DE10016892A1

DE10016892A1 - Optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE10016892A1
Application number: DE10016892A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-10
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: DE10016892B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung (1), bei der außer dem ersten Sender (3) ein zweiter Sender (4) vorgesehen ist, wobei diese alternierend Sendelichtimpulse (2, 2') emittieren, und wobei die vom ersten Sender (3) emittierten Sendelichtimpulse (2) nicht polarisiert und die vom zweiten Sender (4) emittierten Sendelichtimpulse (2') in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert sind. DOLLAR A Die ein transparentes Objekt durchsetzenden Sendelichtimpulse (2, 2') sind über einen Polarisationsfilter (8) mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die bezüglich der ersten Polarisationsrichtung gedreht ist, geführt und treffen als Empfangslichtimpulse (5) auf den Empfänger (6). DOLLAR A In einer Auswerteeinheit (9) wird während der Emission eines jeden Sendelichtimpulses (2, 2') das Empfangssignal am Ausgang des Empfängers (6) integriert. DOLLAR A Für jeweils zwei aufeinanderfolgende Sendelichtimpulse (2, 2') wird die Differenz U d der integrierten Empfangssignale U 1 , U 2 gemäß U d = U 1 - U 2 gebildet und mit einem Schwellwert S'1' (S'1 > 0) verglichen. DOLLAR A Eine Objektdetektion liegt vor, falls U d < S 1 ist. Ansonsten liegt ein freier Strahlengang vor.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Derartige optoelektronische Vorrichtungen sind insbesondere als Reflexions lichttaster ausgebildet. In diesem Fall befinden sich der Sendelichtstrahlen e mittierende Sender und der Empfangslichtstrahlen empfangende Empfänger auf einer Seite des Überwachungsbereichs und bilden mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale einen Sen sor. Auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs befindet sich ein Reflektor, auf welchen bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen ge führt sind. Vom Reflektor werden dann die Sendelichtstrahlen als Empfangs lichtstrahlen zum Empfänger zurückreflektiert. Mit Hilfe eines Reflexions lichttasters werden Objekte in einem Überwachungsbereich zwischen Sensor und Reflektor dadurch detektiert, dass die Sende-Empfangslichtstrahlen durch das Objekt gedämpft werden. Um Fehlschaltungen durch spiegelnde Objekt oberflächen zu unterdrücken, werden gekreuzte Polarisationsfilter verwendet, die vor dem Reflektor und dem Empfänger angeordnet sind.

Der Nachteil derartiger Reflexionslichttaster besteht darin, dass transparente und auch stark spiegelnde Objekte nicht sicher detektiert werden.

Eine weitere optoelektronische Vorrichtung ist aus der DE 42 38 116 bekannt. Auch diese optoelektronische Vorrichtung bildet einen Reflexionslichttaster, wobei im Unterschied zu herkömmlichen Reflexionslichttastern zwei Empfän ger vorgesehen sind. Jedem Empfänger ist ein Polarisationsfilter vorgeordnet. Die Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter sind um 90° gegeneinander gedreht. Auch dem Reflektor ist ein Polarisationsfilter vorgeordnet. Die beiden Empfänger mit den vorgeordneten Polarisationsfiltern liefern bei freiem Strah lengang an ihren Ausgängen Empfangssignale unterschiedlicher Amplitude.

Zur Generierung eines binären Schaltsignals wird die Differenz der Empfangs signale mit einem Schwellwert bewertet.

Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass transparente Objekte, insbe sondere Kunststofffolien nur dann sicher erkannt werden, wenn ihre depolari sierende Wirkung ausreichend groß ist. Außerdem kann durch stark spiegelnde Objekte ein freier Strahlengang vorgetäuscht werden. Schließlich können durch Fremdlichteinstrahlungen je nach Einstrahlrichtung Fehlschaltungen bewirkt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die obigen Nachteile löst und eine sichere Detektion von transparenten Objekten gewährleistet.

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

Bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung ist neben dem ersten Sender ein zweiter Sender vorgesehen, wobei diese alternierend Sende lichtimpulse emittieren, und wobei die vom ersten Sender emittierten Sende lichtimpulse nicht polarisiert und die vom zweiten Sender emittierten Sende lichtimpulse in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert sind.

Die ein transparentes Objekt durchsetzenden Sendelichtimpulse sind über einen Polarisationsfilter mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die bezüglich der ersten Polarisationsrichtung gedreht ist, geführt und treffen als Empfangs lichtimpulse auf den Empfänger.

In einer Auswerteeinheit wird während der Emission eines jeden Sendelichtim pulses das Empfangssignal am Ausgang des Empfängers integriert.

Für jeweils zwei aufeinanderfolgende Sendelichtimpulse wird die Differenz U_d der integrierten Empfangssignale U₁, U₂ gemäß U_d = U₁ -U₂ gebildet und mit einem Schwellwert S₁ (S₁ < 0) verglichen.

