent objects. In this case, two reference measurements are expediently carried out, the transmitted light beam 2 being directed at the object in the first reference measurement and the second reference measurement taking place with a free beam path without a measurement object.
Besonders vorteilhaft kann das oben beschriebene Verfahren zum Erkennen von vorzugsweise transparenten Etiketten 7, die auf transparente Folien 6 aufge bracht sind, eingesetzt werden. Die Folien 6 und Etiketten 7 bestehen üblicher weise aus Polymerschichten, die das Sendelicht nur sehr schwach absorbieren, so daß eine Unterscheidung von Folien 6 und Etiketten 7 über eine Absorptions messung nicht oder nur sehr ungenau möglich ist.The method described above for recognizing preferably transparent labels 7 , which are applied to transparent films 6 , can be used particularly advantageously. The films 6 and labels 7 usually consist of polymer layers which absorb the transmitted light only very weakly, so that a distinction between films 6 and labels 7 via an absorption measurement is not possible or is only very imprecise.
Allerdings sind derartige Polymerfolien üblicherweise optisch doppelbrechend, so daß die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht beim Durchgang durch die Polymerfolien gedreht wird. Der Drehwinkel hängt von der Material beschaffenheit und der Dicke der Polymerfolie ab.However, such polymer films are usually optically birefringent, so that the plane of polarization of linearly polarized light as it passes is rotated through the polymer films. The angle of rotation depends on the material texture and the thickness of the polymer film.
Demzufolge kann je nach Wahl der Materialien für die Folien 6 bzw. die Etiket ten 7 die Polarisationsrichtung des polarisierten Sendelichts um unterschiedliche Winkel beim Durchgang durch diese Gegenstände gedreht werden. Um eine si chere Erfassung der Gegenstände zu gewährleisten, muß für die einzelnen Ge genstände die Einstellung der Vorrichtung 1 während der Abgleichphase opti miert werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann diese Optimie rung zeitsparend und zuverlässig durchgeführt werden.Accordingly, depending on the choice of materials for the foils 6 or the labels 7, the direction of polarization of the polarized transmission light can be rotated through different angles when passing through these objects. In order to ensure a safe detection of the objects, the setting of the device 1 must be optimized for the individual objects during the adjustment phase. With the device 1 according to the invention, this optimization can be carried out in a time-saving and reliable manner.
Zudem können die Einstellwerte für die Spannungen U₁, U₂ in der Speicherein heit 24 der Auswerteeinheit 5 für definierte Gegenstände abgespeichert werden, so daß für diese Gegenstände die Abgleichphase nur einmal durchgeführt wer den muß und bei einer nachfolgenden Messung diese Werte vor Beginn der Ar beitsphase aus der Speichereinheit 24 abgerufen werden können.In addition, the setting values for the voltages U 1, U 2 can be stored in the memory unit 24 of the evaluation unit 5 for defined objects, so that the adjustment phase for these objects only has to be carried out once, and in a subsequent measurement these values are started before the work phase begins the storage unit 24 can be accessed.
Für den Fall, daß die optoelektronische Vorrichtung 1 mehrere Sender-Empfän gerpaare aufweist, wird während der Abgleichphase für jedes Sender-Empfän gerpaar gemäß dem oben beschriebenen Verfahren der Arbeitspunkt ermittelt. Die relative Lage der Sender- und Empfängerpaare zueinander ist hierbei im all gemeinen nicht entscheidend.In the event that the optoelectronic device 1 has a plurality of transmitter-receiver pairs, the operating point is determined during the adjustment phase for each transmitter-receiver pair according to the method described above. The relative position of the transmitter and receiver pairs to one another is generally not decisive here.
Für den Fall, daß auf einer bandförmig ausgebildeten Folie 6 aufgebrachte Eti ketten 7 erkannt werden sollen, die in der in Fig. 2 dargestellten Richtung zwi schen den Schenkeln 28, 29 der Gabellichtschranke 27 bewegt werden, erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Sender 3 bzw. Empfänger 4 entlang einer Ge raden senkrecht zur Bewegungsrichtung der Gegenstände angeordnet sind. Dann ist gewährleistet, daß die Referenzmessungen bei auf die Folie 6 bzw. auf die Etiketten 7 gerichteten Sendelichtstrahlen 2 für die verschiedenen Sender-Emp fängereinheiten jeweils gleichzeitig erfolgen, was die Auswertung der Meßer gebnisse vereinfacht.In the event that applied to a band-shaped film 6 Eti chains 7 are to be recognized, the rule in the direction shown in Fig. 2 between the legs 28 , 29 of the fork light barrier 27 , it proves to be useful if the transmitter 3 or receiver 4 are arranged along a straight line perpendicular to the direction of movement of the objects. Then it is ensured that the reference measurements are carried out at the same time for the different transmitter / receiver units when the light beams 2 are directed onto the film 6 or onto the labels 7 , which simplifies the evaluation of the measurement results.
