Verfahren und Vorrichtung zur Bereitschaftskontrolle von Lichtschranken
Lichtschranken zur Überwachung, Zählung von periodisch wiederkehrenden Vorgängen und anderen Kontrollaufgaben sind an sich bekannte Einrichtungen. Ein breites Anwendungsgebiet solcher Lichtschranken befindet sich dort, wo der Durchgang einzeln bewegter Körper vor einer Kontrollstelle festgestellt und zur Steuerung nachfolgender Vorgänge ausge- wertet werden soll. Durch jeden durch eine solche Lichtschranke hindurchbewegten Körper wird der Lichtstrahl unterbrochen, was den ungehinderten weiteren Ablauf des Arbeitsspieles ermöglicht. Fehlt dagegen ein solcher Körper oder weist er unrichtige Dimensionen auf, so wird der Lichtstrahl nicht unterbrochen und der weitere Arbeitsablauf beispielsweise abgestellt.
Solche Lichtschranken für programmmässig ablaufende Vorgänge sind daher sehr wertvoll und ermöglichen eine Arbeitsweise, die weitgehend ohne weitere Überwachung auskommt.
Tritt nun aber an einer Lichtschranke der erwähnten Art eine Störung auf, beispielsweise ein Versagen der Lichtquelle, dauernde Unterbrechung des Lichtstrahles durch Eindringen eines Fremdkörpers in dessen Bahn, Versagen der photoelektrischen Elemente o. ä., so wird der Lichtstrahl in gleicher Weise unterbrochen, wie wenn einer der zu überwachenden Körper die Kontrollstelle passiert hätte, und es erfolgt keine Abschaltung der Maschine. Eine richtige und fehlerfreie Überwachung ist daher trotz der Lichtschranke nicht unter allen Umständen gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung überwindet diesen Nachteil und betrifft ein Verfahren zur Bereitschaftskontrolle von Lichtschranken, die zur Überwachung von zeitlich nach einem Programm ablaufenden Vorgängen dienen, und bei welchem die Lichtschranke unmittelbar vor jedem Kontrollvorgang selbst auf ihre Funktionsbereitschaft geprüft und das Ergebnis dieser Prüfung in einer Speicherschaltung gespeichert wird und dass anschliessend, während der Beeinflussung der Lichtschranke durch den zu überwachenden Vorgang, sowohl abgefragt wird, ob sich der zu überwachende Vorgang ordnungsgemäss abgespielt hat, als auch, ob die Funktionsbereitschaft unmittelbar vor diesem Kontrollvorgang bestanden hat, worauf im Falle der vorhanden gewesenen Funktionsbereitschaft die Überwachung des zu kontrollierenden Vorganges ordnungsgemäss erfolgt,
im Falle nicht vorhanden gewesener Funktionsbereitschaft dagegen die zu überwachenden Vorgänge selbst stillgelegt werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und umfasst einen Schmitt-Trigger, eine Speicherschaltung mit einem Entladekontakt, ferner eine Serieschaltung eines Relais, zweier Steuertransistoren und eines Abfragekontaktes zur Steuerung eines Relaisstromes, sowie Mittel, die den genannten Entladekontakt und den genannten Abfragekontakt im Zyklus der programmmässig ablaufenden Vorgänge betätigen.
Anhand der Beschreibung und von Figuren werden das erfindungsgemässe Verfahren sowie ein Ausführungsbeispiel hierfür erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 verschiedene Grössen in Funktion eines Arbeitszyklus,
Fig. 2 ein beispielsweises Schaltungsschema,
Fig. 3 die Stellung der Prüf- und Abfragekontakte in bezug auf die eigentliche Lichtschranke.
In Fig. 1 ist als Diagramm a) die Einschaltdauer eines Prüfkontaktes in Funktion eines Arbeitszyklus, welcher in 360 Winkelgrade eingeteilt wurde, gezeigt.
Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit kann die Abszisse statt in Winkelgrade auch in Zeiteinheiten unterteilt werden. Damit ist im Zeitintervall t0 bis tal der Prüfkontakt offen, im Zeitintervall tal bis t2 geschlossen und im restlichen Zeitintervall t2 bis t9 (= to) wieder offen.
