DE102004012220B4

DE102004012220B4 - Optoelektronischer Sensor

Info

Publication number: DE102004012220B4
Application number: DE102004012220.2A
Authority: DE
Inventors: Kai Waslowski; Michael Klein; Thomas Blümcke
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2024-03-13
Also published as: DE102004012220A1

Abstract

Optoelektronischer Sensor (11) zur Detektion von Gegenständen (17), die auf einem Transportmittel (15) entlang einer Transportrichtung (T) transportiert werden, mit- einem Sender (23) zum Aussenden von Sendelicht (19) in Richtung eines Überwachungsbereichs (35),- einem Empfänger (29) zum Erzeugen von Empfangssignalen (71, 72) in Abhängigkeit von aus dem Überwachungsbereich (35) empfangenem Licht (21), und- einer mit dem Empfänger (29) verbundenen Auswerteeinrichtung (31) zum Auswerten der Empfangssignale (71, 72), durch die ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls sich innerhalb des Überwachungsbereichs (35) ein von dem Transportmittel (15) transportierter Gegenstand (17) befindet, wobei der Empfänger (29) drei Empfangselemente (41, 42, 43) aufweist, die entlang der Transportrichtung (T) nebeneinander angeordnet sind, und wobei der Sensor (11) dergestalt konfiguriert ist, dass ein durch den Überwachungsbereich (35) transportierter Gegenstand (17) stets zunächst das Empfangssignal eines äußeren Empfangselements (41, 43) und mit andauernder Transportbewegung auch das Empfangssignal des mittleren Empfangselements (42) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren (41, 43) der drei Empfangselemente zu einem ersten Empfangskanal (51) derart zusammengeschaltet sind, dass ihre Empfangssignale aufsummiert werden, und das mittlere Empfangselement (42) einen zweiten Empfangskanal (52) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zur Detektion von Gegenständen, die auf einem Transportmittel entlang einer Transportrichtung transportiert werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Sensor besitzt einen Sender zum Aussenden von Sendelicht in Richtung eines Überwachungsbereichs und einen Empfänger zum Erzeugen von Empfangssignalen in Abhängigkeit von aus dem Überwachungsbereich empfangenem Licht. Außerdem ist eine mit dem Empfänger verbundene Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Empfangssignale vorgesehen, wobei durch die Auswerteeinrichtung ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls sich innerhalb des Überwachungsbereichs ein von dem Transportmittel transportierter Gegenstand befindet.
Beispielsweise sind Reflexionslichtschranken bekannt, bei denen das Sendelicht schräg oder senkrecht zur Transportrichtung zu einem Reflektor ausgesendet und von diesem zurück zu dem Empfänger reflektiert wird. Eine Unterbrechung des Strahlengangs kann anhand der damit verbundenen Beeinflussung der Empfangssignale erkannt werden, um ein Gegenstandsfeststellungssignal zu erzeugen.
Aus der DE 101 42 161 A1 ist ein Sensor mit einem Empfänger bekannt, der zwei Empfangselemente aufweist, die parallel zu der Transportrichtung der zu detektierenden Gegenstände angeordnet sind, wobei eine Vergleichseinrichtung eine Differenz der Empfangssignale der beiden Empfangselemente mit einem Schwellwert vergleicht. Dieser Sensor vermag zu erkennen, aus welcher Richtung ein Gegenstand den Sendelichtstrahl durchfährt, indem das Differenzsignal mit zwei unterschiedlichen Schwellwerten verglichen wird. Um jedoch unterscheiden zu können, ob ein Gegenstand in den Überwachungsbereich einfährt oder diesen verlässt, muss die Bewegungsrichtung bekannt sein. Ferner können nicht ohne weiteres Gegenstände unterschiedlicher Höhe detektiert werden, da eine feste Schwelle vorgegeben werden muss.
Aus der US 5 197 012 A ist ein optoelektronischer Sensor mit einem Empfänger bekannt, der zwei Empfangselemente aufweist, die bezüglich der Transportrichtung eines Förderbands eng benachbart nebeneinander angeordnet sind. Der Sensor tastet das Höhenprofil von Gegenständen, beispielsweise von Zeitungen, ab, die mit dem Förderband transportiert werden. Hierbei wird die Ableitung des Höhenprofils gebildet und mit einem vorbestimmten Wert verglichen. Ein derartiger Sensor vermag lediglich vergleichsweise abrupte Änderungen des Höhenprofils der transportierten Gegenstände zu erkennen.
Aus der DE 37 29 334 C2 ist ein optoelektronischer Sensor mit einem Empfänger bekannt, der drei Empfangselemente aufweist, wobei aus den Ausgangssignalen von zwei Empfangselementen ein Summensignal und aus dem Summensignal und dem Ausgangssignal des dritten Empfangselements ein Differenzsignal gebildet wird. Mithilfe von im Empfangslichtpfad angeordneten Umlenkspiegeln und einem zwischen diesen angeordneten Dachkantspiegel kann erkannt werden, ob sich ein Objekt in einem Hintergrundbereich oder einem Vordergrundbereich des Sensorsichtfeldes befindet.
In der DE 43 36 561 A1 und der DE 200 23 334 U1 sind Detektoranordnungen mit drei benachbart angeordneten Magnetfeldsensoren zur induktiven Detektion von auf einem Förderband transportierten metallischen Gegenständen beschrieben.
Ein optoelektronischer Sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist aus DE 199 60 653 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine verbesserte Detektionssicherheit besitzt und universeller einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Empfangssignale der beiden äußeren Empfangselemente werden also aufsummiert, um ein gemeinsames Empfangssignal des ersten Empfangskanals zu bilden. Das dazwischen angeordnete Empfangselement bildet einen eigenen, zweiten Empfangskanal, der separat ausgelesen werden kann. Indem die drei Empfangselemente bezüglich der Transportrichtung nebeneinander angeordnet sind, beeinflusst ein durch den Überwachungsbereich transportierter Gegenstand - unabhängig von seiner Bewegungsrichtung - generell stets zunächst das Empfangssignal eines äußeren Empfangselements und somit des ersten Empfangskanals. Erst mit andauernder Transportbewegung wird auch das Empfangssignal des mittleren Empfangselements und somit des zweiten Empfangskanals beeinflusst. Dasselbe gilt für das Ausfahren des betreffenden Gegenstands aus dem Überwachungsbereich, also wenn die Rückseite des transportierten Gegenstands den Empfänger passiert.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, dass aufgrund der alternierenden Zuordnung der Empfangselemente zu dem ersten und dem zweiten Empfangskanal zwischen einem Einfahren eines Gegenstands in den Überwachungsbereich und einem Ausfahren eines Gegenstands aus dem Überwachungsbereich unterschieden werden kann, und zwar unabhängig davon, ob der Gegenstand entlang einer vorbestimmten Transportrichtung oder ausnahmsweise entgegen dieser Transportrichtung durch den Überwachungsbereich bewegt wird. Diese Fähigkeit ist beispielsweise in Sortier- und Beschickungsanlagen von Versandhäusern von Bedeutung, in denen mittels verschiedener miteinander verbundener Förderbänder unterschiedliche Versandartikel zu einer Versandeinheit zusammengeführt werden sollen. Im Fehlerfall kann es hier erforderlich sein, die Transportmittel ausnahmsweise kurzzeitig entgegen der üblichen Transportrichtung zu bewegen, so dass auch die hierauf gelagerten Gegenstände entgegen der üblichen Transportrichtung durch den Überwachungsbereich des zugeordneten Sensors bewegt werden. Dies muss der Sensor erkennen können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine hohe Detektionssicherheit unabhängig von der Höhe des Tastguts gewährleistet ist. Die zu detektierenden Gegenstände können also eine variable Höhe besitzen.
