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DE202005007089U1 - Sensor arrangement for optically detecting the edges of a product, e.g. to measure its width, comprises point light sources and a optical fiber arrangement that detects light reflected back from the product under-surface - Google Patents

Sensor arrangement for optically detecting the edges of a product, e.g. to measure its width, comprises point light sources and a optical fiber arrangement that detects light reflected back from the product under-surface Download PDF

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DE202005007089U1
DE202005007089U1 DE200520007089 DE202005007089U DE202005007089U1 DE 202005007089 U1 DE202005007089 U1 DE 202005007089U1 DE 200520007089 DE200520007089 DE 200520007089 DE 202005007089 U DE202005007089 U DE 202005007089U DE 202005007089 U1 DE202005007089 U1 DE 202005007089U1
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light
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sensor arrangement
light sources
light source
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Mahlo GmbH and Co KG
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Abstract

Sensor arrangement for optically detecting the edge of a product, especially for measuring the width of a product by determining its effect on light propagation. The arrangement comprises a row of point type light sources (20) in combination with an optical fiber arrangement (25) for optically coupling the light emitted from the light sources and reflected from the product. The optical fiber arrangement is connected to a photodetector.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur optischen Kantendetektierung einer Ware, insbesondere zum Messen einer Warenbreite, durch Bestimmen einer von der Ware beeinflussten Lichtausbreitung.The The invention relates to a sensor arrangement for optical edge detection a product, in particular for measuring a goods width, by determining a light propagation influenced by the product.

Derartige Sensoranordnungen werden vor allem bei geförderten Waren oder Warenbahnen in übergreifenden Fertigungs- und Transporteinrichtungen verwendet, bei denen eine Warenlage genau zu detektieren bzw. gegebenenfalls zu korrigieren ist. Optische Sensoranordnungen bieten den Vorteil einer berührungslosen Detektion der Warenlage, einer schnellen Messwerterfassung und einer hohen Verschleißfestigkeit durch das Vermeiden eines mechanischen Kontaktes zwischen Sensor und Ware.such Sensor arrangements are mainly for subsidized goods or webs in overarching Manufacturing and transport facilities used in which a Detect goods situation exactly or correct if necessary is. Optical sensor arrangements offer the advantage of a non-contact Detection of the goods situation, a fast data acquisition and a high wear resistance by avoiding mechanical contact between sensor and goods.

Aus dem Stand der Technik sind insbesondere Breitbandsensoren und Absolutsensoren bekannt. Ein Breitbandsensor besteht aus einer langgestreckten, geometrisch linearen Lichtquelle, einer gegenüber der Lichtquelle angeordneten parallel zur Lichtquelle angeordneten linearen Lichtsammelanordnung und einer über der linearen Lichtquelle oder der Lichtsammeleinrichtung angeordneten Lichtführungseinrichtung zur geometrischen Modulation der Strahlausbreitung zwischen Lichtquelle und Lichtsammelanordnung. Dabei wird bei einer gewissen Stellung der Lichtführungseinrichtung die Lichtausbreitung zwischen linearer Lichtquelle und Lichtsammeleinrichtung durch die lichtundurchlässige Ware abgeblendet und unterbrochen. Der in diesem Augenblick vorliegende Stand der Lichtführungseinrichtung wird in eine die Lage der Warenkante beschreibende Ortsposition umgerechnet. Als lineare Lichtquelle werden hierbei Leuchtstoffröhren und dergleichen stabförmige Lichtquellen verwendet. Die lineare Lichtsammeleinrichtung ist als ein Lichtsammelstab ausgebildet und die Lichtführungseinrichtung kann durch eine rotierende Trommel mit einer schraubenförmig um den Trommelmantel geführte Schlitzblende oder Lochkette realisiert sein. In diesem Fall wird die Winkelstellung der Trommel in dem Moment ermittelt, wenn in dem Lichtsammelstab kein Licht durch die abschattende Wirkung der Ware mehr detektiert wird. Aus der bekannten Ganghöhe der schraubenförmigen Schlitzblende und der detektierten Winkelstellung wird sodann der Ort der abschattenden Warenkante ermittelt. Eine Warenbreite lässt sich in einer dazu entsprechenden Weise durch eine doppelte Anordnung ermitteln, indem eine erste und eine zweite Warenkante in der beschriebenen Weise detektiert und die dabei ermittelten Ortspositionen durch eine Differenzbildung miteinander in Beziehung gesetzt werden.Out The prior art in particular broadband sensors and absolute sensors known. A broadband sensor consists of an elongated, geometrically linear light source, one arranged opposite the light source arranged parallel to the light source linear light collecting arrangement and one over the linear light source or the light-collecting device arranged Light guide for the geometric modulation of the beam propagation between the light source and light collection assembly. It is at a certain position the light guide device the light propagation between the linear light source and the light collecting device through the opaque Goods dimmed and interrupted. The present at this moment State of the light guide device becomes a position describing the position of the goods edge converted. As a linear light source here are fluorescent tubes and like rod-shaped Light sources used. The linear light collecting device is as formed a light-collecting rod and the light guiding device can through a rotating drum with a spiral-shaped slit around the drum shell or hole chain be realized. In this case, the angular position the drum is detected at the moment when in the light-collecting rod no light detected by the shading effect of the goods more becomes. From the known pitch the helical one Slit diaphragm and the detected angular position is then the Location of the shading edge determined. A breadth of goods can be in a corresponding manner by a double arrangement determine by a first and a second edge of the product in the described Detected way and the case determined location positions a difference formation are related to each other.

