Title:
Sensor
Kind Code:
U1


Abstract:

Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit einer Lötverbindung auf einen Träger aufgebrachtes passives optisches Bauteil (1) vorgesehen ist.




Application Number:
DE202017107505U
Publication Date:
01/09/2018
Filing Date:
12/11/2017
Assignee:
Leuze electronic GmbH + Co. KG, 73277 (DE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Ruckh, Rainer, Dr., 73087, Bad Boll, DE
Claims:
1. Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit einer Lötverbindung auf einen Träger aufgebrachtes passives optisches Bauteil (1) vorgesehen ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) auf einer Leiterplatte (3) mittels einer Lötverbindung fixiert ist.

3. Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff besteht.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) aus einem metallbeschichteten Kunststoff besteht.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung durch ein Laserlötverfahren gebildet ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) eine Aufnahme ausbildet, an welcher das passive optische Bauteil (1) von einer Bestückungs-Maschine aufgreifbar ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) vor Ausbilden der Lötverbindung auf den Träger ausgerichtet ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) durch Ausbilden der Lötverbindung auf dem Träger ausgerichtet ist.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung von einem flächigen Lötfeld gebildet ist.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung von mehreren Lötpads gebildet ist.

11. Sensor nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) zur Umlenkung und/oder Strahlformung von Lichtstrahlen (4) ausgebildet ist.

12. Sensor nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein optischer Sensor ist, welcher zur Erfassung von Objekten wenigstens einen Lichtstrahlen (4) emittierenden Sender (5) und einen Lichtstrahlen (4) empfangenden Empfänger (6) aufweist.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des oder der passiven optischen Bauteile (1) eine Umlenkung und/oder Strahlformung der vom Sender (5) emittierten Lichtstrahlen (4) erfolgt oder der vom Empfänger (6) empfangenden Lichtstrahlen.

14. Sensor nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das passive optische Bauteil (1) sowie der Sender (5) und/oder der Empfänger (6) gemeinsam auf einer Leiterplatte (3) angeordnet sind.

15. Sensor nach einem der Ansprüche 12–14, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Barcodelesegerät (2) ist.

16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Ablenkeinheit aufweist, mittels derer vom Sender (5) emittierte Lichtstrahlen (4) periodisch abgelenkt sind, und dass zur Synchronisation der Ablenkeinheit eine Referenzempfängeranordnung vorgesehen ist, wobei das passive optische Bauteil Bestandteil (1) dieser Referenzempfängeranordnung ist.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Sensor.

Derartige Sensoren dienen generell zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Ein derartiger Sensor weist generell Sensorkomponenten für eine Objektdetektion auf sowie eine Auswerteeinheit, die von den Sensorkomponenten generierte Signale auswertet, um in Abhängigkeit hiervon Ausgangssignale zu generieren.

Beispielsweise kann ein derartiger Sensor als optischer Sensor ausgebildet sein. Dieser optische Sensor weist als Sensorkomponenten typischerweise wenigstens einen Lichtstrahlen emittierenden Sender und einen Lichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Um die Lichtstrahlen in geeigneter Weise in den Überwachungsbereich zu führen oder um Lichtstrahlen aus dem Überwachungsbereich zum Empfänger zu führen, können passive optische Bauteile wie zum Beispiel Umlenkspiegel eingesetzt werden.

Während der Sender und der Empfänger mit zugeordneten Elektronikkomponenten, die insbesondere die Auswerteeinheit bilden, auf einer oder mehreren Leiterplatten platziert sind, sind die passiven optischen Bauteile an mechanischen Haltekonstruktionen gelagert. Diese Haltekonstruktionen beanspruchen einen erheblichen Platzbedarf, sodass ein Gehäuse, in dem die Komponenten angeordnet sind, eine relativ große Bauform aufweist.

Weiterhin müssen geeignete Befestigungsmittel wie Rast-, Chip- und/oder Klebeverbindungen bereitgestellt werden, um das jeweilige passive optische Bauteil an einer Haltekonstruktion zu befestigen. Dies erfordert einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den fertigungstechnischen Aufwand für einen Sensor der eingangs genannten Art möglichst gering zu halten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Es ist wenigstens ein mit einer Lötverbindung auf einem Träger aufgebrachtes passives optisches Bauteil vorgesehen.

