-
Die
Erfindung betrifft einen Lichtvorhang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Ein
derartiger Lichtvorhang in Form einer mehrstrahligen Einweglichtschranke
ist aus der
DE 39 39
191 A1 bekannt. Die Lichtstrahlen emittierenden Sender
dieses Lichtvorhangs sind in einer Sendereinheit angeordnet, die
insbesondere in einem ersten Gehäuse
integriert ist. Die Lichtstrahlen empfangenden Empfänger dieses
Lichtvorhangs sind in einer Empfängereinheit
angeordnet, die insbesondere in einem zweiten Gehäuse integriert
ist. Jeweils ein Sender und ein Empfänger bilden eine Lichtschranke
und arbeiten derart zusammen, dass die Lichtstrahlen des Senders
bei freiem Überwachungsbereich
auf den zugeordneten Empfänger
geführt sind.
Eine Objekterkennung erfolgt in einer den Empfängern zugeordneten Auswerteeinheit
dadurch, dass die Unterbrechung der Lichtstrahlen wenigstens einer
der Lichtschranken registriert wird.
-
Um
eine eindeutige Zuordnung der von den einzelnen Sendern emittierten
Lichtstrahlen zu den zugeordneten Empfängern zu ermöglichen,
werden die Sender und Empfänger
der einzelnen Lichtschranken zyklisch einzeln nacheinander aktiviert. Hierzu
ist in der Sendereinheit ein erstes elektronisches Schaltwerk mit
Schieberegistern vorgesehen, mittels dessen die Sender einzeln nacheinander
aktiviert werden. Weiterhin ist in der Empfängereinheit ein zweites, entsprechendes
elektronisches Schaltwerk integriert, mittels dessen die Empfänger einzeln nacheinander
aktiviert werden. Die Senderaktivierung und die Empfängeraktivierung
wird auf optischem Weg synchronisiert.
-
Hierzu
emittiert der Sender einer ausgewählten Lichtschranke Lichtpulse
mit einer Kennung, die sich von den Kennungen der Lichtpulse aller
anderen Lichtschranken des Lichtvorhangs eindeutig unterscheiden.
Durch den Empfang der Lichtpulse mit der ausgewählten Kennung in dem dem Sender
zugeordneten Empfänger
erfolgt die Synchronisierung des Lichtvorhangs, indem auf dieses
Ereignis in vorgegebenem Zeittakt sowohl die restlichen Sender als auch
die restlichen Empfänger
aktiviert werden.
-
Durch
die auf elektronischem Weg herbeigeführte und optisch synchronisierte
Einzelaktivierung der Sender und der Empfänger ist eine eindeutige Zuordnung
der Lichtstrahlen der einzelnen Sender zu den zugeordneten Empfängern möglich. Nachteilig hierbei
ist, dass durch das zeitversetzte Aktivieren der einzelnen Lichtschranken
des Lichtgitters erst nach Ablauf eines Zyklus alle Lichtschranken
aktiviert werden und damit der ganze Überwachungsbereich von den
Lichtstrahlen der Lichtschranken erfasst wird, das heißt die Zykluszeit
entspricht der Reaktionszeit, die für eine Detektion eines Überwachungsbereichs
benötigt
wird. Dies ist insbesondere bei Lichtvorhängen mit einer großen Anzahl
von Lichtschranken nachteilig, da die Zykluszeit und damit die Reaktionszeit
des Lichtvorhangs mit der Anzahl der einzelnen Lichtschranken linear
ansteigt. Bei größeren Lichtvorhängen kann
die Reaktionszeit so groß werden,
dass schnell durch den Überwachungsbereich
hindurchtretende Objekte nicht mehr erfasst werden können.
-
Nachteilig
ist weiterhin, dass die für
die Einzelaktivierung der Sender und Empfänger benötigten Schaltwerke einen hohen
konstruktiven Aufwand bedingen. Dieser Nachteil ist insbesondere
dann gravierend, wenn der Lichtvorhang im Bereich der Sicherheitstechnik
eingesetzt werden soll, da dann die Schaltwerke einen fehlersicheren
Aufbau aufweisen müssen.