Diese Sensorart weist vor allem den Nachteil auf, dass die Kantenerfassung letztlich auf einem mechanischen Wege erfolgt. Durch die Trägheit der mechanischen Teile, beispielsweise dem Trägheitsmoment der erwähnten Trommel, ist jeder Messvorgang mit einer gewissen mechanischen Anlauf- und damit Todzeit verbunden. Weiterhin sind zum Betrieb der erwähnten Einrichtung mechanische Antriebsmittel, insbesondere Stell- oder Schrittmotoren, notwendig, die einerseits mit zum Teil erheblichen Kosten verbunden sind und andererseits einem mechanischen Verschleiß unterliegen.These Sensor type has the particular disadvantage that the edge detection ultimately done in a mechanical way. Due to the inertia of the mechanical Parts, such as the moment of inertia the mentioned Drum, each measuring operation is subject to a certain mechanical start-up and associated with it's death time. Furthermore, to operate the mentioned device mechanical drive means, in particular actuator or stepper motors, necessary, which on the one hand involves considerable costs and on the other hand are subject to mechanical wear.

Die Ausführungsform des Absolutsensors vermeidet das Problem der mechanischen Abnutzung dadurch, dass die Ortsauflösung bei der Kantendetektion vollständig auf optischem Wege erfolgt. Hierzu ist der stabförmigen Lichtquelle gegenüberliegend eine Anordnung parallelverlaufender Lichtleiter vorgesehen, deren Orte eindeutig bestimmt sind. Die zu detektierende Ware wird wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform durch einen Spalt zwischen Lichtquelle und Lichtleiteranordnung hindurchgeführt, sodass die Kantendetektion wiederum in einer Transmissionskonfiguration ausgeführt wird. Hierbei bildet die lichtundurchlässige Ware ein Hindernis für die von der stabförmigen Lichtquelle emittierte Strahlung, das sich in seinen Abmessungen auf der Lichtleiteranordnung schattenförmig abbildet. Damit werden auch nur die außerhalb des Schattens liegenden Lichtleiter bestrahlt und leiten das empfangene Licht an eine Anordnung aus Photodioden weiter, die mit den Lichtleitern optisch gekoppelt sind. Da den einzelnen Lichtleitern und damit den einzelnen Photodioden eindeutig ein Ort zugeordnet ist, ist es somit möglich, die Kantenstruktur der Ware direkt aus der Menge der angeregten Photodioden auszulesen. Dieses Verfahren ist frei von mechanischem Verschleiß und ermöglicht eine schnelle Kantendetektion, die demzufolge besonders für laufende Warenbahnen vorteilhaft ist.The embodiment Absolute sensor avoids the problem of mechanical wear in that the spatial resolution in edge detection completely optically. For this purpose, the rod-shaped light source is opposite an arrangement of parallel optical fibers provided, whose Places are clearly determined. The goods to be detected will be like in the previously described embodiment by a gap between Light source and light guide arrangement passed, so that the edge detection again in a transmission configuration. in this connection forms the opaque Goods an obstacle for the one of the rod-shaped Light source emitted radiation, which is in its dimensions shadowed on the light guide assembly. With that even the outside the shadow lying light guide irradiate and conduct the received Light continues to an array of photodiodes, which are connected to the light guides are optically coupled. As the individual light guides and thus the It is thus unique to individual photodiodes that a location is assigned possible, the edge structure of the goods directly from the crowd of excited Read out photodiodes. This process is free of mechanical wear and allows a fast edge detection, which is therefore especially for running Goods webs is advantageous.

Beide Anordnungen greifen jedoch auf das Prinzip der Transmissionskonfiguration zurück. Dadurch sind derartige Anordnungen zum einen relativ raumgreifend und müssen zum anderen auf die Dicke der hindurchgeführten Ware jeweils neu angepasst werden.Both However, arrangements rely on the principle of transmission configuration back. As a result, such arrangements for a relatively large space and must on the other hand to the thickness of the goods passed through each newly adapted become.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung zur Kantendetektierung einer Ware anzugeben, bei der eine schnelle und mechanisch verschleißfreie Messung möglich ist, und die ohne Berücksichtigung der Warendicke in einfacher Weise in gegebene Fertigungs- und Fördervorrichtungen integriert werden kann.It It is therefore an object of the invention to provide a sensor arrangement for edge detection of a good, in which a fast and mechanically wear-free measurement possible is, and without consideration the product thickness in a simple manner in given production and conveying devices can be integrated.

Die Aufgabe wird mit einer Sensoranordnung zur Kantendetektierung einer Ware, insbesondere zum Messen einer Warenbreite durch Bestimmen einer von der Ware beeinflussten Lichtausbreitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausführungsformen enthalten.The object is achieved with a sensor arrangement for edge detection of a product, in particular for measuring a product width by determining a light propagation influenced by the product with the features of claim 1, wherein the Subclaims contain appropriate or advantageous embodiments.

Erfindungsgemäß ist die Sensoranordnung durch eine einseitig bezüglich zur Ware angeordnete Zeile mit in ihrer Ortslage definierten punktförmigen Lichtquelle in Kombination mit einer parallel zur Lichtquellenzeile verlaufenden, gegenüber der Lichtquellenzeile optisch isolierten Lichtleitereinrichtung zur optischen Einkopplung des von der Ware reflektierten Lichtes sowie von Photodetektoren, die mit dem Lichtleiter in Verbindung stehen, gekennzeichnet.According to the invention Sensor arrangement by a one-sided with respect to the goods arranged line with punctiform light source defined in their local situation in combination with a parallel to the light source line running, opposite the Light source line optically isolated optical fiber device for optical Coupling of the light reflected from the product and photodetectors, which are in communication with the light guide characterized.

Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach dem Stand der Technik wird hier auf eine Sensoranordnung in einer Reflexionskonfiguration zurückgegriffen. Hierzu sind einzeln ansteuerbare punktförmige Lichtquellen vorgesehen, die selektiv Licht in Richtung der Ware emittieren. Das von der Ware reflektierte Licht wird vom Lichtleiter aufgenommen und zum Detektor geleitet. Der Lichtleiter befindet sich von den punktförmigen Lichtquellen optisch isoliert im wesentlichen auf demselben Träger wie die Lichtquellen selbst. Die Kantenerkennung erfolgt durch das von der Ware zurück reflektierte Licht. Außerhalb an der Ware vorbeilaufendes Licht wird nicht reflektiert, sondern strahlt in die Umgebung ab und fällt demzufolge nicht auf einen Lichtleiter. Dadurch, daß die Ortslage der jeweiligen bevorzugt punktförmigen Lichtquellen bekannt ist und diese punktförmigen Lichtquellen nacheinander bzw. selektiv oder in kleinen Gruppen angesteuert werden, kann eine Kantenerkennung wie folgt realisiert werden. Wenn bei der Ansteuerung der n-ten punktförmigen Lichtquelle ein Reflexionssignal auf den Lichtwellenleiter gelangt und dort zum Photodetektor geführt wird, dann ist aufgrund der eindeutigen Zuordnung der jeweiligen, gerade angesteuerten Lichtquelle zur Ortslage die Lage der Warenbahnkante ermittelbar. Die jeweils kleinste Einheit der punktförmigen Lichtquellen bzw. deren Abstände untereinander bestimmen die Auflösung für die Warenbreiteninformation.in the Contrary to the embodiments according to The prior art is here on a sensor arrangement in a Reflection configuration used. For this purpose, individually controllable punctiform light sources are provided, which selectively emit light towards the goods. That of the goods Reflected light is picked up by the light guide and directed to the detector. The light guide is optically isolated from the point-shaped light sources essentially on the same carrier like the light sources themselves. The edge detection is done by the back from the goods reflected light. Outside Light passing by the goods is not reflected, but instead radiates into the environment and falls therefore not on a light guide. Because the local situation the respective preferred punctiform Light sources is known and these punctiform light sources in succession or selectively or in small groups can be controlled, an edge detection be realized as follows. When driving the nth punctate Light source passes a reflection signal on the optical waveguide and led there to the photodetector is, then, due to the unique assignment of the respective, currently controlled light source for location the position of the web edge determined. The smallest unit of the punctiform light sources or their distances among themselves determine the resolution for the Been width information.

Eine derartige Anordnung bietet den wesentlichen Vorteil, dass die Kantendetektion nunmehr unabhängig von der Warendicke erfolgen kann und sowohl bei Fertigungsvorrichtungen für dicke und dünne Waren ohne größere Einrichtungsarbeiten in einfacher Weise in eine bestehende Anlage nachinstalliert werden kann.A Such an arrangement offers the significant advantage that the edge detection now independent can be done from the product thickness and both manufacturing equipment for thick and thin Goods without major interior design be easily installed in an existing system can.

Zweckmäßigerweise sind die ortsdefinierten punktförmigen Lichtquellen für eine Emission eines gebündelten Lichtkegels mit einem kleinen Öffnungswinkel ausgebildet. Der Lichtkegel ist somit idealerweise als ein paralleles sehr scharf begrenztes Lichtbündel ausgeführt. Dadurch kann die Reflexion an der Warenoberfläche mit einem Mindestmaß an irregulärer Streuung und mit einer optimalen Ortsauflösung erfolgen, wobei eine Reflexion des scharfen Lichtbündels in sich selbst möglich ist und Verzerrungen in der Kantendetektion auf ein Mindestmaß reduziert werden. Zur Verbesserung der Ortsauflösung ist in Strahlrichtung des Lichtkegels der Lichtquelle eine Blende mit parallel verlaufenden Schlitzen angeordnet. Die Blende verhindert durch eine Abkantung hin zum Lichtleiter außerdem unerwünschte seitliche Streustrahlung.Conveniently, are the local punctiform ones Light sources for an issue of a bundled Light cone with a small opening angle educated. The light cone is thus ideally as a parallel very sharp limited light beam executed. This allows the reflection on the fabric surface with a minimum of irregular scattering and with an optimal spatial resolution take place, wherein a reflection of the sharp light beam in yourself possible and minimizes distortion in edge detection become. To improve the spatial resolution is in the beam direction of the light cone of the light source a diaphragm with parallel Slits arranged. The aperture is prevented by a fold towards the light guide as well undesirable lateral scattered radiation.

Bei einer ersten Ausführungsform sind die Lichtquellen Laserdioden. Derartige Lichtquellen zeichnen sich durch eine fast parallele Lichtemission mit niedrigen Strahlquerschnitten aus. Laserdioden erfüllen somit die beschriebenen grundlegenden Anforderungen am besten.at a first embodiment the light sources are laser diodes. Draw such light sources by an almost parallel light emission with low beam cross-sections out. Meet laser diodes thus, the described basic requirements best.

Bei einer zweiten Ausführungsform sind die Lichtquellen in Form optisch kollimierter lichtemittierender Dioden, LED, ausgebildet. Die Kollimation sichert hierbei einen möglichst parallelen und scharfen Strahlverlauf.at a second embodiment the light sources are in the form of optically collimated light-emitting Diodes, LED, formed. The collimation secures one here preferably parallel and sharp beam path.

Der Lichtleiter ist in einer ersten Ausführungsform mit einem runden Querschnitt ausgeführt. Eine derartige Gestaltung gewährleistet ein optimales Einkoppeln des reflektierten Lichts in Verbindung mit der Weiterleitung zum Photo- bzw. Strahlungsdetektor.Of the Optical fiber is in a first embodiment with a round Cross section executed. A ensures such design an optimal coupling of the reflected light in conjunction with the forwarding to the photo or radiation detector.

Eckige, insbesondere auch quadratische Querschnittsformen sind für den Lichtleiter ebenfalls anwendbar. Außerdem kann der stabförmige Lichtleiter einen Reflektor zum Erreichen einer Richtwirkung umfassen.square, in particular square cross-sectional shapes are for the light guide also applicable. Furthermore can the rod-shaped Optical fiber include a reflector to achieve a directivity.

Eine derartige Sensoranordnung kann durch eine auf der anderen Warenseite angeordnete parallel zur Lichtquellenzeile orientierten Reflektoroberfläche zum Ausführen einer quasi Negativmessung abgewandelt werden. Eine solche Ausführungsform erlaubt eine Kantendetektion auch für Waren mit ungenügenden Reflexionseigenschaften. In einer derartigen Ausführungsform wird die Kantenstruktur der nichtreflektierenden Ware vor einem reflektierenden Hintergrund detektiert. Die Detektion erfolgt in diesem Fall auf eine invertierte Weise.A Such sensor arrangement can by one on the other side of the goods arranged parallel to the light source row oriented reflector surface for To run Modified a quasi negative measurement. Such an embodiment allows edge detection even for goods with insufficient reflective properties. In such an embodiment is the edge structure of the non-reflective fabric before a reflective background detected. The detection takes place in this case in an inverted way.

Weiterhin ist zweckmäßigerweise eine Steuereinheit für ein selektives Ansteuern jeweils nur einer Lichtquelle oder einer Lichtquellengruppe vorgesehen.Farther is expediently a control unit for a selective activation of only one light source or one Light source group provided.

Zusammenfassend stellt sich die Erfindung wie folgt dar. Durch die Anordnung einer oder mehrerer paralleler Zeilen von punktförmigen Lichtquellen, z.B. lichtemittierenden Dioden, welche einzeln, bevorzugt nacheinander ansteuerbar sind, und die Möglichkeit des Nachweises von reflektierter Strahlung über einen Reflexionskörper, d.h. die Warenbahn, ist deren Breite bzw. deren Kantenposition bestimmbar.In summary, the invention is as follows. By the arrangement of one or more parallel rows of point light sources, such as light emitting diodes, which are individually, preferably sequentially controlled, and the possibility of detecting reflected radiation over a reflection body, ie the web is whose width or edge position be tunable.

Wird beispielsweise beim Ansteuern der 15. lichtemittierenden Diode einer Zeile ein Reflexionssignal erkannt, dann ist hieraus schlussfolgerbar, dass eine Kante der Warenbahn erfasst wurde. Nach dem Ansteuern der weiteren folgenden Lichtquellen der Zeile wird nach einer endlichen Anzahl von Quellen dann, wenn das breitenmäßige Ende der Warenbahn erreicht ist, kein Reflexionssignal mehr auftreten. Aus der Bestimmung der dann angesteuerten Lichtquelle kann bei bekanntem Abstand der einzelnen Lichtquellen voneinander und deren Gesamtzahl nach Kalibrierung die Warenbahnbreite berechnet werden. Die Photodetektoren können bevorzugt an den Stirnseiten des stabförmigen Lichtleiters angeordnet werden.Becomes For example, when driving the 15th light-emitting diode a Line detected a reflection signal, then it is conclusive, that an edge of the web was detected. After driving the other following light sources of the line is after a finite Number of sources when the broad end of the web reaches is, no reflection signal will occur anymore. From the determination of then controlled light source can at a known distance of the individual Light sources from each other and their total number after calibration the web width can be calculated. The photodetectors may be preferred on the front sides of the rod-shaped Fiber optic can be arranged.

Erfindungsgemäß ist auch ein quasi Scan-Betrieb möglich, wobei die lichtemittierenden Dioden nacheinander über die Breite der Zeile in Warenbahn-Bewegungsrichtung von links nach rechts und umgekehrt angesteuert werden.Also according to the invention a quasi-scan operation possible, wherein the light emitting diodes successively over the Width of the line in web direction of movement be controlled from left to right and vice versa.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, eine Vielzahl von Photodetektoren bzw. Lichtwellenleitern mit nachgeordneten Detektoren vorzusehen, wobei die Anzahl der Photodetektoren bzw. Lichtwellenleiter gleich oder größer der Anzahl der einzelnen Lichtquellen ist. In diesem Fall bestimmt die Anzahl und der Abstand der in einer Reihe angeordneten Photodetektoren bzw. Lichtwellenleiter mit nachgeschalteten Photodetektoren die Auflösung bei der Warenbahnbreiten-Bestimmung bzw. der gewünschten Kantenerfassung. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können sämtliche Lichtquellen auch gleichzeitig angesteuert werden, ohne dass dies auflösungsseitig von Nachteil ist. Allerdings wird dieser ansteuerungsseitige Vorteil mit einer zusätzlichen Anordnung der vorerwähnten Vielzahl von Photodetektoren erkauft.alternative there is also the possibility a plurality of photodetectors or optical waveguides with downstream Provide detectors, wherein the number of photodetectors or Optical fiber equal to or greater than Number of individual light sources is. In this case, the Number and spacing of photodetectors arranged in a row or optical waveguide with downstream photodetectors the resolution in the web width determination or the desired edge detection. at this embodiment of the invention all Light sources can also be controlled simultaneously without this resolution side is a disadvantage. However, this drive side advantage with an additional arrangement the aforesaid Variety of photodetectors bought.

Die Sensoranordnung soll nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 6. Es werden für gleiche bzw. gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet. Im einzelnen zeigt:The sensor arrangement will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. To clarify serve the 1 to 6 , The same reference numbers are used for identical or equivalent parts. In detail shows:

1 eine konventionelle Sensoranordnung in Transmissionskonfiguration mit stabförmiger Lichtquelle und Lichtleiterstab nach dem Stand der Technik, 1 a conventional sensor arrangement in transmission configuration with rod-shaped light source and light guide rod according to the prior art,

2 eine konventionelle Sensoranordnung in Transmissionskonfiguration mit stabförmiger Lichtquelle und Lichtleiteranordnung nach dem Stand der Technik, 2 a conventional sensor arrangement in transmission configuration with rod-shaped light source and light guide arrangement according to the prior art,

3 eine beispielhafte erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Kantendetektion bzw. Breitenbestimmung der Ware, 3 an exemplary sensor arrangement according to the invention for edge detection or width determination of the product,

4 eine beispielhafte erfindungsgemäße Sensoranordnung mit einer zusätzlichen Reflexionsfläche, 4 an exemplary sensor arrangement according to the invention with an additional reflection surface,

5 einen stark vergrößerten Ausschnitt einer Sensorfläche, 5 a greatly enlarged section of a sensor surface,

6 eine modifizierte Ausführungsform einer Sensorfläche für eine verbesserte Ortsauflösung. 6 a modified embodiment of a sensor surface for improved spatial resolution.

1 zeigt einen konventionellen Breitbandsensor in Transmissionskonfiguration nach dem Stand der Technik. Eine stabförmige Lichtquelle 1, beispielsweise eine Leuchtstoffröhre, emittiert Licht mit einer an sich beliebigen Wellenlänge. Das Licht wird von einem Lichtleiterstab 2 empfangen und an einen hier nicht abgebildeten Photosensor geleitet und dort registriert. Eine lichtundurchlässige Ware 10 schirmt hierbei die stabförmige Lichtquelle teilweise ab. Eine hier nicht abgebildete Lichtführungseinrichtung, beispielsweise eine verschiebbare Blende oder eine rotierende Trommel mit einer schraubenförmigen Schlitzblende, blendet aus der Lichtquelle ein Lichtbündel aus verschiebt es in eine horizontalen Richtung. Die Stellung der Lichtführungseinrichtung, bei der erstmalig kein Lichtsignal innerhalb des Lichtleiterstabes mehr registriert wird, markiert die Kantenlage der Ware. Bei zwei bekannten Kantenlagen wird entsprechend die Warenbreite durch eine Differenzmessung beider Kantenlagen innerhalb eines Maßstabs der Sensoranordnung bestimmt. Eine derartige Anordnung erfordert eine exakte Ausrichtung von Lichtquelle und Lichtleiterstab und ist hinsichtlich ihres Raumaufwandes und der mechanischen Abnutzung der Lichtführungseinrichtung nachteilig. 1 shows a conventional broadband sensor in transmission configuration according to the prior art. A rod-shaped light source 1 For example, a fluorescent tube emits light of any wavelength. The light is from a fiber optic rod 2 received and passed to a not shown here photo sensor and registered there. An opaque product 10 This partially shields the rod-shaped light source. A light guide device, not shown here, for example a displaceable diaphragm or a rotating drum with a helical slit diaphragm, fades out a light beam from the light source and moves it in a horizontal direction. The position of the light guiding device, in which for the first time no light signal is registered within the light guide rod, marks the edge position of the goods. In the case of two known edge layers, the fabric width is determined correspondingly by a difference measurement of both edge layers within a scale of the sensor arrangement. Such an arrangement requires an exact alignment of light source and light guide rod and is disadvantageous in terms of their space requirements and the mechanical wear of the light guide device.

2 zeigt eine weitere konventionelle Ausführungsform in einer Transmissionskonfiguration. An Stelle der Lichtempfangsstäbe und der Lichtführungs einrichtung ist bei dieser bekannten Ausführungsform eine Lichtleiteranordnung 3 aus einer Gesamtheit von in ihrer Lage eindeutig definierten Lichtleitern vorgesehen. Bei einer Lichtemission durch die stabförmige Lichtquelle 1 werden einige Abschnitte der Lichtleiteranordnung 3 durch die lichtundurchlässige Ware 10 abgeschattet. Bei dieser Ausführungsform kann die Lichtführungseinrichtung entfallen. Da der Ort jedes aktiven lichtführenden Lichtleiters auf der Lichtleiteranordnung bekannt ist, zeichnet sich die Kantenlage der Ware direkt auf dem Anregungsprofil der Lichtleiteranordnung ab. 2 shows another conventional embodiment in a transmission configuration. In place of the light receiving rods and the light guide device is in this known embodiment, an optical fiber assembly 3 provided by a total of light guides clearly defined in their position. In a light emission by the rod-shaped light source 1 Be some sections of the light guide assembly 3 through the opaque goods 10 shadowed. In this embodiment, the light guide device can be omitted. Since the location of each active light-guiding light guide is known on the light guide assembly, the edge position of the product is directly on the excitation profile of the light guide assembly.

Eine derartige Sensoranordnung ist jedoch mit einem zum Teil erheblichen Justageaufwand verbunden und erfordert zudem einen ausreichenden Raumbedarf zur Installation. Sie kann demzufolge nicht ohne zum Teil größere apparative Veränderung in eine bestehende Fertigungsanlage integriert werden.However, such a sensor arrangement is associated with a sometimes considerable adjustment effort and also requires sufficient space for installation. It can not therefore without some major equipment change be integrated into an existing manufacturing plant.

3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Die Sensoranordnung besteht aus einer der reflektierenden Oberfläche einer Ware 10 gegenüberliegend angeordneten Sensorfläche 11 zur Lichtemission und zum Lichteinfang. Die Sensoranordnung entspricht somit einer reinen Reflexionskonfiguration. 3 shows an exemplary embodiment of a sensor arrangement according to the invention. The sensor arrangement consists of one of the reflective surfaces of a product 10 oppositely arranged sensor surface 11 for light emission and light capture. The sensor arrangement thus corresponds to a pure reflection configuration.

