DE102012200153B4 - Optical proximity switch with a correlation receiver - Google Patents

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DE102012200153B4 DE102012200153.0A DE102012200153A DE102012200153B4 DE 102012200153 B4 DE102012200153 B4 DE 102012200153B4 DE 102012200153 A DE102012200153 A DE 102012200153A DE 102012200153 B4 DE102012200153 B4 DE 102012200153B4
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Abstract

Optischer Näherungsschalter, vorzugsweise energetischer Lichttaster, mit einem Sender (10), zur Aussendung eines mit einem Pseudo-Zufallszahlen-Code, vorzugsweise mit einem 32-Bit -Code modulierten Lichtsignals in einen Überwachungsbereich (20), einem Korrelationsempfänger (30) zum Empfang des moduliertes Lichtsignals und einer Auswerteeinheit (40) zur Erzeugung eines binären Schaltsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelationsempfänger (30) ein PMD-Pixel aufweist, dessen Ausgänge mit der Auswerteeinheit (40) verbunden sind, die das über die Länge des Pseudo-Zufallszahlen-Codes summierte Differenzsignal der Ausgänge mit einer Schaltschwelle vergleichen kann, wobei die Bitlänge innerhalb des Pseudo-Zufallszahlen-Codes mindestens das 10-fache der regulären Lichtlaufzeit vom Sender (10) zum Empfänger (30) beträgt.

Figure DE102012200153B4_0000
Optical proximity switch, preferably energetic light sensor, with a transmitter (10) for emitting a light signal modulated with a pseudo-random number code, preferably with a 32-bit code, into a monitoring area (20), a correlation receiver (30) for receiving the modulated light signal and an evaluation unit (40) for generating a binary switching signal, characterized in that the correlation receiver (30) has a PMD pixel whose outputs are connected to the evaluation unit (40) which over the length of the pseudo-random number Codes can compare summed difference signal of the outputs with a switching threshold, the bit length within the pseudo-random number code is at least 10 times the regular light propagation time from the transmitter (10) to the receiver (30).
Figure DE102012200153B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Näherungsschalter, insbesondere einen energetischen Lichttaster mit einem Korrelationsempfänger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen optischen Näherungsschalters beansprucht.The invention relates to an optical proximity switch, in particular an energetic light scanner with a correlation receiver according to the preamble of patent claim 1. A method for operating the optical proximity switch according to the invention is also claimed.

Optische Näherungsschalter sind in der Automatisierungstechnik weit verbreitet. Sie werden u. a. auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben. Ein besonderes Problem ist deren Störfestigkeit. Neben den übrigen elektromagnetischen Störungen geht es um Fremdlicht, aber auch um die gegenseitige Beeinflussung der Sensoren, insbesondere in Lichtgittern.Optical proximity switches are widely used in automation technology. You will e.g. also manufactured and sold by the applicant. A particular problem is their immunity to interference. In addition to the other electromagnetic interference, there is extraneous light, but also the mutual influence of the sensors, especially in light grids.

Eine Verbesserung der Störfestigkeit kann mit Korrelationsempfängern erreicht werden. Die DE 41 01 206 A1 zeigt eine Lichtschranke, die durch einen Rauschgenerator moduliertes Licht aussendet. Dem Fotoempfänger ist ein Synchrondemodulator nachgeschaltet, der das empfangene Signal mit dem Signal des Rauschgenerators korreliert. Durch die Verwendung statistisch unabhängiger Rauschquellen beeinflussen sich selbst identisch aufgebaute Lichtschranken nicht gegenseitig. Allerdings erfordert die Trennung der Signale eine gewisse Integrationszeit, die durch elektromagnetische Störungen noch zusätzlich verlängert wird.An improvement in the immunity to interference can be achieved with correlation receivers. the DE 41 01 206 A1 shows a light barrier that emits light modulated by a noise generator. A synchronous demodulator is connected downstream of the photoreceiver, which correlates the received signal with the signal from the noise generator. By using statistically independent noise sources, even identically constructed light barriers do not influence each other. However, separating the signals requires a certain integration time, which is further increased by electromagnetic interference.

