WO2009115202A2 - Optischer sensor und verfahren zum nachweis von objekten - Google Patents

Optischer sensor und verfahren zum nachweis von objekten Download PDF

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WO2009115202A2
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light
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unit
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Kin Hing Chin
Yau Tine Chong
Weng Cheong Chow
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Pepperl and Fuchs SE
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20—Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor for detecting an object in a surveillance area.
  • This optical sensor has a light emitting unit for irradiating light in the monitoring area.
  • a detector unit having a proximity element for detecting reflected and / or scattered light from an object in a near area and a remote element for detecting reflected and / or scattered light from a background area.
  • the optical sensor additionally has a control and evaluation unit.
  • the invention relates to a method for detecting objects according to the preamble of claim 17.
  • light is radiated into the surveillance area with a light-emitting unit, with a near element of a detector unit reflected and / or scattered light is detected by an object in a near area, with a remote element of the detector unit is detected by a background surface reflected and / or scattered light and with a Control and evaluation unit, the light emitting unit is driven and detection signals of the detector unit are evaluated.
  • FIG. 1 shows the detection of an object 2 in a near zone by means of a proximity element 7 of a detector unit 6.
  • the detector unit 6 has, in addition to the proximity element 7, a remote element 10 offset locally thereto.
  • the remote element 10 can capture a light reflected and / or scattered by a background area 12 in the far field.
  • a light source 14 of a light-emitting unit 4 is arranged in the optical sensor 1.
  • the light 5 of the light-emitting unit can be reflected and / or scattered by an object 2 in the monitoring area 3
  • Light 8 are detected at an angle ⁇ of the Nahelement 7 in the detector unit 6.
  • a control and evaluation unit 9 is arranged in the optical sensor 1 for driving the light emitting unit 4 and for evaluating detection signals of the detector unit 6 and can output a switching signal 23 as soon as an object 2, as shown in FIG. 1, is located in the vicinity.
  • FIG. 2 A basic circuit of such an optical sensor is shown in FIG. 2 with a light-emitting diode or a laser as a single light source 14, which is controlled and supplied by the control and evaluation unit 9 via the supply line 24 with current pulses, for example, so that it emits a light beam 5.
  • Detector diodes as Nahelement 7 and remote element 10 in the detector unit 6 via test lines 25 and 26 deliver their detection signals to a differential amplifier 27.
  • the differential amplifier forms a positive difference signal when an object is located in the surveillance area. If the differential amplifier forms a negative signal, no object is located in the monitoring area.
  • the amplified difference signal of the two detector elements is fed via the feed line 28 to the control and evaluation unit 9.
  • the control and evaluation unit 9 supplies at its output 29 a switching signal 23 if, for example, an object was detected by the proximity element 7.
  • FIG. 3 The disadvantages and limitations of such a triangulation method are shown in FIG. 3. Namely, erroneous measurements can occur when the object 2 has gaps, as shown in FIG. Such gaps are often observed in printed circuit boards in which slots and recesses are provided, for example, for later assembly in the circuit board.
  • the light beam 5 of the light-emitting unit 4 falls through such a slit 30 of the circuit board 20, there is a mis-indication, which may lead to misdiagnosis and may cause corresponding false responses.
  • a method for detecting an object in a surveillance area should be specified, in which misdiagnosis can be reliably avoided and a reliable detection of objects in the surveillance area is possible.
  • an optical sensor for detecting an object in a surveillance area.
  • This optical sensor has a light emitting unit for irradiating light in the monitoring area.
  • a detector unit having a proximity element for detecting reflected and / or scattered light of an object in a near area and a remote element for detecting reflected and / or scattered light of a background area is disposed in the optical sensor.
  • the light-emitting unit can be controlled and an evaluation of detection signals of the detector unit can be performed.
  • the light-emitting unit has a plurality of light sources.
  • the light sources are positioned and aligned to produce spots of light on the object to be detected at different locations.
  • the radiation of the different light sources in each case has different physical properties which make it possible to distinguish between the reflected and / or scattered light originating from the respective light sources.
  • the control and evaluation unit is set up for outputting a switching signal on the basis of a logical combination of the detection signals going back to the individual light sources.
  • Such an optical sensor with a plurality of light spot-generating light sources in the light-emitting unit has the advantage that the light of one of the plurality of light sources has to hit a region of the object to be detected by a suitable logic operation or by a suitable logic operation element such as an OR gate in the control and evaluation circuit, a corresponding switching signal for indicating that an object is present in the vicinity, to trigger.
  • a suitable logic operation such as an OR gate in the control and evaluation circuit
  • the method of the abovementioned type is developed according to the invention in that a plurality of light sources are used to exclude misdiagnoses, the light sources are positioned and aligned in order to generate light spots on the object to be detected at different locations, such that the radiation of the different light sources respectively has different physical properties, which allows a distinction of the reflected and / or scattered light due to the respective light sources, and that the control and evaluation unit outputs a switching signal on the basis of a logical combination of the detection signals going back to the individual light sources.
  • the detector unit can detect light spots on the object with the near element and light spots on the background surface with the remote element, the light-emitting unit having at least two light sources aligned such that at least two reflective and / or scattering light spots are arranged next to one another are.
  • Arranging the light spots side by side has the advantage that individual openings or slits in the object can not lead to a misdiagnosis, since the light spot of the first light source illuminates a different area than the light spot of the second light source.
  • the safety can be further increased by providing additional light sources in the optical sensor.
  • a preferred embodiment of the optical sensor has a control and evaluation unit with a logic module for detecting an existing object in the monitoring area.
  • the logic module then evaluates the detection signals of the sensor elements via the OR link.
  • the optical sensor for the light-emitting unit, the detector unit and the control and evaluation unit preferably has a common housing. This feature has a practical meaning and simplifies the installation or mounting of the optical sensor in production lines.
  • Light sources or the use of light emitting diodes or laser diodes are preferably used as light sources. These light-emitting diodes or serdioden have the advantage that they are energy-efficient and can be equipped for optical bundling with inexpensive Fresnel foil lenses to allow a cost-effective illumination of the near or far range.
  • the above-mentioned various physical properties of the light sources can be realized by time-delayed driving of the light sources.
  • the juxtaposed light spots of the light sources are illuminated with a time shift, so that a position assignment by the detector unit is possible due to the time difference.
  • the light sources are controlled by current pulses, which in turn are emitted according to time offset from the control and evaluation unit for the individual light sources.
  • Another way to use different physical properties of the light sources to detect the different positions of the light spots is to assign the light sources different wavelengths of light, so that a difference in color of juxtaposed spots occurs. This makes it possible to enable the positional arrangement of the light spots by the detector unit due to the color difference.
  • This identification of the light sources has the advantage that the light sources can be operated in continuous operation and can be dispensed with a pulse generation. Moreover, this solution has the advantage that misdiagnoses are further reduced, especially as there are no gaps, i. Pulse pauses are provided. The prerequisite for this is that the detector unit detects the incoming light wavelength-specifically, at least in some areas.