Das Diagramm b) der Fig. 1 stellt die Einschaltdauer eines Abfragekontaktes dar, welcher nur im Zeitintervall t5 bis 4 geöffnet und während der übrigen Zeit geschlossen ist. Die eigentliche Aufgabe der Lichtschranke verläuft nach dem Diagramm c). In diesem ist beispielsweise der Photostrom einer photoelektrischen Zelle in Funktion des Arbeitszyklus dargestelIt. Von 4 bis t3 fällt der volle Lichtstrom auf diese Zelle. Im Zeitintervall 4 bis 4 taucht der zu überwachende Körper 5 in den Lichtstrahl, wodurch der Photostrom vom Wert 1 auf den Wert 0 fällt.
Während des Zeitintervalls 4 bis t7 ist der Lichtstrom durch den zu überwachenden Körper unterbrochen und beginnt von t7 an, wieder anzusteigen, da der Körper die Lichtschranke wieder verlässt; von 4 an ist wieder der volle Lichtstrom verfügbar. Zwischen dem Zeitpunkt t5 und tss als Ausschnitt von 4 bis t7 erfolgt die Abfrage.
Im Diagramm d) der Fig. 1 ist der Verlauf der Ladespannung Ue eines Ladekondensators gezeigt, und zwar als Kurvenzug I die Spannung bei vorhandener, als Kurvenzug II die Spannung bei fehlender Funktionsbereitschaft der Lichtschranke. Im Zeitpunkt t, wird durch Schliessen des Prüfkontaktes der auf die Spannung Ue aufgeladene Kondensator völlig entladen. Öffnet nun der Prüfkontakt wieder im Zeitpunkt t2, so lädt sich der Kondensator unter dem Einfluss des auf eine photoelektrische Zelle fallenden Lichtstroms während des Zeitintervalls tL wieder auf.
Diese Aufladung sollte im Zeitpunkt 4 beendet sein, wenn der zu überwachende Körper den Lichtstrom abzudecken beginnt. Da dadurch die weitere Ladung des Kondensators unterbrochen wird, sinkt die Ladespannung Uc des Kondensators bis zum Zeitpunkt t7 auf einen Minimalwert ab. Durch Öffnen des Abfragekontaktes im Zeitpunkt t, bis zum Zeitpunkt t6 wird nun festgestellt, ob der Kondensator mindestens die Ladespannung Uc min aufweist.
Wenn aber die Lichtschranke im Zeitpunkt 4 nicht betriebsbereit gewesen ist, so ist auch - beispielsweise gemäss Kurvenzug II - keine Wiederaufladung erfolgt.
Der Abfragekontakt hat also im Zeitpunkt t, keine genügend grosse Spannung Un vorgefunden und hat damit eine Blockierung der Maschine veranlasst.
In Fig. 2 ist als Beispiel eine elektronische Schaltung gezeigt, mit der sich das erfindungsgemässe Verfahren verwirklichen lässt. Eine Lichtquelle 1 wirft einen Lichtstrahl auf ein photoelektrisches Element, beispielsweise einen Phototransistor 2. Die zu prüfenden Körper 5 seien beispielsweise auf einem Förderband 54 befestigt und werden mit diesem durch den Lichtstrahl hindurchbewegt. Das Förderband 54 läuft um eine Rolle 53, welche auf einer Achse 50 befestigt ist, welche auch Nockenräder 51, 52 enthält, die auf Kontakte 21, 33 einwirken. Die Distanz der Körper 5 auf dem Förderband 54 ist so gross, dass pro Umdrehung der Achse 50 eine Kontrollfunktion erfolgt.
Der Emitter des Phototransistors 2 liegt an der Basis eines Transistors 11, welcher einem Schmitt Trigger 10 zugeordnet ist. Der Kollektor des Transistors 11 ist mit der Basis eines zu einer Und-Torschaltung gehörenden Transistors 31 verbunden. Der andere Transistor 12 des Schmitt-Triggers 10 ist über einen Ladetransistor 13 mit einer Speicherschaltung 20, bestehend aus Speicherkondensator 23, Entladewiderstand 22 und Prüfkontakt 21, verbunden. Wird der Phototransistor 2 vom normalen Lichtstrahl getroffen, so wird der Speicherkondensator 23 auf eine Ladespannung Ue aufgeladen. Schliesst nun im Verlaufe einer Umdrehung der Nockenscheibe 51 der Prüfkontakt 21 zur Zeit 4, so entlädt sich der Speicherkondensator 23 über den Entladewiderstand 22.