-
Die
einen nachveröffentlichten
Stand der Technik bildende
DE 10 2007 002 434 A1 betrifft einen Sicherheitslichtvorhang
mit einem Lichtsender und einem ersten elektromagnetischen System
in Mikrobauweise (MEMS). Das erste MEMS empfängt Licht, das durch den Sender
ausgestrahlt wird, und reflektiert das empfangene Licht sequenziell
zu einer ersten Mehrzahl von Lichtwellenleitern. Ein Detektor empfängt ein
optisches Signal betreffend Licht von zumindest einem der ersten
Mehrzahl von Lichtwellenleitern. Das durch den Detektor empfangene
optische Signal wird dazu verwendet, den Betrieb der Maschine zu
steuern, die mit dem Sicherheitslichtvorhang verbunden ist. Die
Lichtstrahlen für
die einzelnen Strahlachsen werden durch Zeitversätze am Detektor unterschieden.
-
Aus
der
WO 2005/088
350 A1 ist eine Lichtschrankenanordnung mit mehreren Sendern
und Empfängern
bekannt. Die Sender emittieren Lichtstrahlen, die sich in einem
Durchgangsbereich kreuzen. Eine gegenseitige Beeinflussung der Lichtstrahlen
wird durch elektronische Schaltungen kompensiert.
-
Aus
der
DE 101 15 826
C2 ist ein Optosensor in Form einer Gabellichtschranke
bekannt. Dieser Optosensor umfasst einen Sender und zugeordnete Lichtwellenleiter
zur Generierung paralleler Lichtstrahlenbündel.
-
Die
DE 10 2005 005 905 beschreibt
ein Sensorsystem mit einem Sicherungssensor und einem Hilfssensor
mit zugeordnetem Lichtleiter. Der Sicherungssensor kann als Lichtgitter
ausgebildet sein.
-
Die
DE 44 41 222 A1 betrifft
eine Lichtschrankenanordnung mit Lichtwellenleitern.
-
Die
DE 35 32 197 C2 beschreibt
einen Lichtvorhang mit einem einzigen Lichtsender, wobei das Lichtstrahlenbündel des
Lichtsenders mittels einer Lichtverteilereinheit, die einen Dreh-
oder Schwingspiegel aufweist, zeitlich aufeinander folgend in eine Anzahl
im Wesentlichen parallel zueinander verlaufender, lückenlos,
aneinander gereihter und in den zu überwachenden Raum führender
Strahlungswege gelenkt wird. An deren Ende ist ein Retroreflektor
angeordnet, der das Lichtstrahlenbündel in Form einer der Anzahl
der Strahlungswege entsprechender Empfangslichtstrahlenbündel auf
eine ebenso große Anzahl
Empfangsoptiken zurückwirft,
denen Lichtleiter zugeordnet sind, mittels derer das jeweilige Empfangslichtstrahlenbündel zu
einem fotoelektrischen Wandler gelangt, dem eine Auswerteschaltung
nachgeschaltet ist. Die durch den Schwingspiegel erzeugten mehreren
Strahlachsen werden empfangsseitig durch eine zeitaufgelöste Auswertung
unterschieden.
-
Die
US 4,015,122 A betrifft
einen Lichtvorhang, bei welcher mittels eines Scanners mehrere Strahlachsen
erzeugt werden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtvorhang bereitzustellen,
welcher bei geringem konstruktivem Aufwand eine hohe Funktionalität aufweist.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtvorhangs besteht darin,
dass sämtliche Strahlachsen
des Lichtvorhangs simultan aktiviert sind. Dementsprechend weist
der erfindungsgemäße Lichtvorhang
eine sehr kurze Reaktionszeit auf. Während bei bekannten Lichtvorhängen, bei
welchen die Sender und Empfänger
der einzelnen Strahlachsen zyklisch einzeln nacheinander aktiviert
werden, die Zykluszeit und damit die Reaktionszeit des Lichtvorhangs
mit der Anzahl der Strahlachsen zunimmt, ist bei dem erfindungsgemäßen Lichtvorhang
die Reaktionszeit des Lichtvorhangs unabhängig von der Anzahl der Strahlachsen.
