DE102004022812B4 - Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mittels eines Lichtgitters - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mittels eines Lichtgitters, mit einer Sendereinheit (3) mit einer Anzahl von Sendelichtstrahlen emittierenden Sendern (7), mit einer Empfängereinheit (5) mit einer Anzahl von Empfängern (10), wobei jedem Sender (7) ein Empfänger zur Bildung einer Strahlachse zugeordnet ist, so dass bei freiem Strahlengang die von dem jeweiligen Sender (7) emittierten Sendelichtstrahlen auf den zugeordneten Empfänger (10) geführt werden, und mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der an den Empfängern (10) anstehenden Empfangssignale, wobei in dieser bei einer durch einen Objekteingriff im Überwachungsbereich bedingten Unterbrechung wenigstens einer Strahlachse ein Objektfeststellungssignal generiert wird, wobei in der Auswerteeinheit (13) eine Strahlachse als unterbrochen gewertet wird, falls die Amplitude des Empfangssignals des jeweiligen Empfängers (10) unterhalb eines Schwellwerts (S) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reichweitenbegrenzung des Lichtgitters der Schwellwert an die Distanz zwischen der Sendereinheit (3) und der Empfängereinheit (5) dadurch angepasst ist, dass der Schwellwert (S) aus...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mittels eines Lichtgitters.
• Ein Lichtgitter der in Rede stehenden Art ist aus der DE 39 39 191 C2 bekannt. Dieses Lichtgitter weist eine Mehrfachanordnung von Sender-Empfängerpaaren auf. Die Sender sind in einem Gehäuse integriert, welches an einem ersten Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist. Die Empfänger sind in einem zweiten Gehäuse integriert, welches am gegenüberliegenden zweiten Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist. Jeder Sender emittiert Sendelichtstrahlen in Form von Lichtimpulsen, die bei freiem Strahlengang auf den zugeordneten Empfänger des jeweiligen Paares geführt sind. Bei freiem Überwachungsbereich treffen die Sendelichtstrahlen sämtlicher Sender ungehindert auf die zugeordneten Empfänger. Durch Auswertung der Empfangssignale der Empfänger wird dann in der Auswerteeinheit ein Objektfeststellungssignal mit dem Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" generiert. Ist dagegen eine Strahlachse des Lichtgitters unterbrochen, so dass die Sendelichtstrahlen des jeweiligen Senders nicht mehr zum Empfänger gelangen, so nimmt das Objektfeststellungssignal den Schaltzustand „Objekteingriff" an, das heißt es wird eine Objektmeldung generiert.
• Falls das Lichtgitter im Bereich der Sicherheitstechnik zur Gefahrenbereichsüberwachung an Maschinen und dergleichen eingesetzt wird, wird durch die Objektmeldung des Lichtgitters bei Eintritt eines Objekts in den Überwachungsbereich, der den Gefahrenbereich an der jeweiligen Maschine umfasst, die Maschine abgeschaltet.
• Die Sender des Lichtgitters gemäß der DE 39 39 191 C2 werden derart im Pulsbetrieb betrieben, dass der erste Sender periodisch eine individuelle Folge von Lichtimpulsen aussendet, und dass die restlichen Sender periodisch Doppel-Lichtimpulse aussenden. Die individuelle Kodierung der Sendelichtstrahlen des ersten Senders wird zur Synchronisation des Lichtgitter-Betriebs verwendet.
• Durch die Aussendung von gepulsten Sendelichtstrahlen mit vorgegebenen Pulsfolgen können Fremdlichteinflüsse weitgehend vermieden werden, da in der Auswerteeinheit eine Strahlachse nur dann als nicht unterbrochen gewertet wird, wenn die Kodierung der Sendelichtstrahlen des jeweiligen Senders im zugeordneten Empfänger registriert wird.
• Ein Problem entsteht jedoch dann, wenn Mehrfachanordnungen dieser Lichtgitter zur Absicherung komplexer Gefahrenbereiche eingesetzt werden. Durch Fehljustagen der Lichtgitter oder durch Reflexionen der Sendelichtstrahlen an spiegelnden Hindernissen können die Sendelichtstrahlen des Senders eines ersten Lichtgitters zum Empfänger eines zweiten Lichtgitters gelangen. Wird dann in der nachgeordneten Auswerteeinheit des zweiten Lichtgitters die Kodierung der registrierten Sendelichtstrahlen als gültig erkannt, so kann dieses Lichtgitter einen freien Überwachungsbereich selbst für den Fall melden, dass dessen Strahlachse unterbrochen ist, so dass der Empfänger die Sendelichtstrahlen des zugeordneten Senders nicht empfängt.