Eine Objektdetektion liegt vor, falls U_d < S₁ ist. Ansonsten liegt ein freier Strahlengang vor.

Durch die Abtastung der Objekte mit vom ersten Sender emittierten nicht pola risierten Sendelichtimpulsen und mit vom zweiten Sender emittierten polari sierten Sendelichtimpulsen, deren Polarisationsrichtung bezüglich der Polari sationsfilters gedreht ist, lassen sich transparente und nicht transparente Ob jekte gleichermaßen sicher erfassen. Durch die Integration der an dem Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale wird dabei eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit erhalten, so dass transparente Objekte nahezu unab hängig davon erfasst werden können, wie stark die Polarisation der Sende lichtimpulse beim Durchgang durch diese Objekte geändert wird.

Mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung wird insbesondere eine sichere Detektion von Kunststofffolien und Kunststoffscheiben mit gerin ger Dämpfung der Transmission ermöglicht. Gleichzeitig ist auch eine sichere Detektion von spiegelnden Oberflächen sowie eine gute Fremdlichtunterdrü ckung gewährleistet. Vorteilhaft weist dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen und kostengünstigen Aufbau mit Standardbauelementen auf, wobei keine hohen Anforderungen an die Ausrichtung der einzelnen Kompo nenten gestellt werden müssen.

Weiterhin kann die optoelektronische Vorrichtung auch als Winkelsensor so wie zur Drehzahlmessung verwendet werden. In diesem Fall wird das Polarisa tionsfilter mit dem Reflektor auf ein um eine Drehachse rotierendes Objekt aufgebracht. Vorzugsweise ist der Reflektor in der Drehachse liegend auf dem Objekt aufgebracht. Zur Bestimmung der Winkellage und/oder Drehzahl des Objekts wird neben der Differenz U_d der Empfangssignale auch deren Summe U_S gebildet, welche durch Regelung des Sendepegels konstant gehalten wird. Die Differenz U_d ist dann ein Maß für den Winkel zwischen dem Reflektor auf dem zu messenden Objekt und der optoelektronischen Vorrichtung.

Eine weitere Anwendung ist die Detektion von Klarglasflaschen. Beim Vorbei bewegen einer Flasche quer zur optoelektronischen Vorrichtung ergeben sich typische Verläufe der Summen- und Differenzsignale U_S und U_d, die dazu ge nutzt werden um Flaschen zu zählen auch wenn kein Abstand zur folgenden Flasche vorhanden ist. Bei Durchstrahlung am Flaschenrand sinken die Sum men- und Differenzsignale U_S, U_d während in der Flaschenmitte eine Rück spiegelung dazu führt, dass das Summensignal U_S stark ansteigt und das Diffe renzsignal U_d negative Werte annimmt.

Eine weitere Anwendung ist die Absicherung von Durchgängen und Maschi neneingriffsöffnungen für den Personenschutz. Dazu werden die Funktionen der optoelektronischen Vorrichtung zyklisch getestet, indem ein Hilfsempfän ger aus dem Bereich der Randstrahlung der Sendelichtimpulse ausgekoppeltes Licht erkennt und damit die Sendefunktionen kontrolliert. Der Hilfsempfänger kann in der räumlichen Nähe der beiden Sender angebracht sein oder über eine Lichtumlenkvorrichtung, die einen Teil der Randstrahlung zum Hilfsempfänger auskoppelt versorgt werden. Der Empfänger selbst kontrolliert bei freiem Strahlengang durch das Erkennen der unpolarisiert ausgesendeten Sendelicht impulse des ersten Senders die gesamte Lichtstrecke der optoelektronischen Vorrichtung mit sämtlichen optischen Komponenten. Da diese Kontrolle wäh rend jeder Sendepulsperiode erfolgen kann, ist ein Gerät mit Selbstüberwa chung in der Systemansprechzeit realisierbar.

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

Fig. 1: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 2: Aufbau der optischen Komponenten der optoelektronischen Vor richtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3: Zweites Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 4: Drittes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 5: Viertes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 6: Fünftes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 7: Erstes Ausführungsbeispiel der Diagramme der Sende- und Emp fangssignale der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 8: Typische Pegel der Empfangssignale der optoelektronischen Vor richtung bei der Detektion verschiedener Objekte.

Fig. 9: Ausführungsbeispiel des Aufbaus der Auswerteeinheit der optoe lektronischen Vorrichtung.

