DE102013218460B4

DE102013218460B4 - Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters und Näherungsschalter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102013218460B4
Application number: DE102013218460.3A
Authority: DE
Inventors: Sabine Kampf
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: DE102013218460A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters zur Unterdrückung von Störeinflüssen durch baugleiche in der Nähe befindliche optische Näherungsschalter mit einem Sender (1) zur Aussendung eines Bitmusters S, einem Empfänger (2) zum Empfang des gesendeten Bitmusters S und einer Steuereinheit (3) zur Steuerung von Sender (1) und Empfänger (2) und zur Erzeugung eines Objektsignals, wobei in der Steuereinheit (3) unterschiedliche Bitmuster S1 und S2 mit je n Bit gespeichert sind, zunächst das Bitmuster S1 gesendet und in den Sendepausen das Empfangssignal bezüglich störender Bitmuster ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung eines in den Sendepausen empfangenen Bitmusters mit dem aktuellen Bitmuster S1 der Sender (1) auf das Bitmuster S2 umgeschaltet wird, wobei nach Beendigung eines Sendeintervalls ts eine Zeitmessung gestartet wird, wobei die Zeit tm bis zum Eintreffen eines ersten potentiellen Störimpulses gemessen wird und dass ein in der Sendepause tp empfangener Impuls nur dann als Störimpuls gewertet wird, wenn sein zeitlicher Abstand von den Sendeimpulsen kleiner als eine vorgegebene Zeit tg ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten optischen Näherungsschalter.
Optische Näherungsschalter sind seit langem bekannt und werden auch von der Anmelderin in großer Stückzahl hergestellt und vertrieben.
Sie bestehen üblicherweise aus einem Sender, meist einer LED oder einer Laserdiode, und einem Empfänger, meist eine Fotodiode oder ein Fototransistor, und optischen Elementen zur Aussendung von moduliertem Licht in einen Überwachungsbereich und zum Empfang der reflektierten oder transmittierten Anteile, sowie einer elektronischen Schaltung zur Modulation des Senders und zur Auswertung des Empfangssignals.
Optische Näherungsschalter sind naturgemäß anfällig gegen Störstrahlung, wobei zwischen mehreren Arten von Störquellen zu unterscheiden ist, die mit unterschiedlichen Maßnahmen zu bekämpfen sind.
Der Einfluss von Gleichlicht, meistens Sonnenlicht, oder niederfrequenter Störstrahlung von Glühlampen, kann mit Blenden, Spektralfiltern, oder elektronisch durch Hochpässe reduziert werden.
Schwieriger ist die Bekämpfung hochfrequenter optischer Störstrahlung, wie sie zum Beispiel von Gasentladungslampen ausgesendet wird, oder auch elektromagnetischer Strahlung von anderen elektrischen Störquellen, wie Motoren, Mobiltelefonen oder anderen Sendeanlagen.
Ein weiteres Problem sind Störungen durch benachbart angeordnete Näherungsschalter mit ähnlichen oder gar identischen Sendesignalen.
Neben der geometrisch-optischen Ausblendung kann der Einfluss von Störquellen durch die Wahl geeigneter Sendefrequenzen außerhalb von bekannten Störfrequenzen oder deren Oberwellen und/oder mit kurzen Sendeimpulsen und langen Pausen in Verbindung mit Lock-in-Verstärkern, die nur während der Sendezeit aktiv sind, verringert werden.
Weil diese Störquellen nicht phasenstarr mit dem auszuwertenden Sender gekoppelt sind, kann man solche Störungen durch Integration über einen genügend langen Zeitraum weitgehend ausblenden. Da das aber zu einer erheblichen Verringerung der Schaltfrequenz führt, wurde nach Möglichkeiten gesucht, diesen Störquellen auf andere Art auszuweichen.
So ist aus der DE4141469A1 bekannt, das Sendesignal in Abhängigkeit vom Störsignal zu verändern. Der Lichtempfänger wird in den Sendepausen benutzt, um ein eventuell vorhandenes Störsignal zu erfassen und seinen Verlauf annähernd zu bestimmen. So wird weitgehend verhindert, dass ein von außen kommendes Störsignal das Vorhandensein eines Gegenstandes im Überwachungsbereich vortäuscht. Ebenso wird vorgeschlagen, das Sendesignal in seiner Form und/oder seiner Leistung in Abhängigkeit vom Störsignal zu verändern.
