[0001] Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Aus der DE 19 506 312 A1 ist eine Vorrichtung zum Ausrichten zweier über eine Distanz Lichtsignale austauschender optoelektronischer Sensoren bekannt, wobei der erste Sensor ein die Lichtsignale aussendendes Sendeelement und ein Empfangselement aufweist und der zweite Sensor wenigstens ein Empfangselement aufweist. An einem der Sensoren ist wenigstens ein Retroreflektor so angeordnet, dass dieser während des Ausrichtens vor oder neben dem Empfangselement des Sensors angeordnet ist. Die von dem anderen Sensor emittierten Lichtsignale treffen auf diesen Retroreflektor und werden von dort in der gleichen Richtung auf das Empfangselement dieses Sensors zurückreflektiert. Die dort auftreffende Lichtmenge wird in einer Auswerteeinheit als Mass für die Güte der Ausrichtung der Sensoren ausgewertet.
Je grösser die auf den Empfänger auftreffende Lichtmenge ist, desto besser ist die Ausrichtung der Sensoren. Die optimale Ausrichtung ist erreicht, wenn die auftreffende Lichtmenge maximal ist.
[0003] Diese Vorrichtung weist jedoch wesentliche Nachteile auf. So ist an dem ersten Sensor zusätzlich zu den Sendeelementen noch ein Empfangselement notwendig, um eine Information über die Ausrichtung zu erhalten. Zusätzlich ist an dem zweiten Sensor ein Retroreflektor notwendig, um die von dem ersten Sensor ausgehenden Lichtstrahlen auf das Empfangselement in dem ersten Sensor zurückzulenken. Da der Retroreflektor das Licht immer genau in sich zurückwirft, kann mit dieser Vorrichtung zum Ausrichten lediglich geprüft werden, welche Lichtmenge von dem Lichtsender in dem ersten Sensor über den Retroreflektor auf den Lichtempfänger in dem ersten Sensor zurückgeworfen wird, also kann nur der erste Sensor ausgerichtet werden. Eine Verkippung des zweiten Sensors wird aufgrund des Retroreflektors nicht erkannt.
Um den zweiten Sensor auszurichten, müsste an dem ersten Sensor auch ein Retroreflektor angebracht werden und der zweite Sensor identisch zu dem ersten Sensor ausgebildet sein. Die Retroreflektoren sind nur zum Ausrichten notwendig und werden für den bestimmungsgemässen Betrieb der Sensoren nicht mehr benötigt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten optoelektronischen Sensor bereitzustellen, mit dem das Ausrichten vereinfacht ist.
[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass ein optoelektronischer Sensor mit einem Lichtsender vorgesehen ist, wobei der Lichtsender wenigstens ein Lichtsignal aussendendes Sendeelement aufweist und einen über eine Distanz zu dem Lichtsender angeordneten Lichtempfänger, der wenigstens ein Empfangselement zum Empfangen der Lichtsignale des Sendeelementes aufweist. Weiter ist eine Auswerteeinheit zur Auswertung einer auf das Empfangselement gelangende Lichtstärke als Mass für die Güte einer Ausrichtung vorhanden, wobei dem Sendeelement ein Filterelement nachgeordnet ist. Das Filterelement weist einen inneren Bereich auf, der Licht im Wesentlichen ungehindert durchlässt und der innere Bereich von einem lichtdämpfenden äusseren Bereich umgeben ist.
[0006] Durch das Filterelement wird das Lichtsignal, ausgehend von dem Sendeelement und abhängig vom Abstrahlwinkel, in zwei verschiedenen Lichtstärken ausgesendet. Durch den zentralen inneren Bereich wird das Licht ohne Dämpfung in einer maximal möglichen Lichtstärke durchgelassen. Im äusseren Bereich, der den inneren Bereich ringförmig umschliesst, erfährt das Licht eine entsprechende Abschwächung. Das Licht, das sich ausgehend vom Sendeelement kegelförmig ausbreitet, bildet damit eine innere Lichtkeule, die von einer lichtschwächeren Lichtkeule umgeben ist. Zwischen der inneren Lichtkeule und der äusseren ringförmigen Lichtkeule ist idealerweise ein stufenförmiger Sprung in der Lichtintensität vorhanden.
Bei der Ausrichtung des zugehörigen Lichtempfängers kann erfindungsgemäss zwischen dem Empfang von Licht der äusseren Lichtkeule und den Empfang von Licht der inneren Lichtkeule unterschieden und so festgestellt werden, wann der Lichtsender optimal auf den Lichtempfänger oder umgekehrt der Lichtempfänger optimal auf den Lichtsender ausgerichtet ist.
[0007] Im nicht ausgerichteten Zustand empfängt der Lichtempfänger kein Signal von dem Lichtsender. Zur Ausrichtung kann entweder der Lichtempfänger quer zur optischen Achse verschoben werden oder der Lichtsender durch Verschwenken in Richtung auf den Lichtempfänger ausgerichtet werden. Wird nun der Lichtempfänger auf den Lichtsender oder umgekehrt der Lichtsender auf den Lichtempfänger ausgerichtet, so empfängt der Lichtempfänger bei kleiner werdendem Abstand des Lichtempfängers zur optischen Achse des Sendelichts ab einem bestimmten Abstand das erste Lichtsignal aus dem äusseren ringförmigen Bereich. Dadurch sind Lichtempfänger und Lichtsender zunächst grob zueinander ausgerichtet.
Wird der Lichtempfänger nun weiter in Richtung auf die optische Achse des Sendelichts ausgerichtet, wird ab einem bestimmten kleineren Abstand zur optischen Achse eine höhere Lichtmenge von der inneren Lichtkeule des Sendelichts von dem Lichtempfänger empfangen. Bei Empfangen des Lichtes der zentralen inneren Lichtkeule sind Lichtempfänger und Lichtsender genau zueinander ausgerichtet.
