DE102007012766B4

DE102007012766B4 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE102007012766B4
Application number: DE200710012766
Authority: DE
Inventors: Thomas Filler
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2027-03-17
Also published as: DE102007012766A1

Abstract

Optischer Sensor, insbesondere Reflexionslichtschranke oder Lichttaster, mit mehreren Betriebsmodi mit mindestens einer Sensoreinheit (20) zum Aufnehmen von physikalischen Messdaten, mit einer Betriebs- und Auswerteelektronik (30) zum Betreiben der Sensoreinheit (20) und zum Aufbereiten und Weiterleiten der aufgenommenen Messdaten in mehreren Betriebsmodi, dadurch gekennzeichnet, a) dass zum Wechseln zwischen einzelnen Betriebsmodi ein mit der Betriebs- und Auswerteelektronik (30) verbundenes Potentiometer (50) vorhanden ist, b) dass bestimmte Einstellbereiche (61–68) von am Potentiometer (50) eingestellten Widerstandswerten von der Betriebs- und Auswerteelektronik (30) unterschiedlichen Kontrastmodi und einem Einlernmodus als Betriebsmodi zuordenbar sind, c) dass ein erster Bereich (61, 62) von Einstellungen des Potentiometers (50) unterschiedlichen Betriebsmodi zuordenbar ist und d) dass in einem zweiten Bereich (80) von Einstellungen des Potentiometers (50) ein Betriebsparameter der Sensoreinheit (20) stufenlos verstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor mit mehreren Betriebsmodi, insbesondere eine Reflexionslichtschranke oder einen Lichttaster, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßer Sensor weist mindestens eine Sensoreinheit zum Aufnehmen von physikalischen Messdaten und eine Betriebs- und Auswerteelektronik auf zum Betreiben der Sensoreinheit und zum Aufbereiten und Weiterleiten der aufgenommenen Messdaten in mehreren Betriebsmodi.
Derartige Sensoren sind bekannt und werden bei einer Vielzahl von, insbesondere industriellen, Anwendungen eingesetzt.
Moderne Sensoren können dabei zunehmend in mehreren Betriebsmodi eingesetzt werden. Dies können zum Beispiel bei Reflexionslichtschranken ein so genannter Einlern- oder „Teach-in-Modus”, bei dem die Schaltverhältnisse eingelernt werden, oder auch verschiedene Kontrastmodi sein. Auch die Auswahl verschiedener Ansprechzeiten oder Reichweiten oder anderer Parameter kann in diesem Sinn jeweils als Auswahl aus unterschiedlichen Betriebsmodi angesehen werden.
Die Wahl des jeweils benötigten Modus erfolgt entweder über ein elektronisches Interface oder über ein elektromechanisches Bauteil, das dem Anwender direkt oder indirekt, beispielsweise über einen zu öffnenden Stopfen zugänglich ist. Als elektromechanisches Bauteil kommt üblicherweise ein Drehschalter zum Einsatz. Die Betriebs- und Auswerteelektronik liest die Schalterstellung ein und legt den entsprechenden Betriebsmodus fest. Eine Schwierigkeit bei solchen Umschaltern besteht darin, dass mit steigender Anzahl von Betriebsmodi auch die Zahl der durch den Umschalter zu belegenden Anschlüsse der Betriebs- und Auswerteelektronik steigt. Das kann dazu führen, dass die Betriebs- und Auswerteelektronik aufwändiger gestaltet werden muss, um alle Anschlüsse des Schalters abfragen zu können. Die Betriebs- und Auswerteelektronik ist dann im Allgemeinen teurer und benötigt mehr Bauraum im Sensor. Gerade bei sehr kleinen Sensoren kommt noch die Schwierigkeit hinzu, dass Drehschalter mit einer höheren Anzahl von Schalterstellungen ebenfalls nur in vergleichsweise großen Bauformen erhältlich sind.
DE 10 2005 015 748 B3 bezieht sich auf einen Bewegungsmelder, bei dem mit Hilfe von Drehpotentiometern eine Betriebsart umgestellt werden kann.
DE 197 47 248 A1 betrifft eine Reflexionslichtschranke, bei der zu vorgegebenen Zeiten ein Abgleichvorgang durchgeführt und dabei Schwellwerte und Referenzpegel im Vergleich zu einem Empfangssignalpegel festgelegt werden. Zum externen aktivieren des fraglichen Abgleichvorgangs kann ein Potentiometer verwendet werden.
Gegenstand von DE 698 01 681 T2 ist ein elektrisches Gerät, bei dem bestimmte Funktonen parametriert werden können. Hierzu können speziell ausgebildete Potentiometer eingesetzt werden.
