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Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor zum Nachweis von Objekten, insbesondere von transparenten Objekten, in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer optischer Sensor zum Nachweisen eines Objekts in einem Überwachungsbereich weist folgende Komponenten auf: einen Sender zum Aussenden von Licht in den Überwachungsbereich, einen Empfänger zum Nachweisen von aus dem Überwachungsbereich kommendem Licht, und eine Steuer- und Auswerteeinheit zum Ansteuern des Senders, zum Auswerten des von dem Empfänger nachgewiesenen Lichts und zum Ausgeben entweder eines Signals „Objekt nachgewiesen“ oder eines Signals „kein Objekt nachgewiesen“.
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Solche optischen Sensoren sind in vielen Varianten und für viele Anwendungsbereiche bekannt.
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Für den Nachweis von transparenten Objekten, wie Flaschen und Folien, können Reflexionslichtschranken, insbesondere mit Retroreflektoren, verwendet werden. Das Messprinzip beruht dabei darauf, dass das Licht trotz der Transparenz des Objekts nicht vollständig durch das Objekt transmittiert wird, dass also ein Teil des Lichts durch Reflexion oder Streuung verloren geht. Im Unterschied zum Nachweis von nichttransparenten Objekten müssen bei der Detektion von transparenten Objekten erheblich geringere Unterschiede der gemessenen Intensitäten zuverlässig festgestellt werden.
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In diesem Zusammenhang kommt den Temperaturabhängigkeiten sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite besondere Bedeutung zu. Zwar ist es grundsätzlich bekannt, Temperaturdriften und andere, etwa durch Verschmutzung oder Degradierung von optischen Komponenten bewirkte Driften durch Nachregeln einer Sendeleistung, einer Verstärkung und/oder von Schaltschwellen auf der Empfangsseite auszugleichen. Diese Verfahren sind aber im Einzelnen aufwändig und zudem muss jeweils verifiziert werden, dass sich beim Nachregeln von Sendeleistung, Empfangsverstärkung und/oder Schaltschwelle kein nachzuweisendes Objekt im Überwachungsbereich befindet.
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Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, eine optischen Sensor zu schaffen, der verbesserte Eigenschaften im Hinblick auf Temperaturabhängigkeiten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der optische Sensor der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass eine Sendeleistung des Senders und eine Nachweisempfindlichkeit des Empfängers mindestens in einem Teilbereich der Betriebstemperatur zum mindestens teilweisen Kompensieren einer Temperaturabhängigkeit einen entgegengesetzten Temperaturgang aufweisen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen Sensors werden im Folgenden, insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und den Figuren erläutert.
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Als ein Grundgedanke der Erfindung kann angesehen werden, dem Problem der Temperaturabhängigkeiten dadurch zu begegnen, dass die wesentlichen mit einer Temperaturabhängigkeit behafteten Komponenten, also der Sender und der Empfänger, jeweils so ausgewählt werden, dass deren Temperaturverhalten gegenläufig ist und dass Temperaturabhängigkeiten deshalb mindestens teilweise kompensiert werden.
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Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Nachregeln weniger kritisch ist und gegebenenfalls weniger häufig erforderlich ist und für manche Anwendungen eventuell ganz entfallen kann. Diese Vorteile kommen insbesondere bei Anwendungen zum Tragen, bei denen hohe Temperaturschwankungen auftreten und/oder wo ein Nachregeln, beispielsweise weil der Lichtgang nur selten frei ist, schlecht möglich ist.
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Insbesondere für den Nachweis von transparenten Objekten, bei denen bisher der Aufwand im Vergleich zum Nachweis von nichttransparenten Objekten deutlich höher war, können durch die Erfindung Vereinfachungen erreicht werden.
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Als Sender können alle Lichtquellen verwendet werden, welche elektromagnetische Strahlung in dem gewünschten Wellenlängenbereich mit der gewünschten Intensität bereitstellen. Bei der hier in Rede stehenden Art von optischen Sensoren wird es auch erheblich auf die Kosten der jeweiligen Komponenten ankommen. Insbesondere können als Sender Halbleiterquellen, also Leuchtdioden oder Laserdioden, insbesondere VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), zum Einsatz kommen.