Ist der Phototransistor 2 nach dem Öffnen des Prüfkontaktes zur Zeit t2 weiterhin dem Lichtstrahl ausgesetzt, so lädt sich der Speicherkondensator über den Ladetransistor 13 wieder auf, wobei das Zeitintervall tL durch den Widerstand 26 bestimmt wird. Sobald die Ladespannung Uc wieder erreicht ist, ist die Lichtschranke für die eigentliche Kontrollaufgabe bereit. Solange die Ladespannung Uc min an der Basis eines Steuertransistors 24 liegt, ist dessen Kollektor-Emitterstrecke leitend; am Emitter liegt somit gegenüber der positiven Speiseleitung 8 ein negatives Potential, und der Transistor 32 der Und Torschaltung 31, 32 ist ebenfalls leitend.
Solange der Lichtstrahl auf den Phototransistor 2 fällt, ist der Transistor 11 des Schmitt-Triggers 10 leitend, so dass dessen Kollektor annähernd das Potential des Emitters annimmt. Damit liegt an der Basis des Transistors 31 der Und-Torschaltung eine positive Spannung gegenüber dessen Emitter, so dass dieser Transistor 31 gesperrt, d. h. nicht leitend ist.
Wird nun der Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle 1 und dem Phototransistor 2 unterbrochen, so kippt der Schmitt-Trigger 10 in seinen anderen Betriebszustand um. Der Transistor 31 wird dabei leitend, während der Transistor 32 auf Grund der Ladespannung Ue und der Entladezeitkonstante für eine dadurch bestimmte Zeit tE ebenfalls leitend bleibt. In diesem Zustand ist der Abfragekontakt 33 durch die Transistoren 31 und 32 überbrückt. Ein Relais 30 wird vom Relaisstrom IR durchflossen, welcher von der Speiseleitung 8 über die Spannungsreferenzdiode 34 und entweder über den Abfragekontakt 33 oder über die Transistoren 33 und 34 fliesst. Solange der Abfragekontakt 33 geschlossen ist, bleibt das Relais 30 aufgezogen.
Während der Unterbrechung des Lichtstrahles durch einen Körper 5 sind die in Serie liegenden Transistoren 31 und 32 ebenfalls leitend, so dass während der Abfragezeit 4 bis t6 der Abfragekontakt 33 kurzzeitig geöffnet werden kann, ohne dass das Relais 30 abfällt.
War jedoch die Lichtschranke im Zeitpunkt t2, d. h. beim Öffnen des Prüfkontaktes 21, einer Störung unterworfen, so unterblieb die Wiederaufladung des Speicherkondensators 23; der Steuertransistor 24 bleibt gesperrt und die Basis des Transistors 32 bleibt ebenfalls auf dem Potential der Speiseleitung 8. Dadurch ist auch der Transistor 32 gesperrt; der Abfragekontakt 33 ist für den Relaisstrom IR nicht mehr überbrückt, so dass das Relais 30 abfällt, sobald der Abfragekontakt 33 geöffnet wird. Das Abfallen des Relais 30 löst weitere geeignete und an sich bekannte Funktionen, beispielsweise eine Alarmvorrichtung, aus, die die fehlende Betriebsbereitschaft der Lichtschranke anzeigen.
Tritt der andere Fall ein, dass die Lichtschranke in Ordnung ist, jedoch das Förderband 54 im gegebenen Moment keinen Körper 5 durch den Lichtstrahl führt, so ist wohl der Transistor 32 der Und-Torschaltung leitend, dagegen bleibt der andere Transistor 31 - da der Lichtstrahl nicht unterbrochen wird - gesperrt, so dass der Abfragekontakt 33 wiederum nicht überbrückt ist. Das Relais 30 wird also ebenfalls abfallen und die erwähnten Funktionen auslösen, sobald der Abfragekontakt 33 geöffnet wird.
