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Die
Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Nachweis
von Objekten in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Eine
gattungsgemäße Vorrichtung ist in
DE 100 29 865 A1 beschrieben
und weist eine Strahlungsquelle zum Aussenden von elektromagnetischer
Strahlung, eine Sendeoptik zum Leiten der Strahlung entlang einem
Strahlengang im Überwachungsbereich, einen Hauptdetektor
zum Nachweis von direkt reflektierter Strahlung und eine Detektoroptik
zum Leiten der direkt reflektierten Strahlung auf den Hauptdetektor
auf, wobei die Sendeoptik und die Detektoroptik ein und dieselbe
Autokollimationsoptik ist.
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Bei
einem gattungsgemäßen Verfahren wird elektromagnetische
Strahlung in den Überwachungsbereich geleitet, von dem
nachzuweisenden Objekt direkt reflektierte Strahlung wird von einem
Detektor nachgewiesen und es wird eine Autokollimationsoptik verwendet,
welche die Strahlung auf den Strahlengang im Überwachungsbereich
und die direkt reflektierte Strahlung auf den Detektor leitet.
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Solche
Vorrichtungen werden bei komplexen Maschinen, in der Prozessautomatisierung
und allgemein in der industriellen Technik für eine Vielzahl
von Anwendungen eingesetzt. Ganz allgemein besteht hierbei ein Bedürfnis,
diese Reflexionslichtschranken auch bei geringem zur Verfügung
stehendem Platz flexibel einsetzen zu können.
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Eine
Auswertung vom Streulicht ist grundsätzlich, allerdings
aus einem völlig anderen Zusammenhang und unter Einsatz
eines völlig anderen Aufbaus, aus
DE 295 02 329 U1 bekannt.
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Die
Wirkungsweise einer konventionellen Reflexionslichtschranke mit
Autokollimation kann mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert
werden, welche darüber hinaus ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung beinhalten.
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Bei
konventionellen Reflexionslichtschranken wird die von einer Strahlungsquelle 20 abgestrahlte
und von einem Hauptdetektor 40 nachgewiesene Lichtleistung
ausgewertet. Der Mittelpunkt des Senders 20 befindet sich
dabei zweckmäßigerweise in einer optischen Achse 16 einer
Sendeoptik 32, wobei es sich im gezeigten Beispiel um eine
einfache Linse handelt. Das Licht gelangt von der Strahlungsquelle 20 durch
einen halbdurchlässigen Spiegel 22 und die Sendeoptik 32 zunächst
in den Überwachungsbereich 12 und sodann zu einem
Reflektor 28. An diesem Reflektor 28, der auch
als Retroreflektor bezeichnet wird, wird das Licht über
den Überwachungsbereich 12 hindurch zur Sendeoptik 32 zurück und
anschließend vom halbdurchlässigen Spiegel 22 in
Richtung des Detektors 40 reflektiert. Bei Überschreiten
eines Entscheidungsschwellwerts der auf den Detektor 40 auftreffenden
Lichtleistung schaltet die Lichtschranke, da, wie in 1 dargestellt,
der Lichtweg zwischen der Strahlungsquelle 20 und dem Reflektor 28 frei
ist. Wenn sich aber, wie in 2 gezeigt,
ein diffus reflektierendes Objekt 14 im Überwachungsbereich 12 zwischen
dem Detektor 40 und dem Reflektor 28 befindet,
gelangt der Lichtstrahl nicht auf den Reflektor 28. während
aber der Reflektor 28 das Licht gerichtet zurückreflektiert,
streut ein diffus reflektierendes Objekt 14 die einfallende
Strahlung breit und nur ein geringer Anteil des Lichts wird direkt
in Richtung des Detektors 40 reflektiert. Daraus folgt,
dass die vom Detektor 40 nachgewiesene Lichtleistung im
Fall eines stark streuenden Objekts 14 im Überwachungsbereich 12 kleiner
ist, als die Lichtleistung, die gemessen wird, wenn das Licht vom
Reflektor 28 direkt reflektiert wird.
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Entsprechend
wird der Entscheidungsschwellwert unterschritten und der Sensor,
also die Reflexionslichtschranke, schaltet.
