DE102009054136A1 - Method for stabilizing drift of color sensor, involves equipping measuring channel with useful multi-band photo receiver, and synchronously enabling electronic signal processing of reference receiver and useful receiver - Google Patents

Method for stabilizing drift of color sensor, involves equipping measuring channel with useful multi-band photo receiver, and synchronously enabling electronic signal processing of reference receiver and useful receiver Download PDF

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Abstract

The method involves variably adjusting light amount of modulated light by an optomechanical light constriction device (7), where the light is guided towards a reference multi-band photo receiver (4). Color values of the receiver are used for dynamic calculation of correction factors for stabilizing a useful color measuring channel. The useful color measuring channel is equipped with a useful multi-band photo receiver (3) that corresponds to the reference receiver. Electronic signal processing of the reference receiver and the useful receiver is synchronously enabled. An independent claim is also included for an arrangement for performing a method for stabilizing drift of a color sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Driftstabilisierung bei Farbsensoren mit variabler Lichtmengeneinstellung für den Referenzkanal, sowie eine Anordnung zur Driftstabilisierung bei Farbsensoren mit variabler Lichtmengeneinstellung für den Referenzkanal.The invention relates to a method for drift stabilization in color sensors with variable light quantity adjustment for the reference channel, as well as an arrangement for drift stabilization in color sensors with variable light amount adjustment for the reference channel.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Verschiedene Stabilisierungsmaßnahmen bei Farbsensoren sind dem Stand der Technik nach bekannt.Various stabilization measures in color sensors are known from the prior art.

Häufig Verwendung finden Verfahren zur Temperaturgangskompensation (z. B. US-A-7 098 443 , EP-B-0 319 769 , US-A-2006/022122 , US-A-5 266 792 oder US-A-2008/245954 ), bei denen für verschiedene Temperaturwerte entweder Tabellenwerte hinterlegt werden, oder funktionale Zusammenhänge in der verwendeten Schaltungstechnik genutzt werden. Erforderlich ist bei dieser Methode die zusätzliche Messung der Temperatur, um den passenden Tabellenwert bzw. Funktionswert zu ermitteln. Dieses Verfahren erfordert die Kenntnis der Temperaturgänge bei verschiedensten Betriebsparametern (Empfindlichkeitseinstellungen, Beleuchtungsstärken, Farbraumecke usw.), sodass die Aufnahme und Hinterlegung der Werte aufwendig sind bzw. keine beherrschbaren funktionalen Zusammenhänge gefunden werden. Weiterhin ist nachteilig, dass verfahrensbedingt keine Alterungsdrifterscheinungen kompensiert werden können, da die reale Alterung der Bauteile nur schwer analytisch und vorab bestimmt werden kann. Das Verfahren erfordert auch eine geringe Streuung der Temperaturgänge, damit die Tabellen für alle Sensoren einer Baureihe gültig sind. Praktisch ist dies wegen der starken Streuungen von Weißlicht-LEDs und Fotoempfängern schwierig.Frequently used Methods for temperature compensation (eg. US-A-7 098 443 . EP-B-0 319 769 . US-A-2006/022122 . US-A-5,266,792 or US-A-2008/245954 ), in which either table values are stored for different temperature values, or functional relationships in the circuit technology used are used. This method requires the additional measurement of the temperature in order to determine the appropriate table value or function value. This method requires the knowledge of the temperature gradients for a variety of operating parameters (sensitivity settings, illuminance, color space, etc.), so that the recording and storage of the values are complex or no controllable functional relationships are found. Another disadvantage is that due to the process no aging drift phenomena can be compensated since the real aging of the components is difficult to determine analytically and in advance. The process also requires a low variance of the temperature transients so that the tables are valid for all sensors of a series. In practice, this is difficult because of the strong scattering of white light LEDs and photoreceivers.

