DE10046136A1

DE10046136A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung von Lichtschrankensendern

Info

Publication number: DE10046136A1
Application number: DE10046136A
Authority: DE
Inventors: Hermann Haberer
Original assignee: Leuze Lumiflex GmbH and Co KG
Current assignee: LEUZE LUMIFLEX GMBH + CO. KG, 82256 FUERSTENFELDBRUCK
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: DE10046136B4

Abstract

Bei dem Verfahren bzw. der Vorrichtung spricht der Empfänger (3) einer Lichtschrankenanordnung nur auf einen bestimmten Sender (2) an, der zyklisch ein vorgegebenes Datenmuster abstrahlt. Die Zuordnung der gesendeten Bits (B1-B31) des Bitmusters wird in Bezug auf die Lichtachsen (18-22) von einem vollständigen Übertragungszyklus des Bitmusters zum nächsten vollständigen Übertragungszyklus entsprechend einer vorgegebenen Zuordnungsvorschrift verändert (Fig. 1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von Sendern von Lichtschran ken gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. 2.

Zur Überwachung von Gefahrenbereichen, wie z. B. dem Arbeits bereich einer Maschine, werden bereits seit langem Lichtvor hänge bzw. Lichtgitter eingesetzt, die hier allgemein als "Lichtschrankenanordnungen" bezeichnet werden. Derartige Lichtschrankenanordnungen weisen einen Sender und einen Empfänger mit jeweils einer Vielzahl von Lichtsendeelementen bzw. zugeordneten Lichtempfangselementen auf. Ein Lichtsende element und ein zugeordnetes Lichtempfangselement bilden jeweils eine "Lichtachse". Um sicherzustellen, daß ein Lichtempfangselement nur auf Lichtstrahlen des ihm zugeordne ten Lichtsendeelements anspricht, werden die einzelnen Lichtachsen einer Lichtschrankenanordnung üblicherweise zyklisch wiederholend nacheinander "durchgeschaltet", wobei sich bei modernen Lichtschrankenanordnungen der Empfänger selbständig auf den ihm zugeordneten Sender "synchronisiert". Sind mehrere Lichtschrankenanordnungen nahe beieinander angeordnet, so kann es insbesondere bei Ausfall eines Senders passieren, daß ein Empfänger Streulicht von einem "Nachbar sender", der ihm eigentlich nicht zugeordnet ist, empfängt und sich auf den Nachbarsender synchronisiert. Folglich besteht die Gefahr, daß ein sicherer Betrieb "vorgetäuscht" wird, obwohl ein Sender ausgefallen ist und möglicherweise der zu überwachende Bereich zwischen dem ausgefallenen Sender und dem zugeordneten Empfänger durch ein Objekt unterbrochen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Identifizierung von Lichtschrankensendern anzugeben, das bzw. die eine hohe Identifizierungssicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, daß der Empfänger einer Lichtschrankenanordnung nur auf einen bestimmten Sender anspricht, der zyklisch variierend ein vorgegebenes Datenmuster abstrahlt.

Mit anderen Worten, das Datenmuster wird zyklisch über die Lichtachsen des Sender-/Empfängerpaares übertragen, und die Zuordnung einzelner Bits des Datenmusters zu den einzelnen Lichtachsen wird von einer vollständigen Übertra gung des Datenmusters zur nächsten vollständigen Übertragung entsprechend einer vorgegebenen "Bildungsvorschrift" variiert. Das Sender-/Empfängerpaar hat somit eine indivi duelle "Kennung", die durch das vorgegebene Datenmuster und die Bildungsvorschrift festgelegt ist.

Durch eine derartige "Kennung" wird eine hohe Ausfall sicherheit und eine zuverlässige Identifizierung des Senders durch den zugeordneten Empfänger erreicht.

