DE4227052C1 - Sensorsystem zur berührungsfreien Abtastung von Etiketten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur berührungsfreien Abtastung von Etiketten, die auf einem Trägermaterial mit gegenseitigem Abstand angeord­ net sind und an einem kapazitiven Sensor vorbei bewegt werden.

Die berührungsfreie Abtastung von Etiketten ist bei­ spielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 38 08 744 A1 bekannt, bei der mit verschiedenen Lichtschranken die Anwesenheit und richtige Lage eines Etikettes auf einem Träger beobachtet wird. Die Anwendung optischer Verfah­ ren ist aber an bestimmte optische Eigenschaften der Etiketten gebunden. Insbesondere die Druckereien von Etiketten müssen aber ein optisch sehr verschiedenarti­ ges Sortiment verarbeiten, wobei selbst durchsichtige Etiketten zu erkennen sein müssen. Eine mechanische Abtastung des Höhenprofils von Etiketten ist in der Offenlegungsschrift DE 33 42 614 A1 gelöst worden. Die mechanische Abtastung hat aber die Nachteile der mechanischen Berührung des Etiketts und einer geringen Arbeitsgeschwin­ digkeit.

Kapazitive Sensoren, die sich zur Abtastung eines Höhenprofils eignen, sind unter anderem in den Of­ fenlegungsschriften DE 37 32 756 A1, DE 40 40 084 A1, DE 41 16 450 A1, DE 36 16 390 A1, DE 39 42 159 A1, DE 34 33 148 A1 und DE 37 32 756 A1 einschließlich der Auswerteelektronik dargestellt. Diese Anordnungen sind aber im wesentlichen für die Messung des Höhenprofils ausgelegt. Die Materialviel­ falt und die unterschiedlichen Etikettengeometrie lassen mit diesen Verfahren eine Abtastung beliebiger Etiketten und deren Erkennung ohne einen jeweiligen Nachabgleich der Anord­ nung nicht zu.

Aufgabe der Erfindung ist ein Sensorsystem, mit welchem vorzugsweise Etiketten auf einem bewegten Trägermaterial und mit unterschiedlichsten Materialkombinationen und Etikettengeometrien selbst bei hohen Geschwindigkeiten erkannt werden und ohne einen wesentlichen Bedienungs- oder Abgleichaufwand durch ein adaptives Verhalten ein Schaltsignal bereitgestellt wird, welches das Vorhanden­ sein oder Nicht-Vorhandensein eines Etiketts signali­ siert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Sensorsystem nach Anspruch 1 gelöst.

Mit der Erfindung wird für den genannten Aufgabenbereich erreicht, da eine weitgehende automatische Anpassung der elektronischen Signalverarbeitung an die unter­ schiedlichen Materialkombinationen und Etikettengeome­ trien erfolgt, indem eine Anpassung an den äquivalenten Gleichanteil der Etikettenvorlage durch die Abstimmung der Träger-Referenzfrequenz und eine Anpassung des Si­ gnalhubs durch den geregelten Verstärker in Verbindung mit den anderen Baugruppen erfolgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 dargestellt. Die Einführung einer Abtast- und Halteschaltung im Demodulator ermöglicht eine weitere Verbesserung der Adaptionsfähigkeit im Lern- und Ar­ beitsbetrieb des Sensors.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 gezeigt. Es zeigt

Fig. 1 die Struktur des Sensorsystems,

Fig. 2 die Ausgestaltung des Demodulators mit nachführbarer Träger-Referenzfrequenz und zusätzlicher Abtast- und Halteschaltung.

In Fig. 1 ist die Struktur des Sensorsystems mit verein­ fachten Elementen gezeigt. Der kapazitive Sensor (1) bildet ein elektrisches Feld (11) aus, welches das Etikett gemein­ sam mit dem Träger durchdringt. Die dielektrischen Ände­ rungen zwischen der An- und Abwesenheit des Etiketts modulieren die Frequenz des Oszillators (12). Das frequenzmo­ dulierte Signal wird über eine Anschlußleitung (2) zur elektronischen Signalverarbeitung (3) übertragen. Die Eingangsstufe bildet der Demodulator (31) mit einer ver­ änderbaren Träger-Referenzfrequenz. Als Träger-Referenz­ frequenz wird die Frequenz bezeichnet, bei der der Demo­ dulator am Ausgang eine Bezugsspannung oder einen Be­ zugsstrom liefert, der als Referenzwert gilt. Das ist vorzugsweise der Nullpunkt. Der momentane Ausgangssi­ gnalwert des Demodulators ergibt sich dann aus der Dif­ ferenz der momentanen Frequenz des Sensoroszillators zur Träger-Referenzfrequenz. Das Ausgangssignal wird im an­ schließenden spannungsgesteuerten Verstärker (32) auf einen Ziel­ wert der Signalamplitude verstärkt. Ein anschließendes lineares Tiefpaßfilter (33), welches vorteilhaft wenig­ stens 4. Ordnung sein sollte, unterdrückt Reste des Trä­ gers und filtert höherfrequente Störungen aus. Das an­ schließende spannungsgesteuerte Filter (34), welches am einfachsten durch einen Widerstand, einen Kondensator und antiparallel zum Widerstand geschalteten Dioden be­ steht, bedämpft alle Signaländerungen mit kleinen Ampli­ tudenänderungen, läßt aber Signaländerungen mit großen Amplitudenänderungen sehr schnell passieren. Dadurch werden Ungleichmäßigkeiten im Träger und im Etikett, die eine Profiländerung erzeugen, die kleiner als die Eti­ kettenstärke ist, unterdrückt. Die anschließende Signal­ spitzenwertgleichrichtung (35) stellt das Signal zur Verstärkerregelung bereit. Dieses Regelsignal wird durch die Abtast- und Halteschaltung (36) aufbereitet und auf den Regeleingang des geregelten Verstärkers geführt. Die Ausführung kann im einfachsten Fall eine analoge Speicherung sein, sollte aber bei längeren Betriebszeiten zweckmäßigerweise digital mit AD-Wandler, digitalem Speicher, beispielsweise auch eines angeschlossenen Controllers, und DA-Wandler realisiert werden. Die Rückführung wird so gestaltet, daß am Aus­ gang des Filters (34) bei eingeschaltetem Abtastzustand ein Signal mit dem Zielspitzenwert konditioniert wird. Dieses Signal wird anschließend durch ein Trigger (37) mit spannungsgesteuertem Schwellwert in das Schaltsignal "Etikett vorhanden - Etikett nicht vorhanden" umgesetzt, wobei die Steuerung im Ausführungsbeispiel durch eigene Spitzenwertgleichrichter erfolgt.