[0008] Wechselt beim Ausrichten des Lichtempfängers bzw. des Lichtsenders die empfangene Lichtstärke sprunghaft zwischen den verschiedenen Bereichen hin und her, wie beispielsweise von keinem empfangenen Signal zu einem teilweise empfangenen Signal der äusseren Lichtkeule oder zu dem empfangenen Signal der inneren Lichtkeule mit der maximalen Lichtstärke, so ist erkennbar, dass sich das Lichtgitter genau in den Grenzbereichen befindet. Wird der Lichtempfänger beispielsweise innerhalb der inneren Lichtkeule in einem bestimmten Bereich bewegt, ohne dass sich die empfangene Lichtstärke verändert, so ist der Lichtempfänger innerhalb des inneren Bereiches stabil ausgerichtet. Auch kleine Erschütterungen des Lichtsenders oder des Lichtempfängers führen nicht zu einer Dejustage des Lichtempfängers oder des Lichtsenders.
[0009] Durch das Filterelement kann eine Ausrichtung auch bei sicherheitstechnischen Sensoren sehr wirkungsvoll durchgeführt werden. Bei sicherheitstechnischen Sensoren mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger müssen Sendekeulen mit einem Öffnungswinkel von +/- 2,5[deg.] bei Sicherheitstyp vier und +/- 5[deg.] Öffnungswinkel bei Sicherheitstyp zwei nach aktuellen Sicherheitsbestimmungen eingehalten werden. Der innere Bereich wird nun so gewählt, dass eine Sendekeule mit einem Öffnungswinkel von +/- 2,5[deg.] bzw. +/- 5[deg.] entsteht. Dieser innere Bereich genügt den aktuellen Bestimmungen zur Sicherheitstechnik.
[0010] Der äussere ringförmige Bereich führt zu einem grösseren Öffnungswinkel von beispielsweise +/- 5[deg.] bzw. +/- 10[deg.] der äusseren Sendekeule. Dadurch ist es möglich, schon ausserhalb der erlaubten inneren Sendekeule eine Ausrichtinformation zu erhalten und den sicherheitstechnischen Lichtempfänger auf den Lichtsender, bzw. den Lichtsender auf den Lichtempfänger auszurichten.
[0011] Vorteilhaft ist dem Filterelement ein Tubus und/oder eine Linse in Richtung der ausgehenden Lichtstrahlen nachgeordnet. Durch den Tubus wird wirkungsvoll ein Aussenden von Streulicht durch das Sendeelement vermieden. Durch das Vermindern des Streulichtanteils werden auch die Sendelichtstärken der inneren Sendekeule und der äusseren Sendekeule deutlicher voneinander getrennt. Dadurch sind genauere stufenförmige Übergänge zwischen den Sendekeulen möglich, wodurch eine genauere Ausrichtinformation zur Verfügung steht. Der Tubus dient vorteilhaft auch als Befestigung für das Filterelement. Das Filterelement kann beispielsweise als Folie mit einem Loch in der Mitte ausgebildet und auf den Tubus aufgeklebt werden. Der Tubus mit dem Filterelement wird dann dem Sendeelement nachgeordnet angebracht.
Zusätzlich ist nach dem Tubus oder auch direkt nach dem Filterelement eine Linse angebracht. Diese Linse ist insbesondere als Sammellinse ausgebildet und dient zur Strahlbündelung des Sendelichts. Durch die Linse kann ein genau definierter Öffnungswinkel bei einer erhöhten Lichtstärke durch die Strahlbündelung eingehalten werden.
[0012] In Weiterbildung der Erfindung weist das Sendeelement eine im Wesentlichen gleichmässige Lichtstärke über den Abstrahlwinkel auf, so dass vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichmässige Lichtstärke innerhalb einer jeweiligen Sendelichtkeule vorliegt. Dabei soll "im Wesentlichen gleichmässig" bedeuten, dass die Unterschiede in der Lichtstärke ca. 10% betragen. Dadurch wird gewährleistet, dass der Lichtempfänger innerhalb der äusseren Lichtkeule und/oder der inneren Lichtkeule immer eine gleichbleibende Lichtstärke empfängt. Dadurch erhält der Lichtempfänger innerhalb des Bereiches der inneren Lichtkeule gleich viel Licht und ist daher innerhalb der inneren Lichtkeule gleich gut ausgerichtet und braucht beispielsweise nicht noch weiter innerhalb der inneren Lichtkeule exakt auf das Zentrum ausgerichtet werden.
Eine Ausrichtung lediglich auf die innere Lichtkeule hat den zusätzlichen Vorteil, dass eine geringfügige Bewegung, beispielsweise durch Erschütterungen, nicht zu einer Dejustage führt. Durch die gleichmässige Lichtstärke sind auch die Unterschiede in den Lichtstärken zwischen der inneren und der äusseren Lichtkeule unterscheidungskräftiger. Eine gleichmässige Lichtverteilung in der äusseren ringförmigen Lichtkeule lässt eine gleichbleibend genaue Zuordnung von einer empfangenen Lichtstärke zu der äusseren ringförmigen Lichtkeule zu. Die Sendeelemente, beispielsweise bestimmte Leuchtdioden, weisen hierzu bereits eine über einen bestimmten Winkelbereich konstante Lichtstärke auf.
[0013] In einer weiteren Ausführungsform weist der Lichtempfänger wenigstens eine Anzeigeeinheit auf, welche mit der Auswerteeinheit verbunden ist, zur Anzeige unterschiedlicher empfangener Lichtstärken des Sendelichts. Abhängig von der empfangenen und ausgewerteten Lichtstärke steuert die Auswerteeinheit die Anzeigeeinheit unterschiedlich an. Die Anzeigeeinheit weist hierzu beispielsweise unterschiedliche Anzeigeelemente auf. Die Anzeigeelemente sind zum Anzeigen unterschiedlicher Zustände vorgesehen. Zunächst ist der Lichtempfänger nicht ausgerichtet. Hierzu wird ein erstes Anzeigeelement der Anzeigeeinheit angesteuert und zeigt einem Bediener beispielsweise durch die Farbe "Rot" an, dass kein Lichtsignal empfangen wird. Wird der Lichtempfänger besser auf den Lichtsender ausgerichtet, empfängt dieser zunächst ein unzureichendes Signal.