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Eine
solche konventionelle Reflexionslichtschranke mit Autokollimation
hat den Nachteil, dass von einem stark reflektierenden oder streuenden, beispielsweise
weißen Objekt 14, das sich dicht vor der Sendeoptik 32 befindet,
verhältnismäßig viel Lichtleistung zum
Detektor 40 gestreut wird. Der Entscheidungsschwellwert
muss dann höher gewählt werden, damit unabhängig
von der Position des nachzuweisenden Objekts 14 im Überwachungsbereich 12 der
Entscheidungsschwellwert sicher unterschritten wird. Außerdem
ist zu berücksichtigen, dass die vom Reflektor 28 direkt
zurückreflektierte Lichtleistung mit der Entfernung zwischen
der Strahlungsquelle 20 und dem Reflektor 28 abnimmt.
Dies ist einerseits auf ein nichtideales, beispielsweise streuendes
Rückstrahlverhalten des Reflektors 28 zurückzuführen.
Andererseits wird bei Einsatz eines kleinen Reflektors 28 im
Fernfeld nur ein mit der Entfernung abnehmender Teil des ausgesendeten
Lichts reflektiert, da der Reflektor 28 überstrahlt
wird.
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Die
maximal zulässige Entfernung, das heißt die Größe
des Überwachungsbereichs 12 insgesamt, ist deshalb
dadurch eingeschränkt, dass die Lichtleistung den Entscheidungsschwellwert überschreiten
muss. Dieser muss so hoch liegen, dass durch reflektierte Strahlung
von einem Objekt 14 an einer beliebigen Position im Überwachungsbereich 12 die Einschaltschwelle
sicher nicht überschritten wird. Andererseits muss das
von dem Reflektor 28 zurückreflektierte Licht
so intensiv sein, dass der Entscheidungsschwellwert zuverlässig überschritten
wird.
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Aus
diesen Zwangsbedingungen ergibt sich also eine prinzipielle Beschränkung
für die Größe des Überwachungsbereichs 12.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der der Überwachungsbereich flexibler
gestaltet und insbesondere erheblich vergrößert
werden kann. Außerdem soll ein Verfahren zum Nachweis von
Objekten angegeben werden, welches die Überwachung eines
flexibler zu wählenden Bereichs ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch die Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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In
einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch das Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Vorrichtung der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch
weitergebildet, dass ein Zusatzdetektor zum Nachweis von gestreuter Strahlung
von einem nachzuweisenden Objekt vorhanden ist, dass der Zusatzdetektor
bezüglich der Autokollima tionsoptik so positioniert ist,
dass die Autokollimationsoptik vom nachzuweisenden Objekt kommende
gestreute Strahlung, nicht aber direkt vom nachzuweisenden Objekt
reflektierte Strahlung auf den Zusatzdetektor leitet und dass zum
Erkennen von stark streuenden Objekten im Überwachungsbereich
Messinformationen des Hauptdetektors und des Zusatzdetektors auswertbar
sind.
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Das
Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch
weitergebildet, dass von einem nachzuweisenden Objekt gestreute
Strahlung von einem Zusatzdetektor nachgewiesen wird, dass die Autokollimationsoptik
die gestreute Strahlung, nicht aber direkt von dem nachzuweisenden
Objekt reflektierte Strahlung auf den Zusatzdetektor leitet, und
dass Messinformationen des Detektors und des Zusatzdetektors zum
Nachweis, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet,
und zur Unterscheidung, ob es sich um ein direkt reflektierendes
Objekt oder um ein stark streuendes Objekt handelt, ausgewertet
werden.
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Als
erster Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, zusätzlich
zu der von dem nachzuweisenden Objekt direkt reflektierten Strahlung und/oder
der vom Reflektor direkt reflektierten Strahlung eine weitere Messinformation
bereitzustellen, die einen Unterschied zwischen einem sehr dicht
vor der Strahlungsquelle befindlichen Objekt und einem Reflektor
im Fernfeld erkennen lässt.
