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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Justierung eines Lichtgitters.
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Um opto-elektronische Sensoranordnungen mit wenigstens einem Lichtsender und wenigstens einem Lichtempfänger auszurichten, sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Liegt die Wellenlänge des von dem Lichtsender ausgesandten Licht im sichtbaren Bereich und weist der ausgesandte Lichtstrahl genügend Intensität auf, so dass er auf dem Lichtempfänger oder einem anderen Zielbereich sichtbar ist, kann die opto-elektronische Sensoranordnung von einem Benutzer visuell ausgerichtet werden. Ist der Auftreffpunkt des von dem Lichtsender ausgesandten Lichtstrahls auf dem Zielbereich nicht sichtbar, kann die opto-elektronische Sensoranordnung mittels eines zusätzlichen Lichtstrahls, welcher im sichtbaren Bereich liegt und genügend Intensität aufweist, wie beispielsweise einem Laser, visuell ausgerichtet werden.
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Alternativ kann auch mit dem Lichtempfänger das Empfangssignal gemessen und grafisch dargestellt werden. Der Benutzer variiert die relative Ausrichtung zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger solange, bis das Empfangssignal maximiert ist. In allen Fällen justiert der Benutzer die opto-elektronische Sensoranordnung so lange, bis die nach seiner Meinung ideale Ausrichtung erreicht ist.
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Nachteilig bei dem Verfahren, bei welchem das Empfangssignal grafisch dargestellt wird, ist, dass der Benutzer das Maximum des Empfangssignals finden muss, was bedeutet, dass er zuerst den gesamten Sichtbereich der opto-elektronischen Sensoranordnung bei der Justierung durchfahren muss und bei einer digitalen grafischen Darstellung des Empfangssignals die ideale Ausrichtung in der Mitte zwischen den beiden Schaltpunkten des digitalen Anzeigewerts ausrichten muss, wobei die ideale Ausrichtung jedoch nicht eindeutig definiert ist. Je nach Lage der Schaltschwellen kann der Bereich zwischen den Schaltpunkten sehr groß sein, so dass die Einstellung auf die Mitte zwischen den beiden Schaltpunkten nicht zwingend bedeutet, dass die opto-elektronische Sensoranordnung in dieser Position ideal ausgerichtet ist. Bei einer analogen grafischen Darstellung des Empfangssignals ist es dem Benutzer zwar möglich, die opto-elektronische Sensoranordnung auf die Position auszurichten, bei welcher das Empfangssignal ein Maximum aufweist. Bei einer inhomogenen Abstrahlcharakteristik der Lichtstrahlen besteht jedoch hier das Problem, dass zwei oder mehrere Maxima vorhanden sein können, so dass der Benutzer sich für eine der Positionen entscheiden muss und auch hier nicht zwingenderweise die ideale Ausrichtung erreicht wird.
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Bei mehrstrahligen opto-elektronischen Sensoranordnungen wie beispielsweise Lichtgittern besteht zudem das Problem, dass die Ausrichtung auf das Maximum des Empfangssignals bzw. auf die Mitte zwischen zwei Schaltpunkten nicht unbedingt die ideale Ausrichtung darstellt, da möglicherweise die einzelnen Strahlen des Lichtgitters unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken aufweisen können. Schließlich ist ein weiteres Problem die Zuordnung des Signalpegels zu der grafischen Anzeige beispielsweise, wenn der Pegel einen großen Dynamikbereich umfasst beispielsweise durch unterschiedliche Abstände zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger. In diesem Falle ist bei kleinen Signalen beispielsweise bei einer digitalen Anzeige mit Balken nur ein Balkensegment sichtbar und die Ausrichtung somit sehr schwierig, während bei großen Signalen über einen großen Sichtbereich eine Übersteuerung auftreten kann, was bedeutet, dass alle Balkensegmente permanent leuchten und eine exakte Ausrichtung somit nicht möglich ist.
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Die
DE 694 19 305 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle der Winkelabweichung einer optischen Sensoranordnung, bei welcher die Achsen der Lichtstrahlen in zumindest einem Paar von Kanälen relativ zueinander schief sind, wobei das Verhältnis der Amplituden der Signale bestimmt wird und ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn das Verhältnis der Amplituden der Signale das Verhältnis eines vorbestimmten hohen und niedrigen Amplitudenwertes überschreitet. Damit wird jedoch lediglich überprüft, ob die Winkelabweichung der optischen Sensoranordnung einen Toleranzwert nicht überschreitet, eine optimale Ausrichtung wird dadurch nicht gewährleistet.