DE 299 23 142 U1 bezieht sich auf eine Empfindlichkeitsregelung für einen Lichttaster, bei der ein Einlernvorgang über ein Bedienelement oder ein externes Steuersignal aktiviert werden kann.
Gegenstand von DE 100 35 754 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Einstellen oder Begrenzen der Schalthysterese eines Komparators.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor mit mehreren Betriebsmodi und ein Verfahren zu dessen Betrieb zu schaffen, wobei ein Wechsel zwischen einzelnen Betriebsmodi zuverlässig und konstruktiv einfach möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Reflexionslichtschranke und den Lichttaster mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Sensor der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass zum Wechseln zwischen einzelnen Betriebsmodi ein mit der Betriebs- und Auswerteelektronik verbundenes Potentiometer vorhanden ist, und dass bestimmte Einstellbereiche von am Potentiometer eingestellten Widerstandswerten von der Betriebs- und Auswerteelektronik bestimmten Betriebsmodi zuordenbar sind.
Als Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, statt der bisher üblicherweise eingesetzten Drehschalter ein Potentiometer zu verwenden, dessen Einstellungen auf die verschiedenen, jeweils gewünschten Betriebsmodi abgebildet werden.
Im Vergleich zum Stand der Technik ist hierbei der konstruktive Aufwand erheblich geringer, da lediglich ein Potentiometer mit der Betriebs- und Auswerteelektronik verbunden werden muss. Darüber hinaus ist diese Lösung kostengünstiger zu realisieren, da keine Kosten für aufwändige elektromechanische Komponenten anfallen. Schließlich stehen Potentiometer in den verschiedensten Baugrößen und Bauformen zur Verfügung. So sind beispielsweise bedrahtete und SMD-bestückbare Potentiometer, die von vorn, von der Seite oder auch von hinten zugänglich sind, erhältlich. Hieraus resultiert eine sehr hohe Flexibilität für den Einbau von Sensoren auch in äußerst kleinen Bauformen. Es können also in erheblichem Umfang Kosten reduziert und Bauraum eingespart werden.
Bei einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke oder des erfindungsgemäßen Lichttasters ist das Potentiometer als Spannungsteiler geschaltet und ein Analog-Digital-Wandler ist vorhanden zum Umsetzen einer ausgegebenen Potentiometerspannung in ein digitales Signal. Die Zuordnung der Potentiometereinstellungen zu den verschiedenen Betriebsmodi ist dann in einfacher und zuverlässiger Weise möglich. Beispielsweise kann eine Zuordnung auch unaufwändig geändert werden.
Besonders bevorzugt weist die Betriebs- und Auswerteelektronik einen Mikrocontroller auf, wobei insbesondere der Analog-Digital-Wandler bereits Teil dieses Mikrocontrollers sein kann. Mit Mikrocontrollern, die mit unterschiedlichen Leistungen erhältlich sind, können die erforderlichen Funktionalitäten softwareseitig als Firmware bereitgestellt werden.
Zweckmäßig kann dabei eine Zuordnung der einzelnen Betriebsmodi zu Einstellbereichen des Potentiometers in dem Mikrocontroller gespeichert sein.
Grundsätzlich können beliebige Potentiometer, insbesondere auch logarithmische Potentiometer, eingesetzt werden. Die Bedienungsfreundlichkeit ist aber besser, wenn das Potentiometer ein lineares Potentiometer ist.
Ebenso kann grundsätzlich auch ein Schiebepotentiometer eingesetzt werden. Besonders bevorzugt im Hinblick auf Baugröße und erhältliche Bauformen, sind aber Ausführungsbeispiele, bei denen das Potentiometer ein Drehpotentiometer ist.
Unter ergonomischen Gesichtspunkten ist außerdem vorteilhaft, wenn verschiedene Betriebsmodi gleich großen Winkelbereichen von Drehstellungen des Potentiometers entsprechen.
Eine weitere Verbesserung im Hinblick auf die Bedienbarkeit wird erzielt, wenn das Potentiometer mechanische Rastpunkte aufweist. Die Einstellungen können dann kontrollierter vorgenommen werden.
Außerdem kann ein Display zur optischen Anzeige eines eingestellten Betriebsmodus vorhanden sein.
Die Erfindung kann insbesondere Einsatz finden bei Infrarotsensoren.
Erfindungsgemäß werden unterschiedliche Kontrastmodi und/oder ein Einlernmodus als Betriebsmodi eingestellt.