Vorzugsweise ist der Sensor dergestalt konfiguriert, dass die Signalamplituden der beiden äußeren Empfangselemente bei freiem Überwachungsbereich gleich groß sind, so dass das gemeinsame Empfangssignal des ersten Empfangskanals von beiden zugeordneten Empfangselementen gleichermaßen und in symmetrischer Verteilung erzeugt wird. Der Empfänger verhält sich somit generell invariant gegenüber einer Änderung der Transportrichtung. Vorzugsweise wird diese Eigenschaft dadurch erreicht, dass die lichtempfindlichen Flächen der beiden äußeren Empfangselemente gleich groß sind, die Empfangssignale dieser beiden Empfangselemente mit demselben Verstärkungsfaktor verstärkt werden und der Empfänger homogen ausgeleuchtet wird.
Zur Auswertung der Empfangssignale und zur entsprechenden Erzeugung von Gegenstandsfeststellungssignalen sind unterschiedliche Verschaltungen der Empfangselemente mit der Auswerteeinrichtung möglich, wie nachfolgend erläutert wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Auswerteeinrichtung einen Differenzverstärker auf, durch den aus dem Empfangssignal des ersten Empfangskanals und dem Empfangssignal des zweiten Empfangskanals ein Differenzsignal erzeugbar ist, wobei die Auswerteeinrichtung ferner einen Schwellwertdurchgangsdetektor mit Vorzeichendetektor aufweist, durch den ein Schwellwertdurchgang des Differenzsignals und das Vorzeichen der Signalsteigung des Differenzsignals im Schwellwertdurchgang detektierbar sind. Durch Detektion eines Schwellwertdurchgangs können Gegenstände unterschiedlicher Höhe erfasst werden, wobei die alternierende Zuordnung der drei Empfangselemente zu zwei verschiedenen Empfangskanälen auch bei Gegenständen von vergleichsweise geringer Höhe einen ausreichend hohen Signalhub bewirkt.
Anhand des Vorzeichens der detektierten Signalsteigung kann unabhängig von der tatsächlichen Bewegungsrichtung des betreffenden Gegenstands zwischen einem Einfahren in den Überwachungsbereich und einem Ausfahren aus dem Überwachungsbereich unterschieden werden.
Für diese erste Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich die Signalamplitude des ersten Empfangskanals gleich der Signalamplitude des zweiten Empfangskanals ist. Mit anderen Worten soll bei freiem Strahlengang das Differenzsignal in etwa den Wert Null besitzen. In diesem Fall ist ein besonders einfacher Aufbau der Auswerteeinrichtung möglich, da für die erläuterte Detektion des Schwellwertdurchgangs ein an sich bekannter Nulldurchgangsdetektor mit Vorzeichendetektor verwendet werden kann.
Um für beide Empfangskanäle die gleichen Signalamplituden bei freiem Überwachungsbereich zu erreichen, ist es bevorzugt, wenn die jeweiligen lichtempfindlichen Flächen der beiden Empfangskanäle gleich groß gewählt sind, die Empfangssignale beider Kanäle gleich stark verstärkt werden und der Empfänger vom Sender homogen ausgeleuchtet wird.
Falls dagegen der Sensor derart konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich die Signalamplituden der beiden Empfangskanäle unterschiedlich eingestellt sind, so kann als Schwellwert für den Schwellwertdurchgangsdetektor beispielsweise der Wert des Differenzsignals bei freiem Strahlengang gewählt werden.
In jedem Fall kann der Schwellwertdurchgangsdetektor oder Nulldurchgangsdetektor der ersten Ausführungsform eine Schalthysterese berücksichtigen, um unerwünschte Übergänge zwischen den Schaltzuständen zu unterdrücken.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform besitzt die Auswerteeinrichtung einen Differenzverstärker, durch den aus dem Empfangssignal des ersten Empfangskanals und dem Empfangssignal des zweiten Empfangskanals ein Differenzsignal erzeugbar ist, und die Auswerteeinrichtung besitzt ferner einen Komparator, durch den das Differenzsignal mit wenigstens einer Schaltschwelle vergleichbar ist. Diese zweite Ausführungsform hat den Vorteil, dass lediglich ein einfacher Schwellwertvergleich erforderlich ist. Dennoch können Gegenstände unterschiedlicher Höhe zuverlässig detektiert werden, da auch bei Gegenständen geringer Höhe die alternierende Zuordnung der Empfangselemente zu zwei verschiedenen Empfangskanälen einen ausreichenden Signalhub gewährleistet. Ferner ist auch bei dieser Ausführungsform unabhängig von der tatsächlichen Transportrichtung des betreffenden Gegenstands eine Unterscheidung zwischen einem Eindringen in den Überwachungsbereich und einem Verlassen des Überwachungsbereichs möglich.
Für diese zweite Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich die Signalamplitude des ersten Empfangskanals dem Produkt aus der Signalamplitude des zweiten Empfangskanals und einem Verhältnisfaktor entspricht, der einen Wert kleiner eins besitzt. Mit anderen Worten soll der dem mittleren Empfangselement entsprechende zweite Empfangskanal stärker gewichtet sein als der erste Empfangskanal. Dadurch ist für das Differenzsignal ein besonders einfacher Schwellwertvergleich möglich, da das Differenzsignal bei vorhandenem und nicht vorhandenem Gegenstand im Überwachungsbereich unterschiedliche Werte annimmt, so dass ein dazwischen liegender Schwellwert gewählt werden kann. Außerdem wird hierdurch eine Nebenbedingung geschaffen, die auch unmittelbar nach dem Einschalten des Sensors eine Unterscheidung ermöglicht, ob ein Überschreiten oder Unterschreiten des Schwellwerts einem Einfahren oder einem Ausfahren eines Gegenstands entspricht.
