Устройство оптического обнаружения наличия объекта

 

В устройстве используется оптическое волокно (5), имеющее два конца (6, 7), прибор с зарядной связью (ПЗС), датчик (8) и блок электронного управления (10), присоединенный к ПЗС датчику (8). Первый конец (6) оптического волокна (5) расположен на контрольном пункте так, что он обращен к пути объекта, и второй конец (7) присоединен непосредственно к фоточувствительной поверхности (9) ПЗС датчика (8). Изобретение позволяет осуществлять эффективный контроль за количеством и качеством ряда предметов, подлежащих упаковке. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оптическому устройству обнаружения наличия.

Настоящее изобретение может быть с успехом использовано для обнаружения наличия объекта на контрольном пункте, расположенном вдоль пути самого объекта, в частности для обнаружения наличия сигарет на контрольном пункте, расположенном вдоль пути одиночной сигареты или группы сигарет, в частности до машины для упаковки сигарет.

На машине для упаковки сигарет первоначально формируется группа сигарет, обычно содержащая три наложенных слоя из 7-6-7 сигарет соответственно, которая подается на последовательность упаковывающих дисков. Перед осуществлением любой из операций упаковки, однако, обычной практикой является осуществление серии проверок на каждой группе сигарет, включая обнаружение наличия в группе всех сигарет.

Известно, что это делается с помощью устройства такого типа, как описано в US Patent 5235649 (или в соответствующем ЕР Patent 518141), которое использует оптический кабель, в котором первый конец каждого оптического волокна расположен таким образом, чтобы быть обращенным на контрольном пункте к концу соответствующей сигареты в группе для проверки, и второй конец каждого оптического волокна оптически связан с линзой телевизионной системы CCD (ПЗС), которая в свою очередь подсоединена к оцифровывающей плате компьютера, осуществляющего контроль.

При реальном использовании каждая группа сигарет подается на контрольный пункт, где телевизионная передающая камера формирует изображение концов сигарет на одной стороне группы, оцифровывающая плата, подсоединенная к камере, оцифровывает изображение; компьютер получает данные об оцифрованном изображении от оцифровывающей платы в форме матрицы величин яркости и обрабатывает изображение для определения наличия или отсутствия и, возможно, также плотности заполнения каждой сигареты.

Перечисленный выше тип устройств является достаточно дорогим за счет требования применения телевизионной камеры с соответствующей оптической установкой, оцифровывающей платы и компьютера, осуществляющего контроль и является даже более дорогим, когда требуется высокоскоростное действие, как в случае современных машин для упаковки сигарет, способных производить 10 пачек сигарет в секунду. Следовательно, известные устройства перечисленного выше типа обычно оправданы только при использовании для определения как наличия сигарет, так и плотности заполнения концов сигарет, и являются излишними при использовании только для обнаружения наличия за счет получения данных и обработки "сложного" изображения, т.е. содержания информации, которая не используется только с целью обнаружения наличия сигарет.

US Patent 5299275 описывает устройство, содержащее оптический кабель, который используется как фильтр нерезкости для ограничения высоких пространственных частот, падающих на датчик изображения. Каждое оптическое волокно имеет первый конец, соединенный с линзой, и второй конец, соединенный непосредственно с фоточувствительной поверхностью ПЗС датчика. В описанном выше известном устройстве для того, чтобы получить эффект фильтрации нерезкости, второй конец каждого оптического волокна сохраняется отделенным за счет данного расстояния от фоточувствительной поверхности ПЗС датчика.

В основу настоящего изобретения положена задача создания оптического устройства обнаружения наличия, сконструированного для того, чтобы исключить упомянутые выше недостатки, и которое, в частности, можно производить простым и дешевым способом.

В соответствии с настоящим изобретением создается устройство для оптического обнаружения наличия, по крайней мере, одного объекта, в частности сигареты, причем устройство содержит, по крайней мере, одно оптическое волокно, имеющее первый конец, расположенный так, что при использовании он обращен к указанному объекту, и второй конец; несущий корпус для закрепления указанного оптического волокна, причем несущий корпус имеет первую и вторую поверхности, и указанная вторая поверхность является плоской поверхностью; ПЗС датчик, имеющий фоточувствительную поверхность; блок электронного управления, подсоединенный к ПЗС датчику; причем устройство характеризуется тем, что указанный второй конец оптического волокна присоединяется непосредственно к указанной фоточувствительной поверхности ПЗС датчика; причем часть указанной второй поверхности определяется указанным вторым концом оптического волокна и указанная вторая плоская поверхность является параллельной указанной фоточувствительной поверхности и находится в непосредственном контакте с ней.