Eine Auswerteelektronik des Empfängers überprüft, ob das von den Lichtempfangselementen sensierte "Bitmuster" mit dem vorgegebenen Datenmuster übereinstimmt und ob bei der wiederholten Übertragung des Datenmusters die Übertragungs zuordnung entsprechend der Bildungsvorschrift variiert. Auf diese Weise kann der Empfänger zuverlässig feststellen, ob die empfangenen "Strahlmuster" von dem ihm zugeordneten Sender stammen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das zu übertragende Datenmuster in Bezug auf die Licht achsen von einem vollständigen Übertragungszyklus des Daten musters zum nächsten vollständigen Übertragungszyklus um eine vorgegebene Anzahl von Bits verschoben wird. Vereinfacht ausgedrückt wird während eines vollständigen Übertragungszyk lus' des Datenmusters auf einer Lichtachse ein Bit mit der Nummer b des Datenmusters übertragen, und während eines nachfolgenden vollständigen Übertragungszyklus' wird auf dieser Lichtachse ein Bit mit der Nr. b + j des Datenmusters übertragen.

Vorzugsweise wird das Datenmuster jeweils um ein Bit in Bezug auf eine beliebig vorgegebene "Numerierung" der Lichtachsen verschoben. Beispielsweise wird während eines ersten vollständigen Übertragungszyklus' auf einer Lichtachse mit der Nummer 1 das Bit Nr. b und im nächstfolgenden vollständigen Übertragungszyklus das Bit Nr. b + 1 des Datenmusters übertragen. In entsprechender Weise kann auch auf den anderen Lichtachsen die Übertragungszuordnung von einem vollständigen Übertragungszyklus zum nächsten variiert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung stimmt die Anzahl der Bits des Datenmusters mit der Anzahl der vorhandenen Lichtachsen überein. Während eines Abtastzyklus', in dem die einzelnen Lichtachsen des Sender-/Empfängerpaares sequen tiell durchgeschaltet werden, kann somit das gesamte Datenmu ster übertragen werden.

Alternativ dazu kann auch ein "längeres" bzw. "kürzeres" Datenmuster verwendet werden, d. h. die Anzahl der Bits des Datenmusters kann größer oder kleiner als die Anzahl der Lichtachsen der Lichtschrankenanordnung sein. In beiden Fällen wird zumindest ein Teil des Datenmusters redundant, d. h. doppelt übertragen. Ist die Bitanzahl des Datenmusters kleiner als die Anzahl vorhandener Lichtachsen, so genügt zur Übertragung des vollständigen Datenmusters ein einziger Abtastzyklus der Lichtschrankenanordnung, d. h. es reicht aus, die einzelnen Lichtachsen einmal nacheinander durch zuschalten. Auf den "überzähligen" Lichtachsen kann somit eine Teilbitfolge des Datenmusters doppelt übertragen werden. Ist die Bitanzahl des Datenmusters hingegen größer als die Anzahl vorhandener Lichtachsen, so sind mehrere Abtastzyklen für die vollständige Übertragung des Datenmusters erforderlich, d. h. für einen vollständigen Übertragungszyklus des Datenmusters müssen die Lichtachsen mehrmals durchgeschaltet werden. Sofern die Bitanzahl des Datenmusters nicht ganzzahlig durch die Anzahl der Lichtachsen teilbar ist, kann auch hier eine Teilbitfolge doppelt übertragen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spieles im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Lichtschrankenanordnung in schematischer Darstellung; und

Fig. 2 zwei nahe beieinander angeordnete Lichtschranken anordnungen.

Fig. 1 zeigt eine Lichtschrankenanordnung 1 mit einer Sende einheit 2 und einer Empfangseinheit 3. Die Sendeeinheit 2 weist Lichtsendeelemente 4-8 auf, die jeweils über Leitun gen 9 mit einer Sendeelektronik 10 verbunden sind. Die Empfangseinheit 4 weist den Lichtsendeelementen 4-8 zu geordnete Lichtempfangselemente 11-15 auf, die über Leitungen 16 mit einer Auswerteelektronik 17 verbunden sind.

Fig. 2 zeigt zwei Lichtschrankenanordnungen, die jeweils durch einen Sender 2 bzw. 2' und einen zugeordneten Empfän ger 3 bzw. 3' gebildet sind. Bei ordnungsgemäßem Betrieb spricht der Empfänger 3 ausschließlich auf Lichtstrahlen 23 des zugeordneten Senders 2 und der Empfänger 3' ausschließ lich auf Lichtstrahlen 24 des zugeordneten Senders 2' an. Sofern, wie hier schematisch dargestellt, einzelne Licht schrankenanordnungen nahe beieinander angeordnet sind, kann es jedoch passieren, daß der Sender 2' auch auf den Empfänger 3 abstrahlt, was hier durch einen Lichtstrahl 24' angedeutet ist. Die Lichtschrankenanordnungen müssen daher aus Sicherheitsgründen so ausgelegt sein, daß die Empfänger 3, 3' jeweils nur auf solche Lichtstrahlen ansprechen, die von den ihnen zugeordneten Sendern erzeugt werden.

