DE102008022791B4 - Lichtvorhang - Google Patents

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Abstract

Lichtvorhang zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, mit einer vorgegebenen Anzahl von Strahlachsen, wobei bei freiem Überwachungsbereich entlang jeder Strahlachse von einem Sender emittierte Lichtstrahlen durch den Überwachungsbereich auf einen zugeordneten Empfänger geführt sind, und wobei Objekte durch eine Unterbrechung der Lichtstrahlen wenigstens einer Strahlachse detektierbar sind, wobei zur Generierung der Lichtstrahlen der Strahlachsen ein einzelner Sender oder zeitgleich aktivierte Sender vorgesehen sind, wobei den Strahlachsen sendeseitig unterschiedliche optische Bandpässe (9, 10) zugeordnet sind, so dass die über die optischen Bandpässe (9, 10) geführten Lichtstrahlen (2) der einzelnen Strahlachsen unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, wobei für jede Strahlachse empfangsseitig ein Empfänger (5) mit einem vorgeordneten optischen Bandpass (9, 10) vorgesehen ist, wobei dieser optische Bandpass (9, 10) an den senderseitigen optischen Bandpass (9, 10) dieser Strahlachse angepasst ist, oder empfangsseitig ein Empfänger (5) mit einem durchstimmbaren optischen Bandpass (9, 10) vorgesehen ist, wobei die Lichtstrahlen (2) der einzelnen Strahlachsen über...

Description

  • 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

Claims (4)

  1. Lichtvorhang zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, mit einer vorgegebenen Anzahl von Strahlachsen, wobei bei freiem Überwachungsbereich entlang jeder Strahlachse von einem Sender emittierte Lichtstrahlen durch den Überwachungsbereich auf einen zugeordneten Empfänger geführt sind, und wobei Objekte durch eine Unterbrechung der Lichtstrahlen wenigstens einer Strahlachse detektierbar sind, wobei zur Generierung der Lichtstrahlen der Strahlachsen ein einzelner Sender oder zeitgleich aktivierte Sender vorgesehen sind, wobei den Strahlachsen sendeseitig unterschiedliche optische Bandpässe (9, 10) zugeordnet sind, so dass die über die optischen Bandpässe (9, 10) geführten Lichtstrahlen (2) der einzelnen Strahlachsen unterschiedliche Wellenlängenbereiche aufweisen, wobei für jede Strahlachse empfangsseitig ein Empfänger (5) mit einem vorgeordneten optischen Bandpass (9, 10) vorgesehen ist, wobei dieser optische Bandpass (9, 10) an den senderseitigen optischen Bandpass (9, 10) dieser Strahlachse angepasst ist, oder empfangsseitig ein Empfänger (5) mit einem durchstimmbaren optischen Bandpass (9, 10) vorgesehen ist, wobei die Lichtstrahlen (2) der einzelnen Strahlachsen über Lichtführungselemente (11) dem Empfänger (5) zuführbar sind, und wobei der Lichtvorhang (1) einen Sicherheitssensor bildet, welcher eine Auswerteeinheit (8) in Form zweier sich gegenseitig überwachender Rechnereinheiten aufweist, in welcher eine fehlersichere Auswertung der Empfangssignale zur Generierung eines Objektfeststellungssignals durchführbar ist.
  2. Lichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sender (3) die Lichtstrahlen (2) aller Strahlachsen generiert, wobei die Licht strahlen (2) des Senders (3) über Lichtführungselemente (11) den optischen Bandpässen (9, 10) der einzelnen Strahlachsen zugeführt sind.
  3. Lichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Strahlachse ein Sender (3) mit einem vorgeordneten optischen Bandpass (9, 10) vorgesehen ist.
  4. Lichtvorhang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (3) identisch ausgebildet sind.
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