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Gemäß einem
zweiten Kerngedanken der Erfindung wird diese zusätzliche
Messinformation bereitgestellt, indem der diffuse Anteil des vom
nachzuweisenden Objekt gestreuten Lichts ausgewertet wird.
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Ein
dritter Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass
der zum Auswerten der diffus gestreuten Strahlung Ein dritter Kerngedanke der
Erfindung kann darin gesehen werden, dass der zum Auswerten der
diffus gestreuten Strahlung vorgesehene Zusatzdetektor bezüglich
der Autokollimationsoptik so angeordnet wird, dass mit dem Zusatzdetektor
nur das diffus gestreute Licht, nicht aber direkt vom Objekt oder
einem Reflektor reflektiertes Licht nachgewiesen wird.
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Als
erster wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann angesehen werden, dass durch Bereitstellen der zusätzlichen
Messinformation in Form des nachgewiesenen Streulichts, äußerst
zuverlässig auch stark streuende Objekte, die sich dicht vor
der Strahlungsquelle befinden, von dem Strahlungsmuster, welches
von auch sehr weit entfernten Reflektoren generiert wird, unterschieden
werden kann. In Praxis konnten hierdurch Vergrößerungen des Überwachungsbereichs
bis zu einem Faktor 3 realisiert werden. Beispielsweise sind Reflexionslichtschranken
mit einem Überwachungsbereich bis zu 10 m möglich.
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Ein
weiterer erheblicher Vorteil besteht in der sehr kompakten Anordnung
der optischen Komponenten, was insbesondere dadurch erreicht wird, dass
auch das Streulicht mit Hilfe der Autokollimationsoptik auf den
Zusatzdetektor geleitet wird. Hierdurch eröffnen sich neue
Einsatzmöglichkeiten für Anwendungen, bei denen
nur sehr begrenzt Platz zur Verfügung steht.
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Ein
wesentlicher Vorteil ist schließlich auch darin zu sehen,
dass die beschriebenen technischen Wirkungen mit sehr wenigen Komponenten
erreicht werden. Hieraus folgen für die Praxis bedeutsame Kostenvorteile.
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Für
die weitere Beschreibung der Erfindung wird im Folgenden davon ausgegangen,
dass sich ein Reflektor in einer so großen Entfernung zum Hauptdetektor
befindet, dass die im Hauptdetek tor gemessene Intensität
aufgrund von Strahlung, die vom Reflektor direkt reflektiert wurde,
geringer ist, als die von einem im Überwachungsbereich,
beispielsweise sehr dicht vor dem Hauptdetektor vorhandenen Objekt
gestreute Strahlungsintensität. In diesem Fall würde
die konventionelle, oben beschriebene Reflexionslichtschranke das
Objekt nicht erkennen. Inhalt der Erfindung ist nun die Einführung
und geeignete Anordnung des Zusatzdetektors, der nur diffus gestreutes
Licht nachweist. Der Sensor, womit vorliegend die gesamte Vorrichtung,
beispielsweise also die gesamte Reflexionslichtschranke, gemeint
ist, schaltet nur dann in den Zustand "Objekt nicht erkannt", wenn
auf dem Hauptdetektor, der auch als Detektor bezeichnet wird, Licht
auftrifft und auf dem Zusatzdetektor kein Licht auftrifft. In jedem
anderen Fall schaltet der Sensor in den Zustand "Objekt erkannt".
Dabei ist eine eindeutige Unterscheidung zwischen einem diffus streuenden
oder reflektierenden Objekt im Nahfeld und einem gerichtet, also
direkt reflektierenden Reflektor im Fernfeld möglich auch wenn
die von dem diffus streuenden Objekt auf der Detektorebene generierte
Lichtleistung höher ist als die des direkt reflektierenden
Reflektors.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung kann grundsätzlich
ohne separaten, fest installierten Reflektor arbeiten, da aus dem
Vergleich von direkt reflektierter und diffus gestreuter Strahlung
die gewünschte Information über Anwesenheit und
gegebenenfalls Beschaffenheit eines nachzuweisenden Objekts extrahiert
werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ohne fest installierten Reflektor kann dann als Intensitätstaster
angesehen und bezeichnet werden. Insbesondere können auch
stark direkt reflektierende mobile Objekte nachgewiesen werden.