Durch die Fixierung des passiven optischen Bauteils mit einer Lötverbindung auf einem Träger wird eine Sensorkomponente bereitgestellt, die mit geringen Herstellkosten gefertigt werden kann. Weiterhin werden dabei Toleranzen der Anordnung des passiven optischen Bauteils auf dem Träger minimiert, sodass die so gebildete Sensorkomponente bei geringen Toleranzanforderungen an das passive optische Bauteil selbst hochpräzise und reproduzierbar gefertigt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das passive optische Bauteil zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff.

In diesem Fall können herkömmliche Lötverfahren zur Herstellung der Lötverbindung eingesetzt werden.

Alternativ kann das passive optische Bauteil aus einem metallbeschichteten Kunststoff bestehen.

In diesem Fall ist die Lötverbindung durch ein Laserlötverfahren gebildet.

Gemäß einer ersten Variante kann die Lötverbindung von einem flächigen Lötfeld gebildet sein.

In diesem Fall wird das passive optische Bauteil vorab relativ zum Träger ausgerichtet, bevor dann die Lötverbindung gebildet wird.

Gemäß einer zweiten Variante kann die Lötverbindung von mehreren Lötpads gebildet sein.

In diesem Fall kann auch das passive optische Bauteil durch Ausbilden der Lötverbindung auf dem Träger ausgerichtet sein.

Durch die spezifische Ausbildung der Geometrie der Lötpads kann das passive optische Bauteil bei Herstellen der Lötverbindung in eine vorgegebene Richtung gezogen und so am Träger ausgerichtet werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Herstellung dieser Sensorkomponenten in einem automatisierten Fertigungsprozess erfolgen kann.

Besonders vorteilhaft ist der Träger, auf dem das passive optische Bauteil mit einer Lötverbindung fixiert wird, von einer Leiterplatte gebildet. In diesem Fall kann die Anbringung des passiven optischen Bauteils mittels der Lötverbindung auf der Leiterplatte in einen automatisierten Bestückungsprozess der Leiterplatte eingebunden werden. Derartige Bestückungsprozesse von Leiterplatten, die bislang auf die Bestückung von Leiterplatten mit elektrischen Bauteilen beschränkt werden, können somit erfindungsgemäß auf passive optische Bauteile, das heißt rein mechanische Bauteile wie zum Beispiel Umlenkspiegel, ausgedehnt werden. Dies wird vorteilhaft dadurch ermöglicht, dass das passive optische Bauteil eine Aufnahme ausbildet, an welcher das passive optische Bauteil von einer Bestückungs-Maschine aufgreifbar ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein oder mehrere passive optische Bauteile mit weiteren elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte platziert werden können, wobei alle Bestandteile mit einer, vorzugsweise derselben Lötverbindung auf der Leiterplatte angebracht werden können. Dadurch wird nicht nur ein erhöhter Rationalisierungseffekt im Fertigungsprozess erzielt, vielmehr kann durch die Integration von passiven optischen Bauteilen und elektronischen Bauteilen auf einer Leiterplatte eine besonders kleine Baugröße derartiger Einheiten erzielt werden.

Dieser Effekt kann besonders vorteilhaft dann ausgenutzt werden, wenn der Sensor ein optischer Sensor ist, welcher zur Erfassung von Objekten wenigstens einen Lichtstrahlen emittierenden Sender und einen Lichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweist.

In diesem Fall erfolgt vorteilhaft mittels des oder der passiven optischen Bauteile eine Umlenkung und/oder Strahlformung der vom Sender emittierten Lichtstrahlen oder der vom Empfänger empfangenen Lichtstrahlen.

Ein passives optisches Bauteil zur Umlenkung von Lichtstrahlen kann beispielweise in Form eines Umlenkspiegels ausgebildet sein. Ein passives optisches Bauteil zur Strahlformung von Lichtstrahlen kann beispielsweise trichterförmig ausgebildet sein, sodass durch Reflexion der Lichtstrahlen an Wandsegmenten des passiven optischen Bauteils eine Bündelung der Lichtstrahlen erzielt wird.

