Die
Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.The
The invention relates to an optical sensor according to the preamble of the claim
1.
Derartige
optische Sensoren werden insbesondere im Bereich der Sicherheitstechnik
eingesetzt und dienen zur Überwachung
von Gefahrenbereichen von Arbeitsgeräten wie zum Beispiel Abkantpressen,
Robotern, fahrerlosen Transportsystemen.such
Optical sensors are used in particular in the field of safety technology
used and serve for monitoring
of hazardous areas of equipment such as press brakes,
Robots, driverless transport systems.
Mit
dem vom optischen Sensor erfassten Überwachungsbereich wird der
Gefahrenbereich an einem derartigen Arbeitsgerät überwacht. Dringt ein Objekt
oder eine Person in den Überwachungsbereich
ein, wird in der Auswerteeinheit des optischen Sensors ein entsprechendes
Schaltsignal mit einem vorgegebenen Schaltzustand generiert, welches über einen
Sicherheitsschaltausgang ausgegeben wird. Mit dem Schaltsignal wird
das Arbeitsgerät
abgeschaltet, das heißt
deaktiviert, um eine Gefährdung
von Personen auszuschließen.
Liegt dagegen kein Eingriff in den Überwachungsbereich vor, so nimmt
das Schaltsignal einen zweiten Schaltzustand ein, so dass das Arbeitsgerät eingeschaltet,
das heißt aktiviert
ist.With
the monitored area covered by the optical sensor becomes the
Hazardous area monitored on such a working device. Penetrate an object
or a person in the surveillance area
a, is in the evaluation of the optical sensor a corresponding
Switching signal generated with a predetermined switching state, which via a
Safety switching output is output. With the switching signal is
the implement
switched off, that is
disabled to a hazard
to exclude from persons.
On the other hand, if there is no intervention in the surveillance area, then takes
the switching signal enters a second switching state, so that the implement is switched on,
that is activated
is.
Bei
stationären
Anwendungen zur Sicherung von Arbeitsgeräten werden insbesondere als
Lichtgitter ausgebildete optische Sensoren eingesetzt. Ein derartiges
Lichtgitter ist beispielsweise aus der DE 39 39 191 A1 bekannt.In stationary applications for securing work equipment in particular designed as a light grid optical sensors are used. Such a light grid is for example from the DE 39 39 191 A1 known.
Bei
stationären
und insbesondere auch bei mobilen Anwendungen werden zur Gefahrenbereichsabsicherung
insbesondere auch als Flächendistanzsensoren
ausgebildete optische Sensoren eingesetzt. Ein derartiger Flächendistanzsensor
ist beispielsweise aus der DE
19 917 509 C1 bekannt. Der Flächendistanzsen sor besteht im
Wesentlichen aus einem Distanzsensor mit einem Sendelichtstrahlen
emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden
Empfänger.
Die Distanzmessung erfolgt dabei nach dem Laufzeitverfahren, das heißt es wird
die Lichtlaufzeit der zu einem Objekt geführten Sendelichtstrahlen und
von diesem zurückreflektierten
Empfangslichtstrahlen bestimmt. Zur Erfassung von Objekten innerhalb
eines Überwachungsbereichs
werden die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen mittels einer
Ablenkeinheit periodisch abgelenkt.In stationary and in particular also in mobile applications, optical sensors, which are designed as areal distance sensors, are used in particular for safeguarding against danger zones. Such a surface distance sensor is for example from DE 19 917 509 C1 known. The area distance sensor essentially consists of a distance sensor with a transmitting light beam emitting transmitter and a receiving light beam receiving receiver. The distance measurement is carried out according to the transit time method, that is, it is determined the light transit time of the guided to an object transmitted light beams and reflected back from this receiving light beams. For detecting objects within a surveillance area, the transmitted light beams emitted by the transmitter are deflected periodically by means of a deflection unit.
Aus
der DE 195 08 841
A1 ist eine Sicherheitsschalteranordnung für die eingangs
genannten optischen Sensoren bekannt, mittels derer in Abhängigkeit
der Sensorsignale eines optischen Sensors ein Arbeitsgerät aktivierbar
oder deaktivierbar ist. Die Sicherheitsschalteranordnung umfasst
zwei Aktoren mit jeweils aus Halbleiterelementen bestehenden schalterartigen
Mitteln, welche über
zwei Rechnereinheiten angesteuert werden. Zur Testung der Aktoren
werden diesen von den Rechnereinheiten generierte Testimpulse generiert.
Die darauf in den Aktoren generierten Antwortimpulse werden in den
Rechnereinheiten zur Funktionsüberprüfung der
Aktoren ausgewertet. Mittels einer separaten Spannungsüberwachungseinheit
wird geprüft,
ob sich die Betriebsspannung der Rechnereinheiten in einem vorgegebenen
Sollwertbereich befindet.From the DE 195 08 841 A1 a safety switch assembly for the above-mentioned optical sensors is known, by means of which in dependence of the sensor signals of an optical sensor, a working device can be activated or deactivated. The safety switch arrangement comprises two actuators each with switch-like means consisting of semiconductor elements, which are controlled via two computer units. To test the actuators, these generated by the computer units test pulses are generated. The response pulses generated in the actuators are evaluated in the computer units for functional testing of the actuators. By means of a separate voltage monitoring unit, it is checked whether the operating voltage of the computer units is within a predetermined desired value range.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen optischen Sensor der
eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem mit möglichst
geringem Aufwand eine sichere Signalausgabe gewährleistet ist.Of the
Invention is the object of an optical sensor of
to provide the aforementioned type, in which as possible
low cost a secure signal output is guaranteed.
Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to
solution
This object, the features of claim 1 are provided. advantageous
embodiments
and appropriate training
The invention are described in the subclaims.
Der
erfindungsgemäße optische
Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
Dieser optische Sensor weist wenigstens einen Sendelichtstrahlen
emittierenden Sender, wenigstens einen Empfangslichtstrah len empfangenden
Empfänger
und wenigstens eine Rechnereinheit auf, in welcher in Abhängigkeit
der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers ein binäres Objektfeststellungssignal
generiert wird. Der Rechnereinheit ist wenigstens eine Sicherheitsausgangsschaltung
mit einem Halbleiter-Schalter nachgeordnet, welcher mittels des
Objektfeststellungssignals zur Generierung eines über einen
Schaltausgang ausgebbaren Schaltsignals zur Aktivierung und Deaktivierung
eines Arbeitsgeräts
schaltbar ist. Der Halbleiter-Schalter ist bei Auftreten eines Fehlers
in einen gegen Wiedereinschaltung gesicherten Verriegelungszustand überführt.Of the
according to the invention optical
Sensor is used to detect objects in a surveillance area.
This optical sensor has at least one transmitted light beam
emitting transmitter, receiving at least one Empfangslichtstrah len
receiver
and at least one computer unit in which depending
the received signals at the output of the receiver a binary object detection signal
is generated. The computer unit is at least one safety output circuit
arranged downstream of a semiconductor switch, which by means of
Object detection signal for generating a via a
Switch output outputable switching signal for activation and deactivation
a working device
is switchable. The semiconductor switch is when an error occurs
converted into a locked against reclosing lock state.
Durch
die selbsthaltende Verriegelung des Halbleiter-Schalters als Endstufe
der Sicherheitsausgangsschaltung zur Ansteuerung des Ausgangs wird eine
erhöhte
Sicherheit bei der Aktivierung und Deaktivierung des Arbeitsgerätes erzielt.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass bei fehlerhafter Funktion des
Halbleiter-Schalters dieser unabhängig von der Funktion der Rechnereinheit
sicher verriegelt bleibt.By
the latching latch of the semiconductor switch as a final stage
the safety output circuit for controlling the output becomes a
increased
Safety achieved during activation and deactivation of the implement.
It is particularly advantageous that in case of erroneous function of the
Semiconductor switch this regardless of the function of the computer unit
securely locked.
Besonders
vorteilhaft kann die Verriegelung des Halbleiter-Schalters nur durch
Abschaltung der Versorgungsspannung oder durch Deaktivierung und anschließender Aktivierung
von dem Halbleiterschalter zugeführten
Steuersignale aufgehoben werden, wodurch eine unkontrollierte Aufhebung
der Verriegelung des Halbleiter-Schalters und damit verbunden eine
unkontrollierte Aktivierung des Arbeitsgerätes vermieden wird.Particularly advantageously, the locking of the semiconductor switch can be canceled only by switching off the supply voltage or by deactivation and subsequent activation of the semiconductor switch control signals, whereby an uncontrolled cancellation of the lock of the semiconductor switch and connected thereto an uncontrolled activation of the implement is avoided.
Ein
weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass
der Halbleiter-Schalter neben seiner Schalterfunktion auch eine
Sensorfunktion zur Erkennung von Überlastzuständen, insbesondere thermischer Überlastung, übernimmt.
Durch die bei Auftreten von Überlastzuständen im
Halbleiter-Schalter generierten Ausgangssignale wird der Halbleiter-Schalter
durch die Sicherheitsausgangsschaltung verriegelt, das heißt das Arbeitsgerät deaktiviert
und so in den sicheren Zustand überführt.One
Another significant advantage of the invention is that
the semiconductor switch in addition to its switch function also a
Sensor function for detecting overload conditions, in particular thermal overload takes over.
Due to the occurrence of overload conditions in the
Semiconductor switch generated output signals becomes the semiconductor switch
locked by the safety output circuit, that is, the implement disabled
and thus transferred to the safe state.
Zur
weiteren Erhöhung
der Funktionssicherheit weist die Sicherheitsausgangsschaltung Schaltmittel
auf, mittels derer der Halbleiter-Schalter in den Verriegelungszustand überführt werden
kann, falls dieser im Fehlerfall nicht innerhalb einer vorgegebenen
Reaktionszeit abschaltet. Die Halbleiter-Schaltmittel können aus
diskreten Bauteilen wie Relais oder Transistoren oder integrierten
Bauteilen bestehen. Dabei kann mit diesen Halbleiter-Schaltmitteln
der Halbleiter-Schalter insbesondere kurzgeschlossen oder gegen
Masse geschaltet werden. Weiterhin kann mit den Halbleiter-Schaltmitteln
auch eine Sicherung ausgelöst
werden.to
further increase
the functional safety, the safety output circuit switching means
on, by means of which the semiconductor switches are converted into the locking state
can, if this is not within a predetermined error
Response time switches off. The semiconductor switching means may be made
discrete components such as relays or transistors or integrated
Consist of components. It can with these semiconductor switching means
the semiconductor switch in particular shorted or against
Ground to be switched. Furthermore, with the semiconductor switching means
also triggered a fuse
become.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird der Halbleiter-Schalter durch in der Rechnereinheit
generierte Steuersignale direkt getestet. Dabei ist insbesondere
vorteilhaft, dass die bei der Testung generierten Signale des Halbleiter-Schalters
direkt über
einen Spannungsteiler in die Rechnereinheit rückgelesen und dort ausgewertet werden
können.