Die Sensorfläche 11 weist eine Gesamtheit linear angeordneter punktförmiger Lichtquellen 20 auf, die mit einem z.B. parallel verlaufenden Lichtleiter 25 kombiniert sind. Die Sensorfläche ist so gestaltet, dass ein direkter Lichtübertritt zwischen den Lichtquellen und dem Lichtleiter ausgeschlossen ist. Die Lichtquellen sind zudem so ausgeführt, dass das emittierte Lichtbündel möglichst mit einer starken Kollimation, d.h. einem entsprechend kleinen Öffnungswinkel, senkrecht auf die reflektierende Warenoberfläche trifft und idealerweise in sich selbst zurückreflektiert wird. Dabei weitet sich das Lichtbündel bedingt durch Unebenheiten auf der Warenoberfläche geringfügig auf. Dadurch fällt das reflektierte Licht mit einem erweiterten Strahlquerschnitt auf den Lichtleiter zurück und kann detektiert werden. Zur Detektion des von dem Lichtleiter empfangenen Lichts dienen optisch gekoppelte Photodetektoren. Der Ort jeder Lichtquelle ist auf der Sensorfläche eindeutig vorgegeben, ein an einem Photodetektor anliegendes Signal verweist demnach auf eine eindeutige Position auf der Sensorfläche. Durch den senkrechten Lichteinfall auf die Oberfläche der Ware und die dabei ausgeführte Reflexion wird die Warenkontur praktisch verzerrungsfrei auf die Sensorfläche abgebildet. Lichtbündel, die nicht auf die Warenoberfläche treffen, erfahren keine Reflexion und erzeugen deswegen kein Signal an den Photodetektoren, die zu dem Lichtleiter gehören.The sensor surface 11 comprises a set of linearly arranged point light sources 20 on, with an example parallel optical fiber 25 combined. The sensor surface is designed so that a direct light transmission between the light sources and the light guide is excluded. The light sources are also designed so that the emitted light beam as possible with a strong collimation, ie a correspondingly small opening angle, perpendicular to the reflective fabric surface and ideally is reflected back in itself. The light bundle widens slightly due to unevenness on the surface of the goods. As a result, the reflected light falls back onto the light guide with an expanded beam cross section and can be detected. For detecting the light received by the optical waveguide serve optically coupled photodetectors. The location of each light source is clearly specified on the sensor surface, a signal applied to a photodetector thus refers to a unique position on the sensor surface. Due to the vertical incidence of light on the surface of the product and the resulting reflection, the commercial contour is imaged virtually distortion-free on the sensor surface. Light bundles that do not hit the surface of the fabric do not experience reflection and therefore do not generate a signal on the photodetectors associated with the light pipe.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Gesamtheit von senkrecht zur Lichtquellenanordnung verlaufenden Lichtleitern vorgesehen. Jeder Lichtleiter oder eine ausgewählte Gruppe von Lichtleitern stehen mit einem Photodetektor in Verbindung. Jeder Lichtleiter oder jede Lichtleitergruppe weist also eine genaue Ortslage in der Sensoranordnung auf. Fällt die Strahlung von einer Lichtquelle, reflektiert über die Warenoberfläche, auf das Ende eines dementsprechend angeordneten Lichtleiters, dann kann nach dem Erfassen eines Signals am jeweiligen Photodetektor die Ortsposition ermittelt bzw. berechnet werden.at an alternative embodiment is a set of perpendicular to the light source arrangement Provided light guides. Each fiber or a selected group of light guides are in communication with a photodetector. Everyone Optical fiber or each group of optical fibers thus has a precise location in the sensor array. falls the radiation from a light source, reflected over the Fabric surface, on the end of a correspondingly arranged light guide, then may after detecting a signal at the respective photodetector the spatial position is calculated or calculated.

Zur größtmöglichen Vermeidung von Streustrahlungen ist es auch bei dieser Ausführungsform zweckmäßig, die Lichtquellen nacheinander zu aktivieren und jeweils nur die Signale des der Lichtquelle nächstgelegenen Lichtleiters auszulesen oder vorhergehend durch Probemessungen einen Signaloffset über der gesamten Lichtleiteranordnung oder mindestens eine begrenzte Menge von Lichtleitern zu bestimmen und die Sensoranordnung dadurch auf die jeweils gegebene Warenoberfläche, insbesondere in Hinblick auf Lichtstreuungen oder Lichtschwächungen einzurichten. Hierzu ist es vorteilhaft, der Sensoranordnung eine hier nicht in der Figur dargestellte Steuer- und Auswerteeinheit zuzuordnen, die die Lichtquellen fortlaufend aktiviert, die Signale der Photodetektoren entsprechen ausliest und aus ihnen die Kantenlage der Ware bzw. die Warenbreite errechnet. Hierzu werden aus dem Signalprofil über der Lichtleiteranordnung diejenigen Lichtleiter und damit die entsprechenden Positionen a und b, ermittelt, bei denen das Signalprofil P einen signifikanten, im Idealfall nahezu rechteckigen Sprung S aufweist. Die Warenbreite ergibt sich in einfacher Weise durch eine Differenzermittlung aus beiden Sprungpositionen. Der so ermittelte Wert kann anschließend durch die Steuer- und Auswerteeinheit an übergreifende Einrichtungen zur Datenverarbeitung oder zur Steuerung der Fertigungsanlage weitergeleitet werden.to maximum Avoiding stray radiation, it is also useful in this embodiment, the Activate light sources one after the other and only the signals of the closest to the light source Read light guide or previously by trial measurements Signal offset via the entire optical fiber array or at least a limited Determining the amount of light guides and the sensor array thereby on the respective given goods surface, in particular with regard to set up light scattering or light attenuation. For this it is advantageous, the sensor arrangement one not here in the figure assigned control and evaluation unit, the light sources continuously activated, corresponding to the signals of the photodetectors reads out and from them the edge position of the goods or the width of the goods calculated. For this purpose, from the signal profile over the light guide assembly those optical fibers and thus the corresponding positions a and b, where the signal profile P has a significant, ideally has almost rectangular jump S. The goods width results in a simple way by a difference determination two jump positions. The value thus determined can subsequently by the control and evaluation unit to comprehensive facilities forwarded to the data processing or to the control of the production plant become.