Mit wenigen Komponenten wird dabei eine hohe Funktionalität
erzielt.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist aber zum Begrenzen des Überwachungsbereichs
und zum Reflektieren der Strahlung mindestens ein Reflektor vorhanden. Die
Vorrichtung kann dann als Reflexionslichtschranke mit fest angeordnetem
Reflektor angesehen und bezeichnet werden. Diese Konfiguration ist
insbesondere zum Nachweis von diffus streuenden Objekten geeignet.
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Die
Strahlungsquelle kann im Hinblick auf die jeweils bestehenden Erfordernisse
gewählt werden. Beispielsweise kann es sich um einen Laser
mit geeigneter Optik handeln. Besonders kompakte Anordnungen sind
möglich, wenn die Strahlung eine LED, ein Array aus mehreren
LED's oder eine Glühlampe ist. Leuchtdioden sind darüber
hinaus energieeffektiv und kostengünstig. Bei speziellen
Varianten können als Strahlungsquelle auch VCSELs oder
RCLEDs eingesetzt werden.
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Noch
kompaktere Anordnungen werden erreicht, wenn als Strahlungsquelle
ein LED-Chip in ein bedrahtetes Bauelement oder ein SMD-Bauelement eingebaut
ist oder ein LED-Chip an board bestückt ist.
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Die
Fehler- und/oder Störanfälligkeit des erfindungsgemäßen
Intensitätstasters kann weiter reduziert und die Nachweissicherheit
auch für stark streuende Objekte damit erhöht
werden, wenn als Strahlungsquelle so genannte "point-source"-LED's eingesetzt
werden, bei denen sich an der optisch emittierenden Fläche
keine Elektrode befindet oder der leuchtende Bereich von einer Elektrode
umschlossen wird. Die Abstrahlcharakteristik der emittierten Strahlung
weist bei solchen LED's nicht die bei konventionellen Leuchtdioden
vorhandenen "dips" auf, die von den frontseitig gebondeten Anschlussdrähten
herrühren.
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Hauptdetektors
ein weiterer Zusatzdetektor angeordnet ist. Mit einer solchen Anordnung
können insbesondere auch zur optischen Achse des Überwachungsbereichs
versetzte Objekte zuverlässig nachgewiesen werden. Es kann
also mit einer solchen Anordnung von weiteren Empfängern
im Umkreis des Hauptdetektors verhindert werden, dass der Sensor
den Zustand "Reflektor erkannt", das heißt also "Objekt
nicht erkannt", einnimmt, wenn sich im Fernfeld kein Retroreflektor,
aber im Nahfeld, an grundsätzlich beliebiger Position,
ein diffus reflektierendes Objekt befindet.
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Es
kann auch um den Hauptdetektor zusätzlich zum Zusatzdetektor
eine Mehrzahl von weiteren Zusatzdetektoren, insbesondere symmetrisch,
angeordnet sein. Die verschiedenen Empfänger oder Detektoren
können insbesondere als Array mit zwei oder mehreren einzelnen
Abschnitten, die gleiche oder unterschiedliche Größe
aufweisen können, angeordnet sein. Das Array kann dabei
eine Ring-, Matrix-, Streifen- und/oder Pixelstruktur aufweisen.
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In
verfahrensmäßiger Hinsicht kann diese Mehrzahl
von Zusatzdetektoren verwendet werden, um aus der Zeitabhängigkeit
der vorn Detektor und den Zusatzdetektoren gemessenen Signale einen Bewegungsverlauf
des zu überwachenden Objekts im Überwachungsbereich
zu ermitteln. Hierdurch eröffnen sich völlig neue
Anwendungsgebiete für Intensitätstaster und Reflexionslichtschranken.
Beispielsweise kann so mit sehr einfachen Mitteln festgestellt werden,
von welcher Richtung aus ein zu überwachendes Objekt in
den Überwachungsbereich eintritt.