Besonders vorteilhaft wird dabei die gemessene Signalform der Signale
des Halbleiter-Schalters zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des
Halbleiter-Schalters geprüft.
Zweckmäßigerweise
ist hierzu die Rechnereinheit von einem digitalen Signalprozessor
gebildet.In
an advantageous embodiment
The invention relates to the semiconductor switch through in the computer unit
generated control signals tested directly. It is in particular
advantageous in that the signals generated during the testing of the semiconductor switch
directly above
a voltage divider be read back into the computer unit and evaluated there
can.
The measured signal form of the signals is particularly advantageous
of the semiconductor switch for evaluating the operability of the
Semiconductor switch tested.
Conveniently,
this is the computer unit of a digital signal processor
educated.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Sicherheitsausgangsschaltung
wenigstens eine Schutzdiode auf, die durch die in der Rechnereinheit
generierten Steuersignale ausmessbar und damit überprüfbar ist. Mit dieser Schutzdiode können bei
Auftreten von sogenannten Common-Mode-Fehlern Leckströme innerhalb der Sicherheitsausgangsschaltung
begrenzt werden. Derartige Common-Mode-Fehler liegen vor, wenn bei
einer an den Ausgang der Sicherheitsausgangsschaltung angeschlossenen
Last und bei gekappter Masseverbindung der Sicherheitsausgangsschaltung
diese dennoch noch Strom liefert.In
a further advantageous embodiment, the safety output circuit
at least one protective diode, by the in the computer unit
generated control signals can be measured and thus verifiable. With this protection diode can at
Occurrence of so-called common-mode errors Leakage currents within the safety output circuit
be limited. Such common-mode errors are present when at
one connected to the output of the safety output circuit
Load and with disconnected earth connection of the safety output circuit
this still supplies electricity.
Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:The
The invention will be explained below with reference to the drawings. It
demonstrate:
1:
Schematische Darstellung eines als Lichtgitter ausgebildeten optischen
Sensors. 1 : Schematic representation of a designed as a light grid optical sensor.
2:
Schematische Darstellung eines als Flächendistanzsensor ausgebildeten
optischen Sensors. 2 : Schematic representation of a designed as a surface distance sensor optical sensor.
3:
Erstes Ausführungsbeispiel
einer Sicherheitsausgangsschaltung für die optischen Sensoren gemäß den 1 und 2. 3 : First exemplary embodiment of a safety output circuit for the optical sensors according to FIGS 1 and 2 ,
4:
Zweites Ausführungsbeispiel
einer Sicherheitsausgangsschaltung für die optischen Sensoren gemäß den 1 und 2. 4 : Second exemplary embodiment of a safety output circuit for the optical sensors according to FIGS 1 and 2 ,
1 zeigt
schematisch den Aufbau eines als Lichtgitter ausgebildeten optischen
Sensors 1. Das Lichtgitter weist eine Sendereinheit 2 und
eine Empfängereinheit 3 auf,
welche beidseits eines Überwachungsbereichs 4 in
Abstand gegenüberliegend
angeordnet sind. 1 schematically shows the structure of an optical sensor designed as a light grid 1 , The light grid has a transmitter unit 2 and a receiver unit 3 on which both sides of a surveillance area 4 are arranged opposite each other at a distance.
Die
Sendereinheit 2 weist mehrere vertikal in Abstand angeordnete,
Sendelichtstrahlen 5 emittierende Sender 6 auf,
die in einem ersten Gehäuse 7 angeordnet
sind. Die identisch ausgebildeten Sender 6 sind von Leuchtdioden
gebildet und liegen hinter einem Fenster 8, durch welches
die Sendelichtstrahlen 5 in den Überwachungsbereich 4 geführt sind.
Zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 5 können den Sendern 6 nicht
dargestellte Sendeoptiken nachgeordnet sein.The transmitter unit 2 has a plurality of vertically spaced, transmitted light beams 5 emitting transmitters 6 on that in a first case 7 are arranged. The identically designed transmitter 6 are formed by LEDs and are behind a window 8th through which the transmitted light rays 5 in the surveillance area 4 are guided. For beam shaping of the transmitted light beams 5 can the broadcasters 6 be subordinate not shown transmitting optics.
Die
Ansteuerung der Sender 6 erfolgt über eine Sendersteuereinheit 9.
Die Sendersteuereinheit 9 besteht aus einem Mikroprozessorsystem
oder dergleichen. Die Sender 6 werden dabei zyklisch nacheinander
aktiviert.The control of the transmitter 6 via a transmitter control unit 9 , The transmitter control unit 9 consists of a microprocessor system or the like. The transmitters 6 are activated cyclically one after the other.