Fig. 3 zeigt schematisch das Zusammenwirken der Lichtschranke bzw. deren Unterbrechung durch den zu prüfenden Körper mit dem Prüfkontakt 21 und dem Abfragekontakt 33 respektive den diese Kontakte steuernden Nockenscheiben 51 und 52. Der Durchgang der Prüfkörper 5 durch die Lichtschranke ist in der oberen Darstellung a) durch einen Sektor 5' einer mit den Nockenscheiben 51 und 52 umlaufenden Scheibe 56 dargestellt, und zwar befindet sich genau die Mitte des zu prüfenden Körpers respektive (des Sektors 5') t4 Lichtstrahl. + ist im Lichtstrahl. Es ist also der Zeitpunkt 2 festgehalten. Dies ist auch der Zeitpunkt, in welchem sich der Abfragekontakt 33 in der Lücke t, bis 4 der Nockenscheibe 52 befindet.
In demselben Zeitpunkt ist die Nockenscheibe 51, welche den Prüfkontakt 21 während des Zeitintervalls t1 bis t2 geschlossen hatte, bereits um den Drehwinkel (+2 t7 f t7 - t2) ausihrem
2 Aktionsbereich entfernt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung lässt sich für die verschiedensten Anwendungsgebiete vorsehen, wobei auch die Arbeitsgeschwindigkeit, d. h. die Umlaufgeschwindigkeit der Achse 50 den jeweiligen Bedürfnissen weitgehend angepasst werden kann. Die grösste zulässige Arbeitsgeschwindigkeit flmnx ist gegeben durch die Ladezeitkonstante tL der Speicherschaltung 20 und der Abfallverzögerung des Relais 30.
Der Speicherkondensator 23 muss nach dem Öffnen des Prüfkontaktes 21 bis zum Beginn der Abdeckung des Lichtstrahles durch den Körper 5 (4) voll aufgeladen werden, wofür die Ladezeit tL (Fig. 1) benötigt wird. Anderseits ist die kleinste Arbeitsgeschwindigkeit gegeben durch die Entladezeitkonstante tr, mit welcher sich der Speicherkondensator 23 über den Transistor 24 entlädt. Während der Zeit tE zwischen dem Beginn der Abdeckung des Lichtstrahls (4) und dem Schliessen des Abfragekontaktes 33 (4) darf sich der Speicherkondensator 23 nur so weit entladen, dass die Ladespannung Uc über einem Wert Uc min bleibt, bei welchem der Steuertransistor 24 und damit der Transistor 32 noch leitend ist.
Zwischen diesen Grenzen kann die Arbeitsgeschwindigkeit ein und derselben Vorrichtung ohne Änderung der Werte elektrischer Schaltungsteile eingestellt werden.
Method and device for the readiness control of light barriers
Light barriers for monitoring, counting periodically recurring processes and other control tasks are known devices. Such light barriers are widely used where the passage of individually moved bodies in front of a control point is to be determined and evaluated for the control of subsequent processes. The light beam is interrupted by every body moved through such a light barrier, which enables the work cycle to continue unhindered. If, on the other hand, such a body is missing or if it has incorrect dimensions, the light beam is not interrupted and the further work process, for example, is stopped.
Such light barriers for processes running in a program are therefore very valuable and enable a mode of operation that largely requires no further monitoring.
If, however, a malfunction occurs at a light barrier of the type mentioned, for example a failure of the light source, permanent interruption of the light beam by penetration of a foreign body in its path, failure of the photoelectric elements or the like, the light beam is interrupted in the same way as if one of the bodies to be monitored had passed the control point and the machine is not switched off. Correct and error-free monitoring is therefore not guaranteed under all circumstances, despite the light barrier.
The present invention overcomes this disadvantage and relates to a method for the readiness control of light barriers, which are used to monitor processes running according to a program, and in which the light barrier itself is checked for functionality immediately before each control process and the result of this check is stored in a memory circuit and that then, while the process to be monitored is influencing the light barrier, it is queried whether the process to be monitored has taken place properly and whether the operational readiness existed immediately before this control process, which in the event that the operational readiness was present the process to be monitored is properly monitored,
in the case of non-operational readiness, however, the processes to be monitored are shut down themselves.
