[发明专利]通过超声波检测物体位置的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种如前文权利要求1所述的设备。

本发明进一步涉及一种通过如权利要求9所述的超声波检测物体位置的方法。该设备包括至少一个超声波传感器，用于接收从物体发来的超声波信号，及计算装置，基于接收的超声波信号计算物体的位置。

背景技术

众所周知的是，通过超声波信号可检测物体的距离。采用在超声波距离测量的技术原理在于传输超声波脉冲至工作介质，并测量传输时刻与收到距离目标的回波的时刻间的脉冲时间。多个应用可能性中，超声波测距可用于标记设备，例如通过超声波在平均灌装线上用条形码标记每个瓶子。为了通过激光设备应用于一种可读性良好的条形码，检测要精确标记的物体的位置是至关重要的。

通常，物体在传送带上相对于标记仪器移动。由移动物体反射的超声波信号的叠加可造成正确检测单一物体的位置的难度，特别是因为传送带上物体相对于标记仪器的速度应该尽可能快。使用常规超声波换能器执行发射器和接收器的双重功能会产生进一步的问题。由此，在关闭激发电压或输电电压后，超声波换能器不可用于即时接收信号，因为压电晶体具有有限的衰减时间。因此，由于换能器元件不能同时进行传输和接收，可在一定的时间间隔内执行的测距的数量受限。

美国专利US5646907A公开了一种设置在浮动平台上的方法和系统，用于探测等于或低于水体表面的物体。高功率波束被被定向至水的表面，且当它撞击浮动在水表面或在水表面下的物体时，压力脉冲或是在物体表面或是在水表面产生。压力脉冲在水中造成声波特性的回馈，该回馈被水下声波探测器探测来定位物体及尽可能将他们归类。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过超声波快速可靠地检测物体位置的系统，通过上述系统很大程度上避免了上述缺陷。

该目的可由具有权利要求1的特征的用于检测位置的设备解决。

优选的实施例在从属权利要求中及下文说明书，尤其是联系附图给出。

根据本发明，上述提到的那种用于检测物体位置的设备的特征在于设有至少一个激光器单元，用于产生脉冲激光束，所述脉冲激光束被定向至物体，并适用于在物体表面造成振动，借此物体被激发，来产生超声波信号。

在需要检测位置的物体上直接产生超声波信号可被认为是本发明的基本思路。没有任何电声换能器元件下，物体本身变为超声波发射元件。

其可通过光声效应取得，其中撞击到所述物体表面的激光束的能量被表面的局部区域吸收。

这可导致以下效果中的至少一种，取决于被击中的物体的特性，尤其是其表面。

该局部区域可发热并造成热膨胀，借此产生振动。因此物体发射超声波，该超声波可被超声波传感器探测。

该振动可不被限制在局部区域，甚至可传播至物体的主要部分，这导致了超声波信号的更密集的发射。进一步地，脉冲激光束造成单粒子喷射出表面也是可能的。因此，可产生短小密集的超声波信号。

脉冲激光束的特性可根据物体、物体表面状态、或其他相对于照射时间的情况下作调整，举例来说可以是单一激光脉冲的能量及激光束的脉冲序列的频率。

有利地，没有额外的超声波传输单元是必要的。进一步，避免了如果使用常规超声波传输单元通常会发生的由不同物体反射的回波信号的叠加。

因为换能器单元的发送和接收间没有衰减时间，换能器元件和超声波元件分别只在接收模式下运行，这使得即便是在所述物体的高吞吐量下，物体的位置也可被传送带移动。

该物体可以是任何通常熟知的产品，比如玻璃瓶、金属片、塑料、食品或其他原料类似于纸或纸板。因此，对物体的定位在上述方法中由传输带移动用于即使在所述物体的高吞吐量下也能正确定位的标记设备。

用于产生所述脉冲激光束的至少一个激光器单元未由特定种类的激光类型确定。优选地，可使用气体激光器或固体激光器，尤其分别是二氧化碳或钇铝石榴石激光器(Nd:YAG激光器)。

本发明所述设备的一个示范性实施例中，至少一个激光器单元被设计为产生一个以上激光束，其中所述激光束的光波频率互不相同。举例来说，一个激光器单元可包括准分子激光器，使用惰性气体和活性气体的分别不同组合产生具有不同波长的激光束。任何通常熟知种类的激光器类型可被集成至激光器单元，发射不同频率的光波。这样设置可以使光波的频率适应物体表面的情况，用以改善由光声效应导致而产生的超声波信号。因此，应用可能性相对于使用的物体而增加。