Die Sensoranordnung nach 3 ist in einer modifizierten Form auch für Waren einsetzbar, die keine ausreichende Reflektivität aufweisen. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform zeigt 4.The sensor arrangement after 3 is also usable in a modified form for goods that do not have sufficient reflectivity. An example of such an embodiment shows 4 ,

Bei dieser Ausführungsvariante ist hinter der Ware 10 ein zusätzlicher Reflektor 30 angeordnet. Der Reflektor besteht vorteilhafterweise aus einem metallischen Spiegel, insbesondere einer polierten Metallplatte oder Folie mit möglichst geringen streuenden Oberflächeneigenschaften. Bei einer derartigen Sensoranordnung kehrt sich das Signalprofil über der Lichtleiteranordnung im Vergleich zu 3 um und wird invertiert. Die Orte a und b der Sprünge S werden dadurch jedoch nicht beeinflusst. Für eine Kantendetektion von Waren mit einer ungenügend reflektierenden Oberfläche genügt es somit, einer Reflektor hinter der Ware parallel zur Sensorfläche anzuordnen. Der Abstand zwischen Reflektor und Sensorfläche ist bei ausreichend kollimierten Lichtbündeln, insbesondere bei einem Einsatz von Laserlicht, nur von einer sekundären Bedeutung. Sofern in der Steuer- und Auswerteeinheit der Sensoranordnung eine Auswerteroutine zur Erkennung der Sprünge S im Signalprofil P, beispielsweise eine Differenziereinheit oder eine Differenzierprozedur, implementiert ist, ist keine über das Anbringen des Reflektors hinausgehende nennenswerte Veränderung am Aufbau der Sensoranordnung notwendig.In this embodiment is behind the goods 10 an additional reflector 30 arranged. The reflector advantageously consists of a metallic mirror, in particular a polished metal plate or foil with the lowest possible scattering surface properties. With such a sensor arrangement, the signal profile over the optical waveguide arrangement is reversed compared to 3 um and is inverted. However, the locations a and b of the jumps S are not affected. For an edge detection of goods with an insufficiently reflective surface, it is therefore sufficient to arrange a reflector behind the goods parallel to the sensor surface. The distance between the reflector and the sensor surface is only of secondary importance given sufficiently collimated light bundles, in particular when laser light is used. If an evaluation routine for detecting the jumps S in the signal profile P, for example a differentiation unit or a differentiation procedure, is implemented in the control and evaluation unit of the sensor arrangement, no appreciable change in the structure of the sensor arrangement beyond the attachment of the reflector is necessary.

5 zeigt eine detailliertere vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts der Sensorfläche 11 in einer Draufsicht und einer Schnittdarstellung der Ausführungsform mit einer Vielzahl von Lichtwellenleitern. Wie erwähnt, weist die Sensorplatte eine Reihe von Lichtquellen 20 und eine senkrecht dazu verlaufende Anordnung von Lichtleitern 25 auf. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind beide Komponenten in einen lichtundurchlässigen Grundkörper 35 eingebettet, der einen direkten Lichtübertritt zwischen Lichtquelle 20 und Lichtleiter 25 verhindert. Als Material für den Grundkörper kann beispielsweise eine Kunststoffplatte vorgesehen sein, die mit entsprechenden Aussparungen und Bohrungen versehen ist. Die Lichtquellen befinden sich hierzu im Inneren des Grundkörpers 35 und emittieren die Lichtstrahlung jeweils durch eine Kollimationsöffnung 37, die jeweils neben einem Lichtleiter 25 angeordnet ist. Jede Lichtquelle verfügt über eine Zuleitung 39 für eine Spannungsversorgung. 5 shows a more detailed enlarged view of a section of the sensor surface 11 in a plan view and a sectional view of the embodiment with a plurality of optical waveguides. As mentioned, the sensor plate has a number of light sources 20 and one perpendicular to it fende arrangement of optical fibers 25 on. At the in 5 shown embodiment, both components are in an opaque base body 35 embedded, which allows direct light to pass between the light source 20 and light guides 25 prevented. As a material for the body, for example, a plastic plate may be provided, which is provided with corresponding recesses and holes. The light sources are for this purpose inside the body 35 and emit the light radiation through a collimating aperture, respectively 37 , each next to a light guide 25 is arranged. Each light source has a supply line 39 for a power supply.

Infolge der kollimierten Emission tritt praktisch kein Licht seitlich aus der kollimierten Strahlrichtung zum jeweils benachbarten Lichtleiter über. Die Kollimation ist umso besser, je länger die Kollimationsöffnungen 37 sind, d.h. je tiefer die Lichtquellen in dem Grundkörper angeordnet sind. Zusätzlich dazu können Lichtquellen mit einer instrinsischen hohen Strahlkollimierung, insbesondere Laserdioden, verwendet werden.As a result of the collimated emission practically no light passes laterally from the collimated beam direction to the respective adjacent light guide. The collimation is better, the longer the collimation openings 37 are, ie the lower the light sources are arranged in the body. In addition, light sources with an instrinsic high beam collimation, in particular laser diodes, can be used.

Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Lichtleiter so bezüglich der Kollimationsöffnungen angeordnet, dass jeweils nur das reflektierte Licht einer einzigen Lichtquelle eingefangen werden kann. Der emittierte, hochkollimierte Strahl A trifft auf die Warenoberfläche, bzw. die Oberfläche des oben erwähnten Reflektors, und wird in sich selbst rückreflektiert. Das reflektierte Licht R weist einen geringfügig erweiterten Strahlquerschnitt auf und beleuchtet die Kollimationsöffnung in einem entsprechend ausgedehnten Bereich. Die Lichtleiter 25 sind bezüglich der Kollimationsöffnung 37 so angeordnet, dass sich jeweils nur ein Lichtleiter innerhalb des von dem reflektierten Lichtbündel beleuchteten Bereichs befindet. Es ist einsichtig, dass die Strahlaufweitung des reflektierten Lichtbündels umso geringer ist, je besser die reflektierenden Eigenschaften der Warenoberfläche sind. Sehr gut reflektierende Warenoberflächen ermöglichen somit eine engere Anordnung der Einheiten aus Lichtquelle und Lichtleiter und eine entsprechend schärfere Ortsauflösung für die Kantenerkennung.At the in 5 In the embodiment shown, the light guides are arranged with respect to the collimation openings such that in each case only the reflected light of a single light source can be captured. The emitted, highly collimated beam A strikes the surface of the goods, or the surface of the above-mentioned reflector, and is reflected back on itself. The reflected light R has a slightly enlarged beam cross section and illuminates the collimating aperture in a correspondingly extended area. The light guides 25 are with respect to the collimation opening 37 arranged so that in each case only one light guide is within the illuminated by the reflected light beam area. It is clear that the better the reflective properties of the goods surface, the lower the beam expansion of the reflected light beam. Very well reflecting fabric surfaces thus allow a closer arrangement of the units of light source and light guide and a correspondingly sharper spatial resolution for edge detection.