Das oder die passiven optischen Bauteile, die somit zur Beeinflussung der Lichtstrahlen des Senders beziehungsweise für den Empfänger genutzt werden, können mit den elektronischen Bauteilen des Senders und/oder des Empfängers auf einer Leiterplatte angeordnet werden, wodurch eine kleine Bauform dieser Einheit realisiert wird und insbesondere separate Befestigungsmittel für das oder die passiven optischen Bauteile eingespart werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sensor als Barcodelesegerät ausgebildet sein. Dabei weist dieser eine Ablenkeinheit auf, mittels derer vom Sender emittierte Lichtstrahlen periodisch abgelenkt sind. Zur Synchronisation der Ablenkeinheit ist eine Referenzempfängeranordnung vorgesehen. Das passive optische Bauteil ist Bestandteil dieser Referenzempfängeranordnung.

Diese Referenzempfängeranordnung kann platzsparend mit dem Sender, dem Empfänger und der Ablenkeinheit auf einer einzigen Leiterplatte angeordnet werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven optischen Bauteils.

2 Sensorkomponenten eines Sensors in Form eines Barcodelesegeräts mit dem passiven optischen Bauteil gemäß 1 zur Ausbildung einer Referenzempfängeranordnung.

3 Winkelabhängiger Verlauf der Strahlungsleistung auf einem Referenzempfänger der Referenzempfängeranordnung gemäß 1.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen passiven optischen Bauteils 1. Das passive optische Bauteil 1 besteht aus einem metallischen Werkstoff. Beispielsweise kann das passive optische Bauteil 1 als Blechteil ausgebildet sein.

Das passive optische Bauteil 1 weist ein Bodensegment 1a auf, das in Form eines rechteckigen Flächensegments ausgebildet ist. An dieses Bodensegment 1a schließt ein flächiges Umlenksegment 1b an, das ebenfalls von einem rechteckigen Flächensegment gebildet ist. Das Umlenksegment 1b verläuft in einem Neigungswinkel kleiner als 90° zum Bodensegment 1a. Schließlich ist ein an das Umlenksegment 1b anschließendes Aufnahmesegment 1c vorgesehen. Auch das Aufnahmesegment 1c ist von einem rechteckigen Flächensegment gebildet. Das so gebildete passive optische Bauteil 1 ist von einem einzigen Blechteil gebildet, wobei durch Biegen des Blechteils das Bodensegment 1a, das Umlenksegment 1b und das Aufnahmesegment 1c gebildet werden.

An der Unterseite des Bodensegments 1a kann ein Lötmittel aufgebracht werden, um mit einer Lötverbindung das passive optische Bauteil 1 auf einem Träger, wie zum Beispiel einer Platine, zu befestigen.

Da das passive 1 optische Bauteil aus einem metallischen Werkstoff besteht, können zur Ausbildung der Lötverbindung herkömmliche Lötverfahren eingesetzt werden. Das passive optische Bauteil 1 kann prinzipiell auch aus einem metallischen Kunststoff bestehen. In diesem Fall kann die Lötverbindung durch ein Laserlötverfahren hergestellt werden.

Die Lötverbindung kann prinzipiell in Form eines flächigen Lötfelds auf der Unterseite des Bodensegments 1a ausgebildet sein. In diesem Fall wird das passive optische Bauteil 1 vorab auf dem Träger ausgerichtet und dann die Lötverbindung gebildet, wobei dabei die Ausrichtung des passiven optischen Bauteils 1 auf dem Träger erhalten bleibt. Alternativ kann die Lötverbindung durch eine Anzahl von diskreten Lötpads gebildet werden, wobei vorteilhaft drei Lötpads vorgesehen sind. In diesem Fall kann durch die Lötverbindung selbst eine Ausrichtung des passiven optischen Bauteils 1 auf dem Träger derart erfolgen, dass durch die einzelnen Lötpads das passive optische Bauteil 1 auf dem Träger in eine bestimmte Richtung gezogen wird, wenn die Lötverbindung gebildet wird.

Die Innenseite des Umlenksegments 1b des passiven optischen Bauteils 1 bildet eine Spiegelfläche an der auftreffendes Licht gerichtet reflektiert wird, das heißt das Umlenksegment 1b bildet einen Umlenkspiegel auf.

Das Aufnahmesegment 1c des passiven optischen Bauteils 1 bildet eine Aufnahme aus, an welcher das passive optische Bauteil 1 mit einer Bestückungs-Maschine aufgegriffen und dann auf dem Träger zur Ausbildung der Lötverbindung platziert werden kann.