In der DE-A-20 2007 006 342 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mit Hilfe eines zusätzlichen Dreibereichsfotoempfängers die Beleuchtungsquelle des Farbsensors durch eine Bohrung überwacht wird. Die Lichtein- und Lichtauskopplung im Nutzkanal erfolgt hier mittels Linsen. Aufgrund des festen Bohrdurchmessers für die Referenzlichtauskopplung ist keine variable Einstellung der Lichtmenge möglich. Deshalb wird die Empfangsempfindlichkeit des Farbsensors fest vorgegeben, um den Dynamikbereich des Dreibereichsfotoempfängers nicht zu verlassen. Weiterhin wird nicht mit zwei gleichartigen, parallelen und synchronen Signalverarbeitungspfaden gearbeitet, sondern es wird ein Multiplexer verwendet, um zyklisch den Referenzempfänger zuzuschalten, um damit Signaländerungen zur Berechnung von Korrekturfaktoren zu erfassen. Dies hat den Nachteil, dass der Messprozess für die Dauer der Korrektur unterbrochen werden muss.In the DE-A-20 2007 006 342 A method is described in which the illumination source of the color sensor is monitored through a bore with the aid of an additional tristimulus photoreceiver. The light input and light extraction in the traffic channel takes place here by means of lenses. Due to the fixed bore diameter for the reference light extraction no variable adjustment of the amount of light is possible. Therefore, the reception sensitivity of the color sensor is fixed so as not to leave the dynamic range of the tristimulus photosensitive receiver. Furthermore, two similar, parallel and synchronous signal processing paths are not used, but a multiplexer is used to cyclically connect the reference receiver to detect signal changes for calculating correction factors. This has the disadvantage that the measuring process must be interrupted for the duration of the correction.

Aus der DE-A-44 13 594 ist eine Methode zur Signalkorrektur bekannt, bei der das Licht von in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittierenden LED-Lichtquellen auf einen zweiten als Referenz geschalteten Fotoempfänger gekoppelt wird. Bei dieser Methode wird keine breitbandige Weißlicht-LED als Lichtquelle verwendet. Das Verfahren beruht auf einer sequentiellen Ansteuerung der schmalbandigen LED-Lichtquellen mit entsprechender sequentieller Erfassung der Fotoströme. In der Anordnung werden keine Lichtleiter und auch keine beweglichen Abschattungselemente zur Anpassung an eine verstellbare Empfindlichkeit bzw. Beleuchtungsstärke eingesetzt.From the DE-A-44 13 594 a method for signal correction is known in which the light is coupled from emitting in different wavelength ranges LED light sources to a second reference connected photoreceptor. This method does not use a broadband white light LED as the light source. The method is based on a sequential control of the narrow-band LED light sources with corresponding sequential detection of the photocurrents. In the arrangement, no optical fibers and no movable shading elements are used to adapt to an adjustable sensitivity or illuminance.

Aus der DE-A-197 36 844 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das Licht der Beleuchtungslichtquellen mit Hilfe eines Referenzempfängers überwacht wird. Hier werden durchstimmbare Lichtquellen oder Fotoempfänger eingesetzt, um das sichtbare Spektrum abzudecken. Das auf den Referenzempfänger gelangende Licht kann hier nicht variabel eingestellt werden, sodass keine Empfindlichkeitsanpassungen möglich sind. Die Durchstimmung der Lichtquelle oder des Empfängers ist ein sequentieller Vorgang und benötigt daher entsprechende Verarbeitungszeit. Dies wirkt sich nachteilig bei der Korrektur schneller Vorgänge aus.From the DE-A-197 36 844 a method is known in which the light of the illumination light sources is monitored by means of a reference receiver. Here, tunable light sources or photoreceivers are used to cover the visible spectrum. The light reaching the reference receiver can not be variably adjusted here, so that no sensitivity adjustments are possible. The tuning of the light source or the receiver is a sequential process and therefore requires appropriate processing time. This adversely affects the correction of fast processes.

Die DE-A-32 44 286 offenbart ein Verfahren zur Driftstabilisierung bei Farbsensoren, bei dem das Beleuchtungslicht mittels Lichtleiter auf separate Fotodetektoren zum Zwecke der Überwachung der Lichtquelle geführt wird. Auch hier ist allerdings keine Einstellmöglichkeit für die Lichtmenge des auf die Fotodetektoren gelangenden Lichtes vorgesehen. Daher ist der Signalbereich der Anordnung festgelegt. Die verwendete Xenon-Lampe zur Beleuchtung eignet sich nicht zur schnellen Modulation, um effektiv Wechselstörlicht zu unterdrücken. Die Lichtkopplung in die Beleuchtungslichtleiter erfolgt hier mittels Strahlteiler. Dieser bringt prinzipbedingt einen Lichtleistungsverlust mit sich. Der Aufbau ist wegen der verwendeten separaten Farbfilter und Fotodetektoren sowie der Strahlteiler kostenintensiv.The DE-A-32 44 286 discloses a method for drift stabilization in color sensors in which the illumination light is guided by means of optical fibers to separate photodetectors for the purpose of monitoring the light source. Again, however, no adjustment for the amount of light of reaching the photodetectors light is provided. Therefore, the signal range of the device is fixed. The used xenon lamp for lighting is not suitable for rapid modulation to effectively suppress Wechselstörlicht. The light coupling into the illumination light guide takes place here by means of a beam splitter. This inherently brings a loss of light power with it. The structure is cost-intensive because of the use of separate color filters and photodetectors and the beam splitter.