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Als Empfänger können alle Detektoren in Betracht kommen, welche die elektromagnetische Strahlung, die von dem Sender ausgesandt wird, hinreichend empfindlich nachweisen. Auch hier sind die Kosten ein kritischer Punkt. Zweckmäßig werden wiederum Halbleiterempfänger, insbesondere Photodioden verwendet. Besonders bevorzugt werden für die vorliegende Erfindung wegen deren positivem Temperaturgang PIN-Photodioden (PIN=Positive-Intrinsic Negative) oder PN-Dioden eingesetzt.
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Soweit geeignete Komponenten verfügbar sind, kann bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensor die Sendeleistung des Senders einen Temperaturgang mit positiver Steigung aufweisen und die Nachweisempfindlichkeit des Empfängers einen Temperaturgang mit negativer Steigung aufweisen.
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Wegen der Verfügbarkeit geeigneter Sender und geeigneter Empfänger ist aber die umgekehrte Variante bevorzugt, bei der die Sendeleistung des Senders einen Temperaturgang mit negativer Steigung aufweist und die Nachweisempfindlichkeit des Empfängers einen Temperaturgang mit positiver Steigung aufweist. Die Temperaturabhängigkeiten von Sender und Empfänger können sich dann mindestens teilweise gegenseitig aufheben und die gesamte Temperaturabhängigkeit des optischen Sensors wird schwächer.
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Konkreter gesagt kann unter dem Begriff der Temperaturabhängigkeit der Sendeleistung der Wert 1 + die relative Änderung der Sendeleistung des Senders mit der Temperatur in einem betrachteten Temperaturintervall bei ansonsten unveränderten Betriebsbedingungen und Betriebsparametern verstanden werden. Entsprechend kann unter dem Begriff der Temperaturabhängigkeit der Nachweisempfindlichkeit des Empfängers der Wert 1 + die relative Änderung der Nachweisempfindlichkeit des Empfängers mit der Temperatur in einem betrachteten Temperaturintervall bei ansonsten unveränderten Betriebsbedingungen und Betriebsparametern verstanden werden.
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Als kombinierte Temperaturabhängigkeit können beispielsweise das Produkt oder die Summe der wie vorstehend definierten relativen Änderung der Sendeleistung und der wie vorstehend definierten relativen Änderung der Nachweisempfindlichkeit verwendet werden.
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Die relative Änderung der Sendeleistung des Senders und die relative Änderung der Nachweisempfindlichkeit des Empfängers sind dimensionslose Größen. Sind die relativen Änderungen Null, haben die Temperaturabhängigkeiten und auch deren Produkt den Wert 1.
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Bevorzugt heben sich die Temperaturabhängigkeiten von Sender und Empfänger in mindestens in einem Teilbereich der Betriebstemperaturen, vorteilhaft im gesamten Bereich der Betriebstemperaturen gegenseitig genau auf. Als eine genaue Kompensierung der Temperaturabhängigkeit kann beispielsweise angesehen werden, wenn die kombinierte Temperaturabhängigkeit, beispielsweise das Produkt oder die Summe der Temperaturabhängigkeiten, der Sendeleistung des Senders und der Nachweisempfindlichkeit des Empfängers in einem Bereich der Betriebstemperatur um weniger als 7 %, bevorzugt weniger als 5 % und besonders bevorzugt weniger als 3 % schwankt.
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Wegen der beispielsweise im Vergleich zu roten Leuchtdioden deutlich schwächeren Temperaturabhängigkeit von grünen Leuchtdioden werden bevorzugt grüne Leuchtdioden als Sender verwendet. Ein weiterer Grund, weshalb grüne Leuchtdioden bevorzugt sind, ist, dass grüne Leuchtdioden im Vergleich zu PIN-Dioden einen, insbesondere genau, entgegengesetzten Temperaturkoeffizienten aufweisen.
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Grundsätzlich sind auch Varianten der Erfindung möglich, bei denen der optische Sensor eine Mehrzahl von Lichtsendern, beispielsweise eine linienartigen oder flächenartige Anordnung von Sendern und/oder eine Mehrzahl von Empfängern, beispielsweise eine linienartige oder flächenartige Anordnung von Empfängern aufweist.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann grundsätzlich bei allen optischen Sensoren verwirklicht werden, bei denen ein Temperaturgang des Senders und ein Temperaturgang des Empfängers zu berücksichtigen sind.
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Besondere Vorteile ermöglicht die Erfindung wegen der geringen Unterschiede der zu vergleichenden Signale bei optischen Sensoren zum Nachweis von transparenten Objekten, beispielsweise Flaschen oder Folien. Ziel des Nachweises können beispielsweise auch Unregelmäßigkeiten in einem transparenten Objekt, beispielsweise Risse oder Verschmutzungen in einer Folie sein.