Die unterschiedlichen Signalamplituden der beiden Empfangskanäle bei freiem Überwachungsbereich können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die jeweiligen lichtempfindlichen Flächen der beiden Empfangskanäle unterschiedlich groß gewählt werden, dass die Empfangssignale beider Kanäle unterschiedlich verstärkt werden, und/oder dass der Empfänger vom Sender inhomogen ausgeleuchtet wird.
Gemäß einer dritten Ausführungsform besitzt die Auswerteeinrichtung einen Komparator, durch den das Empfangssignal des ersten Empfangskanals mit dem Empfangssignal des zweiten Empfangskanals vergleichbar ist und der eine Schalthysterese berücksichtigt, wobei durch die Auswerteeinrichtung ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls das Empfangssignal des zweiten Empfangskanals geringer ist als das Empfangssignal des ersten Empfangskanals, oder umgekehrt. Auch bei dieser Ausführungsform ist also ein besonders einfacher Signalvergleich mittels eines Komparators möglich, wobei durch die alternierende Zuordnung der drei Empfangselemente zu den zwei verschiedenen Empfangskanälen gewährleistet ist, dass unabhängig von der Höhe des jeweiligen Tastguts stets eine geeignete Schaltschwelle für den Komparator eingestellt ist. Die Schalthysterese vermeidet dabei ein unerwünschtes Umschalten.
Auch für diese Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich die Signalamplitude des ersten Empfangskanals dem Produkt aus der Signalamplitude des zweiten Empfangskanals und einem Verhältnisfaktor entspricht, der einen Wert kleiner eins besitzt. Hierdurch werden die beiden Empfangskanäle bewusst relativ zueinander verstimmt, so dass auch nach Einschalten des Sensors eine Nebenbedingung für eine eindeutige Bestimmung des Schaltzustandes gegeben ist.
Gemäß einer vierten Ausführungsform kann eine ideale Detektionsschwelle geschätzt bzw. festgelegt werden. Zu diesem Zweck besitzt die Auswerteeinrichtung eine Schwellwertbestimmungseinrichtung, durch die aufgrund der Empfangssignale des Empfängers ein Schwellwert festlegbar ist, und die Auswerteeinrichtung besitzt beispielsweise einen Komparator, durch den das Empfangssignal des zweiten Empfangskanals mit dem festgelegten Schwellwert vergleichbar ist, wobei durch die Auswerteeinrichtung dann ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugt wird, wenn das Empfangssignal des zweiten Empfangskanals geringer ist als der festgelegte Schwellwert, oder umgekehrt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Empfangssignale der drei Empfangselemente also dazu verwendet, um in der Schwellwertbestimmungseinrichtung einen besonders geeigneten Schwellwert festzulegen, der dann wiederum einen einfachen Signalvergleich beispielsweise mittels eines Komparators ermöglicht. Dadurch ist unabhängig von der Höhe der zu detektierenden Gegenstände stets ein geeigneter Schwellwert eingestellt, so dass auch für Gegenstände einer vergleichsweise geringen Höhe noch eine ausreichende Detektionssicherheit gewährleistet ist.
Prinzipiell kann eine derartige Schwellwertbestimmungseinrichtung auch mit den Auswerteeinrichtungen gemäß der erläuterten ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform kombiniert werden.
Allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensors ist gemeinsam, dass es sich bei dem Sendelicht und dem Empfangslicht um Licht des sichtbaren, des infraroten oder des ultravioletten Wellenlängenbereichs handeln kann.
Die drei Empfangselemente besitzen senkrecht zu der Transportebene des Transportmittels vorzugsweise dieselbe Höhe.
Der Sensor kann als Lichtschranke ausgebildet sein, insbesondere als eine Reflexionslichtschranke, bei der der Sender und der Empfänger auf der einen Seite des Transportmittels und ein Reflektor auf der anderen Seite des Transportmittels angeordnet sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der Sender und der Empfänger in Autokollimation, d.h. mit gemeinsamer Sende- und Empfangsoptik angeordnet sind.
Alternativ hierzu kann der Sensor als ein Triangulationstaster ausgebildet sein, wobei der Sender und der Empfänger vorzugsweise entlang der Transportrichtung nebeneinander in Pupillenteilung angeordnet sind.
Weitere Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Sensors, der an einem Förderband angeordnet ist.
2 zeigt ein Prinzipschaltbild des Sensors.
3 bis 6 zeigen die Verschaltung des Empfängers des Sensors mit einer jeweiligen Auswerteeinrichtung sowie die zugeordneten Signalverläufe gemäß einer ersten, einer zweiten, einer dritten bzw. einer vierten Ausführungsform.

1 zeigt einen Sensor 11, der als Reflexionslichtschranke mit einem in Gegenüberstellung angeordneten Reflektor 13 ausgebildet ist. Der Sensor 11 ist an einem Förderband 15 angeordnet, auf dem mehrere Gegenstände 17 unterschiedlicher Höhe entlang einer Transportrichtung T transportiert werden. Die Anordnung ist dergestalt gewählt, dass ein von dem Sensor 11 ausgesendeter Sendelichtstrahl 19 und ein hiermit zusammenfallender, jedoch entgegengesetzt gerichteter Empfangslichtstrahl 21 parallel zu der Transportebene des Förderbands 15 und senkrecht zu der Transportrichtung T verlaufen.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Sensors 11. Dieser besitzt einen Lichtsender 23, beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Der Sender 23 sendet einen Sendelichtstrahl 19 aus, der von einem halbdurchlässigen Spiegel 25 durch eine Sende- und Empfangsoptik 27 in Richtung des Reflektors 13 (in 2 nicht gezeigt) umgelenkt wird. Der von dem Reflektor 13 reflektierte Empfangslichtstrahl 21 gelangt durch die Sende- und Empfangsoptik 27 und durch den halbdurchlässigen Spiegel 25 hindurch auf einen photoelektrischen Empfänger 29. Dieser ist mit einer Auswerteeinrichtung 31 verbunden, die einen Schaltausgang 33 besitzt.
Die Sende- und Empfangsoptik 27 weitet den Sendelichtstrahl 19 zu einem Bündel auf bzw. fokussiert den Empfangslichtstrahl 21 auf den Empfänger 29. Der Strahlengang des Sendelichtstrahls 19 und des Empfangslichtstrahls 21 zwischen der Sende- und Empfangsoptik 27 und dem Reflektor 13 definiert einen Überwachungsbereich 35.