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Die
DE 196 34 781 C1 offenbart ein Verfahren zur berührungslosen Erkennung von Verschwenkwinkeln, beispielsweise einer Fernbedienung. Aufgrund der empfangenen Abstrahlcharakteristik zweier Sendedioden, deren Abstrahlwinkel zueinander versetzt ist, kann eine Positionsänderung der Fernbedienung gegenüber einem Empfänger festgestellt werden.
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Die
DE 195 44 355 A1 offenbart ein gleichartiges Verfahren zur Feststellung der Position einer Fernbedienung und einer damit verbundenen Führung eines Cursors auf einem Bildschirm mit zwei in einer Fernbedienung angeordneten Sendeelementen, deren Abstrahlwinkel jeweils zueinander versetzt sind.
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In der
US 2,173,918 werden versetzt ausgesendete Abstrahlcharakteristiken zur Führung eines Fahrzeugs beschrieben.
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Die
US 6 825 923 B2 offenbart eine Sensoranordnung, wobei zur Justierung der Sensoranordnung zwei parallele, beabstandete Laserstrahlen genutzt werden.
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In der
DE 101 22 321 A1 wird eine Vorrichtung zur Beurteilung der Lage zweier Maschinenteile offenbart. Danach werden zwei parallel ausgesandte Lichtstrahlen über eine spezielle Spiegelumlenkeinheit auf einen ortsauflösenden Empfänger gelenkt, wobei der Auftritt auf der Empfängereinheit zur Ausrichtung herangezogen werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche es einem Benutzer ermöglichen, ein Lichtgitter auf einfache Weise möglichst exakt auszurichten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Justierung eines Lichtgitters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Justierung eines Lichtgitters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, wenigstens zwei Lichtsender zu verwenden, wobei die Lichtsender jeweils einen Lichtstrahl mit einer Strahlachse aussenden, welche nicht deckungsgleich sind. Dazu können beispielsweise die Strahlachsen der Lichtsender parallel zueinander versetzt in einem vorgegebenen Abstand oder unter einem Winkel zueinander in einer Schieflage angeordnet sein.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Lichtempfänger in wenigstens einer Position relativ zu den Lichtsendern angeordnet und in dieser Position die Empfangssignale der beiden Lichtstrahlen mit dem Lichtempfänger detektiert. Anschließend wird die Differenz zwischen den beiden mit dem Lichtempfänger detektierten Empfangssignalen ermittelt. Die opto-elektronische Sensoranordnung ist so ausgelegt, dass die ideale Ausrichtung des Lichtempfängers relativ zu den Lichtsendern zwischen den beiden Lichtstrahlen oder Lichtkeulen der Lichtsender liegt. Dies bedeutet, dass bei parallel zueinander verlaufenden Strahlachsen der beiden Lichtsender die optimale Position des Lichtempfängers auf einer Geraden liegt, welche parallel zu beiden Strahlachsen liegt und zu jeder Strahlachse den halben Abstand der beiden Strahlachsen zueinander aufweist oder dass bei im Winkel zueinander verlaufenden Strahlachsen die optimale Position des Lichtempfängers auf der Winkelhalbierenden liegt. Auf dieser Geraden ist die Differenz zwischen den beiden Empfangssignalen minimal. Falls die Lichtkeulen der Lichtsender keine ideal gleiche Intensität und Richtstrahlcharakteristik aufweisen verschiebt sich die ideale Ausrichtung des Lichtempfängers entsprechend.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Detektieren der Empfangssignale der beiden Lichtstrahlen mit dem Lichtempfänger mit einer unterschiedlichen Wellenlänge der Lichtstrahlen. Dadurch kann das Licht der Lichtsender gleichzeitig durch den Lichtempfänger empfangen werden und eine Differenz ermittelt werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass zwei Lichtsender mit teilweise überlappenden Lichtstrahlen gleichzeitig ausgewertet werden und damit sehr schnell eine Differenz der Empfangssignale ermittelt wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung senden die Lichtsender gepulste Lichtstrahlen aus, wobei die Lichtpulse der unterschiedlichen Lichtsender zeitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch fällt das Licht von den verschiedenen Lichtsendern zeitlich versetzt auf den Lichtempfänger, so dass der Lichtempfänger die Empfangssignale der beiden Lichtstrahlen der unterschiedlichen Lichtsender separat voneinander zeitlich versetzt detektiert und anschließend aus zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Empfangssignalen die Differenz ermittelt wird. Eine derartige Vorgehensweise ist insbesondere bei sich teilweise überlappenden Lichtstrahlen beispielsweise wenn Lichtsender mit einer breiten Lichtkeule verwendet werden, vonnöten, um eindeutig feststellen zu können, von welchem Lichtsender das detektierte Signal stammt.