Zweckmäßigerweise ist für die Arbeitsphase lediglich das Sender-Empfänger paar aktiviert, dessen Arbeitspunkt den größten Kontrast liefert.Only the transmitter-receiver is expedient for the work phase pair activated, the working point provides the greatest contrast.
Alternativ können während der Arbeitsphase alle Sender- und Empfängerpaare aktiviert sein, so daß die Meßwerterfassung redundant erfolgt.Alternatively, all transmitter and receiver pairs can be used during the work phase be activated so that the measured value acquisition takes place redundantly.
Claims (12)
- - während einer Abgleichphase werden mehrere Referenzmessungen durchgeführt, wobei während einer Referenzmessung der Sende lichtstrahl (2) auf eine die Struktur des Gegenstands kennzeichnen de Stelle gerichtet ist, bzw. kein Gegenstand im Strahlengang an geordnet ist,
- - bei jeder Referenzmessung werden die Polarisationseigenschaften der am Sender (3) und am Empfänger (4) angeordneten polarisie renden Mittel jeweils innerhalb eines vorgegebenen Wertbereichs durch Beaufschlagung der Elektroden (16, 17) über die Auswerte einheit (5) schrittweise variiert, wobei für jeden Schritt die Beträge des Empfangssignals E sowie die Einstellung der polarisierenden Mittel in der Auswerteeinheit (5) gespeichert werden,
- - anschließend werden in der Auswerteeinheit (5) paarweise Beträge der Empfangssignale E zweier Referenzmessungen bei jeweils gleicher Einstellung der polarisierenden Mittel miteinander vergli chen,
- - als Ergebnis der Abgleichphase wird als Arbeitspunkt der Vorrich tung (1) diejenige Einstellung der polarisierenden Mittel gewählt, bei der die Abweichung der Beträge der Empfangssignale E der einzelnen Referenzmessungen maximal ist,
- - während der an die Abgleichsphase anschließenden Arbeitsphase werden die durch den Strahlengang der Vorrichtung (1) bewegten Gegenstände mit der auf den Arbeitspunkt eingestellten Vorrich tung (1) vermessen.
- - During a comparison phase, several reference measurements are carried out, with the transmitted light beam ( 2 ) being directed at a location characterizing the structure of the object during a reference measurement, or no object being arranged in the beam path,
- - With each reference measurement, the polarization properties of the transmitter ( 3 ) and the receiver ( 4 ) arranged polarizing means each within a predetermined value range by applying the electrodes ( 16 , 17 ) via the evaluation unit ( 5 ) varies step by step, with each The amounts of the received signal E and the setting of the polarizing means are stored in the evaluation unit ( 5 ),
- - Then, in the evaluation unit ( 5 ), pairs of amounts of the received signals E of two reference measurements with the same setting of the polarizing means are compared.
- - As a result of the adjustment phase, the setting of the polarizing means is selected as the operating point of the device ( 1 ) in which the deviation of the amounts of the received signals E of the individual reference measurements is maximum,
- - during subsequent to the phase adjustment stage, the work moved through the beam path of the device (1) items are processing with the set on the working Vorrich (1) measured.
- - während der Abgleichphase zwei Referenzmessungen durchgeführt werden, wobei bei der ersten Referenzmessung der Sendelicht strahl (2) auf die Folie (6) und bei der zweiten Referenzmessung der Sendelichtstrahl (2) auf eine auf die Folie (6) aufgebrachte Eti kette (7) gerichtet ist,
- - zum Vergleich der Empfangssignale bei jeweils gleicher Einstel lung der polarisierenden Mittel das Empfangssignal (E) der ersten Referenzmessung durch das Empfangssignal (E) der zweiten Refe renzmessung dividiert wird,
- - der Arbeitspunkt der Vorrichtung (1) so gewählt wird, daß der Quotient der Empfangssignale (E) durch die Einstellung der polari sierenden Mittel maximal ist.
- - during the adjustment phase are carried out two reference measurements, said beam (2) on the foil (6) and the second reference measurement of the transmitted light beam (2) chain to a force applied to the film (6) Eti in the first reference measurement of the transmitted light (7) is directed
- - To compare the received signals with the same setting of the polarizing means, the received signal (E) of the first reference measurement is divided by the received signal (E) of the second reference measurement,
- - The operating point of the device ( 1 ) is chosen so that the quotient of the received signals (E) is maximum by the setting of the polarizing means.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8325 | Change of the main classification |
Ipc: G01V 8/12 |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |