DE102011014195B4

DE102011014195B4 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE102011014195B4
Application number: DE102011014195.2A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2031-03-17
Also published as: DE102011014195A1

Abstract

Optischer Sensor (1) mit einem Reflexlichttaster (10) umfassend einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger (5) und eine Auswerteeinheit (8), in welcher in Abhängigkeit der Empfangssignale des Empfängers (5) ein Objektfeststellungssignal generiert wird,dadurch gekennzeichnet, dass dem Reflexlichttaster (10) wenigstens ein Sendelichtstrahlen emittierender Zusatzsender zugeordnet ist, welcher eine Einheit ohne eigene Auswertung und Empfangseinheit bildet, die unabhängig vom Reflexlichttaster ist, wobei die vom Zusatzsender emittierten Sendelichtstrahlen mit dem Empfänger (5) des Reflexlichttasters (10) empfangen und in der Auswerteeinheit (8) des Reflexlichttasters (10) ausgewertet werden, und wobei der Sender (2) und der oder jeder Zusatzsender Sendelichtimpulse mit unterschiedlichen Sendefrequenzen emittieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger, als sogenannter Reflexlichttaster ausgebildeter optischer Sensor ist aus der DE 103 08 148 A1 bekannt. Dieser Reflexlichttaster umfasst in einem Gehäuse einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und eine Auswerteeinheit zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Form eines binären Schaltsignals. Der Sender emittiert periodisch Sendelichtimpulse mit einem bestimmten Puls-Pausenverhältnis. Dabei wird der Sender in einem CW-Betrieb betrieben, das heißt die Dauer eines Sendelichtimpulses entspricht exakt der Dauer einer an diesen anschließenden Pause. Die Sendelichtstrahlen des Senders werden diffus von einem diffus reflektieren Objekt als Empfangslichtstrahlen zum Empfänger reflektiert.
Aus der DE 10 2009 033 435 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb von Lichtschranken bekannt. Die oder jede Lichtschranke weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen diese Sendelichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Der oder jeder Sender emittiert Sendelichtstrahlen in Form von Sendepulsen mit einem Puls/Pausenverhältnis von 1:1. Die im Empfänger einer Lichtschranke durch die Sendepulse generierten Empfangssignale werden mehr als zweimal pro Senderperiode asynchron zum Sendetakt, das heißt der Taktfrequenz des Senders, abgetastet. Hiermit wird eine digitale Filterung der Empfangssignale durchgeführt und aus dem Ergebnis der Abtastung ein Objektfeststellungssignal abgeleitet.
Die DE 10 2007 054 596 A1 betrifft einen optischen Sensor zur Positionsbestimmung von Objekten mit einer Mehrzahl von Lichtsendern zum Aussenden von Licht, wobei jedem Lichtsender ein Überwachungsteilbereich zugeordnet ist, in welchen der jeweilige Lichtsender Lichtsignale aussendet. Außerdem ist eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Lichtsender vorgesehen. Zum Nachweis von von einem nachzuweisenden Objekt reflektiertem und/oder gestreutem Licht ist ein gemeinsamer Detektor vorhanden, welcher ein zeitabhängiges Detektionssignal liefert. Die Ansteuereinheit ist zum zeitlich jeweils unterschiedlichen Aktivieren der verschiedenen Lichtsender eingerichtet. Eine mit dem Detektor verbundene Auswerteeinheit wirkt mit der Ansteuereinheit zusammen. Die Auswerteeinheit ist zum Auswerten des Detektionssignals sowie zum Zuordnen von einzelnen Anteilen des Detektionssignals zu Lichtsignalen der verschiedenen Lichtsender eingerichtet.
Die DE 10 2006 005 152 A1 betrifft eine Lichtschrankenanordnung, die zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich dient und eine eine vorgegebene Anzahl von Sendern aufweisende Sendereinheit und eine eine vorgegebene Anzahl von Empfängern aufweisende Empfängereinheit umfasst. Bei freiem Überwachungsbereich sind von den Sendern emittierte Sendelichtstrahlen zu zugeordneten Empfängern geführt. Bei einem Objekteingriff im Überwachungsbereich ist durch das Objekt der Strahlengang der von wenigstens einem der Sender emittierten Sendelichtstrahlen zum geordneten Empfänger unterbrochen, wodurch in der Empfängereinheit eine Objektmeldung generiert wird. In der Sendereinheit und in der Empfängereinheit ist jeweils eine Speichereinheit vorgesehen. In beiden Speichereinheiten sind jeweils die Sender und die Empfänger kennzeichnende Parameter abgespeichert. Weiterhin ist in der Sendereinheit und in der Empfängereinheit jeweils eine Schnittstelleneinheit integriert. Über die Schnittstelleneinheiten sind die Parameter zwischen Sendereinheit und Empfängereinheit übertragbar.
Die DE 10 2006 011 250 A1 betrifft eine Reflexionslichtschranke zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einer Hauptstrahlungsquelle zum Aussenden von Teststrahlung, mit einer Hauptsendeoptik zum Leiten der Teststrahlung entlang einem Hauptstrahlengang in dem Überwachungsbereich, mit mindestens einem Reflektor zum Begrenzen des Überwachungsbereichs und zum Reflektieren der Teststrahlung, mit einem Hauptdetektor zum Nachweis der Teststrahlung und mit einer Hauptdetektoroptik zum Leiten der vom Reflektor reflektierten Teststrahlung auf den Hauptdetektor. Zum Erkennen eines stark streuenden Objekts im Überwachungsbereich ist eine Zusatzstrahlungsquelle zum Aussenden von Zusatzstrahlung vorhanden, wobei eine Zusatzsendeoptik zum Leiten der Zusatzstrahlung entlang einem Zusatzstrahlengang vorhanden ist. Der Zusatzstrahlengang ist gegenüber dem Hauptstrahlengang so geneigt, dass die Zusatzstrahlung jedenfalls auf ein im Überwachungsbereich eventuell befindliches Objekt treffen kann. Weiterhin ist ein Zusatzdetektor zum Nachweis von von einem Objekt reflektierter und/oder gestreuter Zusatzstrahlung vorhanden.
Die US 2009/0261236 A1 betrifft eine Sensoranordnung mit zwei beidseits eines Überwachungsbereichs positionierten Leiterplatten. Auf jeder Leiterplatte befinden sich ein Lichtstrahlen emittierender Detektor und eine Mehrzahl von Empfängern. Die Lichtstrahlen des Senders einer Leiterplatte sind auf die Empfänger der anderen Leiterplatte geführt.
Die DE 100 18 948 A1 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Detektion von Objekten mit einem Sendelichtstrahlen empfangenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und Mitteln zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts. Die Mittel zur Bestimmung der Entfernung weisen einen Inverter auf, mittels dessen die am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale auf den Eingang des Senders rückgekoppelt sind.
Die DE 101 20 937 A1 betrifft einen Optosensor, umfassend eine Lichtquelle, die einen Halbleiterchip mit einer auf einer Frontseite angeordneten Elektrode als Leuchtdiode und eine dem Halbleiterchip zugeordnete Abbildungsoptik zur Erzeugung eines detektierenden Lichtstrahls aufweist, einen Detektor zum Erfassen der Intensität des detektierenden Lichtstrahls und eine mit dem Detektor verbundene Auswerteschaltung zum Erzeugen eines elektrischen Sensorsignals.
In DE 31 18 838 A1 ist eine photelektrische Schalteinrichtung beschrieben, die einen Lichtstrahlen emittierenden Sender und einen Lichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweist. Als weitere Einheit ist ein separater Lichtquellenanteil vorgesehen.
Die DE 197 07 417 A1 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich, bestehend aus wenigstens zwei Sensorelementen, welche an einem Rand des Überwachungsbereichs angeordnet sind, und einem Reflektor, welcher am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist. Das erste Sensorelement weist einen Sender und einen ersten und zweiten Empfänger auf. Das zweite Sensorelement weist einen Sender und einen Empfänger auf. In den Empfängern wird die Lichtmenge der auftreffenden Empfangslichtstrahlen jeweils mittels einer Schwellwerteinheit bewertet. Der zweite Empfänger ist von einem ortsauflösenden Detektor gebildet, welcher die Distanz eines im Strahlengang der Vorrichtung angeordneten Objekts oder des Reflektors zur Vorrichtung ermittelt. In einer Auswerteeinheit werden die an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale zur Bewertung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist, und zur Überwachung der Anordnung der Sender der Empfänger und des Reflektors logisch verknüpft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei möglichst geringem konstruktivem Aufwand eine erweiterte 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.
Der erfindungsgemäße optische Sensor mit einem Reflexlichttaster umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und eine Auswerteeinheit, in welcher in Abhängigkeit der Empfangssignale des Empfängers ein Objektfeststellungssignal generiert wird. Dem Reflexlichttaster ist wenigstens ein Sendelichtstrahlen emittierender Zusatzsender zugeordnet, welcher eine vom Reflexlichttaster unabhängige Einheit ohne eigene Auswertung und Empfangseinheit bildet. Die vom Zusatzsender emittierten Sendelichtstrahlen werden mit dem Empfänger des Reflexlichttasters empfangen und in der Auswerteeinheit des Reflexlichttasters ausgewertet. Der Sender und der oder jeder Zusatzsender emittieren Sendelichtimpulse mit unterschiedlichen Sendefrequenzen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass der wenigstens eine Zusatzsender nur die senderseitigen Komponenten eines optischen Sensors enthält und damit keinen vollständigen optischen Sensor bildet. Vielmehr bildet der Zusatzsender nur eine Sensorkomponente, die unabhängig von dem Reflexlichttaster ist. Insbesondere kann der oder jeder Zusatzsender vom Reflexlichttaster auch galvanisch getrennt sein.
Durch die erfindungsgemäße Kombination des Zusatzsenders mit dem Reflexlichttaster, insbesondere durch eine selektive Auswertung der vom Sender des Reflexlichttasters generierten Sendelichtstrahlen einerseits und der vom Zusatzsender generierten Sendelichtstrahlen andererseits, können mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor die kompletten Funktionen zweier kompletter Sensoren ausgebildet werden.
Insbesondere kombiniert der erfindungsgemäße optische Sensor die Funktion eines Reflexlichttasters und einer Lichtschranke. Hier übernimmt der Zusatzsender die Funktion eines Lichtschrankensenders.
Vorteilhaft hierfür ist, dass der Empfänger und die Auswerteeinheit nicht nur zum Empfang und zur Auswertung der Sendelichtstrahlen des Senders des Reflexlichttasters, sondern auch zum Empfang und zur Auswertung der Sendelichtstrahlen des Zusatzsenders genutzt werden können.
Um die Sendelichtstrahlen des Reflexlichttasters und des oder der Zusatzsender unterscheiden zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Sender und der oder jeder Zusatzsender Sendelichtstrahlen in Form von Sendelichtimpulsen emittiert, wobei der Sender und/oder der oder jeder Zusatzsender im CW-Betrieb betrieben sind. Der Sender und der oder jeder Zusatzsender emittiert Sendelichtimpulse mit unterschiedlichen Sendefrequenzen. Dann werden in der Auswerteeinheit die Sendelichtimpulse des Senders und des oder der Zusatzsender anhand deren Sendefrequenzen unterschieden. Zweckmäßig werden in der Auswerteeinheit die Sendelichtimpulse des Senders und des oder der Zusatzsender innerhalb unterschiedlicher Zeitintervalle einzeln ausgewertet.
Um eine frequenzselektive Auswertung und somit eine Unterscheidung der Zusatzsender vornehmen zu können, müssen in der Auswerteeinheit die Sendefrequenzen der Zusatzsender bekannt sein. Zweckmäßig werden hierzu in einem Einlernvorgang die Frequenzen der Sendelichtimpulse der zugeordneten Zusatzsender eingelernt. Zudem können in dem Einlernvorgang die einzelnen Zeitintervalle, innerhalb derer die Sendepulse der einzelnen Sender und Zusatzsender ausgewertet werden, festgelegt werden.
Durch die Kombination wenigstens eines Zusatzsenders mit einem Reflexlichttaster können mehr Informationen bei der Objekterkennung gewonnen werden als dies bei zwei separaten, Schaltsignale generierenden Sensoren der Fall wäre, da in der Auswerteeinheit des Reflexlichttasters vor Generierung eines Schaltsignals die Signale des Senders des Reflexlichttasters und des oder der Zusatzsender kombiniert ausgewertet werden können.
Weiterhin ist hierbei vorteilhaft, dass im Reflexlichttaster aus den Signalen des Senders und der Zusatzsender nur ein Schaltsignal generiert wird, welches einer übergeordneten Steuerung zugeführt wird.
Schließlich ist vorteilhaft, dass der oder die Zusatzsender keine galvanische Verbindung zum Reflexlichttaster benötigen und beliebig zu diesem positioniert werden können. Dadurch kann eine flexible Anpassung an unterschiedlichste Applikationen erfolgen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1: Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
2: Sendefrequenzen der Sender des optischen Sensors gemäß 1.
3a: Bandpass für eine Abtastung einer Sendefrequenz gemäß 1.
3b: Pulsfolge der Sendelichtimpulse eines Senders des optischen Sensors gemäß 1.
3c: Abtastung der Empfangssignale des Empfängers des optischen Sensors gemäß 1 zur Realisierung des Bandpasses gemäß 3a.
4: Zeitdiagramme von Sendepulsen des optischen Sensors gemäß 1.
5: Zeitfenster für die Auswertung der Sendepulse des optischen Sensors gemäß 1.
6: Weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
7: Ablaufdiagramm einer Sensorauswertung.
8: Weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
9: Anwendung des optischen Sensors gemäß 8.
10: Anwendung des optischen Sensors gemäß 8.
11: Optischer Sensor zur Positionskontrolle.
12: Empfangspegel des optischen Sensors gemäß 11.
13: Nach dem Streu-Code-Prinzip arbeitender optischer Sensor.
14: Detaildarstellung des optischen Sensors gemäß 13.
15: Optischer Sensor als Referenz-V-Taster
16: Empfangssignale des optischen Sensors gemäß 15.
17: Optischer Sensor als Glanzsensor

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Der optische Sensor 1 umfasst einen Reflexlichttaster 10, der einen Sender 2 aufweist, der Sendelichtstrahlen 3 in Form von Sendelichtimpulse emittiert. Zudem weist der Reflexlichttaster 10 einen Empfangslichtstrahlen 4 empfangenden Empfänger 5 auf. Der Sender 2 kann von einer Leuchtdiode gebildet sein, der Empfänger 5 kann von einer Photodiode gebildet sein. Bei der Detektion eines Objekts 6 werden die vom Sender 2 emittierten Sendelichtstrahlen 3 an dessen Oberfläche reflektiert und dann als Empfangslichtstahlen 4 zum Empfänger 5 des Reflexlichttasters 10 geführt. Die am Ausgang des Empfängers 5 anstehenden Empfangssignale werden in einem Empfangsverstärker 7 verstärkt und dann, vorzugsweise über einen nicht darstellten Analog-DigitalWandler, in eine Auswerteeinheit 8 eingelesen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. An die Auswerteeinheit 8 ist ein Schaltausgang 9 angeschlossen, über welchen ein in der Auswerteeinheit generiertes Objektfeststellungssignal, das insbesondere als binäres Schaltsignal ausgebildet sein kann, ausgegeben wird. Sämtliche Komponenten des Reflexlichttasters 10 sind in einem Gehäuse integriert.
Dem Reflexlichttaster 10 sind zwei Zusatzsender zugeordnet, im Folgenden Lichtschrankensender 11a, 11b genannt. Die Lichtschrankensender 11a, 11b sind galvanisch entkoppelt vom Reflexlichttaster 10 und enthalten jeweils nur einen Sender 12a, 12b in Form einer Leuchtdiode oder dergleichen sowie eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Sender 12a, 12b und zur Vorgabe eines Sendetakts, so dass auch die Lichtschrankensender 11a, 11b Sendelichtstrahlen 13a, 13b in Form von Sendelichtimpulsen emittieren. Die Lichtschrankensender 11a, 11b enthalten keinen eigenen Empfänger 5 und keine eigene Auswerteeinheit 8. Die Lichtschrankensender 11a, 11b sind als vom Reflexlichttaster 10 elektrisch entkoppelte Einheiten an eine Versorgungsspannung angeschlossen.
Sowohl der Sender 2 des Reflexlichttasters 10 als auch die Sender 12a, 12b der Lichtschrankensender 11a, 11b werden im CW-Betrieb betrieben, das heißt sie emittieren periodisch eine Folge von durch jeweils eine Sendepause getrennten Sendelichtimpulsen, wobei, wie beispielsweise in 3b dargestellt, die Dauer einer Pause der Dauer eines Sendelichtimpulses entspricht. Die Frequenzen f1, f2 der Sendelichtimpulse der Lichtschrankensender 11a, 11b sind dabei in derselben Größenordnung, jedoch signifikant kleiner als die Frequenz f3 der Sendlichtstrahlen des Senders 2 des Reflexlichttasters 10. Diese Frequenzen sowie deren Oberwellen sind in 2 dargestellt.
Die Objekterkennung mit dem optischen Sensor 1 erfolgt derart, dass die von den Sendelichtstrahlen 2 des Senders 2 des Reflexlichttasters 10 stammenden Empfangslichtstrahlen 4 und auch die von den Sendelichtstrahlen 13a, 13b stammenden Empfangslichtstrahlen 14a, 14b im Empfänger 5 des Reflexlichttasters 10 registriert werden (1) und auch in der Auswerteeinheit 8 des Reflexlichttasters 10 zur Generierung des Objektfeststellungssignals ausgewertet werden.
Um die unterschiedlichen Sendelichtstrahlen 3, 13a, 13b der einzelnen Sender 2, 12a, 12b unterscheiden zu können, erfolgt eine frequenzselektive Auswertung der entsprechenden Sendelichtimpulse. Diese frequenzselektive Auswertung ist in den 3a-3c für die selektive Erfassung der Sendelichtimpulse der Frequenz f 1 des ersten Lichtschrankensenders 11a veranschaulicht.
Der der Lichtschrankensender 11a im CW-Betrieb betrieben wird, ist das Verhältnis der Einzelpulse zu den Pausen in der Folge der Sendelichtimpulse 1:1, wie aus 3b ersichtlich.
Empfangszeitig erfolgt eine digitale Filterung zur Generierung eines Abtastbandpasses der in 3a schematisch dargestellt ist. Durch den Abtastbandpass werden, wie in 3a dargestellt, die Frequenz f1 des Lichtschrankensenders 11a und dessen Oberwellen selektiv verstärkt, während alle anderen Frequenzen f2, f3 unterdrückt werden.
Die hierzu durchgeführte digitale Filterung der durch die Sendelichtimpulse des Senders 12a generierten Empfangssignale U_a ist in 3c in Kombination mit 3b dargestellt. Das Empfangssignal U_a wird mit einer Abtastperiode PA abgetastet, die exakt der Sendeperiode Ps der Sendelichtimpulse entspricht. Da der Lichtschrankensender 11a galvanisch entkoppelt vom Reflexlichttaster 10 und daher unabhängig von diesem arbeitet, existiert stets ein zufälliger Phasenversatz PV zwischen der Sendeperiode P_s und der Abtastperiode P_A.
Das in die Auswerteeinheit 8 eingelesene Empfangssignal wird pro Abtastperiode mit einer Anzahl von N Abtastungen abgetastet, wobei immer zwei Abtastungen ein Abtastpaar bilden, die gerade um eine halbe Abtastperiode P_A zueinander versetzt werden. Um die gewünschte Frequenzselektion zu erhalten, werden für jedes Abtastpaar die Differenzen der erhaltenen Abtastwerte gebildet. Im vorliegenden Fall werden also folgende Signaldifferenzen D1, D2, D3 gebildet. $D 1 = u (1) - u (4)$
$D 2 = u (2) - u (5)$
$D 3 = u (3) - u (6)$
Um eine Frequenzselektion zu erhalten, werden die Differenzwerte D1, D2 und D3 über mehrere Perioden aufsummiert. Dadurch wird der in 3a dargestellte Abtastbandpass erhalten, mit dem selektiv die Frequenz Fl ausgefiltert wird. Die Oberwellen von f1 werden separat ausgefiltert.
Da für den Lichtschrankensender 11a (wie auch für den Lichtschrankensender 11b) immer ein zufälliger Phasenversatz zwischen Sendeperiode PS und Abtastperiode existiert, müssen immer mehrere Abtastpaare pro Abtastperiode P_A eingesetzt werden, damit eine durch den Phasenversatz PV verursachte Welligkeit des gebildeten Empfangssignals vermieden wird. Dagegen kann für die digitale Filterung der Sendelichtimpulse des Senders 2 des Reflexlichttasters 10 prinzipiell mit einem Abtastpaar pro Abtastperiode P_A gearbeitet werden, da hier der Phasenbezug der Sendelichtimpulse zum Empfangssignal definiert ist.
Generell muss zur digitalen Filterung der Frequenz f1, f2 der Lichtschrankensender 11a, 11b der Betrag dieser Frequenzen vorab in der Auswerteeinheit 8 des Reflexlichttasters 10 bekannt sein. Daher werden diese Werte in einem Einlernvorgang vor Inbetriebnahme des optischen Sensors 1 eingelernt, beziehungsweise parametriert.
4 zeigt einen vorteilhaften Senderbetrieb des optischen Sensors 1 gemäß 1. Die Sender 12a, 12b der Lichtschrankensender 11a, 11b werden dauernd ohne Unterbrechung betrieben, so dass die Sendepulse U(f1), U(f2) dieser Sender 12a, 12b ununterbrochene Pulsfolgen bilden. Demgegenüber sendet der Sender 2 des Reflexlichttasters 10 seine Sendelichtimpulse U(f3) nur innerhalb von Zeitintervallen t1, die durch große Pausen getrennt sind. Dieses kurzzeitige Senden des Senders 2 ist deshalb möglich, da dieser Bestandteil des Reflexlichttasters 10 ist und somit gemeinsam mit dem Empfänger 5 von der Auswerteeinheit 8 gesteuert werden kann. Demgegenüber senden die Lichtschrankensender 11a, 11b ununterbrochen Sendelichtimpulse, da diese von dem Reflexlichttaster 10 entkoppelt sind.
5 zeigt den Zeitablauf der Auswertung von Empfangssignalen mit dem optischen Sensor 1 gemäß 1. Wie aus 5 ersichtlich, werden periodisch in einzelnen Zeitintervallen die Sendelichtimpulse der einzelnen Sender 2, 12a, 12b separat ausgewertet.
Im ersten Zeitintervall werden selektiv die Sendelichtimpulse U(f1) des ersten Lichtschrankensenders 11a ausgewertet, indem in der Auswerteeinheit 8 eine digitale Filterung gemäß den 3a - 3c erfolgt, so dass selektiv nur die Sendelichtimpulse U(f1) des Lichtschrankensenders 11a verstärkt und in der Auswerteeinheit 8 ausgewertet werden. Im zweiten Zeitintervall werden entsprechend nur die Sendelichtimpulse U(f2) des Lichtschrankensenders 11b verstärkt und ausgewertet. Im dritten Zeitinterall werden selektiv nur die Sendelichtimpulse U(f3) des Senders 2 des Reflexlichttasters 10 verstärkt und ausgewertet, wobei dieses Zeitintervall mit dem Zeitintervall t1 (4), in welchem der Sender 2 Sendelichtimpulse emittiert, zusammenfällt. Dadurch wird eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung mit den Sendelichtimpulsen der dann wieder ein erstes Zeitintervall. Für einen Lichtnschrankensender11a,11b, der Sendelichtimpulse mit Pulsbreiten (Pulsdauer) von etwa 5 µs emittiert, ist eine Integration über etwa 30 Perioden sinnvoll, was die Dauer des ersten beziehungsweise zweiten Zeitintervalls definiert. Da die Frequenz f3 viel größer ist als die Frequenzen f1, f2 der Lichtschrankensender 11a, 11b, kann das dritte Zeitintervall erheblich kleiner sein und etwa bei 100 µs liegen.
6 zeigt eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels des optischen Sensors 1 gemäß 1. Der Lichtschrankensender 11 bildet mit dem Empfänger 5 des Reflexlichttasters 10 eine Lichtschranke. Die Lichtschranke allein könnte nicht unterscheiden, ob eine Unterbrechung durch ein Objekt 6 erfolgte oder ob der Sender 12 des Lichtschrankensenders 11 ausgefallen ist. Im vorliegenden Fall ist dies jedoch möglich. Unterbricht das Objekt 6 die Sendelichtstrahlen 13 des Lichtschrankensenders 11, erfolgt eine zweite Prüfung durch den Reflexlichttaster 10 mit Hilfe der Sendelichtstrahlen 3 des Senders 2. Wird ausreichend Empfangslicht registriert, gilt das Objekt 6 als sicher erkannt.
7 zeigt das Ablaufdiagramm für den optischen Sensor 1 gemäß 6, nachdem eine Fehlermeldung abgegeben wird, wenn die beiden Prüfungen nicht übereinstimmen.
Alternativ können die beiden Abtastrichtungen der Sendelichtstrahlen 3, 13 entsprechend 6 dazu genutzt werden, den Transmissionsanteil und den Reflexionsanteil eines teiltransparenten Objektes 6 zu bestimmen und durch einen Teach- oder Parametriervorgang die Pegelschwellwerte, beziehungsweise deren Verhältnis, bei dem der Schaltausgang 9 ansprechen soll, zu definieren.
Diese Prüfung kann auch hilfreich sein bei Objekten 6 mit Durchbrüchen, bei denen ein großer Teil des Sendelichtes 13 durchgelassen, aber auch schon ein ausreichender Teil des Sendelichtes 3 reflektiert wird. Ein Durchbruch (Bohrung, Schlitz) wird somit als solcher erkannt und nicht fälschlicherweise als freie Strecke interpretiert.
8 zeigt für eine modifizierte Anordnung der Komponenten des optischen Sensors 1 gemäß 6 eine weitere Möglichkeit größere Durchbrüche in Objekten 6 zu überbrücken. Wie in 9 dargestellt werden die Sendelichtstrahlen 3, 13 parallel auf das Objekt 6 gerichtet. Der Abstand d1 zwischen dem Reflexlichttaster 10 und dem Lichtschrankensender 11 wird so groß gewählt, dass mindestes einer der beiden Sendelichtstrahlen 3, 13 ausreichend auf das Objekt 6 trifft. Durch die ODER-Verknüpfung zwischen Reflexlichttaster 10 und Lichtschrankensender 11 in der Auswertung ergibt sich bei dem Signal am Schaltausgang 9 kein Einbruch.
Wie in 9 gezeigt, wird entsprechend der Größe des zu überbrückenden Durchbruches der Abstand dl zwischen Reflexlichttaster 10 und Lichtschrankensender 11 eingestellt. Der Empfangsöffnungswinkel 16 erfasst beide Sendelichtflecke auf dem Objekt 6.
Alternativ kann durch eine UND-Verknüpfung ein unerwünscht kleines Objekt 6, wie z.B. ein Befestigungsdraht, unterdrückt werden, beziehungsweise Objekte 6 nach dem Sortierkriterium „Objektlänge“ unterschieden werden.
10 zeigt die gleiche Anordnung wie 9, wobei das seitlich eintauchende Objekt 6 zuerst durch den Reflexlichttaster 10 und dann auch durch den Lichtschrankensender 11 erfasst wird. Aus dem zeitlichen Abstand der Objekterfassungen mit diesen Einheiten und dem räumlichen Abstand d1 kann die Objektgeschwindigkeit berechnet werden.
Aus der Objektverweildauer im Bereich des optischen Sensors 1 kann mit Hilfe der ermittelten Geschwindigkeit die Objektlänge berechnet werden. Damit können Fließprozesse überwacht, Störungen ausgefiltert und Objekte 6 nach verschiedenen Kriterien sortiert werden.
11 zeigt eine Anordnung des optischen Sensors 1 mit einem Reflexlichttaster 10 und einem Lichtschrankensender 11 zur Positionskontrolle. Die Sendelichtstahlen 3 und 13 werden so auf das Objekt 6 in seiner Sollposition gerichtet, dass gerade etwa die Hälfte auf die jeweilige Kante des Objekts 6 trifft.
12 zeigt, wie sich die Empfangssignale des Reflextichttasters 10 und des Lichtschrankensenders 11 des optischen Sensors 1 gemäß 11 in Abhängigkeit der Objektposition ändern. Der Bereich, in dem die Sendelichtstrahlen nur zu einem Teil auf das Objekt 6 treffen, kann als Positionsregelbereich genutzt werden. Die Bestimmung der Objektposition ist dabei weitgehend unabhängig vom Reflexionsgrad des Objektes, da nur das Verhältnis der beiden Empfangssignale ausgewertet wird.
13 zeigt eine Ausbildung des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 mit einem Reflexlichttaster 10 und einem Lichtschrankensender 11, der eine Reflexlichtschranke nach dem in der DE 10 2005 033 349 beschriebenen Streu-Code-Prinzip bildet. Die Sendelichtflecke des Reflexlichttasters 10 und des Lichtschrankensenders 11 werden auf den Reflektor 15 gerichtet.
14 zeigt die Sicht auf die Frontseite des Reflexlichttasters 10 und Lichtschrankensenders 11 gemäß 13. Die Optik des Senders 2 des Reflexlichttasters 10 hat zur Optik des Empfängers 5 einen geringen Abstand d2, während die Optik des Senders 12 des Lichtschrankensenders 11 mit dem Abstand d3 deutlich weiter von der Optik des Empfängers 5 entfernt ist. Entsprechend dem Abstand zum Reflektor 15 kann der Abstand d3 angepasst werden, das heißt zu einem großen Reflektorabstand passt ein etwas größerer Abstand d3.
15 zeigt die Ausbildung des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 mit einem Reflexlichttaster 10 und einem Lichtschrankensender 11 als Taster zur Detektion von Objekten 6 innerhalb eines Distanzfensters. Die Anordnung gleicht der eines V-Tasters, der eine Objektdetektion mit einem bestimmten Distanzbereich, einem sogenannten Objektfenster, ermöglicht. Die Größe des Objektfensters ist durch die spezifische V-förmige Anordnung der Strahlachsen der Sendelichtstrahlen 3, 13 bestimmt. Der Reflexionsgrad des Objektes 6 bestimmt zudem die Fenstergrenzen mit. Der Basisabstand d4 ist durch die Baugröße vorgegeben. Der Neigungswinkel alfa ist durch die Einbaulage des Senders vorgegeben. Damit ist der Grundabstand des Objektfensters festgelegt. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt die Einstellung des Fenstergrundabstandes und des Fensterbereiches durch den Basisabstand d4 und den Neigungswinkel alfa. Da das Verhältnis der beiden Empfangssignale ausgewertet wird, ist das Objektfenster weitgehend unabhängig vom Reflexionsgrad des Objektes 6.
16 zeigt das Diagramm der Empfangspegel des optischen Sensors 1 gemäß 15 in Abhängigkeit vom Objektabstand. Zur Auswertung können die Empfangssignale im Sollabstand durch einen Teachvorgang so zueinander skaliert werden, dass der Empfangspegel des Lichtschrankensenders 11 den des Reflexlichtasters 10 um einen definierten Faktor übersteigt. Das Objekt 6 gilt als erkannt, wenn der Pegel des Lichtschrankensenders 11 größer ist als der Reflexlichttaster-Empfangspegel.
17 zeigt die Ausbildung des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 mit einem Reflexlichttaster 10 und einem Lichtschrankensender 11 als Glanzsensor entsprechend der DE 10 2006 057 878 . Der Sendelichtstrahl 3 wird senkrecht auf das Objekt 6 gerichtet, dessen Oberfläche in einem vorgegebenen Abstand vorbei bewegt wird. Der Neigungswinkel alfa wird so gewählt, dass sich bei dem zu kontrollierenden Glanzgrad auswertbare Lichtschrankensender-Empfangspegel ergeben. Das heißt für einen hohen Glanzgrad (hochglänzend) sind kleinere Neigungswinkel alfa zu wählen als bei einem niedrigen Glanzgrad (matt glänzend). Das Verhältnis der beiden Empfangspegel liefert eine relative Aussage über den Glanzgrad. Vorzugsweise wird der Schwellwert zur Glanzgradunterscheidung mit Hilfe einer Testoberfläche in einem Teachvorgang bestimmt.
Bezugszeichenliste

(1): Optischer Sensor
(2): Sender
(3): Sendelichtstrahlen
(4): Empfangslichtstrahlen
(5): Empfänger
(6): Objekt
(7): Empfangsverstärker
(8): Auswerteeinheit
(9): Schaltausgang
(10): Reflexlichttaster
(11): Lichtschrankensender
(11a,b): Lichtschrankensender
(12): Sender
(12a, b): Sender
(13): Sendelichtstrahlen
(13a, b): Sendelichtstrahlen
(14): Empfangslichtstrahlen
(14a, b): Empfangslichtstrahlen
(15): Reflektor
(16): Empfangsöffnungswinkel
d1: Abstand zwischen Reflexlichttaster und Lichtschrankensender
d2: Abstand Sende-Empfangsoptik beim Reflexlichttaster
d3: Abstand Sendeoptik Lichtschrankensender zur Empfangsoptik Reflexlichttaster und Lichtschrankensender
d4: Basisabstand Reflexlichttaster zu Lichtschrankensender
alfa: Neigungswinkel zwischen den Sendelichtstrahlen Reflexlichttaster und Lichtschrankensender

Claims

Optischer Sensor (1) mit einem Reflexlichttaster (10) umfassend einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger (5) und eine Auswerteeinheit (8), in welcher in Abhängigkeit der Empfangssignale des Empfängers (5) ein Objektfeststellungssignal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reflexlichttaster (10) wenigstens ein Sendelichtstrahlen emittierender Zusatzsender zugeordnet ist, welcher eine Einheit ohne eigene Auswertung und Empfangseinheit bildet, die unabhängig vom Reflexlichttaster ist, wobei die vom Zusatzsender emittierten Sendelichtstrahlen mit dem Empfänger (5) des Reflexlichttasters (10) empfangen und in der Auswerteeinheit (8) des Reflexlichttasters (10) ausgewertet werden, und wobei der Sender (2) und der oder jeder Zusatzsender Sendelichtimpulse mit unterschiedlichen Sendefrequenzen emittieren.
Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die Sendelichtimpulse des Senders (2) und des oder der Zusatzsender anhand deren Sendefrequenzen unterschieden werden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Zusatzsender galvanisch isoliert vom Reflexlichttaster (10) ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (2) und/oder der oder jeder Zusatzsender im CW-Betrieb arbeiten.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die Sendelichtimpulse des Senders (2) und des oder der Zusatzsender innerhalb unterschiedlicher Zeitintervalle einzeln ausgewertet werden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Einlernvorgang die Frequenzen der Sendelichtimpulse der zugeordneten Zusatzsender eingelernt werden.
Optischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Einlernvorgang die einzelnen Zeitintervalle, innerhalb derer die Sendepulse der einzelnen Sender (2) und Zusatzsender ausgewertet werden, festgelegt werden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem eine Positions- oder Bewegungserkennung erfolgt.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Glanzsensor ausgebildet ist.