Hierzu wird von der Auswerteeinheit ein weiteres Anzeigeelement angesteuert und leuchtet beispielsweise "Gelb" auf. Durch diese Anzeige wird der Bediener darauf aufmerksam gemacht, dass bereits ein Empfangssignal vorhanden ist, dieses aber noch zu schwach ist, um einen bestimmungsgemässen Betrieb aufzunehmen. Nach einer weiteren besseren Ausrichtung auf den Lichtsender wird beispielsweise eine Gruppe von Anzeigeelementen angesteuert. Diese Anzeigeelemente bilden beispielsweise eine Balkenanzeige, die abhängig von der empfangenden Lichtstärke ausgelenkt wird. Diese Anzeigelemente sind beispielsweise zur Anzeige der Farbe "Grün" ausgebildet. Dem Bediener wird angezeigt, dass eine gute Ausrichtung bereits erfolgt ist, diese aber noch weiter verbessert werden kann.
Eine zweite Gruppe von Anzeigeelementen wird angesteuert, die beispielsweise auch als Balkenanzeige in der Farbe Grün ausgebildet ist, wenn der Lichtempfänger optimal auf den Lichtsender ausgebildet ist. Diese Anzeigeelemente werden angesteuert, wenn die Empfangselemente nach einem Übergang von dem äusseren ringförmigen Bereich zu der inneren Lichtkeule des Lichtsenders Licht empfangen. Jetzt wird von dem Lichtempfänger das maximal mögliche Signal empfangen, der Lichtempfänger kann mit dieser Ausrichtung dauerhaft mit dem Lichtsender betrieben werden.
[0014] In Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor ein Lichtgitter mit einem Lichtgittersender und einem Lichtgitterempfänger. Bei Lichtgittern müssen alle Lichtempfänger, die in Reihe in einem Gehäuse angeordnet sind, zu den jeweils gegenüberliegend angeordneten Lichtsendern ausgerichtet werden. Hierbei ist ein weiterer Freiheitsgrad bei der Ausrichtung gegenüber einem Sensor mit nur einem Sende- bzw. Empfangselement zu beachten, nämlich die Verdrehung des Lichtempfängers um eine optische Achse eines Lichtempfängers. Auch eine solche Verdrehung des Lichtgitterempfängers kann mit Hilfe des erfindungsgemässen Lichtgitters ausgerichtet werden. Hierzu sind beispielsweise zwei Sendeelemente des Lichtgitters mit dem Filterelement versehen. Vorzugsweise ist hierbei das erste und letzte Sendeelement des Lichtgittersenders mit dem Filterelement ausgestattet.
Je weiter die Sendeelemente mit dem Filterelement auseinanderliegen, desto besser kann eine Verdrehung des Lichtgitterempfängers zu dem Lichtgittersender angezeigt werden. Erfindungsgemäss kann für das erste und letzte Empfangselement jeweils eine Anzeigeeinheit vorgesehen werden. Ist beispielsweise das erste Empfangselement genau auf das zugehörige Sendeelement ausgerichtet, so wird die maximal mögliche Lichtstärke angezeigt. Im Extremfall ist aber das letzte Empfangselement noch nicht zu dem zugehörigen Sendeelement ausgerichtet und es wird an dem zugehörigen Anzeigeelement die Farbe Rot angezeigt, für die noch ungenügende Ausrichtung. Nach einer Korrektur der Ausrichtung zeigen dann beide Anzeigeelemente eine maximale Signalstärke an und das Lichtgitter ist optimal ausgerichtet.
[0015] Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
[0016] In der Zeichnung zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>einen erfindungsgemässen Sensor mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger;
<tb>Fig. 2a bis 2c<sep>eine Darstellung eines Filterelements in verschiedenen Ausführungsformen;
<tb>Fig. 3<sep>ein schematisches Diagramm der Signalstärke abhängig vom Winkel
<tb>Fig. 4 bis 8<sep>eine Anzeigeeinheit mit verschiedenen Anzeigen;
<tb>Fig. 9;<sep>ein erfindungsgemässes Lichtgitter.
[0017] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen optoelektronischen Sensor 1 mit einem Lichtsender 4 und einem Lichtempfänger 6. Der Lichtsender 4 und der Lichtempfänger 6 sind dabei gegenüberliegend zueinander angeordnet. Der Lichtsender 4 weist ein Sendeelement 10, ein dem Sendeelement 10 nachgeordnetes Filterelement 14 und eine weiter im Strahlengang des Sendeelements 10 nachgeordnete Linse 20 auf. Hilfsweise ist eine optische Achse 36 des Lichtsenders 4 eingezeichnet. Durch das Filterelement 14 wird ausgehendes Sendelicht des Sendeelementes 10 kegelförmig in zwei Bereiche mit verschiedenen Lichtstärken ausgesendet. Eine erste innere Lichtkeule 32 weist eine maximale Lichtstärke auf. Um diese innere Lichtkeule 32 herum liegt eine im Querschnitt ringförmige Lichtkeule 34 mit deutlich geringerer Lichtstärke.