Die DE 198 21 974 B4 offenbart einen Lichtvorhang, bei dem die einzelnen Lichtschranken mit binären Signalfolgen codiert werden. Jeder Sender enthält einen Pseudo-Zufallsgenerator, mit dem die Sendelichtstrahlen codiert werfen. Diese individuellen Signalfolgen werden von einer Auswerteeinheit identifiziert. Die Freigabe des Überwachungsbereiches erfolgt nur, wenn diese vollständig empfangen werden. Nachteilig ist, dass Störungen falsch interpretiert werden, d. h. die Anlage aus Sicherheitsgründen vorsorglich abgeschaltet werden muss.the DE 198 21 974 B4 discloses a light curtain in which the individual light barriers are encoded with binary signal sequences. Each transmitter contains a pseudo-random number generator, with which the transmitted light beams are encoded. These individual signal sequences are identified by an evaluation unit. The monitoring area is only released if these are received in full. The disadvantage is that faults are interpreted incorrectly, ie the system has to be shut down as a precaution for safety reasons.

Ferner offenbart die DE 199 26 214 A1 ein Verfahren zur Unterdrückung von Störsignalen in Optosensoren und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Von einer Sendeeinheit werden Chirp-Folgen von Lichtpulsen emittiert und eine Autokorrelationsfunktion zwischen den gesendeten und empfangenen Signalen gebildet, wobei auf ein Hindernis geschlossen wird, wenn die Autokorrelationsfunktion einen Schwellenwert überschreitet.Furthermore, the DE 199 26 214 A1 a method for suppressing interference signals in optical sensors and a circuit arrangement for carrying out this method. Chirp sequences of light pulses are emitted by a transmission unit and an autocorrelation function is formed between the transmitted and received signals, with an obstacle being inferred if the autocorrelation function exceeds a threshold value.

Aus der WO 02/33 817 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und Verarbeitung von Signalwellen bekannt, bei dem anhand des Phasenunterschieds einer emittierten und empfangenen modulierten Strahlung eine Entfernung ermittelt wird.From the WO 02/33817 A1 a method and a device for detecting and processing signal waves is known, in which a distance is determined on the basis of the phase difference between an emitted and received modulated radiation.

Die EP 1 318 606 A1 offenbart einen fotoelektrischen Näherungsschalter zur Feststellung eines Gegenstands in einem Überwachungsbereich. Der Näherungsschalter enthält einen Impulslichtsender, der von einem Ausgangssignal eines Zufallssignalgenerators ausgelöste, voneinander je einen zeitlichen Abstand aufweisende Sende-Lichtimpulse in den Überwachungsbereich aussendet. Bei Vorhandensein eines Gegenstands wird das Licht von einem Empfänger erfasst und ein Gegenstands-Feststellungssignal abgegeben.the EP 1 318 606 A1 discloses a photoelectric proximity switch for detecting an object in a surveillance area. The proximity switch contains a pulsed light transmitter which, triggered by an output signal of a random signal generator, emits transmitted light pulses at a time interval from one another into the monitored area. When an object is present, the light is detected by a receiver and an object detection signal is emitted.

Aus der DE 102 11 387 A1 ist ein Sensor zur Erfassung ausgesendeter Strahlungsimpulse bekannt. Durch Vergleich der erfassten Strahlungspulse mit einem Standardbitmuster kann zwischen echten und falschen elektrischen Impulsen unterschieden werden.From the DE 102 11 387 A1 a sensor for detecting transmitted pulses of radiation is known. By comparing the detected radiation pulses with a standard bit pattern, real and false electrical pulses can be distinguished.

Aus diesen Gründen sollen die oben beschriebenen optischen Korrelationsempfänger weiter verbessert werden. Zusätzliche Abschirmungen sind aufwändig und nicht immer erfolgreich. Die Verlängerung der Integrationszeit ist zwar ein wirksames Mittel, verlängert aber auch die Reaktionszeit der Sensoren. Deshalb wird nach einer anderen effizienten Möglichkeit zur Verbesserung der Störfestigkeit gesucht.For these reasons, the optical correlation receivers described above should be further improved. Additional shielding is expensive and not always successful. While increasing the integration time is an effective tool, it also increases the response time of the sensors. Therefore, another efficient way to improve the noise immunity is sought.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Störfestigkeit bei optischen Näherungsschaltern zu verbessern. Dabei soll insbesondere auch die gegenseitige Beeinflussung bei benachbart angeordneten Sensoren mit überlappenden Empfangsbereichen vermindert werden, ohne deren Reaktionszeit zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung, sowie ein erfindungsgemäßes Auswerteverfahren.
The object of the invention is to improve the immunity to interference in optical proximity switches. In particular, the mutual influencing of adjacently arranged sensors with overlapping reception areas should also be reduced without increasing their reaction time.
This problem is solved according to the features of patent claim 1 . The further claims relate to the advantageous embodiment and an evaluation method according to the invention.

Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Korrelation mit der Sendeimpulsfolge zum frühestmöglichen Zeitpunkt, d. h. bereits im optischen Empfänger durchzuführen. So kann die Bandbreite der nachfolgenden elektronischen Schaltung herabgesetzt werden. Auf diese Weise werden eingestreute hochfrequente Störsignale wirksam unterdrückt. Dazu ist allerdings ein Bauelement erforderlich, das die Mischung mit dem Sendesignal in seiner Empfangsfläche ermöglicht.The essential idea of the invention is the correlation with the transmission pulse sequence at the earliest possible point in time, i. H. to be carried out in the optical receiver. In this way, the bandwidth of the subsequent electronic circuit can be reduced. In this way, stray high-frequency interference signals are effectively suppressed. However, this requires a component that allows mixing with the transmission signal in its receiving area.

Ein geeignetes Bauelement ist aus der DE19821974B4 bekannt. Die dort beschriebenen Photomischdetektoren weisen zwei lichtempfindliche Modulationsphotogates und zwei nicht lichtempfindliche Akkumulationsgates auf. Die Modulationsphotogates sind jeweils mit einer Moduliereinrichtung und die Akkumulationsgates mit einer Ausleseeinrichtung verbunden. Diese Mischelemente werden als PMD-Pixel bezeichnet. Sie erlauben die Auswertung von aus der Lichtlaufzeit resultierenden Phasendifferenzen und wurden eigentlich zur Erzeugung von dreidimensionalen Kamerabildern entwickelt. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung sind sie aber auch als Korrelationsempfänger für einen energetischen Lichttaster geeignet.A suitable component is from DE19821974B4 famous. The photomixing detectors described there have two light-sensitive modulation photogates and two non-light-sensitive accumulation gates. The modulation pho togates are each connected to a modulating device and the accumulation gates are connected to a readout device. These mixing elements are referred to as PMD pixels. They allow the evaluation of phase differences resulting from the transit time of light and were actually developed to generate three-dimensional camera images. With the circuit according to the invention, however, they are also suitable as a correlation receiver for an energetic light sensor.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Die 1 zeigt einen energetischen Lichttaster mit einem erfindungsgemäß als Korrelationsempfänger 30 eingesetzten PMD-Pixel. Ein von einem Mikrocontroller 40 gesteuerter Generator 11 erzeugt ein Sendesignal Q in Form eines Pseudo-Zufallszahlen-Codes. Erfindungsgemäß ist ein „wahrlich orthogonaler Codesatz“ entweder im Generator 11 oder im µC 40 abgelegt. Diese Codes sind für Mehrfachzugangsverfahren (CDMA = code division multiple access) geeignet. Vorzugsweise wird ein asynchron-orthogonaler Code mit einer Länge von 32 Bit generiert. Der Vorteil besteht darin, dass die Multiplikation zweier Codes über einen gewissen Zeitraum auch bei einer Bitverschiebung Null ergibt. Die Verwendung von mehreren orthogonalen Codes erlaubt den Betrieb der Sensoren in einem gemeinsamen Überwachungsbereich. Die Aufteilung der Codes kann werksseitig, manuell, auch durch einen in der Auswerteinheit hinterlegten Algorithmus erfolgen. Außerdem sollen die Codes ausgewogen sein, d.h. die Anzahl der Low- und der High-Bits ist etwa gleich.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. the 1 shows an energetic light scanner with a PMD pixel used according to the invention as a correlation receiver 30 . A generator 11 controlled by a microcontroller 40 generates a transmission signal Q in the form of a pseudo-random number code. According to the invention, a “truly orthogonal code set” is stored either in the generator 11 or in the μC 40. These codes are suitable for multiple access methods (CDMA=code division multiple access). An asynchronous orthogonal code with a length of 32 bits is preferably generated. The advantage is that the multiplication of two codes over a certain period of time results in zero even with a bit shift. The use of multiple orthogonal codes allows the sensors to operate in a common surveillance area. The codes can be broken down at the factory, manually or by an algorithm stored in the evaluation unit. In addition, the codes should be balanced, ie the number of low and high bits is approximately the same.

Der Lichtsender 10 und das erste Modulationsphotogate K+ werden mit dem Code Q moduliert. Das zweite Modulationsphotogate K- wird mit dem ebenfalls vom Generator 11 erzeugten invertierten Code Q' moduliert. Das zweite Modulationsphotogate K- wird also nur in den Sendepausen aktiviert, d. h. die Korrelation erfolgt auf der photoempfindlichen Fläche. Hier sei angemerkt, dass der Generator 11 prinzipiell als Software im Mikrocontroller 40 nachgebildet werden kann.The light emitter 10 and the first modulation photogate K+ are modulated with the code Q. The second modulation photogate K- is modulated with the inverted code Q', which is also generated by the generator 11. The second modulation photogate K- is therefore only activated in the transmission pauses, i. H. the correlation takes place on the photosensitive surface. It should be noted here that the generator 11 can in principle be simulated as software in the microcontroller 40 .

Die Photoströme werden in den Akkumulationsgates des PMD-Pixels 30 summiert, bzw. integriert und als Spannungswerte ua und ub ausgegeben. Anschließend werden sie dem ohne äußere Beschaltung dargestellten Differenzverstärker 31 zugeführt. Die am Ausgang des Differenzverstärkers 31 entstehende Spannungsdifferenz wird im Trigger 32 mit einer Schaltschwelle verglichen. Diese Operationen können auch im Mikrocontroller 40 erfolgen, falls Analog-Digital-Wandler vorhanden sind und die Verarbeitungsgeschwindigkeit ausreicht. Die Bewertung, d. h. der Vergleich mit der Schaltschwelle erfolgt natürlich erst nach Ablauf der Sendeimpulsfolge. Anschließend wird das PMD-Pixel durch einen Reset-Befehl zurückgesetzt und der Generator erneut gestartet. Natürlich kann die Bewertung erst nach Ablauf mehrerer Sendeimpulsfolgen vorgenommen werden.The photocurrents are summed up in the accumulation gates of the PMD pixel 30, or integrated, and output as voltage values u a and u b . They are then fed to the differential amplifier 31 shown without external wiring. The voltage difference occurring at the output of the differential amplifier 31 is compared in the trigger 32 with a switching threshold. These operations can also take place in the microcontroller 40 if analog/digital converters are present and the processing speed is sufficient. The evaluation, ie the comparison with the switching threshold, of course, only takes place after the transmission pulse sequence has elapsed. The PMD pixel is then reset by a reset command and the generator is restarted. Of course, the assessment can only be made after several transmission pulse sequences have elapsed.

Ohne Reflexsignal aus dem Überwachungsbereich 20 werden beide Modulationsphotogates gleichermaßen mit Fremdlicht oder Störlicht beaufschlagt, so dass ihr Differenzsignal Null ergibt. Ein Nutzsignal wird lediglich in dem mit dem Sendesignal Q synchronisierten ersten Modulationsphotogate wirksam.Without a reflex signal from the monitoring area 20, both modulation photogates are equally exposed to extraneous light or stray light, so that their difference signal results in zero. A useful signal only becomes effective in the first modulation photogate synchronized with the transmission signal Q.

