DE102015010127A1

DE102015010127A1 - Vorrichtung zur Detektion eines in einer Testumgebung angeordneten Objektes

Info

Publication number: DE102015010127A1
Application number: DE102015010127.7A
Authority: DE
Inventors: Marius Clad
Original assignee: Baumer Electric AG
Current assignee: Baumer Electric AG
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: DE102015010127B4

Abstract

Vorrichtung (100) zur Detektion eines in einer Testumgebung (101) angeordneten Objektes (102), mit einer Beleuchtungseinrichtung (103) zum Aussenden eines ersten Lichtstrahles (104) in Richtung der Testumgebung (101); einem Lichtsensor (105) zum Aufnehmen einer ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles (104); einem Prozessor (109), welcher ausgebildet ist, mindestens einen Kalibrierungswert (314) aus der ersten Reflexion abzuleiten; wobei die Beleuchtungseinrichtung (103) ausgebildet ist, einen zweiten Lichtstrahl (104) in Richtung der Testumgebung (101) auszusenden; wobei der Lichtsensor (105) ausgebildet ist, eine zweite Reflexion des zweiten Lichtstrahles (104) aufzunehmen; wobei der Prozessor (109), ausgebildet ist, mindestens einen Vergleichswert aus der zweiten Reflexion abzuleiten; wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, einen Informationswert (305) aus mindestens einem Kalibrierungswert (314) und aus mindestens einem Vergleichswert abzuleiten und das Objekt (102) zu detektieren, falls der Informationswert (305) größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert (311) ist und den Vorgang der Detektion des Objektes (102) zu beenden, falls der Informationswert (305) kleiner als der Referenzschwellwert (313) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Detektion eines Objektes.
Zur Detektion von Objekten, welche in einer Testumgebung, insbesondere auf einem Transportband, angeordnet sind, werden häufig optische Sensoren eingesetzt. Diese Sensoren detektieren Objekte häufig über eine Veränderung einer erfassten Position oder einer erfassten Intensität eines reflektierten Lichtstrahles. Die Detektion von teiltransparenten Objekten oder von Objekte, welche eine unregelmäßige Struktur mit Kavitäten aufweisen, beispielsweise Flaschen, ist mit diesen Sensoren jedoch schwierig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept zur Detektion eines in einer Testumgebung angeordneten Objektes zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche der Beschreibung sowie der Zeichnungen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch das umgebungsspezifische Ableiten von Kalibrierungswerten aus einer ersten Reflexion eines ersten Lichtstrahles und das Ableiten von Vergleichswerten aus einer zweiten Reflexion eines zweiten Lichtstrahles gelöst werden kann, wobei ein Informationswert aus der Summe der Beträge der Differenz der Kalibrierungswerte und der Vergleichswerte des gleichen Signaltyps ist, wobei die Detektion eines Objektes erfolgt, falls der Informationswert größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert ist und der Vorgang der Detektion des Objektes beendet wird, falls der Informationswert kleiner als ein vorgegebener Referenzschwellwert ist.
Im Zusammenhang mit der Anmeldung sind unter dem Begriff Signaltyp die Auswertungsmöglichkeiten für das von einer Testumgebung oder einem Objekt reflektierten Lichts, welches auf den Lichtsensor bzw. die Pixelsensorelemente fällt, zu verstehen, wie beispielsweise die Auswertung der Intensität, der Positionsänderung des Signalmaximalwerts, der Verteilung der Pixel, der Breite der Signalverteilung, der Flächenhalbierende, des Flächenschwerpunkts, des Signalmaximalwerts, etc.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Detektion eines in einer Testumgebung angeordneten Objektes, mit: einer Beleuchtungseinrichtung zum Aussenden eines ersten Lichtstrahles in Richtung der Testumgebung; einem Lichtsensor zum Aufnehmen einer ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles; einem Prozessor, welcher ausgebildet ist, Kalibrierungswerte aus der ersten Reflexion abzuleiten; wobei die Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist, einen zweiten Lichtstrahl in Richtung der Testumgebung auszusenden; wobei der Lichtsensor ausgebildet ist, eine zweite Reflexion des zweiten Lichtstrahles aufzunehmen; wobei der Prozessor ausgebildet ist, Vergleichswerte aus der zweiten Reflexion abzuleiten; und wobei der Prozessor ausgebildet ist, einen Informationswert aus den Vergleichswerten und Kalibrationswerten abzuleiten und das Objekt zu detektieren, falls der Informationswert größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert ist und den Vorgang der Detektion des Objektes zu beenden, falls der Informationswert kleiner als der Referenzschwellwert ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine besonders effiziente Detektion des Objektes in der Testumgebung erfolgen kann. Aufgrund der Unterscheidung zwischen dem Detektionsschwellwert, welcher Ausschlaggebend für die Detektion des Objektes ist, und dem Referenzschwellwert, welcher Ausschlaggebend für das Beenden des Vorganges der Detektion des Objektes ist, kann ein Objekt mit einer hohen Transparenz oder einer ungleichmäßigen Struktur besonders effizient detektiert werden
Die Testumgebung kann eine statische Referenz sein. Die Testumgebung kann aber auch ein Transportsystem, insbesondere ein Förderband sein. Das Förderband kann ein durchgehendes Band oder eine Kette mit Kettengliedern umfassen auf deren Oberfläche die Objekte angeordnet sein können. Das durchgehende Band kann eine Kunststoffbahn oder überlappende Kunststoffflächen umfassen, welche eine flache oder annähernd flache Oberfläche aufweisen. Die Kettenglieder können in einem Abstand zueinander angeordnet sein, so dass jeweils zwischen zwei Kettengliedern eine Lücke entstehen kann. Die Kettenglieder der Kette können aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein. Ferner kann das Förderband Antriebsrollen oder Walzen, zum Antreiben oder Stabilisieren des Bandes oder der Kette, umfassen.
Bei dem Objekt kann es sich um ein transparentes, teiltransparentes oder opakes Objekt handeln. Das Objekt kann aus optisch transparenten Materialien, beispielsweise Glas oder transparentem Plastik, wie PET oder Polycarbonat, gefertigt sein Ferner kann das Objekt eine unregelmäßige Struktur mit einer Anzahl an Kavitäten oder Hohlräumen aufweisen, welche zwischen zwei Objektseiten angeordnet sein können. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um eine Flasche, eine Schale oder eine Schüssel handeln.