Aus der DE-A-37 41 940 ist ebenfalls ein Verfahren zur Farberkennung bekannt, bei der Referenzfarbwerte zur Korrekturberechnung aus der Messung mit einem von zwei symmetrisch aufgebauten Messkanälen und einem weißen Reflexionstarget gewonnen werden. Bei diesen Sensoren sind die Empfindlichkeiten der Empfangseinheiten und die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle nicht veränderbar. Es existiert keine Einstellmöglichkeit für eine variable Lichtmenge für den als Referenzkanal genutzten zweiten Messkanal. Das Verfahren arbeitet mit Gleichlicht zur Objektbeleuchtung. Eine Modulation des Beleuchtungslichtes zur Wechselstörlichtunterdrückung ist nicht vorgesehen. Nachteilig sind der nicht kompakte Aufbau, der Aufwand für die zusätzlich benötigte farbstabile körperliche Weißreferenz sowie die eingeschränkte Verstelldynamik, da der Lichtmengenvariationsbereich wesentlich durch den gewählten Lichtleiterquerschnitt festgelegt wird.From the DE-A-37 41 940 For example, a method for color detection is known in which reference color values for correction calculation are obtained from the measurement with one of two symmetrically constructed measurement channels and a white reflection target. With these sensors, the sensitivities of the receiving units and the illuminance of the light source can not be changed. There is no setting option for a variable amount of light for the second measuring channel used as the reference channel. The procedure works with constant light for object lighting. A modulation of the illumination light for Wechselstörlichtunterdrückung is not provided. Disadvantages are the non-compact structure, the expense for the additionally required color-stable physical white reference as well as the limited adjustment dynamics, since the light quantity variation range is essentially determined by the selected light guide cross section.

Andere Verfahren, die speziell in der Druckindustrie Verwendung finden, gehen von der Vermessung von Referenzdruckmarken zur Korrektur aus (z. B. US-A-2003/063338 , US-A-2003/020972 , US-A-2007/177231 oder US-A-6 222 648 ). Diese Verfahren sind im Allgemeinen nicht kompakt im Sensor integrierbar. Es handelt sich weiterhin auch nicht um online-fähige Stabilisierungsverfahren. Hauptnachteil dieser Verfahren ist daher, dass der Messvorgang für die Dauer der Korrektur unterbrochen werden muss, und dass in den Messprozess ein externes Farbreferenztarget eingeführt werden muss. Ferner hängt die Stabilität von der physischen Beschaffenheit der Referenzdruckmarken ab.Other methods, which are used especially in the printing industry, assume the measurement of reference printing marks for correction (eg. US-A-2003/063338 . US-A-2003/020972 . US-A-2007/177231 or US-A-6,222,648 ). These methods are generally not compact integrated in the sensor. Furthermore, these are not online-enabled stabilization methods. The main disadvantage of these methods is therefore that the measuring process must be interrupted for the duration of the correction, and that an external color reference target must be introduced in the measuring process. Furthermore, the stability depends on the physical nature of the reference printing marks.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Im industriellen Einsatz werden an Farbsensoren hohe Anforderungen gestellt. Farbwerte, die zum Zeitpunkt der Sensoreinrichtung erfasst wurden, sollen auch nach langer Betriebszeit und bei veränderten Umgebungsbedingungen sowie bei vorhanden sein von Wechselstörlicht (Kunstlicht in Werkshallen) Ihre Gültigkeit behalten. Da Temperaturschwankungen und Alterungserscheinungen der Elektronik und Leuchtmittel die Farbwerte verändern lassen, müssen die Sensoren gegen Drifterscheinungen stabilisiert werden. Um eine flexible Anpassung an die jeweilige Farbsensorapplikation zu ermöglichen, müssen die Sensoren aber über einen weiten Dynamikbereich verfügen. Dies wird durch einstellbare Empfangsempfindlichkeiten und Beleuchtungsstärken realisiert. Die Variabilität der Sensorempfindlichkeit und Beleuchtungsintensität erschwert aber prinzipbedingt eine Stabilisierung.In industrial applications, high demands are placed on color sensors. Color values that were recorded at the time of the sensor device should remain valid even after a long period of operation and under changed environmental conditions as well as when there is an alternating light source (artificial light in factory halls). Since temperature fluctuations and aging phenomena of the electronics and illuminants can change the color values, the sensors must be stabilized against drift phenomena. However, to enable flexible adaptation to the respective color sensor application, the sensors must have a wide dynamic range. This is realized by adjustable reception sensitivities and illuminances. However, the variability of the sensor sensitivity and illumination intensity makes stabilization more difficult in principle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, Farbsignale von Farbsensoren bei kompakter Bauweise und guter Bedienbarkeit hochwirksam gegen Drifterscheinungen und Wechselstörlicht zu stabilisieren, aber dabei gleichzeitig eine variable Empfindlichkeits- bzw. Beleuchtungsintensitätseinstellung zuzulassen. Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.The object of the invention is therefore to stabilize color signals of color sensors with a compact design and good operability highly effective against drift phenomena and Wechselstörlicht, but at the same time allow a variable sensitivity or illumination intensity setting. The solution to this problem is specified in the claims.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass von der im Sensor zur Messobjektbeleuchtung integrierten Weißlicht-LED ein variabler Teil des Messlichtes mittels Lichtwellenleiter ausgekoppelt wird und auf einen dem Nutzmehrbereichsfotoempfänger identischen Referenzmehrbereichsfotoempfänger geruht wird. Dabei erfolgt eine Modulation des Beleuchtungslichtes, um typisches Wechselstörlicht, welches bei Kunstlichtbeleuchtung im industriellen Umfeld häufig auftritt, zu eliminieren. Im Empfangsteil des Farbsensors erfolgt dann eine entsprechende Demodulation.According to the invention, the object is achieved by decoupling a variable part of the measuring light from the white-light LED integrated in the sensor for measuring object illumination by means of optical waveguides and resting on a reference multisector receiver identical to the useful multirange photo-receiver. In this case, a modulation of the illumination light, in order to eliminate typical Wechselstörlicht, which often occurs in artificial lighting in the industrial environment. In the receiving part of the color sensor then takes place a corresponding demodulation.