Fig. 10: Zweites Ausführungsbeispiel der Diagramme der Sende- und Emp fangssignale der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist in diesem Fall als Reflexionslichtschranke ausgebildet. Sie weist zwei Sende lichtimpulse 2, 2' emittierende Sender 3, 4 sowie einen Empfangslichtimpulse 5 empfangenden Empfänger 6 auf, die auf einer Seite des Überwachungsbe reichs angeordnet sind.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs befindet sich ein Reflektor 7 mit einem diesem vorgeordneten Polarisationsfilter 8. Bei freiem Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 gelangen die von den Sen dern 3, 4 emittierten Sendelichtimpulse 2, 2' ungehindert zum Reflektor 7 und werden an diesem als Empfangslichtimpulse 5 zum Empfänger 6 zurückreflek tiert. Befindet sich ein nicht transparentes Objekt im Strahlengang der optoe lektronischen Vorrichtung 1 werden die Sendelichtimpulse 2, 2' vom Objekt als Empfangslichtimpulse 5 zum Empfänger 6 zurückreflektiert. Befindet sich ein zumindest teilweise transparentes Objekt im Strahlengang, so durchsetzen die Sendelichtimpulse 2, 2' das Objekt und werden am Reflektor 7 reflektiert. Die am Reflektor 7 reflektierten Empfangslichtimpulse 5 durchsetzen das Ob jekt nochmals und treffen dann auf den Empfänger 6.

Erfindungsgemäß emittieren die Sender 3, 4 alternierend Sendelichtimpulse 2, 2' mit einem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis. Der Sendetakt wird über eine Auswerteeinheit 9 vorgegeben, an welche beide Sender 3, 4 angeschlossen sind.

Die Auswerteeinheit 9 ist von einem Microcontroller oder dergleichen gebildet.

Der erste Sender 3 emittiert unpolarisierte Sendelichtimpulse 2 und ist von ei ner Leuchtdiode gebildet. Der zweite Sender 4 emittiert Sendelichtimpulse 2', die in einer vorgegebenen Polarisationsrichtung polarisiert sind. Im vorliegen den Ausführungsbeispiel ist der Sender 4 von einer Leuchtdiode mit einem nachgeordneten Polarisationsfilter 10 gebildet. Alternativ kann der Sender 4 von einem polarisiertes Sendelicht emittierenden Laser gebildet sein. Der Emp fänger 6 ist vorzugsweise von einer Photodiode gebildet.

Die Polarisationsrichtung der vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelichtim pulse 2' ist gegenüber der Polarisationsrichtung des dem Reflektor 7 vorgeord neten Polarisationsfilters 8 gedreht, wobei der Winkelversatz vorzugsweise 90° beträgt.

Die auf den Empfänger 6 auftreffenden Empfangslichtimpulse 5 generieren als Empfangssignale Fotoströme I_e, die in eine Signalaufbereitungsstufe 11 einge lesen werden. Die Signalaufbereitungsstufe 11 ist an die Auswerteeinheit 9 angeschlossen. Von der Auswerteeinheit 9 wird mit dem Sendelicht der Sender 3, 4 ein periodisch veränderliches Taktsignal U_t in die Signalaufbereitungsstufe 11 eingegeben.

Mittels dieses Sendetakts U_t werden die am Ausgang des Empfängers 6 anste henden Empfangssignale I_e jeweils während der Dauer der Emission eines Sen delichtimpulses 2 oder 2' integriert. Aus den so gebildeten integrierten Emp fangssignalen U₁, U₂, die während der Emission jeweils eines vom ersten und zweiten Senders 3, 4 emittierten Sendelichtimpulses 2 oder 2' gewonnen wer den, wird die Differenz U_d dieser integrierten Empfangssignale gemäß

U_d = U₁ - U₂

gewonnen und in die Auswerteeinheit 9 eingelesen. Zudem wird zweckmäßi gerweise auch das Summensignal U_S = = U₁ + U₂ gebildet und in die Auswer teeinheit 9 eingelesen. Dort wird zur Generierung einer Objektmeldung die Differenz U_d mit einem Schwellwert S₁ (S₁ < 0) verglichen. Eine Objektdetek tion liegt vor, falls U_d < S₁ ist. Ansonsten liegt ein freier Strahlengang vor.