  • a further preferred possibility is to use different modulation frequencies in the generation of the adjacent light spots as different physical properties of the light source.
  • a position assignment is made possible by the detector unit due to the differences in the modulation frequencies.
  • the control and evaluation unit has a microcontroller which supplies the light sources with staggered or modulated pulses and from an amplified differential signal of the at least two sensor elements, a detection signal for detection of an object in the Provides surveillance area.
  • a microcontroller which supplies the light sources with staggered or modulated pulses and from an amplified differential signal of the at least two sensor elements, a detection signal for detection of an object in the Provides surveillance area.
  • Such microcontrollers work quickly and reliably and ensure that misdiagnosis is avoided.
  • the optical sensor can be used not only for the above-mentioned printed circuit boards and preferably for circuit boards in front of a background area in a surveillance area, but it is also possible with this detector to examine the filling of a package to be tested for completeness. For example, transparent blister packs containing small parts such as tablets, pills and / or capsules are checked in front of the background area in the monitoring area.
  • the optical sensor according to the invention can also be set so precisely that a signal from a blister surface as a foreground signal and a signal from the intermediate regions of the blisters or at least from a region which is at the same height with these intermediate regions is detected as the background signal , Thus, if a blister compartment is not filled and thus not raised above the intermediate areas or protruding, this can be detected and detected as a background signal. In this sense, the filling of blister packs which are not transparent can also be checked with the optical sensor according to the invention.
  • Evaluation unit is a logic device for a logical AND operation of at least two detection signals of the sensor elements is provided.
  • this optical sensor can also be used for counting objects by providing a counting device in the control and evaluation unit.
  • a plurality of adjacently arranged light sources in particular a two-dimensional light-emitting diode array, is used in the optical sensor as a light-emitting unit, wherein the individual light sources can be controlled independently of each other and thus the object geometry to be examined can be adapted.
  • the light-emitting diodes are manufactured as surface-mounted components (surface-mounted devices, SMDs).
  • SMDs surface-mounted devices
  • the reflection for one of the light wavelengths used is insufficiently intense in the case of said objects at the location illuminated by a light spot (for example for green light on a red printed sheet), the object in question can be detected by a second light source with a different wavelength.
  • optical sensor which allows speed detection of the object in the surveillance area as the object passes through the surveillance area monitored by at least two spots of light.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of an optical sensor based on a
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of a device according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a schematic diagram of a possible misdiagnosis of an optical
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of an optical sensor according to an embodiment of the invention prior to insertion of an object into the surveillance area
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the optical sensor according to FIG. 4 after insertion of an object into the monitoring area
  • Fig. 6 shows a schematic circuit diagram of a device according to Fig. 4.
  • FIG. 7 shows an evaluation table of a control and monitoring unit of an optical sensor according to an embodiment of the invention
  • Fig. 8 shows a schematic diagram of an optical sensor according to a second
  • Fig. 9 is a schematic diagram of an optical sensor according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of an optical sensor according to a fourth
  • Fig. 11 shows schematic diagrams of time-dependent detection signals of the optical sensor according to Fig. 10.
  • Fig. 12 shows a schematic diagram of an optical sensor according to the invention according to a fifth embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an optical sensor 100 on the basis of a triangulation measurement according to the prior art.
  • the disadvantages of such an optical sensor 100 are already shown in the introduction.
  • 2 shows a schematic circuit diagram of the device according to FIG. 1, and
  • FIG. 3 illustrates a situation for a possible misdiagnosis of an optical sensor 100 from the prior art. To avoid repetition, Figures 1 to 3 will not be discussed again.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of an optical sensor 50 according to an embodiment of the invention, wherein an object 2 to be detected is in a position prior to insertion of the object 2 into a monitoring area 3 of the optical sensor 50.
  • the object 2 to be monitored in this embodiment of the invention is a circuit board 20 having two slots 30 through which a background surface for the optical sensor is visible when the circuit board 20 in the direction of arrow A from the position shown in Fig. 4 in a position is transported in the monitoring area 3.
  • optical sensors 50 are used in monitoring stations of production lines, so that the direction of the arrow A represents the transport direction of the production line.
  • the optical sensor 50 differs in this embodiment of the invention of FIG. 1 in that it does not have a single light spot 17 for detecting an object 2 in a monitoring area 3.
  • three light spots 17, 18 and 19 are arranged next to one another, which are generated by three light sources 14, 15 and 16 of the optical sensor 50.
  • the light spots 17, 18 and 19 have a distance a and do not project beyond the surface of the board 20 to be detected.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the optical sensor 50 according to FIG. 4 after insertion of an object 2 into the monitoring area 3 after the printed circuit board 20 has been transported in the direction of the arrow A.
  • FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a device according to FIG. 4, wherein components having the same functions as in FIG. 2 of the prior art are identified by the same reference numerals and will not be discussed again.
  • the difference between the present invention and the circuit diagram shown in FIG. 2 consists in the fact that current pulses from the control and evaluation unit 9 with its microcontroller 31 are transmitted over the supply lines 24, 35 and 46 to the light sources 14, 15 and 16 in the form of light emitting diodes or laser diodes are supplied.
  • the microcontroller 31 has a logic module which performs an OR operation of the amplified measurement signals received via the supply line 28.
  • FIG. 7 shows an evaluation table of a control and monitoring unit of an optical sensor according to an embodiment of the invention. For this purpose, six measurement cycles are listed in the table, with the first measurement cycle to be verified Object is not yet in the detection range of the optical sensor, and thus all three measurement signals are negative, and therefore, as shown in Fig. 6, an "Off" signal at the output 29 is pending.
  • the light source 16 illuminates a gap, for example in the object or in the circuit board, while the light sources 14 and 15 provide a positive measurement signal, because there is no opening to the background, so that the output is switched to "on"
  • the middle light source 15 In the position of the middle light source 15, a slot is detected, although there is a negative measurement signal, however, due to the positive measurement signals of the light sources 14 and 16, an "on" at the output is maintained.
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of an optical sensor 60 according to a second embodiment of the invention.
  • This optical sensor 60 operates on the same principle as the optical sensor 50 of the first embodiment.
  • two light sources 14 and 15 are provided, which are aligned such that their light spots 17 and 18, respectively, illuminate individual positions of small parts 21 packed in a blister pack 22 between transparent foils.
  • the completeness of the packaging of the blister pack 22 with small parts 21 can be checked when the light beams 5 of the light sources 14 and 15 are aligned to match the adjacent positions of small pieces in the blister -Package 22 illuminate.
  • the packaging can be checked for completeness exactly.
  • FIG. 9 shows a schematic diagram of an optical sensor 70 according to a third embodiment of the invention.