Die
Empfängereinheit 3 weist
mehrere vertikal in Abstand angeordnete Empfänger 10 auf, die in einem
zweiten Gehäuse 11 angeordnet
sind. Die identisch ausgebildeten Empfänger 10 sind von Photodioden
gebildet und liegen hinter einem weiteren Fenster 12, durch
welches die Sendelichtstrahlen 5 aus dem Überwachungsbereich 4 auf
die Empfänger 10 geführt sind.
Zur Fokussierung der Sendelichtstrahlen 5 auf die Empfänger 10 können den
Empfängern 10 nicht
dargestellte Empfangsoptiken vorgeordnet sein.The receiver unit 3 has several vertically spaced receivers 10 on that in a second housing 11 are arranged. The identically designed receiver 10 are formed by photodiodes and are behind another window 12 through which the transmitted light rays 5 from the surveillance area 4 on the receiver 10 are guided. For focusing the transmitted light beams 5 on the receiver 10 can the recipients 10 not shown receiving optics upstream.
Die
Auswertung der an den Ausgängen
der Empfänger 10 anstehenden
Empfangssignale sowie die Steuerung des Betriebs der Empfänger 10 erfolgt in
einer Empfängersteuereinheit,
welche im einfachsten Fall von einer einzelnen Rechnereinheit 13 gebildet
ist. Je nach Sicherheitsanforderung kann die Empfängersteuereinheit
auch einen redundanten Aufbau bestehend aus zwei sich überwachenden Rechnereinheiten 13 aufweisen.
Die oder jede Rechnereinheit 13 ist im vorliegenden Fall
von einem digitalen Signalprozessor gebildet. Alternativ kann als Rechnereinheit 13 ein
Microcontroller vorgesehen sein.The evaluation of the outputs of the receiver 10 pending received signals and the control of the operation of the receiver 10 takes place in a receiver control unit, which in the simplest case of a single computer unit 13 is formed. Depending on the security requirement, the receiver control unit may also have a redundant one Structure consisting of two supervising computer units 13 exhibit. The or each computer unit 13 is formed in the present case of a digital signal processor. Alternatively, as a computer unit 13 a microcontroller may be provided.
Wie
aus 1 ersichtlich entspricht die Anzahl der Sender 6 der
Anzahl der Empfänger 10 des Lichtgitters.
Dabei ist jeweils einem Sender 6 ein gegenüber liegender
Empfänger 10 zugeordnet,
auf welchen bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen 5 dieses
Senders 6 auftreffen.How out 1 obviously the number of transmitters corresponds 6 the number of recipients 10 of the light grid. There is one transmitter each 6 an opposite receiver 10 assigned, on which at free beam the transmitted light beams 5 this transmitter 6 incident.
Jeder
Sender 6 und der diesem zugeordnete Empfänger 10 bildet
eine Strahlachse des Lichtgitters. Die Strahlachsen definieren den Überwachungsbereich 4,
der im vorliegenden Fall in einer vertikalen Ebene verläuft. Über die
Sendersteuereinheit 9 und die Empfängersteuereinheit werden die einzelnen
Strahlachsen einzeln nacheinander zyklisch aktiviert. Die Synchronisierung
dieses Lichtgitterbetriebs erfolgt beispielsweise anhand den von dem
ersten Sender 6 emittierten Sendelichtstrahlen 5,
welchen eine individuelle Kodierung aufgeprägt ist, die sich von den Kodierungen
der übrigen
Sendelichtstrahlen 5 unterscheidet.Each transmitter 6 and the receiver associated with it 10 forms a beam axis of the light grid. The beam axes define the surveillance area 4 which in the present case runs in a vertical plane. About the transmitter control unit 9 and the receiver control unit, the individual beam axes are cyclically activated one after the other one after the other. The synchronization of this light grid operation takes place for example on the basis of the first transmitter 6 emitted transmitted light rays 5 which is imprinted with an individual coding which differs from the codes of the remaining transmitted light beams 5 different.
Generell
kann der optische Sensor 1 gemäß 1 auch derart
abgewandelt sein, dass die Sender 6 und Empfänger 10 in
einem gemeinsamen Gehäuse
integriert sind, welches an einem Rand des Überwachungsbereiches 4 angeordnet
ist. Bei freiem Strahlengang werden die von einem Sender 6 emittierten Sendelichtstrahlen 5 auf
einen am gegenüberliegenden
Rand des Überwachungsbereiches 4 angeordneten
Reflektor geführt
und von dort zurück zum
zugeordneten Empfänger 10 reflektiert.In general, the optical sensor 1 according to 1 also be modified so that the transmitter 6 and receiver 10 are integrated in a common housing, which at one edge of the surveillance area 4 is arranged. When the beam path is free, that of a transmitter 6 emitted transmitted light rays 5 on one at the opposite edge of the surveillance area 4 arranged reflector out and from there back to the associated receiver 10 reflected.
Bei
freiem Strahlengang des Lichtgitters treffen die Sendelichtstrahlen 5 sämtlicher
Sender 6 ungehindert auf die zugeordneten Empfänger 10.
Tritt ein Objekt oder eine Person in den Überwachungsbereich 4,
so wird wenigstens eine Strahlachse des Lichtgitters zumindest teilweise
unterbrochen. Ein derartiger Objekteingriff wird in der Auswerteeinheit 13 durch
eine Schwellwertbewertung der Ausgangssignale der Empfänger 10 erfasst.