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Bei
einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Messsignale des Hauptdetektors und des Zusatzdetektors
jeweils separat mit Schwellwerten verglichen und dann wird nach
einer Bei einer Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden die Messsignale des Hauptdetektors und des Zusatzdetektors
jeweils separat mit Schwellwerten verglichen und dann wird nach
einer vorgegebenen Logik entschieden, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich
befindet oder nicht.
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In
Situationen, bei denen die Signale von einem sehr stark streuenden
Objekt von denjenigen eine Reflektors unterschieden werden müssen,
kann es außerdem von Vorteil sein, dass zumindest das Messsignal
des Hauptdetektors mit zwei unterschiedlichen Schwellwerten verglichen
wird. Sofern die vom Hauptdetektor gemessene Intensität über dem
oberen dieser Schwellwerte liegt, kann immer davon ausgegangen werden,
dass das nachgewiesene Signal von einem Reflektor stammt und sich mithin
kein Objekt im Überwachungsbereich befindet. Wenn andererseits
die vom Hauptdetektor nachgewiesene Intensität unter dem
unteren der Schwellwerte liegt, steht fest, dass sich ein Objekt
im Überwachungsbereich befinden muss oder kein Reflektor anwesend
ist. Wenn die vom Hauptdetektor gemessene Intensität zwischen
den beiden Schwellwerten liegt, wird zur Entscheidung das Signal
des Zusatzdetektors herangezogen. Sofern dieses über einer bestimmten
Schwelle liegt, wird entschieden "Objekt vorhanden", andernfalls
werden die nachgewiesenen Signale wiederum dem Reflektor zugeordnet.
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Im
Hinblick auf die optischen Eigenschaften, im Wesentlichen also das
Streu- und Reflexionsverhalten von bestimmten zu überwachenden
Objekten kann es zweckmäßig sein, dass zum Erkennen
dieser bestimmten Objekte ein Einlernvorgang für die Schwellwerte
durchgeführt wird. Durch ein solches "teach-in" für
die Schwellwerte wird insgesamt die Nachweiszuverlässigkeit
erhöht und es können auch Reflektoren mit hohem
diffus reflektierendem Anteil im Nahbereich des Sensors eingesetzt
werden.
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Bei
weiteren Auswertemethoden, die je nach Anwendungssituation zweckmäßig
und vorteilhaft sein können, werden die Messsignale des
Hauptdetektors und der Zusatzdetektoren durch mathematische Operationen
miteinander verknüpft, wobei insbesondere eine Subtraktion
des Hauptdetektorsignals von den Signalen der Zusatzdetektoren oder eine
Division der Zusatzdetektorsignale durch das Signal des Hauptdetektors
zweckmäßig sein kann.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nachstehend
unter Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren erläutert.
Hierin zeigt:
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1 in
einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, die hier als Reflexionslichtschranke
ausgebildet ist;
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2 eine
weitere schematische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus 1 mit
einem Objekt im Überwachungsbereich;
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3 ein
zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ohne fest angeordneten Reflektor und mit versetzt im Überwachungsbereich
befindlichem Objekt;
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4–6 Varianten
von Detektoren für die erfindungsgemäße
Vorrichtung; und
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7 eine
Tabelle, anhand welcher ein Auswerteverfahren mit einer dreiwertigen
Logik erläutert wird.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert.
Identische Komponenten sind in diesen Figuren jeweils mit denselben
Be zugszeichen versehen. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Reflexionslichtschranke 10, das
heißt, es ist ein Reflektor 28 zur Begrenzung eines Überwachungsbereichs 12 vorgesehen.
Als wesentliche Komponenten weist diese Reflexionslichtschranke 10 eine
Strahlungsquelle 20, beispielsweise eine Leuchtdiode, einen
Strahlteiler 22, eine Linse 30 als Autokollimationsoptik,
einen Hauptdetektor 40 sowie einen Zusatzdetektor 50 auf.
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Die
von der Strahlungsquelle 20 in einem divergenten Strahlenbündel
emittierte Strahlung 24 gelangt zunächst durch
den Strahlteiler 22 auf die Autokollimationsoptik 30.
Die Autokollimationsoptik 30 lenkt die Strahlung 24 anschließend
auf einen Strahlengang 26 im Überwachungsbereich 12.