-
Da
bei dem erfindungsgemäßen Lichtvorhang
alle Strahlachsen gleichzeitig aktiv sind, entfallen auch konstruktiv
aufwendige Schaltwerke zur Einzelakti vierung der Sender und Empfänger. Der
erfindungsgemäße Lichtvorhang
ist somit rationell und kostengünstig
herstellbar.
-
Die
gleichzeitige Aktivierung der Strahlachsen des Lichtvorhangs wird
erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass entweder nur ein Sender vorgesehen ist, dessen Lichtstrahlen
auf allen Strahlachsen des Lichtvorhangs aufteilt werden, oder dass
für die
einzelnen Strahlachsen separate Sender vorgesehen sind, die simultan
Lichtstrahlen für
die einzelnen Strahlachsen emittieren. Generell sind auch Mischformen
der beiden Alternativen möglich.
-
Wesentlich
hierbei ist generell, dass die Lichtstrahlen unterschiedlicher Strahlachsen
anhand optischer Parameter empfangsseitig unterscheidbar sind, so
dass während
des Betriebs des Lichtvorhangs eine eindeutige Zuordnung der Strahlachsen gegeben
ist.
-
Erfindungsgemäß sind hierzu
den Strahlachsen sendeseitig unterschiedliche optische Bandpässe zugeordnet,
so dass die über
die optischen Bandpässe
geführten
Lichtstrahlen der einzelnen Strahlachsen unterschiedliche Wellenlängenbereiche
aufweisen.
-
Dabei
kann ein Sender die Lichtstrahlen aller Strahlachsen generieren,
wobei die Lichtstrahlen des Senders über Lichtführungselemente den optischen Bandpässen der
einzelnen Strahlachsen zugeführt sind.
Alternativ ist jeder Strahlachse ein Sender zugeordnet und dem optischen
Bandpass dieser Strahlachse vorgeordnet.
-
In
jedem Fall können
die Lichtstrahlen der einzelnen Strahlachsen anhand ihrer unterschiedlichen
Wellenlängen
empfangsseitig eindeutig unterschieden werden. Hierbei ist vorteilhaft,
dass der oder die Sender Lichtstrahlen sowohl als Dauerlicht oder
in Pulsform emittieren können.
An die Ansteuerung des Senders werden somit keine höheren Anforderungen
gestellt. Die Sendersteuerung kann somit sehr einfach ausgeführt werden.
-
Auch
empfangsseitig kann der Aufwand des Lichtvorhangs gering gehalten
werden. Gemäß einer ersten
Ausführungsform
kann dabei jeder Strahlachse ein Empfänger mit einem vorgeordneten
optischen Bandpass zugeordnet sein, wobei der empfangsseitige optische
Bandpass an den sendeseitigen optischen Bandpass der jeweiligen
Strahlachse angepasst ist, wobei diese vorzugsweise identisch ausgebildet
sind. Derartige optische Bandpässe
bedingen einen geringen konstruktiven Aufwand und können ohne
hohe Zusatzkosten im Lichtvorhang integriert werden.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist empfangsseitig nur
ein Empfänger
mit einem durchstimmbaren optischen Bandpass vorgesehen, wobei die
Lichtstrahlen aller Strahlachsen über Lichtführungselemente dem Empfänger zugeführt werden.
Da der optische Bandpass des Empfängers durchstimmbar ist, das
heißt
der Wellenlängenbereich,
innerhalb dessen er für
Lichtstrahlen durchlässig
ist, einstellbar ist, kann mit einem Empfänger selektiv geprüft werden,
ob die Lichtstrahlen der einzelnen Strahlachsen zu diesem Empfänger geführt werden
oder nicht. Da nur ein Empfänger
für alle
Strahlachsen benötigt
wird, ist der konstruktive Aufwand in diesem Fall besonders gering.
-
Besonders
vorteilhaft ist der Lichtvorhang als Sicherheitssensor ausgebildet,
welcher in sicherheitstechnischen Applikationen, insbesondere im
Bereich des Personenschutzes, eingesetzt werden kann. Zur Erfüllung der
hierfür
geltenden, normativen Sicherheitsanforderungen weist der Lichtvorhang
einen fehlersicheren Aufbau auf.