Das dadurch generierte binäre
Objektfeststellungssignal wird über eine
Sicherheitsausgangsschaltung 14 ausgegeben. Je nach Sicherheitsanforderung
kann die Sicherheitsausgangsschaltung 14 einen ein- oder
mehrkanaligen Aufbau aufweisen.With free beam path of the light grid, the transmitted light rays hit 5 all stations 6 unhindered to the assigned receiver 10 , If an object or a person enters the surveillance area 4 , at least one beam axis of the light grid is at least partially interrupted. Such an object intervention is in the evaluation unit 13 by a threshold evaluation of the output signals of the receivers 10 detected. The binary object detection signal generated thereby is transmitted via a safety output circuit 14 output. Depending on the safety requirement, the safety output circuit 14 have a single or multi-channel structure.
Über die
Sicherheitsausgangsschaltung 14 werden Schaltsignale zur
Steuerung eines nicht dargestellten Arbeitsgerätes ausgegeben.About the safety output circuit 14 Switching signals are output to control a work unit, not shown.
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines als Flächendistanzsensor
ausgebildeten optischen Sensors 1. Der Flächendistanzsensor
weist einen nach dem Lichtlaufzeitverfahren arbeitenden Distanzsensor
auf. Der Distanzsensor besteht im Wesentlichen aus einem Sendelichtstrahlen 5 emittierenden
Sender 6 und einem Empfangslichtstrahlen 15 empfangenden
Empfänger 10.
Der Sender 6 ist von einer Laserdiode gebildet, der Empfänger 10 besteht
aus einer Photodiode. Zur Distanzmessung wird in der Auswerteeinheit 13 des
optischen Sensors 1 die Lichtlaufzeit der vom Sender 6 emittierten, auf
ein Objekt geführten
Sendelichtstrahlen 5 und der vom Objekt reflektierten Empfangslichtstrahlen 15 ausgewertet. 2 shows an embodiment of an optical sensor designed as a surface distance sensor 1 , The area distance sensor has a distance sensor operating according to the time of flight method. The distance sensor essentially consists of a transmitted light beam 5 emissive transmitter 6 and a receiving light beam 15 receiving recipient 10 , The transmitter 6 is formed by a laser diode, the receiver 10 consists of a photodiode. For distance measurement is in the evaluation 13 of the optical sensor 1 the light runtime of the transmitter 6 emitted, transmitted to an object transmitted light beams 5 and the received light beams reflected from the object 15 evaluated.
Der
optische Sensor 1 ist in einem Gehäuse 16 integriert.
In der Frontwand des Gehäuses 16 befindet
sich ein Fenster 17, durch welches die Sendelichtstrahlen 5 und
die Empfangslichtstrahlen 15 geführt sind.The optical sensor 1 is in a housing 16 integrated. In the front wall of the housing 16 there is a window 17 through which the transmitted light rays 5 and the received light beams 15 are guided.
Der
optische Sensor 1 weist zur periodischen Ablenkung der
Sendelichtstrahlen 5 eine Ablenkeinheit 18 auf.
Mittels der Ablenkeinheit 18 werden die Sendelichtstrahlen 5 innerhalb
eines Winkelbereichs abgelenkt, der im vorliegenden Fall 180° beträgt. Die Ablenkeinheit 18 weist
einen motorisch getriebenen, um eine Drehachse D drehbaren Spiegel 19 auf, über welchen
die Sendelichtstrahlen 5 und die Empfangslichtstrahlen 15 geführt sind.The optical sensor 1 indicates the periodic deflection of the transmitted light rays 5 a deflection unit 18 on. By means of the deflection unit 18 become the transmitted light rays 5 deflected within an angular range, which in the present case is 180 °. The deflection unit 18 has a motor-driven, about a rotational axis D rotatable mirror 19 on, over which the transmitted light beams 5 and the received light beams 15 are guided.
Durch
die Drehbewegung des Spiegels 19 werden die Sendelichtstrahlen 5 in
einer horizontalen Ebene geführt.
Die Abmessungen des Fensters 17 definieren dabei den Winkelbereich,
innerhalb dessen die Sendelichtstrahlen 5 in dieser Ebene
geführt sind.By the rotation of the mirror 19 become the transmitted light rays 5 guided in a horizontal plane. The dimensions of the window 17 define the angle range within which the transmitted light rays 5 are guided in this level.
Dieser
Winkelbereich sowie eine mit dem Distanzsensor noch erfassbare Maximaldistanz
begrenzen den Überwachungsbereich 4,
innerhalb dessen mit dem Flächendistanzsensor
Objekte erfassbar sind.This angular range as well as a maximum distance still detectable with the distance sensor limit the monitoring area 4 , within which objects can be detected with the area distance sensor.
Analog
zur Ausführungsform
gemäß 1 weist
der optische Sensor 1 gemäß 2 eine der Rechnereinheit 13 zugeordnete
Sicherheitsausgangsschaltung 14 auf, über welche insbesondere Schaltsignale
zur Steuerung des Arbeitsgerätes
ausgebbar sind.Analogous to the embodiment according to FIG 1 points the optical sensor 1 according to 2 one of the computer unit 13 associated safety output circuit 14 on, in particular switching signals can be output to control the implement.
