DE102017130059A1

DE102017130059A1 - Fotoelektrischer sensor

Info

Publication number: DE102017130059A1
Application number: DE102017130059.7A
Authority: DE
Inventors: Mingke YU; Kuniharu Shibata; Motoharu Okuno; Ryosuke Tsuzuki; Masanobu Horino; Yuki Matsui
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2037-12-16
Also published as: DE102017130059B4; CN108627881B; JP6852481B2; JP2018152819A; US10386535B2; US20180267202A1; CN108627881A

Abstract

Ein fotoelektrischer Sensor wir bereit gestellt, der in der Lage ist, eine durch wechselseitige Beeinflussung verursachte Fehlfunktion zu verhindern. Der fotoelektrische Sensor umfasst: eine Lichtprojektionseinheit, die als Signallicht wiederholt einen Satz von Pulslicht ausstrahlt, das einem projizierten Lichtmuster folgt, bei dem eine Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeitspanne unterschiedlich gemacht wird; ein Lichtempfangselement, das das Signallicht empfängt; und eine Lichtempfangssteuerung, die einen Zustand einfallenden Lichts und einen Zustand blockierten Lichts auf der Grundlage eines von dem Lichtempfangselement empfangenen Lichtsignals unterscheidet. Die Lichtprojektionseinheit hat ein erstes Muster mit einer um eine feste Zeit vergrößerten Lichtprojektionsperiode und ein zweites Muster mit einer um eine feste Zeit reduzierten Lichtprojektionsperiode als projiziertes Lichtmuster, und im ersten und zweiten Muster ist ein Puls bzw. Impuls, der eine kürzeste Periode anzeigt, in der Lichtprojektionsperiode enthalten, die anders als die kürzeste Periode ist.

Description

HINTERGRUND
Technischer Bereich
Die Offenbarung bezieht sich auf einen fotoelektrischer Sensor.
Beschreibung des Standes der Technik
Bekannt ist ein fotoelektrischer Sensor bzw. eine Lichtschranke aufweisend einen Lichtprojektor und einen Lichtempfänger. Bei einem solchen fotoelektrischen Sensor sind der Lichtprojektor und der Lichtempfänger so zueinander ausgerichtet, dass das Licht des Lichtprojektors in den Lichtempfänger einfällt. Beispielsweise wird eine fotoelektrischer Sensor bzw. eine Lichtschranke mit der obigen Konfiguration in der Japanischen Patentanmeldung mit Offenlegungsschrift Nr. 2010-205454 (Patentdokument 1) offenbart.
In den letzten Jahren hat sich eine Inverter-Beleuchtung oder eine LED-Beleuchtung bzw. -Lichttechnik durchgesetzt. Diese Beleuchtungsgeräte erzeugen Licht in einem festen Zyklus. Im Fall eines fotoelektrischen Sensors kann Licht, welches von der Inverter-Beleuchtungslampe oder der LED-Beleuchtungslampe emittiert wird, eine Störung darstellen, die zu einer Fehlfunktion des fotoelektrischen Sensors führt.
Beispielsweise wird ein optischer Sensor zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Störlicht einer festen Frequenz in der Japanischen Patentanmeldung mit Offenlegungsschrift Nr. 2015-212711 (Patentdokument 2) offenbart. Bei diesem optischen Sensor projiziert eine Lichtprojektionseinheit Pulslicht in ungleichen Pulsabständen.

[Patentschrift 1] Japanische Patentanmeldung OS-Nr. 2010-205454 .
[Patentschrift 2] Japanische Patentanmeldung OS-Nr. 2015-212711 .

ÜBERBLICK
Wie oben beschrieben, wird ein fotoelektrischer Sensor bzw. eine Lichtschranke mit einer Funktion zur Verhinderung einer durch Störlicht verursachten Fehlfunktion vorgeschlagen. Indes ist eine Funktion zur Verhinderung einer Fehlfunktion, die durch wechselseitige Interferenz zwischen mehreren fotoelektrischen Sensoren verursacht wird, noch nicht vorgeschlagen worden. Daher wurde auch noch kein fotoelektrischer Sensor vorgeschlagen, der in der Lage ist, sowohl wechselseitige Interferenzen als auch Interferenzen durch Störlicht zu verhindern. Die wechselseitige Interferenz bzw. Beeinflussung allein ist ebenso für den Betrieb des fotoelektrischen Sensors problematisch.
Die Ausführungsbeispielen der Erfindung stellen einen fotoelektrischen Sensor bereit, der beschaffen ist, eine durch wechselseitige Beeinflussung verursachte Fehlfunktion zu verhindern.
