DE102019135297A1

DE102019135297A1 - Method for operating a sensor and a sensor

Info

Publication number: DE102019135297A1
Application number: DE102019135297.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Scheu; Thomas Knöffel
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors (1), welcher zwei nach unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeitende Sensoreinheiten mit jeweils wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger aufweist, wobei in einem Arbeitsbetrieb Empfangssignale des Empfängers wenigstens einer Sensoreinheit mit einem Schwellwert bewertet und abhängig hiervon bei Objektdetektionen Objektfeststellungssignale generiert werden. In einem Einlernvorgang wird wenigstens eine Schaltschwelle bestimmt und/oder die am besten für Objektdetektionen geeignete Sensoreinheit ermittelt.The invention relates to a method for operating a sensor (1) which has two sensor units working according to different operating principles, each with at least one transmitter and at least one receiver, with received signals from the receiver evaluating at least one sensor unit with a threshold value in an operating mode and depending on this for object detection Object detection signals are generated. In a learning process, at least one switching threshold is determined and / or the sensor unit best suited for object detection is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors sowie einen Sensor.The invention relates to a method for operating a sensor and a sensor.

Derartige Sensoren können insbesondere als binär schaltende Sensoren ausgebildet sein. Ein Beispiel für einen derartigen Sensor ist eine Lichtschranke, das heißt ein nach einem Transmissionsprinzip arbeitender Sensor. Eine derartige Lichtschranke weist typischerweise einen Lichtstrahlen emittierenden Sender und einen Lichstrahlen empfangenden Empfänger auf. Zur Generierung eines binären Objektfeststellungssignals werden die Empfangssignale des Empfängers mit einer Schaltschwelle bewertet.Such sensors can in particular be designed as binary switching sensors. An example of such a sensor is a light barrier, that is to say a sensor that works according to a transmission principle. Such a light barrier typically has a transmitter that emits light beams and a receiver that receives light beams. To generate a binary object detection signal, the received signals of the receiver are evaluated with a switching threshold.

Derartige Lichtschranken können beispielsweise als Etikettensensoren ausgebildet sein. Derartige Etiketten sind in einer Reihenanordnung in Abstand zueinander auf einem Trägermaterial angeordnet. Das Trägermaterial wird durch den vom Sender und Empfänger begrenzten Überwachungsbereich geführt. Für eine Etikettendetektion wird ausgenutzt, dass eine Etikette mit darunterliegendem Trägermaterial die Lichtstrahlen stärker schwächt als das Trägermaterial alleine. Durch eine geeignete Vorgabe der Schaltschwelle können somit die Etiketten vom Trägermaterial unterschieden werden.Such light barriers can be designed as label sensors, for example. Such labels are arranged in a row at a distance from one another on a carrier material. The carrier material is guided through the surveillance area delimited by the transmitter and receiver. For label detection, use is made of the fact that a label with an underlying carrier material weakens the light rays more than the carrier material alone. By appropriately specifying the switching threshold, the labels can be distinguished from the carrier material.

Zur Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit kann neben einer Lichtschranke ein weiterer Sensor, der nach einem anderen Wirkprinzip arbeitet, eingesetzt werden. Dieser Sensor kann beispielsweise als Ultraschallsensor ausgebildet sein. To increase the detection sensitivity, in addition to a light barrier, another sensor that works according to a different operating principle can be used. This sensor can be designed as an ultrasonic sensor, for example.

Die DE 200 18 193 U1 betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle von Bögen in einer bogenverarbeitenden Maschine mit wenigstens einem die Bögen erfassenden Sensor und einer Auswerteeinheit, wobei zur Detektion von Einfachbögen und/oder Mehrfachbögen in der Auswerteeinheit aus den Ausgangssignalen ein Bogenfeststellungssignal abgeleitet wird. Als Sensoren sind wenigstens ein kapazitiver Sensor und wenigstens ein Ultraschallsensor vorgesehen. Das Bogenfeststellungssignal ist aus einer logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der Sensoren abgeleitet, wobei die logische Verknüpfung in Abhängigkeit der während einer Abgleichphase ermittelten Ausgangssignale der Sensoren durch die Auswerteeinheit festgelegt ist.The DE 200 18 193 U1 relates to a device for checking sheets in a sheet processing machine with at least one sensor detecting the sheets and an evaluation unit, a sheet detection signal being derived from the output signals for the detection of single sheets and / or multiple sheets in the evaluation unit. At least one capacitive sensor and at least one ultrasonic sensor are provided as sensors. The sheet detection signal is derived from a logical combination of the output signals of the sensors, the logical combination being determined by the evaluation unit as a function of the output signals of the sensors determined during an adjustment phase.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und einen Sensor der eingangs genannten Art mit erweiterter und verbesserter Funktionalität bereitzustellen.The invention is based on the object of providing a method and a sensor of the type mentioned at the beginning with expanded and improved functionality.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The features of the independent claims are provided to solve this problem. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the dependent claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors, welcher zwei nach unterschiedlichen Wirkprinzipien arbeitende Sensoreinheiten mit jeweils wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger aufweist. In wenigstens einer Sensoreinheit werden in einem Arbeitsbetrieb Empfangssignale des Empfängers mit einem Schwellwert bewertet und abhängig hiervon bei Objektdetektionen Objektfeststellungssignale generiert. In einem Einlernvorgang wird die wenigstens eine Schaltschwelle bestimmt und/oder die am besten für Objektdetektionen geeignete Sensoreinheit ermittelt.The invention relates to a method for operating a sensor which has two sensor units operating according to different operating principles, each with at least one transmitter and at least one receiver. In at least one sensor unit, received signals of the receiver are evaluated with a threshold value in an operating mode and, as a function of this, object detection signals are generated during object detection. In a learning process, the at least one switching threshold is determined and / or the sensor unit best suited for object detection is determined.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Sensor.The invention also relates to a sensor.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Funktionalität und insbesondere die Nachweisempfindlichkeit des Sensors bei den im Arbeitsbetrieb durchzuführenden Objektdetektionen erheblich erhöht.With the method according to the invention, the functionality and in particular the detection sensitivity of the sensor is considerably increased in the case of the object detections to be carried out during operation.

Der Einlernvorgang wird hierzu vorteilhaft bei realen Einsatzbedingungen durchgeführt, indem die im späteren Arbeitsbetrieb zu detektierenden Objekte auch im Einlernvorgang selbst detektiert werden.For this purpose, the learning process is advantageously carried out under real operating conditions, in that the objects to be detected in later work operation are also detected in the learning process itself.

Durch das selbsttätige Einlernen von Schaltschwellen für einen oder vorzugsweise beide Sensoreinheiten erfolgt eine optimale Anpassung der Schaltschwellen an die zu detektierenden Objekte.The automatic learning of switching thresholds for one or preferably both sensor units means that the switching thresholds are optimally adapted to the objects to be detected.

Alternativ oder zusätzlich wird im Einlernvorgang auch bestimmt, welche der Sensoreinheiten am besten für die Objektdetektionen geeignet ist. Damit ist nicht nur eine Beurteilung der Fehlersicherheit der mit den beiden Sensoreinheiten im Arbeitsbetrieb durchzuführenden Objektdetektionen möglich. Vielmehr kann auch der Arbeitsbetrieb des Sensors daraufhin optimiert werden, beispielsweise derart, dass die mit der besser geeigneten Sensoreinheit ermittelten Messwerte vorrangig oder sogar allein zur Generierung von Objektfeststellungssignalen herangezogen werden.As an alternative or in addition, it is also determined in the learning process which of the sensor units is best suited for object detection. This not only makes it possible to assess the fail-safe nature of the object detections to be carried out with the two sensor units during operation. Rather, the operating mode of the sensor can also be optimized thereupon, for example in such a way that the measured values determined with the more suitable sensor unit are used primarily or even solely for generating object detection signals.

Generell ist das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend anwendbar, wenn der Sensor mehr als zwei Sensoreinheiten aufweist.In general, the method according to the invention can be used accordingly if the sensor has more than two sensor units.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Sensor eine optische Sensoreinheit und eine Ultraschall-Sensoreinheit auf.According to an advantageous embodiment, the sensor has an optical sensor unit and an ultrasonic sensor unit.

Die Ultraschall-Sensoreinheit bildet eine gute Ergänzung zu der optischen Sensoreinheit, da die vom Sender der Ultraschall-Sensoreinheit emittierten Ultraschallwellen eine Objektdetektion weitgehend unabhängig von unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften von Objekten wie zum Beispiel Bedruckungen ermöglichen.The ultrasonic sensor unit forms a good complement to the optical sensor unit, since the ultrasonic waves emitted by the transmitter of the ultrasonic sensor unit make an object detection largely independent of different ones Enable surface properties of objects such as printing.

Prinzipiell können die Messungen mit der optischen Sensoreinheit beziehungsweise Ultraschall-Sensoreinheit nach dem Reflexionsprinzip erfolgen. Besonders vorteilhaft arbeiten die optische Sensoreinheit und die Ultraschall-Sensoreinheit nach einem Transmissionsprinzip.In principle, the measurements with the optical sensor unit or ultrasonic sensor unit can be carried out according to the reflection principle. The optical sensor unit and the ultrasonic sensor unit work particularly advantageously according to a transmission principle.

Bei diesem Transmissionsprinzip wird erfasst, welcher Anteil von Ultraschallwellen beziehungsweise Lichtstrahlen der optischen Sensoreinheit ein zu detektierendes Objekt durchdringt.With this transmission principle, it is recorded which portion of ultrasonic waves or light rays of the optical sensor unit penetrates an object to be detected.

Ein besonders vorteilhafter Anwendungsbereich besteht darin, dass der erfindungsgemäße Sensor zur Etikettenerkennung eingesetzt wird. Die zu erfassenden Etiketten sind in Abstand zueinander auf einem Trägermaterial angeordnet. Je nachdem ob die Ultraschallwellen der Ultraschall-Sensoreinheit oder die Lichtstrahlen der optischen Sensoreinheit auf das Trägermaterial alleine treffen oder auf eine Etikette mit darunterliegendem Trägermaterial, werden die Ultraschallwellen beziehungsweise Lichtstrahlen unterschiedlich stark geschwächt. Durch die erfindungsgemäße Schwellwertbewertung der Empfangssignale der Ultraschall-Sensoreinheit und optischen Sensoreinheit können die Etiketten sicher von dem Trägermaterial unterschieden werden.A particularly advantageous area of application is that the sensor according to the invention is used for label recognition. The labels to be detected are arranged at a distance from one another on a carrier material. Depending on whether the ultrasonic waves from the ultrasonic sensor unit or the light rays from the optical sensor unit hit the carrier material alone or a label with the carrier material underneath, the ultrasonic waves or light rays are attenuated to different degrees. The inventive threshold value evaluation of the received signals of the ultrasonic sensor unit and optical sensor unit allows the labels to be reliably distinguished from the carrier material.

Vorteilhaft werden die Sensorsignale der Sensoreinheiten in einer gemeinsamen Auswerteeinheit ausgewertet.The sensor signals of the sensor units are advantageously evaluated in a common evaluation unit.

Die Sensoreinheiten bilden somit eine Funktionseinheit des Sensors.The sensor units thus form a functional unit of the sensor.

Weiterhin vorteilhaft sind die Sensoreinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse integriert.The sensor units are also advantageously integrated in a common housing.

Die Sensoreinheiten bilden somit eine im Gehäuse integrierte Baueinheit des Sensors.The sensor units thus form a structural unit of the sensor that is integrated in the housing.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Einlernvorgang mittels eines ersten Regelwerks abhängig von Objektdetektionen eine Einstellung von Sendeleistungen der Sender und/oder von Vorverstärkungen der Empfangssignale der Empfänger bei der Sensoreinheit durchgeführt.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, a setting of transmission powers of the transmitters and / or of preamplifications of the received signals of the receivers in the sensor unit is carried out in the learning process by means of a first set of rules depending on object detections.

Da im Einlernvorgang die später im Arbeitsbetrieb zu erfassenden Objekte vermessen werden kann durch die Einstellung der Sendeleistungen beziehungsweise Vorverstärkungen die Empfindlichkeit des Sensors, das heißt die Empfindlichkeiten der Sensoreinheiten, exakt an die jeweilige Applikation angepasst werden.Since the objects to be detected later in work operation are measured in the learning process, the sensitivity of the sensor, i.e. the sensitivities of the sensor units, can be precisely adapted to the respective application by setting the transmission power or pre-amplification.

Vorteilhaft werden in dem Einlernvorgang mittels eines zweiten Regelwerks für die Empfangssignale der Empfänger beider Sensoreinheiten Signalamplitudenhistogramme ermittelt und abhängig von den Signalamplitudenhistogrammen Schwellwerte definiert oder Fehlermeldungen generiert.In the learning process, signal amplitude histograms are advantageously determined by means of a second set of rules for the received signals of the receivers of both sensor units and, depending on the signal amplitude histograms, threshold values are defined or error messages are generated.

Bei der Erfassung der im Arbeitsbetrieb zu erfassenden Objekte ergeben sich charakteristische Verläufe der Signalamplitudenhistogramme für jede Sensoreinheit, insbesondere die optische Sensoreinheit und Ultraschall-Sensoreinheit. Ist zum Beispiel der Sensor als Etikettensensor ausgebildet, so ergibt sich für die Signalamplitudenhistogramme eine charakteristische Folge von Maxima, wobei wenigstens ein Teil der Maxima durch die Lücken zwischen den Etiketten auf dem Trägermaterial bewirkt ist.When the objects to be detected during work are detected, characteristic curves of the signal amplitude histograms result for each sensor unit, in particular the optical sensor unit and the ultrasonic sensor unit. If, for example, the sensor is designed as a label sensor, a characteristic sequence of maxima results for the signal amplitude histograms, at least some of the maxima being caused by the gaps between the labels on the carrier material.

Im Sensor erfolgt eine selbsttätige Analyse der Signalamplitudenhistogramme und abhängig hiervon eine optimierte Festlegung eines Schwellwerts, vorzugsweise für jede Sensoreinheit, sofern der Verlauf der Signalamplitudenhistogramme eindeutig genug ist. Erlaubt der Verlauf der Signalamplitudenhistogramme einer Sensoreinheit keine eindeutige Festlegung eines Schwellwerts, wird im Sensor kein Schwellwert für diese Sensoreinheit vorgegeben. Anstelle dessen wird eine Fehlermeldung generiert. Diese signalisiert, dass diese Sensoreinheit nicht für eine zuverlässige Objektdetektion geeignet ist. Dann kann im Einlernvorgang festgelegt werden, dass diese Sensoreinheit nicht zur Objektdetektion im Arbeitsbetrieb herangezogen wird.An automatic analysis of the signal amplitude histograms takes place in the sensor and, depending on this, an optimized definition of a threshold value, preferably for each sensor unit, provided that the course of the signal amplitude histograms is clear enough. If the course of the signal amplitude histograms of a sensor unit does not allow a clear definition of a threshold value, no threshold value is specified in the sensor for this sensor unit. Instead, an error message is generated. This signals that this sensor unit is not suitable for reliable object detection. It can then be specified in the teach-in process that this sensor unit is not used for object detection during work.

Auf diese Weise wird die Detektionssicherheit und damit die Zuverlässigkeit des Sensors bei durchzuführenden Objektdetektionen erheblich erhöht. Dies beruht einerseits darauf, dass im Einlernvorgang die Schwellwerte anhand der Analyse der Signalamplitudenhistogramme optimal an die jeweilige Applikation angepasst sind. Andererseits wird die Zuverlässigkeit des Sensors dadurch erhöht, dass dann, wenn das Signalamplitudenhistogramm für eine Sensoreinheit keine eindeutige Definition eines Schwellwertes erlaubt, eine Fehlermeldung generiert wird und diese Sensoreinheit im Arbeitsbetrieb nicht zur Objektdetektion herangezogen wird, wodurch eine Generierung fehlerhafter Objektfeststellungssignale vermieden wird.In this way, the detection reliability and thus the reliability of the sensor is considerably increased when object detections are to be carried out. This is based, on the one hand, on the fact that the threshold values are optimally adapted to the respective application in the learning process on the basis of the analysis of the signal amplitude histograms. On the other hand, the reliability of the sensor is increased by the fact that if the signal amplitude histogram does not allow a clear definition of a threshold value for a sensor unit, an error message is generated and this sensor unit is not used for object detection during operation, thereby avoiding the generation of faulty object detection signals.

Vorteilhaft wird in dem Einlernvorgang mittels eines dritten Regelwerks abhängig von eingestellten Sendeleistungen und/oder Vorverstärkungen von Empfangssignalen der Sensoreinheiten und/oder abhängig von ermittelten Funktionsreserven der Sensoreinheiten die am besten geeignete Sensoreinheit ermittelt.The most suitable sensor unit is advantageously determined in the learning process by means of a third set of rules depending on set transmission powers and / or pre-amplifications of received signals from the sensor units and / or depending on the determined functional reserves of the sensor units.

Dies stellt eine weitere Erhöhung der Funktionalität des Sensors dar, da die Auswahl der am besten geeigneten Sensoreinheit abhängig von mehreren Kriterien getroffen werden kann.This represents a further increase in the functionality of the sensor, since the selection of the am best suitable sensor unit can be made depending on several criteria.

Dabei wird die Funktionsreserve insbesondere durch den Abstand der Amplituden unterschiedlicher Maxima im Signalamplitudenhistogramm definiert, wobei die Funktionsreserve und damit auch die Detektionssicherheit umso größer ist, je größer dieser Abstand ist.The function reserve is defined in particular by the distance between the amplitudes of different maxima in the signal amplitude histogram, the function reserve and thus also the detection reliability being greater, the greater this distance is.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Einlernvorgang durch Eingabe eines Startsignals gestartet und abhängig von im Einlernvorgang ermittelten Signalen wenigstens einer Sensoreinheit automatisch beendet.According to an advantageous embodiment, the learning process is started by entering a start signal and is automatically terminated depending on signals determined in the learning process of at least one sensor unit.

Ein Benutzer kann das Startsignal mittels einer Taste oder einer geeigneten Schnittstelle wie zum Beispiel IO-Link in den Sensor eingeben und so den Einlernvorgang starten. Das Beenden des Einlernvorgangs erfolgt selbsttätig im Sensor und zwar derart, dass während des Einlernvorgangs die Messwerte, die bei Objektdetektionen erhalten werden, fortlaufend analysiert werden. Abhängig davon wird der Einlernvorgang beendet, wenn anhand der Messwerte, insbesondere der Signalamplitudenhistogramme, die Festlegung der Schwellwerte durchgeführt wurde oder festgestellt wurde, dass keine Definition von Schwellwerten möglich ist.A user can enter the start signal into the sensor using a button or a suitable interface such as IO-Link and thus start the teach-in process. The end of the teach-in process takes place automatically in the sensor in such a way that during the teach-in process the measured values that are obtained during object detection are continuously analyzed. Depending on this, the teach-in process is ended when the threshold values have been established on the basis of the measured values, in particular the signal amplitude histograms, or it has been determined that no definition of threshold values is possible.

Gemäß einer vorteilhaften Variante wird abhängig von der Eingabe von Steuersignalen bestimmt ob eine Schaltschwellenbestimmung für beide Sensoreinheiten oder nur eine Sensoreinheit erfolgt.According to an advantageous variant, depending on the input of control signals, it is determined whether a switching threshold is determined for both sensor units or only one sensor unit.

Ein Benutzer kann somit entscheiden, ob im Einlernvorgang Kenngrößen für nur eine Sensoreinheit oder beide Sensoreinheiten eingelernt werden.A user can thus decide whether parameters are to be taught in for only one sensor unit or for both sensor units in the teaching process.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinheit, die im Einlernvorgang als für die Objektdetektion am besten geeignet ermittelt wurde, an einer Anzeigeeinheit anzeigbar.According to an advantageous embodiment of the invention, the sensor unit that was determined to be best suited for object detection in the learning process can be displayed on a display unit.

Einem Benutzer wird somit die am besten geeignete Sensoreinheit zu Informationszwecken angezeigt.The most suitable sensor unit is thus displayed to a user for information purposes.

Diese Information ist dadurch nutzbar, dass ein Benutzer durch Eingabe eines Steuersignals die zur Objektdetektion während des Arbeitsbetriebs zu verwendende Sensoreinheit auswählen kann und/oder im Einlernvorgang bestimmte Einstellungen ändern kann.This information can be used in that a user can select the sensor unit to be used for object detection during work operation by inputting a control signal and / or can change certain settings in the learning process.

So sieht der Benutzer an der Anzeigeeinheit, dass im Einlernvorgang eine bestimmte Sensoreinheit als am besten geeignet beurteilt wurde. Jedoch kann er dennoch die andere Sensoreinheit für die Objektdetektion auswählen, wenn er dies für zweckmäßig hält.In this way, the user sees on the display unit that a certain sensor unit was judged to be the most suitable in the teaching process. However, he can still select the other sensor unit for object detection if he considers this to be expedient.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird die Sensoreinheit, die im Einlernvorgang für die Objektdetektion als am besten geeignet ermittelt wurde, im Arbeitsbetrieb selbsttätig zur Durchführung der Objektdetektionen herangezogen.According to an alternative embodiment, the sensor unit, which was determined to be most suitable for object detection in the learning process, is automatically used during operation to carry out the object detection.

Besonders vorteilhaft sind im Arbeitsbetrieb beide Sensoreinheiten aktiviert.Both sensor units are particularly advantageously activated during operation.

Diese Arbeitsweise ist dann zwingend erforderlich, wenn im Arbeitsbetrieb beide Sensoreinheiten zur Generierung von Objektfeststellungssignalen herangezogen werden.This mode of operation is absolutely necessary if both sensor units are used to generate object detection signals during operation.

Weiterhin ist es dann möglich, dass im Arbeitsbetrieb geprüft wird, ob die Sensoreinheiten fehlerfrei arbeiten, und dass dann wenn eine Sensoreinheit fehlerbehaftet ist, nur die andere, fehlerfrei arbeitende Sensoreinheit zur Generierung von Objektfeststellungssignalen herangezogen wird.Furthermore, it is then possible to check during operation whether the sensor units are working correctly, and if one sensor unit is defective, only the other, error-free sensor unit is used to generate object detection signals.

Der Wechsel von einer Sensoreinheit zur anderen Sensoreinheit ist dann ohne Einschaltvorgänge der Sensoreinheiten möglich, die zu unerwünschter Temperatureinschwingvorgängen führen würden, die die Messergebnisse des Sensors verfälschen könnten.The change from one sensor unit to the other sensor unit is then possible without switching on the sensor units, which would lead to undesired temperature settling processes that could falsify the measurement results of the sensor.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert:

1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors.
2: Draufsicht auf ein Trägermaterial mit darauf aufgeklebten Etiketten.
3: Erstes Beispiel von Sensorsignalen der Sensoreinheit des Sensors gemäß 1 in einem Einlernvorgang.
4: Zweites Beispiel von Sensorsignalen der Sensoreinheit des Sensors gemäß 1 in einem Einlernvorgang.
5: Erstes Beispiel eines Signalamplitudenhistogramms für den Sensor gemäß 1.
6: Zweites Beispiel eines Signalamplitudenhistogramms für den Sensor gemäß 1.

The invention is explained below with reference to the drawings:

1 : Schematic representation of an embodiment of the sensor according to the invention.
2 : Top view of a carrier material with labels stuck on it.
3 : First example of sensor signals from the sensor unit of the sensor according to 1 in a teach-in process.
4th : Second example of sensor signals of the sensor unit of the sensor according to 1 in a teach-in process.
5 : First example of a signal amplitude histogram for the sensor according to 1 .
6th : Second example of a signal amplitude histogram for the sensor according to 1 .

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 1. Die Komponenten des Sensors 1 sind in einem gabelförmigen Gehäuse 2 integriert, wobei 1 die beiden parallel und in Abstand zueinander verlaufenden Gabeln 2a, 2b des Gehäuses 2 zeigt. 1 shows schematically an embodiment of the sensor according to the invention 1 . The components of the sensor 1 are in a fork-shaped housing 2 integrated, where 1 the two forks running parallel and at a distance from one another 2a , 2 B of the housing 2 shows.

Der Sensor 1 weist als erste Sensoreinheit eine optische Sensoreinheit mit einem Sender in Form eines Lichtstrahlen 3 emittierenden Lichtsenders 4 in der oberen Gabel 2a und einem Empfänger in Form eines Lichtstrahlen empfangenden Lichtempfängers 5 in der unteren Gabel 2b auf.The sensor 1 has as the first sensor unit an optical sensor unit with a transmitter in the form of a light beam 3 emitting light transmitter 4th in the upper fork 2a and a receiver in the form of a light receiver receiving light rays 5 in the lower fork 2 B on.

Der Sensor 1 weist weiterhin als zweite Sensoreinheit eine Ultraschall-Sensoreinheit mit einem Sender in Form eines Ultraschallwellen 6 emittierenden Ultraschallsenders 7 in der unteren Gabel 2b und einen Empfänger in Form eines Ultraschallwellen 6 empfangenden Ultraschallempfängers 8 in der oberen Gabel 2a auf.The sensor 1 furthermore has, as a second sensor unit, an ultrasonic sensor unit with a transmitter in the form of an ultrasonic wave 6th emitting ultrasonic transmitter 7th in the lower fork 2 B and a receiver in the form of an ultrasonic wave 6th receiving ultrasound receiver 8th in the upper fork 2a on.

Die Komponenten der optischen Sensoreinheit und Ultraschall-Sensoreinheit sind an eine Auswerteeinheit 9 angeschlossen, die von einem Microcontroller oder dergleichen gebildet sein kann. Die Auswerteeinheit 9 dient zur Steuerung der Sensoreinheit. Weiterhin erfolgt in der Auswerteeinheit 9 eine Auswertung der Empfangssignale der Empfänger zur Generierung von Objektfeststellungssignalen während eines Arbeitsbetriebs des Sensors 1.The components of the optical sensor unit and the ultrasonic sensor unit are connected to an evaluation unit 9 connected, which can be formed by a microcontroller or the like. The evaluation unit 9 is used to control the sensor unit. Furthermore takes place in the evaluation unit 9 an evaluation of the received signals of the receiver to generate object detection signals during operation of the sensor 1 .

Der Sensor 1 umfasst weiterhin eine Taste 10 als mechanisch betätigbares Bedienelement 11 eine Schnittstelle wie zum Beispiel IO-Link und eine Anzeigeeinheit 12 wie zum Beispiel eine Anordnung von Leuchtdioden oder ein Display.The sensor 1 further includes a button 10 as a mechanically operated control element 11 an interface such as IO-Link and a display unit 12th such as an arrangement of light emitting diodes or a display.

Der Sensor 1 ist im vorliegenden Fall als Etikettensensor ausgebildet, das heißt er dient zur Erfassung von Etiketten 13 auf einem bandförmigen Trägermaterial 14 wie in 2 dargestellt. Wie 2 zeigt, sind die Etiketten 13 in Abstand hintereinander auf das Trägermaterial 14 aufgeklebt, das heißt zwischen benachbarten Etiketten 13 sind Lücken vorhanden, wobei die Lücken allein vom Trägermaterial 14 gebildet sind.The sensor 1 is designed in the present case as a label sensor, that is, it is used to detect labels 13th on a tape-shaped carrier material 14th as in 2 shown. How 2 shows are the labels 13th at a distance one behind the other on the carrier material 14th glued on, that is, between adjacent labels 13th there are gaps, the gaps solely from the substrate 14th are formed.

Im Arbeitsbetrieb wird das Trägermaterial 14 mit den Etiketten 13 mittels einer Fördereinheit vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit durch den Überwachungsbereich zwischen den Gabeln 2a, 2b bewegt.The carrier material is in operation 14th with the labels 13th by means of a conveyor unit, preferably at constant speed, through the monitoring area between the forks 2a , 2 B emotional.

Dabei werden mit beiden Sensoreinheiten in Transmissionsmessungen die Etiketten 13 auf dem Trägermaterial 14 dadurch erfasst, dass diese zusammen mit dem Trägermaterial 14 die Lichtstrahlen 3 beziehungsweise Ultraschallwellen 6 stärker abschwächen als das Trägermaterial 14 alleine.The labels are measured with both sensor units in transmission measurements 13th on the carrier material 14th captured by the fact that this together with the carrier material 14th the rays of light 3 or ultrasonic waves 6th weaken more than the carrier material 14th alone.