Erfindungsgemäß ist ein erster Bereich von Einstellungen des Potentiometers unterschiedlichen Betriebsmodi zuordenbar und in einem zweiten Bereich von Einstellungen des Potentiometers ist ein Betriebsparameter der Sensoreinheit stufenlos verstellbar. Hierbei werden die Einstellmöglichkeiten des Potentiometers besonders gut ausgenutzt und auf kleinstem Bauraum kann eine größtmögliche Funktionalität bereitgestellt werden.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Einstellbereiche des Potentiometers durch Zwischenbereiche getrennt, in denen die Betriebs- und Auswerteelektronik den Betriebsmodus eingestellt lässt, der zu dem zuletzt von dem Potentiometer eingenommen Einstellbereich gehört.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.
Hierin zeigt:
1: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors;
2: eine schematische Ansicht der Verschaltung des erfindungsgemäß vorgesehenen Potentiometers;
3: eine schematische Teilansicht eines nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiels;
4: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; Äquivalente Komponenten sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der grundlegende Aufbau des erfindungsgemäßen Sensors wird mit Bezug auf 1 erläutert. Ein erfindungsgemäßer Sensor 10 weist eine Sensoreinheit 20 und eine damit wirkungsmäßig verbundene Betriebs- und Auswerteelektronik 30 auf. Die Sensoreinheit 20 kann ein beliebiges physikalisches Sensorelement enthalten, beispielsweise eine Photodiode, mit dem physikalische Messdaten gewonnen werden. Die Aufnahme dieser Messdaten wird von der Betriebs- und Auswerteelektronik 30, die im gezeigten Beispiel einen Mikrocontroller 32 mit einem Analog-Digital-Wandler 34 aufweist, gesteuert. Dies kann in mehreren Betriebsmodi erfolgen. Hierzu weist der Sensor 10 erfindungsgemäß ein Potentiometer 50, in 1 ein Drehpotentiometer mit einem Drehknopf 40, auf. Je nach Einstellung dieses Drehpotentiometers wählt der Mikrocontroller 32 einen bestimmten Betriebsmodus. Dies können bei einer Reflexionslichtschranke beispielsweise unterschiedliche Kontrastmodi oder ein Einlernmodus sein.
Eine mögliche Verschaltung des Potentiometers wird mit Bezug auf 2 erläutert. Ein Schleiferanschluss 54 des dort gezeigten Potentiometers 50 wird mit dem Analog-Digital-Wandler 34 in der Betriebs- und Auswerteelektronik 30 verbunden, der vorzugsweise Bestandteil des Mikrocontrollers 32 ist. Der Anschluss 52 des Potentiometers 50 wird an eine Betriebsspannung des Mikrocontrollers 32 und der Anschluss 56 auf Masse gelegt.
Mit dem Analog-Digital-Wandler 34 wird hierbei, gesteuert insbesondere durch eine Firmware des Mikrocontrollers 32, die Spannung ermittelt, welche bei Verwendung eines Drehpotentiometers mit linearer Widerstandskennlinie proportional zur Winkelstellung des Schleiferanschlusses 54 ist. Abhängig von dem hieraus resultierenden Messwert des Analog-Digital-Wandlers 34 wird der Sensormodus durch den Mikrocontroller 32 festgelegt.
Ein Ausführungsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Sensors wird mit Bezug auf die Teilansicht in 3 erläutert.
Dort ist ein an einem Sensorgehäuse von außen sichtbarer und mit dem erfindungsgemäß vorgesehenen Potentiometer 50 mechanisch gekoppelter Drehknopf 40 gezeigt, der insbesondere bei Sensoren kleiner Baugröße vorteilhaft mit einem Schraubendreher bedienbar sein kann. Der Drehknopf 40 weist eine den Winkel anzeigende Markierung 42 in Form eines Pfeils auf. Auf dem feststehenden Gehäuse sind um den Drehknopf 40 herum Bezeichnungen 74 der einzelnen Betriebsmodi I–VIII angebracht. Radial nach innen befinden sich jeweils balkenartige Markierungen für die verschiedenen jeweils zugehörigen Einstellbereiche 61–68 des Winkels, in denen der entsprechende Betriebsmodus aktiv ist, wenn die Markierung 42 des Drehknopfs 40 darauf zeigt.
Vorzugsweise sind die Einstellbereiche 61–68 der einzelnen Betriebsmodi durch einen Zwischenraum 70 voneinander getrennt. Wird beispielsweise die Markierung 42 in den Zwischenraum 70 gedreht, so behält der Sensor 10 den aktuellen Betriebmodus zunächst noch bei. Eine Änderung des Betriebsmodus erfolgt erst nach Erreichen eines zulässigen neuen Einstellbereichs 63, also wenn die Markierung 42 vom Bereich 70 kommend die Position erreicht. Hierdurch entsteht eine Umschalthystherese, durch welche instabile Zustände ausgeschlossen werden, in denen ein ständiger unerwünschter Wechsel der Betriebsmodi auftritt.