2 zeigt eine Applikation, bei welcher das passive optische Bauteil 1 gemäß 1 in einem optischen Sensor eingesetzt wird. Der optische Sensor ist im vorliegenden Fall von einem Barcodelesegerät 2 gebildet. 2 zeigt Sensorkomponenten des Barcodelesegeräts 2, welche auf einem gemeinsamen Träger in Form einer Leiterplatte 3 aufgebracht sind. Als Sensorkomponenten sind im Lichtstrahlen 4 emittierenden Sender 5 in Form einer Laserdiode oder dergleichen sowie ein Lichtstrahlen 4 empfangender Empfänger 6 mit einem vorgeordneten Interferenzfilter 7 auf der Leiterplatte 3 angeordnet. Weiterhin sind nicht dargestellte elektronische Bauteile einer Auswerteeinheit auf der Leiterplatte 3 befestigt. Weiterhin ist auf der Leiterplatte 3 als Ablenkeinheit für die Lichtstrahlen 4 ein motorisch getriebenes Polygonspiegelrad 8 vorgeordnet. Durch einen nicht dargestellten Motor dreht sich das Polygonspiegelrad 8 um eine Symmetrieachse. Das Polygonspiegelrad 8 weist mehrere, im vorliegenden Fall acht Facetten 9 auf, die Spiegelflächen bilden, an welchen die Lichtstrahlen 4 reflektiert werden.

Durch die Drehung des Polygonspiegelrads 8 werden die vom Sender 5 emittierten und an den Facetten 9 reflektierten Lichtstrahlen 4 so abgelenkt, dass sie periodisch in einem flächigen Abtastbereich geführt sind. Zur Detektion eines Barcodes werden dabei die Lichtstrahlen 4 über das Codemuster des Barcodes geführt.

Die dadurch modulierten Lichtstrahlen 4 werden zum Empfänger 6 geführt. In einer Auswerteeinheit wird anhand der durch den Barcode bewirkten Amplitudenmodulation der Barcode erfasst und decodiert.

Damit die am Ausgang des Empfängers 6 generierten und in die Auswerteeinheit eingelesenen Empfangssignale immer genau einer Abtastung der Abtastfläche zugeordnet werden können, wird immer bei dem Übergang der Lichtstrahlen 4 von einer Facette 9 zur nächsten ein Teil der Lichtstrahlen 4 auf eine Referenzempfängeranordnung geführt, die aus dem passiven optischen Bauteil 1 und einem Referenzempfänger 10 in Form einer Fotodiode besteht. Dabei wird ein Teil der Lichtstrahlen 4 an dem passiven optischen Bauteil 1 reflektiert und auf den Referenzempfänger 10 geführt. Das dabei erhaltene Signal, das 3 zeigt, wird zur Synchronisation der Abtastung verwendet. Da nur in den sehr schmalen Winkelbereichen Lichtstrahlen 4 von passiven optischen Bauteilen 1 auf dem Referenzempfänger 10 geführt sind, wird das in 3 dargestellte peakförmige Signal am Referenzempfänger 10 erhalten, das als Synchronisierungssignal verwendet wird.

Die elektronischen Bauteile der Auswerteeinheit, der Sender 5, der Empfänger 6, der Referenzempfänger 10 und auch das passive optische Bauteil 1 sind mit Lötverbindungen auf der Leiterplatte 3 aufgebracht. Das Auffangen und Fixieren dieser Bauteile auf der Leiterplatte 3 erfolgt mit einem Pick and Place-Prozess mit einer Bestückungs-Maschine automatisch.

Die auf der Leiterplatte 3 angeordneten Bauteile können an einem gemeinsamen, nicht dargestellten Bauteil gelagert sein, das als Kunststoff-Spritzgussteil oder als metallisches Druckgussteil ausgebildet sein kann. Dieses Bauteil kann ein Chassis sein, das in ein Sensorgehäuse des Barcodelesegeräts 2 eingesetzt wird. Alternativ kann das Bauteil das Sensorgehäuse selbst sein.

Bezugszeichenliste

1
passives optisches Bestandteil
1a
Bodensegment
1b
Umlenksegment
1c
Aufnahmesegment
2
Barcodelesegerät
3
Leiterplatte
4
Lichtstrahl
5
Sender
6
Empfänger
7
Interferenzfilter
8
Polygonspiegelrad
9
Facette
10
Referenzempfänger