Während des Betriebs der Lichtschrankenanordnung 1 schaltet die Sendeelektronik 10 die Lichtsendeelemente 4-8 zyklisch wiederholend durch, d. h. es werden sequentiell Lichtstrah len 18-22 von den Lichtsendeelementen 4-8 zu den zugeordneten Lichtempfangselementen 11-15 gesandt.

Im Normalbetrieb führt die Lichtschrankenanordnung nach dem Anlegen einer Versorgungsspannung einen Selbsttest durch. Anschließend werden die Lichtsendeelemente 4-8 des Senders 2, die z. B. durch Infrarot-LEDs gebildet sein können, einzeln nacheinander in einem vorgegebenen Übertragungs zeitraster pulsförmig angesteuert. Dabei schalten die einzelnen Lichtsendeelemente 4-8 nacheinander durch und erzeugen Lichtstrahlen, wobei das "Durchschalten" aller Lichtachsen als ein "Abtastzyklus" bezeichnet werden kann. Nachdem alle Lichtsendeelemente 4-8 bzw. Infrarot-LEDs angesteuert worden sind, beginnt ein neuer Abtastzyklus. Die Impulsgruppe einer ersten Lichtachse, z. B. der Lichtachse 18, unterscheidet sich von den aller anderen Lichtachsen 19-22. Dies dient dem Empfänger 3 zur Erkennung des Zyklusanfangs und zur Synchronisation.

Um sicherzustellen, daß einzelne Empfänger jeweils nur auf den ihnen zugeordneten Empfänger ansprechen, ist für jedes Sender-/Empfängerpaar eine individuelle "Kennung" vorgesehen, wobei ein Sender eine eindeutige Kennung parallel auf allen Lichtachsen sendet. Somit können Sender und Empfän ger einander eindeutig zugeordnet werden.

Dazu werden Impulsgruppen definiert, die eindeutig eine binäre 0 bzw. 1 repräsentieren. Die Sender-Kennung besteht aus einem vorgegebenen Datenmuster, z. B. einem Code von 31 Bit, wobei eine "besondere" Bitfolge innerhalb des Code worts, z. B. sieben aufeinanderfolgende 0, den Beginn kenn zeichnet. Die Übertragung des Codes erfolgt so, daß alle Lichtachsen innerhalb eines Abtastzyklus' ein Bit des Codes übertragen. Nach der Übertragung aller Bits wird das Codewort um ein Bit "verschoben" und erneut auf allen Lichtachsen gesendet. Hinsichtlich der Codelänge sind folgende Fälle zu unterscheiden:

a) Codelänge = Anzahl der Lichtachsen
b) Codelänge < Anzahl der Lichtachsen
c) Codelänge < Anzahl der Lichtachsen.

Die Bildungsvorschrift für die Übertragung der Sender-Kennung lautet:
Wurde auf einer ersten Lichtachse der Lichtschranken anordnung im Kennungszyklus n das Bit mit der Nummer b des Codeworts übertragen, so wird nach der Über tragung des vollständigen Codeworts auf der ersten Lichtachse des nachfolgenden Kennungszyklus' n + 1 das Bit b + 1 des Codeworts übertragen.

Folglich wird nach maximal j Zyklen, wobei j die Länge der Sender-Kennung ist, der Code über jede Lichtachse übertragen.

Im folgenden werden die oben genannten Fälle a), b) und c) näher erläutert.

Anzahl der Lichtachsen = Codelänge der Sender-Kennung

In dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel besteht der Code aus sechs Bits B1, B2, B3, B4, B5 bzw. B6, und es sind sechs Lichtachsen mit den "Strahlnummern" 1, 2, 3, 4, 5 bzw. 6 vorgesehen.