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Erfindungsgemäß wird die ermittelte Differenz grafisch dargestellt, so dass der Benutzer anhand der Differenz feststellen kann, ob die ideale Ausrichtung bereits erreicht ist oder der Lichtempfänger in seiner Position noch variiert werden muss, insbesondere um seine Achse gedreht oder in seiner Position verschoben werden muss. Dabei zeigt das Vorzeichen der Differenz an, in welche Richtung der Lichtempfänger in seiner Position noch gedreht oder verschoben werden muss.
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Insbesondere kann bei der grafischen Darstellung angezeigt werden, wenn die ideale Position der Lichtsender relativ zu dem Lichtempfänger erreicht wurde, wobei als diese Position die Position angesehen wird, in welcher der Betrag der Differenz minimal, vorzugsweise gleich Null, ist und beispielsweise das Erreichen dieser Position durch zusätzliche optische Signale grafisch angezeigt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Justierung eines Lichtgitters weist wenigstens zwei Lichtsender und wenigstens einen Lichtempfänger auf, wobei die Lichtsender jeweils einen Lichtstrahl mit einer Strahlachse aussenden, welche nicht deckungsgleich sind. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, welche mit dem Lichtempfänger verbindbar ist und welche geeignet ist, aus mit dem Lichtempfänger detektierten Empfangssignalen der beiden Lichtstrahlen eine Differenz zu bilden.
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Vorzugsweise senden dabei die Lichtsender gepulste Lichtstrahlen aus, wobei die Lichtpulse der unterschiedlichen Lichtsender zeitlich zueinander angeordnet sind, um insbesondere bei sich überlappenden Lichtstrahlen der Lichtsender zuverlässig unterscheiden zu können, von welchem Lichtsender das detektierte Empfangssignal stammt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Strahlcharakteristiken der Lichtstrahlen der Lichtsender im Wesentlichen, d. h. insbesondere im Rahmen der Fehlertoleranzen, identisch, wodurch gewährleistet wird, dass das Differenzsignal in der Mitte zwischen den beiden Strahlachsen der Lichtsender minimal wird und somit der Lichtempfänger symmetrisch zwischen den Lichtsendern in der idealen Ausrichtung angeordnet wird.
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Vorzugsweise sind die Strahlachsen der Lichtsender parallel versetzt zueinander oder in einem Winkel zueinander angeordnet, um zu erreichen, dass die Strahlachsen nicht zueinander deckungsgleich sind.
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Um die Benutzung für den Benutzer besonders zu vereinfachen, weist die Vorrichtung eine Anzeigeeinheit auf, welche mit der Auswerteeinheit verbunden ist und mit welcher die ermittelte Differenz grafisch darstellbar ist, so dass der Benutzer einfach feststellen kann, ob die opto-elektronische Sensoranordnung bereits optimal ausgerichtet ist oder noch nachjustiert werden muss, wobei insbesondere anhand des Vorzeichens der Differenz dem Benutzer auch Hinweise dafür gegeben werden, in welche Richtung die Ausrichtung verbessert wird.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigt:
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1a die Intensität der Empfangssignale der Lichtstrahlen zweier Lichtsender in Abhängigkeit von der relativen Position zwischen Lichtempfänger und Lichtsender,
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1b die Differenz der beiden Empfangssignale aus 1a,
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2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Anordnung zweier Lichtsender,
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3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform zweiter Lichtsender und
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4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform zweier Lichtsender.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Justierung eines Lichtgitters mit einem ersten Lichtsender S1 und einem zweiten Lichtsender S2 sowie einem Lichtempfänger E. Die beiden Lichtsender S1, S2 senden jeweils einen Lichtstrahl L1, L2 aus, wobei der Lichtstrahl L1 eine Strahlachse X1 und der Lichtstrahl L2 eine Strahlachse X2 aufweist. Die beiden Strahlachsen X1, X2 sind nicht deckungsgleich, sondern sind in einem Abstand d parallel versetzt zueinander angeordnet. Dabei sind die Lichtsender S1, S2 so angeordnet, dass die Lichtstrahlen L1, L2 in die gleiche Richtung ausgesandt werden.