Das so gebildete Schaltsignal wird über einen an die Auswerteeinheit 9 ange schlossenen Schaltausgang 12 ausgegeben. Über einen an die Auswerteeinheit 9 angeschlossenen Parametereingang 13 können Parameterwerte, wie zum Bei spiel die Höhe des Schwellwerts S₁ in die Auswerteeinheit 9 eingelesen wer den. Diese Parameterwerte werden in einem Parameterspeicher 14 abgespei chert.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der optischen Komponenten der opto elektronischen Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1. Die unpolarisierten Sendelicht impulse 2 des ersten Senders 3 durchsetzen einen Strahlteilerspiegel 15 und gelangen so in den Überwachungsbereich. Die mittels des Polarisationsfilters 10 polarisierten Sendelichtimpulse 2' des zweiten Senders 4 werden am Strahlteilerspiegel 15 abgelenkt, so dass deren Strahlachse parallel in geringem Abstand zur Strahlachse der vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 verläuft oder mit dieser zusammenfällt. Die von den Sendern 3, 4 emittierten Sendelichtimpulse 2, 2' durchsetzen ein transparentes Objekt, welches im vor liegenden Fall von einer transparenten Folie 16 gebildet ist. Danach werden die Sendelichtimpulse 2, 2' am Reflektor 7 mit dem vorgeordneten Polarisations filter 8 reflektiert und durchsetzen als Empfangslichtimpulse 5 nochmals die transparente Folie 16 bevor sie auf dem Empfänger 6 auftreffen.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Komponenten der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 dargestellt. Während die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 eine Reflexionslichtschranke bildet, arbeitet die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß Fig. 3 nach dem Lichtschrankenprinzip. Die Anordnung der Sender 3, 4 mit dem Strahlteiler spiegel 15 entspricht dabei der Anordnung gemäß Fig. 2. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 befindet sich der Empfänger 6 auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs, wobei dem Empfänger 6 das Polarisationsfilter 8 vorgeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung wiederum gegenüber der Polarisationsrichtung des dem zweiten Sender 4 nachgeordneten Polarisationsfilters 10 gedreht ist. Die von den Sendern 3, 4 emittierten Sende lichtimpulse 2, 2' durchsetzen die transparente Folie 16 und gelangen dann zum Empfänger 6.

Fig. 4 zeigt eine weitere Anordnung der optischen Komponenten der optoe lektronischen Vorrichtung 1. Bei dieser Anordnung sind die Sender 3, 4, der Empfänger 6 sowie ein Reflektor 7, welchem das Polarisationsfilter 8 vorge ordnet ist, auf einer Seite des Überwachungsbereichs angeordnet. Die vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 durchsetzen wiederum den Strahlteilerspiegel 15, während die vom zweiten Sender 4 emittierten Sende lichtimpulse 2' am Strahlteilerspiegel 15 abgelenkt werden. Auf der gegenü berliegenden Seite ist ein Spiegel 17 angeordnet. Die von den Sendern 3, 4 e mittierten Sendelichtimpulse 2, 2' durchsetzen die transparente Folie 16 und treffen auf den Spiegel 17. Von dort werden die Sendelichtimpulse 2, 2' zum Reflektor 7 geführt und von dort in derselben Richtung zum Spiegel 17 zurück reflektiert, so dass die transparente Folie 16 noch zweimal von den Sende lichtimpulsen 2, 2' durchsetzt wird. Die dann am Spiegel 17 nochmals reflek tierten Sendelichtimpulse 2, 2' durchsetzen als Empfangslichtimpulse 5 die transparente Folie 16 zum vierten Mal und treffen schließlich auf den Empfän ger 6. Da die transparente Folie 16 mehrmals von den Sendelichtimpulsen 2, 2' durchsetzt wird, werden diese auch bei sehr großer Transparenz der Folien 16 signifikant gedämpft, was die Nachweisempfindlichkeit bei der Detektion der artiger transparenter Objekte erheblich erhöht.

Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung der optischen Komponenten entspricht im wesentlichen der Anordnung gemäß Fig. 2. Im Unterschied zur Anordnung gemäß Fig. 2 ist bei der Anordnung gemäß Fig. 5 das Polarisationsfilter 8 nicht vor dem Reflektor 7 sondern vor dem Empfänger 6 angeordnet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Anordnung der optischen Komponenten der optoe lektronischen Vorrichtung 1, bei welchen eine im wesentliche koaxiale Strahl führung der Sendelichtimpulse 2, 2' beider Sender 3, 4 sowie der Empfangs lichtimpulse 5 erhalten wird. Der polarisierte Sendelichtimpulse 2' emittieren de Sender 4 sitzt in einer zentralen Bohrung einer Linse 18, über welche die Sendelichtimpulse 2 des ersten Senders 3 sowie die Empfangslichtimpulse 5 geführt sind. Der Empfänger 6 mit dem vorgeordneten Polarisationsfilter 8 liegt hinter einem Strahlteilerspiegel 19, wobei die Empfangslichtimpulse 5 den Strahlteilerspiegel 19 durchsetzen und dann auf den Empfänger 6 treffen. Die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 werden teilweise am Strahltei lerspiegel 19 reflektiert und über die Linse 18 in den Überwachungsbereich geführt. Ein Teil der vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 durchsetzt den Strahlteilerspiegel 19. Damit dieser Anteil des Sendelichts nicht zu unerwünschten Rückstrahlungen führt, ist hinter dem Strahlteilerspiegel 19 eine absorbierende Fläche 20 vorgesehen.

In einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 6 kann das Polarisationsfilter 8 anstelle vor dem Empfänger 6 vor dem Reflektor 7 angeordnet sein.

Fig. 7 zeigt die Verläufe der Sende- und Empfangssignale für ein Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1.