• Dies wiederum kann bei Einsätzen derartiger Lichtgitter in sicherheitstechnischen Anwendungen zu erheblichen Gefährdungen führen, da das Lichtgitter in diesem Fall keine Objektmeldung und damit keinen Abschaltbefehl für die zu überwachende Maschine erzeugt, obwohl ein Objekteingriff im Überwachungsbereich des Lichtgitters erfolgt ist.
• Derartige Fehldetektionen bei Mehrfachanordnungen von Lichtgittern könnten prinzipiell dann vermieden werden, wenn den Sendelichtstrahlen der Sender sämtlicher Lichtgitter individuelle Kodierungen aufgeprägt sind. Dann wäre eine gegenseitige Beeinflussung derartiger Lichtgitter mit hoher Sicherheit ausgeschlossen.
• Eine derartige Ausbildung der Lichtgitter würde jedoch einen erheblichen Schaltungsaufwand für die Kodierung der Sendelichtstrahlen einerseits und die empfangsseitige Dekodierung der Empfangssignale mit sich bringen.
• Weiterhin wäre ein erheblicher Logistikaufwand bei der Installation von Mehrfachanordnungen derartiger Lichtgitter notwendig, um zu vermeiden, dass Lichtgitter mit in gleicher Weise kodierten Sendelichtstrahlen nicht in unmittelbarer Nachbarschaft platziert werden.
• Die DE 202 16 230 U1 betrifft ein Lichtgitter mit einer vorgegebenen Anzahl von Strahlachsen bildenden Paaren von Sendelichtstrahlen emittierenden Sendern und Empfängern sowie einer Auswerteeinheit zur Auswertung der an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale, wobei eine vorgegebene Anzahl von Strahlachsen ausblendbar ist, wobei in der Auswerteeinheit bei Registrieren wenigstens einer Unterbrechung einer nicht ausgeblendeten Strahlachse ein Objektfeststellungssignal generiert wird, und wobei die Anzahl der ausgeblendeten Strahlachsen mittels einer Anzeigeeinheit anzeigbar ist.
• Ein weiteres derartiges Lichtgitter ist aus der DE 24 51 100 C2 bekannt.
• Die DE 199 24 351 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke, welche einen Sender aufweist, der jeweils innerhalb einer Periodendauer T_S periodisch Sendelichtimpulse emittiert, sowie einen Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger, der an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist, der an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist. In der Auswerteeinheit werden die Empfangslichtimpulse periodisch jeweils innerhalb einer Periodendauer T_E registriert, welche zumindest näherungsweise der Periodendauer T_S entspricht.
• Jede Periodendauer T_E ist auf gleiche Weise in eine vorgegebene Anzahl von Zeitfenstern Zn (n = 1, ... N) unterteilt, wobei für jede Periodendauer T_E in jedem Zeitfenster Z_n die Anzahl der am Empfänger auftreffenden Empfangslichtimpulse registriert wird, indem ein in einem Zeitfenster Z_n zugeordneter Zählerstand B_n um einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls ein Empfangslichtimpuls innerhalb des Zeitfensters Z_n registriert wird und andernfalls der Zählerstand B_n gleich bleibt oder um einen vorgegebenen Wert vermindert wird. Die Lichtschranke nimmt den Schaltzustand „Lichtweg frei" ein, falls wenigstens der Zählerstand B_n eines Zeitfensters Z_n größer oder gleich als ein vorgegebener Schwellwert A ist.
• Die DE 41 41 468 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer optischen Sensoranordnung zur Feststellung von in einem Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, wobei der Lichtsender Lichtsignale aussendet, die jeweils aus einer Anzahl von Impulsen bestehen, die mit einer bestimmten Impulsfolgefrequenz aufeinander folgen. Bei dieser Anordnung werden Störsignalanteile, die auf den Lichtempfänger auftreffen, durch eine Filterstufe eliminiert, die nur für bestimmte Spektralanteile der Impulsfolgen durchlässig ist.