Für die Lichtlaufzeitmessung sind weder die oben beschriebene Sendeimpulsfolge noch die Art der Auswertung geeignet. Die Integration des Empfangssignals und die einmalige Messung am Ende der Sendeimpulsfolge erlaubt keine Aussage über die Phasenverschiebung und damit über die Lichtlaufzeit. Hierzu sind ein symmetrisches Sendesignal und mindestens 2, im Allgemeinen sogar 4 Messungen in unterschiedlichen Phasenlagen (0°, 90°,180°, 270°) erforderlich. Die Lichtlaufzeit ist nur dann von Bedeutung, wenn die Taktfrequenz zu hoch gewählt wird. Deshalb wird der Takt, d.h. die Bitlänge des Sendesignals erfindungsgemäß an den zu erwartenden Überwachungsbereich 20 angepasst. Für einen Reflektor in 30 cm Abstand beträgt die Lichtlaufzeit ca. 2 Nanosekunden. Bei einer Taktfrequenz von 0,5 MHz beträgt die Bitlänge 1 Mikrosekunde. Die Lichtlaufzeit ist vernachlässigbar, weil die Phase des Empfangssignals gegenüber dem Sendesignal nur um 1 Promille verschoben wird. Weit entfernte Reflektoren werden allerdings abgeschwächt, bzw. können durch Anpassung der Taktfrequenz ausgeblendet werden. Bei einem maximalen Überwachungsabstand von 30 cm beträgt die Lichtlaufzeit (time of flight) für den regulären Lichtimpuls 2 Nanosekunden. Für ein Hintergrundobjekt in 180 cm Abstand beträgt die Laufzeit 12 Nanosekunden. Wählt man die Bitlänge 24 Nanosekunden, was eine Taktfrequenz f = 1/ (ton+toff) von ca. 21 MHz ergibt, heben sich die Photoströme der beiden Modulationsphotogates gegenseitig auf. Das Objekt wird ausgeblendet, das Nutzsignal aber nur um etwa 16 Prozent abgeschwächt. Statistisch auf beide Modulationsphotogates verteilte Störsignale heben sich durch die Synchrongleichrichtung mit anschließender Differenzbildung vollständig auf. So kann durch Erzeugung einer Zufallsfolge und Korrelation des Empfangssignals mit den Sendesignal die Störsicherheit nahezu beliebig verbessert werden kann. Hierzu ist lediglich die Verlängerung der Zufallsfolge und damit allerdings auch die Verlängerung der Integrationszeit erforderlich, sofern der Sendetakt beibehalten werden soll.Neither the transmission pulse sequence described above nor the type of evaluation are suitable for the time-of-flight measurement. The integration of the received signal and the one-off measurement at the end of the transmitted pulse sequence do not allow any statement to be made about the phase shift and thus about the light propagation time. This requires a symmetrical transmission signal and at least 2, generally even 4 measurements in different phase positions (0°, 90°, 180°, 270°). The light propagation time is only important if the clock frequency is too high. The clock, i.e. the bit length of the transmission signal, is therefore adapted to the monitoring area 20 to be expected according to the invention. For a reflector at a distance of 30 cm, the light propagation time is approx. 2 nanoseconds. With a clock frequency of 0.5 MHz, the bit length is 1 microsecond. The light propagation time is negligible because the phase of the received signal is only shifted by 1 per mil compared to the transmitted signal. However, distant reflectors are weakened or can be hidden by adjusting the clock frequency. With a maximum monitoring distance of 30 cm, the light propagation time (time of flight) for the regular light pulse is 2 nanoseconds. For a background object at a distance of 180 cm, the running time is 12 nanoseconds. If a bit length of 24 nanoseconds is selected, which results in a clock frequency f = 1/(ton+toff) of approx. 21 MHz, the photocurrents of the two modulation photogates cancel each other out. The object is masked out, but the useful signal is only weakened by around 16 percent. Interference signals statistically distributed to both modulation photogates are completely canceled out by the synchronous rectification with subsequent difference formation. Thus, by generating a random sequence and correlating the received signal with the transmitted signal, the immunity to interference can be improved almost at will. All that is required for this is the lengthening of the random sequence and thus also the lengthening of the integration time if the transmission clock is to be retained.