Das Einfahren von mittels des Förderbands 15 transportierten Gegenständen 17 in diesen Überwachungsbereich 35 und das Ausfahren von Gegenständen 17 aus dem Überwachungsbereich 35 kann anhand der hierdurch verursachten Änderung der Empfangssignale des Empfängers 29 und aufgrund einer entsprechenden Auswertung mittels der Auswerteeinrichtung 31 erkannt werden. Sofern sich ein Gegenstand 17 im Überwachungsbereich 35 befindet, gibt die Auswerteeinrichtung 31 an dem Schaltausgang 33 ein Gegenstandsfeststellungssignal aus.
Der Empfänger 29 besitzt drei beispielsweise durch Photodioden gebildete Empfangselemente, die parallel zu der vorbestimmten Transportrichtung T angeordnet und zu zwei verschiedenen Empfangskanälen zusammengefasst sind, wie nachfolgend anhand unterschiedlicher Ausführungsformen des Sensors 11 bzw. der Auswerteeinrichtung 31 erläutert wird.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform. Bei dieser sind drei Empfangselemente 41, 42, 43 vorgesehen, die entlang der Transportrichtung (T) nebeneinander angeordnet sind und deren lichtempfindliche Flächen sich senkrecht zu der Bewegungsebene des Förderbands 15 erstrecken. Die beiden äußeren Empfangselemente 41, 43 sind zu einem ersten Empfangskanal 51 zusammengefasst. Das mittlere Empfangselement 42 bildet einen zweiten Empfangskanal 52.
Die Auswerteeinrichtung 31 besitzt eingangsseitig einen Differenzverstärker 61. Der erste Empfangskanal 51 wird am negativen Eingang und der zweite Empfangskanal 52 am positiven Eingang des Differenzverstärkers 61 ausgelesen (oder umgekehrt). Der Differenzverstärker 61 bildet ein Differenzsignal 74, das der Differenz zwischen dem Empfangssignal des mittleren Empfangselements 42 einerseits und der Summe der Empfangssignale der beiden äußeren Empfangselemente 41, 43 andererseits entspricht. Dieses Differenzsignal wird einem Nulldurchgangsdetektor 63 mit Vorzeichendetektor zugeführt. Dieser besitzt zwei Ausgänge, die mit einem Reset-Eingang und einem Set-Eingang eines RS-Flipflops 65 verbunden sind. Dessen Ausgang bildet wiederum den Schaltausgang 33.
Der Nulldurchgangsdetektor 63 vermag auf an sich bekannte Weise einen Nulldurchgang des zugeführten Differenzsignals 74 sowie die Steigung des Differenzsignals 74 im Nulldurchgang zu detektieren. Sofern ein Nulldurchgang mit negativem Vorzeichen der Signalsteigung detektiert wird, liefert der Nulldurchgangsdetektor 63 einen Schaltpuls an den Set-Eingang des RS-Flipflops 65. Bei einem Nulldurchgang mit positivem Vorzeichen der Signalsteigung wird ein Schaltpuls an den Reset-Eingang des RS-Flipflops ausgegeben. Dieses liefert dementsprechend am Schaltausgang 33 ein Gegenstandsfeststellungssignal, solange der Sendelichtstrahl 19 oder der Empfangslichtstrahl 21 durch einen auf dem Förderband 15 transportierten Gegenstand 17 (1) teilweise oder vollständig unterbrochen ist.
3 zeigt im unteren Bereich den entsprechenden Signalverlauf S. Angetragen sind - in willkürlichen Einheiten und für unterschiedliche Phasen des Eindringens eines Gegenstands 17 in den Überwachungsbereich 35 - das Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals 51, das Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 (gestrichelt eingezeichnet) und das genannte Differenzsignal 74, das von dem Differenzverstärker 61 ausgegeben wird.
Für eine erste Phase I des Signalverlaufs S ist der Zustand bei freiem Überwachungsbereich 35 gezeigt. Die Empfangssignale 71, 72 des ersten Empfangskanals 51 und des zweiten Empfangskanals 52 liegen in voller und jeweils gleicher Amplitude vor. Das Differenzsignal 74 besitzt dementsprechend den Wert Null.
In einer sich hieran anschließenden Phase II des Signalverlaufs S fährt der betreffende Gegenstand 17 entlang der Transportrichtung T allmählich in den Überwachungsbereich 35 ein und verdeckt dadurch in zunehmendem Maße das entsprechende äußere Empfangselement 41, so dass der Pegel des zugeordneten Empfangssignals 71 absinkt. Dementsprechend steigt das Differenzsignal 74 an.
Danach (Phase III) wird auch das mittlere Empfangselement 42 in zunehmendem Maße abgedeckt und empfängt weniger Licht, so dass das Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 ebenfalls abfällt. Dementsprechend verringert sich auch das Differenzsignal 74. Da der Abfall des Empfangssignals 72 in der Phase III stärker ist als der Abfall des Empfangssignals 71 in der Phase II, sinkt das Differenzsignal 74 von einem positiven Wert auf einen negativen Wert und vollzieht somit einen Nulldurchgang 77 mit negativem Vorzeichen der Signalsteigung. Dies wird von dem Nulldurchgangsdetektor 63 detektiert, der einen entsprechenden Schaltpuls an den Set-Eingang des RS-Flipflops 65 ausgibt.
In einer anschließenden Phase IV deckt der weiterhin entlang der Transportrichtung T transportierte Gegenstand 17 in zunehmendem Maße auch das weitere äußere Empfangselement 43 ab, so dass das zugeordnete Empfangssignal 71 noch weiter abfällt und das Differenzsignal 74 dementsprechend ansteigt.
Schließlich befindet sich der Gegenstand 17 vollständig im Überwachungsbereich 35. Dies ist für den in 3 gezeigten Signalverlauf als Phase V eingezeichnet. Die Empfangssignale 71, 72 der beiden Empfangskanäle 51, 52 besitzen nun einen gemeinsamen niedrigeren Wert, und das Differenzsignal 74 besitzt dementsprechend den Wert Null. Der Grund, warum die beiden den Empfangskanälen 51, 52 zugeordneten Empfangssignale 71, 72 nicht ebenfalls den Wert Null annehmen, besteht darin, dass die Empfangselemente 41, 42, 43 durch den Gegenstand 17 nicht unbedingt vollständig abgedeckt werden. Vielmehr besitzen die Gegenstände 17 zwar unterschiedliche, jedoch begrenzte Höhen. Somit werden der Sendelichtstrahl 19 bzw. der Empfangslichtstrahl 21 generell nicht vollständig unterbrochen, so dass -je nach Höhe des Gegenstands 17 - ein Teil des Sendelichts den Empfänger 29 stets noch beaufschlagt.