  • two light sources 14 and 15 are provided, the light spots 17 and 18 are arranged at a distance .DELTA.x, and whereby, for example, example, a board 20 to be measured object 2 in the direction of arrow A sequentially from the light rays of the light sources 14 and 15 in a measurable time interval .DELTA.t be detected.
  • FIG. 10 shows a schematic diagram of an optical sensor 80 according to a fourth embodiment of the invention.
  • a transport speed in the direction of arrow A can already be detected within a printed circuit board 20 by recording characteristic reflection patterns in the light spot 17 by a detector unit 6 and the time difference ⁇ t up to which the same pattern appears in the light spot 18 of the second light source 15 , is detected.
  • the speed v ⁇ x / ⁇ t of the printed circuit board 20 can be determined in the production sequence.
  • the Nahelement and the remote element are summarized.
  • FIG. 11 shows schematic diagrams of time-dependent detection signals of the optical sensor 80 according to FIG. 10.
  • the sensor current IS for the light spot 17 can be recorded and the sensor current IS recorded in the position 18, and at the same current measuring peaks due to particularly well reflecting structures
  • the time interval ⁇ t between the appearance of the pattern in the measuring spot 17 and the measuring spot 18 as shown in Fig. 10 can be determined as a time difference. If the distance .DELTA.x of the light spots 17 and 18 is set in relation to the measured time .DELTA.t, the speed v at which the printed circuit board 20 from FIG. 10 passes by the light spots 17 and 18 of the light sources 14 and 15 results.
  • FIG. 12 shows a schematic diagram of an optical sensor 101 according to the invention according to a fifth embodiment of the invention, wherein the light-emitting unit 4 is a two-dimensional light-emitting diode array. Its individual LEDs are independently controllable. By way of example, switched-on light-emitting diodes 98 and switched off light-emitting diodes 99 are shown. The number of light emitting diodes in the array is selected to be 18 in this example, but need not be so limited.
  • the light of the active light-emitting diodes 98 strikes a printed circuit board 20, with the light-emitting diodes suitable for the corresponding application being activated.
  • the light-emitting diodes 98 are selected such that in no situation are all three slots 30, which are arranged at the distances d1 and d2 from one another, hit simultaneously. Accordingly, at least one light spot always falls on the circuit board 20, and the circuit board 20 can therefore be reliably detected.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optische Sensor zum Nachweisen eines Objekts in einem Überwachungsbereich mit einer Lichtsendeeinheit zum Einstrahlen von Licht in den Überwachungsbereich, mit einer Detektoreinheit, die ein Nahelement zum Nachweis von von einem Objekt in einem Nahbereich reflektiertem und/oder gestreutem Licht und ein Fernelement zum Nachweisen von von einer Hintergrundfläche reflektiertem und/oder gestreutem Licht aufweist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zum Ansteuern der Lichtsendeeinheit und zum Auswerten von Nachweissignalen der Detektoreinheit. Der optische Sensor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsendeeinheit zum Ausschließen von Fehldiagnosen eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweist, dass die Lichtquellen positioniert und ausgerichtet sind, um auf dem nachzuweisenden Objekt an unterschiedlichen Orten Lichtflecken zu erzeugen, dass die Strahlung der verschiedenen Lichtquellen jeweils verschiedene physikalische Eigenschaften aufweist, die eine Unterscheidung des auf die jeweiligen Lichtquellen zurückgehenden reflektierten und/oder gestreuten Lichts ermöglicht, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit zum Ausgeben eines Schaltsignals auf Grundlage einer logischen Verknüpfung der auf die einzelnen Lichtquellen zurückgehenden Nachweissignale eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich.

Description

Optischer Sensor und Verfahren zum Nachweis von Objekten
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zum Nachweisen eines Objekts in einem Überwachungsbereich. Dieser optische Sensor weist eine Lichtsendeeinheit zum Einstrahlen von Licht in den Überwachungsbereich auf. Ferner gehört zu dem optischen Sensor eine Detektoreinheit, die ein Nahelement zum Nachweisen von reflektiertem und/oder gestreutem Licht von einem Objekt in einem Nahbereich und ein Fernelement zum Nachweisen von reflektiertem und/oder gestreutem Licht von einer Hintergrundfläche aufweist. Zum Ansteuern der Lichtsendeeinheit und zum Auswerten von Nachweissignalen der Detektoreinheit weist der optische Sensor zusätzlich eine Steuer- und Auswerteeinheit auf.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Nachweis von Objekten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17.
Dabei wird mit einer Lichtsendeeinheit Licht in den Überwachungsbereich gestrahlt, mit einem Nahelement einer Detektoreinheit wird von einem Objekt in einem Nahbereich reflektiertes und/oder gestreutes Licht nachgewiesen, mit einem Fernelement der Detektoreinheit wird von einer Hintergrundfläche reflektiertes und/oder gestreutes Licht nachgewiesen und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit wird die Lichtsendeeinheit angesteuert und Nachweissignale der Detektoreinheit werden ausgewertet.
Das dem optischen Sensor zugrundeliegende Messverfahren wird mit Bezug auf Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Erfassung eines Objekts 2 in einem Nahbereich mittels eines Nahelements 7 einer Detektoreinheit 6. Die Detektoreinheit 6 weist neben dem Nahelement 7 ein örtlich dazu versetzt angeordnetes Fernelement 10 auf. Das Fernelement 10 kann ein von einer Hintergrundfläche 12 im Fernbereich reflektiertes und/oder gestreutes Licht auffangen. Dazu ist in dem optischen Sensor 1 eine Lichtquelle 14 einer Lichtsendeeinheit 4 angeordnet. Das Licht 5 der Lichtsendeeinheit kann von einem Objekt 2 im Überwachungsbereich 3 als reflektiertes und/oder gestreutes Licht 8 unter einem Winkel α von dem Nahelement 7 in der Detektoreinheit 6 erfasst werden.
Wenn kein Gegenstand bzw. kein Objekt 2 im Lichtstrahl 5 der Lichtquelle 14 vorhanden ist, so wird der Lichtstrahl 5, wie es die gestrichelten Linien zeigen, an einer Hintergrundfläche 12 unter dem Winkel ß als reflektiertes oder gestreutes Licht 11 von dem Fernelement 10, das örtlich versetzt zu dem Nahelement 7 in der Detektoreinheit 6 angeordnet ist, aufgenommen. Eine Steuer- und Auswerteeinheit 9 ist in dem optischen Sensor 1 zum Ansteuern der Lichtsendeeinheit 4 und zum Auswerten von Nachweissignalen der Detektoreinheit 6 angeordnet und kann ein Schaltsignal 23 ausgeben, sobald ein Objekt 2, wie es Fig. 1 zeigt, im Nahbereich angeordnet ist.