3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der
Sicherheitsausgangsschaltung 14 für die optischen Sensoren 1 gemäß den 1 und 2.
Mit der Sicherheitsausgangsschaltung 14 wird im fehlerfreien
Fall ein über
einen Schaltausgang 20 ausgebbares Schaltsignal zur Deaktivierung
oder Aktivierung eines Arbeitsgerätes generiert, welches dem
im optischen Sensor 1 generierten Objektfeststellungssignal
entspricht. 3 shows a first embodiment of the safety output circuit 14 for the optical sensors 1 according to the 1 and 2 , With the safety output circuit 14 is in error-free case via a switching output 20 outputable switching signal for deactivation or activation of a working device generated, which in the optical sensor 1 generated object detection signal corresponds.
Die
Sicherheitsausgangsschaltung 14 wird mit einer Versorgungsspannung
UB versorgt, die über eine Diode 21 in
die Sicherheitsausgangsschaltung 14 eingespeist wird. Als
Endstufe zur Schaltung des Schaltausgangs 20 weist die
Sicherheitsausgangsschaltung 14 einen Halbleiter-Schalter 22 auf,
der im vorliegenden Fall von einem Leistungstransistor gebildet
ist. Die Dioden 23, 24 und der Widerstand 25 bestimmen
den maximalen Strom durch den Halbleiter-Schalter 22 und bilden mit
diesem eine Konstantstromquelle.The safety output circuit 14 is supplied with a supply voltage U B , which via a diode 21 in the safety output circuit 14 is fed. As output stage for switching the switching output 20 indicates the safety output circuit 14 a semiconductor switch 22 on, which is formed in the present case of a power transistor. The diodes 23 . 24 and the resistance 25 determine the maximum current through the semiconductor switch 22 and form with this a constant current source.
Dem
Halbleiter-Schalter 22 ist ein über einen Widerstand 26 an
der Versorgungsspannung anliegender Steuer-Transistor 27 zugeordnet.
Dieser Steuer-Transistor 27 steuert
in Abhängigkeit
der Basis-Emitter-Spannung des Halbleiter-Schalters 22 eine
Verriegelungsschaltung an, die von zwei weiteren Transistoren 28, 29 gebildet
ist. Der zweite Transistor 29 ist über einen Widerstand 30 mit
dem Steuer-Transistor 27 verbunden.The semiconductor switch 22 is one about a resistance 26 at the supply voltage applied control transistor 27 assigned. This control transistor 27 controls in dependence of the base-emitter voltage of the semiconductor switch 22 a latch circuit connected to two other transistors 28 . 29 is formed. The second transistor 29 is about a resistance 30 with the control transistor 27 connected.
Zur
Funktionsprüfung
des Halbleiter-Schalters 22 wird von der Rechnereinheit 13 ein
erstes Steuersignal US1 generiert, welches über Widerstände 31, 32, 33, 34 und
einen weiteren Transistor 35 dem Halbleiter-Schalter 22 zugeführt wird.
Die Widerstände 31, 32, 33 und
der Transistor 35 bilden dabei eine Konstantstromquelle
zur Ansteuerung des Halbleiterschalters 22. Über das
Signal US1 wird diese Konstantstromquelle
ein- oder ausgeschaltet und der Halbleiterschalter 22 entsprechend
gesteuert. Der Transistor 35 ist über einen weiteren Widerstand 36 mit
dem zweiten Transistor 29 der Verriegelungsschaltung verbunden.
Das durch das Steuersignal generierte Mess-Signal Umess am
Schaltausgang 20 des Halbleiter-Schalters 22 wird über einen
von zwei Widerständen 37, 38 gebildeten
Spannungsteiler und einen nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler in die
Rechnereinheit 13 rückgelesen.
An den Spannungsteiler schließt
eine Schutzdiode 39 an. Eine weitere nicht dargestellte
Schutzdiode kann in der Rückführleitung, über welche
das Mess-Signal Umess zur Rechnereinheit 13 zurückgeführt ist,
vorgesehen sein.For functional testing of the semiconductor switch 22 is from the computer unit 13 generates a first control signal U S1 , which via resistors 31 . 32 . 33 . 34 and another transistor 35 the semiconductor switch 22 is supplied. The resistors 31 . 32 . 33 and the transistor 35 form a constant current source for driving the semiconductor switch 22 , Via the signal U S1 , this constant current source is switched on or off and the semiconductor switch 22 controlled accordingly. The transistor 35 is about another resistance 36 with the second transistor 29 the latch circuit connected. The generated by the control signal measurement signal U mess at the switching output 20 of the semiconductor switch 22 is over one of two resistors 37 . 38 formed voltage divider and an analog-to-digital converter, not shown in the computer unit 13 read back. At the voltage divider closes a protective diode 39 at. Another protective diode, not shown, in the return line, via which the measuring signal U mess to the computer unit 13 is returned, be provided.
Der
Halbleiter-Schalter 22 ist über eine Sicherung 40 an
den Schaltausgang 20 angeschlossen. Weiterhin sind an den
Schaltausgang 20 Schaltmittel 41 angeschlossen,
die von einem Relais, einem Transistor oder dergleichen gebildet
sein können.
