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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Lichtgitter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Es ist bekannt, Durchgänge durch ein Lichtgitter abzusichern, bei welchen an zwei gegenüberliegenden Seiten des Durchgangs jeweils eine Leiste vorgesehen ist, wobei die in der einen Leiste übereinander angeordneten Sendeeinheiten Lichtstrahlen aussenden, die von entsprechenden in der zweiten Leiste übereinander angeordneten Empfangseinheiten empfangen werden. Die Unterbrechung der Lichtstrahlen signalisiert den Durchtritt eines Objektes.
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Anwendungen sind z. B. die Zugangssicherung von automatischen Fertigungsanlagen, die Absicherung von Einfahrtsöffnungen zu Fertigungszellen, die Absicherung von Abkantpressen und Palettieranlagen, die Transporttechnik, die Förder- und Lagertechnik, die Verpackungsindustrie, der Maschinenbau und die Automobilindustrie.
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Falls ein nicht zugelassenen Objekt das Lichtgitter durchtritt, wird eine Sicherheitsfunktion ausgelöst, z. B. ein Alarm ausgelöst, eine gefährdende Produktionsmaschine abgeschaltet oder dergleichen.
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Der Nachweis eines Gegenstandes im Lichtgitter beruht darauf, dass es zu einer Reduktion des Energieeintrages in eine gegebene Empfangseinheit kommt, weil der Gegenstand im Lichtstrahl die Empfangseinheit abschattet. Man führt daher eine Schaltschwelle für das Empfängersignal ein, bei deren Unterschreitung ein Schaltprozess ausgelöst wird, der anzeigt, dass ein Gegenstand in das Lichtgitter eingedrungen ist, was ggf. zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion führt.
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Naturgemäß muss in sicherheitsrelevanten Anwendungen vermieden werden, dass durch eine andere Lichtquelle ein zusätzlicher Energieeintrag in eine gegebene Empfangseinheit erfolgt, da dieser zusätzliche Energieeintrag dazu führen könnte, dass die Schaltschwelle nicht mehr unterschritten wird, obwohl sich eigentlich ein Objekt im Strahlengang befindet, das zum Auslösen der Sicherheitsfunktion führen müsste.
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Aus diesem Grund ist es üblich, derartige Sensoranordnungen so zu betreiben, dass jeweils nur ein Paar, bestehend aus einer Sende- und einer zugeordneten Empfangseinheit, angesteuert ist. Allerdings kommen als andere Lichtquellen nicht nur die anderen Sendeeinheiten eines gegebenen Lichtgitters in Frage, deren Einfluss durch den Einzelbetrieb der Sendeeinheiten im Lichtgitter kontrolliert werden kann, sondern auch Umgebungslicht aus jeglicher Art von Lichtquelle, wozu insbesondere auch Energieeinträge von Sendeeinheiten etwaig vorhandener weiterer Lichtgitter zu zählen sind.
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Daraus wird deutlich, dass zwischen dem Lichtstrahl, der von einer einer gegebenen Empfangseinheit zugeordneten Sendeeinheit ausgestrahlt und in die zugeordnete Empfangseinheit eingestrahlt wird und dem Lichtsignal, das in die betreffende Empfangseinheit eingestrahlt wird und den Lichtstrahl sowie weitere Beiträge, wie das Umgebungslicht, umfasst, klar zu unterscheiden ist.
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Es ist zur Reduktion des negativen Effektes des Eintrags von Umgebungslicht auf die Funktion eines Lichtgitters z. B. aus der
DE 199 26 214 A1 , bekannt, die Sendeeinheiten einen „Code” in Form einer hochkorrelierten Folge von Lichtpulsen als Lichtstrahl senden zu lassen und die Korrelation der von den Sendeeinheiten gesendeten und in die Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignale zur Feststellung, ob sich ein Gegenstand im Lichtgitter befindet, heranzuziehen. Die Korrelation zwischen Lichtsignalen, die auf Umgebungslicht beruhen, und der gesendeten Folge von Lichtpulsen wird in der Regel gering sein. Als Konsequenz kann ein in ein Empfängerelement eingestrahltes Signal, das zwar die Schaltschwelle nicht unterschreitet, dessen Korrelation mit dem gesendeten Signal aber einen kleinen Wert ergibt, als durch Umgebungslicht hervorgerufen identifiziert werden und so verhindert werden, dass trotz einer Verletzung des Überwachungsraumes die Sicherheitsfunktion passiv bleibt.