Eine prinzipielle Schaltung eines derartigen optischen Sensors zeigt Fig. 2 mit einer Leuchtdiode oder einem Laser als einzelne Lichtquelle 14, die von der Steuer- und Auswerteeinheit 9 über die Zuleitung 24 beispielsweise mit Stromimpulsen angesteuert und versorgt wird, so dass sie einen Lichtstrahl 5 abstrahlt. Detektordioden als Nahelement 7 und Fernelement 10 in der Detektoreinheit 6 liefern über Messleitungen 25 und 26 ihre Nachweissignale an einen Differenzverstärker 27. Der Differenzverstärker bildet ein positives Differenzsignal, wenn ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist. Wenn der Differenzverstärker ein negatives Signal bildet, ist kein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet. Das verstärkte Differenzsignal der beiden Detektorelemente wird über die Zuleitung 28 der Steuer- und Auswerteeinheit 9 zugeführt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 9 liefert an ihrem Ausgang 29 ein Schaltsignal 23, falls beispielsweise ein Objekt durch das Nahelement 7 detektiert wurde.
Die Nachteile und Grenzen eines derartigen Triangulationsverfahrens zeigt Fig. 3. Es können nämlich Fehlmessungen dann auftreten, wenn das Objekt 2, wie in Fig. 3 gezeigt, Lücken aufweist. Derartige Lücken werden häufig bei Leiterplatten beobachtet, bei denen Schlitze und Aussparungen beispielsweise für die spätere Montage in der Leiterplatte vorgesehen sind. Wenn der Lichtstrahl 5 der Lichtsendeeinheit 4 durch einen derartigen Schlitz 30 der Leiterplatte 20 fällt, gibt es eine Fehlanzeige, die zu einer Fehldiagnose bzw. Fehlinformation führen kann und entsprechend falsche Reaktionen auslösen kann.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, einen optischen Sensor zu schaffen, der Fehldiagnosen vermeidet und einen zuverlässigen Nachweis von Objek- ten in einem Überwachungsbereich liefert. Außerdem soll ein Verfahren zum Nachweisen eines Objekts in einem Überwachungsbereich angegeben werden, bei dem Fehldiagnosen zuverlässig vermieden werden können und ein zuverlässiger Nachweis von Objekten im Überwachungsbereich möglich ist.
Diese Aufgabe wird in einen ersten Aspekt mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung. In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die oben genannte Aufgabe durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein optischer Sensor zum Nachweisen eines Objekts in einem Überwachungsbereich geschaffen. Dieser optische Sensor weist eine Lichtsendeeinheit zum Einstrahlen von Licht in den Überwachungsbereich auf. Eine Detektoreinheit, die ein Nahelement zum Nachweis von reflektiertem und/oder gestreutem Licht eines Objekts in einem Nahbereich und ein Fernelement zum Nachweisen von reflektiertem und/oder gestreutem Licht einer Hintergrundfläche aufweist, ist in dem optischen Sensor angeordnet. Mit einer Steuer- und Auswerteeinheit kann die Lichtsendeeinheit angesteuert werden und ein Auswerten von Nachweissignalen der Detektoreinheit durchgeführt werden.
Zum Ausschließen von Fehldiagnosen weist die Lichtsendeeinheit erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Lichtquellen auf. Die Lichtquellen sind so positioniert und ausgerichtet, um auf dem nachzuweisenden Objekt an unterschiedlichen Orten Lichtflecken zu erzeugen. Dazu weist die Strahlung der verschiedenen Lichtquellen jeweils verschiedene physikalische Eigenschaften auf, die eine Unterscheidung des auf die jeweiligen Lichtquellen zurückgehenden reflektierten und/oder gestreuten Lichts ermöglichen. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist zum Ausgeben eines Schaltsignals auf Grundlage einer logischen Verknüpfung der auf die einzelnen Lichtquellen zurückgehenden Nachweissignale eingerichtet.
Ein derartiger optischer Sensor mit mehreren Lichtflecken-erzeugenden Lichtquellen in der Lichtsendeeinheit hat den Vorteil, dass durch eine geeignete logische Verknüpfung bzw. durch ein geeignetes logisches Verknüpfungselement wie ein ODER-Gatter das Licht eines der mehrerer Lichtquellen einen Bereich des nachzuweisenden Objekts treffen muss, um in der Steuer- und Auswerteschaltung ein entsprechendes Schaltsignal zur Kennzeichnung, dass ein Objekt im Nahbereich vorhanden ist, auszulösen. Das bedeutet, dass die Lichtstrahlen der übrigen Lichtquellen dieser Mehrzahl von Lichtquellen lediglich eine Reaktion des Fernelements anzeigen, was jedoch durch die logische ODER-Verknüpfung nicht zu einer Fehldiagnose führt.
Das Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass zum Ausschließen von Fehldiagnosen eine Mehrzahl von Lichtquellen verwendet wird, dass die Lichtquellen positioniert und ausgerichtet werden, um auf dem nachzuweisenden Objekt an unterschiedlichen Orten Lichtflecken zu erzeugen, dass die Strahlung der verschiedenen Lichtquellen jeweils verschiedene physikalische Eigenschaften aufweist, die eine Unterscheidung des auf die jeweiligen Lichtquellen zurückgehenden reflektierten und/oder gestreuten Lichts ermöglicht, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit auf Grundlage einer logischen Verknüpfung der auf die einzelnen Lichtquellen zurückgehenden Nachweissignale ein Schaltsignal ausgibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Detektoreinheit mit dem Nahelement Lichtflecken auf dem Objekt und mit dem Fernelement Lichtflecken auf der Hintergrundfläche nachweisen, wobei die Lichtsendeeinheit mindestens zwei Lichtquellen aufweist, die derart ausgerichtet sind, dass mindestens zwei reflektierende und/oder streuende Lichtflecken nebeneinander angeordnet sind. Das Anordnen der Lichtflecken nebeneinander hat den Vorteil, dass einzelne Öffnungen oder Schlitze in dem Objekt nicht zu einer Fehldiagnose führen können, da der Lichtfleck der ersten Lichtquelle einen anderen Bereich beleuchtet als der Lichtfleck der zweiten Lichtquelle. Die Sicherheit kann weiter erhöht werden, indem weitere Lichtquellen in dem optischen Sensor vorgesehen werden.
Um die oben erwähnte ODER-Verknüpfung zu gewährleisten, weist eine bevorzugte Ausführungsform des optischen Sensors eine Steuer- und Auswerteeinheit mit einem Logikbaustein zum Nachweis eines vorhandenen Objekts in dem Überwachungsbereich auf. Mit dem Logikbaustein werden dann die Nachweissignale der Sensorelemente über die ODER-Verknüpfung ausgewertet.