-
Insbesondere
weist der Lichtvorhang eine Auswerteeinheit auf, in welcher eine
fehlersichere Auswertung der Empfangssignale zur Generierung eines
Objektfeststellungssignals durchführbar ist.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
-
1:
Erstes Ausführungsbeispiel
eines Lichtvorhangs.
-
2:
Wellenlängenabhängige Dämpfung eines
optischen Bandpasses für
den Lichtvorhang gemäß 1.
-
3:
Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
-
1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Lichtvorhangs 1 zur Erfassung
von Objekten in einem Überwachungsbereich.
Der Lichtvorhang 1 weist eine Reihenanordnung von Lichtstrahlen 2 emittierenden
Sendern 3 auf, die in einem ersten Gehäuse 4 integriert sind
und Bestandteil einer Sendereinheit des Lichtvorhangs 1 sind.
Die Sender 3 sind identisch ausgebildet und bestehen aus
Leuchtdioden oder dergleichen. Der Lichtvorhang 1 weist
weiterhin eine Reihenanordnung von Lichtstrahlen 2 empfangenden
Empfängern 5 auf,
die in einem zweiten Gehäuse 6 integriert
sind und Bestandteil einer Empfängereinheit
des Lichtvorhangs 1 sind.
-
Die
beiden Gehäuse 4, 6 sind
an gegenüberliegenden
Rändern
des Überwachungsbereichs
angeordnet. Bei freiem Überwachungsbereich
durchsetzen die Lichtstrahlen 2 jedes Senders 3 ungehindert
den Überwachungsbereich
und treffen dann auf einen dem jeweiligen zugeordneten Empfänger 5 und
bilden so jeweils eine Strahlachse des Lichtvorhangs 1.
Der Lichtvorhang 1 gemäß 1 weist
drei Strahlachsen auf. Generell kann der Lichtvorhang 1 auch
eine andere Anzahl von Strahlachsen aufweisen.
-
Die
Sender 3 werden von einer Sendersteuereinheit 7 angesteuert
und sind mit dieser über
nicht dargestellte Zuleitungen verbunden. Die Empfangssignale der
Empfänger 5 werden
in einer Auswerteeinheit 8 ausgewertet. Hierzu sind die
Empfänger 5 über nicht
dargestellte Zuleitungen an die Auswerteeinheit 8 angeschlossen.
-
In
der Auswerteeinheit 8 wird in Abhängigkeit der Empfangssignale
ein Objektfeststellungssignal generiert, das über einen Schaltausgang ausgegeben wird.
Ein Objekt gilt dann als erkannt, wenn wenigstens die Lichtstrahlen 2 einer
Strahlachse durch einen Objekteingriff unterbrochen werden. Hierzu
er folgt in der Auswerteeinheit 8 vorzugsweise eine Schwellwertbewertung
der Empfangssignale.
-
Soll
der Lichtvorhang 1 im Bereich der Sicherheitstechnik, insbesondere
im Bereich des Personenschutzes, eingesetzt werden, so weisen dessen
Elektronikkomponenten, insbesondere die Sendersteuereinheit 7 sowie
die Auswerteeinheit 8 mit dem Schaltausgang einen fehlersicheren
Aufbau auf. Insbesondere weist die Auswerteeinheit 8 einen
redundanten Aufbau auf, beispielsweise in Form zweier sich gegenseitig überwachender
Rechnereinheiten.
-
Die
Sendersteuereinheit 7 steuert die Sender 3 derart
an, dass diese gleichzeitig die Lichtstrahlen 2 emittieren.
Dabei können
die Sender 3 sowohl pulsförmiges Licht als auch Dauerlicht
emittieren. Für eine
sichere Objekterkennung ist eine eindeutige Zuordnung der Sender 3 und
Empfänger 5 zu
den jeweiligen Strahlachsen erforderlich, das heißt in jedem Empfänger 5 müssen die
Lichtstrahlen 2 des zugeordneten Senders 3 der
jeweiligen Strahlachse eindeutig erkannt werden können.
-
Bei
der Ausführungsform
gemäß 1 wird dies
dadurch erreicht, dass einerseits den Sendern 3 unterschiedliche
optische Bandpässe 9 nachgeordnet
und andererseits den Empfängern 5 unterschiedliche
optische Bandpässe 10 vorgeordnet
sind.