Ein fotoelektrischer Sensor bzw. eine Lichtschranke gemäß eines Aspekts der Erfindung umfasst: eine Lichtprojektionseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie als Signallicht wiederholt einen Satz von Pulslicht ausstrahlt, das einem projizierten Lichtmuster folgt, in dem eine Lichtprojektionsperiode verschieden gemacht wird durch eine feste Zeitspanne; ein Lichtempfangselement, das so konfiguriert ist, dass es das Signallicht von der Lichtprojektionseinheit empfängt; und eine Lichtempfangssteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Zustand einfallenden Lichts und einen Zustand blockierten Lichts auf der Grundlage eines von dem Lichtempfangselement empfangenen Lichtsignals unterscheidet. Die Lichtprojektionseinheit hat ein erstes Muster, bei dem die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeit vergrößert wird, und hat ein zweites Muster, bei dem die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeit als das projizierte Lichtmuster reduziert wird, und bei dem ersten und zweiten projizierten Lichtmuster wird ein Puls, der eine kürzeste Zeitdauer anzeigt, in die Lichtprojektionsperiode einbezogen, die nicht die kürzeste Zeitspanne ist.
In einem oder mehreren exemplarischen Ausführungsbeispielen sind das erste Muster und das zweite Muster Muster, die sich wechselseitig umkehren.
In einem oder mehreren exemplarischen Ausführungsbeispielen sind ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem ersten Muster und ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem zweiten Muster vollständig getrennt.
In einem oder mehreren exemplarischen Ausführungsbeispielen werden ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem ersten Muster und ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem zweiten Muster teilweise überlagert.
In einem oder mehreren exemplarischen Ausführungsbeispielen wird der Puls, der die kürzeste Periode angibt, in die längste Periode des ersten Musters und in die längste Periode des zweiten Musters einbezogen.
In einem oder mehreren beispielhaften Ausführungsbeispielen weist der fotoelektrische Sensor einen Normalbetrieb und einen Störlichtbetrieb bzw. -modus auf. Die Lichtempfangssteuerung enthält einen Komparator, der die Intensität des empfangenen Lichtsignals mit einem Bestimmungs-Schwellenwert vergleicht. Die Lichtempfangssteuerung stellt die Hysterese im Vergleich der Intensität des empfangenen Lichtsignals und der Bestimmungs-Schwellenwert durch den Komparator im Störlichtbetrieb ein.
Nach den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein fotoelektrischer Sensor vorgesehen werden, der Störungen durch wechselseitige Beeinflussung verhindern kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild zur Beschreibung einer schematischen Konfiguration eines fotoelektrischen Sensors nach einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Ansicht, die ein erstes projiziertes Lichtmuster einer Lichtprojektionseinheit des fotoelektrischen Sensors nach der Ausführungsform der Erfindung darstellt.
3 ist eine Ansicht, die ein zweites projiziertes Lichtmuster der Lichtprojektionseinheit des fotoelektrischen Sensors entsprechend der Ausführungsform der Erfindung darstellt.
4 ist eine Ansicht zur Beschreibung der wechselseitigen Beeinflussung einer Vielzahl von fotoelektrischen Sensoren.
5 ist eine Ansicht, die ein erstes Beispiel für die Beziehung zwischen dem ersten projizierten Lichtmuster und dem zweiten projizierten Lichtmuster zeigt.
6 zeigt ein zweites Beispiel für die Beziehung zwischen dem ersten projizierten Lichtmuster und dem zweiten projizierten Lichtmuster.
7 zeigt ein drittes Beispiel für die Beziehung zwischen dem ersten projizierten Lichtmuster und dem zweiten projizierten Lichtmuster.
8 ist eine Ansicht zur Beschreibung des Einflusses eines Rückpralls einer empfangenen Lichtwellenform.
9 ist eine schematische Darstellung zur Beschreibung der Fluktuation, die bei der Bestimmung des einfallenden Lichts aufgrund eines Rückpralls der empfangenen Lichtwellenform, der auf weißes Rauschen zurückgeführt wird, entsteht.
10 ist eine schematische Darstellung zur Beschreibung einer fehlerhaften Bestimmung, die durch das weiße Rauschen verursacht wird, das der empfangenen Lichtwellenform überlagert ist.
11 ist eine Ansicht zur Beschreibung der Hysterese eines Komparators nach der Ausführungsform der Erfindung.
12 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels für einen Hysterese-Betrieb des Komparators (226) in einem Störlichtmodus entsprechend der Ausführungsform der Erfindung.
13 ist ein erstes Flussdiagramm zur Beschreibung eines Prozesses einer Lichtempfangseinheit.
14 ist ein zweites Flussdiagramm zur Beschreibung des Prozesses der Lichtempfangseinheit.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen werden identische oder gleichwertige Teile bzw. Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibung wird nicht wiederholt.
1 ist ein Blockschaltbild zur Beschreibung einer schematischen Konfiguration eines fotoelektrischen Sensors nach einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 1 dargestellt, ist ein fotoelektrischer Sensor 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung ein lichtdurchlässiger fotoelektrischer Sensor bzw. eine Lichtschranke und besteht aus einer Lichtprojektionseinheit 100 und einer Lichtempfangseinheit 200. In dieser Ausführungsform sind die Lichtprojektionseinheit 100 und die Lichtempfangseinheit 200 voneinander unabhängig und im Abstand gegenüberstehend zueinander angeordnet.