Vorzugsweise weist der optische Sensor für die Lichtsendeeinheit, die Detektoreinheit und die Steuer- und Auswerteeinheit ein gemeinsames Gehäuse auf. Dieses Merkmal hat eine praktische Bedeutung und vereinfacht die Installation bzw. Anbringung des optischen Sensors in Fertigungsstraßen. Als Lichtquellen der üchtsendeeinheit werden vorzugsweise Leuchtdioden oder Laserdioden eingesetzt. Diese Leuchtdioden oder La- serdioden haben den Vorteil, dass sie energiesparend sind und zur optischen Bündelung mit preiswerten Fresnel-Folienlinsen ausgestattet sein können, um ein kostengünstiges Ausleuchten des Nah- bzw. Fernbereichs zu ermöglichen.
Die oben erwähnten verschiedenen physikalischen Eigenschaften der Lichtquellen können durch ein zeitversetztes Ansteuern der Lichtquellen realisiert werden. Dabei werden die nebeneinander liegenden Lichtflecken der Lichtquellen zeitversetzt ausgeleuchtet, so dass eine Positionszuordnung durch die Detektoreinheit aufgrund des Zeitunterschieds möglich ist. Dazu werden die Lichtquellen über Stromimpulse angesteuert, die ihrerseits entsprechend zeitversetzt von der Steuer- und Auswerteeinheit für die einzelnen Lichtquellen abgegeben werden.
Eine weitere Möglichkeit, verschiedene physikalische Eigenschaften der Lichtquellen zu nutzen, um die unterschiedlichen Positionen der Lichtflecken zu erfassen, besteht darin, den Lichtquellen unterschiedliche Lichtwellenlängen zuzuordnen, so dass ein farblicher Unterschied der nebeneinander angeordneten Lichtflecken auftritt. Damit wird es möglich, die Positionsanordnung der Lichtflecken durch die Detektoreinheit aufgrund des Farbunterschieds zu ermöglichen. Diese Identifizierung der Lichtquellen hat den Vorteil, dass die Lichtquellen im Dauerbetrieb betrieben werden können und auf eine Impulsgeneration verzichtet werden kann. Außerdem hat diese Lösung den Vorteil, dass Fehldiagnosen weiter verringert werden, zumal keine Lücken, d.h. Pulspausen vorgesehen sind. Voraussetzung hierfür ist, dass die Detektoreinheit das einkommende Licht zumindest in Teilbereichen wellenlängenspezifisch nachweist.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, als verschiedene physikalische Eigenschaften der Lichtquelle unterschiedliche Modulationsfrequenzen bei der Erzeugung der nebeneinander angeordneten Lichtflecken einzusetzen. Dabei wird eine Positionszuordnung durch die Detektoreinheit aufgrund der Unterschiede in den Modulationsfrequenzen ermöglicht.
Um die oben aufgestellten Forderungen an den optischen Sensor zu erfüllen, weist die Steuer- und Auswerteeinheit einen Mikrocontroller auf, der die Lichtquellen mit zeitlich versetzten oder mit modulierten Impulsen versorgt und aus einem verstärkten Differenzsignal der mindestens zwei Sensorelemente ein Nachweissignal zum Nachweis eines Objekts in dem Überwachungsbereich bereitstellt. Derartige Mikrocontroller arbeiten schnell und zuverlässig und sorgen dafür, dass Fehldiagnosen vermieden werden. Der optische Sensor kann nicht nur für die oben erwähnten gedruckten Schaltungsplatinen und vorzugsweise für Leiterplatten vor einer Hintergrundfläche in einem Überwachungsbereich eingesetzt werden, sondern es ist mit diesem Detektor auch möglich, die Befüllung einer zu prüfenden Verpackung auf Vollständigkeit zu untersuchen. Dabei werden beispielsweise transparente Blister-Packungen mit Kleinteilen wie Tabletten, Pillen und/oder Kapseln vor der Hintergrundfläche in dem Überwachungsbereich überprüft. Fehlt ein derartiges Kleiπteil, so erfolgt eine Reflektion bzw. eine Streuung des Lichts nicht aus dem Nahbereich, sondern für die Position des fehlenden Kleinteils aus dem Fernbereich, zumal die Verpackung transparent ist. Grundsätzlich kann der erfin- dungsgemäße optische Sensor aber auch so präzise eingestellt werden, dass ein Signal von einer Blisteroberfläche als Vordergrundsignal und ein Signal von den Zwischenbereichen der Blister oder jedenfalls von einem Bereich, der mit diesen Zwischenbereichen auf derselben Höhe liegt, als Hintergrundsignal nachgewiesen wird. Wenn demnach ein Blisterabteil nicht gefüllt und demgemäß nicht über die Zwischenbereiche erhaben ist oder vorsteht, kann dies als Hintergrundsignal erkannt und nachgewiesen werden. In diesem Sinn kann mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor auch die Befüllung von Blisterpackungen überprüft werden, die nicht transparent sind.
Dieses kann dann zu einer entsprechenden Reaktion führen, wenn in der Steuer- und
Auswerteeinheit ein Logikbaustein für eine logische UND-Verknüpfung von mindestens zwei Nachweissignalen der Sensorelemente vorgesehen ist. Neben der Überwachung des Vorhandenseins beziehungsweise NichtVorhandenseins von Gegenständen im Überwachungsbereich beziehungsweise Kleinteilen in einer entsprechenden transparenten Verpackung im Nahbereich kann dieser optische Sensor auch für das Zählen von Objekten eingesetzt werden, indem in der Steuer- und Auswerteeinheit eine Zählvorrichtung vorgesehen ist.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird bei dem optischen Sensor als Lichtsendeeinheit eine Vielzahl benachbart angeordneter Lichtquellen, insbesondere ein zweidimensionales Leuchtdioden-Array, verwendet, wobei die einzelnen Lichtquellen unabhängig voneinander ansteuerbar sind und somit der zu untersuchenden Objektgeometrie angepasst werden können. In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Leuchtdioden als oberflächenmontierbare Bauteile (Surface-Mounted Devices, SMDs) gefertigt. Eine weitere erfindungsgemäße Anwendung, die durch die Verwendung mindestens zweier Lichtquellen verschiedener Wellenlänge ermöglicht wird, ist der Nachweis farbiger Objekte, insbesondere bedruckter farbiger Bögen in der Drucktechnik. Ist bei den besagten Objekten an der von einem Lichtfleck beleuchteten Stelle die Reflexion für eine der verwendeten Lichtwellenlängen nicht ausreichend intensiv (zum Beispiel für grünes Licht auf einem rot bedruckten Bogen), kann durch eine zweite Lichtquelle mit anderer Wellenlänge das fragliche Objekt detektiert werden.