Im gezeigten Beispiel erzeugt die Autokollimationsoptik 30,
die hier als Sendeoptik 32 wirkt, aus dem divergenten Strahlenbündel
ein zu einer optischen Achse 16 des Systems paralleles
Strahlenbündel, welches sodann mit einer durch eine Ellipse 29 veranschaulichten
Intensität auf den Reflektor 28 trifft.
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Statt
des Strahlteilers 22 ist grundsätzlich auch möglich,
einen Spiegel mit einer kleinen Öffnung zum Durchtritt
der Strahlung zu verwendet. Hierbei muss die Strahlführung
auf dem Hin- und Rückweg geeignet gewählt werden,
um möglichst wenig Intensität zu verlieren.
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Vom
Reflektor 28 wird die Strahlung 24 zurück
in Richtung der Autokollimationsoptik 30 reflektiert, welche
direkt reflektierte Strahlung 25 über den Strahlteiler 22 auf
den Hauptdetektor 40 fokussiert. Die Autokollimationsoptik 30 erfüllt
hier die Funktion einer Detektoroptik 34.
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Eine
auf dem Hauptdetektor 40 auftreffende und von diesem zu
messende Intensität der direkt reflektierten Strahlung 25 ist in 1 durch
eine Ellipse 41 symbolisiert. Auf den erfindungsgemäß vorgesehenen
Zusatzdetektor 50 fällt in der in 1 gezeigten
Situation keine Intensität, da sich im Überwachungsbereich 12 kein
nachzuweisendes Objekt, insbesondere kein diffus streuendes oder
reflektierendes Objekt, befindet.
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Eine
Situation mit einem solchen nachzuweisenden, streuenden Objekt 14 im Überwachungsbereich 12 ist
in 2 gezeigt. Eine auf das Objekt 14 auftreffende
Intensität der Strahlung 24 ist dort durch eine
Ellipse 15 veranschaulicht. Das Objekt 14 ist
so geartet, dass zwar ein Teil der einkommenden Strahlung 24 direkt
reflektiert wird. Diese Strahlungsanteile sind in 2 mit
dem Bezugszeichen 25 versehen und werden durch die Autokollimationsoptik 30 wie
in 1 auf den Hauptdetektor 40 gelenkt. Die
in dieser Situation auf den Hauptdetektor 40 auftreffende
Intensität ist in 2 durch
eine Ellipse 42 symbolisiert und geringer als die in 1 auf
den Hauptdetektor 40 auftreffende und durch die Ellipse 41 dargestellte Intensität.
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Ein
weiterer wesentlicher Teil der auf das Objekt 14 fallenden
Strahlung 24 wird vom Objekt 14 jedoch diffus
reflektiert. Diese diffus reflektierte Strahlung ist in 2 mit
dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet. Erfindungsgemäß ist
der Zusatzdetektor 50 bezüglich der Autokollimationsoptik 30 so
angeordnet, dass die Autokollimationsoptik 30 nur diffus
gestreute Strahlung 27, nicht aber direkt reflektierte Strahlung 25 auf
den Zusatzdetektor 50 leitet. Mit dem Zusatzdetektor 50 wird
also nur indirekt gestreutes oder reflektiertes Licht 27 nachgewiesen.
Die auf dem Zusatzdetektor 50 auftreffende Intensität
ist in 2 durch eine Ellipse 51 veranschaulicht.
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Die
Auswertung der Signale des Hauptdetektors 40 und des Zusatzdetektors 50 kann
insbesondere durch eine logische Ver knüpfung so erfolgen,
dass der Sensor nur dann in den Zustand "Objekt nicht erkannt" schaltet,
wenn das auf den Hauptdetektor 40 auftreffende Licht einen
Grenz- oder Schwellwert überschreitet und das auf dem Zusatzdetektor 50 auftreffende
Licht einen zweiten Grenzwert unterschreitet.