Die DE19926214A1 verwendet mehrere gespeicherte Chirpfolgen mit guter Autokorrelation.
Die DE102008015286A1 nennt quasi orthogonale Codes, die anhand ihrer geringen, bzw. überhaupt nicht vorhandenen Korrelation unterschieden werden können.
Die EP1318606A1 zeigt einen Näherungsschalter mit einem Zufallssignalgenerator, der mit dem Eingang des Impulslichtsenders und auch mit der Empfangssignalauswerteeinrichtung verbunden ist. So sollen die verschiedenen Impulslichtsender desynchronisiert werden.
Die DE102007031430A1 lehrt die Verwendung von unterschiedlichen Bitmustern und deren Bewertung bezüglich ihrer Störfestigkeit und daraus folgend die Benutzung des am wenigsten mit einem jeweiligen Störsignal korrelierenden Bitmusters, wobei die zur Verfügung stehenden Bitmuster durch Korrelation mit dem Störsignal bestimmt werden, was als zeitaufwändig und damit nachteilig empfunden wird.
Die DE19835986A1 verwendet ein periodisches Sendesignal und lehrt, im Störungsfall die Sendefrequenz zu wechseln. Als vorteilhafte Ausgestaltung wird ein Puls-Pausenverhältnis von 50% angegeben, was von der Codierung des Sendesignals wegführt, und als unzureichend angesehen wird.
Die DE102005018263A1 lehrt, im Störungsfall die Änderung der Periodendauer, bei stark asymmetrischen Puls- Pausenverhältnis, was auf ein Verlängerung oder Verkürzung der Sendepausen hinausläuft, was ebenfalls als unzureichend angesehen wird.
Die DE10136242A1 lehrt eine Korrekturverschiebung des Sendesignals unter Beibehaltung der Periodendauer, was von der Codierung des Sendesignals wegführt, und als unzureichend angesehen wird.
Als nachteilig werden der Schaltungsaufwand und der Zeitbedarf für die Durchführung der Korrelationsuntersuchungen, bzw. die unvollständige Sicherheit bei einer Desynchronisation angesehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Störausblendung einfacher und schneller zu gestalten. Insbesondere soll der störende Einfluss benachbart angeordneter Näherungsschalter mit gleichen oder ähnlichen Sendesignalen verringert werden.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weiterhin wird ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter optischer Näherungsschalter angegeben.
Der wesentliche Erfindungsgedanke basiert auf der Erkenntnis, dass in der Regel baugleiche oder ähnliche, oft auch vom selben Hersteller stammende Näherungsschalter, nebeneinander angeordnet sind. Bei bekannten Störsignalformen können sich benachbart angeordnete optische Näherungsschalter deshalb selbsttätig organisieren, d. h. eine freie Sendesequenz aus einer Anzahl von bekannten Sendesequenzen auswählen.
Dazu wird der Sender zunächst mit einem ersten Bitmuster moduliert. In den Sendepausen wird nach Bitmustern benachbarter optischer Näherungsschaltern gesucht. Bei Übereinstimmung eines in den Sendepausen empfangenen Bitmusters mit dem aktuell gesendeten Bitmuster wird der Sender auf ein anderes Bitmuster umgeschaltet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nach Beendigung jedes Sendeimpulses eine Zeitmessung gestartet, und die Zeit bis zum Eintreffen eines ersten potentiellen Störimpulses gemessen. Optional wird ein potentieller Störimpuls nur dann als solcher gewertet wenn sein zeitlicher Abstand zu einem Sendeimpuls kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
1 zeigt einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Aufbau mit beispielhaften Bitmustern S1, S2, sowie einen benachbart angeordneten baugleichen Sender mit dem Bitmuster S1.
Der Sender 1 ist erfindungsgemäß auf das Bitmuster S2 umgeschaltet. Dieses Bitmuster wird u. a. auch vom Empfänger 2 empfangen und als Bitmuster Sx in ein als zweiter Bitmusterspeicher 5 dienendes Schieberegister eingespeist. Die Vergleichsanordnung 6 vergleicht dieses Bitmuster mit dem aktuell verwendeten Bitmuster S2. Die Taktrate liegt typischerweise zwischen 10 und 100 kHz.
Bei ausreichender, beispielsweise mehr als 80%-iger, Übereinstimmung mit dem gesendeten Bitmuster S2 erzeugt die Steuereinheit 3 ein positives Objektsignal.