Die Sendesignale U_S1 U_S2 bilden Spannungssignale, mit welchen der erste und zweite Sender 3, 4 angesteuert werden. Die zeitlichen Verläufe der Sendesig nale U_S1 U_S2 entsprechen den zeitlichen Verläufen der von den beiden Sendern 3, 4 emittierten Sendelichtimpulse 2, 2'. Wie aus Fig. 7 ersichtlich emittieren die Sender 3, 4 bei jeweils gleicher Frequenz Sendelichtimpulse 2, 2' mit ei nem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis. Die Sendesignale U_S1 und damit die unpolarisierten Sendelichtimpulse 2 des ersten Senders 3 weisen eine geringere Signalamplitude als die vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelichtimpulse 2' auf.

Entsprechend der Folge der von den Sendern 3, 4 emittierten Sendelichtimpul se 2, 2' wird bei freiem Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 der im dritten Diagramm der Fig. 7 dargestellte Verlauf des Empfangssignals I_e erhalten, der am Ausgang des Empfängers 6 als Fotostrom erhalten wird. Der Verlauf des Empfangssignals I_e ist pulsförmig, wobei die Pulsfrequenz der Sendefrequenz der Sender 3, 4 entspricht. Obwohl die vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelichtimpulse 2' eine größere Amplitude aufweisen als die vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2, ist die Amplitude des Empfangssignals I_e, welches von einem Sendelichtimpuls 2 des ersten Senders 3 stammt, größer als das Empfangssignal I_e, das vom zweiten Sender 4 stammt. Der Grund hierfür liegt darin, dass das dem zweiten Sender 4 nachgeordnete Polarisationsfilter 10 gegenüber dem Polarisationsfilter 8 vor dem Empfänger 6 gedreht ist, so dass eine entsprechend geringe Sendelichtmenge auf den Emp fänger 6 auftrifft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Polarisations filter 8, 10 um einen Winkel gegeneinander gedreht, der nahe 90° liegt, so dass bei freiem Strahlengang von dem vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelicht nur noch ein geringer Teil auf den Empfänger 6 trifft.

Weiterhin ist in Fig. 7 der zeitliche Verlauf des Taktsignals U_t dargestellt, der von der Auswerteeinheit 9 in die Signalaufbereitungsstufe 11 eingegeben wird. Innerhalb einer jeden Periodendauer T des im Sendetakt variierenden Taktsig nals U_t wird von jedem Sender 3, 4 jeweils ein Sendelichtimpuls 2, 2' emittiert. Das während der Dauer der Emission des Sendelichtimpuls 2 des ersten Sen ders 3 generierte Empfangssignal I_e wird in der Signalaufbereitungsstufe 11 integriert und bildet das integrierte Empfangssignal U₁. Entsprechend wird während der Dauer der Emission des vom zweiten Sender 4 emittierten Sende lichtimpulses 2' das dadurch generierte Empfangssignal I_e integriert und bildet das integrierte Empfangssignal U₂. Dann wird in der Signalaufbereitungsstufe 11 die Differenz der integrierten Empfangssignale U₁, U₂ gemäß der Beziehung

U_d = U₁ - U₂

gebildet.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Integrationszeit so gewählt, dass diese nicht nur die Emission eines Sendelichtimpulses 2 oder 2' umfasst sondern auch die nachfolgende Sendepause. So wird zu dem während der Emission eines ersten Sendelichtimpulses 2 erhaltenen integrierten Emp fangssignal U₁ zusätzlich der während der folgenden Sendepause erhaltene Anteil des integrierten Empfangssignals U_p hinzuaddiert. Entsprechendes gilt für das in der auf dem Sendelichtimpuls 2' des zweiten Senders 4 folgenden Sendepause registrierte Empfangssignal I_e. Auch dieses Empfangssignal wird integriert und als integriertes Empfangssignal U_p zu dem Wert von U₂ hinzuad diert.

Daraus ergibt sich der im unteren Diagramm von Fig. 7 dargestellte Verlauf von U_d bei freiem Strahlengang ("freie Strecke"). Der Wert von U_d wird in die Auswerteeinheit 9 eingelesen und dort mit dem Schwellwert S₁ verglichen, der so gewählt ist, dass U_d oberhalb von S₁ liegt. Dementsprechend nimmt der Schaltausgang 12 den Schaltzustand "kein Objekt vorhanden" ein. Dringt ein Objekt in den Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 ein, so sinkt der Wert U_d unterhalb von S₁ ab, so dass der Schaltausgang 12 den Schaltzu stand "Objekt vorhanden" einnimmt.

Befindet sich ein nicht transparentes Objekt im Strahlengang der optoelektroni schen Vorrichtung 1, so sinkt der Wert des integrierten Empfangssignals U₁ auf einen Wert nahe Null, so dass U_d auf jeden Fall kleiner als S₁ ist. Befindet sich ein zumindest teilweise transparentes Objekt im Strahlengang der optoelektro nischen Vorrichtung 1, so wird der Pegel des integrierten Empfangssignals U₁ zumindest leicht reduziert. Gleichzeitig erhöht sich der Pegel von U₂ auf Grund der depolarisierenden Wirkung des transparenten Objekts, so dass auch in die sem Fall die Differenz U_d unterhalb von S₁ liegt, so dass über den Schaltaus gang 12 eine Objektmeldung erfolgt. Damit werden mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 gleichermaßen transparente und nicht trans parente Objekte erfasst.