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Problematisch bleibt die Situation jedoch dann, wenn der zusätzliche Energieeintrag ebenfalls eine feste Korrelation aufweist, etwa, weil mehrere Lichtgitter gleichzeitig betrieben werden. Der Extremfall träte ein, wenn Licht von Sendeeinheiten eines ersten Lichtgitters in die Empfangseinheiten eines zweiten, baugleichen Lichtgitters, das mit dem identischen Code betrieben wird, gelangen würde. In dieser Situation würde die Auswertung der Korrelationsfunktion zwischen dem von einer Sendeeinheit des ersten Lichtgitters in eine Empfangseinheit des zweiten Lichtgitters eingestrahlten Lichtsignal und dem Code, der für die Erzeugung des Lichtstrahls des zweiten Lichtgitters verwendet wird, dieselbe oder eine sehr ähnliche Korrelation liefern wie in dem Fall, dass das in eine Empfangseinheit des zweiten Lichtgitters eingestrahlte Lichtsignal lediglich aus dem Lichtstrahl einer Sendeeinheit des zweiten Lichtgitters bestehen würde, und die Lichtquelle, aus der das Lichtsignal stammt, wäre nicht mehr identifizierbar. Die Abschattung eines Lichtstrahls des zweiten Lichtgitters durch einen in den Schutzbereich eingedrungenen Gegenstand würde also nicht mehr notwendigerweise zum Auslösen der Sicherheitsfunktion führen.
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Um dies zu verhindern, weisen Lichtgitter nach dem heutigen Stand der Technik oft die Möglichkeit auf, den Code, also die korrelierte Pulsfolge, die ihre Sendeeinheiten abstrahlen und die zur Auswertung des von den Empfangseinheiten nachgewiesenen Lichtes herangezogen wird, zu wählen. Derzeit werden die verwendeten Codes in der Regel am Betriebsort des Lichtgitters durch den Verwender mittels einer Taste am Lichtgitter oder mittels der Konfigurations- und Diagnostik-Software eingestellt, wobei er für gewöhnlich einen Code auswählen wird, der nicht von einem anderen Lichtgitter in der näheren Umgebung verwendet wird.
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Dies führt nicht unbedingt zu einem optimalen Betriebsverhalten des Lichtgitters.
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Als weiterer Stand der Technik werden die
EP 2 012 144 A1 und die
US 5,218,196 A genannt, welche jeweils ein Lichtgitter und ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters offenbaren.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters und ein Lichtgitter bereitzustellen, in dem eine optimierte Auswahl der von den Sendeeinheiten des Lichtgitters als Lichtstrahl ausgesendeten korrelierten Folge von Lichtpulsen erfolgt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Lichtgitter mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch einen mindestens einmal, bevorzugt bei der Initialisierung des Lichtgitters, durchgeführten Verfahrensschritt, während dessen bei nicht angesteuerten Sendeeinheiten für jeden bereitgestellten Code die Korrelation zwischen dem in mindestens eine Empfangseinheit eingestrahlten Lichtsignal und dem jeweils ausgewählten Code berechnet und gespeichert wird und anschließend der Code mit dem kleinsten berechneten Korrelationswert verwendet wird, um die Sendeeinheiten anzusteuern, sichergestellt werden kann, dass das Lichtgitter ein optimales Betriebsverhalten zeigt.
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Die Verwendung des so ausgewählten Codes bewirkt eine Reichweitenerhöhung oder eine Verkleinerung der Linsengröße aufgrund einer empfindlicheren Signalerkennung. Eine Verkleinerung der Linsengröße führt auch zu einer Reduzierung der Anzahl von Sendeelementen beziehungsweise Empfangselementen pro Streckeneinheit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters mit Sendeeinheiten und Empfangseinheiten umfasst die Schritte Auswählen eines von mehreren bereitgestellten Codes, mit dem das Lichtgitter betrieben wird, Ansteuern des Lichtgitters mit dem ausgewählten Code, wobei der Code eine korrelierte Folge von Lichtpulsen angibt, die die Sendeeinheiten als Lichtstrahl abgeben, wenn sie von einer Steuer- und Auswerteelektronik angesteuert werden, und wobei ein Ergebnis der Bildung