In den Pausenzeiten tp wird ebenfalls gemessen und die empfangenen Signale mit den gespeicherten Bitmustern verglichen. Bei Übereinstimmung mit dem aktuell gesendeten Bitmuster kann zwischen den gespeicherten Bitmustern umgeschaltet werden, beispielsweise auch auf ein weiteres, hier nicht dargestelltes Bitmuster S3. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass alle Bitmuster die gleiche Anzahl von „1“-Bits und „0“-Bits haben.
Bei der in 2 gezeigten vorteilhaften Ausgestaltung wird der zeitliche Abstand zwischen den aktuell gesendeten Impulsen und den gemessenen potentiellen Störimpulsen zur Bewertung der Störung verwendet. Die Umschaltung erfolgt erst dann, wenn Störungen in der Nähe der Sendepulse gemessen werden.
Alternativ kann auch der Mittelwert der gemessenen Abstände berechnet werden. Die Umschaltung erfolgt in diesem Fall, wenn der Mittelwert einen Vorgabewert unterschreitet.
Wie man sieht, bleibt der Empfänger 2 bei Nichtauftreten eines Störimpulses während der ganzen Sendepause tp aktiv.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Zeitintervall tg, in welcher ein fremder Impuls als Störimpuls gewertet wird, begrenzt. Folglich muss auch der Empfänger 2 nur während dieses Intervalls tg aktiv bleiben.
3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, bei der das Zeitintervall tg, in dem ein fremder Impuls als Störimpuls gewertet wird, begrenzt ist. In diesem Fall ist also auch der Empfänger 2 nur während des Zeitintervalls tg aktiv. So wird lediglich der zweite der beiden Fremdimpulse als Störimpuls gewertet.
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Empfänger
3: Steuereinheit
4: Erster Bitmusterspeicher
5: Zweiter Bitmusterspeicher (Schieberegister)
6: Anordnung zum Vergleich von Bitmustern
S1: Erstes Bitmuster
S2: Zweites Bitmuster
Sx: Empfangenes Bitmuster
tm: Zeit bis zum Eintreffen eines potentiellen Störimpulses
tp: Sendepause
ts: Sendeintervall
tg: Zeitintervall für einen gültigen Störimpuls

Claims

Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters zur Unterdrückung von Störeinflüssen durch baugleiche in der Nähe befindliche optische Näherungsschalter mit einem Sender (1) zur Aussendung eines Bitmusters S, einem Empfänger (2) zum Empfang des gesendeten Bitmusters S und einer Steuereinheit (3) zur Steuerung von Sender (1) und Empfänger (2) und zur Erzeugung eines Objektsignals, wobei in der Steuereinheit (3) unterschiedliche Bitmuster S1 und S2 mit je n Bit gespeichert sind, zunächst das Bitmuster S1 gesendet und in den Sendepausen das Empfangssignal bezüglich störender Bitmuster ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung eines in den Sendepausen empfangenen Bitmusters mit dem aktuellen Bitmuster S1 der Sender (1) auf das Bitmuster S2 umgeschaltet wird, wobei nach Beendigung eines Sendeintervalls ts eine Zeitmessung gestartet wird, wobei die Zeit tm bis zum Eintreffen eines ersten potentiellen Störimpulses gemessen wird und dass ein in der Sendepause tp empfangener Impuls nur dann als Störimpuls gewertet wird, wenn sein zeitlicher Abstand von den Sendeimpulsen kleiner als eine vorgegebene Zeit tg ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Senders (1) auf ein zweites Bitmuster eine Übereinstimmung von mindestens 50% mit dem aktuell gesendeten Bitmuster erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Senders (1) auf ein zweites Bitmuster der Mittelwert der gemessenen Zeiten tm einen Vorgabewert unterschreiten muss.
Optischer Näherungsschalter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sender (1), einem Empfänger (2) und einer Steuereinheit (3) zur Steuerung des Senders (1) und zur Erzeugung eines Objektsignals mit einem ersten Speicher (4) zur Speicherung unterschiedlicher Bitmuster S1 und S2 und einem zweiten Speicher (5) zur Speicherung empfangener Bitmuster Sx, einer Anordnung (6) zum Vergleich der empfangenen Bitmuster Sx mit einem gesendeten Bitmuster S1 oder S2, wobei die in den Sendeintervallen ts empfangenen Bitmuster Sx zur Erzeugung des Objektsignals verwendet werden, und die in den Sendepausen tp empfangenen Bitmuster als potentielle Störungen erfasst und gespeichert werden.