Die Vorrichtung kann oberhalb, seitlich oder unterhalb der Testumgebung angeordnet sein. Die Vorrichtung kann stationär sein und das Objekt kann, beispielsweise angeordnet auf der Oberfläche des Förderbandes, an der Vorrichtung vorbeibewegt werden. Ferner kann auch das Objekt stationär sein und die Vorrichtung kann an dem Objekt vorbeibewegt werden.
Der Prozessor kann ein Mikroprozessor sein und kann einen Speicher umfassen. Ferner kann der Prozessor in ein an die Vorrichtung angeschlossenes Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise ein Desktop-Computer oder ein Laptop, integriert sein.
Der Detektionsschwellwert kann größer, als ein Informationswert der Testumgebung ohne Objekte und kleiner, als ein Maximalinformationswert des Objektes sein. Der Detektionsschwellwert kann von einem Benutzer applikationsspezifisch eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Benutzer den Detektionsschwellwert in Abhängigkeit der Testumgebung, insbesondere in Abhängigkeit eines Transportbandtyps oder einer vorliegenden Verschmutzung des Transportbandes, und/oder in Abhängigkeit des zu detektierenden Objektes, insbesondere in Abhängigkeit der Größe, der Struktur und/oder der Transparenz des Objektes, einstellen.
Der Referenzschwellwert kann gleich oder grösser einem Informationswert der Testumgebung ohne Objekte sein. Ferner kann der Referenzschwellwert kleiner als ein Informationswert einer Verschmutzung oder Unregelmässigkeit in der Testumgebung sein. Die Ableitung des Referenzschwellwertes durch den Prozessor kann auf Grundlage von durch den Benutzer einstellbaren Parametern erfolgen. Diese Parameter können von dem Benutzer applikationsspezifisch eingestellt werden und können sich auf Bedingungen der Testumgebung, insbesondere auf den Transportbandtyp oder einer vorliegenden Verschmutzung des Transportbandes, sowie auf das zu detektierenden Objekt, insbesondere die Größe, die Struktur und/oder die Transparenz des Objektes, beziehen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Lichtsensor eine Anzahl von Pixelsensorelementen, wobei jedes Pixelsensorelement einem Bildpixel zugeordnet ist, und wobei der Prozessor ausgebildet ist, für jeden Bildpixel einen Kalibrierungswert aus der ersten Reflexion abzuleiten. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Lichtsensor eine Signalverteilung der ersten Reflexion aufnehmen kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Lichtsensor eine Anzahl von Pixelsensorelementen, wobei jedes Pixelsensorelement einem Bildpixel zugeordnet ist, und wobei der Prozessor ausgebildet ist, für jeden Bildpixel einen Vergleichswert aus der zweiten Reflexion abzuleiten. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Lichtsensor eine Signalverteilung der zweiten Reflexion aufnehmen kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Pixelkalibrierungswerte und die Pixelinformationswerte Stromwerte und/oder Spannungswerte. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beispielsweise eine Signalverteilung der ersten Reflexion und/oder der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor effizient über eine Messung des im Lichtsensor erzeugten Stromes oder der erzeugten Spannung ermittelt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Pixelsensorelemente zu einem Sensorarray, insbesondere einem Dioden-Array, angeordnet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Pixelkalibrierungswerte und die Pixelvergleichswerte effizient aufgenommen werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, die Kalibrierungswerte aus den Pixelkalibrierungswerten der Bildpixel, insbesondere aus der Summe und/oder der Verteilung der Pixelkalibrierungswerte der Bildpixel, abzuleiten. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass der Kalibrierungswert effizient aus dem Signal und/oder der Signalverteilung der ersten Reflexion abgeleitete werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, den Referenzschwellwert und den Detektionsschwellwert aus den Pixelkalibrierungswerten der Bildpixel, insbesondere aus der Summe der Pixelkalibrierungswerte der Bildpixel abzuleiten. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Schaltverhalten unabhängig ist von der Reflektanz der Referenzierten Testumgebung ohne Objekt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, den Informationswert aus der Summe der Beträge der Differenz der Pixelvergleichswerte und der Pixelkalibrierungswerte an jedem Bildpixel zu ermitteln. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass Unterschiede des Gesamtsignals und der Signalverteilung der erster Reflexion und der zweiter Reflexion besonders effizient ermittelt werden können. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise ein Unterschied zwischen der ersten Reflexion und der zweiten Reflexion auch dann detektiert werden, falls sich die zwei Reflexionen sich nur in der Signalverteilung auf dem Lichtsensor nicht aber im Gesamtsignal und/oder im Signalscheitelwert unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, die Pixelvergleichsswerte nur für Bildpixel zu ermitteln, an denen der Pixelkalibrierungswert größer als ein einstellbarer Schwellwert ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine schnelle und effiziente Ermittlung der Pixelinformationswerte erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, Bildpixel, deren Pixelkalibrierungswert kleiner als der Schwellwert ist, wie einen einzigen Bildpixel zu behandeln. Das heißt, dass diese Pixel die Pixelkalibrierungswerte zu nur einem Kalibrierungswert summiert werden und die Pixelvergleichswerte zu nur einem Vergleichswert summiert werden, bevor der Informationswert ermittelt wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Signal zu Rausch Verhältnis verbessert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, die Kalibrierungswerte und/oder den Detektionsschwellwert und/oder den Referenzschwellwert dynamisch zu verändern, um die Vorrichtung an Veränderungen in der Testumgebung anzupassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass nach einer Veränderung der Testumgebung das Objekt weiterhin effizient detektiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, ein Signalrauschen aus der ersten Reflexion abzuleiten, und den Referenzschwellwert und/oder den Detektionsschwellwert an das Signalrauschen anzupassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine fehlerhafte Detektion eines Objektes aufgrund des Signalrauschens effizient vermieden werden kann, ebenso wird sichergestellt, dass der Sensor trotz Signalrauschen immer einen stabilen Ausgangszustand aufweist
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine LED oder einen Laser. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine effiziente Erzeugung des ersten Lichtstrahles und des zweiten Lichtstrahles erfolgen kann. Bei der Verwendung eines Lasers, wird vorteilhafterweise das Specklemuster verwendet, wodurch der Sensor eine sehr hohe Sensitivität erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform erzeugt die Beleuchtungseinrichtung mehrere Strahlengänge. Durch die segmentierte Auswertung der Bildpixel zu mehreren Informationswerten kann für jeden Strahlengang ein eigener Informationswert ermittelt werden. Diese Informationswerte können logisch verknüpft werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Erkennung von Objekten mit Löchern sowie die Ermittlung der Bewegungsgeschwindigkeit von Objekten ermöglicht werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, einen gebündelten Lichtstrahl zu erzeugen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein gerichteter Lichtstrahl in die Testumgebung ausgesendet wird mit dem beispielsweise weit entfernte Objekte effizient detektiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, gefächerten Lichtstrahl zu erzeugen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Lichtstrahl in Form einer Linie in die Testumgebung ausgesendet wird mit dem beispielsweise Objekte mit Löchern besser erkannt werden oder Ungleichmäßigkeiten in der Testumgebung geringere Einflüsse im Informationswert aufweisen.