• Die DE 100 18 948 B4 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Detektion von Objekten mit einem Sendelichtstrahlen empfangenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und Mitteln zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts, mittels derer die am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale auf den Eingang des Senders rückgekoppelt sind. Bei einem innerhalb eines ersten Entfernungsbereichs angeordneten Objekt ist die Sendeleistung des Senders mit einer Frequenz moduliert, die durch die Laufzeit der Sendelichtstrahlen zum Objekt bestimmt ist. Aus dem entsprechend modulierten Empfangssignal wird ein Schaltsignal abgeleitet, welches bei einem im ersten Entfernungsbereich angeordneten Objekt den Schaltzustand „ein" und ansonsten den Schaltzustand „aus" einnimmt. Zur Detektion eines Objektes im Nahbereich wird die Amplitude des Empfangssignals mit wenigstens einem Schwellwert bewertet, wobei eine Objektdetektion vorliegt, falls die Amplitude den Schwellwert unterschreitet.
• Die DE 203 10 903 U1 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von auf einem mit einer Fördergeschwindigkeit bewegten Trägermedium angeordneten Objekten, mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, mit einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und mit einer Auswerteeinheit zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Abhängigkeit der Empfangssignale des Empfängers. Während der Bewegung des Trägermediums ist ein Einlernvorgang durchführbar, innerhalb dessen die Empfangssignale und/oder ein Schwellwert zur Bewertung der Empfangssignale einstellbar ist beziehungsweise sind.
• Die DE 30 17 862 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen, mit einem Lichtimpulse abstrahlenden Lichtsender und einem Lichtempfänger für die vom Lichtsender abgestrahlten Lichtimpulse. Der Lichtsender strahlt Lichtimpulse mit steil ansteigenden und langsam abfallenden Flanken aus. Der mit einer Bewertungsschwelleneinrichtung versehene Lichtempfänger misst und vergleicht die Dauer der einzelnen Lichtimpulse. Zur Messung der Dauer der einzelnen Lichtimpulse wird eine Schwellwertbewertung durchgeführt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem bei möglichst geringem Schaltaufwand eine hohe Störfestigkeit eines Lichtgitters erzielt wird.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der in der Auswerteeinheit des Lichtgitters zur Reichweitenbegrenzung abgespeicherte Schwellwert an die Distanz zwischen der Sendereinheit und der Empfängereinheit angepasst, so dass nur die Sendelichtstrahlen, die von den Sendern dieses Lichtgitters emittiert werden, Empfangssignale in den Empfängern generieren, die oberhalb des Schwellwerts liegen.
• Die von weiter entfernt liegenden weiteren Lichtgittern ausgehenden Sendelichtstrahlen, die auf die Empfänger des Lichtgitters treffen, liegen dagegen unterhalb des Schwellwerts und führen damit nicht zu einer Objektmeldung.
• Damit werden bei dem Lichtgitter auf einfache Weise Fehlschaltungen infolge von Einstrahlungen von Sendelichtstrahlen benachbarter weiterer Lichtgitter vermieden.
• Der Schwellwert zur Bewertung der Empfangssignale wird dabei applikationsspezifisch ausgewählt und ist an die jeweilige Distanz zwischen der Sendereinheit und der Empfängereinheit angepasst. Dabei liegt der Schwellwert um einen möglichst gering gewählten Toleranzwert unterhalb der Pegel der Empfangssignale, die durch die Sendelichtstrahlen der Sender des Lichtgitters in den Empfängern bei freiem Überwachungsbereich generiert werden. Dadurch ist gewährleistet, dass auch die Sendelichtstrahlen von weiteren Lichtgittern, die in Entfernungen zum Lichtgitter liegen, die nur geringfü gig größer sind als die Distanz zwischen Sender- und Empfängereinheit des Lichtgitters, Empfangssignale in den Empfängern des Lichtgitters generieren, die unterhalb des Schwellwerts liegen und somit nicht zu einer Objektmeldung führen.