Für die Wirksamkeit der Stabilisierung sind die Symmetrie der Signale und deren gleichartige, parallele und synchrone Verarbeitung entscheidend. Mit jeder applikationsbedingten Änderung der Empfangsempfindlichkeit am Sensor muss daher zur Erhaltung der Signalsymmetrie auch die Empfangsempfindlichkeit des Referenzkanals gleichgeschaltet werden. Weiterhin ändert sich applikationsbedingt die Beleuchtungsintensität. Durch Änderung der Empfindlichkeit oder Beleuchtungsintensität ändert sich aber das Signal im Referenzpfad derart, dass der zulässige Signalbereich verlassen wird. Nutz- und Referenzmesskanalsignale müssen aber zur ordnungsgemäßen Funktion in einem gültigen Bereich liegen, damit eine korrekte A/D Wandlung durchgeführt werden kann. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher auch darin, die unvermeidbare Empfindlichkeits- und Beleuchtungsvariation durch eine Einstellbarkeit der auf den Referenzmehrbereichsfotoempfänger gekoppelten Lichtmenge auszugleichen.For the effectiveness of the stabilization, the symmetry of the signals and their similar, parallel and synchronous processing are crucial. With each application-related change in the reception sensitivity at the sensor therefore the reception sensitivity of the reference channel must be synchronized to maintain the signal symmetry. Furthermore, the illumination intensity changes due to the application. By changing the sensitivity or illumination intensity, however, the signal in the reference path changes in such a way that the permissible signal range is left. However, useful and reference channel signals must be within a valid range for proper function to allow correct A / D conversion. Therefore, the object of the invention is also to compensate for the unavoidable sensitivity and illumination variation by adjustability of the amount of light coupled to the reference multirange photoreceiver.

Erfindungsgemäß wird die auf den Referenzmehrbereichsfotoempfänger gekoppelte variable Lichtmengeeinstellung, durch eine Lichtabschnürvorrichtung eines optischen Freistrahlkanals bewirkt. Die optische Abschnürung des Freistrahlkanals wird mechanisch vorgenommen, indem eine Abschattung durch ein mechanisch bewegliches Element vorgenommen wird. Zur Wirksamkeit der Sensorstabilisierungsfunktion ist es erforderlich, dass die Einstellung des mechanisch beweglichen Elementes der Lichtabschnürvorrichtung stabil ist, damit keine Signaländerungen hervorgerufen werden.According to the invention, the variable light quantity adjustment coupled to the reference multi-range photoreceiver is effected by a light curtailment device of an optical free-jet channel. The optical constriction of the free jet channel is made mechanically by shading is performed by a mechanically movable element. The effectiveness of the sensor stabilization function requires that the adjustment of the mechanically movable element of the light curtailment device be stable so that no signal changes are caused.