Неограничивающий вариант реализации настоящего изобретения будет описан с помощью примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых фиг.1 показывает вид в перспективе предпочтительного варианта реализации устройства в соответствии с изобретением; фиг.2 показывает схематичный, с частичным сечением, вид сбоку устройства фиг.1; фиг.3 показывает схематичный, увеличенный вид спереди деталей устройства фиг.1; фиг.4(а, б) показывает виды в перспективе, с частями, удаленными для ясности, двух вариантов устройства фиг.1; фиг. 5 показывает вид в перспективе одного применения устройства фиг.1, взятого для примера; фиг.6 показывает вид в перспективе еще одного применения устройства фиг. 1, взятого для примера.

Цифра 1 на фиг.1 и 2 показывает как целое оптическое устройство обнаружения наличия, содержащее несущий корпус 2 по существу в форме параллелепипеда, имеющий две параллельные плоские поверхности 3 и 4, ряд оптических волокон 5, удерживаемых несущим корпусом 2, каждое из которых имеет конец 6 и конец 7; ПЗС датчик 8, подсоединенный к несущему корпусу 2 и имеющий плоскую фоточувствительную поверхность 9; блок электронного управления 10, подсоединенный к ПЗС датчику 8 и связанный с элементом внешнего контроля 11 - обычно компьютером - через кабель 11а.

Как более четко показано на фигуре 2, концы 6 и 7 оптических волокон 5 являются по существу плоскими и соответственно определяют часть поверхности 3 и часть поверхности 4 несущего корпуса 2; поверхность 4 несущего корпуса 2 параллельна фоточувствительной поверхности 9 ПЗС датчика 8 и находится в непосредственном контакте с ней так, что конец 7 каждого оптического волокна 5 подсоединяется непосредственно к ПЗС датчику 8.

Как показано на фигуре 3, фоточувствительная поверхность 9 ПЗС датчика 8 содержит сетку 12 пикселей 13, и конец 7 каждого оптического волокна 5 непосредственно контактирует с соответствующей группой 14 пикселей 13.

Действие устройства 1 будет описано для простоты со ссылкой на одно оптическое волокно 5 для оптического обнаружения наличия на контрольном пункте 15 объекта 16, направляемого передающим устройством 17 вдоль пути Р, проходящего через пункт 15.

На контрольном пункте 15 конец 6 оптического волокна 5 располагается так, что он обращен к объекту 16, перемещающемуся через пункт 15.

При реальном использовании оптическое волокно 5 передает на конец 7 и, следовательно, непосредственно на пиксели 13 в соответствующей группе 14, свет, отражающийся на конце 6; блок управления 10 считывает величину яркости, принятой пикселями 13 в группе 14, и определяет на основе указанной величины яркости, обращен или нет конец 6 оптического волокна 5 к объекту 16. Более конкретно, если он не обращен к объекту 16, конец 6 получает достаточно большое количество света, при этом величина яркости, принятой соответствующими пикселями 13, оказывается выше первой пороговой величины. Наоборот, если конец оптического волокна обращен к объекту 16 и, следовательно, экранирован им, конец 6 получает достаточно малое количество света, при этом величина яркости, принятой соответствующими пикселями 13, оказывается ниже второй пороговой величины.

В альтернативном варианте реализации блок управления 10 может использовать одну пороговую величину для определения присутствия или отсутствия объекта 16 напротив конца 6 оптического волокна 5.

В еще одном варианте реализации блок 10 может считывать яркость, принятую только частью 18 пикселей 13 в группе 14 - обычно центральной частью, как показано на фиг.3. Несчитывание внешних пикселей 13 предусматривает исключение любых ошибок, вызванных неправильным расположением оптических волокон 5 по отношению к фоточувствительной поверхности 9, в этом случае внешние пиксели 13 могут быть не подсоединены правильным образом к концу 7 оптического волокна 5.

Как показано на фиг.1 и 4а, устройство 1 может содержать ряд оптических волокон 5 с соответствующими концами 6, расположенными на контрольном пункте 15 в данной геометрической конфигурации. Этот вариант реализации обеспечивает одновременное обнаружение наличия ряда объектов 16, перемещающихся в группе, расположенной в указанной геометрической конфигурации, за счет того, что каждый объект 16, расположение которого обнаруживается, при использовании обращен к концу 6 соответствующего оптического волокна 5.

В еще одном варианте реализации изобретения, показанном на фиг.4b, устройство обнаружения 1 содержит ряд последовательных контрольных пунктов 15, расположенных вдоль пути Р объекта 16 (или группы объектов 16); и конец 6 оптического волокна 5 так расположен на каждом контрольном пункте 15, что он обращен к объекту 16, перемещающемуся через контрольный пункт 15. Этот вариант реализации обычно используется для определения величины перемещения объекта 16 вдоль пути Р.

