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用于識(shí)別和/或驗(yàn)證對(duì)象的光學(xué)傳感器的制作方法

文檔序號(hào):6681758閱讀:158來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):用于識(shí)別和/或驗(yàn)證對(duì)象的光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于基于特性反射圖案來(lái)識(shí)別和/或驗(yàn)證對(duì)象的光學(xué)傳感器,并且涉及一種包括多個(gè)彼此連接的傳感器的設(shè)備。
背景技術(shù)
用于基于光學(xué)特征來(lái)識(shí)別和/或驗(yàn)證對(duì)象的方法是已知的。W02005088533(A1) 描述了例如一種方法,通過(guò)該方法可以基于對(duì)象的特性表面結(jié)構(gòu)來(lái)識(shí)別和/或驗(yàn)證所述對(duì)象。在該方法中,激光束被聚焦到對(duì)象表面上,在表面上移動(dòng),并且借助于光電檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)以不同的程度以不同角度散射至表面上不同位置處的該激光束。檢測(cè)到的散射輻射表示特性反射圖案,其對(duì)于多種不同的材料是唯一的,且僅在利用非常大的困難的情況下可以被復(fù)制,這是因?yàn)樵趯?duì)象的生產(chǎn)和/或處理期間其歸因于隨機(jī)性。舉例來(lái)說(shuō),紙狀的對(duì)象具有對(duì)于每個(gè)所產(chǎn)生的對(duì)象來(lái)說(shuō)唯一的產(chǎn)品指示的纖維結(jié)構(gòu)。關(guān)系到單獨(dú)對(duì)象的特性反射圖案被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中,以便在稍后的時(shí)間點(diǎn)處能夠?qū)?duì)象進(jìn)行驗(yàn)證。為達(dá)到該目的,對(duì)象被再次測(cè)量并且將特性反射圖案與所存儲(chǔ)的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。W02005088533(A1)中公開(kāi)的用于驗(yàn)證對(duì)象的設(shè)備優(yōu)選地包括四個(gè)或更多個(gè)布置在激光器周?chē)钠矫嬷械墓怆姍z測(cè)器。W02005088533(A1)的技術(shù)教導(dǎo)針對(duì)為達(dá)到較高的安全性級(jí)別需要較大數(shù)目的光電檢測(cè)器的事實(shí)。在這種情況下,光電檢測(cè)器以扇形方式在激光器周?chē)拇蠼嵌确秶喜贾?。替代組件沒(méi)有被公開(kāi)。W02005088533(A1)中公開(kāi)的用于驗(yàn)證對(duì)象的設(shè)備的缺點(diǎn)在于,其具有限定數(shù)目的不能被容易改變的激光器和光電檢測(cè)器??紤]到改變需求,應(yīng)該有必要增加或減少激光器和光電檢測(cè)器的數(shù)目,W02005088533(A1)對(duì)于除了構(gòu)造新設(shè)備外如何實(shí)現(xiàn)此沒(méi)有給出指
7J\ ο眾所周知,為了獲得適當(dāng)?shù)男旁氡?,在記錄信?hào)時(shí),各光學(xué)組件必須相對(duì)于彼此以限定的方式布置。在這種情況下,進(jìn)行裝配/對(duì)準(zhǔn)的需求隨光學(xué)組件的數(shù)目而增加,這對(duì)相應(yīng)的傳感器的生產(chǎn)成本有直接影響。在W02005088533(A1)中沒(méi)有公開(kāi)用于容置和對(duì)準(zhǔn)激光器和/或光電檢測(cè)器的支撐設(shè)備。后者沒(méi)有公開(kāi)如何能夠使激光器和光電檢測(cè)器簡(jiǎn)單但仍正好相對(duì)于彼此地布置。在進(jìn)行對(duì)象的識(shí)別和/或驗(yàn)證時(shí),對(duì)象總是能夠在不同位置和不同時(shí)間被高度精確地驗(yàn)證是必不可少的。