Weiterhin beruht die Wirkung der Stabilisierungsfunktion auf einer Verarbeitung der elektrischen Signale der jeweiligen Mehrbereichsfotoempfänger in folgender Weise. Die Fotoströme werden mittels Strom/Spannungswandlung und Signalverstärkung zur A/D Wandlung konditioniert. Entscheidend ist die Symmetrie der Signalverarbeitung und die synchrone Signalerfassung. Die Steuerung der Messabläufe und die Nutzfarbsignalkorrektur erfolgen im angeschlossenen Mikrokontroller. Aus abgespeicherten Farbwerten des Referenzfarbmesskanals werden Korrekturfaktoren ermittelt, die auf den Nutzfarbmesskanal zur Stabilisierung der Werte angewendet werden. Entscheidend für die korrekte Funktion der Stabilisierung ist, dass bei jeder applikationsbedingten Änderung der Signalverhältnisse im Referenzfarbmesskanal eine neue Abspeicherung der Farbwerte erfolgt.Furthermore, the effect of the stabilizing function is based on processing the electrical signals of the respective multi-range photoreceivers in the following manner. The photocurrents are conditioned by means of current / voltage conversion and signal amplification for A / D conversion. The decisive factor is the symmetry of the signal processing and the synchronous signal acquisition. The control of the measuring sequences and the color coding correction take place in the connected microcontroller. From stored color values of the reference color measurement channel, correction factors are determined which are applied to the useful color measurement channel for stabilizing the values. Decisive for the correct function of the stabilization is that with each application-related change of the signal conditions in the reference color measurement channel a new storage of the color values takes place.

Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures

1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform; und 1 shows a first embodiment of the invention; and

2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform 2 shows a second embodiment of the invention

Ausführungsbeispieleembodiments

Die Erfindung wird im Folgenden an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.The invention will be explained below with reference to two exemplary embodiments.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

In 1 ist im Farbsensor 19 die Anordnung der optischen, mechanischen und elektronischen Elemente in folgender Weise vorgenommen. Der Beleuchtungsblock 22 fasst die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung 7, die aus einer Weißlicht-LED bestehende Beleuchtungslichtquelle 8 sowie den Referenzlichtwellenleiter 5 und den Nutzlichtwellenleiter 6. Die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung 7 enthält den optisch abschnürbaren Freistrahllichtkanal 9 sowie das als Gewindestift ausgeführte mechanisch bewegliche Abschattungselement 10. Das Licht der Beleuchtungsquelle 8 wird im Freistahllichtkanal 9 der optomechanischen Lichtabschnürvorrichtung 7 mittels des Gewindestiftes 10 durch entsprechendes Herein- bzw. Herausschrauben abgeschattet. Auf diese Weise kann die in den Referenzlichtwellenleiter 5 eingekoppelte Lichtmenge eingestellt werden, die auf den Referenzmehrbereichsfotoempfänger 4 geführt wird.In 1 is in the color sensor 19 the arrangement of the optical, mechanical and electronic elements made in the following manner. The lighting block 22 grasps the opto-mechanical light curtailment device 7 , the illumination light source consisting of a white light LED 8th and the reference fiber optic cable 5 and the Nutzlichtwellenleiter 6 , The opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung 7 Contains the optically abschnürbaren free-jet light channel 9 as well as designed as a threaded pin mechanically movable shading element 10 , The light of the illumination source 8th becomes in the Freistahllichtkanal 9 the opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung 7 by means of the threaded pin 10 shadowed by appropriate screwing in or out. In this way, in the reference optical fiber 5 coupled amount of light, which on the reference multi-frame photo receiver 4 to be led.

Das Frontend 1 fasst die Trägerplatine 2 mit rechtseitig angebrachtere Referenzmehrbereichsfotoempfänger 4 sowie linksseitig angebrachtem Nutzmehrbereichsfotoempfänger 3. Weiterhin erfolgt mit dem Optikfrontend 1 die Sendelichtauskopplung 20 sowie die Empfangslichteinkopplung 21. Die Weißlicht-LED Beleuchtungslichtquelle 8 wird über die LED-Beleuchtungsansteuerung 11 moduliert angesteuert. Die Signalaufbereitung der Fotoströme des Referenzmehrbereichsfotoempfängers 4 erfolgt über den Strom/Spannungswandler 12 den Signalverstärker 14 und den A/D Wandler 16. Die Signalaufbereitung der Fotoströme des Nutzmehrbereichsfotoempfängers 3 erfolgt in gleicher Weise über den Strom/Spannungswandler 13 den Signalverstärker 15 und den A/D Wandler 17. Im Mikrokontroller 18 werden die Signale demoduliert und die Messvorgänge zentral gesteuert sowie die Stabilisierungsfunktion durch Korrekturrechnungen durchgeführt.The frontend 1 grips the carrier board 2 with right-sided reference multi-range photoreceivers 4 and on the left side attached Nutzmehrbereichsfotoempfänger 3 , Continue with the optics frontend 1 the transmission light decoupling 20 as well as the receiving light coupling 21 , The white light LED illumination light source 8th is via the LED lighting control 11 modulated controlled. The signal conditioning of the photocurrents of the reference multi-frame photoreceptor 4 via the current / voltage converter 12 the signal amplifier 14 and the A / D converter 16 , The signal processing of the photocurrents of Nutzmehrbereichsfotoempfängers 3 takes place in the same way via the current / voltage converter 13 the signal amplifier 15 and the A / D converter 17 , In the microcontroller 18 the signals are demodulated and the measuring processes are centrally controlled and the stabilization function is carried out by means of correction calculations.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