• Der Schwellwert kann im einfachsten Fall als fester Parameterwert in der Auswerteeinheit des Lichtgitters hinterlegt sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann in der Auswerteeinheit eine distanzabhängige Schwellwertkennlinie hinterlegt sein, so dass anhand dieser Kennlinie für die jeweils gewählte applikationsspezifische Distanz zwischen Sender- und Empfängereinheit der geeignete Schwellwert ausgewählt werden kann. Schließlich kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Schwellwert während eines Einlernvorgangs bestimmt werden, wodurch eine besonders exakte Anpassung des Schwellwerts an die Pegel der Empfangssignale bei freiem Überwachungsbereich des Lichtgitters ermöglicht wird.
• In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswerteeinheit von einem digitalen Signalprozessor gebildet, wobei in diesen die Empfangssignale über einen Analog-Digital-Wandler als Digitalsignale eingelesen werden. Die digitale Signalverarbeitung im digitalen Signalprozessor gewährleistet eine genaue Auswertung der digitalisierten Empfangssignale.
• Da die vom digitalen Signalprozessor gebildete Auswerteeinheit nahezu keine analogen Schaltungskomponenten mehr aufweist, ist diese unempfindlich gegen äußere Störeinflüsse wie zum Beispiel EMV-Einstrahlungen oder thermisches Driften einzelner Schaltungskomponenten.
• Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• 1: Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Lichtgitters zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
• 2: Schematische Darstellung einer von einem digitalen Signalprozessor gebildeten Auswerteeinheit für das Lichtgitter gemäß 1.
• 3: Schematische Darstellung einer Mehrfachanordnung von Lichtgittern.
• 1 zeigt den Aufbau eines Lichtgitters 1 zur Überwachung eines Überwachungsbereichs. Das Lichtgitter 1 weist eine in einem ersten Gehäuse 2 integrierte Sendereinheit 3 und eine in einem zweiten Gehäuse 4 integrierte Empfängereinheit 5 auf. Die Sendereinheit 3 und die Empfängereinheit 5 befinden sich an gegenüberliegenden Rändern des Überwachungsbereichs.
• Die Sendereinheit 3 weist eine Anordnung von Sendelichtstrahlen 6 emittierenden Sendern 7 auf. Die Sender 7 bestehen vorzugsweise aus identisch ausgebildeten Leuchtdioden und sind in Abstand nebeneinander liegend angeordnet, wobei die Sender 7 vorzugsweise äquidistant längs einer Geraden angeordnet sind. Zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 6 ist jedem Sender 7 eine Sendeoptik 8 vorgeordnet. Die Sendeoptiken 8 sind im Bereich der Frontwand des Gehäuses 2 hinter einem nicht separat dargestellten Austrittsfenster angeordnet. Im vorliegenden Fall emittieren die Sender 7 Sendelichtstrahlen 6 im Infrarotbereich. Prinzipiell können die Sender 7 auch Sendelichtstrahlen 6 im sichtbaren Wellenlängenbereich emittieren.
• Die optischen Achsen der im Überwachungsbereich geführten Sendelichtstrahlen 6 verlaufen parallel zueinander in der Ebene des Überwachungsbereichs.
• Die Sender 7 werden von einer Sendersteuereinheit 9 angesteuert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Sender 7 im Pulsbetrieb betrieben. Die Sender 7 emittieren somit Sendelichtimpulse mit einem vorgegebenen Puls-Pausen-Verhältnis. Die einzelnen Sender 7 emittieren zyklisch nacheinander Sendelichtimpulse, wobei die Taktung über die Sendersteuereinheit 9 erfolgt. Dabei werden innerhalb eines Abtastzyklus die Sender 7 entsprechend ihrer Reihenfolge in der Sendereinheit 3 in einer vorgegebenen Scanrichtung nacheinander aktiviert. Die Sendelichtimpulse des ersten Senders 7 dienen zur Synchronisation des Lichtgitters 1. Zweckmäßigerweise weisen hierzu die Sendelichtimpulse des ersten Senders 7 eine Kodierung auf, die sich eindeutig von den Kodierungen der Sendelichtimpulse der übrigen Sender 7 unterscheidet.
• Die Empfängereinheit 5 weist eine Anordnung von identisch ausgebildeten, nebeneinander liegend angeordneten Empfängern 10 auf. Die Empfänger 10 bestehen vorzugsweise jeweils aus einer Fotodiode und sind äquidistant längs einer Geraden angeordnet. Jedem Empfänger 10 ist eine Empfangsoptik 11 vorgeordnet. Dabei liegt jeweils ein Empfänger 10 einem Sender 7 der Sendereinheit 3 gegenüber. Die Strahlformung der Sendelichtstrahlen 6 ist im vorliegenden Fall derart gewählt, dass bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen 6 eines Senders 7 jeweils nur auf den gegenüberliegend angeordneten Empfänger 10 treffen. Jeder Sender 7 und der diesem zugeordnete Empfänger 10 bildet eine Strahlachse des Lichtgitters 1.