Im ersten Abtastzyklus wird auf der Lichtachse 1 das Bit B1, auf der Lichtachse 2 das Bit B2 etc. und auf der Licht achse 6 das Bit B6 übertragen.

Im zweiten Abtastzyklus ist das Codewort B1-B6 um ein Bit "verschoben", d. h. auf der Lichtachse 1 das Bit B2, auf der Lichtachse 2 das Bit B3 etc., auf der Lichtachse 5 das Bit B6 und auf der Lichtachse 6 das Bit B1 übertragen.

Im sechsten Abtastzyklus wird auf der Lichtachse 1 das Bit B6, auf der Lichtachse 2 das Bit B1, auf der Lichtachse 3 das Bit B2 etc. übertragen.

Anzahl der Lichtachsen < Codelänge der Sender-Kennung

Ist die Anzahl der Lichtachsen größer als die Codelänge, wird die Codefolge auf den nachfolgenden bzw. "überzähligen" Lichtachsen erneut gesendet. Ein Teil der Codefolge wird somit doppelt gesendet. Sind beispielsweise, wie in der nachfolgenden Tabelle dargestellt, 34 Lichtachsen vorgesehen, und hat das Codewort eine Länge von 31 Bits, so wird während des Abtastzyklus' 1 auf den Lichtachsen 1-31 die Bitfolge B1-B31 und die Bitfolge B1-B3 auf den "überzähligen" Licht achsen 32-34 nochmals übertragen.

Im nächsten Abtastzyklus 2 ist das zu übertragende Codewort in Bezug auf die Lichtachsen 1-34 um ein Bit "verschoben". Mit anderen Worten wird auf den Lichtachsen 1-31 die Bitfolge B2, B3, . . ., B31, B1 und auf den Lichtachsen 32-34 die Bitfolge B2, B3, B4 übertragen.

Im nächsten Abtastzyklus 3 wird das Codewort erneut um ein Bit verschoben, d. h. auf der Lichtachse 1 wird das Bit B3, auf der Lichtachse 2 das Bit B4 usw. übertragen.

Im 31. Abtastzyklus wird folglich auf der Lichtachse 1 das Bit B31 des Codeworts übertragen.

Wenn in einem Zyklus auf der ersten Lichtachse das n-te Bit des Codeworts übertragen wird, so wird entsprechend der Bildungsvorschrift auch hier unabhängig vom Abbruch der Bitfolge auf der letzten Lichtachse 34 im nächsten Zyklus mit dem n+1-Bit der Sender-Kennung auf der Lichtach se 1 begonnen. So wird beispielsweise in dem obigen Ausführungsbeispiel der Zyklus 1 mit Bit B3 beendet, der nächste Zyklus, d. h. Zyklus 2 beginnt mit Bit B2.

Da ein Lichtvorhang in der Regel mit mehr als einer freien Lichtachse betrieben wird, ist die Übertragungszeit für die Kennung im praktischen Fall erheblich kürzer als die maximale, im Idealfall (Länge der Sender-Kennung) x Ein schaltzeit einer Lichtachse. Hat die Sender-Kennung bzw. das Codewort beispielsweise 31 Bits und beträgt die Ein schaltzeit einer Lichtachse 200 µs, so ergibt sich eine Übertragungszeit T von etwa

T = 31 × 200 µs = 6,2 ms.

Anzahl der Lichtachsen < Codelänge der Sender-Kennung

Ist die Anzahl der Lichtachsen kleiner als die Länge des Codeworts, so sind für die vollständige Übertragung des Codeworts, d. h. für einen vollständigen Übertragungszyklus mehrere Abtastzyklen erforderlich.

Im vorliegenden Beispiel sind sechs Lichtachsen 1-6 vorgese hen, und das Codewort hat eine Länge von 31 Bits. Für die Übertragung des vollständigen Codeworts B1, B2, . . ., B31 sind hier somit insgesamt sechs Abtastzyklen erforderlich. Im Abtastzyklus 1 werden die Bits B1-B6, in Zyklus 2 die Bits B7-B12, in Zyklus 3 die Bits B13-B18, in Zyklus 4 die Bits B19-B24, in Zyklus 5 die Bits B25-B30 und in Zyklus 7 die Bits B31, B1, B2, . . ., B5 übertragen.