In 2 ist im Farbsensor 19 die Anordnung der optischen, mechanischen und elektronischen Elemente in folgender Weise vorgenommen. Der Beleuchtungsblock 23 fasst die aus einer Weißlich-LED bestehende Beleuchtungslichtquelle 8 sowie den Referenzlichtwellenleiter 5 und den Nutzlichtwellenleiter 6. Die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung 7 wird durch den optisch abschnürbaren Freistrahllichtkanal 9, das als Exzenterabschnürscheibe ausgeführte mechanisch bewegliche Abschattungselement 24, der Drehachse 25 sowie Teilen der Referenzlichtleiterhalterung 27 und Drehachsenhalterung 26 gebildet. Das Licht der Beleuchtungsquelle 8 wird im Freistahllichtkanal 9 der optomechanischen Lichtabschnürvorrichtung 7 mittels der Exzenterabschnürscheibe 24 durch entsprechendes rotieren der Drehachse 25 abgeschattet. Auf diese Weise kann die aus dem Referenzlichtwellenleiter 5 ausgekoppelte Lichtmenge eingestellt werden, die auf den Referenzmehrbereichsfotoempfänger 4 geführt wird.In 2 is in the color sensor 19 the arrangement of the optical, mechanical and electronic elements made in the following manner. The lighting block 23 captures the illumination light source consisting of a whitish LED 8th and the reference fiber optic cable 5 and the Nutzlichtwellenleiter 6 , The opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung 7 is through the optically abschnürbaren free-jet light channel 9 , designed as Exzenterabschnürscheibe mechanically movable shading element 24 , the rotation axis 25 and parts of the reference light guide bracket 27 and rotary axis holder 26 educated. The light of the illumination source 8th becomes in the Freistahllichtkanal 9 the opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung 7 by means of the eccentric Abschnürscheibe 24 by corresponding rotation of the axis of rotation 25 shadowed. In this way, from the reference optical fiber 5 decoupled amount of light to be applied to the reference multi-range photoreceiver 4 to be led.

Das Optikfrontend 28 fasst den Nutzmehrbereichsfotoempfänger 3. Weiterhin erfolgt mit dem Optikfrontend 28 die Sendelichtauskopplung 20 sowie die Empfangslichteinkopplung 21. Die Weißlicht-LED Beleuchtungslichtquelle 8 wird über die LED-Beleuchtungsansteuerung 11 moduliert angesteuert. Die Signalaufbereitung der Fotoströme des Referenzmehrbereichsfotoempfängers 4 erfolgt über den Strom/Spannungswandler 12 den Signalverstärker 14 und den A/D Wandler 16. Die Signalaufbereitung der Fotoströme des Nutzmehrbereichsfotoempfängers 3 erfolgt in gleicher Weise über den Strom/Spannungswandler 13 den Signalverstärker 15 und den A/D Wandler 17. Im Mikrokontroller 18 werden die Signale demoduliert und die Messvorgänge zentral gesteuert sowie die Stabilisierungsfunktion durch Korrekturrechnungen durchgeführt.The optics frontend 28 summarizes the Nutzmehrbereichsfotoempfänger 3 , Continue with the optics frontend 28 the transmission light decoupling 20 as well as the receiving light coupling 21 , The white light LED illumination light source 8th is via the LED lighting control 11 modulated controlled. The signal conditioning of the photocurrents of the reference multi-frame photoreceptor 4 via the current / voltage converter 12 the signal amplifier 14 and the A / D converter 16 , The signal processing of the photocurrents of Nutzmehrbereichsfotoempfängers 3 takes place in the same way via the current / voltage converter 13 the signal amplifier 15 and the A / D converter 17 , In the microcontroller 18 the signals are demodulated and the measuring processes are centrally controlled and the stabilization function is carried out by means of correction calculations.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Frontendfrontend
22
Trägerplatinecarrier board
33
NutzmehrbereichsfotoempfängerNutzmehrbereichsfotoempfänger
44
ReferenzmehrbereichsfotoempfängerReference multigrade photoreceptor
55
ReferenzlichtwellenleiterReference optical fiber
66
NutzlichtwellenleiterNutzlichtwellenleiter
77
LichtabschnürvorrichtungLichtabschnürvorrichtung
88th
Lichtquelle Weißlicht-LEDLight source white light LED
99
FreistrahllichtkanalFree jet light channel
1010
GewindestiftSet screw
1111
LED-BeleuchtungsansteuerungLED lighting control
1212
Strom/Spannungswandler ReferenzkanalCurrent / voltage converter reference channel
1313
Strom/Spannungswandler NutzkanalCurrent / voltage converter useful channel
1414
Signalverstärker ReferenzkanalSignal amplifier reference channel
1515
Signalverstärker NutzkanalSignal amplifier traffic channel
1616
A/D Wandler ReferenzkanalA / D converter reference channel
1717
A/D Wandler NutzkanalA / D converter traffic channel
1818
Mikrokontroller NutzkanalMicrocontroller user channel
1919
Farbsensorcolor sensor
2020
SendelichtauskopplungTransmitting light extraction
2121
EmpfangslichteinkopplungEmpfangslichteinkopplung
2222
Beleuchtungs- und AbschnürblockLighting and pinch block
23 23
Beleuchtungsblocklighting block
2424
Exzenterscheibeeccentric
2525
Drehachseaxis of rotation
2626
DrehachsenhalterPivot holders
2727
ReferenzlichtleiterhalterungReference light guide holder
2828
Optikfrontendoptics frontend