Die Lichtprojektionseinheit 100 umfasst ein Lichtprojektionselement 102, einen Lichtprojektionstreiberschaltkreis 104, eine Lichtprojektionssteuerungs- Integrierter Schaltkreis (IC) 106, eine Betriebsanzeigelampe 108 und eine Stabilitätsanzeigelampe 110. Das Lichtprojektionselement 102 wird über den Lichtprojektionstreiberschaltkreis 104 angesteuert und erzeugt Pulslicht. Das Lichtprojektionselement 102 ist eine LED oder eine Laserdiode (LD).
Der Lichtprojektionssteuerungs-IC 106 steuert umfassend die Lichtprojektionseinheit 100. Insbesondere der Lichtprojektionssteuerungs-IC 106 steuert den Lichtprojektionstreiberschaltkreis 104 nach einem projizierten Lichtmuster. Dadurch erzeugt das Lichtprojektionselement 102 einen Satz des Pulslichts als Signallicht nach einem projizierten Lichtmuster davon.
Während die Lichtprojektionseinheit 100 in Betrieb ist, schaltet der Lichtprojektionssteuerungs-IC 106 die Betriebsanzeigelampe 108 ein. Zusätzlich steuert der Lichtprojektionssteuerungs-IC 106 die Stabilitätsanzeigelampe 110, die anzeigt, ob ein Betrieb der Lichtprojektionseinheit 100 stabil ist oder nicht.
Die Lichtempfangseinheit 200 enthält ein Lichtempfangselement 202, einen Lichtempfangssteuerungs-IC 206, eine Betriebsanzeigelampe 208, eine Stabilitätsanzeigelampe 210 und einen Ausgangsabschnitt 212. Das Lichtempfangselement 202 empfängt das Pulslicht von dem Lichtprojektionselement 102.
Typischerweise enthält das Lichtempfangselement 202 eine Photodiode (PD). Ein Signal des Lichtempfangselementes 202 wird in den Lichtempfangssteuerungs-IC 206 (ein Lichtempfangs-Controller) eingespeist. Der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 unterscheidet anhand eines von dem Lichtempfangselement 202 empfangenen Lichtsignals zwischen einem Zustand einfallenden Lichts und einem Zustand blockierten Lichts. Der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 enthält einen A/D-Wandler (ADC) 222, einen Speicher 224 und einen Komparator 226. Der ADC 222 wandelt ein analoges Signal von dem Lichtempfangselement 202 in ein digitales Signal um. Der Speicher 224 speichert Daten für den Vergleich des Digitalsignals unter Einsatz des Komparators 226. Diese Daten werden zuvor in den Speicher 224 eingegeben. Die im Speicher 224 gespeicherten Daten können Daten sein, die ein Muster des von der Lichtprojektionseinheit 100 an die Lichtempfangseinheit 200 gesendeten Pulslichts (ein Eigensignal) anzeigen, oder können ein Vergleichswert sein, der mit dem digitalen Signal des ADC 222 verglichen werden soll.
Während die Lichtempfangseinheit 200 in Betrieb ist, schaltet der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Betriebsanzeigelampe 208 ein. Zusätzlich steuert der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Stabilitätsanzeigelampe 210, die anzeigt, ob ein Betrieb der Lichtempfangseinheit 200 stabil ist oder nicht.
Das Pulslicht der Lichtprojektionseinheit 100 trifft auf die Lichtempfangseinheit 200. Wenn ein Detektionsziel 2 zwischen der Lichtprojektionseinheit 100 und der Lichtempfangseinheit 200 durchtritt, wird der Einfall des Pulslichts auf die Lichtempfangseinheit 200 durch das Detektionsziel 2 blockiert. Der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 empfängt das Signal von dem Lichtempfangselement 202 zur Detektion des Detektionsziels 2. Der Ausgangsabschnitt bzw. -bereich 212 gibt ein verarbeitetes Ergebnis des Lichtempfangssteuerungs-IC 206 aus.
2 ist eine Ansicht, die ein erstes projiziertes Lichtmuster der Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1 entsprechend der Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie in 2 dargestellt, emittiert die Lichtprojektionseinheit 100 Pulslicht mit unterschiedlichen Intervallen. Genauer gesagt, wird eine Lichtpulsperiode (Lichtprojektionsperiode) um eine feste Zeitspanne erhöht bzw. vergrößert.
Beispielsweise wird die Lichtprojektionsperiode um eine Zeitspanne a vergrößert, z.B. T1, T1+a, T1+2a, T1+2a und T1+3a (a steht für einen bestimmten Wert). Das in 2 dargestellte projizierte Lichtmuster wird wiederholt. Das heißt, das projizierte Lichtmuster kehrt nach (Ende) der Lichtprojektionsperiode (T1+3a) zu T1 zurück.