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Besonders bevorzugt kann der optische Sensor eine Lichtschranke, insbesondere eine Reflexionsschranke, sein. Die Reflexionslichtschranke kann zum Begrenzen des Überwachungsbereichs einen Spiegel oder einen Retroreflektor aufweisen. Der Sender und der Empfänger können bei einer Reflexionslichtschranke oder bei einer Variante als Gabellichtschranke in grundsätzlich bekannter Weise in ein und demselben Gehäuse untergebracht sein.
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Der erfindungsgemäße optische Sensor kann aber auch ein Triangulationssensor oder ein Lichttaster, sein, also ein optischer Sensor, der eine von einem nachzuweisenden Objekt zurückgestrahlte Lichtmenge misst.
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Als Steuer- und Auswerteeinheit können bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensor bekannte Komponenten, wie Mikrocontroller oder ähnliche programmierbare Komponenten, zum Einsatz kommen. Zweckmäßig kann die Steuer- und Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, eine Verstärkung des Empfängers dergestalt zu variieren, dass ein verstärktes Empfangssignal bei nominal freiem Überwachungsbereich auf einen Sollwert geregelt wird.
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Ergänzend oder alternativ kann Steuer- und Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, das Signal „Objekt nachgewiesen“ auszugeben, wenn ein Empfangssignal des Empfängers unter eine Schaltschwelle absinkt und das Signal „kein Objekt nachgewiesen“ auszugeben, wenn das Empfangssignal des Empfängers größer ist oder wird als die Schaltschwelle. Das Signal „Objekt nachgewiesen“ kann bei bestimmten Objekten, beispielsweise bei Folien, auch sinngemäß bedeuten „Fehler, zum Beispiel Riss, in Objekt, beispielsweise Folie, nachgewiesen“ oder „Verschmutzung in oder auf Objekt, beispielsweise Folie, nachgewiesen“. Das Signal „kein Objekt nachgewiesen“ kann sinngemäß bei bestimmten Objekten, beispielsweise bei Folien, auch bedeuten „kein Fehler oder keine Verschmutzung nachgewiesen“.
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Die Schaltschwellen und die Sollwerte können insbesondere in einem, insbesondere automatisch durchzuführenden, Einlernvorgang eingelernt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Hierin zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke;
- 2 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems;
- 3 ein weiteres schematisches Diagramm zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems;
- 4 ein Diagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung; und
- 5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensors.
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Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensors 100 wird mit Bezug auf die 1 bis 4 erläutert. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen optischen Sensor 100 zum Nachweisen eines, insbesondere transparenten, Objekts 16 in einem Überwachungsbereich 40, der als wesentliche Komponenten einen Sender 10 zum Aussenden von Licht 12 in den Überwachungsbereich 40, einen Empfänger 20 zum Nachweisen von aus dem Überwachungsbereich 40 kommendem Licht 14 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 50 zum Ansteuern des Senders 10, zum Auswerten des von dem Empfänger 20 nachgewiesenen Lichts und zum Ausgeben entweder eines Signals „Objekt nachgewiesen“ oder eines Signals „kein Objekt nachgewiesen“ aufweist.
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Bei dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen optischen Sensor 100 handelt es sich um eine Reflexionslichtschranke mit einem Retroreflektor 30 zum Begrenzen des Überwachungsbereichs 40. Bei dem schematisch gezeigten Objekt 16 handelt es sich um ein transparentes Objekt, beispielsweise um eine Folie.
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Auf den Weg vom Sender 10 zum Reflektor 30 tritt das Licht 12 des Senders 10 durch das transparente Objekt 16 hindurch und dabei wird an den Grenzflächen des Objekts 16 zur Umgebung, genauer gesagt am Übergang in das Innere des transparenten Objekts 16 (erste Grenzfläche) und am Übergang vom Inneren des transparenten Objekts 16 nach außen (zweite Grenzfläche) jeweils ein geringer Anteil des Lichts reflektiert, dargestellt durch die Pfeile 18. Dasselbe geschieht, wenn das am Retroreflektor 30 reflektierte Licht auf dem Rückweg erneut durch das transparente Objekt 16 hindurchtritt, auch dort schematisch dargestellt durch Pfeile 18. Das auf dem Hinweg und dem Rückweg an den Grenzflächen reflektierte Licht steht zur Detektion im Empfänger 20 im Allgemeinen nicht mehr zur Verfügung, weshalb das von dem Empfänger 20 nachgewiesenen Signal absinkt, wenn ein transparentes Objekt 16, wie in 1 schematisch gezeigt, in den Überwachungsbereich 40 eingebracht wird. An jeder Grenzfläche werden etwa 4 % des Lichts reflektiert, sodass die Intensität des von dem Empfänger 20 nachgewiesenen Signals nur noch etwa 85 % der von dem Sender 10 ausgesendeten Intensität beträgt. Im Einzelnen hängt der Lichtverlust ab vom Brechungsindex des Materials des transparenten Objekts und von möglichen Verschmutzungen an den Grenzflächen.