由于在大多數(shù)情況下在不同位置處使用用于識(shí)別和/或驗(yàn)證的不同設(shè)備,所以該設(shè)備必須滿(mǎn)足的基本先決條件是其產(chǎn)生能夠從一臺(tái)設(shè)備傳送至另一臺(tái)設(shè)備的可再現(xiàn)的結(jié)果。W02005088533(A1)沒(méi)有公開(kāi)關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)適用于成批產(chǎn)品的用于驗(yàn)證的可再現(xiàn)設(shè)備的指示。由于在對(duì)象的每個(gè)識(shí)別和/或驗(yàn)證期間總是要檢測(cè)相同的表面區(qū)域,所以對(duì)于設(shè)備的進(jìn)一步要求是,對(duì)象相對(duì)于激光束和光電檢測(cè)器的定位意圖在結(jié)合足夠精確度的情況下被快速且簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā),所闡述的目的在于提供一種用于基于特性反射圖案來(lái)識(shí)別和/ 或驗(yàn)證對(duì)象的設(shè)備,其產(chǎn)生高信噪比,生產(chǎn)簡(jiǎn)單且有成本效益,直觀且易于處理,可靈活使用且可擴(kuò)展,產(chǎn)生可再現(xiàn)且可傳送的結(jié)果并且適用于成批生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明,該目的是借助于根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于記錄反射圖案的傳感器實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括下述組件-用于容置光學(xué)組件的塊體,-激光器,-用于使束成形以及聚焦的光學(xué)元件,-至少一個(gè)光電檢測(cè)器,-連接裝置。光學(xué)組件被理解為意指被布置于激光器和至少一個(gè)光電檢測(cè)器之間的束路徑中的傳感器的所有組件,包括激光器和光電檢測(cè)器它們本身。光學(xué)元件形成光學(xué)組件的選擇; 它們用于束成形以及聚焦。特別地,透鏡、隔膜、衍射光學(xué)元件等等都被稱(chēng)為光學(xué)元件。傳感器的中心元件由塊體形成,所述塊體優(yōu)選地以一塊或兩塊來(lái)具體體現(xiàn),并且其用于容置根據(jù)本發(fā)明的傳感器的所有光學(xué)組件。該光學(xué)塊體包括識(shí)別的外表面,其在所述對(duì)象的驗(yàn)證期間對(duì)著所述對(duì)象。該塊體包括至少兩個(gè)套管(bushing),它們沿著所識(shí)別的外表面(在下文中為了簡(jiǎn)單被稱(chēng)為外表面)朝向彼此延伸(rim)。第一套管用于容置激光器。該套管垂直于外表面延伸。至少一個(gè)其他套管相對(duì)于第一套管以角度α延伸。所述其他套管用于容置光電檢測(cè)器,其中該套管中的光電檢測(cè)器指向外表面。用于光電檢測(cè)器的套管與用于激光器的套管之間的角度α處于范圍5°到95°,優(yōu)選地處于范圍20°到80°,特別優(yōu)選地處于范圍30°到70°,尤其優(yōu)選地處于范圍40°到60°。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,根據(jù)本發(fā)明的傳感器的塊體具有三個(gè)套管一個(gè)用于容置激光器且兩個(gè)用于容置光電檢測(cè)器。用于光電檢測(cè)器的套管優(yōu)選地連同用于激光器的套管處一個(gè)平面。它們分別相對(duì)于用于激光器的第一套管以角度、和Ci2延伸。角度、和 α 2可以是相同的或不同的。它們優(yōu)選地為相同的。具有用于容置激光器以及一個(gè)或兩個(gè)光電檢測(cè)器的兩個(gè)或三個(gè)套管的塊體的使用提供如下優(yōu)點(diǎn),即光學(xué)組件可以以簡(jiǎn)單的方式但仍相對(duì)于彼此限定的方式被布置。優(yōu)選地,擋塊位于用于激光器的套管中。