Die Beleuchtungseinrichtung kann eine erste Linse umfassen, welche im Abstand ihrer Brennweite zu einer Lichtquelle, beispielsweise dem Laser oder der LED der Beleuchtungseinrichtung, angeordnet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Anzeige zum Anzeigen der Detektion des Objektes. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Benutzer effizient über die Detektion des Objektes informiert werden kann.
Bei der Anzeige kann es sich um eine Leuchtanzeige oder ein Display, beispielsweise ein LCD-Display, ein OLED-Display oder ein Foliendisplay, handeln.
Gemäß einer Ausbildungsform ist der Lichtsensor ausgebildet, eine fokussierte Abbildung der Reflexion auf dem Lichtsensor zur erzeugen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine hohe Ortsauflösung und/oder eine geringe Signalverteilung der ersten Reflexion und/oder der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor erreicht werden kann. Somit können geringe Veränderungen des Signalscheitelwertes der ersten Reflexion und/oder der zweiten Reflexion effizient detektiert werden.
Der Lichtsensor kann eine zweite Linse umfassen, welche im Abstand ihrer Brennweite zu dem Sensorarray, beispielsweise dem Dioden-Array, angeordnet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, einen Intensitätswert und/oder einen Abstandswert aus der ersten Reflexion und der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor zu ermitteln, wobei die Kalibrierungswerte und die Vergleichswerte Intensitätswerte und/oder Abstandswerte sind. Der Informationswert wird aus der Summe der Beträge der Differenz der Kalibrierungswerte und der Vergleichswerte gebildet. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Vorrichtung ein Intensitätssensor und/oder ein Abstandssensor sein kann, welcher das Objekt über eine Intensitäts- und/oder Abstandsmessungen detektieren kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Testumgebung eine Oberfläche eines Transportbandes, auf der das Objekt anordenbar ist, wobei die Kalibrierungswerte ein Abstandswert, welcher größer als der Abstand zwischen dem Lichtsensor und der Oberfläche des Transportbandes ist, und wobei der Informationswert in diesem Fall gleich dem Betrag eines Abstandswertes ist, welcher einen Abstand zwischen einer Oberfläche des Objektes und dem Kalibrierungswert angibt, und wobei der Referenzschwellwert kleiner sein kann als ein Informationswert welcher durch die Unregelmäßigkeit oder Verschmutzungen des Transportbandes hervorgerufen wird, und wobei der Detektionsschwellwert kleiner oder gleich einem Informationswert bei Minimalabstand zwischen einer Oberfläche des Objektes und dem Lichtsensor ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Objekt auf einem Transportband effizient mittels einer Abstandsmessung detektiert werden kann. Weiterhin ist eine Detektion auf Basis von Kalibrierungswerten und Vergleichswerten die durch andere oder mehrerer Signaltypen ermittelt wurden möglich, insbesondere durch die Ermittlung der Intensität und/oder der Breite der Signalverteilung und/oder der Signalverteilung und/oder des Signalmaximalwerts der ersten Reflexion und der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Testumgebung eine Oberfläche eines Transportbandes auf der ein mehrfarbiges und teilweise sehr flaches Objekt anordenbar ist, wie beispielsweise eine Blisterverpackung oder eine Beutelverpackung. Bei einer reinen Abstandsmessung würde ein Teil des Objektes erkannt werden und ein anderer sehr flacher Teil nicht als Objekt detektiert werden. Bei einer reinen Intensitätsmessung würde das Objekt nicht erkannt werden, wenn es die gleiche Farbe wie das Transportband aufweist. Somit ist es nötig zu der Abstandsmessung mindestens einen zusätzlichen Signaltyp zu ermitteln, wie beispielsweise die Intensität. Dadurch erfolgt eine gleichzeitige Auswertung des Abstandes und der Intensität des Objekts. Hierfür ist einerseits ein Kalibrierungswert ein Intensitätswert, welcher gleich einem Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Transportbandes ist und der dazugehörige Vergleichswert auch ein Intensitätswert ist, welcher gleich einem Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Objekts ist. Andererseits stellt ein zusätzlicher Kalibrierungswert einen Abstandswert da, welcher gleich einem Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Transportbandes ist und der dazugehörige Vergleichswert auch ein Abstandswert ist, welcher gleich einem Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Objekts ist. Wobei der Informationswert die Summe der Beträge der in diesem Beispiel zwei Differenzen ist. Wobei der Referenzschwellwert kleiner ist als ein Informationswert welcher durch die Reflexion einer Unregelmäßigkeit oder einer Verschmutzungen des Transportbandes hervorgerufen wird und wobei der Detektionsschwellwert kleiner oder gleich einem maximalen Informationswert bei Reflexion an einer Oberfläche des Objektes ist. Aus der Reflexion lässt sich sowohl der Abstandwert als auch die Intensität ermitteln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Testumgebung eine Oberfläche eines Transportbandes, auf der das Objekt anordenbar ist, wobei der Kalibrierungswert ein Intensitätswert ist, welcher gleich einem Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Transportbandes ist, und wobei der Informationswert in diesem Fall gleich dem Betrag des Intensitätsunterschieds der Reflexion an der Oberfläche des Objektes und dem Kalibrierwert ist, und wobei der Referenzschwellwert kleiner sein kann als Informationswerte welcher durch die Unregelmäßigkeit oder Verschmutzungen des Transportbandes hervorgerufen werden, und wobei der Detektionsschwellwert kleiner oder gleich eines maximalen Informationswertes an der Oberfläche des Objektes ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Objekt auf einem Transportband effizient mittels einer Intensitätsmessung detektiert werden kann. Weiterhin ist eine Detektion auf Basis von Kalibrierungswerten und Vergleichswerten die durch andere oder mehrerer Signaltypen ermittelt wurden möglich, insbesondere durch die Ermittlung der Intensität und/oder der Breite der Signalverteilung und/oder der Signalverteilung und/oder des Signalmaximalwerts der ersten Reflexion und der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion von Objekten in einer Testumgebung, mit: Aussenden eines ersten Lichtstrahles in eine Testumgebung; Aufnehmen einer ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles; Ableiten von Kalibrierungswerten aus der ersten Reflexion mit einem Prozessor; Aussenden eines zweiten Lichtstrahles in eine Testumgebung; Aufnehmen einer zweiten Reflexion des zweiten Lichtstrahles; wobei die Vergleichswerte aus der zweiten Reflexion abgeleitet werden und der Informationswert mit einem Prozessor ermittelt wird, und das Objekt detektiert wird, falls der Informationswert größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert und die Detektion des Objektes beendet wird, falls der Informationswert kleiner als der Referenzschwellwert ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine besonders effiziente Detektion des Objektes in der Testumgebung erfolgen kann.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Detektion eines auf einem Transportband angeordneten Objektes, mit: einem Transportband zum Transport von Objekten, welche auf einer Oberfläche des Transportbandes anordenbar sind; und der Vorrichtung zur Detektion eines in einer Testumgebung angeordneten Objektes nach dem ersten Aspekt der Erfindung oder dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei die Vorrichtung angeordnet ist, um Objekte auf der Oberfläche des Transportbandes zu detektieren.