Für das Ausfahren des betreffenden Gegenstands 17 aus dem Überwachungsbereich 35 ergibt sich ein spiegelsymmetrischer Signalverlauf S, d.h. die Empfangssignale 71, 72 und das Differenzsignal 74 ändern sich in der Reihenfolge der in 3 gezeigten Phasen V, IV, III, II und I. Dementsprechend vollzieht das Differenzsignal 74 beim Ausfahren des Gegenstands 17 aus dem Überwachungsbereich 35 einen Nulldurchgang mit positivem Vorzeichen der Signalsteigung, so dass der Nulldurchgangsdetektor 63 den Reset-Eingang des RS-Flipflops 65 schaltet und das Gegenstandsfeststellungssignal am Schaltausgang 33 demzufolge wieder deaktiviert wird.
Ein Vorteil der in 3 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass Gegenstände 17 unterschiedlicher Höhe zuverlässig detektiert werden können. Zwar ergeben sich für verschiedene Höhen der Gegenstände 17 unterschiedliche Verläufe der Empfangssignale 71, 72 in den Phasen II, III, IV und V. Allerdings vollzieht das Differenzsignal 74 für alle Gegenstandshöhen stets einen detektierbaren Nulldurchgang 77, wobei innerhalb der Phase III ein hinreichend großer Signalhub erzielt wird, da das Empfangselement 42 parallel zur Transportrichtung T von zwei Empfangselementen 41, 43 umgeben ist, die in der Auswerteeinrichtung 31 mit entgegengesetztem Vorzeichen ausgewertet werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Einfahren eines Gegenstands 17 in den Überwachungsbereich 35 eindeutig von einem Ausfahren aus dem Überwachungsbereich 35 unterschieden werden kann, und zwar unabhängig davon, ob der betreffende Gegenstand 17 sich entlang der in 1 gezeigten Transportrichtung T oder ausnahmsweise in entgegengesetzter Richtung bewegt. Das Vorzeichen der Signalsteigung im Nulldurchgang 77 ist nämlich aufgrund der symmetrischen Zuordnung der Empfangselemente 41, 42, 43 zu den beiden Empfangskanälen 51, 52 allein davon abhängig, ob die Vorderseite des Gegenstands 17 oder dessen Rückseite den Überwachungsbereich 35 durchläuft.
Ein besonderer Vorteil ist auch darin zu sehen, dass ein herkömmlicher Nulldurchgangsdetektor 63 mit Vorzeichendetektor eingesetzt werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Empfänger 29 und die Auswerteeinrichtung 31 dergestalt konfiguriert sind, dass bei freiem Überwachungsbereich (Phase I) die Signalamplituden 71, 72 der beiden Empfangskanäle 51, 52 gleich groß sind. Insbesondere ist die jeweilige lichtempfindliche Fläche der beiden äußeren Empfangselemente 41, 43 halb so groß wie die lichtempfindliche Fläche des mittleren Empfangselements 42, und die Empfangssignale 71, 72 der beiden Empfangskanäle 51, 52 werden dem Differenzverstärker 61 mit derselben Verstärkung zugeführt. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei vollständig im Überwachungsbereich 35 befindlichem Gegenstand 17 (Phase V) das Differenzsignal 74 den Wert Null annimmt.
Schließlich ist ein weiterer Vorteil darin zu sehen, dass eventuelle Höhenschwankungen des Förderbands 15 sich nicht nachteilig auf die Detektionssicherheit auswirken, da derartige Höhenschwankungen die Empfangssignale 71, 72 der Empfangskanäle 51, 52 gleichermaßen betreffen und das Differenzsignal 74 somit nicht beeinflussen.
Zu der ersten Ausführungsform gemäß 3 ist noch anzumerken, dass der Nulldurchgangsdetektor 63 eine Schalthysterese berücksichtigen kann, um unbeabsichtigte Schaltsignale beispielsweise aufgrund eines Rauschens des Differenzsignals 74 zu vermeiden.
Die jeweilige Darstellung der weiteren Ausführungsformen in den 4 bis 6 entspricht der Darstellung gemäß 3, wobei gleichartige Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
4 zeigt ein Beispiel für die zweite Ausführungsform der Auswerteeinrichtung 31. Dieser besitzt wiederum zwei äußere Empfangselemente 41, 43, die einen ersten Empfangskanal 51 bilden, sowie ein mittleres Empfangselement 42, das einem zweiten Empfangskanal 52 zugeordnet ist.
Innerhalb der Auswerteeinrichtung 31 wird das zusammengefasste Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals 51 dem negativen Eingang eines Differenzverstärkers 81 zugeführt, während das Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 zunächst in einem Vorverstärker 83 verstärkt und anschließend dem positiven Eingang des Differenzverstärkers 81 zugeführt wird, wobei diese Polaritäten auch vertauscht sein können. Das vom Differenzverstärker 81 erzeugte Differenzsignal 74 entspricht der Differenz zwischen dem verstärkten Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 und dem Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals 51.
Dieses Differenzsignal 74 wird einem Komparator 85 zugeführt, der das Differenzsignal 74 mit einer Schaltschwelle vergleicht und in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs an dem Schaltausgang 33 ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugt.
Eine Besonderheit der in 4 gezeigten Ausführungsform gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 besteht darin, dass das Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 am Eingang des Differenzverstärkers 81 stärker gewichtet ist als das Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals 51. Bei freiem Überwachungsbereich (Phase I des Signalverlaufs S in 4) entspricht die Signalamplitude des ersten Empfangskanals 51 nämlich dem Produkt aus der Signalamplitude des zweiten Empfangskanals 52 und einem Verhältnisfaktor k, der einen Wert kleiner eins besitzt. Dies ist in dem Schaltbild gemäß 4 durch den Vorverstärker 83 mit der Beschriftung „·1/k“ symbolisiert. Anstelle dieser unterschiedlichen Verstärkung der beiden Empfangskanäle 51, 52 kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die gesamte lichtempfindliche Fläche der beiden äußeren Empfangselemente 41, 43 dem Produkt aus der lichtempfindlichen Fläche des mittleren Empfangselements 42 und dem genannten Verhältnisfaktor k entspricht, wobei beide Empfangskanäle 51, 52 gleich stark verstärkt werden.
4 zeigt im unteren Bereich wiederum den Signalverlauf S der Empfangssignale 71, 72 der beiden Empfangskanäle 51, 52 sowie des Differenzsignals 74 des Differenzverstärkers 81 für die unterschiedlichen Phasen I, II, III, IV und V des Einfahrens eines Gegenstands 17 in den Überwachungsbereich 35, wie bereits im Zusammenhang mit 3 erläutert. Die vorstehend erläuterte unterschiedliche Gewichtung der beiden Empfangskanäle 51, 52 führt dazu, dass das Empfangssignal 71 sowohl bei freiem Überwachungsbereich 35 (Phase I) als auch bei vollständig im Überwachungsbereich 35 befindlichem Gegenstand 17 (Phase V) um den genannten Verhältnisfaktor k geringer ist als das Empfangssignal 72. Dies bewirkt wiederum, dass das Differenzsignal 74 vor dem Einfahren des Gegenstands 17 (Phase I) und nach dem vollständigen Einfahren (Phase V) unterschiedliche, von Null verschiedene Werte besitzt.