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (5)

Verfahren zur Driftstabilisierung eines Farbsensors (19) mit einstellbarer Empfindlichkeit und Beleuchtungsintensität gekennzeichnet dadurch, – dass in einem Stabilisierungsfarbmesskanal ein variabler Teil des modulierten Messobjektbeleuchtungslichtes einer integrierten Lichtquelle (8) mittels internem Lichtwellenleiter auf einen ebenfalls integrierten Referenzmehrbereichsfotoempfänger (4) geführt wird, – dass die Lichtmenge des auf den Referenzmehrbereichsfotoempfänger (4) geführten modulierten Lichtes mittels einer optomechanischen Lichtabschnürvorrichtung (7) variabel eingestellt werden kann, – dass die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung (7) einen optisch abschnürbaren Freistrahllichtkanal (9) und ein mechanisch bewegliches Abschattungselement (10, 24) enthält, – dass die Farbwerte des Referenzmehrbereichsfotoempfängers (4) zur dynamischen Berechnung von Korrekturfaktoren zur Stabilisierung eines Nutzfarbmesskanals verwendet werden, – dass der Nutzfarbmesskanal mit einem Nutzmehrbereichsfotoempfänger (3) ausgestattet ist, der dem Referenzmehrbereichsfotoempfänger (4) entspricht, – und dass die elektronische Signalverarbeitung (12 bis 18) des Referenzmehrbereichsfotoempfängers (4) und des Nutzmehrbereichsfotoempfängers (3) gleichartig, parallel und synchron erfolgt.Method for drift stabilization of a color sensor ( 19 ) with adjustable sensitivity and illumination intensity characterized in that - in a stabilization color measurement channel, a variable part of the modulated measurement object illumination light of an integrated light source ( 8th ) by means of an internal optical waveguide to a likewise integrated reference multirange photoreceiver ( 4 ), that the amount of light emitted by the reference multi-field photoreceiver ( 4 ) guided modulated light by means of an opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) can be set variably, - that the optomechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) a optically abschnürbaren free-jet light channel ( 9 ) and a mechanically movable shading element ( 10 . 24 ), that the color values of the reference multirigid photoreceiver ( 4 ) can be used for the dynamic calculation of correction factors for stabilizing a useful color measuring channel, - that the useful color measuring channel with a Nutzmehrbereichsfotoempfänger ( 3 ) provided to the reference multi-frame photoreceiver ( 4 ), and that electronic signal processing ( 12 to 18 ) of the reference multi-field photoreceiver ( 4 ) and the Nutzmehrbereichsfotoempfängers ( 3 ) is similar, parallel and synchronous. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Driftstabilisierung eines Farbsensors mit variabler Empfindlichkeit und Beleuchtungsintensität nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch, einen Stabilisierungsfarbmesskanal zum Führen eines variablen Teils des modulierten Messobjektbeleuchtungslichtes einer integrierten Lichtquelle (8) mittels internem Lichtwellenleiter auf einen ebenfalls integrierten Referenzmehrbereichsfotoempfänger (4); einer optomechanischen Lichtabschnürvorrichtung (7) zum variablen Einstellen der Lichtmenge des auf den Referenzmehrbereichsfotoempfänger (4) geführten modulierten Lichtes, wobei die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung (7) einen optisch abschnürbaren Freistrahllichtkanal (9) und ein mechanisch bewegliches Abschattungselement (10, 24) enthält; einen Nutzfarbmesskanal, der mit einem Nutzmehrbereichsfotoempfänger (3) ausgestattet ist, der dem Referenzmehrbereichsfotoempfänger (4) entspricht; eine elektronische Signalverarbeitung (12 bis 18), wobei die elektronische Signalverarbeitung (12 bis 18) des Referenzmehrbereichsfotoempfängers (4) und des Nutzmehrbereichsfotoempfängers (3) gleichartig, parallel und synchron erfolgt; wobei die Farbwerte des Referenzmehrbereichsfotoempfängers (4) zur dynamischen Berechnung von Korrekturfaktoren zur Stabilisierung eines Nutzfarbmesskanals verwendet werden.Arrangement for carrying out the method for drift stabilization of a color sensor with variable sensitivity and illumination intensity according to claim 1, characterized by a stabilization color measurement channel for guiding a variable part of the modulated measured object illumination light of an integrated light source ( 8th ) by means of an internal optical waveguide to a likewise integrated reference multirange photoreceiver ( 4 ); an opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) for variably setting the amount of light of the light onto the reference multi-frame photoreceiver ( 4 ) guided modulated light, wherein the opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) a optically abschnürbaren free-jet light channel ( 9 ) and a mechanically movable shading element ( 10 . 