Die Lichtstärke des ausgehenden Lichts nimmt dabei mit der Entfernung von dem Lichtsender 4 ab. Das ausgesendete Licht trifft dabei auf den Lichtempfänger 6. Der Lichtempfänger 6 besteht aus einer Empfangslinse 21 und einem zugehörigen Empfangselement 8, auf welches das ausgesendete Licht trifft und von einer mit dem Empfangselement 8 verbundenen Auswerteinheit 12 ausgewertet wird. Mit der Auswerteeinheit 12 ist eine Anzeigeeinheit 22, zur Anzeige der verschiedenen empfangenen Lichtstärken, verbunden. Der Lichtempfänger 6 ist in diesem Beispiel so ausgerichtet, dass die maximale Lichtstärke der inneren Lichtkeule 32 des Lichtsenders 4 empfangen wird.
[0018] Fig. 2a zeigt das Filterelement 14 mit einem kreisförmigen inneren Bereich 16 und einem ringförmigen äusseren Bereich 18. Der innere Bereich 16 lässt dabei Licht der verwendeten Wellenlänge im Wesentlichen ungehindert, das heisst nicht abgeschwächt, durch. Bevorzugt ist der innere Bereich 16 vollständig für Lichtstrahlen durchlässig. Der äussere ringförmige Bereich 18 weist im Gegensatz zu dem inneren Bereich 16 eine Dämpfung auf. Die Dämpfung beträgt beispielsweise 30% bis 70%. Das Filterelement 14 ist je nach verwendetem Licht für sichtbares Licht, infrarotes Licht oder für eine andere Wellenlänge ausgebildet. Das gezeigte Filterelement 14 kann durch die äussere Kreisform sehr gut in einem Aufnahmerahmen zentriert werden.
[0019] Fig. 2b zeigt ein weiteres Filterelement 14, wobei der äussere Bereich 18 im Unterschied zu der in Fig. 2agezeigten Ausführung eine quadratische Form aufweist. Die in Fig. 2b gezeigte Ausführung lässt sich beispielsweise sehr gut an den Eckpunkten durch Klebestellen befestigen.
[0020] Fig. 2c zeigt eine weitere Ausführungsform des Filterelements 14 für ein Lichtgittersender. Mehrere Filterelemente 14 aus Fig. 2a sind dabei nebeneinander in einer Reihe angeordnet. Als Träger dient dabei beispielsweise lichtundurchlässiges Material.
[0021] Die Filterelemente 14 werden beispielsweise aus einer lichtteildurchlässigen Folie hergestellt, wobei der innere Bereich 16 zum Beispiel freigestanzt wird. Die Folien können aber auch als Spritzgussteile oder als Mehrkomponenten Spritzgussteile in Verbindung mit einem Tubus hergestellt werden.
[0022] In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Lichtstärke des ausgehenden Lichtes des Lichtsenders in Abhängigkeit eines Öffnungswinkels gezeigt. Ausgehend von der optischen Achse des Lichtsenders, welche den Werten bei 0[deg.] entsprechen, wird in einem inneren Bereich D bis zu einem bestimmten Öffnungswinkel die maximale Signalstärke ausgesendet, die eine Lichtstärke im Bereich SD aufweist. Dieser Bereich D entspricht der inneren Lichtkeule des Lichtsenders, hervorgerufen durch den kreisförmigen inneren Bereich 16 des Filterelementes 14 aus Fig. 1. Der zweite Bereich C wird durch den ringförmigen äusseren Bereich des Filterelementes 14 hervorgerufen und entspricht der äusseren Lichtkeule. Dieser Bereich C zeigt eine geringere Lichtstärke gegenüber Bereich D mit einem Übergangsbereich, mit einer Lichtstärke im Bereich SC.
In einem weiteren Bereich B bei einem grösseren Öffnungswinkel als im Bereich C, wird, aufgrund von Streulicht und Toleranzen in den optischen Bauteilen, eine unzureichende Lichtstärke im Bereich SB ausgesendet. In einem Bereich A wird kein Licht, oder Licht mit einer geringfügigen Lichtstärke im Bereich SA ausgesendet. Dieser Bereich liegt ausserhalb des Öffnungswinkels des Sendeelementes.
In den Fig. 4 bis 8 ist ein Beispiel für die Anzeigeeinheit 22 dargestellt, mit verschiedenen Anzeigeinhalten bei verschieden ausgerichtetem Lichtempfänger auf den Lichtsender. Die Anzeigeeinheit 22 weist verschiedene Anzeigeelemente A1, B1 oder Balkenanzeigen C1 und D1 auf. In Fig. 4 ist die Anzeigeeinheit 22 beispielsweise für den Fall dargestellt, dass der Lichtempfänger nicht auf den Lichtsender bzw. der Lichtsender nicht auf den Lichtempfänger ausgerichtet ist.
Das Anzeigeelement A1 leuchtet in diesem Fall dauerhaft rot. Wird der Lichtempfänger nun mehr in Richtung zu der optischen Achse des Lichtsenders bewegt und auf den Lichtsender gerichtet, so kommt der Lichtempfänger in den Bereich, wo nur ein unzureichendes Lichtsignal entsprechend Bereich B aus Fig. 3ausgesendet wird. Die Anzeigeeinheit 22 zeigt ein Anzeigeelement B1 mit der Anzeige der Farbe Gelb ein schwaches Lichtsignal an. Die rote Anzeige an Anzeigeelement A1 bleibt beispielsweise noch erhalten. Wird nun der Lichtempfänger weiter auf den Lichtsender in Richtung der optischen Achse auf den Lichtsender ausgerichtet, wird durch das Empfangselement ein Lichtsignal, entsprechend dem Bereich C aus Fig. 3, empfangen. Das empfangene Lichtsignal wird auf einer Balkenanzeige C1, entsprechend Fig. 5, bestehend aus einem oder mehreren Elementen mit der Farbe Grün angezeigt.