Fig. 8 zeigt im oberen Diagramm typische Pegel der integrierten Empfangs signale U₁, U₂ für unterschiedliche Objekte im Strahlengang. Im unteren Dia gramm von Fig. 8 ist der aus diesen Empfangssignalen gewonnene Verlauf von U_d dargestellt.

In Fig. 8 sind die Pegelverhältnisse der integrierten Empfangssignale U₁, U₂ und U_d für den freien Strahlengang ("freie Strecke"), für eine im Strahlengang befindliche transparente Folie 16 ("Folie"), für einen im Strahlengang angeord neten Spiegel ("Spiegel") sowie für ein im Strahlengang befindliches nicht transparentes, diffus reflektierendes Objekt ("diff. Objekt") dargestellt. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass U_d nur für den Fall eines freien Strahlengangs ober halb von S₁ liegt, wogegen für jede Art eines Objekteingriffs ein Wert von U_d kleiner als S₁ erhalten wird.

Zur optimalen Einstellung von U_d kann bei freier Strecke ein Teachvorgang durchgeführt werden, wobei der Sendepegel des ersten Senders 3 so geregelt wird, dass die Differenzspannung U_d gerade einen Schwellwert S₂ erreicht, wobei S₂ < S₁ ist. Die Regelung kann auch durch schrittweise Änderung des Sendepegels durch Inkrementieren oder durch Intervallschachtelung erfolgen. Entsprechend der gewünschten Empfindlichkeit wird der Schwellwert S₁ als Bruchteil von S₂ berechnet und beide Werte im Parameterspeicher 14 abgelegt. Um eine Drift durch Verschmutzung oder Temperatur zu kompensieren, kann der Sendepegel des ersten Senders 3 in größeren Zeitabständen nachgeführt werden. Dazu wird ein Zählerwert w₁ mit jedem Sendepuls dekrementiert, wenn die Differenzspannung U_d den Schwellwert S₂ überschreitet, bzw. inkre mentiert, wenn U_d zwischen S₁ und S₂ liegt. Überschreitet w₁ einen oberen Schwellwert (z. B. 10⁶), wird der Sendepegel des ersten Senders 3 um einen Pegelschritt erhöht, bzw. bei Unterschreitung eines unteren Schwellwertes (z. B. -10⁶) um einen Pegelschritt dekrementiert und der Zählerwert w₁ auf null zu rückgesetzt. Die Sendefrequenz der Sender 3, 4 beträgt dabei typischerweise 1-50 kHz. Durch den hohen Betrag des Schwellwertes für w₁ wird sicherge stellt, dass die Nachführung nur langsam erfolgt und nicht durch Objektbewe gungen verfälscht wird. Bei Signalpegeln U_d unterhalb des Schwellwertes S₁ erfolgt keine Nachführung, weil dann keine freie Strecke vorliegt. Nach einer Reinigung des nicht dargestellten Austrittsfensters der optoelektronischen Vor richtung 1 liegt der Sendepegel des ersten Senders 3 zu hoch und wird durch die Nachführung automatisch zurückgeregelt, bis U_d den Schwellwert S₂ er reicht. Soll die optoelektronische Vorrichtung 1 nach einem Reinigungsvor gang sofort verfügbar sein, kann durch ein externes Signal am Parameterein gang 13 ein Teachvorgang ausgelöst werden.

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsstufe 11. Die den Empfänger 6 bildende Photodiode wird in Sperrrichtung betrieben und liefert bei Beleuchtung den Fotostrom I_e, der durch den Transistor T₁ fließt. Die Tran sistoren T₁ bis T₃ bilden einen Stromspiegel, wobei der Strom in T₂ den Tran sistor T₄ speist, der zusammen mit T₅ einen weiteren Stromspiegel bildet. Über den Diodenschalter D₁ bis D₄ gelangt der Strom des Transistors T₃, bzw. T₅ zum Summationspunkt des Tiefpassfilters. In Abhängigkeit vom Taktsignal U_t ist das Diodenpaar D₂, D₃, bzw. D₁, D₄ leitend, wodurch der gespiegelte Foto strom durch C₁ positiv, bzw. negativ integriert wird. Durch Parallelschaltung von mehreren Transistoren T₃ bis T₃ ^k' und T₅ bis T₅ ^k' wird der Fotostrom um den Faktor k verstärkt. Das Tiefpassfilter 2. Ordnung sorgt dafür, dass die Restwelligkeit klein gehalten wird.