In dieser Ausführungsform wird ein Impuls, der eine kürzeste Periode (Zeitintervall) anzeigt, in die Lichtprojektionsperiode einbezogen, die nicht die kürzeste Periode ist. Typischerweise wird der Impuls, der die kürzeste Periode anzeigt, in die längste Periode eingeschlossen bzw. einbezogen. Der Impuls, der die kürzeste Zeitspanne angibt, dient zum Verbinden der Lichtprojektionsperiode. In dem Muster von 2 wird ein Monoimpuls, der die Lichtprojektionsperiode T1 anzeigt, in die Lichtprojektionsperiode (T1+3a) eingefügt.
3 ist eine Ansicht, die ein zweites projiziertes Lichtmuster der Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1 entsprechend der Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie in 3 dargestellt, reduziert bzw. verringert die Lichtprojektionseinheit 100 die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeitspanne. Beispielsweise wird die Lichtprojektionsperiode um eine Zeitspanne b verkürzt, z.B. T2, T2-b, T2-2b und T2-3b (b steht für einen bestimmten Wert). Wie das in 2 dargestellte projizierte Lichtmuster wird auch das in 3 dargestellte projizierte Lichtmuster wiederholt.
Wie bei dem ersten projizierten Lichtmuster wird im zweiten projizierten Lichtmuster, um die Lichtprojektionsperiode zu verbinden, ein Impuls, der eine kürzeste Periode bzw. Zeitintervall anzeigt, in die Lichtprojektionsperiode einbezogen, mit Ausnahme der kürzesten Periode. Typischerweise wird im zweiten Muster der Impuls, der die kürzeste Periode angibt, in die längste Periode eingeschlossen. Im Muster von 3 wird ein Monoimpuls, der die Lichtprojektionsperiode (T2-3b) angibt, in die Lichtprojektionsperiode T2 eingefügt.
Der Lichtprojektionssteuerungs-IC 106 verfügt über das erste projizierte Lichtmuster, das in 2 dargestellt ist, und über das zweite projizierte Lichtmuster, das in 3 dargestellt ist. Der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 speichert vorab das Muster des Eigensignals folgend dem ersten und zweiten projizierten Lichtmuster im Speicher 224 ab. Der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 vergleicht das digitale Signal des ADC 222 mit dem Muster des in dem Speicher 224 gespeicherten Eigensignals unter Verwendung des Komparators 226. Wenn kein Störlicht auf die Lichtempfangseinheit 200 trifft, stimmt das Muster des empfangenen Lichtsignals mit dem im Speicher 224 gespeicherten Muster überein.
Inzwischen wird z.B. Pulslicht wie Licht der Inverter-Beleuchtung oder LED-Beleuchtung als Störlicht auf die Lichtempfangseinheit 200 auftreffen. Wenn das Störlicht nicht mit dem projizierten Lichtmuster synchronisiert ist, wird das Störlicht zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Lichtprojektionsperiode auf die Lichtempfangseinheit 200 einfallen. Daher unterscheidet sich das Muster des empfangenen Lichtsignals von dem Muster des Eigensignals. Daher kann die Lichtempfangssteuerungs-IC 206 erkennen, dass das Störlicht auf die Lichtempfangseinheit 200 trifft.
Eine spezifische Methode zur Unterscheidung von Störlicht und Signallicht (Eigensignal), die auf dem Vergleich des empfangenen Lichtmusters mit dem Eigensignalmuster beruht, ist nicht beschränkt. Das gespeicherte Muster und das empfangene Lichtmuster des Lichtempfangselementes 202 können nacheinander verglichen werden. Es kann eine Differenz der Periode an dem gespeicherten Muster und eine Differenz der Periode an dem empfangenen Lichtmuster des Lichtempfangselementes 202 verglichen werden. Wenn die Differenzen der Perioden eine bestimmte Anzahl von Zeitenintervallen (z.B. 16 Mal) konsistent sind, kann das empfangene Lichtmuster als Muster des Eigensignals (das Signallicht) erkannt werden. Das heißt, es kann zwischen Störlicht und Signallicht unterschieden werden.
Hier, wie in 4 dargestellt, wenn eine Vielzahl von transmissiven fotoelektrischen Sensoren sich nebeneinander befinden, wird das von der Lichtprojektionseinheit eines fotoelektrischen Sensors emittierte Licht auf eine Lichtempfangseinheit des anderen fotoelektrischen Sensors als Störung einfallen und es besteht die Möglichkeit einer Fehlfunktion des anderen fotoelektrischen Sensors. Ein Beispiel, in dem die Lichtempfangseinheit 200 des fotoelektrischen Sensors 1a das Pulslicht von der Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1b empfängt, ist in 4 dargestellt. Die Lichtempfangseinheit 200 des fotoelektrischen Sensors 1b kann aber auch das Pulslicht von der Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1a empfangen. Auf diese Weise kann, wenn mehrere transmissive bzw. lichtdurchlässige fotoelektrische Sensoren sich nebeneinander befinden, es zu einem Problem der wechselseitigen Beeinflussung der Vielzahl von fotoelektrischen Sensoren kommen.