24 ) contains; a useful color measuring channel, which is connected to a Nutzmehrbereichsfotoempfänger ( 3 ) provided to the reference multi-frame photoreceiver ( 4 ) corresponds; an electronic signal processing ( 12 to 18 ), whereby the electronic signal processing ( 12 to 18 ) of the reference multi-field photoreceiver ( 4 ) and the Nutzmehrbereichsfotoempfängers ( 3 ) is similar, parallel and synchronous; the color values of the reference multirigid photoreceptor ( 4 ) are used for the dynamic calculation of correction factors for stabilizing a useful color measurement channel. Anordnung oder Verfahren zur Driftstabilisierung eines Farbsensors mit variabler Empfindlichkeit und Beleuchtungsintensität nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, – dass die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung (7) eine Exzenterscheibe (24) als mechanisch bewegliches Abschattungselement enthält, – oder dass die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung (7) einen Gewindestift (10) als mechanisch bewegliches Abschattungselement enthält, – oder dass die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung (7) eine Iris als mechanisch bewegliches Abschattungselement enthält, – oder dass die optomechanische Lichtabschnürvorrichtung (7) eine Platte als mechanisch bewegliches Abschattungselement enthält.Arrangement or method for drift stabilization of a color sensor with variable sensitivity and illumination intensity according to claim 1 or 2, characterized in that - the opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) an eccentric disc ( 24 ) contains as a mechanically movable shading element, - or that the optomechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) a grub screw ( 10 ) contains as a mechanically movable shading element, - or that the optomechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) contains an iris as a mechanically movable shading element, or - that the optomechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) contains a plate as a mechanically movable shading element. Anordnung oder Verfahren zur Driftstabilisierung eines Farbsensors mit variabler Empfindlichkeit und Beleuchtungsintensität nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, – dass das mechanisch bewegliche Abschattungselement der optomechanischen Lichtabschnürvorrichtung (7) manuell betätigt wird, – oder dass das mechanisch bewegliche Abschattungselement der optomechanischen Lichtabschnürvorrichtung (7) elektromotorisch betätigt wird.Arrangement or method for drift stabilization of a color sensor with variable sensitivity and illumination intensity according to claim 1, 2 or 3, characterized in that - the mechanically movable shading element of the opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) is operated manually, - or that the mechanically movable shading element of the opto-mechanical Lichtabschnürvorrichtung ( 7 ) is actuated by an electric motor. Anordnung oder Verfahren zur Driftstabilisierung eines Farbsensors mit variabler Empfindlichkeit und Beleuchtungsintensität nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, – dass die optische Abschnürung des Freistrahllichtkanals (9) an der Beleuchtungsquelle erfolgt, – oder dass die optische Abschnürung des Freistrahllichtkanals (9) am Referenzmehrbereichsfotoempfänger erfolgt.Arrangement or method for drift stabilization of a color sensor with variable sensitivity and illumination intensity according to one of the preceding claims, characterized in that - the optical constriction of the free-jet light channel ( 9 ) takes place at the illumination source, - or that the optical constriction of the free-jet light channel ( 9 ) takes place at the reference multi-area photoreceiver.
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