Schließlich ist es auch möglich, einen Zeitaufnehmer für den optischen Sensor vorzusehen, der einen Geschwindigkeitsnachweis des Objekts in dem Überwachungsbereich ermöglicht, wenn der Gegenstand den von mindestens zwei Lichtflecken überwachten Überwachungsbereich passiert. Somit ergeben sich für den erfindungsgemäßen optischen Sensor eine Vielzahl von vorteilhaften Anwendungen, die darauf beruhen, dass mehrere Lichtquellen so ausgerichtet sind, dass örtlich voneinander getrennte Lichtflek- ken in dem Überwachungsbereich erzeugt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors auf der Grundlage einer
Triangulationsmessung;
Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze einer möglichen Fehldiagnose eines optischen
Sensors gemäß Fig. 1 ;
Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor dem Einführen eines Objekts in den Überwachungsbereich;
Fig. 5 zeigt eine Prinzipskizze des optischen Sensors gemäß Fig. 4 nach Einführen eines Objekts in den Überwachungsbereich;
Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß Fig. 4;
Fig. 7 zeigt eine Auswertetabelle einer Steuer- und Überwachungseinheit eines optischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 8 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors gemäß einer vierten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 zeigt schematische Diagramme von zeitabhängigen Nachweissignalen des optischen Sensors gemäß Fig. 10; und
Fig. 12 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Sensors gemäß einer fünften Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors 100 auf der Grundlage einer Triangulationsmessung gemäß dem Stand der Technik. Die Nachteile eines derartigen optischen Sensors 100 sind einleitend bereits dargestellt. Fig. 2 zeigt dazu ein schema- tisches Schaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 1, und Fig. 3 verdeutlicht eine Situation für eine mögliche Fehldiagnose eines optischen Sensors 100 aus dem Stand der Technik. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden die Figuren 1 bis 3 nicht erneut erörtert.
Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors 50 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei sich ein nachzuweisendes Objekt 2 in einer Position vor dem Einführen des Objekts 2 in einen Überwachungsbereich 3 des optischen Sensors 50 befindet. Das zu überwachende Objekt 2 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Leiterplatte 20, die zwei Schlitze 30 aufweist, durch welche eine Hintergrundfläche für den optischen Sensor sichtbar wird, wenn die Leiterplatte 20 in Pfeilrichtung A aus der in Fig. 4 gezeigten Position in eine Position im Überwachungsbereich 3 transportiert wird.
Üblicherweise werden derartige optische Sensoren 50 in Überwachungsstationen von Fertigungsstraßen eingesetzt, so dass die Pfeilrichtung A die Transportrichtung der Fertigungsstraße darstellt. Der optische Sensor 50 unterscheidet sich in dieser Ausführungsform der Erfindung von Fig. 1 dadurch, dass er nicht einen einzelnen Lichtfleck 17 zum Nachweis eines Objekts 2 in einem Überwachungsbereich 3 aufweist. Vielmehr sind in dieser Ausführungsform der Erfindung drei Lichtflecken 17, 18 und 19 nebeneinander angeordnet, die von drei Lichtquellen 14, 15 und 16 des optischen Sensors 50 erzeugt werden. Die Lichtflecken 17, 18 und 19 weisen einen Abstand a auf und überragen nicht die nachzuweisende Fläche der Platine 20.
Fig. 5 zeigt eine Prinzipskizze des optischen Sensors 50 gemäß Fig. 4 nach Einführen eines Objekts 2 in den Überwachungsbereich 3, nachdem die Leiterplatine 20 in Pfeilrichtung A transportiert ist. Durch das nebeneinander Anordnen von drei Lichtquellen 14, 15 und 16 zur Erzeugung von Lichtflecken 17, 18 und 19 in einem Fernbereich und/oder einem Nahbereich wird sichergestellt, dass beispielsweise der Lichtfleck 18, der hier einen Schlitz 30 und damit den Hintergrund der Leiterplatte 20 beleuchtet, nicht zu einer Fehldiagnose führt, zumal der optische Sensor 50 ein Logikelement aufweist, das eine logische ODER-Verknüpfung ermöglicht, und somit in jedem Fall die Leiterplatte im Überwachungsbereich 3 des optischen Sensors 50 durch einen der drei Lichtstrahlen nachgewiesen wird.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung gemäß Fig. 4, wobei Komponenten mit gleichen Funktionen wie in Fig. 2 des Standes der Technik mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht erneut erörtert werden. Der Unterschied der vorliegenden Erfindung zu dem in Fig. 2 gezeigten Schaltbild besteht nun darin, dass von der Steuer- und Auswerteeinheit 9 mit ihrem MikroController 31 zeitversetzt Stromimpulse über die Zuleitungen 24, 35 und 46 den Lichtquellen 14, 15 und 16 in Form von Leuchtdioden oder Laserdioden zuführt werden.
Durch das zeitversetzte Aufleuchten der durch die Lichtquellen 14, 15 und 16 erzeugten Lichtflecke wird eine zeitversetzte Detektion von Messsignalen durch den Detektor 6 erfasst und über den Differenzverstärker 27 der Steuer- und Auswerteeinheit 9 bzw. dem Mikrocontroller 31 zugeführt, der die verstärkten Messsignale den Messflecken zuordnet und die Messung dahingehend auswertet, ob ein Objekt in dem Strahlengang einer der drei Lichtquellen 14, 15 oder 16 vorhanden war. Dazu weist der Mikrocontroller 31 einen Logikbaustein auf, der eine ODER-Verknüpfung der über die Zuleitung 28 empfangenen verstärkten Messsignale durchführt.
Fig. 7 zeigt eine Auswertetabelle einer Steuer- und Überwachungseinheit eines optischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dazu sind in der Tabelle sechs Messzyklen aufgeführt, wobei mit dem ersten Messzyklus das nachzuweisende Objekt noch nicht im Erfassungsbereich des optischen Sensors liegt, und somit alle drei Messsignale negativ ausfallen, und deshalb wie in Fig. 6 gezeigt, ein „Off -Signal am Ausgang 29 ansteht.
Im zweiten Zyklus beleuchtet die Lichtquelle 16 einen Spalt beispielsweise im Objekt bzw. in der Platine, während die Lichtquellen 14 und 15 ein positives Messsignal liefern, weil dort keine Öffnung zum Hintergrund auftaucht, so dass insgesamt der Ausgang auf „On" geschaltet wird. Wird in der Position der mittleren Lichtquelle 15 ein Schlitz festgestellt, so gibt es zwar ein negatives Messsignal, jedoch aufgrund der positiven Messsignale der Lichtquellen 14 und 16 bleibt ein „On" am Ausgang erhalten.
Verschiebt sich der Schlitz, durch den die Hintergrundfläche sichtbar wird, zu der ersten Lichtquelle 14, so bleibt dennoch am Ausgang 29 des MikroControllers ein Schaltsignal „On" erhalten. Im fünften Zyklus leuchten alle drei Lichtquellen auf den Hintergrund, beispielsweise weil eine sehr große oder breite Öffnung im nachzuweisenden Objekt vorhanden ist. Dennoch bleibt am Ausgang 29 des MikroControllers bis kurz nach Anschalten der Lichtquelle 16 im fünften Zyklus ein „On"-Schaltsignal erhalten. Erst wenn die Platine vollständig den Erfassungsbereich verlassen hat, steht am Ausgang 29 des Mikrocontrollers 31 ein „Off'-Signal an.