Die Vorrichtung ist gemäß einer Ausführungsform eingerichtet, das Verfahren nach dem zweiten Aspekt auszuführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Detektion eines in einer Testumgebung angeordneten Objektes;
2 ein Diagramm mit zwei von dem Lichtsensor erfassten Signalen;
3a eine schematische Darstellung einer Testumgebung mit einem angeordneten Objekt und einer Vorrichtung zur Detektion des Objektes;
3b ein Diagramm des von der Vorrichtung in 3a aufgenommenen Informationswertes;
3c ein Diagramm des Detektionssignales der Vorrichtung in 3a;
4a eine schematische Darstellung einer Testumgebung mit einem angeordneten Objekt und einer Vorrichtung zur Detektion des Objektes;
4b ein Diagramm des von der Vorrichtung in 4a aufgenommenen Informationswertes;
4c ein Diagramm des Detektionssignales der Vorrichtung in 4a.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zur Detektion eines in einer Testumgebung 101 angeordneten Objektes 102 gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 103, welche einen Lichtstrahl 104 aussendet, einen Lichtsensor 105 mit Pixelsensorelementen 107, einen Prozessor 109, eine erste Linse 111, eine zweite Linse 113 und eine Anzeige 115. Ferner ist in der Testumgebung 101 ein Objekt 102 in einem ersten Abstand zu der Vorrichtung und in einem zweiten Abstand zu der Vorrichtung angeordnet.
Die Vorrichtung 100 zur Detektion des in der Testumgebung 101 angeordneten Objektes 102, umfasst die Beleuchtungseinrichtung 103 zum Aussenden eines ersten Lichtstrahles 104 in Richtung der Testumgebung 101, den Lichtsensor 105 zum Aufnehmen einer ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles 104, und den Prozessor 109, welcher ausgebildet ist, Kalibrierungswerte aus der ersten Reflexion abzuleiten. Ferner ist die Beleuchtungseinrichtung 103 ausgebildet, einen zweiten Lichtstrahl 104 in Richtung der Testumgebung 101 auszusenden, wobei der Lichtsensor 105 ausgebildet ist, eine zweite Reflexion des zweiten Lichtstrahles 104 aufzunehmen, und wobei der Prozessor 109 ausgebildet ist, Vergleichswerte aus der zweiten Reflexion abzuleiten, und wobei der Prozessor 109 ausgebildet ist, einen Informationswert aus den Kalibrierungswerten und den Vergleichswerten abzuleiten und das Objekt 102 zu detektieren, falls der Informationswert größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert ist und den Vorgang der Detektion des Objektes 102 zu beenden, falls der Informationswert kleiner als ein vorgegebener Referenzschwellwert ist.
Bei dem Objekt 102 kann es sich um ein transparentes, teiltransparentes oder opakes Objekt handeln. Das Objekt 102 kann aus optisch transparenten Materialien, beispielsweise Glas oder transparentem Plastik, wie PET oder Polycarbonat, gefertigt sein. Ferner kann das Objekt 102 eine unregelmäßige Struktur mit einer Anzahl an Kavitäten oder Hohlräumen aufweisen, welche zwischen zwei Objektseiten angeordnet sein können. Bei dem Objekt 102 kann es sich beispielsweise um eine Flasche, eine Schale oder eine Schüssel handeln.
Die Vorrichtung 100 kann oberhalb, seitlich oder unterhalb der Testumgebung 101 angeordnet sein. Die Vorrichtung 100 kann stationär sein und das Objekt 102 kann, beispielsweise angeordnet auf der Oberfläche eines Transportbandes, an der Vorrichtung 100 vorbeibewegt werden. Ferner kann auch das Objekt 102 stationär sein und die Vorrichtung 100 kann an dem Objekt 102 vorbeibewegt werden.