The invention also relates to a device for carrying out the method and comprises a Schmitt trigger, a memory circuit with a discharge contact, furthermore a series circuit of a relay, two control transistors and an interrogation contact for controlling a relay current, as well as means that control said discharge contact and the Activate the mentioned query contact in the cycle of the processes running in the program.
The method according to the invention and an exemplary embodiment for this are explained on the basis of the description and figures. It shows:
Fig. 1 different sizes as a function of a work cycle,
2 shows an exemplary circuit diagram,
3 shows the position of the test and query contacts with respect to the actual light barrier.
In Fig. 1 is shown as diagram a) the duty cycle of a test contact as a function of a working cycle, which was divided into 360 degrees.
With a constant angular velocity, the abscissa can also be subdivided into time units instead of degrees. The test contact is therefore open in the time interval t0 to tal, closed in the time interval tal to t2 and open again in the remaining time interval t2 to t9 (= to).
Diagram b) of FIG. 1 shows the switch-on duration of an interrogation contact which is only open in the time interval t5 to 4 and is closed during the rest of the time. The actual task of the light barrier is as shown in diagram c). In this, for example, the photocurrent of a photoelectric cell is shown as a function of the operating cycle. From 4 to t3 the full luminous flux falls on this cell. In the time interval 4 to 4, the body 5 to be monitored is immersed in the light beam, as a result of which the photocurrent falls from the value 1 to the value 0.
During the time interval 4 to t7, the luminous flux through the body to be monitored is interrupted and begins to increase again from t7 on, since the body leaves the light barrier again; from 4 onwards the full luminous flux is available again. The query takes place between time t5 and tss as a section from 4 to t7.
In diagram d) of FIG. 1, the course of the charging voltage Ue of a charging capacitor is shown, namely as curve I the voltage when the light barrier is present, and curve II as the voltage when the light barrier is not operational. At time t, the capacitor charged to the voltage Ue is completely discharged by closing the test contact. If the test contact now opens again at time t2, the capacitor charges again under the influence of the luminous flux falling on a photoelectric cell during the time interval tL.
This charging should end at time 4, when the body to be monitored begins to cover the luminous flux. Since this interrupts the further charging of the capacitor, the charging voltage Uc of the capacitor drops to a minimum value by the time t7. By opening the interrogation contact at time t, up to time t6, it is now determined whether the capacitor has at least the charging voltage Uc min.
If, however, the light barrier was not ready for operation at time 4, then - for example according to curve II - no recharging has taken place.
The interrogation contact did not find a sufficiently high voltage Un at time t, and thus caused the machine to block.
As an example, FIG. 2 shows an electronic circuit with which the method according to the invention can be implemented. A light source 1 casts a light beam onto a photoelectric element, for example a phototransistor 2. Assume that the bodies 5 to be tested are fastened, for example, on a conveyor belt 54 and are moved with this through the light beam. The conveyor belt 54 runs around a roller 53 which is fastened on an axle 50 which also contains cam wheels 51, 52 which act on contacts 21, 33. The distance between the bodies 5 on the conveyor belt 54 is so great that a control function takes place per revolution of the axis 50.
The emitter of the phototransistor 2 is connected to the base of a transistor 11, which is assigned to a Schmitt trigger 10. The collector of the transistor 11 is connected to the base of a transistor 31 belonging to an AND gate circuit. The other transistor 12 of the Schmitt trigger 10 is connected via a charging transistor 13 to a storage circuit 20, consisting of a storage capacitor 23, a discharge resistor 22 and a test contact 21. If the phototransistor 2 is hit by the normal light beam, the storage capacitor 23 is charged to a charging voltage Ue. If the test contact 21 closes at time 4 in the course of one revolution of the cam disk 51, the storage capacitor 23 is discharged via the discharge resistor 22.