Die Anzahl der aufleuchtenden Elemente der Balkenanzeige C1 ist ein Mass für die Stärke des empfangenen Lichtsignals. Dieses nimmt mit zunehmender Entfernung vom Lichtsender ab. Wird der Empfänger nun weiter auf den Lichtsender ausgerichtet, so wird ab einem bestimmten Winkelbereich ein stärkeres Lichtsignal des Bereichs D aus Fig. 3 empfangen. Aufgrund dieses Signalsprunges wird nun eine weitere Balkenanzeige D1, entsprechend Fig. 6, bestehend aus einzelnen Elementen, angesteuert. Da das Lichtsignal im Bereich D stärker als in dem Bereich C aus Fig. 3 ist, werden drei Elemente anstatt zwei, wie bei der Balkenanzeige C1 aus Fig. 5, angezeigt. Wird bei der Ausrichtung nun der Lichtempfänger zwischen den Bereichen D und C hin- und herbewegt, wird abwechselnd die Balkenanzeige C1 und D1 aktiviert.
Für einen Bediener ist dadurch erkennbar, dass der Sensor im Bereich D optimal ausgerichtet ist.
[0023] Die Fig. 7 und 8 zeigen analog zu den Fig. 5 und 6 eine Ausrichtung des Lichtempfängers auf den Lichtsender bei einem grösseren Abstand zueinander. Die Balkenanzeige C1 in Fig. 7zeigt daher einen geringeren Pegel als die Balkenanzeige C1 aus Fig. 5. Auch die Balkenanzeige D1 in Fig. 8 zeigt einen geringeren Signalpegel als die Balkenanzeige D1 in Fig. 6. Jedoch ist auch in den Fig. 7 und 8ein Unterschied in den Signalpegeln zwischen den Balkenanzeigen C1 und D1 erkennbar und für einen Bediener festzustellen, ob sich der Lichtempfänger noch in der äusseren ringförmigen Lichtkeule befindet oder schon optimal in der inneren Lichtkeule auf den Lichtsender ausgerichtet ist.
[0024] Fig. 9 zeigt ein Lichtgitter, bestehend aus einem Lichtgitterempfänger 30 und einem Lichtgittersender 28. Der Lichtgitterempfänger 30 ist beabstandet zu dem Lichtgittersender 28 angeordnet und auf diesen ausgerichtet. Der Lichtgittersender 28 weist mehrere Sendeelemente 10, 10.1 und 10.2 auf. Das erste und letzte Sendeelement 10.1 und 10.2 sind dabei mit dem Filterelement gemäss Anspruch 1 ausgestattet. Ausgehend von dem ersten und letzten Sendeelement 10.1 und 10.2 wird nun in einem inneren Bereich Licht in einer Lichtkeule 32.1 mit maximaler Lichtstärke ausgesendet. Um diesen inneren Bereich wird, wie bereits in Fig. 1 beschrieben, in einem Bereich um die innere Lichtkeule 32.1, verursacht durch das Filterelement, eine reduzierte Lichtstärke ausgesendet.
Für den Empfang der Lichtstrahlen der zwei entsprechenden Empfangselemente kann jeweils eine Anzeigeeinheit 22.1 und 22.2 zur Anzeige, wie beispielsweise in Fig. 4 bis 8beschrieben, vorhanden sein oder eine Anzeigeeinheit ist zum Anzeigen der Lichtstärke beider Empfangselemente ausgebildet. So kann beispielsweise während eines Ausrichtvorganges das zu dem Sendeelement 10.1 zugehörige Empfangselement mit Hilfe der Anzeigeeinheit 22.1 ausgerichtet werden und in einem zweiten Schritt das zu dem Sendeelement 10.2 zugehörige Empfangselement ausgerichtet werden, indem der Lichtgitterempfänger 30 entsprechend auf den Lichtgittersender 28 gedreht wird. Nachdem beide Anzeigeeinheiten 22.1 und 22.2 oder eine kombinierte Anzeigeeinheit dem Bediener eine maximal empfangene Lichtstärke anzeigen, ist das Lichtgitter optimal ausgerichtet.
[0025] In einem Gehäuse des Lichtgittersenders 28 oder in einem gegenüberliegenden Gehäuse des Lichtgitterempfängers 30 kann zusätzlich noch eine Laserlichtquelle 24 zur Erzeugung eines Richtstrahles 26 angebracht sein. Mit Hilfe dieses Richtstrahles 26 ist eine zusätzliche Möglichkeit zur Ausrichtung der beiden Gehäuse zueinander vorhanden. Hierzu muss das jeweils gegenüberliegende Gehäuse eingesehen werden, um den Auftreffpunkt des Richtstrahles 26 zu erkennen.
Bezugszeichen:
[0026]
<tb>1<sep>Sensor
<tb>4<sep>Lichtsender
<tb>6<sep>Lichtempfänger
<tb>8<sep>Empfangselement
<tb>10, 10.1, 10.2<sep>Sendeelement
<tb>12<sep>Auswerteeinheit
<tb>14<sep>Filterelement
<tb>16<sep>kreisförmiger innerer Bereich
<tb>18<sep>äusserer Bereich
<tb>20<sep>Linse
<tb>21<sep>Empfangslinse
<tb>22, 22.1, 22.2<sep>Anzeigeeinheit
<tb>24<sep>Laserlichtquelle
<tb>26<sep>Richtstrahl
<tb>28<sep>Lichtgittersender
<tb>30<sep>Lichtgitterempfänger
<tb>32, 32.1, 32.2<sep>innere Lichtkeule
<tb>34, 34.1, 34.2<sep>äussere Lichtkeule
<tb>36, 36.1, 36.2<sep>optische Achse
<tb>A, B, C, D, SA, SB, SC, SD <sep>Bereiche mit verschiedener Lichtstärke
<tb>A1, B1<sep>Anzeigeelemente
<tb>C1, D1 <sep>Balkenanzeigen
The invention relates to an optoelectronic sensor according to the preamble of claim 1.