Wie durch den Tiefpass angedeutet, kann die Bandbreite der elektronischen Schaltung auf das zur Verarbeitung der mechanischen Bewegung im Überwachungsbereich 20 notwendige Maß begrenzt werden.As indicated by the low-pass filter, the bandwidth of the electronic circuit can be limited to that used to process the mechanical movement in excess wachungsbereich 20 be limited to the extent necessary.

Der Mikrocontroller 40 steuert den Generator 11 und dient zur weiteren Signalverarbeitung.The microcontroller 40 controls the generator 11 and is used for further signal processing.

Mit den beiden gezeigten Schaltausgängen bzw. Ports 41 und 42 kann der Schaltzustand angezeigt oder auch an eine übergeordnete Steuereinheit gemeldet werden. Weiterhin können Einlernvorgänge, Parametrierungen oder sonstige Steuerfunktionen ausgelöst werden. Die Verbindung mit dem Generator 11 erlaubt die Auswahl des für die aktuelle Messaufgabe an besten geeigneten Pseudo-Zufallszahlen-Code Q bzw. der Taktfrequenz.With the two switching outputs or ports 41 and 42 shown, the switching status can be displayed or reported to a higher-level control unit. Furthermore, learning processes, parameterization or other control functions can be triggered. The connection to the generator 11 allows the selection of the pseudo-random number code Q or the clock frequency that is most suitable for the current measurement task.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischer Näherungsschalter, vorzugsweise einen energetischen Lichttaster, sie ist aber auch für Einweg- oder Reflexlichtschranken geeignet. Er enthält einem Sender 10, der von einem Generator 11 oder von einer Steuereinheit 40 ein mit einem Pseudo-Zufallszahlen-Code Q, vorzugsweise mit einem 32-Bit -Code moduliertes Lichtsignal erhält und in einen Überwachungsbereich 20 aussendet.The present invention relates to an optical proximity switch, preferably an energetic light sensor, but it is also suitable for one-way or reflex light barriers. It contains a transmitter 10 which receives a light signal modulated with a pseudo-random number code Q, preferably with a 32-bit code, from a generator 11 or from a control unit 40 and emits it into a monitoring area 20 .

Ein Korrelationsempfänger 30, erfindungsgemäß ein PMD-Pixel, wird zum Empfang des moduliertes Lichtsignals synchron mit dem Code Q und dem inversen Code Q' gespeist.A correlation receiver 30, according to the invention a PMD pixel, is fed synchronously with the code Q and the inverse code Q' for receiving the modulated light signal.

Die Ausgänge des als Korrelator wirkenden PMD-Pixels sind mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden. Hier wird das Differenzsignal der beiden Ausgänge über mindestens eine Länge des Pseudo-Zufallszahlencodes summiert und mit einer Schaltschwelle verglichen und im Ergebnis ein binäres Schaltsignal erzeugt.The outputs of the PMD pixel acting as a correlator are connected to an evaluation unit 40 . Here, the difference signal of the two outputs is summed over at least one length of the pseudo-random number code and compared with a switching threshold, and a binary switching signal is generated as a result.

Im Gegensatz zur Lichtlaufzeitmessung wird lediglich die Amplitude des Differenzsignals am Ende der vorzugsweise aus 32 Bit bestehenden Pseudo-Zufallsfolge bewertet.In contrast to the time-of-flight measurement, only the amplitude of the differential signal at the end of the pseudo-random sequence, which preferably consists of 32 bits, is evaluated.

Vorteilhaft beträgt die Bitlänge des Pseudo-Zufallscodes mindestens das10-fache der regulären Lichtlaufzeit vom Sender 10 zum Empfänger 30. Unter regulärer Lichtlaufzeit wird der direkte Weg ohne Umspiegelung oder weitere Reflexionen verstanden.Advantageously, the bit length of the pseudo-random code is at least 10 times the regular light propagation time from the transmitter 10 to the receiver 30. Regular light propagation time means the direct path without mirroring around or further reflections.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Näherungsschalters beansprucht, wobei ein in einen Überwachungsbereich 20 ausgesendetes Lichtsignal in einem PMD-Pixel mit dem Empfangssignal korreliert und ein binäres Schaltsignal erzeugt wird. In einem ersten Verfahrensschritt wird von einem Sender 10 ein mit einem Pseudo-Zufallszahlencode, vorzugsweise mit einem 32-Bit -Code moduliertes Lichtsignal in einen Überwachungsbereich 20 ausgesendet.Furthermore, a method for operating an optical proximity switch is claimed, with a light signal emitted into a monitoring area 20 being correlated in a PMD pixel with the received signal and a binary switching signal being generated. In a first method step, a transmitter 10 emits a light signal modulated with a pseudo-random number code, preferably with a 32-bit code, into a surveillance area 20 .