該傳感器的激光器被推入套管中靠著所述擋塊,以使其采用相對(duì)于塊體以及光電檢測(cè)器的預(yù)定固定位置。如果激光器已具有已經(jīng)連接于其上的用于束成形以及聚焦的光學(xué)元件(例如當(dāng)今商業(yè)上可得到的激光束源的情況下這通常是慣例),那么作為固定激光器的結(jié)果,同時(shí)明確地固定激光器的焦點(diǎn)。用于容置光電檢測(cè)器的其他套管同樣可以提供有擋塊,其中光電檢測(cè)器的位置必須比激光器的位置較不精確。所述塊體可以由塑料以簡(jiǎn)單的方式(例如借助于注射模塑法)制造成一塊或兩塊。借助于注射模塑法能夠以高精確度大量并且在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)組件。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)足夠準(zhǔn)確的組件的有成本效益的成批生產(chǎn)。套管已經(jīng)被提供在注射塑模中或者隨后借助于例如鉆制孔被放入到塊體中。優(yōu)選地,塊體的所有組成部分都已在注射模塑法中的一個(gè)步驟中產(chǎn)生。同樣可以想到的是從例如鋁或塑料磨制所述塊體,以及例如借助于所鉆的孔實(shí)現(xiàn)套管。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于產(chǎn)生具有所限定的套管的塊體的其他方法是可行的。此外,根據(jù)本發(fā)明的傳感器的特征在于所述套管的中心軸在處于塊體外部的點(diǎn)處相交。令人驚訝的是,已發(fā)現(xiàn)如果中心軸的相交點(diǎn)同時(shí)是激光器的焦點(diǎn)且位于距外表面2 到IOmm的距離處,則這對(duì)驗(yàn)證是有利的。為了驗(yàn)證對(duì)象,根據(jù)本發(fā)明的傳感器相應(yīng)地領(lǐng)先所述對(duì)象一段距離,以使得焦點(diǎn)以及所述中心軸的相交點(diǎn)位于所述對(duì)象的表面上。在如上所述的2到IOmm的距離范圍的情況下,要被檢測(cè)的對(duì)象的表面相對(duì)于激光器及光電檢測(cè)器可能以簡(jiǎn)單且足夠準(zhǔn)確的方式進(jìn)行定位。隨著傳感器和對(duì)象之間距離的增加,傳感器相對(duì)于對(duì)象的表面的角度必須被越來(lái)越準(zhǔn)確地遵守以便能夠檢測(cè)所述表面的預(yù)定區(qū)域,其結(jié)果是增加了進(jìn)行定位的需求。此外,隨著距輻射源的距離的增加輻射強(qiáng)度減弱,以使得隨著傳感器和對(duì)象之間距離增加,到達(dá)對(duì)象的相應(yīng)減弱的輻射強(qiáng)度將必須由輻射源的較高功率補(bǔ)償。然而,根據(jù)本發(fā)明的傳感器優(yōu)選地裝配有1級(jí)或2級(jí)激光器,以便能夠在沒(méi)有廣泛的保護(hù)措施的情況下操作傳感器。這是特別適用的,因?yàn)閭鞲衅魇恰伴_(kāi)放”的(也就是說(shuō)激光束從傳感器不受阻礙地射出)。這意味著輻射源的功率不會(huì)被任意地增加。在這方面,根據(jù)本發(fā)明的短距離是有利的。因此,根據(jù)本發(fā)明的傳感器的特征在于套管的中心軸的相交點(diǎn)位于塊體外部距外表面2到IOmm的距離,且同時(shí)是激光器的焦點(diǎn)。作為激光器,在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中原則上它有可能使用用于發(fā)出至少部分相干輻射的電磁輻射的所有源。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的緊湊且有成本效益的設(shè)計(jì),優(yōu)選激光二極管。激光二極管通常是已知的;它們是半導(dǎo)體器件,其中在高電流密度下操作高摻雜的p-n結(jié)。半導(dǎo)體材料的選擇確定所發(fā)出的波長(zhǎng)。優(yōu)選使用發(fā)出可見(jiàn)光輻射的激光二極管。特別優(yōu)選地使用1級(jí)或2級(jí)激光管。