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Alternativ
können die gewünschten Informationen darüber,
ob sich ein Objekt 14 im Überwachungsbereich 12 befindet
und gegebenenfalls um was für ein Objekt es sich handelt,
auch durch mathematische Operationen, wie Subtraktion oder Division der
Messsignale, erhalten werden.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in 3 gezeigt. Hierbei handelt es
sich um einen Intensitätstaster 100, der insbesondere
zum Erkennen von, typischerweise mobilen Reflektoren, verwendet
wird. Ein fest installierter Reflektor zum Begrenzen eines Überwachungsbereichs 12 ist
deshalb hier nicht vorhanden. Äquivalente Komponenten des
Intensitätstasters 100 tragen dieselben Bezugszeichen
wie die in den 1 und 2 gezeigte
Reflexionslichtschranke 10. Im Unterschied zur Reflexionslichtschranke 10 der 1 und 2 ist
aber in dem in 3 dargestellten Beispiel ein
weiterer Zusatzdetektor 52 vorhanden, der auf einer dem
ersten Zusatzdetektor 50 gegenüberliegenden Seite
des Hauptdetektors 40 positioniert ist.
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Mit
einer solchen Anordnung kann eine weitere Aufgabe gelöst
werden, welche sich insbesondere stellt, wenn der Intensitätstaster,
der auch kurz als Sensor bezeichnet werden kann, nicht als Lichtschranke
im klassischen Sinn, sondern zur Erkennung von Reflektoren verwendet
wird. Dies ist genau die in 3 gezeigte
Situation, wo sich kein fest angeordneter Reflektor im Lichtweg
befindet. Wenn das nachzuweisende Objekt 14 gegenüber
der optischen Achse 16 des Systems einen gewissen Seiten versatz
aufweist, kann es zu einem Strahlverlauf, wie in 3 gezeigt,
kommen. Dort ist wiederum direkt reflektiertes Licht mit dem Bezugszeichen 25 und
diffus gestreutes Licht mit dem Bezugszeichen 27 versehen.
Die auf das versetzt zur optischen Achse 16 befindliche
Objekt einfallende Intensität der Strahlung 24 ist
dort durch eine Halbellipse 17 symbolisiert. Aufgrund des
Seitenversatzes des Objekts 14 trifft kein gestreutes Licht 27 auf
den Zusatzdetektor 50, wohl aber gelangt ein wesentlicher
Teil von direkt reflektierter Strahlung 25 in den Hauptdetektor 40.
Der Sensor könnte in dieser Situation somit nicht zwischen
einem im Fernfeld befindlichen Reflektor und einem an einem beliebigen
Punkt, im gezeigten Beispiel quer zur optischen Achse 16 versetzten
Punkt, befindlichen diffus reflektierenden Objekt 14 unterscheiden.
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Um
diesem Problem abzuhelfen, ist bei dem in 3 gezeigten
Intensitätstaster 100 ein weiterer Empfänger
oder Detektor 52 auf einer dem ersten Zusatzdetektor 50 gegenüberliegenden
Seite des Hauptdetektors 40 angeordnet. Aus dem in 3 gezeigten
Strahlenverlauf ist ersichtlich, dass aufgrund der konkreten Positionierung
des Objekts 14 versetzt zur optischen Achse 16 zwar
nicht der Zusatzdetektor 50, wohl aber der weitere Zusatzdetektor 52 Strahlungsintensität
an diffus reflektierter Strahlung 27 erhält, welche
in 3 mit einer Ellipse 53 veranschaulicht
ist und dementsprechend vom weiteren Zusatzdetektor 52 gemessen
werden kann. Die auf den Hauptdetektor 40 fallende Intensität
ist in 3 durch die Ellipse 43 veranschaulicht.
Das Auswerteverfahren kann im Übrigen wie bei der in den 1 und 2 gezeigten
Reflexionslichtschranke 10 erfolgen.
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Um
die Erkennungssicherheit für eventuell versetzt im Überwachungsbereich 12 positionierte Objekte 14 zu
erhöhen, können auch drei, vier oder noch mehr
Zusatzdetektoren um den Haupt detektor 40 angeordnet sein.
Insbesondere können hierfür auch Empfänger-Arrays 70 eingesetzt
werden, welche eine Matrix- oder Pixelstruktur aufweisen. Solche Arrays 70 sind
in den 4, 5 und 6 dargestellt.