Das Ausführungsbeispiel nach Anspruch 2 soll anhand der Fig. 2 erläutert werden. Es wird der Demodulator (31) mit den Komponenten des spannungsgesteuerten Oszilla­ tors (311), dem Phasenvergleicher (312) und einer weite­ ren Abtast- und Halteschaltung (313) dargestellt. In der Betriebsart "Abtasten" wird die Regelspannung des VCO im Speicher ständig nachgeführt und steht als dynamische Referenz zur Verfügung. Im Halte-Betrieb wird diese Re­ ferenz festgehalten und kann als Bezug für die quantita­ tive Bewertung des analogen Signals am Demodulatoraus­ gang herangezogen werden.

Der Betrieb des Sensorsystems soll am Bei­ spiel einer Etikettenbandkontrolle erläutert werden. Wird ein Produkt festgelegt, so werden in einer ersten Phase die Abtast- und Halteschaltungen auf "Abtasten" geschaltet. Mit den ersten Bandstücken wird das Sensor­ system "angelernt". Anschließend wird auf "Halten" umge­ schaltet. Nun können die Etiketten auf dem Band erkannt werden. Bei analogen Speichern muß u. U. der Lernvorgang nach bestimmten Zeitintervallen wiederholt werden.

Claims (2)

1. Sensorsystem zur berührungsfreien Abta­ stung von Etiketten, die auf einem Trägermaterial mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und an einem kapazitiven Sensor (1) vorbei bewegt werden, mit den Merkmalen

• - daß die durch die Etiketten verursachten dielektrischen Änderungen in dem messenden elektrischen Feld (11) des kapazitiven Sensors (1) einen Oszillator (12) in der Frequenz modulieren und das frequenzmodulierte Signal über eine Sensoranschlußleitung (2) an eine elektronische Si­ gnalverarbeitung (3) geführt wird,
• - daß die elektronische Signalverarbeitung (3) aus ei­ ner Demodulatorstufe (31) mit nachführbarer Träger- Referenzfrequenz, einem an die Demodulatorstufe (31) anschließenden spannungsgesteuerten Ver­ stärker (32), einem an den Verstärker (32) anschließenden linearen Tiefpaß (33), einem an den Tiefpaß (33) anschließenden spannungsgesteuerten Filter (34), der eine kleine Amplitudenänderung sehr stark bedämpft, große Ampli­ tudenänderungen aber wenig bedämpft und wenig verzögert und durch einen Wider­ stand und einen Kondensator in Tiefpaßschaltung so­ wie antiparallel zum Widerstand geschaltete Dioden aufgebaut ist, einer an den Filter (34) anschließenden Signalspitzenwertgleichrich­ tung (35), einer Abtast- und Halteschaltung (36), die den Signalgleichrichtwert der Spitzenwertgleichrichtung (35) abtastet und in einem Speicher derart speichert, daß entweder der über eine wählbare Zeit gemit­ telte, aktuelle Wert oder ein Wert eines früheren Zeitbe­ reiches zur Steuerung der Verstärkung des spannungs­ gesteuerten Verstärkers (32) benutzbar ist, und ei­ nem an das Filter (34) anschließenden Trigger (37) mit spannungsgesteuerter Schwellwertein­ stellung besteht, der das am Ausgang des span­ nungsgesteuerten Filters (34) bereitstehende analoge Signal in ein binäres, das Vorhandensein eines Etiketts anzeigendes Signal umsetzt und
• - daß durch das Nachführen der Träger-Referenzfrequenz in der Demodulatorstufe (31) und das Umschalten der Abtast- und Halte­ schaltung (36) von einem Arbeitsmodus in einen Lernmodus das Sensorsystem an sehr ver­ schiedenartige Etiketten anpaßbar ist.

2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Demodulator aus

• - einem spannungsgesteuerten Oszillator (311),
• - einem Phasenvergleicher (312), der eine der Phasendiffe­ renz des Oszillators (12) und des spannungsgesteuerten Oszillators (311) proportionale Span­ nung erzeugt und den spannungsgesteuerten Oszillator (311) auf die Sensorfrequenz nachstimmt und
• - einer Abtast- und Halteschaltung (313) besteht, die die Ausgangsspannung des Phasenvergleichers (312) abtastet und auf einem Spei­ cher derart bereitstellt, daß entweder der über eine wählbare Zeit gemittelte aktuelle Wert oder ein Wert eines früheren Zeitbereiches als Referenz bereitsteht.