Wie oben beschrieben, hat die Lichtprojektionseinheit in der Ausführungsform der Erfindung das erste projizierte Lichtmuster und das zweite projizierte Lichtmuster. In dem in 4 dargestellten Beispiel projiziert z.B. die Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1a das Pulslicht nach dem ersten projizierten Lichtmuster und die Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1b das Pulslicht nach dem zweiten projizierten Lichtmuster. Die Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1a kann das Pulslicht nach dem zweiten projizierten Lichtmuster projizieren, und die Lichtprojektionseinheit 100 des fotoelektrischen Sensors 1b kann das Pulslicht nach dem ersten projizierten Lichtmuster projizieren.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen dem ersten und zweiten projizierten Lichtmuster, die auf die gegenwärtige Ausführungsform angewendet werden kann, detailliert beschrieben. Es ist zu beachten, dass ein Wert (Einheit: µs) des unten angegebenen Zeitraums ein Beispiel für das Verständnis ist und die Erfindung nicht einschränkt.
5 zeigt ein erstes Beispiel für die Beziehung zwischen dem ersten projizierten Lichtmuster und dem zweiten projizierten Lichtmuster. Wie in 5 dargestellt, haben das erste projizierte Lichtmuster und das zweite projizierte Lichtmuster eine völlig umgekehrte Beziehung. Das heißt, die Periode wird im ersten projizierten Lichtmuster gerändert als 105, 110, 115 und 120, während die Periode im zweiten projizierten Lichtmuster geändert wird als 120, 115, 110 und 105.
6 zeigt ein zweites Beispiel für die Beziehung zwischen dem ersten projizierten Lichtmuster und dem zweiten projizierten Lichtmuster. Wie in 6 dargestellt, sind ein Bereich des Zeitraums nach dem ersten projizierten Lichtmuster und ein Bereich des Zeitraums nach dem zweiten projizierten Lichtmuster vollständig getrennt. Das heißt, der Bereich bzw. Weite der Periode ist 105 bei 120 in dem ersten projizierten Lichtmuster, während der Bereich bzw. die Weite der Periode 185 bei 200 in dem zweiten projizierten Lichtmuster ist.
7 zeigt ein drittes Beispiel für die Beziehung zwischen dem ersten projizierten Lichtmuster und dem zweiten projizierten Lichtmuster. Wie in 7 dargestellt, werden der Bereich der Periode nach dem ersten projizierten Lichtmuster und der Bereich der Periode nach dem zweiten projizierten Lichtmuster teilweise überlagert. Mit anderen Worten, der Bereich des Zeitraums nach dem ersten projizierten Lichtmuster und der Bereich des Zeitraums nach dem zweiten projizierten Lichtmuster sind leicht verschoben. Der Bereich der Periode ist 105 an 120 im ersten projizierten Lichtmuster, während der Bereich der Periode 115 an 130 im zweiten projizierten Lichtmuster ist. Daher werden das erste projizierte Lichtmuster und das zweite projizierte Lichtmuster im Bereich bzw. Umfang von 115 bis 120 überlagert.
Das erste projizierte Lichtmuster und das zweite projizierte Lichtmuster, das insbesondere dem in 7 dargestellten Verhältnis zwischen den oben genannten drei Relationen folgt, wird übernommen. Der Grund dafür ist, dass ein Einfluss des Rückpralls einer empfangenen Lichtwellenform in Abhängigkeit von der Intensität des einfallenden Lichts auf das Lichtempfangselement vermieden wird.
8 ist eine Ansicht zur Beschreibung des Einflusses eines Rückpralls einer empfangenen Lichtwellenform. Wie in 8 dargestellt, weist eine empfangene Lichtwellenform des Lichtempfangselements einen Rückprall auf. Wenn die Bestimmung des einfallenden Lichts durch den Rückprall immer erst nach einer bestimmten Zeitspanne erfolgt, wird das Auftretensmuster restriktiv und es treten keine unterschiedlichen Muster auf. Aufgrund des Rückpralls erfolgt die Bestimmung des einfallenden Lichts jedoch zu verschiedenen Zeitpunkten, die sich von einer Lichtprojektionsperiode auf der Grundlage des Zustands einfallenden Lichtes (Intensität) unterscheiden.