Die Empfangssignale der Empfänger beider Sensoreinheiten werden jeweils mit einem Schwellwert bewertet, wodurch ein binäres Objektfeststellungssignal generiert wird, das angibt ob ein Etikett 13 vorhanden ist oder nicht.The received signals of the receivers of both sensor units are each evaluated with a threshold value, whereby a binary object detection signal is generated, which indicates whether a label 13th is present or not.

Erfindungsgemäß wird vor dem Arbeitsbetrieb ein Einlernvorgang durchgeführt, in welchem die Schwellwerte festgelegt werden. Zudem wird ermittelt, welche der Sensoreinheiten besser für die Etikettendetektion im Arbeitsbetrieb geeignet ist. Hierzu wird während des Einlernvorgangs das Trägermaterial 14 mit den Etiketten 13 manuell oder mit der Fördereinheit durch den Überwachungsbereich gefördert und mit den Sensoreinheiten erfasst.According to the invention, a learning process in which the threshold values are established is carried out before the working operation. In addition, it is determined which of the sensor units is better suited for label detection during work. For this purpose, the carrier material is used during the teach-in process 14th with the labels 13th conveyed manually or with the conveyor unit through the monitoring area and detected with the sensor units.

Der Einlernvorgang wird von einem Benutzer durch Betätigen der Taste 10 oder Eingabe eines Startsignals gestartet. Das Beenden des Einlernvorgangs erfolgt in der Auswerteeinheit 9 selbsttätig in Abhängigkeit der während des Einlernvorgangs ermittelten Messergebnisse.The learning process is started by a user by pressing the button 10 or input of a start signal started. The learning process is ended in the evaluation unit 9 automatically depending on the measurement results determined during the teach-in process.

Prinzipiell kann der Benutzer vorgeben, dass nur Kenngrößen einer Sensoreinheit im Einlernvorgang eingelernt werden. Vorteilhaft werden Kenngrößen beider Sensoreinheiten eingelernt. Von diesem Fall wird im Folgenden ausgegangen.In principle, the user can specify that only parameters of one sensor unit are taught in in the teaching process. Characteristic variables of both sensor units are advantageously taught in. This is the case in the following.

Die 3 und 4 zeigen typische zeitliche Signalverläufe, die während eines Einlernvorgangs schalten. Dabei sind mit A die Empfangssignale der optischen Sensoreinheit und mit B die Empfangssignale der Ultraschall-Sensoreinheit bezeichnet.The 3 and 4th show typical signal curves over time that switch during a teach-in process. Are with A. the received signals of the optical sensor unit and with B. denotes the received signals of the ultrasonic sensor unit.

Die lokalen Maxima der Empfangssignale stammen entweder von den Lücken zwischen zwei Etiketten 13 oder von Störeinflüssen, im Fall der optischen Sensoreinheit beispielsweise von Bedruckungen der Etiketten 13 oder im Fall der Ultraschall-Sensoreinheit von Beeinflussungen der Ultraschallwellen 6 durch die Klebstoffschicht zwischen den Etiketten 13 und dem Trägermaterial 14 oder anderen Materialinhomogenitäten.The local maxima of the received signals come either from the gaps between two labels 13th or from interfering influences, in the case of the optical sensor unit, for example, from printing on the labels 13th or in the case of the ultrasonic sensor unit, from influences on the ultrasonic waves 6th through the adhesive layer between the labels 13th and the carrier material 14th or other material inhomogeneities.

Bei dem in 3 dargestellten Fall werden mit der optischen Sensoreinheit und der Ultraschall-Sensoreinheit dieselben Maxima erhalten, was im Idealfall dadurch bewirkt ist, dass mit beiden Sensoreinheiten störungsfrei alle Lücken zwischen den Etiketten 13 erkannt werden.The in 3 In the illustrated case, the same maxima are obtained with the optical sensor unit and the ultrasonic sensor unit, which in the ideal case is brought about by the fact that with both sensor units all gaps between the labels are free of interference 13th be recognized.

Bei dem in 4 dargestellten Fall sind im Empfangssignal der Ultraschall-Sensoreinheit mehr Maxima vorhanden als im Empfangssignal der optischen Sensoreinheit. Dies kann dadurch bewirkt sein, dass im Empfangssignal der Ultraschall-Sensoreinheit Störanteile vorhanden sind, oder dass mit der optischen Sensoreinheit nicht alle Lücken erkannt werden.The in 4th In the illustrated case, there are more maxima in the received signal of the ultrasonic sensor unit than in the received signal of the optical sensor unit. This can be caused by the fact that interference components are present in the received signal of the ultrasonic sensor unit, or that not all gaps are detected with the optical sensor unit.

Der Einlernvorgang wird vorzugsweise im Sensor 1 selbsttätig beendet, wenn eine ausreichende Anzahl von Lücken entsprechender Maxima in den Empfangssignalen der optischen Sensoreinheit und/oder der Ultraschall-Sensoreinheit erkannt werden. Alternativ kann der Einlernvorgang durch den Benutzer beendet werden.The learning process is preferably carried out in the sensor 1 ends automatically when a sufficient number of gaps of corresponding maxima are detected in the received signals of the optical sensor unit and / or the ultrasonic sensor unit. Alternatively, the user can terminate the teach-in process.

In einem ersten Schritt wird in dem Einlernvorgang mittels eines ersten Regelwerks abhängig von Objektdetektionen eine Einstellung von Sendeleistungen der Sender und/oder von Vorverstärkungen der Empfangssignale der Empfänger bei der Sensoreinheit durchgeführt.In a first step, a setting of transmission powers of the transmitters and / or of pre-amplifications of the received signals of the receivers in the sensor unit is carried out in the learning process by means of a first set of rules depending on object detections.