einer Korrelationsfunktion zwischen einem in eine oder mehrere angesteuerte Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignal und dem Code zur Entscheidung, ob sich ein Gegenstand im Lichtgitter befindet oder nicht, durch die Steuer- und Auswerteelektronik herangezogen wird, wobei erfindungsgemäß das Auswählen des Codes dadurch erfolgt, dass zum Auswählen des Codes automatisiert alle bereitgestellten Codes nacheinander ausgewählt werden, das Ergebnis der Bildung der Korrelationsfunktion zwischen dem gerade gewählten Code und dem in eine oder mehrere angesteuerte Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignal bei nicht angesteuerten Sendeeinheiten berechnet und gespeichert wird und, nachdem alle Codes ausgewählt und die jeweilige Korrelationsfunktionen gebildet wurden, derjenige Code zum weiteren Betrieb des Lichtgitters verwendet wird, dessen gespeichertes Ergebnis der Bildung der Korrelationsfunktion die geringste Korrelation mit dem in die eine oder mehreren angesteuerten Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignal bei nicht angesteuerten zugeordneten Sendeeinheiten aufweist.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Schritt des Auswählens des Codes während der Inbetriebnahme des Lichtgitters und/oder während des laufenden Betriebs des Lichtgitters und/oder während dafür vorgesehener kurzer Pausen im Betrieb des Lichtgitters durchgeführt wird. Dadurch wird es möglich, sicherzustellen, dass man das Lichtgitter auch in solchen Fällen mit einem Code betreibt, der zu einem optimalen Signal-Rausch-Verhältnis führt, in denen sich die Zusammensetzung des Lichtsignals während des Betriebes des Lichtgitters ändern kann, etwa in Abhängigkeit davon, ob ein zweites, mit korrelierten Folgen von Lichtpulsen betriebenes Lichtgitter gerade betrieben wird oder nicht.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn das Auswählen des Codes während des Betriebs des Lichtgitters wiederholt wird, und die für den Betrieb des Lichtgitters getroffene Auswahl des Codes aktualisiert wird, wenn ein anderer Code eine niedrigere Korrelation mit dem in die eine oder mehreren angesteuerten Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignal bei nicht angesteuerten zugeordneten Sendeeinheiten aufweist, so dass das Lichtgitter stets mit dem optimalen Code arbeitet.
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Um ein möglichst gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreichen zu können ist es wichtig, die Codes, die man zur Benutzung bereitstellt, geeignet zu wählen. Vorzugsweise verwendet man als Kriterium dafür, ob eine Auswahl von Codes geeignet ist, dass die bereitgestellten Codes so gewählt sind, dass die zwischen zwei unterschiedlichen Codes berechnete Korrelationsfunktion, die auch als Kreuzkorrelation bekannt ist, stets unter einem Schwellwert liegt und die zwischen zwei gleichen Codes berechnete Korrelationsfunktion, die auch als Autokorrelation bekannt ist, stets über diesem Schwellwert liegt.
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Für die für sicherheitsrelevante Zwecke eingesetzten Lichtgitter ist es essentiell, dass stets die korrekte Funktion des Lichtgitters überwacht wird. Dazu ist es vorteilhaft, zusätzlich im Verfahren zyklisch Sendeeinheiten mit einem Code anzusteuern und zu verifizieren, dass das Ergebnis der Korrelationsfunktion zwischen dem in eine der angesteuerten Sendeeinheit zugeordnete Empfangseinheit eingestrahlten Lichtsignal und dem Code über dem Schwellwert liegt. Die Erkennung der Pulsfolge muss innerhalb einer gewissen Zeitspanne erfolgen.
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Vorteilhafterweise unterscheiden sich die durch die bereitgestellten Codes angegebenen Folgen von Lichtpulsen durch eine Pulsbreite der einzelnen Lichtpulse und eine Pulspausenbreite zwischen den einzelnen Lichtpulsen. Insbesondere haben sich Pulsbreiten der einzelnen Lichtpulse zwischen 200 ns und 5 μs, Pulslängen der gesamten Pulsfolge zwischen 12.6 μs und 254 μs und eine Anzahl von zwischen 63 und 127 Pulsen pro Pulsfolge als besonders geeignet erwiesen.