Die in 4 gezeigte Variante mit einer Ringstruktur, bei
der sich im Zentrum ein Hauptdetektor 40 und jeweils konzentrisch
darum angeordnet eine Mehrzahl von Zusatzdetektoren 50, 52, 54, 56 befindet,
hat sich als besonders günstig herausgestellt. 5 zeigt
im Wesentlichen die Anordnung der Detektoren aus 3.
Bei dem in 6 gezeigten Detektor-Array 70 sind
insgesamt vier Zusatzdetektoren 50, 52, 54, 56 um
einen Hauptdetektor 40 herum angeordnet.
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Eine
weiterentwickelte Variante der Auswertung und des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird mit Bezug auf die Tabelle in 7 erläutert.
Durch die nichtidealen Eigenschaften von realen Retroreflektoren
kann es im Nahfeld des Sensors dazu kommen, dass ein Retroreflektor
auch auf dem Zusatzdetektor 50 ein Signal hervorruft und
damit der Sensor insgesamt den Zustand "Objekt erkannt" einnimmt. Dieser
Effekt kann verhindert werden und damit ein sicheres Erkennen von
Retroreflektoren auch im Nahfeld gewährleistet werden,
wenn die im Folgenden beschriebene erweiterte Logik eingesetzt wird. Diese
beruht im Wesentlichen darauf, dass der vom Hauptdetektor 40 gemessene
Intensitätswert nicht, wie bisher, nur mit einem Schwellwert,
sondern nunmehr mit zwei verschieden großen Schwellwerten verglichen
wird. Wenn sich ein Retroreflektor im Nahfeld vor dem Sensor befindet,
ist das auf den Hauptdetektor 40 reflektierte Signal sehr
hoch. Bei solch hohen Signalen wird dann das Ausgangssignal des Zusatzdetektors 50 bei
der Auswertung von vornherein nicht berücksichtigt, sondern
es wird sofort der Zustand "Objekt nicht erkannt" und "Retroreflektor
erkannt" angenommen, Fall vier in der Tabelle in 7.
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Wenn
andererseits das vom Hauptdetektor 40 gemessene Signal
kleiner als eine erste Schwelle ist, wird ebenfalls die Messinformation
des Zusatzdetektors 50 nicht berücksichtigt und
sofort der Zustand "Objekt erkannt" und "Retroreflektor nicht erkannt" eingenommen.
Dies ist der Fall eins in der Tabelle aus 7. Das Messsignal
des Zusatzdetektors 50 wird nur berücksichtigt,
wenn die vom Hauptdetektor 40 gemessene Intensität
klein ist, sich also zwischen den beiden erwähnten Schwellen
bewegt. Das vom Hauptdetektor 40 empfangene Signal kann
also nicht, wie bisher, nur zwei, sondern hier drei Zustände
annehmen, nämlich "0", das heißt "nichts gesehen",
"wenig" das heißt "mehr als nichts aber weniger als der
sogenannte Weißwert", und schließlich "1", das
heißt "mehr als der Weißwert". Der Begriff "Weißwert",
der die obere der beiden Schwellen darstellt, bezeichnet hier das
höchstmögliche von einem diffus reflektierenden
Objekt ausgelöste Signal auf dem Hauptdetektor 40.
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Die
Fälle eins und vier der Tabelle in 7 beschreiben
die Funktion einer klassischen Reflexionslichtschranke. Die hier
beschriebene Erfindung ermöglicht zusätzlich die
Unterscheidung der Fälle zwei und drei, wenn also das vom
Hauptdetektor 40 empfangene Signal kleiner oder gleich
dem "Weißwert" ist. Stark streuende Objekte 14 können
so hervorragend von Reflektoren unterschieden werden.
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Insgesamt
wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitgestellt,
die insbesondere als Intensitätstaster und als Reflexionslichtschranke
eingesetzt werden kann und mit welcher zum einen der zuverlässig
zu überwachende Bereich erheblich vergrößert
wird und mit welcher außerdem eine sehr sichere Unterscheidung
stark streuender Objekte von reflektierenden Objekten möglich
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10029865
A1 [0002]
- - DE 29502329 U1 [0005]