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Je weniger transparent ein Objekt 16 im Überwachungsbereich 40 ist, umso höher wird der Abfall der Intensität des von dem Empfänger 20 detektierten Lichts sein. Auch Absorption des Lichts kann dann zunehmend eine Rolle spielen. Vergleichsweise niedrig sind die Verluste bei Objekten aus Glas, weshalb in diesen Fällen an die Messtechnik besondere Anforderungen gestellt sind.
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Ein weitere Aufgabenstellung sind Driften der Messsignale mit der Temperatur. Beispielsweise hat eine PIN-Diode, die typischerweise als Empfänger zum Einsatz kommen kann einen positiven Temperaturkoeffizienten von etwa 0,18 %/K. Weil auf der anderen Seite eine rote Leuchtdiode einen negativen Temperaturkoeffizienten von etwa -0,5 %/K aufweist, würde bei einer Kombination dieser beiden Komponenten das gemessene Signal mit steigender Temperatur abfallen.
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Diesem Problem kann zwar grundsätzlich begegnet werden und der Nachweis auch von transparenten Objekten mit optischen Sensoren der hier beschriebenen Art kann stabiler gestaltet werden, wenn eine Empfangsverstärkung des Empfängers 20 nachgeregelt wird, wenn der Lichtweg frei ist. Eine Verstärkung des Empfängers wird dann typischerweise so eingestellt, dass bei freiem Lichtweg die Intensität des von dem Reflektor 30 zurückgestrahlten Lichts einen festzulegenden Sollwert oberhalb einer Schaltschwelle aufweist. Der optische Sensor kann so auf temperaturbedingte Veränderungen, aber auch auf Verschmutzungen des Sensors und/oder des Reflektors reagieren.
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Dieses Nachregeln wird mit Bezug auf 2 näher erläutert. 2 zeigt ein Diagramm mit einem gemessenes Empfangssignal d (vertikale Achse: Intensität des Lichtsignals in beliebigen Einheiten, beispielsweise Millivolt am Ausgang des Empfangsverstärkers) über die Zeit (horizontale Achse, beliebige Einheiten). Außerdem sind in dem Diagramm der 2 eine obere Schaltschwelle a, eine untere Schaltschwelle b unterhalb der Schaltschwelle a und ein Sollwert c für das Empfangssignal bei nominal freiem Überwachungsbereich 40 eingetragen. Zum Zeitpunkt 3 schaltet die Steuer- und Auswerteeinheit 50 des optischen Sensors 100 in den Zustand „Objekt nachgewiesen“, weil das Empfangssignal d unter die untere Schaltschwelle b absinkt. Etwa zum Zeitpunkt 7 wird das Empfangssignal d größer als die obere Schaltschwelle a und die Steuer- und Auswerteeinheit 50 schaltet um in den Zustand „kein Objekt nachgewiesen“. Die Schaltzustände „Objekt nachgewiesen“ und „kein Objekt nachgewiesen“ können an einem in der 1 nicht dargestellten Ausgang, beispielsweise auf einen Steuer- und Datenbus, des optischen Sensors 100 ausgegeben werden.
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Bei der in 2 dargestellten Situation ist die Steuer- und Auswerteeinheit 50 dazu eingerichtet, eine Verstärkung des Empfängers 20 dergestalt zu variieren, dass das verstärkte Empfangssignal d bei nominal freien Überwachungsbereich 40 auf einen Sollwert c geregelt wird. Der Übergang etwa zum Zeitpunkt 7, bei dem das Empfangssignal d größer wird als die obere Schwelle a interpretiert die Steuer- und Auswerteeinheit 50 so, dass sich kein Objekt mehr im Überwachungsbereich 40 befindet, dieser also nominal frei ist und die Verstärkung des Empfängers 20 so weit hoch geregelt, bis das Empfangssignal d dem Sollwert c entspricht. Prinzipiell ist auch möglich, die Sendeleistung des Senders 10 zu steigern oder kombiniert sowohl die Sendeleistung als auch die Verstärkung des Empfängers 20 zu steigern. Alternativ oder ergänzend zu einer dieser Maßnahmen können auch die Schwellen a und c gesenkt werden.