Darüber hinaus weist ein Timing eines Ergebnisses der Bestimmung des einfallenden Lichts aus dem Rückprall Schwankungen auf. Wie in 9 dargestellt, tritt bei der Bestimmung des einfallenden Lichts aus dem Rückprall der empfangenen Lichtwellenform die Schwankung bzw. Fluktuation durch weißes Rauschen auf. Zum Beispiel angenommen, eine Breite des weißen Rauschens beträgt etwa 50 mV und eine Anstiegsgeschwindigkeit des Rückpralls beträgt 50 mV/20 µs, so beträgt die Schwankung in der Zeit der Bestimmung des einfallenden Lichts durch den Rückprall etwa 20 µs. Andererseits beträgt in dem obigen Beispiel ein Inkrement/Dekrement der Lichtprojektionsperiode in dem ersten projizierten Lichtmuster und in dem zweiten projizierten Lichtmuster 5 µs.
Daher wird im Falle des Verhältnisses des in 5 dargestellten projizierten Lichtmusters durch den Rückprall bzw. Rückstoß der empfangenen Lichtwellenform ein weiteres projiziertes Lichtmuster erzeugt, und die Lichtprojektionsperiode hat eine Fluktuation von etwa 20 µs in dem projizierten Lichtmuster. Das heißt, ein Muster des Rückpralls, der durch das erste projizierte Lichtmuster erzeugt wird, schwankt um etwa ±10 µs. Aufgrund des Musters des Rückpralls lässt sich leicht ein Muster der Bestimmung des einfallenden Lichts, das mit dem zweiten projizierten Lichtmuster übereinstimmt, erzeugen. Im Falle des in 6 dargestellten Musters sind das erste projizierte Lichtmuster mit einer kurzen Lichtprojektionsperiode und das Muster der Bestimmung des einfallenden Lichts, das dem zweiten projizierten Lichtmuster mit einer langen Lichtprojektionsperiode durch einen Rückprall der empfangenen Lichtwellenform des ersten projizierten Lichtmusters nahe kommt, leicht zu erzeugen. Dementsprechend sind, wie in 7 dargestellt, der Bereich des Zeitraums nach dem ersten projizierten Lichtmuster und der Bereich des Zeitraums nach dem zweiten projizierten Lichtmuster leicht verschoben.
Wie in 10 dargestellt, führt das weiße Rauschen selbst, das der empfangenen Lichtwellenform überlagert ist, zu einer fehlerhaften Bestimmung. Tritt beispielsweise eine rauschbedingte Änderung der empfangenen Lichtwellenform in der Nähe einer Schwelle des Komparators auf, so wird das Ergebnis der Bestimmung eingeschaltet.
Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung schaltet der fotoelektrische Sensor 1 einen Normalbetrieb und einen Störlichtbetrieb. Die Umschaltung zwischen Normalbetrieb und Störlichtbetrieb bzw. -modus kann durch einen Benutzer, der den fotoelektrischen Sensor 1 bedient, oder automatisch erfolgen. Wenn z.B. ein empfangenes Lichtsignal, das durch Störlicht mit einer Frequenz, die gleich oder höher als eine vorgegebene Frequenz ist (z.B. 100 kHz), durch ein Filter geleitet wird und in den Lichtempfangssteuerungs-IC 206 eingespeist wird, kann der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 eine Umschaltung vom Normalmodus in den Störlichtmodus vornehmen.
Im Normalbetrieb wird die empfangene Lichtwellenform mit einem einzigen Bestimmungs- bzw. Ermittlungs-Schwellenwert verglichen. Andererseits ist, wie in 11 dargestellt, im Störlichtbetrieb eine Hysterese für die Bestimmung bzw. Ermittlung durch den Komparator 226 vorgesehen. Die fehlerhafte Bestimmung, die dem Rückprall und dem Weißen Rauschen der empfangenen Lichtwellenform zugeschrieben wird, kann durch die Hysterese zuverlässiger aufgelöst werden.
12 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Hysterese-Betriebs des Komparators 226 im Störlichtmodus entsprechend der Ausführungsform der Erfindung. Bezogen auf 1 und 11, sind aufgrund der Einstellung der Hysterese, ein Bestimmungs-Schwellenwert des Komparators bei eingeschaltetem Ausgang des Komparators und ein Bestimmungs-Schwellenwert des Komparators bei ausgeschaltetem Ausgang des Komparators unterschiedlich. Obwohl der Bestimmungs-Schwellenwert des Komparators bei eingeschaltetem Ausgang des Komparators und der Bestimmungs-Schwellenwert des Komparators bei ausgeschaltetem Ausgang des Komparators entsprechend der Umkehrung des Steuerausgangs geändert werden, bleibt die Hysterese erhalten. Beispielsweise wird der Steuerungs- bzw. Regelausgang eingeschaltet und damit werden der Bestimmungs-Schwellenwert (CMP2ON) des Komparators bei eingeschaltetem Ausgang des Komparators und der Bestimmungs-Schwellenwert (CMP2OFF) des Komparators bei ausgeschaltetem Ausgang des Komparators reduziert. Der Regelausgang wird ausgeschaltet und damit werden der Bestimmungs-Schwellenwert des Komparators bei eingeschaltetem Ausgang des Komparators und der Bestimmungs-Schwellenwert des Komparators bei ausgeschaltetem Ausgang des Komparators wiederhergestellt. Der Regelausgang wird umgekehrt, wenn ein Pulszählwert einen festen Wert erreicht.