Der Prozessor 109 kann ein Mikroprozessor sein und kann einen Speicher umfassen. Ferner kann der Prozessor 109 in ein an die Vorrichtung 100 angeschlossenes Datenverarbeitungsgerät, beispielsweise ein Desktop-Computer oder ein Laptop, integriert sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Testumgebung 101 eine Referenzumgebung bzw. eine Referenzfläche zur Erzeugung der ersten Reflexion und zur Ableitung des Kalibrierungswertes 313 durch den Prozessor 109 umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Lichtsensor 105 die Anzahl von Pixelsensorelementen 107 umfassen, wobei jedem Pixelsensorelement 107 ein Bildpixel zugeordnet sein kann. Die Pixelsensorelemente 107 können zu einem Sensorarray, insbesondere einem Dioden-Array, angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lichtsensor 105 ein Halbleitersensor, beispielsweise ein CCD Sensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Lichtsensor 105 genau ein Pixelsensorelement 107, insbesondere eine Photodiode.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Lichtsensor 105 zur Übermittlung der Aufnahme mit dem Prozessor 109 elektrisch verbunden. Ferner kann der Prozessor 109 ausgebildet sein die Pixelsensorelemente 107 in regelmäßigen Abständen auszulesen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung 103 eine LED oder einen Laser umfassen, welche sichtbares Licht oder Infrarotlicht emittieren. Der Lichtsensor 105 kann zur Detektion des sichtbarem Lichtes oder des Infrarotlichtes ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Beleuchtungseinrichtung 103 einen gebündelten Lichtstrahl 104 erzeugen. Hierfür kann die Beleuchtungseinrichtung 103 eine erste Linse 111 umfassen. Bei der ersten Linse 111 kann es sich um eine bikonvexe Linse handeln, welche im Abstand ihrer Brennweite vor der Beleuchtungseinrichtung 103 angeordnet sein kann. Durch die Bündelung des Lichtstrahles 104 kann die Energiedichte des Lichtstrahles 104 erhöht werden. Ferner kann durch die Bündelung des Lichtstrahles die Reichweite des Lichtstrahles 104 erhöht werden, so dass weiter entfernte Objekte 102 in der Testumgebung 101 effizient detektiert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsform kann der Lichtsensor 105 ausgebildet sein den Lichtstrahl 104 einer eintreffenden Reflexion zu fokussieren, um eine fokussierte Abbildung auf den Pixelsensorelementen 107 zu erzeugen. Hierfür kann der Lichtsensor 105 eine zweite Linse 113 umfassen. Bei der zweiten Linse 113 kann es sich ebenfalls um eine bikonvexe Linse handeln, welche im Abstand ihrer Brennweite vor dem Lichtsensor 105 angeordnet sein kann. Durch die Bündelung des Lichtstrahles 104 kann die Ortsauflösung des Lichtsensors 105 erhöht werden
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung eine Anzeige 115 zum Anzeigen der Detektion des Objektes umfassen. Bei der Anzeige 115 kann es sich um eine Leuchtanzeige oder ein Display, beispielsweise ein LCD-Display, ein OLED-Display oder ein Foliendisplay, handeln. Ferner kann die Anzeige 115 Teil einer an die Vorrichtung angeschlossenen Datenverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise eines Laptops, sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Anzeige 115 ein in dem Lichtsensor 105 aufgenommenes Bild der ersten und/oder der zweiten Reflexion anzeigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung 100 ein Bedienelement umfassen, beispielsweise einen oder mehrere Tastschaltern oder eine Tastatur. Mit dem Bedienelement kann beispielsweise der Detektionsschwellwert eingestellt werden.
2 zeigt ein Diagramm mit zwei von dem Lichtsensor 105 erfassten Signalen. Bei den Signalen handelt es sich um ein erstes Signal 201 und ein zweites Signal 203.
Die x-Achse des Diagrammes kann eine Positionskoordinate 211, beispielsweise eine Position der Pixelsensorelemente 107 auf dem Lichtsensor 105, anzeigen und die y-Achse des Diagrammes kann eine Signalstärke 209 an den entsprechenden Pixelsensorelementen 107 anzeigen.
Das erste Signal 201 kann ein Signal der ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles 104 sein und das zweite Signal 203 kann ein Signal der zweiten Reflexion des zweiten Lichtstrahles 104 sein. Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, den Kalibrierungswert aus dem ersten Signal 201 abzuleiten und/oder den Informationswert aus dem zweiten Signal 203 abzuleiten.
Die Signale 201, 203 in 2 können von den Pixelsensorelementen 107 erfasste Ströme und/oder Spannungen sein, welche zur Auswertung an den Prozessor 109 übermittelt werden können. Der Prozessor kann ausgebildet sein für jeden Bildpixel der Anzahl der Bildpixel aus den erfassten Strömen und/oder Spannungen den Pixelkalibrierungswert und den Pixelvergleichswert des jeweiligen Bildpixels abzuleiten und zu speichern.
Gemäß einer Ausführungsform können die Pixelkalibrierungswerte und/oder die Pixelvergleichswerte eines Bildpixels dem Stromwert und/oder dem Spannungswert des Signals an diesem Bildpixel entsprechen.
In 2 weisen das erste Signal 201 und das zweite Signal 203 die Form einer Gaußkurve auf, wobei das Maximalsignal 207 des ersten Signales 201 eine geringeres Signalstärke 208 aufweist als das Maximalsignal 207 des zweiten Signals 203. Die Signalscheitelwerte 207 der beiden Signale liegen an der gleichen Positionskoordinate 211. Ferner weist das erste Signal 201 eine höhere Signalbreite auf als das zweite Signal 203.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein, den Referenzschwellwert und/oder den Informationswert aus den Pixelkalibrierungswerten der Bildpixel, insbesondere aus der Summe und/oder der Verteilung der Pixelkalibrierungswerte und/oder der Pixelvergleichswerte der Bildpixel, abzuleiten. Diese Auswertung kann auf Basis der Signale erfolgen, auf deren Grundlage die Pixelkalibrierungswerte und/oder die Pixelvergleichswerte abgeleitet wurden, beispielsweise dem ersten Signal 201 und dem zweiten Signal 203 in 2.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein den Informationswert aus Kalibrierungswerten und Vergleichswerten unterschiedlicher Signaltypen i zu ermitteln. Der Prozessor kann beispielsweise ausgebildet sein einen Kalibrierungswert auf Basis der maximalen Signalstärke des ersten Signals 201 und den dazugehörigen Vergleichswert auf Basis der maximalen Signalstärke des zweiten Signals 203 zu ermitteln und/oder auf Basis der Signalscheitelwerte 207 und/oder auf Basis der Signalbreite und/oder auf Basis der Summe von Pixelwerten und/oder auf Basis des Signalschwerpunkts und/oder auf Basis der Signalverteilung und/oder auf Basis des Signalmittelpunkts und/oder auf Basis des Flächenschwerpunkts und/oder auf Basis des Verhältnisses vom Signal benachbarter Pixelsensorelemente 107 auf dem Lichtsensor 105 zu ermitteln. Weiterhin kann der Prozessor ausgebildet sein die Kalibrierungswerte und die Vergleichswerte auf Basis der Signalverteilung auf dem Lichtsensor 105 zu ermitteln. Der Prozessor kann ausgebildet sein den Informationswert S aus der Summe der Beträge der Differenz der Vergleichswerte I_Vergleich[i] und der Kalibrierungswerte I_kalibrierung[i] über alle durch den Prozessor 109 ermittelten Signaltypen i zu ermitteln.