From DE 19 506 312 A1 a device for aligning two optical signals exchanging light signals via a distance is known, wherein the first sensor has a transmitting the light signals transmitting element and a receiving element and the second sensor has at least one receiving element. At least one retroreflector is arranged on one of the sensors so that it is arranged in front of or next to the receiving element of the sensor during the alignment. The light signals emitted by the other sensor impinge on this retroreflector and are reflected back from there in the same direction to the receiving element of this sensor. The amount of light incident there is evaluated in an evaluation unit as a measure of the quality of the orientation of the sensors.
The larger the amount of light impinging on the receiver, the better the orientation of the sensors. The optimum alignment is achieved when the incident light amount is maximum.
However, this device has significant disadvantages. Thus, in addition to the transmitting elements, a receiving element is still necessary at the first sensor in order to obtain information about the orientation. In addition, a retroreflector is necessary on the second sensor in order to redirect the light beams emanating from the first sensor onto the receiving element in the first sensor. Since the retroreflector always reflects the light accurately back into itself, this alignment device can only be used to check which amount of light is reflected from the light emitter in the first sensor via the retroreflector to the light receiver in the first sensor, so only the first sensor can be aligned become. Tilting of the second sensor is not recognized due to the retroreflector.
In order to align the second sensor, a retroreflector would also have to be attached to the first sensor and the second sensor would be identical to the first sensor. The retroreflectors are only necessary for alignment and are no longer needed for the intended operation of the sensors.
The invention has for its object to provide an improved optoelectronic sensor with which the alignment is simplified.
The object is achieved according to claim 1, characterized in that an optoelectronic sensor is provided with a light emitter, wherein the light emitter has at least one light signal emitting transmitter element and arranged over a distance to the light emitter light receiver, the at least one receiving element for receiving the Having light signals of the transmitting element. Furthermore, an evaluation unit for evaluating a light intensity reaching the receiving element is present as a measure of the quality of an alignment, wherein a filter element is arranged downstream of the transmitting element. The filter element has an inner region which allows light to pass through substantially freely and the inner region is surrounded by a light-damping outer region.
Through the filter element, the light signal, starting from the transmitting element and depending on the beam angle, emitted in two different light levels. Through the central inner area, the light is transmitted without attenuation in a maximum possible light intensity. In the outer area, which encloses the inner area in an annular shape, the light experiences a corresponding attenuation. The light, which spreads conically starting from the transmitting element, thus forms an inner light lobe, which is surrounded by a light-weaker light lobe. Between the inner light lobe and the outer annular lobe there is ideally a step-like jump in the light intensity.
In the orientation of the associated light receiver according to the invention can be distinguished between the reception of light of the outer lobe and the reception of light of the inner lobe and thus determined when the light emitter optimally aligned to the light receiver or, conversely, the light receiver is optimally aligned with the light emitter.
In the unaligned state, the light receiver receives no signal from the light emitter. For alignment, either the light receiver can be moved transversely to the optical axis or the light emitter can be aligned by pivoting in the direction of the light receiver. If the light receiver is now aligned with the light transmitter or, conversely, the light transmitter with the light receiver, the light receiver receives the first light signal from the outer annular region as the distance between the light receiver and the optical axis of the transmitted light decreases. As a result, the light receiver and the light transmitter are initially roughly aligned with each other.
If the light receiver is now aligned further in the direction of the optical axis of the transmitted light, a higher amount of light is received by the light receiver of the inner light lobe of the transmitted light from a certain smaller distance to the optical axis. Upon receiving the light of the central inner light lobe, the light receiver and the light transmitter are precisely aligned.
When aligning the light receiver or the light emitter, the received light intensity jumps back and forth between the different areas, such as no received signal to a partially received signal of the outer light lobe or the received signal of the inner lobe with the maximum light intensity , it can be seen that the light grid is located exactly in the border areas. If, for example, the light receiver is moved within the inner light lobe within a certain range without the received light intensity changing, then the light receiver is stably aligned within the inner region. Even small vibrations of the light emitter or the light receiver do not lead to a misalignment of the light receiver or the light emitter.
By the filter element alignment can be carried out very effectively even with safety sensors. For safety-related sensors with a light transmitter and a light receiver, transmission lobes with an opening angle of +/- 2.5 ° for safety type four and +/- 5 ° opening angle for safety type two according to current safety regulations must be observed. The inner area is now selected so that a transmission lobe with an opening angle of +/- 2.5 [deg.] Or +/- 5 [deg.] Formed. This inner area complies with the current regulations on safety technology.
The outer annular region leads to a larger opening angle of, for example, +/- 5 ° and +/- 10 °, respectively, of the outer transmitting lobe. This makes it possible, even outside the allowed inner transmitting lobe to obtain an alignment information and align the safety light receiver on the light emitter, or the light emitter on the light receiver.
Advantageously, the filter element is followed by a tube and / or a lens in the direction of the outgoing light beams. The tube effectively prevents the emission of stray light by the transmitting element. By reducing the proportion of scattered light, the transmitted light intensities of the inner transmitting lobe and of the outer transmitting lobe are also clearly separated from one another. As a result, more accurate step-shaped transitions between the transmitting lobes are possible, whereby a more accurate alignment information is available. The tube advantageously also serves as a fastening for the filter element. The filter element can be formed, for example, as a film with a hole in the middle and adhered to the tube. The tube with the filter element is then attached downstream of the transmitter element.
In addition, a lens is mounted after the tube or directly after the filter element. This lens is designed in particular as a converging lens and serves for beam focusing of the transmitted light. Through the lens, a precisely defined opening angle can be maintained at an increased light intensity by the beam focusing.
In a further development of the invention, the transmitting element has a substantially uniform light intensity over the emission angle, so that there is advantageously a substantially uniform light intensity within a respective transmitted light lobe. In this case, "substantially uniform" should mean that the differences in the light intensity amount to approximately 10%. This ensures that the light receiver always receives a constant light intensity within the outer light lobe and / or the inner light lobe. As a result, the light receiver receives the same amount of light within the area of the inner light lobe and is therefore aligned equally well within the inner lobe and, for example, need not be further aligned within the inner lobe exactly to the center.