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Der Lichtempfänger E muss im Hinblick auf die Position der Lichtsender S1, S2 ausgerichtet und justiert werden, bzw. die Lichtsender S1, S2 auf den Lichtempfänger E, wobei die ideale Position auf einer Geraden g liegt, welche parallel zu den Strahlachsen X1, X2 verläuft, wobei die Gerade g in der Mitte zwischen den beiden Strahlachsen X1, X2 angeordnet ist und somit zu den beiden Strahlachsen X1, X2 jeweils einen Abstand d/2 aufweist.
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Um den Lichtempfänger E in die ideale Position zu bringen, ist der Lichtempfänger E mit einer nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden, die die von dem Lichtempfänger E detektierten Signale auswertet. Der Lichtempfänger E wird im Raum relativ zu den Lichtsendern S1, S2 bewegt, beispielsweise um eine Achse durch den Lichtempfänger E, welche in 2 senkrecht zu der Papierebene steht, gedreht oder beispielsweise auf einer Geraden f, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Strahlachsen X1, X2 verläuft, bewegt. Die Bewegung erfolgt dabei vorzugsweise schrittweise in unterschiedlicher Position, wobei in jeder Position das Empfangssignal von dem Lichtempfänger E detektiert wird.
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In 1a sind schematisch die Lichtintensitäten als Signale a1, a2 in Abhängigkeit von der Position des Lichtempfängers E entlang der Geraden f dargestellt. Das Signal a1 entspricht dabei dem Lichtsignal des Lichtsenders F1, während das Signal a2 dem Signal des Lichtsenders S2 entspricht. Wie auch in 2 erkennbar, wird bei Bewegung des Lichtempfängers E entlang der Geraden f der Lichtempfänger zunächst durch die Strahlkeule des Lichtstrahls L1 des Lichtsenders S1 und anschließend durch die Strahlkeule des Lichtstrahls L2 des Lichtsenders S2 bewegt.
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Die Lichtsender S1, S2 geben vorzugsweise gepulste Lichtstrahlen L1, L2 ab, wobei die Lichtpulse der beiden Lichtsender S1, S2 zeitlich versetzt zueinander angeordnet sind, so dass immer abwechselnd von dem Lichtempfänger E ein Lichtsignal entweder von dem Lichtsender S1 oder dem Lichtsender S2 detektiert wird.
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Für jede Position des Lichtempfängers E entlang der Geraden f wird mit Hilfe der Auswerteeinheit, die eine geeignete Steuereinheit aufweist, wenigstens einmal ein Lichtpuls, welcher von dem ersten Lichtsender S1 ausgesandt wird und wenigstens einmal ein Lichtpuls, welcher von dem zweiten Lichtsender S2 ausgesandt wird, detektiert und die Differenz d1 gebildet. In 1b ist schematisch der Verlauf der Differenz d1 in Abhängigkeit von der Position entlang der Geraden f dargestellt.
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Sind die Strahlcharakteristiken der Lichtstrahlen L1, L2 der Lichtsender S1, S2 im Wesentlichen identisch, ergibt sich eine Position, welche in der Mitte zwischen den beiden Lichtstrahlen L1, L2 auf der Geraden f liegt, für welche die Differenz d1 den Wert 0 annimmt. An dieser Position ist die von dem Lichtempfänger E detektierte Lichtintensität von beiden Lichtsendern S1, S2 identisch und somit die gewünschte optimale Ausrichtung erreicht.
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Die Differenz d1 wird vorzugsweise an der opto-elektronischen Sensoranordnung, beispielsweise an dem Lichtempfänger E oder auch an der Auswerteeinheit, die räumlich getrennt von der opto-elektronischen Sensoranordnung angeordnet sein kann, für den Benutzer dargestellt. Beispielsweise kann die grafische Darstellung in Form einer Digitalanzeige für den Wert der Differenz liegen, wobei anhand des Vorzeichens für den Benutzer erkennbar ist, in welche Richtung der Lichtempfänger E entlang der Geraden f bewegt oder in welche Richtung der Lichtempfänger E um eine Achse gedreht werden muss, um die optimale Ausrichtung und damit einen minimalen Betrag für die Differenz d1, insbesondere den Wert Null für die Differenz d1, zu erreichen. Bei dieser Anzeige der Differenz ist jedoch die Zuordnung von Signal zur Anzeige nicht mehr vom Signalpegel abhängig.