Auch in diesem Fall gilt die Bildungsvorschrift für die Übertragung der Sender-Kennung. Da die Übertragung des gesamten Codeworts mehrere Abtastzyklen erfordert, wird hier unabhängig vom letzten Bit B5 des Zyklus' 6 im darauf folgenden Zyklus 7 mit dem n+1-Bit, d. h. mit Bit B2 begonnen. Da dem Empfänger die fest vorgegebene Anzahl der Kennungs bits, hier 31, sowie die Anzahl der Lichtachsen bekannt sind, weiß der Empfänger, in welchem Zyklus eine neue Kennung beginnt.

Claims

1. Verfahren zur Senderidentifizierung, wobei mehrere durch Lichtsendeelemete (4-8) und zugeordnete Lichtempfangselemente (11-15) gebildete Lichtach sen (18-22) vorgesehen sind, wobei

a) zyklisch wiederholend ein vorgegebenes Bitmuster von den Lichtsendeelementen (4-8) gesendet und von den Lichtempfangselementen (11-15) empfangen wird,
b) die Zuordnung der gesendeten Bits (B1-B31) des Bitmusters in Bezug auf die Lichtachsen (18-22) von einem vollständigen Übertragungszyklus des Bitmusters zum nächsten vollständigen Über tragungszyklus entsprechend einer vorgegebenen Zuordnungsvorschrift verändert wird, und
c) überprüft wird, ob das vorgegebene Bitmuster entsprechend der Zuordnungsvorschrift modifiziert in dem empfangenen Bitmuster enthalten ist.

2. Vorrichtung zur Senderidentifizierung mit

a) mehreren durch Lichtsendeelemete (4-8) und zuge ordnete Lichtempfangselemente (11-15) gebildeten Lichtachsen (18-22),
b) einer Sendeelektronik (10), die über die Licht sendeelemente (4-8) zyklisch wiederholend ein vorgegebenes Bitmuster an die Lichtempfangs elemente (11-15) sendet, wobei die Zuordnung der gesendeten Bits (B1-B31) des Bitmusters in Bezug auf die Lichtachsen (18-22) von einem voll ständigen Übertragungszyklus des Bitmusters zum nächsten vollständigen Übertragungszyklus entsprechend einer vorgegebenen Zuordnungsvor schrift verändert ist, und
c) einer Auswerteelektronik (17) zum Überprüfen, ob das vorgegebene Bitmuster entsprechend der Zuordnungsvorschrift modifiziert in dem empfangenen Bitmuster enthalten ist.

3. Verfahren bzw. Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitmuster (B1-B31) in Bezug auf die Lichtach sen (18-22) von einem vollständigen Übertragungszyklus des Bitmusters zum nächsten vollständigen Übertragungs zyklus um eine vorgegebene Anzahl von Bits verschoben wird.

4. Verfahren bzw. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitmuster um genau ein Bit verschoben wird.

5. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bits des Bitmusters (B1-B31) mit der Anzahl der vorhandenen Lichtachsen (18-22) überein stimmt.

6. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bits des Bitmusters (B1-B31) kleiner als die Anzahl der Lichtachsen (18-22) ist und daß eine Bitfolge des Bitmusters auf überzähligen Lichtach sen doppelt übertragen wird.

7. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bits des Bitmusters größer ist als die Anzahl der Lichtachsen, daß das vollständige Bitmuster in mehreren Abtastzyklen übertragen wird und daß in einem der Abtastzyklen ein Teil des Bitmusters doppelt übertragen wird.

8. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß der Zuordnungsvorschrift im n-ten voll ständigen Übertragungszyklus des Bitmusters auf einer i-ten Lichtachse ein b-tes Bit des Bitmusters und in einem nachfolgenden n+1-ten vollständigen Übertragungszyklus auf der i-ten Lichtachse ein b+1-tes Bit des Bitmusters übertragen wird.

9. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im n-ten vollständigen Übertragungszyklus des Bitmusters auf einer ersten Lichtachse ein b-tes Bit des Bitmusters und in einem nachfolgenden n+1-ten vollständigen Übertragungszyklus auf der ersten Lichtachse ein b+1-tes Bit des Bitmusters übertragen wird.