Fig. 8 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dieser optische Sensor 60 arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie der optische Sensor 50 des ersten Ausführungsbeispiels. Hier jedoch sind zwei Lichtquellen 14 und 15 vorgesehen, die derart ausgerichtet sind, dass ihre Lichtflecken 17 bzw. 18 einzelne Positionen von in einer Blister-Packung 22 verpackten Kleinteilen 21 zwischen transparenten Folien beleuchten. Wie Fig. 8 zeigt, kann mit dem optischen Sensor 60 die Vollständigkeit der Verpackung der Blister-Packung 22 mit Kleinteilen 21 überprüft werden, wenn die Lichtstrahlen 5 der Lichtquelle 14 und 15 derart ausgerichtet sind, dass sie die benachbarten Positionen von Kleinteilen in der Blister-Packung 22 ausleuchten. Durch eine logische UND-Verknüpfung der Messsignale innerhalb des Mikrocontrollers, der dazu ein UND-Gatter aufweist, kann die Verpak- kung auf Vollständigkeit exakt geprüft werden.
Fig. 9 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors 70 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Auch hier sind zwei Lichtquellen 14 und 15 vorgesehen, wobei die Lichtflecken 17 und 18 in einem Abstand Δx angeordnet sind, und wobei beispiels- weise eine Platine 20 als zu vermessendes Objekt 2 in Pfeilrichtung A nacheinander von den Lichtstrahlen der Lichtquellen 14 und 15 in einem messbaren Zeitintervall Δt erfasst werden. Mit Hilfe des Abstandes Δx und einer Zeiterfassung des Zeitintervalls Δt kann die Transportgeschwindigkeit v = Δx/Δt der Leiterplatte 20 in Pfeilrichtung A beispielsweise auf einem Fertigungsband festgestellt werden.
Fig. 10 zeigt eine Prinzipskizze eines optischen Sensors 80 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Anordnung des Sensors kann bereits innerhalb einer Leiterplatte 20 eine Transportgeschwindigkeit in Pfeilrichtung A nachgewiesen werden, indem charakteristische Reflexionsmuster im Lichtfleck 17 durch eine Detektoreinheit 6 aufgenommen werden und die Zeitdifferenz Δt, bis zu der das gleiche Muster im Lichtfleck 18 der zweiten Lichtquelle 15 auftaucht, festgestellt wird. So kann aus dem Quotienten Δx/Δt die Geschwindigkeit v = Δx/Δt der Leiterplatte 20 im Fertigungsablauf festgestellt werden. In der Detektoreinheit 6 sind hierbei das Nahelement und das Fernelement zusammengefasst.
Fig. 11 zeigt schematische Diagramme von zeitabhängigen Nachweissignalen des optischen Sensors 80 gemäß Fig. 10. Dazu kann beispielsweise der Sensorstrom IS für den Lichtfleck 17 aufgenommen werden sowie der Sensorstrom IS in der Position 18 protokolliert werden, und bei gleichen Strommessspitzen aufgrund besonders gut reflektierender Strukturen auf dem zu vermessenden Objekt kann das Zeitintervall Δt zwischen dem Auftauchen des Musters im Messfleck 17 und dem Messfleck 18, wie es in Fig. 10 gezeigt wird, als bzw. einer Zeitdifferenz festgestellt werden. Wird der Abstand Δx der Lichtflecken 17 und 18 ins Verhältnis zu der gemessenen Zeit Δt gestellt, so ergibt sich die Geschwindigkeit v, mit der die Leiterplatte 20 aus Fig. 10 an den Lichtflek- ken 17 und 18 der Lichtquellen 14 und 15 vorbeigeführt wird.
Fig. 12 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen optischen Sensors 101 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, wobei die Lichtsendeeinheit 4 ein zweidimensionales Leuchtdioden-Array ist. Dessen einzelne Leuchtdioden sind unabhängig voneinander steuerbar. Beispielhaft sind eingeschaltete Leuchtdioden 98 und ausgeschaltete Leuchtdioden 99 dargestellt. Die Anzahl der Leuchtdioden im Array ist in diesem Beispiel zu 18 gewählt, muss aber nicht darauf beschränkt sein.
Das Licht der aktiven Leuchtdioden 98 trifft auf eine Leiterplatte 20, wobei gerade die für die entsprechende Anwendung geeigneten Leuchtdioden aktiviert werden. Im ge- zeigten Fall werden die Leuchtdioden 98 so gewählt, dass in keiner Situation alle drei Schlitze 30, die in den Abständen d1 und d2 zueinander angeordnet sind, gleichzeitig getroffen werden. Demgemäß fällt auf die Leiterplatte 20 immer mindestens ein Lichtfleck und die Leiterplatte 20 kann deshalb zuverlässig nachgewiesen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Optischer Sensor zum Nachweisen eines Objekts (2) in einem Überwachungsbereich (3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 24, mit einer Lichtsendeeinheit (4) zum Einstrahlen von Licht (5) in den Überwachungsbereich (3), mit einer Detektoreinheit (6), die ein Nahelement (7) zum Nachweis von von einem Objekt (2) in einem Nahbereich reflektiertem und/oder gestreutem Licht (8) und ein Fernelement (10) zum Nachweisen von von einer Hintergrundfläche (12) reflektiertem und/oder gestreutem Licht (11) aufweist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (9) zum Ansteuern der Lichtsendeeinheit (4) und zum Auswerten von Nachweissignalen der Detektoreinheit (6), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lichtsendeeinheit (4) zum Ausschließen von Fehldiagnosen eine Mehrzahl von Lichtquellen (14, 15, 16) aufweist, dass die Lichtquellen (14) positioniert und ausgerichtet sind, um auf dem nachzuweisenden Objekt (2) an unterschiedlichen Orten Lichtflecken (17, 18, 19) zu erzeugen, dass die Strahlung der verschiedenen Lichtquellen (14, 15, 16) jeweils verschiedene physikalische Eigenschaften aufweist, die eine Unterscheidung des auf die jeweiligen Lichtquellen (14, 15, 16) zurückgehenden reflektierten und/oder gestreuten Lichts (5) ermöglicht, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) zum Ausgeben eines Schaltsignals (23) auf Grundlage einer logischen Verknüpfung der auf die einzelnen Lichtquellen (14, 15, 16) zurückgehenden Nachweissignale eingerichtet ist.
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (14, 15, 16) zum Bereitstellen von verschiedenen physikalischen Eigenschaften zeitversetzt ansteuerbar sind.
3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (14, 15, 16) zum Bereitstellen von verschiedenen physikalischen Eigenschaften unterschiedlich modulierbar sind.