Die Schaltung bietet den Vorteil, dass die Sperrspannung an der Photodiode unabhängig vom Fotostrom konstant bleibt und dadurch die Diodenkapazität nicht umgeladen werden muss, wodurch kurze Sendelichtimpulse 2, 2', bzw. hohe Sendefrequenzen möglich sind. Außerdem befinden sich keine schal tungsbedingten Widerstände im Eingangskreis, die als Rauschquellen wirken könnten. Vorteilhaft ist auch, dass keine Koppelkondensatoren erforderlich sind, die sich bei energiereichen Lichtimpulsen als störende Energiespeicher bemerkbar machen. Da die Umsetzung des Fotostromes in eine Ausgangsspan nung erst im Kondensator C₁ erfolgt, ist die Schaltung weitgehend unempfind lich gegenüber Störspannungen. Eine derartige Ausbildung der Signalaufbe reitungsstufe 11 ist besonders vorteilhaft, wenn diese zusammen mit der Aus werteeinheit 9 als ASIC ausgebildet ist.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sende- und Empfangspegel für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auswertung der am Empfänger 6 anstehen den Empfangssignale I_e. Analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 stellen U_S1, U_S2 die Sendesignale der beiden Sender 3, 4 dar, wobei die Sender 3, 4 periodisch und alternierend Sendelichtimpulse 2, 2' unterschiedlicher Amplitude emittieren.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel ist das Taktsignal U_t von einer perio dischen Signalfolge gebildet, welches neben fest vorgegebenen Zeitintervallen t₁, t₂ in mehrere Zufallszeitintervalle tz₁, tz₂, . . . tz_n unterteilt ist. Jeweils inner halb eines Zeitintervalls T₁ erfolgt die Emission eines Sendelichtimpulses 2 oder 2'. Dabei wird die Integrationszeit t₁ nur so groß gewählt, dass der durch einen Sendelichtimpuls 2, 2' hervorgerufene Fotostrom I_e sicher erfasst wird. Die übrigen Zeitintervalle unterteilen jeweils die nachfolgenden Sendepausen. Je nachdem, ob der Wert von U_t innerhalb eines dieser Zeitintervalle positiv oder negativ ist, wird der Wert des während dieses Zeitintervalls integrierten Empfangssignals U_p mit positivem oder negativem Vorzeichen bei der Bildung von U_d berücksichtigt. Dabei wird bei der Bildung von U_d nach wie vor U₁ mit positivem Vorzeichen und U₂ mit negativem Vorzeichen bei der Bildung von U_d berücksichtigt.

Während der Sendepause, die groß gegenüber der Dauer des ersten Sende lichtimpulses 2 ist, wird die Integrationsrichtung fortlaufend umgeschaltet. Um Fremdlicht mit gleicher Frequenz wie die Sendefrequenz der Sender 3, 4 oder einem ganzzahligen Bruchteil hiervon zu unterdrücken, wird jedes Integrati onsintervallpaar von zwei gleichen Zufallszeitintervallen t_zn durch einen Zu fallswert gebildet, wobei t₂ < t_z < t₁ ist. Zur Phasenumkehr wird nach dem In tervallpaar t₁ die Zeit t₂ eingefügt. Der nächste Sendelichtimpuls 2, 2' wird gestartet, wenn die Zeit t₃, die der Pulspausenzeit der Sendelichtimpulse 2, 2' entspricht abgelaufen und das aktuelle Intervallpaar abgeschlossen ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der Mittelwert von U_t über eine Sendeperiode etwa null bleibt, wodurch Gleichlichteinstrahlungen unterdrückt werden.