An alignment only on the inner light lobe has the additional advantage that a slight movement, for example, by vibrations, does not lead to a misalignment. Due to the uniform light intensity and the differences in the light intensities between the inner and the outer light lobe are more distinctive. A uniform light distribution in the outer annular lobe allows a consistently accurate assignment of a received light intensity to the outer annular lobe. For this purpose, the transmitting elements, for example specific light-emitting diodes, already have a constant light intensity over a certain angular range.
In a further embodiment, the light receiver has at least one display unit, which is connected to the evaluation unit, for displaying different received light intensities of the transmitted light. Depending on the received and evaluated light intensity, the evaluation unit controls the display unit differently. For this purpose, the display unit has, for example, different display elements. The display elements are provided for displaying different states. First, the light receiver is not aligned. For this purpose, a first display element of the display unit is activated and indicates to an operator, for example by the color "red", that no light signal is received. If the light receiver is better aligned with the light transmitter, it first receives an insufficient signal.
For this purpose, another evaluation element is activated by the evaluation unit and illuminates, for example, "yellow". This display alerts the operator that a receive signal is already present but is still too weak to accept normal operation. After a further better alignment with the light emitter, for example, a group of display elements is activated. These display elements form, for example, a bar display, which is deflected depending on the receiving light intensity. These display elements are designed, for example, to display the color "green". The operator is informed that good alignment has already been achieved, but that it can be further improved.
A second group of display elements is actuated, which is formed, for example, as a bar display in the color green, when the light receiver is optimally formed on the light emitter. These display elements are activated when the receiving elements receive light after a transition from the outer annular region to the inner light lobe of the light emitter. Now the maximum possible signal is received by the light receiver, the light receiver can be permanently operated with the light transmitter with this orientation.
In a further development of the invention, the sensor is a light grid with a light grid transmitter and a light grid receiver. In the case of light grids, all the light receivers, which are arranged in series in a housing, must be aligned with the respectively oppositely arranged light emitters. In this case, a further degree of freedom in alignment with respect to a sensor with only one transmitting or receiving element is to be observed, namely the rotation of the light receiver about an optical axis of a light receiver. Such a rotation of the light grating receiver can also be aligned with the aid of the inventive light grid. For this purpose, for example, two transmitting elements of the light grid are provided with the filter element. Preferably, in this case the first and last transmitting element of the light grid transmitter is equipped with the filter element.
The further apart the transmitting elements are with the filter element, the better a rotation of the light grid receiver to the light grid transmitter can be indicated. According to the invention, in each case one display unit can be provided for the first and last receiving element. If, for example, the first receiving element is aligned exactly with the associated transmitting element, then the maximum possible intensity of light is displayed. In extreme cases, however, the last receiving element is not yet aligned with the associated transmitting element and it is displayed on the associated display element, the color red, for the still insufficient orientation. After correcting the alignment then both display elements indicate a maximum signal strength and the light grid is optimally aligned.
In the following the invention will be explained with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings in detail.
In the drawing shows:
<Tb> FIG. 1 <sep> a sensor according to the invention with a light transmitter and a light receiver;
<Tb> FIG. 2a to 2c <sep> an illustration of a filter element in various embodiments;
<Tb> FIG. 3 <sep> is a schematic diagram of the signal strength depending on the angle
<Tb> FIG. 4 to 8 <sep> a display unit with various displays;
<Tb> FIG. 9; <sep> is a light grid according to the invention.
Fig. 1 shows an inventive optoelectronic sensor 1 with a light transmitter 4 and a light receiver 6. The light emitter 4 and the light receiver 6 are arranged opposite each other. The light transmitter 4 has a transmitting element 10, a filter element 14 arranged downstream of the transmitting element 10, and a further lens 20 arranged downstream in the beam path of the transmitting element 10. In the alternative, an optical axis 36 of the light transmitter 4 is located. Outgoing transmitted light of the transmitting element 10 is emitted conically through the filter element 14 into two regions with different light intensities. A first inner light lobe 32 has a maximum light intensity. Around this inner light lobe 32 lies around a cross-sectionally annular light lobe 34 with a significantly lower light intensity.
The light intensity of the outgoing light decreases with the distance from the light emitter 4. The emitted light strikes the light receiver 6. The light receiver 6 consists of a receiving lens 21 and an associated receiving element 8, on which the emitted light strikes and is evaluated by an evaluation unit 12 connected to the receiving element 8. With the evaluation unit 12 is a display unit 22, for displaying the different received light levels, connected. The light receiver 6 is aligned in this example so that the maximum light intensity of the inner light lobe 32 of the light emitter 4 is received.
Fig. 2a shows the filter element 14 with a circular inner region 16 and an annular outer region 18. The inner region 16 allows light of the wavelength used substantially unhindered, that is not attenuated by. Preferably, the inner region 16 is completely transparent to light rays. The outer annular region 18, in contrast to the inner region 16 to a damping. The attenuation is for example 30% to 70%. The filter element 14 is formed depending on the light used for visible light, infrared light or for another wavelength. The filter element 14 shown can be very well centered in a receiving frame by the outer circular shape.
Fig. 2b shows a further filter element 14, wherein the outer region 18, in contrast to the embodiment shown in Fig. 2age has a square shape. The embodiment shown in Fig. 2b, for example, can be very well attached to the vertices by splices.
Fig. 2c shows a further embodiment of the filter element 14 for a light grating transmitter. Several filter elements 14 of Fig. 2a are arranged side by side in a row. The carrier used is, for example, opaque material.
The filter elements 14 are made for example of a light-transmitting film, wherein the inner region 16 is punched free, for example. The films can also be produced as injection-molded parts or as multi-component injection-molded parts in conjunction with a tube.