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Die grafische Darstellung kann jedoch auch in zwei nebeneinanderliegenden Anzeigedioden liegen, wobei die beiden Anzeigedioden die Bereiche auf der Geraden f links und rechts von der Geraden g symbolisieren und beispielsweise nur jeweils die Anzeigediode leuchtet, in deren Bereich der Signalschwerpunkt des Signals der Differenz d1 liegt. Wird für die Differenz d1 der Wert Null erreicht, können entweder beide bzw. keine der Anzeigedioden aufleuchten. Für den Benutzer wird somit auf besonders einfache Weise dargestellt, ob er bereits die gewünschte optimale Ausrichtung des Lichtempfängers E relativ zu den Lichtsendern S1, S2 erreicht hat.
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Es sind weitere grafische Anzeigemöglichkeiten denkbar, wobei vorzugsweise für den Benutzer jeweils bei Erreichen der Position des Lichtempfängers E relativ zu den Lichtsendern S1, S2, die als ideale Position angesehen wird, nämlich der Position, in welcher der Betrag der Differenz d1 minimal, insbesondere gleich Null ist, ein entsprechendes grafisches Signal ausgegeben wird, welches dem Benutzer signalisiert, dass die ideale Ausrichtung erreicht ist.
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Es sind weitere Anordnungen der Lichtsender S1, S2 denkbar, bei welchen die Strahlachsen X1, X2 der ausgesandten Lichtstrahlen L1, L2 nicht deckungsgleich sind. In den 3 und 4 sind beispielhaft dafür zwei weitere Ausführungsformen dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei jeweils gleiche Teile.
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Bei der Ausführungsform gemäß 3 werden die beiden Lichtsender S1, S2 in einem Winkel α zueinander angeordnet, so dass sich auch die Strahlachsen X1, X2 unter dem Winkel α schneiden. Die ideale Position für den Lichtempfänger E liegt wiederum auf der Geraden g, welche in diesem Fall die Winkelhalbierende zwischen den beiden Strahlachsen X1, X2 bildet. Das Justieren und Auswerteverfahren ist, analog wie für die in 2 dargestellte Ausführungsform beschrieben, anzuwenden.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 4 wird eine Schieflage zwischen den beiden Lichtstrahlen L1, L2 dadurch erreicht, dass zwar die Lichtsender S1, S2 im Wesentlichen nebeneinander und parallel zueinander angeordnet sind, vor den Lichtsendern S1, S2 jedoch eine Linse L angeordnet ist. Die Lichtsender S1, S2 sind parallel versetzt zu der optischen Achse der Linse L angeordnet, so dass die von den Lichtsendern S1, S2 ausgesandten Lichtstrahlen L1, L2 unterschiedlich gebrochen werden und somit unter einem Winkel β zueinander verlaufen. Die Gerade g, auf welcher der Lichtempfänger E für eine ideale Ausrichtung angeordnet sein sollte, bildet wiederum die Winkelhalbierende zwischen den beiden Strahlachsen X1, X2. Auch für diese Ausführungsform ist das Verfahren zur Justierung der opto-elektronischen Sensoranordnung sowie die entsprechende Auswertung im Wesentlichen wie zuvor beschrieben analog anzuwenden.
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In alternativen nicht dargestellten Strahlanordnungen kann auch der natürliche Schielwinkel der Lichtsender für die Erzeugung von nicht deckungsgleichen Strahlachsen der Lichtsender ausgenutzt werden.
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Weist die opto-elektronische Sensoranordnung nicht nur zwei Lichtsender S1, S2, sondern mehrere Lichtsender und Lichtempfänger auf und bildet somit beispielsweise ein Lichtgitter, kann bereits während der Fertigung der Lichtgitter ermittelt werden, welche der entsprechenden Lichtsender für die Justierung der opto-elektronischen Sensoranordnung geeignet sind, beispielsweise welche der von den Lichtsendern ausgesandten Lichtstrahlen eine besonders divergente Lichtkeule aufweisen und somit einen breiten Sichtbereich abdecken.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- Lichtsender
- S2
- Lichtsender
- E
- Lichtempfänger
- L1
- Lichtstrahl
- L2
- Lichtstrahl
- X1
- Strahlachse
- X2
- Strahlachse
- L
- Linse
- a1
- Signal
- a2
- Signal
- d1
- Differenz
- d
- Abstand
- g
- Gerade
- f
- Gerade
- α
- Winkel
- β
- Winkel