Dadurch ist es möglich, eine Schaltschwelle 87 auszuwählen, die zwischen dem Wert des Differenzsignals 74 bei freiem Strahlengang (Phase I) und bei vollständig im Überwachungsbereich 35 befindlichem Gegenstand 17 (Phase V) liegt, wie in 4 gestrichelt eingezeichnet.
Anhand dieser Schaltschwelle 87 kann innerhalb des Komparators 85 ein einfacher Schwellwertvergleich des Differenzsignals 74 vorgenommen werden. Der Komparator 85 gibt also ein Gegenstandsfeststellungssignal aus, falls das Differenzsignal 74 geringer ist als die Schaltschwelle 87. Dieser Schwellwertdurchgang 89 findet innerhalb der Phase III statt. Das Gegenstandsfeststellungssignal wird wieder deaktiviert, sobald das Differenzsignal 74 die Schaltschwelle 87 erneut überschreitet.
Falls die beiden Empfangskanäle 51, 52 an den Eingang des Differenzverstärkers 81 mit entgegengesetzter Polarität angeschlossen werden, so erzeugt der Komparator 85 das Gegenstandsfeststellungssignal bei einem Überschreiten der Schaltschwelle 87.
Vorzugsweise berücksichtigt der Komparator 85 eine Schalthysterese 91, die in 4 in der Umgebung der Schaltschwelle 87 ebenfalls eingezeichnet ist.
Ein besonderer Vorteil der Ausführungsform gemäß 4 besteht darin, dass aufgrund der erläuterten unterschiedlichen Gewichtung der Empfangskanäle 51, 52 das Differenzsignal 74 verstimmt ist, so dass mittels eines Komparators 85 ein einfacher Schwellwertvergleich durchgeführt werden kann, um das Vorhandensein eines Gegenstands 17 im Überwachungsbereich 35 eindeutig festzustellen. Somit kann zwischen einem Einfahren und einem Ausfahren des Gegenstands 17 bezüglich des Überwachungsbereichs 35 unterschieden werden, unabhängig davon, ob der Gegenstand 17 sich tatsächlich entlang der vorbestimmten Transportrichtung T oder ausnahmsweise entgegen dieser Transportrichtung T bewegt.
Ferner ist auch bei dieser Ausführungsform für Gegenstände 17 unterschiedlicher Höhe eine hohe Detektionssicherheit gewährleistet, insbesondere bei Berücksichtigung einer Schalthysterese 91. Dies ist auf den vergleichsweise großen Signalhub des Differenzsignals 74 innerhalb der Phase III zurückzuführen, der aus der alternierenden Zuordnung der drei Empfangselemente 41, 42, 43 zu den beiden Empfangskanälen 51, 52 resultiert.
Auch bei der Ausführungsform gemäß 4 wirken sich eventuelle Höhenschwankungen des Förderbands 15 nicht auf das Differenzsignal 74 aus und bewirken deshalb keine Beeinträchtigung der Detektionssicherheit.
Schließlich ist zu der unterschiedlichen Gewichtung der beiden Empfangskanäle 51, 52 noch anzumerken, dass der genannte Verstärkungsfaktor k beispielsweise den Wert 0,9 besitzen kann, d.h. die gesamte lichtempfindliche Fläche der beiden äußeren Empfangselemente 41, 43 ist um den Faktor 0,9 geringer als die lichtempfindliche Fläche des mittleren Empfangselements 42. Nach oben ist der Wert des Verstärkungsfaktors k dadurch begrenzt, dass die an sich erwünschte Verstimmung des Differenzsignals 74 umso geringer ausfällt, je näher der Verstärkungsfaktor k an dem Wert eins gewählt ist. Nach unten ist der Wert des Verstärkungsfaktors k letztlich durch das erwünschte Auflösungsvermögen von Gegenständen 17 unterschiedlicher Höhe begrenzt.
5 zeigt ein Beispiel für die dritte Ausführungsform, bei der wiederum drei entlang der Transportrichtung T nebeneinander angeordnete Empfangselemente 41, 42, 43 vorgesehen sind. Die beiden äußeren Empfangselemente 41, 43 werden als erster Empfangskanal 51 zusammengefasst der Auswerteeinrichtung 31 zugeführt, während das mittlere Empfangselement 42 einen eigenen, zweiten Empfangskanal 52 bildet.
Die beiden Empfangskanäle 51, 52 sind, wie bei der zweiten Ausführungsform gemäß 4, unterschiedlich gewichtet. Dies ist in 5 durch einen Vorverstärker 93 angeordnet, der das Empfangssignal des zweiten Empfangskanals 52 um einen Faktor 1/k verstärkt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die lichtempfindliche Fläche des mittleren Empfangselements 42 entsprechend größer sein als die Summe der lichtempfindlichen Flächen der äußeren Empfangselemente 41, 43, und/oder das mittlere Empfangselement 42 wird entsprechend stärker lichtbeaufschlagt als die äußeren Empfangselemente 41, 43.
Die Empfangssignale 71, 72 der beiden Empfangskanäle 51, 52 werden innerhalb der Auswerteeinrichtung 31 einem Komparator 95 zugeführt, der die beiden Empfangssignale 71, 72 miteinander vergleicht. Der Komparator 95 erzeugt am Schaltausgang 33 beispielsweise dann ein Gegenstandsfeststellungssignal, wenn das Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 geringer ist als das Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals 51, wobei eine Schalthysterese 97 berücksichtigt wird. Das Gegenstandsfeststellungssignal wird also erst dann ausgegeben, wenn das Empfangssignal 71 einen oberen Wert der Schalthysterese 97 überschreitet. Der entsprechende Schaltpunkt 99 liegt in der Phase III des allmählichen Abdeckens des mittleren Empfangselements 42 durch den betreffenden Gegenstand 17.
Nachfolgend wird das Gegenstandsfeststellungssignal am Schaltausgang 33 erst dann wieder deaktiviert, wenn das Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals einen unteren Wert der Schalthysterese 97 erneut unterschreitet. Dies ist der Fall, wenn der betreffende Gegenstand 17 den Überwachungsbereich 35 wieder verlässt und die Rückseite des Gegenstands 17 das mittlere Empfangselement 42 passiert, wobei der betreffende Schaltpunkt aufgrund der Schalthysterese 97 bezüglich des in 5 gezeigten Schaltpunkts 99 versetzt ist.