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Das erfindungsgemäße Lichtgitter umfasst eine erste Reihe von Sendeeinheiten und/oder Empfangseinheiten, eine in einem Abstand gegenüber der Reihe benachbarter Sendeeinheiten angeordnete zweite Reihe von Empfangseinheiten und/oder Sendeeinheiten, eine Steuer- und Auswerteelektronik, die Sendeeinheitenansteuerungsmittel und Empfangseinheitenansteuerungsmittel zur Ansteuerung der Sende- und Empfangseinheiten, Auswertemittel zur Auswertung der in die Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignale und zur Prüfung, ob die in eine Empfangseinheit eingestrahlte Lichtenergie eine Schaltschwelle überschreitet, und Mittel zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion, wenn dies nicht der Fall ist, aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteelektronik zusätzlich Codesatzspeichermittel zum Speichern eines Satzes von Codes, Codesteuermittel zur Ansteuerung der Sendeeinheiten mit einem ausgewählten dieser Codes, Korrelationsberechnungsmittel zur Berechnung der Korrelationsfunktion zwischen einem ausgewählten gespeicherten Code und dem in eine oder mehrere angesteuerte Empfangseinheiten eingestrahlten Lichtsignal, Ergebnisspeichermittel zum Speichern der berechneten Korrelationswerte und Codeauswahlmittel zum Vergleich der berechneten Korrelationswerte miteinander und zur Auswahl eines Codes basierend auf den Ergebnissen dieses Vergleichs aufweist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt
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1: ein Lichtgitter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt ein Lichtgitter 10, umfassend eine erste Reihe von Sendeeinheiten 12 und eine in einem Abstand gegenüber der Reihe von Sendeeinheiten 12 angeordnete zweite Reihe von Empfangseinheiten 14 und eine Steuer- und Auswerteelektronik 18 sowie einen Lichtstrahl 22, der von einer der Sendeeinheiten 12 ausgestrahlt und in eine der Empfangseinheiten 14, die der Sendeeinheit 12 gegenüberliegt und dieser zugeordnet ist, eingestrahlt wird. Das Lichtsignal, das in die Empfangseinheit eingestrahlt und von dieser nachgewiesen wird, umfasst einen Beitrag des Lichtstrahles 22, aber auch weitere Beiträge, beispielsweise des Umgebungslichts.
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Die Steuer- und Auswerteelektronik weist als Bestandteile insbesondere Sendeeinheitenansteuerungsmittel AS zur Ansteuerung der Sendeeinheiten 12 und Empfangseinheitenansteuerungsmittel AE zur Ansteuerung der Empfangseinheiten 14, Auswertemittel AUS zur Auswertung des in die Empfangseinheiten 14 eingestrahlten Lichtsignals und zur Prüfung, ob die in eine Empfangseinheit 14 eingestrahlte Lichtenergie eine Schaltschwelle überschreitet sowie zum Auslösen einer Sicherheitsfunktion, Codesatzspeichermittel CS zum Speichern eines Satzes von Codes, Codesteuermittel SC zur Ansteuerung der Sendeeinheiten mit einem ausgewählten dieser Codes, Korrelationsberechnungsmittel KF zur Berechnung der Korrelationsfunktion zwischen einem ausgewählten gespeicherten Code und dem in eine oder mehrere angesteuerte Empfangseinheiten 14 eingestrahlten Licht, Ergebnisspeichermittel ES zum Speichern der berechneten Korrelationswerte und Codeauswahlmittel CAE zum Vergleich der berechneten Korrelationswerte miteinander und zur Auswahl eines Codes basierend auf den Ergebnissen dieses Vergleichs oder eines nächsten Codes aus den in den Codesatzspeichermitteln CS zum Speichern eines Satzes von Codes gespeicherten Codes auf.
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Bei allen vorstehend aufgezählten Mitteln wird es sich in der Regel um Funktionsblöcke einer Schaltung oder Kombinationen von Funktionsblöcken einer Schaltung handeln. Insbesondere können beispielsweise die Codeauswahlmittel CAE, die zur Auswahl eines Codes nach zwei unterschiedlichen Kriterien dienen, auch in zwei Funktionsblöcke unterteilt ausgeführt sein oder die einzelnen Funktionen der Auswertemittel in mehrere Funktionsblöcke unterteilt realisiert werden.
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Zum Betrieb des so ausgestalteten Lichtgitters wird in der Regel zunächst eine Synchronisation der Sendeeinheiten 12 und Empfangseinheiten 14 durchgeführt. Dies geschieht mit Hilfe einer bestimmten, nur für die Synchronisation reservierten Pulsfolge.
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Anschließend erfolgt die automatisierte Auswahl des Codes, mit dem das Lichtgitter 10 betrieben wird. Bei den Codes handelt es sich um Informationen, die mit Hilfe der Codesteuermittel SC und der Sendeeinheitenansteuerungsmittel AS in eine orthogonale oder näherungsweise orthogonale Folge von Lichtpulsen, die von den angesteuerten Sendeeinheiten 12 als Lichtstrahl 22 abgegeben werden, umgesetzt werden können. Ein gegebener Code entspricht also einer orthogonalen oder näherungsweise orthogonalen Folge von Lichtpulsen.