Die Schaltmittel 41 werden mit Steuersignalen US2 von der Rechnereinheit 13 angesteuert.The semiconductor switch 22 is about a backup 40 to the switching output 20 connected. Furthermore, to the switching output 20 switching means 41 connected, which may be formed by a relay, a transistor or the like. The switching means 41 be with control signals U S2 from the computer unit 13 driven.
Die
Schaltmittel 41 der Sicherheitsausgangsschaltung 14 bilden
einen Low-Side-Treiber, mit
welchen der Schaltausgang 20 auf seinen Low-Pegel geschaltet
wird. Der restliche Teil der Sicherheitsausgangsschaltung 14 gemäß 3 bildet einen
High-Side-Treiber, mittels dessen zur Generierung des High-Pegels am Schaltausgang 20 dieser mit
einer entsprechenden Spannung beaufschlagt wird. Der den High-Side-Treiber
bildende Teil der Sicherheitsausgangsschaltung 14 ist in 4 separat dargestellt.
Dieser High-Side-Treiber kann mit unterschiedlichen Low-Side-Treibern
kombiniert werden.The switching means 41 the safety output circuit 14 form a low-side driver, with which the switching output 20 is switched to its low level. The remainder of the safety output circuit 14 according to 3 forms a high-side driver, by means of which to generate the high level at the switching output 20 this is acted upon by a corresponding voltage. The part of the safety output circuit forming the high-side driver 14 is in 4 shown separately. This high-side driver can be combined with different low-side drivers.
Der
Halbleiter-Schalter 22 bildet die Endstufe der Sicherheitsausgangsschaltung 14,
mittels deren der jeweilige Schaltzustand des binären Schaltsignals
in Form des High- oder Low-Pegels ausgegeben wird. Im fehlerfreien
Fall entspricht der Schaltzustand des Schaltsignals dem Schaltzustand
des Objektfeststellungssignals.The semiconductor switch 22 forms the output stage of the safety output circuit 14 , By means of which the respective switching state of the binary switching signal is output in the form of the high or low level. In the error-free case, the switching state of the switching signal corresponds to the switching state of the object detection signal.
Der
Halbleiter-Schalter 22 dient nicht nur zur Schaltung des
Schaltausgangs 20, sondern bildet zugleich einen Sensor
zur Erkennung von Überlastzuständen, insbesondere
thermischen Überlastungen.The semiconductor switch 22 not only serves to switch the switching output 20 but also forms a sensor for detecting overload conditions, in particular thermal overloads.
Dabei
bestimmt die von den Dioden 23, 24 und dem Widerstand 25 gebildete
Konstantstromquelle den maximalen Strom durch den Halbleiter-Schalter 22 und
bildet so eine Abschaltschwelle für den Halbleiter-Schalter 22.
Wird die Abschaltschwelle überschritten
oder wird der Halbleiter-Schalter 22 erheblich heißer als
der Strom-Transistor 27, so wird der Steuer-Transistor 27 leitend. Dadurch
wird mittels des Steuer-Transistors 27 die Verriegelungsschaltung
angesteuert, wodurch der Halbleiter-Schalter 22 in einen
selbsthaltenden Verriegelungszustand überführt wird. Zur Verriegelung des
Halbleiter-Schalters 22 wird durch den leitenden Steuer-Transistor 27 der
Strom von den Transistoren 28, 29 übernommen,
so dass der Halbleiter-Schalter 22 nicht mehr angesteuert
und damit dauerhaft verriegelt wird.It determines the of the diodes 23 . 24 and the resistance 25 Constant current source formed the maximum current through the semiconductor switch 22 and thus forms a turn-off threshold for the semiconductor switch 22 , If the switch-off threshold is exceeded or becomes the semiconductor switch 22 considerably hotter than the current transistor 27 so becomes the control transistor 27 conductive. This is done by means of the control transistor 27 the latch circuit is driven, causing the semiconductor switch 22 is transferred to a latched latch state. For locking the semiconductor switch 22 is through the conductive control transistor 27 the current from the transistors 28 . 29 taken over, leaving the semiconductor switch 22 no longer activated and thus permanently locked.
Der
Halbleiter-Schalter 22 verbleibt insbesondere unabhängig von
der Funktion der Rechnereinheit 13 im selbsthaltenden Verriegelungszustand, so
dass im auftretenden Fehlerfall gewährleistet ist, dass das Schaltsignal
am Schaltausgang 20 auf dem Low-Pegel bleibt und damit
das angeschlossene Arbeitsgerät
deaktiviert ist und sich damit im sicheren Zustand befindet. Der
Verriegelungszustand des Halbleiter-Schalters 22 kann nur
durch Abschalten der Versorgungsspannung UB oder
durch Deaktivierung und anschließende Aktivierung der Steuersignale
US1 aufgehoben werden, wodurch ein unkontrolliertes
Einschalten des Halbleiter-Schalters 22 und damit verbunden
eine unkontrollierte Aktivierung des Arbeitsgerätes vermieden wird.The semiconductor switch 22 in particular remains independent of the function of the computer unit 13 in the latching latch state, so that it is ensured in the event of an error that the switching signal at the switching output 20 remains at the low level and thus the connected implement is disabled and thus is in the safe state. The lock state of the semiconductor switch 22 can be canceled only by switching off the supply voltage U B or by deactivation and subsequent activation of the control signals U S1 , whereby an uncontrolled turning on the semiconductor switch 22 and associated with an uncontrolled activation of the implement is avoided.