級(jí)別被理解為意指根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 60825-1的激光器保護(hù)級(jí)別根據(jù)對(duì)眼睛和皮膚的危害將激光器按照級(jí)別分級(jí)。1級(jí)包括甚至在連續(xù)輻射時(shí)其輻射值都位于最大可允許的輻射值以下的激光器。1級(jí)激光器并不危險(xiǎn),并且除儀器上相應(yīng)識(shí)別外,不需要任何其他保護(hù)措施。2級(jí)包括在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的激光器,對(duì)于它來(lái)說(shuō),具有小于0. 25ms的持續(xù)時(shí)間的輻射對(duì)眼睛沒(méi)有傷害(0. 25ms的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于可以自動(dòng)保護(hù)眼睛免受較長(zhǎng)輻射的眼瞼閉合反射)。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中,使用具有600nm 和780nm之間的波長(zhǎng)的2級(jí)激光二極管。在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中使用的光電檢測(cè)器原則上可以是將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的所有電子組件。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的傳感器的緊湊的且有成本效益的設(shè)計(jì),優(yōu)選光敏二極管或者光電晶體管。光敏二極管是半導(dǎo)體二極管,其借助于內(nèi)部光電效應(yīng)將P-n結(jié)或 Pin結(jié)處的電磁輻射轉(zhuǎn)換成電流。光電晶體管是雙極晶體管,其具有pnp或npn層序列,并且基極-集電極的耗盡層的雙極晶體管的Pn結(jié)可接近電磁輻射。這類(lèi)似于具有連接的放大器晶體管的光敏二極管。根據(jù)本發(fā)明的傳感器具有產(chǎn)生線性束輪廓的光學(xué)元件。束輪廓被理解為意指激光束在焦點(diǎn)處的截面中的二維強(qiáng)度分布。激光束的截面中心處的強(qiáng)度最強(qiáng)且向外地減弱。在這種情況下,在線性束輪廓的情況下在第一方向上強(qiáng)度的梯度最低,而在垂直于第一方向延伸的第二方向上最高。線性束輪廓的強(qiáng)度分布優(yōu)選是對(duì)稱(chēng)的,以使得激光器的焦點(diǎn)處的截面輪廓可以由兩個(gè)彼此垂直的軸表征,它們中的一個(gè)平行于最高強(qiáng)度梯度延伸,且另一個(gè)平行于最低強(qiáng)度梯度延伸。激光束截面輪廓的寬度(否則簡(jiǎn)稱(chēng)為束寬度)在下文中被理解為意指在最低強(qiáng)度梯度方向上距截面輪廓的中心的距離,在此處強(qiáng)度已下降到其在中心處的值的一半。此外,激光束截面輪廓的厚度(否則簡(jiǎn)稱(chēng)束厚度)在下文中被理解為在最高強(qiáng)度梯度方向上距截面輪廓的中心的距離,在此處強(qiáng)度已下降到其在中心處的值的一半。根據(jù)本發(fā)明的傳感器的線性束輪廓的特征在于束寬度是束厚度多倍。優(yōu)選地,束寬度最少是束厚度的50倍,特別優(yōu)選地至少100倍,并且尤其優(yōu)選地至少150倍。束寬度處于2mm到7mm的范圍內(nèi),優(yōu)選地處于3mm到6. 5mm的范圍內(nèi),特別優(yōu)選地處于4mm到6mm的范圍內(nèi),并且尤其優(yōu)選地處于4. 5mm到5. 5mm的范圍內(nèi)。束厚度處于5 μ m到35 μ m的范圍內(nèi),優(yōu)選地處于10 μ m到30 μ m的范圍內(nèi),特別優(yōu)選地處于15 μ m到30 μ m的范圍內(nèi),尤其優(yōu)選地處于20 μ m到27 μ m的范圍內(nèi)。光學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員知道如何借助于光學(xué)元件產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的線性束輪廓。