• Die Empfänger 10 werden über eine Empfängersteuereinheit 12 gesteuert. Die am Ausgang der Empfänger 10 anstehenden Empfangssignale werden in einer Auswerteeinheit 13, die Bestandteil der Empfängersteuereinheit 12 ist, ausgewertet. Bei freiem Strahlengang des Lichtgitters 1 treffen die Sendelichtstrahlen 6 ungehindert auf die zugeordneten Empfänger 10 und generieren dort einem freien Strahlengang entsprechende Referenzempfangssignale.
• Dringt ein Objekt in den Überwachungsbereich ein, so wird der Strahlengang der Sendelichtstrahlen 6 wenigstens eines Senders 7 unterbrochen. Das Empfangssignal des zugeordneten Empfängers 10 liegt dann unterhalb des Schwellwerts S, das heißt an diesem Empfänger 10 werden keine Referenzempfangssignale registriert.
• Die Unterbrechungen der Strahlachsen werden in der Auswerteeinheit 13 zur Generierung eines Objektfeststellungssignals ausgewertet. Das Objektfeststellungssignal ist als binäres Schaltsignal ausgebildet, welche die Schaltzustände „0" und „1" aufweist. Der Schaltzustand „0" entspricht einem freien Strahlengang des Lichtgitters 1, das heißt in dem Überwachungsbereich wurde kein Objekt registriert. Der Schaltzustand „1" entspricht einem Objekteingriff in den Strahlengang des Lichtgitters 1. Vorzugsweise reicht bereits die Unterbrechung einer Strahlachse aus, damit ein Objekteingriff gegeben ist. Für den Fall, dass das Lichtgitter 1 im Bereich der Sicherheitstechnik eingesetzt wird, wird durch die Generierung eines derartigen Objektfeststellungssignals ein Abschaltbefehl zum Abschalten einer Maschine oder Anlage generiert, deren Vorfeld mit dem Lichtgitter 1 überwacht wird.
• Das Lichtgitter 1 bildet dann eine Personenschutzeinrichtung, die verhindert, dass sich Personen während des Betriebes der Maschine in deren Vorfeld aufhalten.
• Der Begriff Lichtgitter 1 umfasst generell Mehrfachanordnungen von Lichtschranken und Lichtvorhänge.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Auswerteeinheit 13 eines Lichtgitters 1, welches in nicht sicherheitskritischen Applikationen eingesetzt wird. Die Auswerteeinheit 13 weist daher einen einkanaligen Aufbau auf. Für den Fall, dass das Lichtgitter 1 im Bereich der Sicherheitstechnik eingesetzt wird, ist die Anordnung gemäß 2 auf eine zweikanalige Struktur erweitert.
• Die Auswerteeinheit 13 gemäß 2 besteht aus einem digitalen Signalprozessor 14. Der digitale Signalprozessor 14 weist einen der eigentlichen Prozessoreinheit 15 vorgeordneten Analog-Digital-Wandler 16 auf. Der Analog-Digital-Wandler 16 ist im vorliegenden Fall von einem 8 bit Analog-Digital-Wandler 16 gebildet, das heißt der Analog-Digital-Wandler 16 weist eine Wortbreite von n = 8 bit auf. Generell sind je nach Auflösung des Analog-Digital-Wandlers 16 auch andere Bitbreiten möglich. Mit dem Analog-Digital-Wandler 16 erfolgt eine Digitalisierung der Empfangssignale.
• Als einzige analoge empfangsseitige Schaltungselemente sind den einzelnen Empfängern 10 Bauelemente zur Impedanzwandlung der Pegel der Empfangssignale nachgeordnet, um diese an den geforderten Eingangssignalpegel des Analog-Digital-Wandlers 16 anzupassen.
• In der Empfängersteuereinheit 12 ist eine nicht dargestellte Takteinheit vorgesehen, mittels derer die einzelnen Empfänger 10 synchron zu den jeweils zugeordneten Sendern 7 aktiviert werden. Damit werden die Empfänger 10 analog zu den Sendern 7 zyklisch nacheinander aktiviert. Die in den Empfängern 10 in dem durch die Empfängersteuereinheit 12 vorgegebenen Takt einzeln nacheinander generierten Empfangssignale werden in den digitalen Signalprozessor 14 der Auswerteeinheit 13 eingelesen. In dem Analog-Digital-Wandler 16 werden die analogen Empfangssignale der Empfänger 10 seriell digitalisiert. Die so generierten Digitalsignale werden in der Prozessoreinheit 15 des digitalen Signalprozessors 14 ausgewertet. Die Taktsteuerung wird beispielsweise von einem ASIC übernommen, der wie der digitale Signalprozessor 14 ein digital arbeitendes Bauelement bildet.