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Zur automatisierten Auswahl der Codes wird durch die Codeauswahlmittel CAE in den Codesatzspeichermitteln CS ein erster der in den Codesatzspeichermitteln CS gespeicherten Codes ausgewählt. Dieser Code wird als erstes Eingangssignal an die Korrelationsberechnungsmittel KF weitergeleitet. Das zweite Eingangssignal entsteht dadurch, dass durch die Empfangseinheitenansteuerungsmittel AE eine oder mehrere Empfangseinheiten 14 angesteuert werden. Die angesteuerten Empfangseinheiten 14 empfangen ein Lichtsignal, das mit Hilfe der Mittel zur Auswertung der in die Empfangseinheiten 14 eingestrahlten Lichtsignale ausgewertet und als zweites Eingangssignal an die Korrelationsberechnungsmittel KF weitergeleitet. Dabei wird das zweite Eingangssignal erzeugt, während die Sendeeinheiten 12 des Lichtgitters 10 nicht angesteuert werden, das Lichtsignal enthält also keinen Beitrag von Lichtstrahlen 22. Das Ergebnis der Korrelation beider Eingangssignale durch die Korrelationsberechnungsmittel KF für den ersten Code wird dann in den Ergebnisspeichermitteln ES gespeichert.
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Solange noch nicht für alle bereitgestellten Codes Korrelationswerte mit dem Lichtsignal in den Ergebnisspeichermitteln ES gespeichert sind, wird durch die Codeauswahlmittel CAE der nächste der in den Codesatzspeichermitteln CS bereitgestellten Codes ausgewählt, die vorstehend für den ersten Code ausführlich beschriebene Berechnung einer Korrelation mit dem Lichtsignal für den neu ausgewählten Code durchgeführt und der erhaltene Korrelationswert in den Ergebnisspeichermitteln ES gespeichert.
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Wenn für alle bereitgestellten Codes Korrelationswerte mit dem Lichtsignal in den Ergebnisspeichermitteln ES gespeichert sind, wird durch die Codeauswahlmittel CAE durch Vergleich der in den Ergebnisspeichermitteln ES zum Speichern berechneter Korrelationswerte gespeicherten Korrelationswerte derjenige Code bestimmt, der den geringsten Korrelationswert aufweist. Dieser Wert wird dann an die Codesteuermittel SC übergeben und von diesen dazu verwendet, mit Hilfe der Sendeeinheitenansteuerungsmittel AS diese zu veranlassen, wenn sie angesteuert werden, eine dem Code entsprechende Folge korrelierter Lichtpulse als Lichtstrahl 22 auszusenden.
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Mit diesem automatisch bestimmten Code erfolgt dann der übliche Betrieb eines Lichtgitters. Da bei diesem Betrieb meist zu einem gegebenen Zeitpunkt nur einzelne Paare von einander zugeordneten Sendeeinheiten 12 und Empfangseinheiten 14 verwendet werden, ist es auch denkbar, während des laufenden Betriebes mit Hilfe von gerade nicht paarweise mit einer Sendeeinheit 12 angesteuerten Empfangseinheiten 14, für die insbesondere ein signifikanter Beitrag des Lichtstrahles 22 der gerade angesteuerten Sendeeinheit 12 zum Lichtsignal ausgeschlossen ist, Korrelationen zwischen den bereitgestellten Codes und dem Lichtsignal, das weitgehend durch Umgebungslicht bestimmt ist, die für gegebene Codes gespeicherten Korrelationswerte periodisch oder kontinuierlich aufzufrischen. Sollte dabei ein anderer Code zu einem geringeren Korrelationswert als dem des gerade verwendeten Codes führen, wird dieser an die Codesteuermittel SC übergeben und von diesen dazu verwendet, mit Hilfe der Sendeeinheitenansteuerungsmittel AS die Sendeeinheiten 12 zu veranlassen, wenn sie angesteuert werden eine dem Code entsprechende orthogonale oder näherungsweise orthogonale Folge von Lichtpulsen als Lichtstrahl 22 auszusenden. Mit anderen Worten wird dann das Lichtgitter mit einem anderen Code betrieben, so dass während des Betriebs der Code nachoptimiert bzw. an modifizierte Umgebungsbedingungen angepasst wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lichtgitter
- 12
- Sendeeinheit
- 14
- Empfangseinheit
- 18
- Steuer- und Auswerteelektronik
- 22
- Lichtsignal
- AS
- Sendeeinheitenansteuerungsmittel
- ES
- Ergebnisspeichermittel
- AE
- Empfangseinheitenansteuerungsmittel
- AUS
- Auswertemittel
- SC
- Codesteuermittel
- CS
- Codesatzspeichermittel
- CAE
- Codeauswahlmittel
- KF
- Korrelationsberechnungsmittel