根據(jù)本發(fā)明的傳感器的特征在于束寬度位于垂直于套管被布置于其中的平面。在驗(yàn)證期間,平行于套管被布置于其中的平面使傳感器移動(dòng)經(jīng)過(guò)要被驗(yàn)證的對(duì)象。隨著焦點(diǎn)處激光束截面輪廓的尺寸減小,信噪比增大,因?yàn)閺?qiáng)度分布在較小的區(qū)域上。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),已發(fā)現(xiàn)隨著焦點(diǎn)處激光束截面輪廓的尺寸的減小,獲得可再現(xiàn)信號(hào)變得越來(lái)越困難。這明顯歸因于要被驗(yàn)證的對(duì)象的表面不再充分準(zhǔn)確地相對(duì)于逐漸縮小的激光束截面輪廓而定位的事實(shí)。顯然,在重新開(kāi)始驗(yàn)證時(shí)充分準(zhǔn)確地?fù)糁袇^(qū)域變得越來(lái)越困難。令人驚奇地是,已發(fā)現(xiàn)用于束厚度及束寬度的上述范圍一方面對(duì)于獲得針對(duì)再現(xiàn)性的充分準(zhǔn)確的定位,以及另一方面對(duì)于獲得針對(duì)充分準(zhǔn)確的驗(yàn)證來(lái)說(shuō)足夠的信噪比都是非常合適的。根據(jù)本發(fā)明的傳感器還具有用于將多個(gè)傳感器連接至底座或者用于將一個(gè)傳感器連接至底座的裝置。這些裝置可以適合于塊體或者塊體可被放入其中的殼體。這些裝置允許兩個(gè)或更多個(gè)傳感器以預(yù)定方式彼此連接。優(yōu)選地,所述塊體或殼體在其一面上具有正極連接裝置,并且在相對(duì)面上具有負(fù)極連接裝置,從而傳感器可以在塊體/殼體的兩側(cè)以限定的方式連接至底座和/或其他傳感器,其中其他傳感器可以在仍自由的側(cè)上依次被連接到依次的其他傳感器。該模塊化原理允許以預(yù)定的方式組合多個(gè)傳感器。所考慮的正極連接裝置包括可以被插入到作為負(fù)極連接裝置的缺口的突出物??梢栽O(shè)想本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他連接裝置,例如插入軌等等。多個(gè)傳感器優(yōu)選地以所有傳感器的束寬度沿著線布置的這種方式彼此連接。兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的連接以可逆方式實(shí)現(xiàn),也就是說(shuō)它們是可拆卸的。這種連接方式也可以用來(lái)將根據(jù)本發(fā)明的傳感器適合于底座。多個(gè)傳感器的連接提供下述優(yōu)點(diǎn)·由于多個(gè)傳感器的連接,所以在用于驗(yàn)證的持續(xù)時(shí)間保持相同的情況下,有可能記錄更多的數(shù)據(jù)并且因此增加驗(yàn)證期間的安全性。在連接傳感器的情況下,代替在時(shí)間間隔中要被驗(yàn)證的對(duì)象的一個(gè)表面區(qū)域,多個(gè)區(qū)域在相同的時(shí)間間隔內(nèi)被用相應(yīng)的激光束照射,并且檢測(cè)到反射光。因此,表征對(duì)象的更大量的數(shù)據(jù)被記錄。這提高精確度,利用該精確度來(lái)自大量類(lèi)似對(duì)象的一個(gè)對(duì)象可以被可靠地識(shí)別和驗(yàn)證。W02005088533(A1)公開(kāi)了可以借助于在激光器平面中的較大數(shù)目的光電檢測(cè)器來(lái)增加驗(yàn)證期間的安全性。但W02005088533(A1)沒(méi)有公開(kāi)如何以簡(jiǎn)單的方式將附加的光電檢測(cè)器布置到所述平面中。而且,并非光電檢測(cè)器相對(duì)于激光器布置的所有角度都如已經(jīng)在W02005088533(A1)中已確定的那樣是相等的。在使用激光輻射垂直照射的紙狀對(duì)象的情況下,反射的輻射的強(qiáng)度在入射角周?chē)亲罡叩?。?dāng)反射輻射相對(duì)于入射角的角度增大時(shí),反射輻射的強(qiáng)度減小。因此,在激光器和光電檢測(cè)器的扇形平面布置的情況下,并非所有的光電檢測(cè)器都接收到具有相同強(qiáng)度的輻射。