13 ist ein erstes Flussdiagramm zur Beschreibung eines Prozesses der Lichtempfangseinheit 200. 14 ist ein zweites Flussdiagramm zur Beschreibung des Prozesses der Lichtempfangseinheit 200. Die in diesen Flussdiagrammen dargestellten Prozesse bzw. Verfahren werden im Störlichtmodus durchgeführt.
In 13 wird im Schritt S10 die Bestimmung des Regelausgangs eingeleitet. Der Regelausgang befindet sich im Aus-Zustand. Bezogen auf 1 und 13, bestimmt im Schritt S11 der Lichtempfangssteuerungs-IC 206, ob ein Eigensignal, d.h. ob das Pulslicht der Lichtprojektionseinheit 100, in der Lichtempfangseinheit 200 erfasst bzw. erkannt wird.
Wenn das Eigensignal erkannt wird (JA in Schritt S11), schreitet das Verfahren mit Schritt S12 fort. In Schritt S12 setzt der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 ein Flag auf 1. Anschließend schreitet das Verfahren mit Schritt S13 fort. Wenn die Bestimmung des einfallenden Lichts auf der Grundlage eines vom Eigensignal verschiedenen Signals erfolgt, d.h. Störlicht oder wechselseitige Beeinflussung (NEIN in Schritt S11), wird der Prozess von Schritt S12 übersprungen und der Prozess von Schritt S13 ausgeführt.
Im Schritt S13 vergrößert bzw. erhöht der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Ermittlungs- bzw. Bestimmungs-Impuls-Zählung um 1. Im Schritt S14 bestimmt der Lichtempfangssteuerungs-IC 206, ob ein Wert der Ermittlungs-Impuls-Zählung N erreicht. N ist eine ganze Zahl, die die Anzahl der kontinuierlichen Zeitenspannen angibt. In einem Beispiel ist N 16, aber ein Wert von N ist nicht beschränkt. Erreicht der Wert der Ermittlungs-Impuls-Zählung N (JA in Schritt S14), so schreitet das Verfahren mit Schritt S15 fort. Wenn der Wert Ermittlungs-Impuls-Zählung kleiner als N ist (NEIN in Schritt S14), so kehrt das Verfahren zu Schritt S11 zurück.
Im Schritt S15 löscht der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Ermittlungs-Impuls-Zählung bzw. den -Zähler. In Schritt S16 kehrt der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 den Steuerungs- bzw. Regelausgang um. Dadurch wird der Regelausgang zum EIN-Zustand.
Im Schritt S17 schaltet der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Hysterese des Komparators 226 ein. Der Prozess schreitet in der Reihenfolge der Schritte S20 und S21 nach Schritt S17 fort.
Bezogen auf 1 und 14, bestimmt in Schritt S21 der Lichtempfangssteuerungs-IC 206, ob in der Lichtempfangseinheit 200 ein Eigensignal erkannt wird.
Wenn das Eigensignal erkannt wird (JA in Schritt S21), schreitet das Verfahren mit Schritt S22 fort. Im Schritt S22 setzt der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 das Flag auf 0. Anschließend schreitet das Verfahren mit Schritt S23 fort. Wird dagegen ein empfangenes Lichtsignal basierend Störlicht erkannt (NEIN in Schritt S21), so wird der Prozess der Stufe S22 übersprungen und der Prozess der Stufe S23 ausgeführt.
Im Schritt S23 vergrößert der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Anzahl der ermittelten Impulse bzw. den Ermittlungs-Impuls-Zähler um 1. Im Schritt S24 bestimmt der Lichtempfangssteuerungs-IC 206, ob der Wert des Ermittlungs-Impuls-Zählers N erreicht. N ist eine ganze Zahl, die die Anzahl der kontinuierlichen Zeiten angibt. In einem Beispiel ist N 16, aber ein Wert von N ist nicht beschränkt. Die Anzahl der kontinuierlichen Zeiten, die für die Bestimmung in Schritt S14 verwendet werden, und die Anzahl der kontinuierlichen Zeiten, die für die Bestimmung in Schritt S24 verwendet werden, können unterschiedlich sein. Erreicht der Wert des Ermittlungs-Impuls-Zählers N (JA in Schritt S24), so schreitet das Verfahren mit Schritt S25 fort. Wenn der Wert der Ermittlungs-Impuls-Zähler kleiner als N ist (NEIN in Schritt S24), kehrt der Prozess zu Schritt S21 zurück.
Im Schritt S25 löscht der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 den Ermittlungs-Impuls-Zähler. Im Schritt S26 kehrt der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 den Steuerungs- bzw. Regelausgang um. Dadurch wird der Regelausgang in den AUS-Zustand versetzt. In Schritt S27 schaltet der Lichtempfangssteuerungs-IC 206 die Hysterese des Komparators 226 ab. Nach dem Ablauf von Schritt S27 kehrt der Prozess zu Schritt S10 zurück.