wobei n die Anzahl der durch den Prozessor ermittelten Signaltypen ist und k(i) ein Gewichtungsfaktor für eine Applikationsspezifische Optimierung ist. Aufgrund des Gewichtungsfaktors kann das Störsignal der Testumgebung ohne Objekt minimiert werden und/oder der Informationswert S für das zu detektierende Objekt maximiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein den Informationswert aus der Summe der Beträge der Differenz der Pixelvergleichswerte und der Pixelkalibrierungswerte an jedem Bildpixel zu ermitteln. Entsprechend die Pixelinformationswerte der Bildpixel i einem Stromsignal oder Spannungssignal I_Vergleich[i] und entsprechend die Pixelkalibrierungswerte der Bildpixel i einem weiteren Stromsignal I_kalibrierung[i], so kann der Informationswert S von dem Prozessor 109 aus der Summe der Beträge der Differenz von I_Vergleich[i] und I_kalibrierung[i] über alle Bildpixel i des Lichtsensors 105 berechnen, gemäß:
wobei n die Anzahl der Bildpixel, bzw. der Pixelsensorelemente 107, des Lichtsensors 105 ist und k(i) ein Gewichtungsfaktor für eine Applikationsspezifische Optimierung ist. Aufgrund des Gewichtungsfaktors kann das Störsignal der Testumgebung ohne Objekt minimiert werden und/oder der Informationswert S für das zu detektierende Objekt maximiert werden.
Mit dieser Auswertmethode der Pixelsensorelemente 107 kann ein Unterschied zwischen zwei Signalen effizient ermittelt werden, selbst wenn bei diesen Signale, wie bei dem ersten Signal 203 und dem zweiten Signal 203 in 2, der Signalscheitelwert 207 auf einer identischen Positionskoordinate 211 liegt und das Integral beider Signale 201, 203 identisch ist. Solange sich die Form der beiden Signale 201, 203 unterscheidet kann ein Unterschied 205 zwischen den beiden Signalen 201, 203 mit der obigen Methode effizient ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor ausgebildet sein, den Pixelinformationswert nur für Bildpixel zu ermitteln, an denen der Pixelkalibrierungswert größer als ein einstellbarer Schwellwert ist. Dadurch kann die Ermittlung der Pixelinformationswerte und/oder des Informationswertes beschleunigt werden, da sich die Anzahl der zu ermittelnden Pixelinformationswerte verringert. Der einstellbare Schwellwert kann von einem Benutzer applikationsspezifisch eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor 109 ausgebildet sein Bildpixel, deren Pixelkalibrierungswert kleiner dem Schwellwert sind, wie einen einzigen Bildpixel zu behandeln. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Signal-zu-Rausch Verhältnis eines aufgenommenen Signales optimiert werden kann. Ferner kann der Prozessor ausgebildet sein den Pixelinformationswert der Bildpixel, deren Pixelkalibrierungswert kleiner dem Schwellwert sind, einen konstanten Wert, beispielsweise 0, zuzuweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor 109 ausgebildet sein, einen Intensitätswert aus der ersten Reflexion und/oder der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor zu ermitteln. Der Intensitätswert kann beispielsweise über das Integral des ersten Signals 201, bzw. des zweiten Signals 203, ermittelt werden. Ein Objekt dessen Oberfläche eine hohe Reflektivität aufweist kann beispielsweise eine Reflexion mit hoher Signalstärke 209 erzeugen, welche effizient über ihr Integral erfasst werden kann. Im Gegensatz dazu kann eine Testumgebung 101 eine Oberfläche mit geringer Reflektivität aufweisen welche eine Reflexion mit geringerer Intensität erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor 109 ausgebildet sein, einen Abstandswert aus der ersten Reflexion und/oder der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor 105 zu ermitteln. Der Abstandswert kann beispielsweise über die Pixelkoordinate 211 des Signalscheitelwertes 207 des ersten Signals 201, bzw. des zweiten Signals 203, ermittelt werden.
Das Objekt 102 in 1 ist in zwei Abständen von der Vorrichtung 100 angeordnet. Je nach Abstand des Objektes 102 von der Vorrichtung trifft die Reflexion des Lichtstrahles 104 an einer anderen Stelle auf die Pixelsensorelemente 107 des Lichtsensors 105 und liegt der Signalscheitelwerte 207 der Reflexion auf einem anderen Pixelsensorelement 107.
Folglich kann es sich bei dem Informationswert, dem Kalibrierungswert, dem vorgegebenen Referenzschwellwert, den Vergleichswert und dem vorgegebenen Detektionsschwellwert beispielsweise um Intensitätswerte und/oder Abstandswerte handeln.
3a zeigt eine schematische Darstellung einer Testumgebung 101 mit dem angeordneten Objekt 102 und der Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform.
Die Testumgebung 101 in 3a ist ein Transportsystem, insbesondere ein Transportband 301 bzw. die Oberfläche des Transportbandes 301. Das Transportband 301 umfasst eine Kette mit Kettengliedern 303 auf deren Oberfläche das Objekt 102 angeordnet ist. Das Objekt 102 in 3a ist beispielsweise schalenförmig und umfasst zwei Objektseiten mit einer dazwischenliegenden Kavität.
Die Kettenglieder 303 können in einem Abstand zueinander angeordnet sein, so dass jeweils zwischen zwei Kettengliedern eine Lücke entstehen kann. Die Kettenglieder 303 der Kette können aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein. Ferner kann das Transportband 301 Antriebsrollen oder Walzen, zum Antreiben oder Stabilisieren der Kette, umfassen. Die Vorrichtung 100 kann über dem Transportband 301 angeordnet sein und auf das Transportband 301 ausgerichtet sein.
3b zeigt ein Diagramm des von der Vorrichtung 100 aufgenommenen Informationswertes 305 gemäß der Ausführungsform in 3a.
Die Vorrichtung 100 in 3a kann zur Ermittlung von Abstandswerten ausgebildet sein. Somit kann der Informationswert 305 in 3b ein Abstandswert einer aufgenommenen Reflexion, insbesondere ein Abstand des Objektes 102 vom Kalibrierungswert 314 sein, wobei der Informationswert 307 aus der zweiten Reflexion ermittelt werden kann.
