DE10254888A1 - Reflexionslichttaster - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reflexionslichttaster zur Detektion von Objekten unter Ausnutzung der i. A. diffusen Reflexion an der Objektoberfläche mit einem Lichtsender und mit mehreren Lichtempfangselementen für den Nah- und Fernbereich, von denen mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Nahbereich empfängt. DOLLAR A Um eine Erweiterung des Nahbereichs sowie dessen Ausblendung noch wirkungsvoller als bekannt zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) für den Nah- und den Fernbereich räumlich getrennt voneinander angeordnet sind und die Gesichtsfelder der Empfangselemente (6 bzw. 7) durch für jedes Empfangselement separate Blenden (13 bzw. 14) und separate Linsen (11 bzw. 12) bestimmt sind.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung zur Detektion von Objekten unter Ausnutzung der i.A. diffusen Reflektion an der Objektoberfläche mit einem Lichtsender und mit mehreren Lichtempfangselementen für den Nah- und Fernbereich, von denen mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Nahbereich und mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Fernbereich empfängt. Die Signale dieser beiden Elemente werden zum Zwecke der Hintergrundausblendung, d.h. zur gezielten Unterdrückung der Signale von Objekten außerhalb einer gewissen Entfernung, miteinander geeignet verknüpft.
• Wesentliche Leistungsparameter solcher Reflektionslichttaster mit Hintergrundausblendung sind u.a. die Güte der Hintergrundausblendung, d.h. die Abstandsdifferenz zwischen der Entfernung, in der ein Objekt gerade noch sicher erkannt wird und der Entfernung, in welcher das Objekt sicher nicht mehr erkannt wird, sowie die Schwarz-Weiß-Dififerenz, d.h. die Abstandsdifferenz bei der Erkennung von Objekten mit unterschiedlichen Remissionsgraden.
• Verschiedene Anwendungen erfordern spezielle Schaltcharakteristik bezüglich Abstand bzw. Remissionsgrad des zu detektierenden Objekts, z.B. in der Druckindustrie, wo ein der Eintritt eines Papierbogens in den Detektionsbereich erkannt werden muß, unabhängig davon, ob der Bogen weiß, schwarz oder farbig bedruckt ist, und gleichzeitig aufgrund der räumlichen Enge Maschinenelemente im Hintergrund sicher nicht erkannt werden dürfen.
• Ein dem Stand der Technik entsprechender Reflektionslichttaster ist schematisch in 1 dargestellt. Das von einem Senderelement 1 ausgehende Licht wird durch eine Senderoptik 2 geformt und trifft gegebenenfalls auf ein näher oder weiter entferntes Objekt 3 bzw. 4. Ein Teil der von dem Objekt 3 bzw. 4 zurückgeworfenen Strahlung gelangt auf die Empfängeroptik 5, welche gemeinsam von einem Empfänger-Nahelement 6 und einem Empfänger Fernelement 7 genutzt wird und das gesammelte Licht auf diese Elemente wirft. Je nach Position des Objekts 3 bzw. 4 variiert das Verhältnis zwischen den Lichtmengen, welche auf das Empfänger-Nahelement 6 bzw. das Empfänger-Fernelement 7 gelangen. Dieser Zusammenhang zwischen Objektentfernung und Verhältnis der Lichtmengen auf Nah- bzw. Fernelement wird durch die den Empfängerelementen nachgeordnete Schaltung ausgewertet und zur gezielten Unterdrückung der Signale von Objekten außerhalb einer gewissen Entfernung genutzt.
• Die 2a u. 2b zeigen in der Draufsicht schematisch dargestellte benachbarte Empfängerelemente 6, 7 Diese werden (vergl. 1) durch eine gemeinsame Optik 5 in benachbarte Gesichtsfelder abgebildet. Die Lücke 8 zwischen den Empfängerelementen wird im gleichen Maßstab als Lücke zwischen den Gesichtsfeldern abgebildet. Licht aus diesem Enffernungsbereich gelangt also nicht in gleichem Maße auf die Empfängerelemente. Deshalb wird z.B. wie in 2b durch entsprechende Formung der Öffnung 9 einer Blende 10 über den Empfängerelementen versucht, die Strahlungsmengen entsprechend anzupassen.