В вариантах реализации, показанных на фиг.4а и 4b, несущий корпус 2 может быть разделен на корпус 2а, имеющий поверхность 3, определяемую частично концами 6 оптических волокон 5, и корпус 2b, отделенный от корпуса 2а и имеющий поверхность 4, определяемую частично концами 7 оптических волокон 5 и подсоединенную к фоточувствительной поверхности 9 ПЗС датчика 8. Расстояние между корпусами 2а и 2b ограничивается только пропускной способностью световой передачи оптических волокон 5. В еще одном варианте реализации изобретения (не показан), концы 6 оптических волокон 5 удерживаются рядом соответствующих независимых корпусов 2а.

В еще одном варианте реализации изобретения (не показан) каждое оптическое волокно 5 содержит оптический кабель из элементарных оптических волокон.

Как заявлено, устройство 1, как оно описано, может быть с успехом использовано при упаковке сигарет и, в частности, для обнаружения наличия сигарет 19.

Фиг.5 показывает ряд сигарет 19, расположенных известным образом, что не показано, в организованной группе 20, которая подается вдоль пути Р известным конвейером 21, проходящим через пункт 15, где несущий корпус 2 расположен с поверхностью 3 параллельно пути Р; и поверхность 3 частично определяется концами 6 группы оптических волокон 5, расположенных в той же самой геометрической конфигурации, что и сигареты 19 в группе 20.

По мере того как группа 20, перемещаясь вдоль пути Р, достигает контрольного пункта 15, блок контроля 11 через кабель 11а запрашивает блок 10, который после определения порога яркости каждой группы 14 пикселей 13 подает на блок контроля 11 отклик, отмечающий наличие или отсутствие каждой сигареты 19, связанной с соответствующим оптическим волокном 5.

Как показано на фиг.6, кроме определения групп 20 сигарет 19 устройство обнаружения 1 может также быть с успехом использовано для обнаружения наличия сигарет 19 внутри каналов 22 накопителя сигарет 23.

Фиг. 6 показывает массу 24 сигарет 19, которые подаются за счет силы тяжести вдоль пути Р, определяемого каналами 22, и вдоль которого расположен контрольный пункт 15 устройства обнаружения 1 такого типа, как описан выше.

Через кабель 11а блок контроля 11 связан с циклически запрашивающим блоком 10, который после определения порога яркости каждой группы 14 пикселей 13 снабжает блок контроля 11 откликом, показывающим наличие или отсутствие каждой сигареты 19, связанной с соответствующим оптическим волокном 5.

Кабель 11а между блоками 10 и 11 предпочтительно является серийным кабелем, действующим со стандартным протоколом IBM 2848.

Формула изобретения

1. Устройство оптического обнаружения наличия, по меньшей мере, одного объекта, в частности сигареты, причем устройство содержит, по меньшей мере, одно оптическое волокно, имеющее первый конец, расположенный так, что при использовании он обращен к указанному объекту, и второй конец, по меньшей мере, один несущий корпус для закрепления указанного оптического волокна, причем несущий корпус имеет первую и вторую поверхности, а указанная вторая поверхность является плоской поверхностью, прибор с зарядной связью (ПЗС) датчик, имеющий фоточувствительную поверхность, и блок электронного управления, подсоединенный к ПЗС датчику, отличающееся тем, что указанный второй конец оптического волокна присоединяется непосредственно к указанной фоточувствительной поверхности ПЗС датчика, причем часть указанной второй поверхности определяется указанным вторым концом оптического волокна и указанная вторая плоская поверхность является параллельной указанной фоточувствительной поверхности и находится в непосредственном контакте с ней.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первая поверхность является плоской поверхностью, имеющей часть, определяемую указанным первым концом оптического волокна.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит первый несущий корпус, имеющий указанную первую поверхность и второй несущий корпус, отделенный от указанного первого несущего корпуса и имеющего указанную вторую поверхность.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит направляющее приспособление, выполненное с возможностью направления указанного объекта вдоль пути (Р) и контрольный пункт, расположенный вдоль указанного пути (Р), причем указанный первый конец оптического волокна располагается на контрольном пункте.

5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, два оптических волокна, направляющие средства, выполненные с возможностью направления указанного объекта вдоль пути (Р), и, по меньшей мере, два контрольных пункта, расположенных вдоль указанного пути (Р), причем каждый указанный контрольный пункт связан с первым концом соответствующего одного из двух указанных оптических волокон.

6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит ряд указанных оптических волокон, первые концы которых расположены в первой группе в данной геометрической конфигурации с возможностью обнаружения второй группы объектов, расположенных в указанной геометрической конфигурации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7