• Dabei erfolgt in dem digitalen Signalprozessor 14 zunächst eine Signalvorverarbeitung der Digitalsignale. Hierzu sind in dem digitalen Signalprozessor 14 geeignete Softwareroutinen implementiert. Insbesondere kann eine derartige Softwareroutine von einem digitalen Suchfilter gebildet sein. Durch die mit diesen Softwareroutinen durchgeführte Signalverarbeitung werden die Nutzsignalanteile der digitalisierten Empfangssignale, die durch die auf die einzelnen Empfänger 10 auftreffenden Sendelichtstrahlen 6 generiert werden, von Hintergrundsignalen separiert, welche von Störeinflüssen verursacht sind. Derartige Störeinflüsse sind zum Beispiel Rauschen und Fremdlichteinstrahlungen.
• Durch Auswertung der auf diese Weise vorverarbeiteten Digitalsignale wird das Objektfeststellungssignal generiert.
• Dabei wird als erste Bedingung für das Vorliegen eines freien Überwachungsbereichs in dem digitalen Signalprozessor 14 abgeprüft, ob für jede Strahlachse die in den Sendelichtstrahlen 6 der einzelnen Sendern 7 enthaltenen Kodierungen an den zugeordneten Empfängern 10 registriert werden.
• Weiterhin werden die digitalisierten Empfangssignale im digitalen Signalprozessor 14 zur Generierung des Objektfeststellungssignals mit einem Schwellwert S bewertet, wobei durch eine geeignete Wahl des Schwellwerts S eine Reichweitenbegrenzung des Lichtgitters 1 durchgeführt wird. Mit dieser Reichweitenbegrenzung werden gegenseitige Beeinflussungen mehrerer Lichtgitter 1 vermieden, die eine Mehrfachanordnung zur Absicherung komplexer Gefahrenbereiche bilden.
• Eine derartige Mehrfachanordnung zweier hintereinander angeordneter Lichtgitter 1 ist in 3 dargestellt. Mit dieser Mehrfachanordnung kann beispielsweise ein ausgedehnter Gefahrenbereich im Vorfeld einer Maschine überwacht werden. Die in 3 dargestellten Lichtgitter 1, 1' weisen einen identischen Aufbau auf. Die Sendereinheit 3 mit Sendern 7 und die Empfängereinheit 5 mit Empfängern 10 des ersten Lichtgitters 1 liegen in einem Abstand d zueinander. Der Überwachungsbereich des Lichtgitters 1 ist frei, das heißt dessen Sendelichtstrahlen 6 sind nicht unterbrochen.
• Die Sendereinheit 3' mit Sendern 7' und die Empfängereinheit 5' mit Empfängern 10' des Lichtgitters 1' liegen ebenfalls in einem Abstand d zueinander. In dem Überwachungsbereich dieses Lichtgitters 1' ist ein Gegenstand 17 angeordnet, so dass die erste Strahlachse unterbrochen ist und die Sendelichtstrahlen 6' dieser Strahlachse nicht zum zugeordneten Empfänger 10' gelangen.
• Im fehlerfreien Betrieb wird durch die Unterbrechung der Strahlachse des Lichtgitters 1' in diesem eine Objektmeldung generiert, wodurch ein Abschaltbefehl für die zu überwachende Maschine generiert wird.
• Im vorliegenden Fall liegt eine gegenseitige Beeinflussung beider Lichtgitter 1, 1' vor. Durch eine Fehljustierung oder durch eine Umspiegelung an einem spiegelnden Objekt werden die Sendelichtstrahlen 6 der ersten Strahlachse des Lichtgitters 1 zum Empfänger 10' der ersten Strahlachse des Lichtgitters 1' geführt. Da die Lichtgitter 1, 1' identisch aufgebaut sind, entspricht der Kodierung der Sendelichtstrahlen 6 des ersten Lichtgitters 1 der Kodierung der Sendelichtstrahlen 6 des zweiten Lichtgitters 1. Damit registriert der Empfänger 10' der ersten Strahlachse des Lichtgitters 1' eine gültige Kodierung in den Empfangssignalen, obwohl dieser nicht die Sendelichtstrahlen 6' seines zugeordneten Senders 7', sondern die Sendelichtstrahlen 6 des entfernt liegenden Lichtgitters 1 empfängt.
• Würde im Lichtgitter 1' das Objektfeststellungssignal allein durch Auswertung der im Sendelicht enthaltenen Kodierungen erfolgen, so würde das Lichtgitter 1' im vorliegenden Fall fälschlicherweise einen freien Überwachungsbereich melden, obwohl ein Gegenstand 17 in den Überwachungsbereich eingedrungen ist.