In einem zweiten Schritt werden in dem Einlernvorgang mittels eines zweiten Regelwerks für die Empfangssignale der Empfänger beider Sensoreinheiten Signalamplitudenhistogramme ermittelt und abhängig von den Signalamplitudenhistogrammen Schwellwerte definiert oder Fehlermeldungen generiert.In a second step, signal amplitude histograms are determined in the learning process by means of a second set of rules for the received signals of the receivers of both sensor units and, depending on the signal amplitude histograms, threshold values are defined or error messages are generated.

Dies ist in den 5 und 6 veranschaulicht. Die dort dargestellten Signalamplitudenhistogramme zeigen jeweils die Häufigkeit H von Signalwerten in Abhängigkeit von den jeweiligen Signalamplituden a. Weiterhin ist die abhängig von dem jeweiligen Signalamplitudenhistogramm ermittelte Schaltschwelle S.This is in the 5 and 6th illustrated. The signal amplitude histograms shown there each show the frequency H of signal values depending on the respective signal amplitudes a . Furthermore, the switching threshold determined as a function of the respective signal amplitude histogram is S. .

5 zeigt ein erstes Beispiel eines in einem Einlernvorgang ermittelten Signalamplitudenhistogramms für eine Sensoreinheit. In entsprechender Weise wird für die zweite Sensoreinheit ein entsprechendes Signalamplitudenhistogramm ermittelt. Entsprechendes gilt für 6. 5 shows a first example of a signal amplitude histogram for a sensor unit determined in a learning process. In a corresponding manner, a corresponding signal amplitude histogram is determined for the second sensor unit. The same applies to 6th .

Die Signalamplitudenhistogramme bilden Klassendiagramme, die, wie die 5 und 6 zeigen, einzelne Klassen in Form von zusammenhängenden Häufigkeitswerten bilden.The signal amplitude histograms form class diagrams which, like the 5 and 6th show, form individual classes in the form of related frequency values.

Im Fall von 5 werden zwei Klassen mit den Breiten b₁ und b₂ erhalten, die durch einen Abstand d getrennt sind.In case of 5 will be two classes with the latitudes b ₁ and b ₂ get that by a distance d are separated.

Im Fall von 6 werden drei Klassen mit den Breiten b₁ , b₂ , b₃ erhalten, wobei die Abstände zwischen benachbarten Klassen mit d₁ , d₂ bezeichnet sind.In case of 6th will be three classes with the latitudes b ₁ , b ₂ , b ₃ obtained, with the distances between neighboring classes using d ₁ , d ₂ are designated.

Generell erfolgt in der Auswerteeinheit 9 eine Entscheidung ob und wenn ja wo ein Schwellwert S definiert wird abhängig von der Anzahl der Klassen, deren Breiten b₁ , b₂ , b₃ und deren Abstände d, d₁ , d₂ zueinander.Generally takes place in the evaluation unit 9 a decision whether and if so where a threshold value S. is defined depending on the number of classes, their widths b ₁ , b ₂ , b ₃ and their distances d , d ₁ , d ₂ to each other.

Wird im Signalamplitudenhistogramm eine Anzahl von Klassen erhalten, die oberhalb eines Grenzwerts liegt, erscheinen die Messwerte nicht plausibel und es wird kein Schwellwert definiert, sondern eine Fehlermeldung generiert, die signalisiert, dass diese Sensoreinheit zur Etikettendetektion im Arbeitsbetrieb nicht geeignet ist.If the signal amplitude histogram contains a number of classes that is above a limit value, the measured values do not appear plausible and no threshold value is defined, but an error message is generated that signals that this sensor unit is not suitable for label detection during operation.

Auch wenn die Breiten b₁ , b₂ , b₃ der Klassen einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten, wird kein Schwellwert definiert, sondern eine Fehlermeldung generiert, da in diesem Fall von stark inhomogenen Etiketten 13 auszugehen ist.Even if the latitudes b ₁ , b ₂ , b ₃ of the classes exceed a predefined limit value, no threshold value is defined, but an error message is generated, since in this case the labels are highly inhomogeneous 13th is to go out.

Auch wenn die Abstände d₁ , d₂ zwischen zwei benachbarten Klassen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegen, wird kein Schwellwert generiert, da dieser nicht definiert zwischen den eng beieinander liegenden Klassen positioniert werden kann. Auch in diesem Fall wird eine Fehlermeldung generiert.Even if the distances d ₁ , d ₂ between two adjacent classes are below a specified limit value, no threshold value is generated, since this cannot be positioned in a defined manner between the closely spaced classes. In this case, too, an error message is generated.

Die 5 und 6 zeigen dagegen Fallkonstellationen, die eine Definition eines Schwellwerts ermöglichen.The 5 and 6th however, show case constellations that allow a threshold value to be defined.

Dabei wird jeweils die Klasse, die bei den höchsten Amplitudenwerten liegt, als von den Lücken stammend identifiziert, während die weiteren Klassen durch Störungen verursacht sind. Daher wird der Schwellwert stets zwischen der Klasse bei den höchsten Amplitudenwerten und den hierzu benachbarten Klasse positioniert.The class with the highest amplitude values is identified as originating from the gaps, while the other classes are caused by disturbances. The threshold value is therefore always positioned between the class with the highest amplitude values and the class adjacent to it.

Die so bestimmten Schwellwerte für die Sensoreinheit werden im nachfolgenden Arbeitsbetrieb für die durchzuführenden Objektdetektionen verwendet.The threshold values determined in this way for the sensor unit are used in the subsequent work operation for the object detections to be carried out.

In einem dritten Schritt wird in dem Einlernvorgang mittels eines dritten Regelwerks abhängig von eingestellten Sendeleistungen und/oder Vorverstärkungen von Empfangssignalen der Sensoreinheiten und/oder abhängig von ermittelten Funktionsreserven der Sensoreinheiten die am besten geeignete Sensoreinheit ermittelt.In a third step, the most suitable sensor unit is determined in the learning process by means of a third set of rules as a function of set transmission powers and / or pre-amplifications of received signals from the sensor units and / or as a function of the determined functional reserves of the sensor units.