In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Lichtsignal mit einem synchron modulierten PMD-Pixel 30 empfangen und über die Länge des Pseudo-Zufallszahlen-Codes aufsummiert.In a second method step, the light signal is received with a synchronously modulated PMD pixel 30 and added up over the length of the pseudo-random number code.

In einem dritten Verfahrensschritt wird vorzugsweise in einer Auswerteeinheit 40 ein Differenzsignal gebildet, das Differenzsignal mit einer Schaltschwelle verglichen und daraus ein binäres Schaltsignal erzeugt.In a third method step, a difference signal is preferably formed in an evaluation unit 40, the difference signal is compared with a switching threshold and a binary switching signal is generated therefrom.

BezugszeichenlisteReference List

1010
optischer Sender, LED, Laserdiodeoptical transmitter, LED, laser diode
1111
Pseudo-Zufallsgenerator, FunktionsgeneratorPseudo-random generator, function generator
2020
Überwachungsbereich, Reflektor, Objekt, TargetSurveillance area, reflector, object, target
3030
Korrelationsempfänger, PMD-Empfänger, PMD-PixelCorrelation Receiver, PMD Receiver, PMD Pixel
3131
Differenzverstärkerdifferential amplifier
3232
Triggertriggers
4040
Steuereinheit, Auswerteeinheit, Mikrocontroller, µCControl unit, evaluation unit, microcontroller, µC
4141
erster Schaltausgang, Port 1first switching output, port 1
4242
zweiter Schaltausgang, Port 2second switching output, port 2

Claims (2)

Optischer Näherungsschalter, vorzugsweise energetischer Lichttaster, mit einem Sender (10), zur Aussendung eines mit einem Pseudo-Zufallszahlen-Code, vorzugsweise mit einem 32-Bit -Code modulierten Lichtsignals in einen Überwachungsbereich (20), einem Korrelationsempfänger (30) zum Empfang des moduliertes Lichtsignals und einer Auswerteeinheit (40) zur Erzeugung eines binären Schaltsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrelationsempfänger (30) ein PMD-Pixel aufweist, dessen Ausgänge mit der Auswerteeinheit (40) verbunden sind, die das über die Länge des Pseudo-Zufallszahlen-Codes summierte Differenzsignal der Ausgänge mit einer Schaltschwelle vergleichen kann, wobei die Bitlänge innerhalb des Pseudo-Zufallszahlen-Codes mindestens das 10-fache der regulären Lichtlaufzeit vom Sender (10) zum Empfänger (30) beträgt.Optical proximity switch, preferably energetic light sensor, with a transmitter (10) for emitting a light signal modulated with a pseudo-random number code, preferably with a 32-bit code, into a monitoring area (20), a correlation receiver (30) for receiving the modulated light signal and an evaluation unit (40) for generating a binary switching signal, characterized in that the correlation receiver (30) has a PMD pixel whose outputs are connected to the evaluation unit (40) which over the length of the pseudo-random number Codes can compare summed difference signal of the outputs with a switching threshold, the bit length within the pseudo-random number code is at least 10 times the regular light propagation time from the transmitter (10) to the receiver (30). Verfahren zum Betreiben eines optischen Näherungsschalters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Pseudo-Zufallszahlen-Code, vorzugsweise mit einem 32-Bit -Code moduliertes Lichtsignal ausgesendet, das Lichtsignal mit einem synchron modulierten PMD-Pixel empfangen und über die Länge des Pseudo-Zufallszahlen-Codes aufsummiert, ein Differenzsignal gebildet, mit einer Schaltschwelle verglichen und daraus ein binäres Schaltsignal erzeugt wird, wobei die Bitlänge innerhalb des Pseudo-Zufallszahlen-Codes mindestens das 10-fache der regulären Lichtlaufzeit vom Sender (10) zum Empfänger (30) beträgt.Method for operating an optical proximity switch claim 1 , characterized in that a light signal modulated with a pseudo-random number code, preferably with a 32-bit code, is emitted, the A light signal is received with a synchronously modulated PMD pixel and summed up over the length of the pseudo-random number code, a difference signal is formed, compared with a switching threshold and a binary switching signal is generated from this, the bit length within the pseudo-random number code being at least 10 times the regular light propagation time from the transmitter (10) to the receiver (30).
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016204108A1 (en) 2015-03-13 2016-09-15 Ifm Electronic Gmbh Optical proximity switch for automation technology