• Zur Vermeidung derartiger Fehldetektionen erfolgt eine Reichweitenbegrenzung der Lichtgitter 1, 1' derart, dass deren Empfangssignale mit einem Schwellwert S bewertet werden. Der Schwellwert S ist so gewählt, dass die Empfangssignale, die durch die Sendelichtstrahlen 6, 6' der jeweiligen Sendereinheit 3, 3' des Lichtgitters 1, 1' generiert werden, oberhalb des Schwellwerts S liegen. Aufgrund der größeren Distanz D der Sendereinheit 3 des Lichtgitters 1 zur Empfängereinheit 5' des Lichtgitters 1' liegen jedoch die Empfangssignale in der Empfängereinheit 5' bei Empfang der Sendelichtstrahlen 6 des benachbarten Lichtgitters 1 unterhalb des Schwellwerts S.
• In der Auswerteeinheit 13 des Lichtgitters 1' und entsprechend auch im gegenüber liegenden Lichtgitter 1 erfolgt die Auswertung der Empfangssignale derart, dass eine nicht unterbrochene Strahlachse nur dann vorliegt, wenn das im Empfänger 10 registrierte Empfangssignal oberhalb des Schwellwerts S liegt.
• Damit wird im Lichtgitter 1, 1' ein freier Überwachungsbereich nur dann gemeldet, wenn für sämtliche Strahlachsen die Kodierungen der Sendelichtstrahlen 6, 6' in den zugeordneten Empfängern 10, 10' registriert werden und zugleich die Pegel sämtlicher Empfangssignale des Lichtgitters 1, 1' oberhalb des Schwellwerts S liegen.
• Somit wird im vorliegenden Fall bei dem Lichtgitter 1' eine Fehldetektion durch Einstrahlung der Sendelichtstrahlen 6 von dem ersten Lichtgitter 1 vermieden. Zwar wird dadurch am Empfänger 10' der ersten Strahlachse des Lichtgitters 1' eine gültige Kodierung registriert. Da jedoch die Empfangssignale am Empfänger 10' unterhalb des Schwellwerts S liegen, wird die Strahlachse als unterbrochen gewertet und demzufolge eine Objektmeldung generiert, die zum Abschalten der Maschine führt.
• Für den Fall, dass die Sendereinheit 3 und die Empfängereinheit 5 eines Lichtgitters 1 immer in demselben Abstand d zueinander liegen, kann der an diesen Abstand d angepasste Schwellwert S als fest vorgegebener Parameterwert in der Auswerteeinheit 13 hinterlegt sein.
• Für den Fall, dass sich die Abstände der Sendereinheit 3 und der Empfängereinheit 5 des Lichtgitters 1 ändern können, kann der Schwellwert S in einem Einlernvorgang vor Inbetriebnahme des Lichtgitters 1 eingestellt werden. Hierzu wird die Sendereinheit 3 relativ zur Empfängereinheit 5 in dem für die spätere Betriebsphase des Lichtgitters 1 benötigten Abstand d installiert. Während des Einlernvorgangs werden dann bei justiertem Lichtgitter 1 und bei freiem Strahlengang die Pegel der Empfangssignale registriert. Aus dem Pegel wenigstens eines Empfangssignals oder aus den Mittelwerten aller Empfangssignale wird dann in der Auswerteeinheit 13 selbsttätig der Schwellwert S berechnet. Vorzugsweise erfolgt die Berechnung gemäß folgender Beziehung S0 = < E > – T
• Dabei ist die Höhe S₀ des Schwellwerts S durch die Differenz des Mittelwerts < E > der Empfangssignale der Empfänger 10 bei freiem Überwachungsbereich und einem Toleranzwert T definiert. Der Toleranzwert T ist möglichst klein gegenüber dem Betrag von < E > gewählt, so dass der Schwellwert S dicht unterhalb der Pegel der Empfangssignale liegt. Vorzugsweise ist der Wert von T durch die typische Bandbreite des Rauschens der Empfangssignale bestimmt.
• Durch diese Wahl des Schwellwerts S ist gewährleistet, dass dieser sicher durch Empfangssignale unterschritten wird, die durch Sendelichtstrahlen 6' weiterer Lichtgitter 1' generiert werden, die auch nur geringfügig weiter entfernt sind als der Abstand d zwischen der Sendereinheit 3 und der Empfängereinheit 5 des Lichtgitters 1.
• In einer alternativen Ausgestaltung ist in der Auswerteeinheit 13 eine abstandsabhängige Schwellwertkennlinie hinterlegt. Dies bedeutet, dass für unterschiedliche Distanzen d zwischen der Sendereinheit 3 und der Empfängereinheit 5 jeweils unterschiedliche Schwellwerte S(d) in der Auswerteeinheit 13 hinterlegt sind. Bei der Inbetriebnahme des Lichtgitters 1 kann eine Bedienper son nach erfolgter Installation des Lichtgitters 1 für den eingestellten Abstand d₀ zwischen der Sendereinheit 3 und der Empfängereinheit 5 anhand der Schwellwertkennlinie den geeigneten Schwellwert S(d₀) auswählen, mit welchem während des Betriebs des Lichtgitters 1 die Empfangssignale bewertet werden.