Auf diese Weise kann in der Ausführungsform der Erfindung die Fehlfunktion durch periodisches Störlicht bei hoher Frequenz verhindert und eine hohe Schutzfunktion für die wechselseitige Beeinflussung der fotoelektrischen Sensoren geschaffen werden. In der Ausführungsform der Erfindung weist die Lichtprojektionseinheit das erste projizierte Lichtmuster auf, bei dem die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeit vergrößert wird, und weist das zweite projizierte Lichtmuster auf, bei dem die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeit als das projizierte Lichtmuster reduziert wird. Im ersten und zweiten projizierten Lichtmuster wird der Puls, der die kürzeste Periode anzeigt, in die Lichtprojektionsperiode einbezogen, die nicht die kürzeste Periode ist. Dadurch kann die wechselseitige Beeinflussung verhindert werden. In der Ausführungsform der Erfindung wird die Hysterese für die Bestimmung bzw. Ermittlung der empfangenen Lichtwellenform durch den Komparator eingestellt. Dadurch wird der Einfluss, der entweder durch den Rückprall der empfangenen Lichtwellenform in Abhängigkeit von der Intensität des einfallenden Lichtes oder des Weißen Rauschens verursacht wird, verhindert und die empfangene Lichtwellenform kann genau erkannt werden.
Bezugszeichenliste
1, 1a, 1b fotoelektrischer Sensor; 2 Detektionsziel; 100 Lichtprojektionseinheit; 102 Lichtprojektionselement; 104; Lichtprojektionstreiberschaltung; 106 Lichtprojektionssteuerungs-IC; 108 Betriebsanzeigelampe; 110, 210 Stabilitätsanzeigelampe; 200 Lichtempfangseinheit; 202 Lichtempfangselement; 206 Lichtempfangssteuer-IC; 208 Betriebsanzeigelampe; 212 Ausgangsabschnitt; 222 ADC; 224 Speicher; 226 Komparator; CMP2ON, CMP2OFF Bestimmungs-Schwellenwert; S10 bis S17 und S20 bis S27 Schritte; T1, T1+a, T1+2a, T1+3a; T2, T2-b, T2-2b, T2-3b Lichtprojektionsperiode.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010205454 [0002, 0004]
JP 2015212711 [0004]

Claims

Fotoelektrischer Sensor (1, 1a, 1b), umfassend: eine Lichtprojektionseinheit (100), die so konfiguriert ist, dass sie, als Signallicht, wiederholt einen Satz von Pulslicht ausstrahlt, das einem projizierten Lichtmuster folgt, bei dem eine Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeitspanne verschieden gemacht worden ist; ein Lichtempfangselement (200), das so konfiguriert ist, dass es das Signallicht von der Lichtprojektionseinheit (100) empfängt; und eine Lichtempfangssteuerung (206), die so konfiguriert ist, dass sie auf der Grundlage eines von dem Lichtempfangselement (200) empfangenen Lichtsignals zwischen einem Zustand einfallenden Lichts und einem Zustand blockierten Lichts unterscheidet, wobei die Lichtprojektionseinheit (100) als das projizierte Lichtmuster ein erstes Muster aufweist, bei dem die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeitspanne vergrößert ist, und ein zweites Muster aufweist, bei dem die Lichtprojektionsperiode um eine feste Zeitspanne verringert ist, und wobei bei dem ersten Muster und dem zweiten Muster ein Impuls, der eine kürzeste Zeitspanne anzeigt, in die Lichtprojektionsperiode einbezogen ist, welche anders als die kürzeste Zeitspanne ist.
Fotoelektrischer Sensor (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite projizierte Lichtmuster Muster sind, die sich wechselseitig umkehren.
Fotoelektrischer Sensor (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, wobei ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem ersten Muster und ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem zweiten Muster vollständig getrennt sind.
Fotoelektrischer Sensor (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, wobei sich ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem ersten Muster und ein Bereich der Lichtprojektionsperiode nach dem zweiten Muster teilweise wechselseitig überlagern.
Fotoelektrischer Sensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Impuls, der die kürzeste Periode anzeigt, in einer längsten Periode des ersten projizierten Lichtmusters und einer längsten Periode des zweiten projizierten Lichtmusters einbezogen ist.
Fotoelektrischer Sensor (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der fotoelektrische Sensor (1, 1a, 1b) einen Normalbetrieb und einen Störlichtbetrieb aufweist; die Lichtempfangssteuerung (206) einen Komparator (226) umfasst, der die Intensität des empfangenen Lichtsignals mit einem Bestimmungs-Schwellenwert vergleicht; und die Lichtempfangssteuerung (206) eine Hysterese beim Vergleich der Intensität des empfangenen Lichtsignals und dem Bestimmungs-Schwellenwert durch den Komparator (226) im Störlichtmodus einstellt.