Der Informationswert 305 ist in 3b in ein x-y Diagramm eingezeichnet, dessen x-Achse die Position 309 auf dem Transportband 301 und dessen y-Achse den Informationswert 307 anzeigt. Ferner zeigt das x-y Diagramm in 3b den Referenzschwellwert 313 und den vorgegebenen Detektionsschwellwert 311.
Der Kalibrierungswert 314 kann ebenfalls ein Abstandswert sein, welcher größer als der Abstand zwischen dem Lichtsensor und der Oberfläche des Transportbandes sein kann. Der Kalibrierungswert 314 kann eine Konstante sein, welche aus einem schwankenden Abstandswert der ersten Reflexion ermittelt werden kann. Der Abstandswert der ersten Reflexion kann aufgrund der Lücken zwischen den Kettengliedern 303 schwanken.
Der Detektionsschwellwert kann kleiner oder gleich einem Maximalabstand zwischen einer Oberfläche des Objektes und dem Kalibrierungswert sein.
Der Referenzschwellwert 313 kann kleiner sein als der maximale Informationswert, welcher durch die Unregelmäßigkeit oder Verschmutzung 303 des Transportbandes hervorgerufen wird.
3c zeigt ein Diagramm des Detektionssignales 315 der Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform in 3a und 3b.
Das Objekt kann in 3c über die volle Länge detektiert werden. Das Detektionssignal 315 umfasst dabei das Objekt vollständig. Aufgrund der Lage des Kalibrierungsschwellwerts, dessen Abstandswert zur Vorrichtung 100 in 3b grösser als der Abstandswert eines Kettengliedes zur Vorrichtung 100 ist, umfasst das Detektionssignal 315 in 3c zusätzlich ein Kettenglied 303 des Transportbandes 301.
Das Objekt kann Aufgrund der Trennung zwischen Referenzschwellwert 313 und des Detektionsschwellwertes 311 vollständig detektiert werden. Würde der Referenzschwellwert 313 auf den Abstandswert des Detektionsschwellwertes 311 erhöht werden, so würde das Detektionssignal 315 nur die Bereiche des Objektes erfassen, deren Informationswert 305 größer als der Detektionsschwellwerte 311 sind. Würde hingegen der Detektionsschwellwertes 311 auf den Abstandswert des Referenzschwellwerts 313 verringert werden, so würden auch jedes Kettenglied 303 des Transportbandes als Objekt detektiert werden.
4a zeigt eine schematische Darstellung einer Testumgebung 101 mit einem angeordneten Objekt 102 und einer Vorrichtung 100 zur Detektion des Objektes gemäß einer Ausführungsform.
Die Testumgebung 101 in 4a ist ein Transportsystem, insbesondere ein Transportband 301 bzw. die Oberfläche des Transportbandes 301. Das Transportband 301 umfasst ein durchgehendes Band 401 auf dessen Oberfläche das Objekt 102 angeordnet ist. Das Objekt 102 in 4a ist wie in 3a beispielsweise schalenförmig und umfasst zwei Objektseiten mit einer dazwischenliegenden Kavität.
Das durchgehende Band 401 kann eine Kunststoffbahn oder überlappende Kunststoffflächen umfassen, welche eine flache oder annähernd flache Oberfläche aufweisen. Das Transportband 301 kann Antriebsrollen oder Walzen, zum Antreiben oder stabilisieren des Bandes 401, umfassen. Die Vorrichtung 100 kann über dem Transportband 301 angeordnet sein und auf das Transportband 301 ausgerichtet sein. In 4a umfasst die Testumgebung 101 ferner eine Verschmutzung 403 auf der Oberfläche des Bandes 401.
4b zeigt ein Diagramm des von der Vorrichtung 100 aufgenommenen Informationswertes 305 gemäß der Ausführungsform in 4a.
Die Vorrichtung 100 in 4a kann zur Erfassung von Intensitätswerten ausgebildet sein. Somit kann der Informationswert der Betrag der Differenz von einem Intensitätswert der ersten Reflexion am Förderband 401 zum Intensitätswert der zweiten Reflexion an dem Objekt 102, sein.
Der Informationswert 305 ist in 4b in ein x-y Diagramm eingezeichnet, dessen x-Achse die Position 309 auf dem Transportband 301 und dessen y-Achse einen von der Vorrichtung erfassten Informationswert 307 einer zweiten Reflexion anzeigt. Ferner zeigt das x-y Diagramm in 4a den Referenzschwellwert 313 und den vorgegebener Detektionsschwellwert 311.
Der Kalibrierungswert 313 kann ebenfalls ein Intensitätswert sein, welcher gleich einem Intensitätswert der ersten Reflexion sein kann. Die erste Reflexion kann eine Reflexion an der Oberfläche des Transportbandes 301 und/oder der Verschmutzung 403 auf der Oberfläche des Transportbandes 301 sein. Ferner kann der Kalibrierungswert 313 eine Konstante sein, welche aus einem schwankenden Intensitätswert der ersten Reflexion, beispielsweise einem Signalrauschen der ersten Reflexion, ermittelt werden kann.
Der Detektionsschwellwert 311 kann kleiner oder gleich als ein maximaler Informationswert der Reflexion an der Oberfläche des Objektes sein. Ferner kann der Detektionsschwellwert 311 größer als der Informationswert der Reflexion an dem Transportband 301 und/oder der Verschmutzung 403 sein
Der Referenzschwellwert 313 kann kleiner sein als der maximale Informationswert welcher durch die Unregelmäßigkeit oder Verschmutzung 403 des Transportbandes hervorgerufen wird.
4c zeigt ein Diagramm des Detektionssignales 407 der Vorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform in 4a und 4b.
Das Objekt kann in 4c über die volle Länge detektiert werden. Das Detektionssignal 407 umfasst dabei nur das Objekt und nicht die Testumgebung 101, insbesondere nicht die Verschmutzung 403.