If the phototransistor 2 is still exposed to the light beam after the test contact has opened at time t2, the storage capacitor is charged again via the charging transistor 13, the time interval tL being determined by the resistor 26. As soon as the charging voltage Uc is reached again, the light barrier is ready for the actual control task. As long as the charging voltage Uc min is at the base of a control transistor 24, its collector-emitter path is conductive; at the emitter there is thus a negative potential compared to the positive feed line 8, and the transistor 32 of the AND gate circuit 31, 32 is also conductive.
As long as the light beam falls on the phototransistor 2, the transistor 11 of the Schmitt trigger 10 is conductive, so that its collector approximately assumes the potential of the emitter. This means that at the base of the transistor 31 of the AND gate circuit there is a positive voltage with respect to its emitter, so that this transistor 31 is blocked, ie. H. is not conductive.
If the light beam between the light source 1 and the phototransistor 2 is now interrupted, the Schmitt trigger 10 switches to its other operating state. The transistor 31 becomes conductive, while the transistor 32 also remains conductive for a time tE determined thereby due to the charging voltage Ue and the discharge time constant. In this state, the interrogation contact 33 is bridged by the transistors 31 and 32. A relay 30 has the relay current IR flowing through it, which flows from the feed line 8 via the voltage reference diode 34 and either via the interrogation contact 33 or via the transistors 33 and 34. As long as the query contact 33 is closed, the relay 30 remains pulled.
During the interruption of the light beam by a body 5, the series transistors 31 and 32 are also conductive, so that during the interrogation time 4 to t6 the interrogation contact 33 can be opened briefly without the relay 30 dropping out.
However, if the light barrier was at time t2, i.e. H. when the test contact 21 was opened, subject to a malfunction, the storage capacitor 23 was not recharged; the control transistor 24 remains blocked and the base of the transistor 32 also remains at the potential of the feed line 8. As a result, the transistor 32 is also blocked; the query contact 33 is no longer bridged for the relay current IR, so that the relay 30 drops out as soon as the query contact 33 is opened. The failure of the relay 30 triggers further suitable and known functions, for example an alarm device, which indicate that the light barrier is not operational.
If the other case occurs, that the light barrier is in order, but the conveyor belt 54 does not lead a body 5 through the light beam at the given moment, the transistor 32 of the AND gate circuit is conductive, whereas the other transistor 31 remains - because the light beam is not interrupted - blocked, so that the query contact 33 is not bridged again. The relay 30 will also drop out and trigger the functions mentioned as soon as the query contact 33 is opened.
Fig. 3 shows schematically the interaction of the light barrier or its interruption by the body to be tested with the test contact 21 and the query contact 33 or the cam disks 51 and 52 controlling these contacts. The passage of the test body 5 through the light barrier is shown in the upper illustration a ) is represented by a sector 5 'of a disk 56 rotating with the cam disks 51 and 52, namely precisely the center of the body to be tested or (of the sector 5') t4 light beam. + is in the ray of light. Time 2 is therefore recorded. This is also the point in time at which the interrogation contact 33 is in the gap t 1 to 4 of the cam disk 52.
At the same point in time, the cam disk 51, which had closed the test contact 21 during the time interval t1 to t2, is already out of its rotation by the angle of rotation (+2 t7 f t7 − t2)
2 Action area removed.
The device according to the invention can be provided for a wide variety of fields of application, the operating speed, d. H. the rotational speed of the axis 50 can be largely adapted to the respective needs. The greatest permissible operating speed flmnx is given by the charging time constant tL of the memory circuit 20 and the drop-out delay of the relay 30.
The storage capacitor 23 must be fully charged after the test contact 21 has been opened until the light beam begins to be covered by the body 5 (4), for which the charging time tL (FIG. 1) is required. On the other hand, the lowest operating speed is given by the discharge time constant tr with which the storage capacitor 23 discharges via the transistor 24. During the time tE between the beginning of the coverage of the light beam (4) and the closing of the interrogation contact 33 (4), the storage capacitor 23 may only discharge to the extent that the charging voltage Uc remains above a value Uc min at which the control transistor 24 and so that the transistor 32 is still conductive.
The operating speed of one and the same device can be adjusted between these limits without changing the values of electrical circuit parts.