4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsendeeinheit (4) als Lichtquellen (14, 15, 16) Leuchtdioden und/oder Laserdioden aufweist.
5. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (6) mit dem Nahelement (7) Lichtflecken (17) auf dem Objekt (2) und mit dem Fernelement (10) Lichtflecken (17) auf der Hintergrundfläche (12) nachweist, und dass die Lichtsendeeinheit (4) mindestens zwei Lichtquellen (14, 15) aufweist, die so ausgerichtet sind, dass mindestens zwei Lichtflecken (17, 18, 19) nebeneinander angeordnet sind.
6. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsendeeinheit (4) mindestens drei Lichtquellen (14, 15) aufweist, die so ausgerichtet sind, dass mindestens drei Lichtflecken (17, 18, 19) nebeneinander angeordnet sind.
7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) zum Nachweis eines vorhandenen Objekts (2) in dem Überwachungsbereich einen Logikbaustein für eine logische ODER-Verknüpfung der auf die verschiedenen Lichtquellen (14, 15) zurückgehenden Nachweissignale aufweist.
8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lichtsendeeinheit (4), die Detektoreinheit (6) und die Steuer- und Auswerteeinheit (9) ein gemeinsames Gehäuse (13) vorhanden ist.
9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) einen Mikrocontroller aufweist, der die Lichtquellen (14, 15, 16) mit zeitlich versetzten oder mit modulierten Impulsen versorgt und aus einem verstärkten Differenzsignal der mindestens zwei Sensorelemente (7, 10) ein Nachweissignal zum Nachweis eines Objekts (2) in dem Überwachungsbereich (3) bereitstellt.
10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als nachzuweisende Objekte (2) Leiterplatten (20) vor der Hintergrundfläche (12) in dem Überwachungsbereich (3) zeitweise angeordnet sind.
11. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als nachzuweisendes Objekt (2) eine auf Vollständigkeit der Befüllung zu prüfende transparente Verpackung, vorzugsweise eine B I ister-Packung (22) mit Kleinteilen (21), vorzugsweise mit Tabletten, Pillen und/oder Kapseln, vor der Hintergrundfläche (12) in dem Überwachungsbereich (3) angeordnet ist.
12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) zum Nachweis eines fehlenden Kleinteils (21) in dem Überwachungsbereich (3) einen Logikbaustein für eine logische UND-Verknüpfung der mindestens zwei Nachweissignale der Sensorelemente (7, 10) aufweist.
13. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (60) mit einer Zählvorrichtung zusammenwirkt.
14. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (70, 80) zum Bestimmen einer Geschwindigkeit des Objekts (2) in dem Überwachungsbereich (3) einen Zeitaufnehmer aufweist.
15. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (14, 15, 16) als verschiedene physikalische Eigenschaften unterschiedliche Lichtwellenlängen zur Erzeugung farblich unterschiedlicher
Lichtflecken (17) aufweisen und dass das Nahelement (7) und das Fernelement (10) wenigstens teilweise zum wellenlängenspezifischen Nachweisen des aus dem Nahbereich und/oder von der Hintergrundfläche (12) reflektierten und/oder gestreuten Lichts eingerichtet ist.
16. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweidimensionales Leuchtdioden-Array mit einer Vielzahl von Leuchtdioden (98, 99) vorhanden ist, die unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
17. Verfahren zum Nachweisen von Objekten (2) in einem Überwachungsbereich (3), insbesondere unter Verwendung des optischen Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem mit einer Lichtsendeeinheit (4) Licht (5) in den Überwachungsbereich (3) gestrahlt wird, bei dem mit einem Nahelement (7) einer Detektoreinheit (6) von einem Objekt (2) in einem Nahbereich reflektiertes und/oder gestreutes Licht (8) nachgewiesen wird, bei dem mit einem Femelement (10) der Detektoreinheit (6) von einer Hintergrundfläche (12) reflektiertes und/oder gestreutes Licht (11) nachgewiesen wird und bei dem mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (9) die Lichtsendeeinheit (4) angesteuert wird und Nachweissignale der Detektoreinheit (6) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausschließen von Fehldiagnosen eine Mehrzahl von Lichtquellen (14, 15, 16) verwendet wird, dass die Lichtquellen (14) positioniert und ausgerichtet werden, um auf dem nachzuweisenden Objekt (2) an unterschiedlichen Orten Lichtflecken (17, 18, 19) zu erzeugen, dass die Strahlung der verschiedenen Lichtquellen (14, 15, 16) jeweils verschiedene physikalische Eigenschaften aufweist, die eine Unterscheidung des auf die jeweiligen Lichtquellen (14, 15, 16) zurückgehenden reflektierten und/oder gestreuten Lichts (5) ermöglicht, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) auf Grundlage einer logischen Verknüpfung der auf die einzelnen Lichtquellen (14, 15, 16) zurückgehenden Nachweissignale ein Schaltsignal (23) ausgibt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (14, 15, 16) zum Bereitstellen von verschiedenen physikalischen Eigenschaften zeitversetzt angesteuert werden.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (14, 15, 16) zum Bereitstellen von verschiedenen physikalischen Eigenschaften unterschiedlich moduliert werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) zum Nachweis eines vorhandenen Objekts (2) in dem Überwachungsbereich eine logische ODER-Verknüpfung der auf die verschiedenen Lichtquellen (14, 15) zurückgehenden Nachweissignale durchführt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Hintergrundfläche (12) in dem Überwachungsbereich (3) zeitweise angeordnete Leiterplatten (20) als Objekte (2) nachgewiesen werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die nachzuweisenden Objekte (2) vor der Hintergrundfläche (12) in dem Überwachungsbereich (3) angeordnete, auf Vollständigkeit der Befüllung zu prüfende transparente Verpackungen, vorzugsweise Blister-Packungen (22) mit Kleinteilen (21), vorzugsweise mit Tabletten, Pillen und/oder Kapseln, sind.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) zum Nachweis eines fehlenden Kleinteils (21) in dem Überwachungsbereich (3) eine logische UND-Verknüpfung der mindestens zwei Nachweissignale der Sensorelemente (7, 10) durchführt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit des Objekts (2) in dem Überwachungsbereich (3) bestimmt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (14, 15, 16) als verschiedene physikalische Eigenschaften unterschiedliche Lichtwellenlängen zur Erzeugung farblich unterschiedlicher Lichtflecken (17) aufweisen und dass mit dem Nahelement (7) und dem Femelement (10) aus dem Nahbereich und/oder von der Hintergrundfläche (12) reflektiertes und/oder gestreutes Licht wellenlängenspezifisch nachgewiesen wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Lichtquellen, insbesondere ein zweidimensionales Leuchtdioden-Array, verwendet wird, wobei die einzelnen Lichtquellen unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass farbige Objekte, insbesondere bedruckte Bögen, durch Verwendung von mindestens zwei Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen nachgewiesen werden.
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