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101206A1 (en) 1990-01-20 1991-07-25 Aeg Sensorsysteme Gmbh Pulsed light barrier transmitting light modulated by noise generator - has sync. demodulation correlating received signal with noise generator signal
DE19926214A1 (en) 1999-06-09 2001-01-11 Balluff Gebhard Gmbh & Co Suppression of noise signals in signal from optical sensor or proximity switch by transmitting chirp sequence and autocorrelating
WO2002033817A1 (en) 2000-10-16 2002-04-25 Rudolf Schwarte Method and device for detecting and processing signal waves
DE10211387A1 (en) 2001-03-15 2003-04-03 Omron Tateisi Electronics Co Sensor using radiation pulses
EP1318606A1 (en) 2001-12-04 2003-06-11 Optosys SA Photoelectric proximity switch
DE19821974B4 (en) 1998-05-18 2008-04-10 Schwarte, Rudolf, Prof. Dr.-Ing. Apparatus and method for detecting phase and amplitude of electromagnetic waves
DE102007019527A1 (en) 2007-04-25 2008-10-30 Siemens Ag Distance sensor with electro-optical mixer and improved diplexer
DE102007031430A1 (en) 2007-07-05 2009-01-15 Sick Ag Operating process for light grid involves automation of code selection by selecting all prepared codes in succession
DE202008000993U1 (en) 2008-01-23 2009-05-28 Otto Christ Aktiengesellschaft Treatment plant for vehicles, in particular car wash
DE102010020510A1 (en) 2009-05-15 2010-11-18 Ifm Electronic Gmbh Method for distance determining with three dimensional-lifecycle camera, involves providing transmitter unit with multiple illuminating elements for emitting modulated light signal, and receiving unit

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4101206A1 (en) 1990-01-20 1991-07-25 Aeg Sensorsysteme Gmbh Pulsed light barrier transmitting light modulated by noise generator - has sync. demodulation correlating received signal with noise generator signal
DE19821974B4 (en) 1998-05-18 2008-04-10 Schwarte, Rudolf, Prof. Dr.-Ing. Apparatus and method for detecting phase and amplitude of electromagnetic waves
DE19926214A1 (en) 1999-06-09 2001-01-11 Balluff Gebhard Gmbh & Co Suppression of noise signals in signal from optical sensor or proximity switch by transmitting chirp sequence and autocorrelating
WO2002033817A1 (en) 2000-10-16 2002-04-25 Rudolf Schwarte Method and device for detecting and processing signal waves
DE10211387A1 (en) 2001-03-15 2003-04-03 Omron Tateisi Electronics Co Sensor using radiation pulses
EP1318606A1 (en) 2001-12-04 2003-06-11 Optosys SA Photoelectric proximity switch
DE102007019527A1 (en) 2007-04-25 2008-10-30 Siemens Ag Distance sensor with electro-optical mixer and improved diplexer
DE102007031430A1 (en) 2007-07-05 2009-01-15 Sick Ag Operating process for light grid involves automation of code selection by selecting all prepared codes in succession
DE202008000993U1 (en) 2008-01-23 2009-05-28 Otto Christ Aktiengesellschaft Treatment plant for vehicles, in particular car wash
DE102010020510A1 (en) 2009-05-15 2010-11-18 Ifm Electronic Gmbh Method for distance determining with three dimensional-lifecycle camera, involves providing transmitter unit with multiple illuminating elements for emitting modulated light signal, and receiving unit

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