In Fig. 3 is a schematic representation of the light intensity of the outgoing light of the light emitter in dependence of an opening angle is shown. Starting from the optical axis of the light emitter, which correspond to the values at 0 [deg.], The maximum signal strength, which has a light intensity in the range SD, is emitted in an inner region D up to a certain aperture angle. This region D corresponds to the inner light lobe of the light emitter caused by the circular inner region 16 of the filter element 14 of FIG. 1. The second region C is caused by the annular outer region of the filter element 14 and corresponds to the outer light lobe. This area C shows a lower light intensity compared to area D with a transition area, with a light intensity in the area SC.
In a further region B at a larger opening angle than in the region C, insufficient light intensity in the area SB is emitted due to scattered light and tolerances in the optical components. In a region A, no light or light with a slight light intensity in the region SA is emitted. This area is outside the opening angle of the transmitting element.
An example of the display unit 22 is shown in Figs. 4 to 8, with different display contents with differently oriented light receiver on the light emitter. The display unit 22 has various display elements A1, B1 or bar displays C1 and D1. In Fig. 4, the display unit 22 is shown, for example, in the case that the light receiver is not aligned with the light emitter or the light emitter is not aligned with the light receiver.
The display element A1 lights in this case permanently red. If the light receiver is now moved more in the direction of the optical axis of the light transmitter and directed to the light emitter, the light receiver comes in the area where only an insufficient light signal corresponding to area B of Fig. 3 is sent out. The display unit 22 displays a display element B1 with the display of the color yellow to a weak light signal. The red display on display element A1 remains, for example, still preserved. If now the light receiver is further aligned with the light emitter in the direction of the optical axis on the light emitter, a light signal corresponding to the area C of FIG. 3 is received by the reception element. The received light signal is displayed on a bar display C1, corresponding to FIG. 5, consisting of one or more elements with the color green.
The number of illuminated elements of the bar display C1 is a measure of the strength of the received light signal. This decreases with increasing distance from the light emitter. If the receiver is now further aligned with the light emitter, a stronger light signal of the region D of FIG. 3 will be received from a certain angle range. Due to this signal jump, a further bar display D1, corresponding to FIG. 6, consisting of individual elements, is now activated. Since the light signal in region D is stronger than in region C of Fig. 3, three elements are displayed instead of two, as in the bar display C1 of Fig. 5. If, during alignment, the light receiver is moved back and forth between the areas D and C, the bar display C1 and D1 are activated alternately.
For an operator, this indicates that the sensor is optimally aligned in the area D.
FIGS. 7 and 8 show, analogously to FIGS. 5 and 6, an alignment of the light receiver with the light transmitter at a greater distance from each other. The bar display C1 in Fig. 7 therefore shows a lower level than the bar display C1 of Fig. 5. Also, the bar display D1 in Fig. 8 shows a lower signal level than the bar display D1 in Fig. 6. However, also in Figs Figure 8 shows a difference in the signal levels between the bar displays C1 and D1 and for an operator to determine if the light receiver is still in the outer annular lobe or is already optimally aligned in the inner lobe on the light transmitter.
Fig. 9 shows a light grid consisting of a light grating receiver 30 and a light grating transmitter 28. The light grating receiver 30 is spaced from the light grating transmitter 28 and aligned therewith. The light grating transmitter 28 has a plurality of transmitting elements 10, 10.1 and 10.2. The first and last transmitting element 10.1 and 10.2 are equipped with the filter element according to claim 1. Starting from the first and last transmitting element 10.1 and 10.2, light in a light lobe 32.1 with maximum light intensity is now emitted in an inner region. As already described in FIG. 1, a reduced light intensity is emitted around this inner region in a region around the inner light lobe 32. 1 caused by the filter element.
For the reception of the light beams of the two corresponding receiving elements, a respective display unit 22.1 and 22.2 for display, as described for example in Fig. 4 to 8, be present, or a display unit is designed to indicate the light intensity of both receiving elements. Thus, for example, during an alignment process, the receiving element associated with the transmitting element 10.1 can be aligned with the aid of the display unit 22.1 and, in a second step, the receiving element associated with the transmitting element 10.2 can be aligned by rotating the light grid receiver 30 onto the light grid transmitter 28. After both display units 22.1 and 22.2 or a combined display unit indicate to the operator a maximum received light intensity, the light grid is optimally aligned.
In a housing of the light grating transmitter 28 or in an opposite housing of the light grating receiver 30, a laser light source 24 for generating a directional beam 26 may additionally be attached. With the help of this beam 26 is an additional way to align the two housings to each other. For this purpose, the respective opposite housing must be viewed to detect the point of impact of the beam 26.
Reference numerals:
[0026]
<Tb> 1 <sep> Sensor
<Tb> 4 <sep> Light source
<Tb> 6 <sep> light receiver
<Tb> 8 <sep> receiving element
<tb> 10, 10.1, 10.2 <sep> Send element
<Tb> 12 <sep> evaluation
<Tb> 14 <sep> filter element
<tb> 16 <sep> circular inner area
<tb> 18 <sep> outer area
<Tb> 20 <sep> lens
<Tb> 21 <sep> receiving lens
<tb> 22, 22.1, 22.2 <sep> Display unit
<Tb> 24 <sep> laser light source
<Tb> 26 <sep> directional beam
<Tb> 28 <sep> Light curtain transmitter
<Tb> 30 <sep> Light Curtain Receiver
<tb> 32, 32.1, 32.2 <sep> inner light lobe
<tb> 34, 34.1, 34.2 <sep> outer beam of light
<tb> 36, 36.1, 36.2 <sep> optical axis
<A> B, C, D, SA, SB, SC, SD <sep> Areas of different luminous intensity
<tb> A1, B1 <sep> Display elements
<tb> C1, D1 <sep> bar graphs