Ein besonderer Vorteil der dritten Ausführungsform gemäß 5 besteht darin, dass die Auswerteeinrichtung 31 mit dem Komparator 95 besonders einfach aufgebaut sein kann.
Da die Empfangssignale 71, 72 der beiden Empfangskanäle 51, 52 relativ zueinander verglichen werden, besitzt der Sensor nach der dritten Ausführungsform gemäß 5 eine hohe Detektionssicherheit für Gegenstände 17 unterschiedlicher Höhe.
Aufgrund der alternierenden Zuordnung der drei nebeneinander angeordneten Empfangselemente 41, 42, 43 zu den beiden Empfangskanälen 51, 52 kann unabhängig von der tatsächlichen Bewegungsrichtung des Gegenstands 17 eindeutig zwischen einem Einfahren in den Überwachungsbereich 35 und einem Verlassen des Überwachungsbereichs 35 unterschieden werden.
Eventuelle Höhenschwankungen des Förderbands 15 wirken sich nicht nachteilig auf die Detektionssicherheit aus, da hiervon die beiden der miteinander verglichenen Empfangssignale 71, 72 betroffen sind.
Die erläuterte unterschiedliche Gewichtung der Empfangskanäle 51, 52 sorgt für eine gegenseitige Verstimmung der Signalverläufe S. Aufgrund dieser Verstimmung ist eine korrekte Bestimmung des Schaltzustands und des als nächstes zu berücksichtigenden Werts der Schalthysterese auch unmittelbar nach Einschalten des Sensors möglich. Im Übrigen ist die erläuterte unterschiedliche Gewichtung der beiden Empfangskanäle 51, 52 jedoch nicht zwingend erforderlich, sondern die entsprechenden Empfangssignale 71, 72 können dem Komparator 95 auch mit gleicher Gewichtung zugeführt werden, wie für die erste Ausführungsform gemäß 3 erläutert.
6 zeigt ein Beispiel für eine Auswerteeinrichtung 31 gemäß der vierten Ausführungsform. Auch hier sind drei entlang der Transportrichtung T nebeneinander angeordnete Empfangselemente 41, 42, 43 zu einem ersten und zweiten Empfangskanal 51 bzw. 52 zusammengefasst. Deren Empfangssignale 71, 72 werden der Auswerteeinrichtung 31 mit gleicher Gewichtung zugeführt.
Die Auswerteeinrichtung 31 besitzt eine Schwellwertbestimmungseinrichtung 101, die die Empfangssignale 71, 72 beider Empfangskanäle 51, 52 analysiert, um eine ideale Detektionsschwelle abzuschätzen, die für die eigentliche Gegenstandsdetektion verwendet wird.
Die Schwellwertbestimmungseinrichtung 101 kann beispielsweise einen Differenzverstärker besitzen, durch den aus dem Empfangssignal 71 des ersten Empfangskanals 51 und dem Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 ein Differenzsignal 74 erzeugt wird. Auf Grundlage dieses Differenzsignals 74 kann die Schwellwertbestimmungseinrichtung 101 gemäß einer „track&hold“-Funktion beispielsweise denjenigen Wert des Empfangssignals 71 des ersten Empfangskanals 51 festlegen, für den das Vorzeichen der Signalsteigung des Differenzsignals 74 von einem positiven zu einem negativen Wert wechselt. Der entsprechende Auslösepunkt 103 am Übergang zwischen der Phase II und der Phase III des Einfahrens des Gegenstands 17 in den Überwachungsbereich 35 ist in 6 eingezeichnet, ebenso wie der entsprechend festgelegte Schwellwert 105.
Die Schwellwertbestimmungseinrichtung 101 übermittelt diesen Schwellwert 105 an einen Komparator 107, der eingangsseitig außerdem das Empfangssignal 72 des zweiten Empfangskanals 52 empfängt. Sobald das Empfangssignal 72 den Schwellwert 105 unterschreitet, löst der Komparator 107 am Schaltausgang 33 ein Gegenstandsfeststellungssignal aus. Dieses wird erst dann wieder deaktiviert, wenn das Empfangssignal 72 den Schwellwert 105 erneut überschreitet. Dies ist erst beim Ausfahren des betreffenden Gegenstands 17 aus dem Überwachungsbereich 35 wieder der Fall.
Die Ausführungsform mit einer Schwellwertbestimmungseinrichtung 101 gemäß 6 hat den Vorteil, dass für jeden in den Überwachungsbereich 35 einfahrenden Gegenstand 17 ein optimaler Schwellwert 105 festgelegt werden kann, so dass unabhängig von der Höhe der zu detektierenden Gegenstände 17 stets eine hohe Detektionssicherheit gewährleistet ist.
Auch bei dieser Ausführungsform kann aufgrund der alternierenden Zuordnung der drei Empfangselemente 41, 42, 43 zu den beiden Empfangskanälen 51, 52 unabhängig von der tatsächlichen Bewegungsrichtung des betreffenden Gegenstands 17 eindeutig zwischen einem Einfahren und einem Ausfahren bezüglich des Überwachungsbereichs 35 unterschieden werden.
Eventuelle Höhenschwankungen des Förderbands 15 wirken sich auf beide Empfangskanäle 51, 52 aus, so dass diese prinzipiell zu keiner Beeinträchtigung der Detektionssicherheit führen.
Die vierte Ausführungsform ist in 6 für gleiche Signalamplituden der beiden Empfangskanäle 51, 52 bei freiem Überwachungsbereich 35 (Phase I) gezeigt. Es ist bei dieser Ausführungsform jedoch auch möglich, die Empfangssignale 71, 72 unterschiedlich zu gewichten und somit relativ zueinander zu verstimmen, wie im Zusammenhang mit den 4 und 5 bereits erläutert.