Zur
weiteren Erhöhung
der Funktionssicherheit der Sicherheitsausgangsschaltung 14 kann
der Halbleiter-Schalter 22 mittels der Schaltmittel 41 in den
Verriegelungszustand beziehungsweise in den Kurzschluss geschaltet
werden, falls der Halbleiter-Schalter 22 beispielsweise
aufgrund fehlerhafter Komponenten der Sicherheitsausgangsschaltung 14 nicht
innerhalb einer vorgegebenen Reaktionszeit abschaltet. Alternativ
kann die Verriegelung des Halbleiter-Schalters 22 mittels
der Sicherung 40 erfolgen. Die Kontrollfunktion wird zweckmäßig von
der Rechnereinheit 13 aus gesteuert.To further increase the reliability of the safety output circuit 14 can the semiconductor switch 22 by means of the switching means 41 be switched to the lock state or in the short circuit, if the semiconductor switch 22 for example due to faulty Components of the safety output circuit 14 does not shut off within a given reaction time. Alternatively, the latch of the semiconductor switch 22 by means of the fuse 40 respectively. The control function is expediently from the computer unit 13 controlled from.
Mittels
der Schutzdiode 39 und der gegebenenfalls im Rücklesekanal
des Mess-Signals vorgesehenen weiteren Schutzdiode können Leckströme bei Auftreten
von Common-Mode-Fehlern begrenzt werden.By means of the protective diode 39 and optionally provided in the readback channel of the measurement signal further protection diode leakage currents can be limited when common mode errors occur.
Mittels
der in der Rechnereinheit 13 generierten Steuersignale
US1, US2 ist einerseits
die Funktion des Halbleiter-Schalters 22 direkt überprüfbar und des
Weiteren die Funktion der Schutzdiode 39. Die Funktionsüberprüfung erfolgt
fortlaufend innerhalb einer vorgegebenen Zykluszahl. Die Steuersignale US1 werden direkt dem Halbleiter-Schalter 22 zugeführt und über den
Spannungsteiler direkt als Mess-Signale Umess in
die Rechnereinheit 13 rückgelesen.
Weiterhin werden durch die auf die Schaltmittel 41 geführten Steuersignale
US2 Mess-Signale generiert. Die in die Rechnereinheit 13 rückgelesenen Mess- Signale werden dort
bezüglich
ihrer Signalform untersucht. Daraus kann ermittelt werden, ob der Halbleiter-Schalter 22 und
die Schutzdiode 39 fehlerfrei arbeiten.By means of in the computer unit 13 generated control signals U S1 , U S2 on the one hand, the function of the semiconductor switch 22 directly verifiable and further the function of the protection diode 39 , The function check is carried out continuously within a given cycle number. The control signals U S1 are directly the semiconductor switch 22 supplied and via the voltage divider directly as measurement signals U mess in the computer unit 13 read back. Furthermore, by the on the switching means 41 guided control signals U S2 generates measurement signals. The in the computer unit 13 read back measurement signals are examined there in terms of their waveform. From this it can be determined if the semiconductor switch 22 and the protection diode 39 work without errors.
-
11
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Optischer
Sensoroptical
sensor
-
22
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Sendereinheittransmitter unit
-
33
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Empfängereinheitreceiver unit
-
44
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Überwachungsbereichmonitoring area
-
55
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SendelichtstrahlenTransmitted light beams
-
66
-
Sendertransmitter
-
77
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Erstes
Gehäusefirst
casing
-
88th
-
Fensterwindow
-
99
-
SendersteuereinheitTransmitter controller
-
1010
-
Empfängerreceiver
-
1111
-
Zweites
Gehäusesecond
casing
-
1212
-
Zweites
Fenstersecond
window
-
1313
-
Rechnereinheitcomputer unit
-
1414
-
SicherheitsausgangsschaltungSafety output circuit
-
1515
-
EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
-
1616
-
Gehäusecasing
-
1717
-
Fensterwindow
-
1818
-
AblenkeinheitDeflector
-
1919
-
Spiegelmirror
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2020
-
Schaltausgangswitching output
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2121
-
Diodediode
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2222
-
Halbleiter-SchalterSemiconductor switch
-
2323
-
Diodediode
-
2424
-
Diodediode
-
2525
-
Widerstandresistance
-
2626
-
Widerstandresistance
-
2727
-
Steuer-TransistorControl transistor
-
2828
-
Transistortransistor
-
2929
-
Transistortransistor
-
3030
-
Widerstandresistance
-
3131
-
Widerstandresistance
-
3232
-
Widerstandresistance
-
3333
-
Widerstandresistance
-
3434
-
Widerstandresistance
-
3535
-
Transistortransistor
-
3636
-
Widerstandresistance
-
3737
-
Widerstandresistance
-
3838
-
Widerstandresistance
-
3939
-
Schutzdiodeprotection diode
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4040
-
Sicherungfuse
-
4141
-
Schaltmittelswitching means
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DD
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Drehachseaxis of rotation
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UB U B
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Versorgungsspannungsupply voltage
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Umess U mess
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Mess-SignalMeasuring signal
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US1 U S1
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Steuersignalecontrol signals
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US2 U S2
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Steuersignalecontrol signals