Eine weitere Möglichkeit, die Bediensicherheit zu erhöhen, bietet die Konstruktion mit mechanischen Rastpunkten im Potentiometer oder auf einer Achse, die sich zwischen dem eigentlichen Bedienteil und dem Potentiometer und einem feststehenden Gegenstück befindet. Damit kann ein mechanischer Schalter nachempfunden werden. Der Vorteil liegt hierbei einerseits in der subjektiven Wahrnehmung des Bedieners und andererseits in der guten Definition der einzelnen Schalterstellungen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors wird mit Bezug auf 4 erläutert. Hierbei können in einem ersten Bereich, der im gezeigten Beispiel durch die Einstellbereiche 61, 62 des Potentiometers 40 gegeben ist, mehrere unterschiedliche Betriebsmodi eingestellt werden, entsprechend dem in 3 gezeigten Beispiel. Im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann aber bei der Variante in 4 außerdem in einem zweiten Bereich 80 von Potentiometereinstellungen eine stufenlose Einstellung eines Parameters der Sensoreinheit 20 vorgenommen werden. Beispielsweise könnte in einer Reflexionslichtschranke bei der in 4 gezeigten Alternative zwischen einem besonders empfindlichen Modus und einem Einlern-Modus umgeschaltet werden, entsprechend einer Umstellung des Potentiometers zwischen dem Einstellbereich 61 und dem Einstellbereich 62.
In dem Bereich 80, der in 4 als Schwellpfeil dargestellt ist, könnte dann eine Bedienperson stufenlos beispielsweise einen Kontrast oder einen anderen Parameter der Sensoreinheit einstellen. Bei der Variante aus 4 wird also eine Kombination aus einem Umschalter und einem Potentiometer erreicht.
Ein Vorteil der hier beschriebenen Lösung ist, dass nur ein Anschluss des Mikrocontrollers 32 benötigt wird, um einen Betriebsmodus über ein elektromechanisches Bauelement, nämlich ein Potentiometer, festzulegen.
Die in 4 dargestellte Lösung ermöglicht außerdem, dass ein weiteres elektromechanisches Bauteil eingespart werden kann, da die Funktionalität eines Umschalters und eines Potentiometers in einem einzigen Bauteil integriert sind.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiger Sensor bereitgestellt, bei welchem eine hohe Funktionalität mit vielen unterschiedlichen Betriebsmodi kostengünstig und auf kleinem Bauraum realisiert wird.

Claims

Optischer Sensor, insbesondere Reflexionslichtschranke oder Lichttaster, mit mehreren Betriebsmodi mit mindestens einer Sensoreinheit (20) zum Aufnehmen von physikalischen Messdaten, mit einer Betriebs- und Auswerteelektronik (30) zum Betreiben der Sensoreinheit (20) und zum Aufbereiten und Weiterleiten der aufgenommenen Messdaten in mehreren Betriebsmodi, dadurch gekennzeichnet, a) dass zum Wechseln zwischen einzelnen Betriebsmodi ein mit der Betriebs- und Auswerteelektronik (30) verbundenes Potentiometer (50) vorhanden ist, b) dass bestimmte Einstellbereiche (61–68) von am Potentiometer (50) eingestellten Widerstandswerten von der Betriebs- und Auswerteelektronik (30) unterschiedlichen Kontrastmodi und einem Einlernmodus als Betriebsmodi zuordenbar sind, c) dass ein erster Bereich (61, 62) von Einstellungen des Potentiometers (50) unterschiedlichen Betriebsmodi zuordenbar ist und d) dass in einem zweiten Bereich (80) von Einstellungen des Potentiometers (50) ein Betriebsparameter der Sensoreinheit (20) stufenlos verstellbar ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer (50) als Spannungsteiler geschaltet ist und dass ein Analog-Digital-Wandler zum Umsetzen einer ausgegebenen Potentiometerspannung in ein digitales Signal vorhanden ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer (50) ein lineares Potentiometer ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer (50) mechanische Rastpunkte aufweist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer (50) ein Drehpotentiometer ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Betriebsmodi gleich großen Winkelbereichen von Drehstellungen des Potentiometers (50) entsprechen.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs- und Auswerteelektronik (30) einen Mikrocontroller (32) aufweist.
Optischer Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung der einzelnen Betriebsmodi zu Einstellbereichen (61–68) des Potentiometers (50) in dem Mikrocontroller (32) gespeichert sind.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Display zur optischen Anzeige eines eingestellten Betriebsmodus vorhanden ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbereiche (61–68) des Potentiometers (50) durch Zwischenbereiche (70) getrennt sind, in denen die Betriebs- und Auswerteelektronik (30) den Betriebsmodus eingestellt lässt, der zu dem zuletzt von dem Potentiometer (50) eingenommenen Einstellbereich (61–68) gehört.