Zur Verbesserung der Ortsauflösung kann eine Ausführungsform der Sensorfläche nach 6 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sind zwei nach 5 ausgebildete Teilbereiche 40a und 40b zueinander versetzt so angeordnet, dass der Lichtleiter 25a des ersten Teilbereichs 40a einer Kollimationsöffnung 37b des zweiten Teilbereichs 40b gegenüberliegt. Beide Teilbereiche sind durch eine lichtundurchlässige optische Isolierung 41 getrennt und werden durch jeweils an entgegengesetzten Enden angeordnete Photodetektoren ausgelesen. Dadurch ist es möglich, den effektiven Abstand zwischen benachbarten Kollimationsöffnungen zu halbieren und somit die Ortsauflösung der Sensoranordnung im wesentlichen zu verdoppeln. Beim Betrieb der in 6 gezeigten kombinierten Sensorfläche werden alternierend eine Lichtquelle im oberen Teilbereich und eine im unteren Teilbereich aktiviert und der zugehörige Lichtleiter von dem entsprechenden Photodetektor ausgelesen.To improve the spatial resolution, an embodiment of the sensor surface after 6 be used. In this embodiment, two are after 5 trained sections 40a and 40b offset from each other so arranged that the light guide 25a of the first subarea 40a a collimation opening 37b of the second subarea 40b opposite. Both subregions are characterized by an opaque optical isolation 41 separated and are read by each arranged at opposite ends photodetectors. This makes it possible to halve the effective distance between adjacent collimation openings and thus to substantially double the spatial resolution of the sensor arrangement. When operating the in 6 shown combined sensor surface alternately a light source in the upper portion and one activated in the lower portion and read the associated light guide from the corresponding photodetector.

11
stabförmige Lichtquellerod-shaped light source
22
LichtleiterstabLight pipe
33
LichtleiteranordnungOptical fiber arrangement
1010
WareWould
1111
Sensorflächesensor surface
2020
Lichtquellenlight sources
2525
Lichtleiteroptical fiber
3030
Reflektorreflector
3535
Grundkörperbody
3737
Kollimationsöffnungcollimating aperture
3939
Spannungsversorgungpower supply
40a,b40a, b
Teilbereiche der geteilten Sensorflächesubregions the split sensor surface
4141
optische Isolierungoptical insulation
AA
kollimierter, emittierter Strahlcollimated, emitted beam
PP
Signalprofilsignal profile
RR
reflektierter, aufgeweiteter Strahlreflected, expanded beam
SS
Signalsprungsignal change
a,bfrom
Sprungpositionenjump positions

Claims (8)

Sensoranordnung zur optischen Kantendetektierung einer Ware, insbesondere zum Messen einer Warenbreite durch Bestimmen einer von der Ware beeinflussten Lichtausbreitung, gekennzeichnet durch eine mindestens einseitig bezüglich zur Ware (10) angeordnete Zeile mit örtlich definierten, einzeln ansteuerbaren punktförmigen Lichtquellen (20) in Kombination mit mindestens einer parallel zu der Lichtquellenzeile verlaufenden, von der Lichtquellenzeile optisch isolierten Lichtleitereinrichtung (25) zur optischen Einkopplung des jeweils von den Lichtquellen emittierten und von der Ware reflektierten Lichtes sowie mindestens einen Photodetektor (26), welcher mit der Lichtleitereinrichtung in Verbindung steht.Sensor arrangement for optical edge detection of a product, in particular for measuring a product width by determining a light propagation influenced by the product, characterized by an at least one-sided reference to the product ( 10 ) arranged line with locally defined, individually controllable punctiform light sources ( 20 ) in combination with at least one parallel to the light source line extending, optically isolated from the light source line optical fiber device ( 25 ) for the optical coupling of the respective light emitted by the light sources and reflected by the product and at least one photodetector ( 26 ) which is in communication with the light guide device. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ortsdefinierten punktförmigen Lichtquellen (10) für eine Emission eines gebündelten Lichtkegels mit einem kleinen Öffnungswinkel ausgebildet sind.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the location-specific point-shaped light sources ( 10 ) are designed for emission of a collimated light cone with a small opening angle. Sensoranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen Laserdioden sind.Sensor arrangement according to Claims 1 and 2, characterized that the light sources are laser diodes. Sensoranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen optisch kollimierte lichtemittierende Dioden sind.Sensor arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the light sources optically are collimated light emitting diodes. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Ausführungsform Lichtleiter (25) mit einer runden Querschnittsform vorgesehen sind.Sensor arrangement according to Claim 1, characterized in that, in a first embodiment, light guides ( 25 ) are provided with a round cross-sectional shape. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einer weiteren Ausführungsform Lichtleiter (25) mit einer eckigen Querschnittsform vorgesehen sind.Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that a further embodiment of a light guide ( 25 ) are provided with a rectangular cross-sectional shape. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführungsform mit einer auf der gegenüberliegenden Warenseite angeordneten, parallel zur Lichtquellenzeile orientierten Reflektoroberfläche zum Ausführen einer Negativmessung.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized by an embodiment with one on the opposite side of the product arranged, parallel to the light source row oriented reflector surface to Running a Negative detection. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit für ein selektives Ansteuern jeweils nur einer Lichtquelle oder Lichtquellengruppe und Auslesen des Photodetektors.Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized by a control unit for a selective driving only one light source or light source group and reading the photodetector.
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