Bezugszeichenliste

(

1

) Optoelektronische Vorrichtung
(

2

) erster Sendelichtimpuls
(

2

') zweiter Sendelichtimpuls
(

3

) erster Sender
(

4

) zweiter Sender
(

5

) Empfangslichtimpuls
(

6

) Empfänger
(

7

) Reflektor
(

8

) Polarisationsfilter
(

9

) Auswerteeinheit
(

10

) Polarisationsfilter
(

11

) Signalaufbereitungsstufe
(

12

) Schaltausgang
(

13

) Parametereingang
(

14

) Parameterspeicher
(

15

) Strahlteilerspiegel
(

16

) transparente Folie
(

17

) Spiegel
(

18

) Linse
(

19

) Strahlteilerspiegel
(

20

) absorbierende Fläche

Claims

1. Optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von zumindest teilweise transparenten Objekten in einem Überwachungsbereich mit wenigstens einem Sender und einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem ersten Sender (3) ein zweiter Sender (4) vorgesehen ist, wobei diese alternierend Sendelichtimpulse (2, 2') emittieren, und wobei die vom ersten Sender (3) emittierten Sendelichtimpulse (2) nicht polarisiert und die vom zweiten Sender (4) emittierten Sendelichtimpulse (2') in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert sind, dass die ein transparentes Objekt durchsetzenden Sendelichtimpulse (2, 2') über Polarisationsfilter (8) mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die bezüglich der ersten Pola risationsrichtung gedreht ist, geführt sind und als Empfangslichtimpulse (5) auf den Empfänger (6) treffen, dass in einer Auswerteeinheit (9) das während der Emission eines jeden Sendelichtimpulses (2, 2') Empfangs signal I_e am Ausgang des Empfängers (6) integriert wird, dass für jeweils zwei aufeinander folgende Sendelichtimpulse (2, 2') die Differenz U_d der integrierten Empfangssignale U₁, U₂ gemäß U_d = U₁ - U₂ gebildet wird und mit einem Schwellwert S₁ (S₁ < 0) verglichen wird, und dass eine Objektdetektion vorliegt, falls U_d < S₁ ist und ansonsten ein freier Strah lengang vorliegt.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass in den Sendepausen der Sender (3, 4) das am Ausgang des Emp fängers (6) anstehende Empfangssignal I_e integriert wird, und dass das integrierte Empfangssignal U_p mit vorgegebenem Vorzeichen zu den in tegrierten Empfangssignalen U₁, U₂ hinzuaddiert wird.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass das Vorzeichen des in einer Sendepause integrierten Empfangs signals U_p jeweils dem Vorzeichen des integrierten Empfangssignals U₁ oder U₂ entspricht, welches bei der Emission des vor der jeweiligen Sen depause emittierten Sendelichtimpulses (2, 2') ermittelt wurde.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass jede Sendepause in mehrere Zeitintervalle untergliedert ist, wo bei die in aufeinander folgenden Zeitintervallen ermittelten integrierten Empfangssignale U_pi mit alternierenden Vorzeichen gewichtet werden.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die Längen der Zeitintervalle durch einen Zufallswert vorgege ben sind.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung wenigstens eines Senders (3, 4) mittels eines Regelkreises geregelt ist, so dass bei freiem Strahlengang der Wert des Differenzsignals U_d einem Schwellwert S₂ (S₂ < S₁) ent spricht.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, polarisierende Sendelichtimpulse (2') emittierende Sender (4) von einem Laser gebildet ist.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Sender (4) ein Polarisationsfilter (10) nachgeordnet ist, durch welches die von diesem Sender (4) emittierten Sendelichtimpulse (2') in der ersten Polarisationsrichtung polarisiert sind.

9. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (3, 4) den Überwachungsbereich auf ei ner ersten Seite und der Empfänger (6), welchem das Polarisationsfilter (8) vorgeordnet ist, den Überwachungsbereich auf der gegenüberliegen den Seite begrenzen.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (3, 4) und der Empfänger (6) auf einer Seite des Überwachungsbereichs angeordnet sind, und dass der Überwa chungsbereich auf der gegenüberliegenden Seite von einem Reflektor (7) begrenzt ist, welchem das Polarisationsfilter (8) vorgeordnet ist, wobei die von den Sendern (3, 4) emittierten Sendelichtimpulse (2, 2') über den Reflektor (7) als Empfangslichtimpulse (5) zum Empfänger (6) geführt sind.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Überwachungsbereichs die Sen der (3, 4), der Empfänger (6) sowie ein Reflektor (7), welchem das Pola risationsfilter (8) vorgeordnet ist, angeordnet sind, und dass auf der gege nüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs ein Spiegel (17) ange ordnet ist, so dass die von den Sendern (3, 4) emittierten Sendelichtim pulse (2, 2') am Spiegel (17) reflektiert und zum Reflektor (7) geführt sind und von dort über den Spiegel (17) zum Empfänger (6) geführt sind.

12. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (3, 4) und der Empfänger (6), welchem das Polarisationsfilter (8) vorgeordnet ist, auf einer Seite des Überwa chungsbereichs angeordnet sind, und dass ein Reflektor (7) auf der gegen überliegenden Seite des Überwachungsbereichs angeordnet ist, so dass die von den Sendern (3, 4) emittierten Sendelichtimpulse (2, 2') über den Reflektor (7) als Empfangslichtimpulse (5) zum Empfänger (6) geführt sind.

13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass die Sendelichtimpulse (2, 2') und Empfangslichtimpulse (5) ko axial im Überwachungsbereich verlaufen.

14. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, da durch gekennzeichnet, dass die Differenz U_d in einer an die Auswerteein heit (9) angeschlossenen Signalaufbereitungsstufe (11) gebildet wird, die eine Anordnung aus Transistoren und Dioden aufweist.

15. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass die Auswerteeinheit (9) und die Signalaufbereitungsstufe (11) von einem ASIC gebildet sind.

16. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, da durch gekennzeichnet, dass zur Funktionskontrolle der Sender (3, 4) ein Hilfsempfänger vorgesehen ist, wobei Sendelicht im Randbereich des Strahldurchmessers der Sendelichtimpulse (2, 2') ausgekoppelt ist und auf den Hilfsempfänger geführt ist.