因此,盡管激光器周?chē)钠矫嬷械母郊庸怆姍z測(cè)器提高了驗(yàn)證期間的安全性,但每個(gè)其他的光電檢測(cè)器不會(huì)將安全性增加到相同的程度,因?yàn)楦郊拥墓怆姍z測(cè)器必須被布置在反射輻射具有較低強(qiáng)度的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)傳感器的可拆卸的結(jié)合為用戶(hù)提供了靈活地對(duì)相應(yīng)的應(yīng)用產(chǎn)生反應(yīng)的可能性。如果在驗(yàn)證期間需要較高的安全性,那么可以將兩個(gè)或更多個(gè)傳感器以簡(jiǎn)單的方式彼此連接,可以在保持相同的時(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)到較大量的數(shù)據(jù)。相反,如果只要求例如簡(jiǎn)單的驗(yàn)證核對(duì),則可以使用單獨(dú)的傳感器?!び捎诙鄠€(gè)傳感器的連接,有可能同時(shí)對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)和/或驗(yàn)證。舉例來(lái)說(shuō),有可能在生產(chǎn)裝置安裝多個(gè)傳感器。產(chǎn)品例如借助于傳送帶以高速傳輸。為了能夠在稍后的時(shí)間點(diǎn)處對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證,必須檢測(cè)到特性特征并將其存儲(chǔ)到例如數(shù)據(jù)庫(kù)中。為達(dá)到這個(gè)目的,連接多個(gè)傳感器以便提高在檢測(cè)期間的吞吐量是有利的。如果產(chǎn)品至今是分開(kāi)的使得它們不再被直接彼此連接的傳感器單獨(dú)地檢測(cè)到,則借助于隔離物將傳感器彼此連接。該連接方式使得它有可能將傳感器以它們采用相對(duì)于彼此的限定位置的這種方式彼此連接。因此,在數(shù)據(jù)采集期間的再現(xiàn)性增加,并且單獨(dú)的產(chǎn)品可以在稍后的時(shí)間點(diǎn)處被可靠地驗(yàn)證。本發(fā)明同樣涉及一種設(shè)備,其包括直接或借助于隔離物彼此可逆地連接的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器。在根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中,該傳感器具有殼體,將塊體放入到其中。其他組件(例如用于激光器的控制電子元件、信號(hào)預(yù)處理電子元件,完成評(píng)估電子元件等)也被放入該傳感器的所述殼體中。該殼體優(yōu)選地還用于錨定連接電纜,通過(guò)其可以將根據(jù)本發(fā)明的傳感器連接至控制單元和/或數(shù)據(jù)采集單元以用于控制傳感器和/或用于檢測(cè)并進(jìn)一步處理特性反射圖案。該傳感器可選地還具有在外表面前面、后面或其中裝配的并且保護(hù)光學(xué)組件免受損壞和污染的窗口。該窗口優(yōu)選地形成傳感器的外表面。該窗口對(duì)所用激光的波長(zhǎng)是至少部分透射的。根據(jù)本發(fā)明的傳感器適于結(jié)合用于識(shí)別和/或驗(yàn)證對(duì)象的控制及數(shù)據(jù)采集單元。 根據(jù)本發(fā)明的傳感器優(yōu)選地領(lǐng)先對(duì)象達(dá)恒定的距離。該激光器照射對(duì)象,其中激光束垂直地或幾乎垂直地入射在對(duì)象上。激光束具有線性束輪廓。傳感器優(yōu)選地以光束寬度與移動(dòng)方向垂直的這種方式領(lǐng)先對(duì)象。當(dāng)然,也可以想到引導(dǎo)移動(dòng)對(duì)象通過(guò)傳感器而不是移動(dòng)傳感器。從對(duì)象反射激光輻射。被反射的輻射的一部分被光電檢測(cè)器檢測(cè)到并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的傳感器特別適于識(shí)別和/或驗(yàn)證紙狀對(duì)象,其在被激光照射時(shí)產(chǎn)生能夠被光電檢測(cè)器檢測(cè)到的特性反射圖案。