-
Derartige
optische Bandpässe 9, 10 bilden optische
Bandpassfilter, die generell Durchlasscharakteristiken, wie in 2 dargestellt,
aufweisen. Demzufolge lässt
ein optischer Bandpass 9, 10 nur Licht in einem
engen Bereich um eine Zentral-Wellenlänge λ0 durch,
während
für alle
anderen Wellenlängen
die Dämpfung
des optischen Bandpasses 9, 10 sehr hoch ist und
dadurch der optische Bandpass 9, 10 diese Wellenlängen sperrt.
-
Bei
der Ausführungsform
gemäß 1 weisen
die optischen Bandpässe 9, 10 jeweils
einer Strahlachse identische Durchlasscharakteristiken auf, während sich
die Durchlasscharakteristiken der optischen Bandpässe 9, 10 unterschiedlicher
Strahlachsen voneinander unterscheiden.
-
Damit
weisen die Lichtstrahlen 2 der unterschiedlichen Strahlachsen
des Lichtvorhangs 1 verschiedene Wellenlängen auf,
die in den zugeordneten Empfängern 5 der
Strahlachsen eindeutig identifiziert werden, da jeder Empfänger 5 durch
den vorgeordneten optischen Bandpass 10 nur die Lichtstrahlen 2 der
zugeordneten Strahlachse empfangen kann. Somit können durch die von den optischen Bandpässen 9, 10 gebildeten
optischen Mittel die einzelnen Strahlachsen eindeutig unterschieden
werden.
-
3 zeigt
eine Variante der Ausführungsform
des Lichtvorhangs 1 gemäß 1.
Der Lichtvorhang 1 gemäß 3 unterscheidet
sich vom Lichtvorhang 1 gemäß 1 dadurch,
dass nur mit einem von der Sendersteuereinheit 7 gesteuerten Sender 3 die
Lichtstrahlen 2 für
alle Strahlachsen erzeugt werden. Hierzu sind innerhalb des Gehäuses 4 dem
Sender 3 Lichtführungselemente 11 in
Form von Lichtwellenleitern oder dergleichen nachgeordnet, durch
welche das vom Sender 3 emittierte Sendelicht aufgeteilt
wird, um so die Lichtstrahlen 2 für die drei Strahlachsen auszubilden.
Die unterschiedlichen Wellenlängen
der Lichtstrahlen 2 der drei Strahlachsen werden analog
zur Ausführungsform
gemäß 1 mit
drei unterschiedlichen optischen Bandpässen 9 erzeugt.
-
Empfangsseitig
ist bei der Ausführungsform gemäß 3 nur
ein Empfänger 5 im
Gehäuse 6 vorgesehen,
welchem die Lichtstrahlen 2 der unterschiedlichen Strahlachsen über weitere
Lichtführungselemente 11,
die ebenfalls von Lichtwellenleitern gebildet sein können, zugeführt werden.
Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 1 ist
bei dem Beispiel gemäß 3 dem
Empfänger 5 ein durchstimmbarer
optischer Bandpass 10 vorgeordnet. Durch die Durchstimmbarkeit
des optischen Bandpasses 10 kann auf elektronischem Weg
dessen Durchlasscharakteristik geändert werden, so dass wellenlängenselektiv
geprüft
werden kann, ob die Lichtstrahlen 2 der drei Strahlachsen
mit ihren unterschiedlichen Wellenlängen zum Empfänger 5 geführt werden.
-
Generell
können
auch Mischformen der Varianten des Lichtvorhangs 1 gemäß den 1 und 3 realisiert
werden, indem die Sendereinheit gemäß 1 mit der
Empfängereinheit
gemäß 3 oder
die Sendereinheit gemäß 3 mit
der Empfängereinheit
gemäß 1 kombiniert
wird.
-
- 1
- Lichtvorhang
- 2
- Lichtstrahlen
- 3
- Sender
- 4
- Gehäuse
- 5
- Empfänger
- 6
- Gehäuse
- 7
- Sendersteuereinheit
- 8
- Auswerteeinheit
- 9
- optischer
Bandpass
- 10
- optischer
Bandpass
- 11
- Lichtführungselement
- 12
- Empfangsschaltung