Das Objekt kann Aufgrund der Trennung zwischen dem Referenzschwellwerts 313 und dem Detektionsschwellwertes 311 vollständig detektiert werden. Würde der Referenzschwellwerts 313 auf den Informationswert des Detektionsschwellwertes 311 erhöht werden, so würde das Detektionssignal 407 nur die Bereiche des Objektes erfassen, deren Informationswert größer dem Referenzschwellwerts 313 und dem Detektionsschwellwertes 311 ist. Würde hingegen der Detektionsschwellwert 311 auf den Intensitätswert des Referenzschwellwerts 313 verringert werden, so würde zusätzlich zu dem Objekt auch die Verschmutzung 403 als Objekt detektiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Detektionsschwellwert 311 von einem Benutzer applikationsspezifisch eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Benutzer den Detektionsschwellwert 311 in Abhängigkeit der Testumgebung 101, insbesondere in Abhängigkeit einer Verschmutzung des Transportbandes 301 und/oder in Abhängigkeit des zu detektierenden Objekts 102, insbesondere in Abhängigkeit der Größe, der Struktur und/oder der Transparenz des Objekts 102, einstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor 109 ausgebildet sein, den Referenzschwellwert 313 und/oder den Detektionsschwellwert 311 dynamische zu verändern, um die Vorrichtung an Veränderungen in der Testumgebung 101 anzupassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Prozessor 109 ausgebildet sein, ein Signalrauschen aus der ersten Reflexion abzuleiten, und den Referenzschwellwert 313 und/oder den Detektionsschwellwert 311 an das Signalrauschen anzupassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Unterschied zwischen dem Detektionsschwellwert 311, welcher Ausschlaggebend für die Detektion des Objektes ist, und dem Referenzschwellwerts 313, welcher Ausschlaggebend für das Beenden des Vorganges der Detektion des Objektes ist, eine Hysterese des Detektionsvorganges sein. Aufgrund dieser Hysterese hat der Sensor immer einen eindeutigen Schaltausgang und es können Objekte 102 mit einer hohen Transparenz oder einer ungleichmäßigen Struktur besonders effizient detektiert werden.

Claims

Vorrichtung (100) zur Detektion eines in einer Testumgebung (101) angeordneten Objektes (102), mit: einer Beleuchtungseinrichtung (103) zum Aussenden eines ersten Lichtstrahles (104) in Richtung der Testumgebung (101); einem Lichtsensor (105) zum Aufnehmen einer ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles (104); einem Prozessor (109), welcher ausgebildet ist, mindestens einen Kalibrierungswert (314) aus der ersten Reflexion abzuleiten; wobei die Beleuchtungseinrichtung (103) ausgebildet ist, einen zweiten Lichtstrahl (104) in Richtung der Testumgebung (101) auszusenden; wobei der Lichtsensor (105) ausgebildet ist, eine zweite Reflexion des zweiten Lichtstrahles (104) aufzunehmen; wobei der Prozessor (109), ausgebildet ist, mindestens einen Vergleichswert aus der zweiten Reflexion abzuleiten; wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, einen Informationswert (305) aus mindestens einem Kalibrierungswert (314) und aus mindestens einem Vergleichswert abzuleiten und das Objekt (102) zu detektieren, falls der Informationswert (305) größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert (311) ist und den Vorgang der Detektion des Objektes (102) zu beenden, falls der Informationswert (305) kleiner als der Referenzschwellwert (313) ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Lichtsensor (105) eine Anzahl von Pixelsensorelementen (107) umfasst, wobei jedes Pixelsensorelement (107) einem Bildpixel zugeordnet ist, und wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, für jeden Bildpixel einen Kalibrierungswert aus der ersten Reflexion abzuleiten.
Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lichtsensor (105) eine Anzahl von Pixelsensorelementen (107) umfasst, wobei jedes Pixelsensorelement (107) einem Bildpixel zugeordnet ist, und wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, für jeden Pixel einen Vergleichswert aus der zweiten Reflexion abzuleiten.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist den Informationswert (305) aus der Summe oder dem Produkt der Beträge der Differenz der Pixelinformationswerte und der Pixelkalibrierungswerte an jedem Bildpixel zu ermitteln.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist die Pixelvergleichswerte nur für Bildpixel zu ermitteln, an denen der Pixelkalibrierungswert größer als ein einstellbarer Schwellwert ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, einen Intensitätswert und/oder einen Abstandswert aus der ersten Reflexion und/oder der zweiten Reflexion auf dem Lichtsensor (105) zu ermitteln, und wobei der Informationswert (305) aus der Summe der Beträge der Differenzen der Kalibrierungswerte (313) und Vergleichswerte der jeweils gleichen Signaltypen ermittelt wird.
Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Informationswert einheitslos ist und sich aus der Gewichtung unterschiedlicher Signaltypen zusammensetzt.
Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Testumgebung (101) eine Oberfläche eines Transportbandes (301) ist, auf der das Objekt (102) anordenbar ist, wobei der Referenzschwellwert (313) ein Abstandswert ist, welcher größer als der Abstand zwischen dem Lichtsensor (105) und der Oberfläche des Transportbandes (301) ist, und wobei der Informationswert (305) ein Abstandswert ist, welcher einen Abstand zwischen einer Oberfläche des Objektes (102) und dem Lichtsensor (105) angibt, und wobei der Detektionsschwellwert (311) größer oder gleich einem Minimalabstand zwischen einer Oberfläche des Objektes (102) und dem Lichtsensor (105) ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Testumgebung (101) eine Oberfläche eines Transportbandes (301) ist, auf der das Objekt (102) anordenbar ist, wobei der Referenzschwellwert (313) ein Intensitätswert ist, welche kleiner oder gleich einem Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Transportbandes (301) ist, und wobei der Informationswert (305) ein Intensitätswert der Reflexion an der Oberfläche des Objektes (102) ist, und wobei der Detektionsschwellwert (311) kleiner oder gleich als eine maximale Intensität der Reflexion an der Oberfläche des Objektes (102) ist.
Verfahren zur Detektion von Objekten (102) in einer Testumgebung (101), mit: Aussenden eines ersten Lichtstrahles (104) in eine Testumgebung (101); Aufnehmen einer ersten Reflexion des ersten Lichtstrahles (104); Ableiten eines Referenzschwellwerts (313) aus der ersten Reflexion mit einem Prozessor (109); Aussenden eines zweiten Lichtstrahles (104) in eine Testumgebung (101); Aufnehmen einer zweiten Reflexion des zweiten Lichtstrahles (104); wobei ein Informationswert (305) aus der zweiten Reflexion abgeleitet wird und das Objekt (102) detektiert wird, falls der Informationswert (305) größer als ein vorgegebener Detektionsschwellwert (311) und die Detektion des Objektes (102) beendet wird, falls der Informationswert (305) kleiner als ein Referenzschwellwerts (313) ist.