紙狀對(duì)象被理解為意指由纖維材料生產(chǎn)的對(duì)象,例如紙張,紙板,紡織品,氈制品等。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器允許到一個(gè)或多個(gè)其他傳感器的連接,其結(jié)果是在對(duì)象的特性特征的光學(xué)檢測(cè)期間數(shù)據(jù)的體積會(huì)隨著保持相同的驗(yàn)證持續(xù)時(shí)間而增加并且在驗(yàn)證期間安全性可以因此增加。多個(gè)傳感器的連接(如果有的話(huà)借助于隔離物)同樣使得能夠以可在現(xiàn)的方式同時(shí)檢測(cè)來(lái)自多個(gè)對(duì)象的特性反射圖案。 根據(jù)本發(fā)明的傳感器可以在工業(yè)規(guī)模上以批量生產(chǎn)的方式有成本效益的生產(chǎn),具有緊湊的設(shè)計(jì),直觀且易于處理、靈活可用且可擴(kuò)展,并且產(chǎn)生可再現(xiàn)且可傳送的效果。相對(duì)于彼此對(duì)準(zhǔn)光學(xué)組件的任務(wù)可以借助于明確限定該組件相對(duì)于彼此的位置的設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。


下面基于具體示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的解釋?zhuān)粚⒈景l(fā)明限制于此。在圖中圖la,Ib以透射圖示出不具有光學(xué)組件的傳感器;圖2以截面示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器的塊體;圖3示出帶有蓋的殼體;圖4示出線性束輪廓的示意圖;以及圖5示出用于產(chǎn)生線性束輪廓的平凸柱面透鏡。參考標(biāo)記1傳感器10 塊體11 套管12 套管13 套管18外表面2O 焦點(diǎn)30支撐元件50 殼體51套管,連接裝置52套管,連接裝置55電纜套管60 蓋62 缺口300平凸柱面透鏡
具體實(shí)施例方式
圖Ia和Ib以透視圖示出根據(jù)本發(fā)明的不具有光學(xué)組件(激光器、光電檢測(cè)器、透鏡)的傳感器1。根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括塊體10,在其中放入三個(gè)套管11,12,13。套管 11用于容置激光器。套管12和13用于容置兩個(gè)光電檢測(cè)器。套管11相對(duì)于傳感器的外表面18垂直地延伸。在傳感器的操作期間,外表面18對(duì)著意圖被驗(yàn)證的對(duì)象。塊體10包括支撐裝置30,其用于容置并固定窗口。該窗口(圖中未圖示)至少部分透射所使用激光的波長(zhǎng)。部分透射率被理解成意指至少50%的透射率,也就是說(shuō)所輻射的輻射強(qiáng)度的50 %穿透該窗口。圖2以截面示出來(lái)自圖1和2的傳感器1。其顯示用于容置激光器的套管11和用于容置兩個(gè)光電檢測(cè)器的套管12和13,其中所述套管12和13分別相對(duì)于所述套管11以角度α工和Ci2延伸。在本示例中,角度、和α 2相等且為45°。套管11,12,13以它們的中心軸在位于距外表面18的距離為2mm到IOmm的點(diǎn)20 處相交的這種方式被布置在塊體10中。所述點(diǎn)20同時(shí)是激光器的焦點(diǎn)。子圖3(a)和3(b)以透視圖示出殼體50,在其中放入來(lái)自如圖la、lb和2的傳感器。子圖3(c)示出與該殼體相關(guān)聯(lián)的蓋60。殼體具有套管51,52。這些套管可以用作連接裝置以便可拆卸地彼此連接多個(gè)傳感器或以便將傳感器固定在底座。蓋60具有相應(yīng)的缺口 62。經(jīng)由電纜套管55,傳感器被連接至用于記錄反射數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)單元和/或控制電子元件。子圖4(a)和4(b)圖示具有束寬度SB和束厚度SD的線性束輪廓。子圖4(a)圖示焦點(diǎn)處激光束的二維截面輪廓。最高強(qiáng)度出現(xiàn)在截面輪廓的中心處。