Bezugszeichenliste

11: Sensor
13: Reflektor
15: Förderband
17: Gegenstand
19: Sendelichtstrahl
21: Empfangslichtstrahl
23: Sender
25: halbdurchlässiger Spiegel
27: Sende- und Empfangsoptik
29: Empfänger
31: Auswerteeinrichtung
33: Schaltausgang
35: Überwachungsbereich
41: Empfangselement
42: Empfangselement
43: Empfangselement
51: erster Empfangskanal
52: zweiter Empfangskanal
61: Differenzverstärker
63: Nulldurchgangsdetektor
65: RS-Flipflop
71: Empfangssignal des ersten Empfangskanals
72: Empfangssignal des zweiten Empfangskanals
74: Differenzsignal
77: Nulldurchgang
81: Differenzverstärker
83: Vorverstärker
85: Komparator
87: Schaltschwelle
89: Schwellwertdurchgang
91: Schalthysterese
93: Vorverstärker
95: Komparator
97: Schalthysterese
99: Schaltpunkt
101: Schwellwertbestimmungseinrichtung
103: Auslösepunkt
105: festgelegter Schwellwert
107: Komparator
I: Phase des freien Überwachungsbereichs
II: Phase des Verdeckens des ersten äußeren Empfangselements
III: Phase des Verdeckens des mittleren Empfangselements
IV: Phase des Verdeckens des zweiten äußeren Empfangselements
V: Phase der Verdeckung aller Empfangselemente
k: Verhältnisfaktor
S: Signalverlauf
T: Transportrichtung

Claims

Optoelektronischer Sensor (11) zur Detektion von Gegenständen (17), die auf einem Transportmittel (15) entlang einer Transportrichtung (T) transportiert werden, mit - einem Sender (23) zum Aussenden von Sendelicht (19) in Richtung eines Überwachungsbereichs (35), - einem Empfänger (29) zum Erzeugen von Empfangssignalen (71, 72) in Abhängigkeit von aus dem Überwachungsbereich (35) empfangenem Licht (21), und - einer mit dem Empfänger (29) verbundenen Auswerteeinrichtung (31) zum Auswerten der Empfangssignale (71, 72), durch die ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls sich innerhalb des Überwachungsbereichs (35) ein von dem Transportmittel (15) transportierter Gegenstand (17) befindet, wobei der Empfänger (29) drei Empfangselemente (41, 42, 43) aufweist, die entlang der Transportrichtung (T) nebeneinander angeordnet sind, und wobei der Sensor (11) dergestalt konfiguriert ist, dass ein durch den Überwachungsbereich (35) transportierter Gegenstand (17) stets zunächst das Empfangssignal eines äußeren Empfangselements (41, 43) und mit andauernder Transportbewegung auch das Empfangssignal des mittleren Empfangselements (42) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren (41, 43) der drei Empfangselemente zu einem ersten Empfangskanal (51) derart zusammengeschaltet sind, dass ihre Empfangssignale aufsummiert werden, und das mittlere Empfangselement (42) einen zweiten Empfangskanal (52) bildet.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich (35) die Signalamplituden der beiden äußeren Empfangselemente (41, 43) gleich groß sind, wobei vorzugsweise die lichtempfindlichen Flächen der beiden äußeren Empfangselemente (41, 43) gleich groß sind und die Empfangssignale der beiden äußeren Empfangselemente (41, 43) mit demselben Verstärkungsfaktor verstärkt werden.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (31) einen Differenzverstärker (61) aufweist, durch den aus dem Empfangssignal (71) des ersten Empfangskanals (51) und dem Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) ein Differenzsignal (74) erzeugbar ist, und dass die Auswerteeinrichtung (31) einen Schwellwertdurchgangsdetektor (63) mit Vorzeichendetektor aufweist, durch den ein Schwellwertdurchgang (77) des Differenzsignals (74) und das Vorzeichen der Signalsteigung des Differenzsignals (74) im Schwellwertdurchgang (77) detektierbar sind.
Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich (35) die Signalamplitude des ersten Empfangskanals (51) genauso groß ist wie die Signalamplitude des zweiten Empfangskanals (52), und dass es sich bei dem Schwellwertdurchgangsdetektor (63) mit Vorzeichendetektor um einen Nulldurchgangsdetektor mit Vorzeichendetektor handelt, durch den ein Nulldurchgang (77) des Differenzsignals (74) und das Vorzeichen der Signalsteigung des Differenzsignals (74) im Nulldurchgang (77) detektierbar sind.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Flächen der beiden Empfangskanäle (51, 52) gleich groß sind und die Empfangssignale (71, 72) der beiden Empfangskanäle mit demselben Verstärkungsfaktor verstärkt werden.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (31) einen Differenzverstärker (81) aufweist, durch den aus dem Empfangssignal (71) des ersten Empfangskanals (51) und dem Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) ein Differenzsignal (74) erzeugbar ist, und dass die Auswerteeinrichtung (31) einen Komparator (85) aufweist, durch den das Differenzsignal (74) mit wenigstens einer Schaltschwelle (87) vergleichbar ist.
Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich (35) die Signalamplitude des ersten Empfangskanals (51) dem Produkt aus der Signalamplitude des zweiten Empfangskanals (52) und einem Verhältnisfaktor (k) entspricht, der einen Wert kleiner eins besitzt.
Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte lichtempfindliche Fläche des ersten Empfangskanals (51) dem Produkt aus der lichtempfindlichen Fläche des zweiten Empfangskanals (52) und dem Verhältnisfaktor (k) entspricht.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Auswerteeinrichtung (31) ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls das Differenzsignal (74) geringer ist als die Schaltschwelle (87), oder umgekehrt.
Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Komparator (85) eine Schalthysterese (91) realisierbar ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (31) einen Komparator (35) aufweist, durch den das Empfangssignal (71) des ersten Empfangskanals (51) mit dem Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) vergleichbar ist, wobei durch den Komparator eine Schalthysterese (97) realisierbar ist, und wobei durch die Auswerteeinrichtung (31) ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls das Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) geringer ist als das Empfangssignal (71) des ersten Empfangskanals (51).
Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich (35) die Signalamplitude des ersten Empfangskanals (51) dem Produkt aus der Signalamplitude des zweiten Empfangskanals (52) und einem Verhältnisfaktor (k) entspricht, der einen Wert kleiner eins besitzt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (31) eine Schwellwertbestimmungseinrichtung (101) aufweist, durch die aufgrund der Empfangssignale (71, 72) des Empfängers (29) ein Schwellwert (105) festlegbar ist, und dass die Auswerteeinrichtung (31) einen Komparator (107) aufweist, durch den das Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) mit dem festgelegten Schwellwert (105) vergleichbar ist, wobei durch die Auswerteeinrichtung (31) ein Gegenstandsfeststellungssignal erzeugbar ist, falls das Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) geringer ist als der festgelegte Schwellwert (105), oder umgekehrt.
Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwertbestimmungseinrichtung (101) einen Differenzverstärker aufweist, durch den aus dem Empfangssignal (71) des ersten Empfangskanals (51) und dem Empfangssignal (72) des zweiten Empfangskanals (52) ein Differenzsignal (74) erzeugbar ist, und dass durch die Schwellwertbestimmungseinrichtung (101) ein solcher Wert des Empfangssignals (71) des ersten Empfangskanals (51) als Schwellwert (105) festlegbar ist, für den die Signalsteigung des Differenzsignals (74) das Vorzeichen wechselt.
Sensor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor dergestalt konfiguriert ist, dass bei freiem Überwachungsbereich (35) die Signalamplitude des ersten Empfangskanals (51) genauso groß ist wie die Signalamplitude des zweiten Empfangskanals (52).