Diese am besten geeignete Sensoreinheit wird dem Benutzer an der Anzeigeeinheit 12 angezeigt. Der Benutzer kann dann diese Sensoreinheit für den Arbeitsbetrieb übernehmen, muss es aber nicht.This most suitable sensor unit is presented to the user at the display unit 12th displayed. The user can then take over this sensor unit for operation, but does not have to.

Alternativ wird die Sensoreinheit, die im Einlernvorgang für die Objektdetektion als am besten geeignet ermittelt wurde, im Arbeitsbetrieb selbsttätig zur Durchführung der Objektdetektionen herangezogen.Alternatively, the sensor unit that was determined to be most suitable for object detection in the learning process is automatically used to carry out the object detection during operation.

Vorteilhaft sind im Arbeitsbetrieb beide Sensoreinheiten aktiviert.Both sensor units are advantageously activated during operation.

In einem Modus des Arbeitsbetriebs können beide Sensoreinheiten zur Generierung der Objektfeststellungssignale herangezogen werden, beispielsweise derart, dass deren Messergebnisse logisch verknüpft werden.In one mode of operation, both sensor units can be used to generate the object detection signals, for example in such a way that their measurement results are logically linked.

Weiterhin kann im Arbeitsbetrieb geprüft werden, ob die Sensoreinheiten fehlerfrei arbeiten. Wenn eine Sensoreinheit fehlerbehaftet ist, wird nur die andere, fehlerfrei arbeitende Sensoreinheit zur Generierung von Objektfeststellungssignalen herangezogen.Furthermore, it can be checked during operation whether the sensor units are working properly. If one sensor unit is faulty, only the other, fault-free, sensor unit is used to generate object detection signals.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

(1)(1): Sensorsensor
(2)(2): Gehäusecasing
(2a, b)(2a, b): Gabelfork
(3)(3): LichtstrahlenRays of light
(4)(4): LichtsenderLight transmitter
(5)(5): LichtempfängerLight receiver
(6)(6): UltraschallwellenUltrasonic waves
(7)(7): UltraschallsenderUltrasonic transmitter
(8)(8th): UltraschallempfängerUltrasound receiver
(9)(9): AuswerteeinheitEvaluation unit
(10)(10): Tastebutton
(11)(11): BedienelementControl element
(12)(12): AnzeigeeinheitDisplay unit
(13)(13): Etikettlabel
(14)(14): TrägermaterialCarrier material
AA.: Empfangssignale, optische SensoreinheitReceived signals, optical sensor unit
BB.: Empfangssignale, Ultraschall-SensoreinheitReceived signals, ultrasonic sensor unit
HH: Häufigkeitfrequency
SS.: SchaltschwelleSwitching threshold
aa: SignalamplitudeSignal amplitude
b1, b2, b3b1, b2, b3: BreitenWidths
d, d1, d2d, d1, d2: Abstanddistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 20018193 U1 [0005]

Claims

A method for operating a sensor (1), which has two sensor units working according to different operating principles, each with at least one transmitter and at least one receiver, with received signals from the receiver of at least one sensor unit being evaluated with a threshold value in an operating mode and object detection signals being generated as a function thereof during object detection , characterized in that the at least one switching threshold (S) is determined in a learning process and / or the sensor unit best suited for object detection is determined.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the sensor (1) has an optical sensor unit and an ultrasonic sensor unit.

Method according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the optical sensor unit and the ultrasonic sensor unit work according to a transmission principle.

Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the sensor (1) is a label sensor.

Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the sensor signals of the sensor units are evaluated in a common evaluation unit (9).

Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the sensor units are integrated in a common housing (2).

Method according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that in the learning process by means of a first set of rules, depending on object detections, a setting of transmission powers of the transmitters and / or of pre-amplifications of the received signals of the receivers is carried out at the sensor unit.

Procedure according to Claim 7 , characterized in that signal amplitude histograms are determined in the learning process by means of a second set of rules for the received signals of the receivers of both sensor units and threshold values are defined or error messages are generated depending on the signal amplitude histograms.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the most suitable sensor unit is determined in the learning process by means of a third set of rules depending on the set transmission powers and / or pre-amplifications of received signals of the sensor units and / or depending on the determined functional reserves of the sensor units.

Method according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the teach-in process is started by entering a start signal, and that the teach-in process is automatically ended as a function of signals determined in the teach-in process of at least one sensor unit.

Method according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that depending on the input of control signals it is determined whether a switching threshold is determined for both sensor units or only one sensor unit.

Method according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the sensor unit, which was determined in the learning process to be best suited for object detection, can be displayed on a display unit (12).

Method according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in that a user can select the sensor unit to be used for object detection during work operation by inputting a control signal and / or can change certain settings in the learning process.

Method according to one of the Claims 1 to 12th , characterized in that the sensor unit, which was determined to be most suitable for object detection in the learning process, is automatically used during operation to carry out the object detection.

Method according to one of the Claims 1 to 14th , characterized in that both sensor units are activated in working mode.

Procedure according to Claim 15 , characterized in that both sensor units are used to generate object detection signals during operation.

Procedure according to Claim 15 , characterized in that it is checked during operation whether the sensor units are working properly, and that if one sensor unit is faulty, only the other, error-free working sensor unit is used to generate object detection signals.

Sensor (1) with two sensor units working according to different operating principles, each having at least one transmitter and at least one receiver, with received signals from the receiver at least one sensor unit having a threshold value in a working mode are evaluated and, depending on this, object detection signals are generated during object detection, characterized in that the at least one switching threshold (S) is determined in a learning process and / or the sensor unit best suited for object detection is determined.