1, 1'

Lichtgitter

2

Gehäuse

3, 3'

Sendereinheit

4

Gehäuse

5, 5'

Empfängereinheit

6, 6'

Sendelichtstrahlen

7, 7'

Sender

8

Sendeoptik

9

Sendersteuereinheit

10, 10'

Empfänger

11

Empfangsoptik

12

Empfängersteuereinheit

13

Auswerteeinheit

14

Digitaler Signalprozessor

15

Prozessoreinheit

16

Analog-Digital-Wandler

17

Gegenstand

Claims (9)

1. Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mittels eines Lichtgitters, mit einer Sendereinheit (3) mit einer Anzahl von Sendelichtstrahlen emittierenden Sendern (7), mit einer Empfängereinheit (5) mit einer Anzahl von Empfängern (10), wobei jedem Sender (7) ein Empfänger zur Bildung einer Strahlachse zugeordnet ist, so dass bei freiem Strahlengang die von dem jeweiligen Sender (7) emittierten Sendelichtstrahlen auf den zugeordneten Empfänger (10) geführt werden, und mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der an den Empfängern (10) anstehenden Empfangssignale, wobei in dieser bei einer durch einen Objekteingriff im Überwachungsbereich bedingten Unterbrechung wenigstens einer Strahlachse ein Objektfeststellungssignal generiert wird, wobei in der Auswerteeinheit (13) eine Strahlachse als unterbrochen gewertet wird, falls die Amplitude des Empfangssignals des jeweiligen Empfängers (10) unterhalb eines Schwellwerts (S) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reichweitenbegrenzung des Lichtgitters der Schwellwert an die Distanz zwischen der Sendereinheit (3) und der Empfängereinheit (5) dadurch angepasst ist, dass der Schwellwert (S) aus den Amplitudenwerten der Empfangssignale der Empfänger (10) bei Empfang der Sendelichtstrahlen (6) der diesen zugeordneten, in der Distanz liegenden Sendern (7) derart abgeleitet wird, dass der. Schwellwert (S) um einen vorgegebenen Toleranzwert (T) unterhalb der Amplitude des Empfangssignals wenigstens eines Empfängers (10) bei Empfang der Sendelichtstrahlen (6) des zugeordneten Senders (7) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (S) während eines Einlernvorgangs bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (13) eine Schwellwertkennlinie mit Schwellwerten (S) in Abhängigkeit der Distanz (d) der Sendereinheit (3) zur Empfängereinheit (5) hinterlegt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine vorgegebene Distanz (d) der Sendereinheit (3) zur Empfängereinheit (5) der zugehörige Schwellwert (S) anhand der Schwellwertkennlinie ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Auswerteeinheit (13) ein digitaler Signalprozessor (14) verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem digitalen Signalprozessor (14) wenigstens ein Analog-Digital-Wandler (16) vorgesehen ist oder dass dem digitalen Signalprozessor (14) wenigstens ein externer Analog-Digital-Wandler (16) zugeordnet ist, wobei mittels des Analog-Digital-Wandlers (16) die am Ausgang der Empfänger (10) anstehenden analogen Empfangssignale in Digitalsignale gewandelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Digital-Wandler (16) als n-bit Analog-Digital-Wandler (n > 1) ausgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Sendelichtstrahlen (6) Kodierungen aufgeprägt sind, welche in der Auswerteeinheit (13) erfasst werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (13) eine Strahlachse nur dann als nicht unterbrochen gewertet wird, wenn die Kodierung der Sendelichtstrahlen (6) des jeweili gen Senders (7) erkannt wird und wenn die Amplitude des Empfangssignals des jeweiligen Empfängers (10) oberhalb des Schwellwerts (S) liegt.