CH659521A5 - Fotoelektrische einrichtung zum abtasten von gegenstaenden. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelekrtische Einrichtung zum Abtasten von Gegenständen, mit mehreren nebeneinander angeordneten Sendern und Empfängern für elektromagnetische Strahlung, wobei an den Gegenständen reflektierte Strahlungsbündel den Sichtfeldern der Empfänger zugeordnet sind, deren jeder das Vorhandensein eines Gegenstands anzuzeigen vermag.
Bei einer aus der DE-OS 2 456 248 bekannten Einrichtung dieser Art sind paarweise einander zugeordnete Sender und Empfänger so angeordnet und ausgebildet, dass ihre Sichtfelder (Sende- und Empfangssichtfelder) nur in einem eng begrenzten, genau definierten Abtastgebiet einander überkreuzen. Zu diesem Zweck ist dem Sender und Empfänger eines jeden Paares eine Abbildungsoptik zugeordnet, deren im Abtastgebiet gelegenen Brennpunkte zusammenfallen. Das Ganze dient zur automatischen genauen Positionierung von Gegenständen auf Maschinen, z.B. eines Papierbogens auf einer Druckmaschine oder eines zu bearbeitenden Werkstückes auf einer Fräsmaschine und kann von seiner Funktion her als «optischer Anschlag» bezeichnet werden.
Demgegenüber ist die Erfindung darauf gerichtet, eine fotoelektrische Einrichtung zum Abtasten von Gegenständen bereitzustellen, bei der ein sowohl in der Breite als auch in der Tiefe ausgedehntes Abtastgebiet erhalten wird.
Aus der DE-OS 2 438 221 ist eine fotoelektrische Einrichtung zum Abtasten von Gegenständen bekannt, bei denen ein Sender und ein Empfänger für elektromagnetische Strahlung nebeneinanderliegend in einem nach vorne offenen Gehäuse untergebracht sind. Sowohl Sender als auch Empfänger haben im Interesse eines grossen Abtastgebietes einander überlappende breite Sichtfeldkeulen. Hierbei ist aber neben irregulären Reflexionen an den Gehäuseteilen selber, zu deren Ausschaltung die überbreiten Sende- und Empfangssichtkeulen durch Schachtblenden eingeengt werden, die Abtastempfindlichkeit nicht gut, und zwar insbesondere nicht für überwiegend gerichtet reflektierende Gegenstände, weil sowohl Sender als auch Empfänger in der Abstrahl- bzw. Empfangsfläche klein bemessen sind. Es besteht daher die
Gefahr, dass ein überwiegend gerichtet reflektierender, abzutastender Gegenstand die vom Sender emittierte Strahlung nicht zum Empfänger sondern daran vorbei reflektiert. Ein Gegenstand, beispielsweise ein Hindernis, kann daher nicht wie an sich gewünscht innerhalb eines weiteren Bereichs sicher ausfindig gemacht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine fotoelektrische Einrichtung der vorausgesetzten Art so weiterzubilden, dass ein sowohl in der Tiefe als auch in seitlicher Richtung homogener und gut kontrollierter Abtastbereich erhalten wird und auch überwiegend gerichtet reflektierende Gegenstände sicher erfasst werden können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Hiernach sind benachbarte Sender so ausgelegt und beabstandet, dass ihre Strahlungsbündel divergieren sowie einander in einem erwünschten Mindestabstand vom abzutastenden Gegenstand überlappen. Der abzutastende Gegenstand wird daher gleichzeitig mit Strahlung aus unterschiedlichen Richtungen, also im Effekt mit diffuser Strahlung beaufschlagt und kann demgemäss auch bei ausgeprägten Richt-reflexionseigenschaften die Strahlung gleichwohl ebenso diffus reflektieren. Da weiterhin erfindungsgemäss benachbarte Empfänger divergierende, im erwünschten Mindestabstand vom abzutastenden Gegenstand einander überlappende Sichtfelder aufweisen, kann die vom abzutastenden Gegenstand nach unterschiedlichen Richtungen reflektierte Strahlung von den Empfängern sicher erfasst werden.
Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass die Anzahl solcherart beaufschlagter Empfänger mit zunehmendem Objektabstand grösser wird. Dieses bedeutet, dass die Abtastempfindlichkeit, die normalerweise mit dem Quadrat des Abstandes abnehmen würde, so lange nur linear abfällt, wie noch nicht alle Empfänger zum Abtastsignal beitragen. Das Abtastfeld ist daher in der Tiefe ausgedehnter.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Nachstehend ist die Erfindung an Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform im einzelnen beschrieben.