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Eine problematische Situation, für die die vorliegende Erfindung Abhilfe schafft, wird sodann mit Bezug auf 3 erläutert. Wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben, setzt die Regelung des Empfangssignals d auf den Sollwert c in dem Zeitpunkt ein, in dem Empfangssignal d größer wird als die obere Schwelle a. Wenn, wie in 3 beispielhaft dargestellt, das Empfangssignal d die obere Schwelle a, etwa wegen Temperaturdriften des Senders 10 und/oder des Empfängers 20, nicht mehr erreicht, verbleibt der optische Sensor jedoch in dem Zustand „Objekt nachgewiesen“, obwohl der Überwachungsbereich 40 tatsächlich frei ist. In dem in 3 dargestellten Beispiel sinkt das Empfangssignal d ab dem Zeitpunkt 10 sogar noch weiter ab.
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Kritische Situationen dieser Art können insbesondere auftreten, wenn der Sensor bei einer bestimmten ersten Temperatur abgeschaltet wird und bei einer anderen zweiten Temperatur wieder angeschaltet wird. Beispielsweise kann ein Sensor, der in einer Maschine eingebaut ist, abgeschaltet werden, wenn die Maschine abgeschaltet ist und die Temperatur der Maschine etwa Raumtemperatur (20 °C) beträgt. Sodann wird die Situation betrachtet, in der der Sensor bei einer Temperatur von 60 °C wieder angeschaltet wird. Das Empfangssignal wird jetzt wegen dem insgesamt negativen Temperaturgang (also der Kombination des Temperaturgangs des Senders mit dem Temperaturgang des Empfängers) im Vergleich zur Situation bei Raumtemperatur absinken. Wenn dieses Absinken aber so groß ist, dass das Empfangssignal d bei freiem Überwachungsbereich 40 unterhalb der oberen Schwelle a liegt, kann die Regelung nicht einsetzen und der Sensor verbleibt in dem Zustand „Objekt nachgewiesen“, obwohl der Überwachungsbereich 40 in Wirklichkeit frei ist.
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Die Erfindung leistet einen Beitrag dazu, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, indem erfindungsgemäß eine Sendeleistung des Senders 10 und Nachweisempfindlichkeit des Empfängers 20 mindestens in einem Teilbereich der Betriebstemperatur zum mindestens teilweisen, bevorzugt genauen, Kompensieren einer Temperaturabhängigkeit einen entgegengesetzten Temperaturgang aufweisen. Als eine genaue Kompensierung der Temperaturabhängigkeit kann beispielsweise angesehen werden, wenn die kombinierte Temperaturabhängigkeit, beispielsweise das Produkt der Temperaturabhängigkeiten, der Sendeleistung des Senders und der Nachweisempfindlichkeit des Empfängers in einem Bereich der Betriebstemperatur um weniger als 7 %, bevorzugt weniger als 5 % und besonders bevorzugt weniger als 3 % schwankt.
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Weitere Einzelheiten dazu werden mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 zeigt ein Diagramm in dem ein Nachweissignal r (vertikale Achse, beliebige Einheiten) einer ersten Anordnung bestehend aus einer roten Leuchtdiode und einer PIN-Diode sowie ein Nachweissignal (vertikale Achse, beliebige Einheiten) g einer zweiten Anordnung bestehend aus einer grünen Leuchtdiode und einer PIN-Diode jeweils gegen die Temperatur (horizontale Achse, Temperatur in °C) aufgetragen ist.
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Im derzeitigen Stand der Technik werden üblicherweise rote Leuchtdioden zusammen mit PIN-Dioden in optischen Sensoren eingesetzt. Wie aus 4 ersichtlich, sinkt die Sendeleistung von roten Leuchtdioden viel schneller ab als es der positive Temperaturgang der PIN-Dioden kompensieren kann. Das Empfangssignal bei der Kombination der roten Leuchtdiode mit der PIN-Diode sinkt in dem typischen Bereich der Betriebstemperaturen zwischen -20 °C von einem Wert von knapp 1,2 bei -20 °C ab auf etwa 0,6 bei 60 °C.