強(qiáng)度I向外地減小, 其中存在第一方向(χ),其中強(qiáng)度I隨著離中心的距離A的增大而減小到最強(qiáng)的程度,以及與該第一方向(χ)垂直的另一方向(y),其中強(qiáng)度I隨著離中心的距離A的增大而減小到最弱的程度。子圖4(b)示出作為離中心的距離A的函數(shù)的強(qiáng)度輪廓I。束寬度和束厚度被定義離中心的距離,在此處強(qiáng)度I已下降至其中心處最大值的50%,其中這里束寬度處于y 方向并且束厚度處于χ方向。圖5以示例方式示出可以如何在平凸柱面透鏡300的幫助下產(chǎn)生線性束輪廓。該柱面透鏡300在一個(gè)平面中充當(dāng)會(huì)聚透鏡(圖5(b))。在垂直于其的平面中,所述透鏡沒(méi)有折射效應(yīng)。在傍軸近似的情況下,對(duì)于這種透鏡的焦距適用于下述公式
權(quán)利要求
1.用于記錄反射圖案的傳感器,至少包括-塊體,其具有第一套管,該第一套管朝向該塊體的外表面垂直地延伸;以及至少一個(gè)其他的套管,該至少一個(gè)其他的套管相對(duì)于第一套管以角度α延伸并且沿著該外表面的方向朝向該第一套管延伸,其中各套管的中心軸在位于離該外表面的距離為2到IOmm并且同時(shí)是激光器的焦點(diǎn)的點(diǎn)處相交,-激光器,其被布置于第一套管中,且能夠沿外表面的方向發(fā)出激光束,-光學(xué)元件,其用于使線性束輪廓成形,-至少一個(gè)光電檢測(cè)器,其被布置于所述至少一個(gè)其他的套管中,并且沿著外表面的方向指向,-連接裝置,其用于將傳感器連接至其他傳感器或連接至基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器,其特征在于,線性束輪廓的束寬度是束厚度的至少 50倍,優(yōu)選地至少100倍,特別優(yōu)選地至少150倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)所述的傳感器,其特征在于,束寬度處于3mm到6.5mm 的范圍內(nèi),優(yōu)選地處于4mm到6mm的范圍內(nèi),特別優(yōu)選地處于4. 5mm到5. 5mm的范圍內(nèi),并且束厚度處于10 μ m到30 μ m的范圍內(nèi),優(yōu)選地處于15 μ m到30 μ m的范圍內(nèi),特別優(yōu)選地處于20 μ m到27 μ m的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的傳感器,其特征在于,角度α處于20°到 80°的范圍內(nèi),優(yōu)選處于30°到70°的范圍內(nèi),特別優(yōu)選地處于40°到60°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的傳感器,進(jìn)一步包括窗口,其被裝配于外表面中,外表面的前面或外表面的后面,并且保護(hù)傳感器的光學(xué)組件免受損壞和/或污染。
6.包括根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的能夠拆卸地彼此連接的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備,其特征在于,傳感器借助于隔離物彼此連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于基于特性反射圖案來(lái)識(shí)別和/或驗(yàn)證對(duì)象的光學(xué)傳感器,并且涉及包括多個(gè)彼此連接的傳感器的設(shè)備。
文檔編號(hào)G07D7/12GK102396005SQ201080016911
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者A·貝克, C·羅特, M·格里??? R·英豪澤, S·霍夫, T·比爾什特恩, W·斯佩特 申請(qǐng)人:拜爾技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司
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