Hiernach besteht die Anordnung aus einer Reihe von mehreren IR-lichtemittierenden Halbleiterelementen, sogenannten lichtemittierenden Dioden a, als Sender und einer Anzahl IR-lichtempfindlicher Elemente, wie Fototransistoren b, als Empfänger. Sowohl Sender als auch Empfänger können üblicher Bauart sein und in je einer Reihe zickzack-förmig angeordnet sein derart, dass jedes zweite Element eine leichtemittierende Diode und das andere ein Fototransistor ist. Jede lichtemittierende Diode a sendet ein divergierendes Strahlenbündel mit einem so grossen Strahlungswinkel a aus, dass benachbarte Bündel bei einem vorbestimmten Abtastmindestabstand vom Hindernis einander überlappen. Das divergierende Sichtfeld jedes Fototransistors hat einen solchen Winkel ß, dass benachbarte Sichtfelder beim vorbestimmten Abtastmindestabstand vom Hindernis einander überlappen, a und ß sind ziemlich gross,
etwa 90° oder mehr.
Die lichtemittierenden Dioden a sind reihengeschaltet und werden mit einem pulsierenden Gleichstrom geeigneter Frequenz von einem Impulsgenerator c gespeist, und die Fototransistoren b sind parallel geschaltet und an den Eingang eines Verstärkers d angeschlossen (vgl. DE-OS 1616 016). Das Signal von den Fototransistoren b wird nach Verstärkung gleichgerichtet und kann dann beispielsweise ein Relais betätigen.
Dadurch, dass sämtliche lichtemittierenden Dioden a mit demselben Signal gespeist werden und die Signalspannung von sämtlichen Fototransistoren b dem gemeinsamen Ver2
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stärker d aufgedrückt wird, kann die Strahlung jeder beliebigen lichtemittierenden Diode nach Reflexion an einem Hindernis e jeden beliebigen Fototransistor betätigen und somit den Verstärker d aussteuern.
Beispielsweise wird auf beiden Seiten einer Pendeltür je eine solche Einrichtung waagrecht montiert, wobei die eine Einrichtung zum Öffnen der Tür eingerichtet ist, wenn sich eine Person der Tür von der einen Seite her nähert und in den Abtastbereich der Einrichtung eintritt, während die andere Einrichtung ein Öffnen der Tür verhindert, wenn sich eine andere Person oder ein Gegenstand im Abtastbereich der auf der anderen Türseite montierten Einrichtung befindet.
Die an einer Pendeltür montierte Einrichtung kann zum Beispiel dafür bestimmt sein, die automatische Öffnung der Pendeltür für ein Gebäude verlassende Personen zu steuern,
jedoch den Eintritt ins Gebäude durch automatische Schliessung der Tür für ankommende Personen zu verhindern. Sie kann somit als Türöffnungssteuerung als auch als Einbruchschutz dienen. Neben dem Anwendungsbereich an Türen s kann die Einrichtung auch beispielsweise für Fahrzeuge als Kollisionsschutz benutzt werden, wobei sie an der Vorderseite der Fahrzeuge montiert und an die Fahrzeugbremse angeschlossen wird, so dass die Einrichtung die Bremse aktiviert, wenn das Fahrzeug sich einem Hindernis nähert. Wei-io tere Anwendungsmöglichkeiten sind die Steuerung von Arbeitsvorgängen bei automatischen Fliessbandeinrich-tungen oder von Sicherheitsvorrichtungen an Werkzeugmaschinen, um zum Beispiel eine Presse anzuhalten, wenn der Körperteil eines Menschen in die Bewegungsbahn der Presse is gerät.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Fotoelektrische Einrichtung zum Abtasten von Gegenständen, mit mehreren nebeneinander angeordneten Sendern (a) und Empfängern (b) für elektromagnetische Strahlung, wobei an den Gegenständen reflektierte Strahlungsbündel den Sichtfeldern der Empfänger (b) zugeordnet sind, deren jeder das Vorhandensein eines Gegenstandes anzuzeigen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsbündel jedes Senders (a) divergiert und benachbarte Sender so beabstandet sind, dass sich ihre Strahlungsbündel in einem Abstand vor einem abzutastenden Gegenstand überlappen, und dass das Sichtfeld jedes Empfängers (b) divergiert und benachbarte Empfänger so beabstandet sind, dass sich ihre Sichtfelder im genannten Abstand überlappen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (a) und die Empfänger (b) in je einer Reihe derart angeordnet sind, dass die beiden Elementtypen ein Zick-Zack-Muster bilden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (a) reihengeschaltet und an einen Impulsgenerator (c) angeschlossen sind und die Empfänger (b) parallel geschaltet und an einem gemeinsamen Verstärker (d) angeschlossen sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (a) Strahlung ausserhalb des sichtbaren Bereichs emittieren.
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