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Erheblich günstiger ist die Situation bei einer Kombination einer grünen Leuchtdiode und einer PIN-Diode. Der zugehörige Graph g der Temperaturabhängigkeit des Empfangssignals diese Kombination weist gemäß 4 einen erheblich flacheren Verlauf auf. In dem Bereich zwischen -20 °C und 20 °C steigt das Empfangssignal geringfügig von etwa 0,97 auf 1 an und zwischen 20 °C und 60 °C zeigt das Empfangssignal keine signifikante Temperaturabhängigkeit.
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Bei dem Beispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors 100 der 1 kann deshalb vorteilhaft als Sender 10 eine grüne Leuchtdiode und als Empfänger 20 eine PIN-Diode verwendet werden.
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Die Temperaturkompensierung bei der Detektion von Glas wird dadurch erheblich vereinfacht und Maßnahmen, die bisher bei der Verwendung von roten Leuchtdioden zum Einsatz kamen, wie die Verwendung von Lichtpulsen mit ansteigender Amplitude sind nicht mehr notwendig.
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Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist der Nachweis von transparenten Folien. Dieses ist schematisch in 5 gezeigt. Dargestellt ist dort eine weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Sensors 200, bei dem vorteilhaft als Sender 10 wiederum eine grüne Leuchtdiode und als Empfänger 20 eine PIN-Diode verwendet werden kann. In dieser Situation liegen der Sender 10 und der Empfänger 20 einander gegenüber und das Licht 12 wird durch die nachzuweisende Folie 16 gestrahlt.
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Eine Regelung des Signals ist in diesem Fall nicht möglich, weil im Normalfall (also bei einer nicht beschädigten Folie) das Signal immer reduziert ist. Die Reduzierung des Signals ist nicht notwendigerweise konstant, weil die Folie beispielsweise bedruckt sein kann. Die Signalkompensierung des entgegengesetzten Zustands, entsprechend einem abgeblockter Lichtstrahl, ist nicht möglich, weil die Reduzierung des Signals variieren kann von sehr geringen Werten etwa bei einer transparenten, sauberen und unbeschädigte Folie, bis zu der Situation, bei welcher das Signal vollständig blockiert wird, etwa bei einer lichtdicht bedruckten Folie.
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Die wesentlichen Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung sind:
- Verwendung einer grünen Leuchtdiode zusammen mit einer PIN oder PN-Diode zum Detektieren von Glasobjekten oder transparenten Objekten auf Grundlage des Prinzips einer Reflexionslichtschranke;
- Verwendung einer grünen Leuchtdiode zusammen mit einer PIN-Diode oder einer PN-Diode in einer Durchstrahlungsanordnung, die typischerweise zum Nachweis von Beschädigungen von Folien verwendet wird (Datenlichtschranke, Sender und Empfänger in demselben Gehäuse);
- Verwendung einer grünen Leuchtdiode zusammen mit einer PIN-Diode oder PN-Diode in einer Durchstrahlungsanordnung, die typischerweise zum Nachweis von Glasobjekten oder transparenten Objekten verwendet wird (Sender und Empfänger befinden sich in demselben Gehäuse).
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Sender
- 12
- Sendelicht
- 14
- Empfangslicht
- 16
- Objekt im Überwachungsbereich, insbesondere transparentes Objekt
- 18
- an Vorderseite und Rückseite des transparenten Objekts 16 reflektiertes Licht
- 20
- Empfänger
- 30
- Reflektor
- 40
- Überwachungsbereich
- 100
- erfindungsgemäßer optischer Sensor (Reflexionslichtschranke)
- 200
- erfindungsgemäßer optischer Sensor (Gabellichtschranke)
- a
- Schaltschwelle
- b
- weitere Schwelle unterhalb von der Schaltschwelle a
- c
- Sollwert des Empfangssignals bei nominal freien Überwachungsbereich 40
- d
- Empfangssignal
- g
- kombinierte Temperaturabhängigkeit des Empfangssignals eines optischen Sensors mit einer grünen Leuchtdiode als Sender und einer PIN-Diode als Empfänger bei freiem Überwachungsbereich;
- r
- kombinierte Temperaturabhängigkeit des Empfangssignals eines optischen Sensors mit einer roten Leuchtdiode als Sender und einer PIN-Diode als Empfänger bei freiem Überwachungsbereich;