• Die Form der in 2b dargestellten Blende wird im Wesentlichen durch die Anpassung des Gesichtsfelds an die mögliche Position des vom Sender 1 erzeugten Lichtflecks auf dem Objekt 3, 4 bestimmt. Damit wird die unerwünschte Abbildung von fremden Lichtquellen außerhalb dieses Lichtflecks auf dem Empfängerelement unterdrückt.
• Entsprechend dem Stand der Technik werden Blenden vorwiegend zur Begrenzung der Gesichtsfelder zum diesem Zwecke der Fremdlichtunterdrückung genutzt. Die Gesichtsfeldformung zum Zwecke der Hintergrundausblendung wird i.A. nicht durch Blenden, sondern durch die Lage des Übergangs 8 vom Fernelement auf das Nahelement erreicht.
• Ein anderer Weg, die durch den Übergang 8 bedingte Lücke so gering wie möglich zu gestalten, ist – wie in 2c dargestellt – eine überlappende Positionierung der Empfängerelemente. Hiermit kann die Lücke – bis auf Abschattungseffekte – nahezu vermieden werden. Eine vollständig nahtlose Gestaltung des Gesichtsfeld- und damit des Signalverlaufs in diesem Übergangsbereich oder gar eine Überlappung der Gesichtsfelder ist mit den beschriebenen Anordnungen jedoch nicht möglich.
• Bei einem aus EP 0 527 326 A1 bekannten Reflexionslichttaster der gattungsgemäßen Art ist den in einem einzigen Tubus untergebrachten Lichtempfangselementen ein sich über deren empfangsseitige Frontebene hinaus in Richtung der optischen Achse der Empfangsoptik erstreckendes und mit den Lichtempfangselementen zusammenwirkendes Element mit spiegelnder Oberfläche zugeordnet, um einerseits eine Erweiterung des Nahbereichs zu erreichen, so daß auch näher am Lichttaster befindliche Objekte sicher und zuverlässig erkennbar sind und zum anderen auch die Ausblendung des Nahbereichs ermöglicht wird.
• DE 19629396 benutzt ein zusätzliches Empfängerelement zur Detektion des Nahbereichs, ist damit aber nicht in der Lage, in diesem Bereich eine Hintergrundausblendung zu realisieren. Diese ist nur im Gesichtsfeld der zwei „Hauptelelementen" gegeben. Das dritte, separate Empfängerelement erweitert nur den Detektions-Nahbereich nach unten, ohne direkt zur Hintergrundausblendung beizutragen und ist somit im Wesentlichen nur ein in dasselbe Gehäuse zusätzlich integrierter energetischer Taster.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflexionslichttaster der gattungsgemäßen Art hinsichtlich der Erweiterung des Erfassungsbereichs sowie der Ausblendung des Hintergrunds noch wirkungsvoller zu gestalten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtempfangselemente für den Nah- und den Fernbereich räumlich getrennt voneinander in unterschiedlichen Gehäusen bzw. Gehäuseteilen angeordnet sind und die Gesichtfelder der Empfängerelemente durch für jedes Empfängerelement separate Linsen und/oder Blenden bestimmt sind.
• Die weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes geht aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.
• Die mit der Endung erzielten Vorteile, die sich aus der klaren Trennung von Nah- und Fernbereich und durch separate Blenden und / oder Linsen für jedes Empfängerelement ergeben, sind insbesondere darin zu sehen,
• – daß sich die Gesichtsfelder der Empfängerelemente nahtlos aneinanderfügen bzw. sogar überlappen können,
• – die Signalcharakteristik der einzelnen Empfängerelemente bezüglich der Entfernung und des damit die Güte der Hintergrundausblendung sowie der Schwarz-Weiß-Differenz in bestimmten Entfernungen willkürlich gestalten läßt und sich somit zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten bei der gezielte Optimierung auf den angestrebten Arbeitsbereich ergeben,
• – daß sich für die beiden Linsen verschiedene Brennweiten verwenden lassen, mit denen man die Optiken für den Nahbereich und den Fernbereich getrennt optimieren kann,
• – daß sich die beiden Empfangselemente separat positionieren lassen, wobei diese individuelle Positionierung nicht nur durch Verwendung separater Einzeldioden möglich ist, sondern auch durch Verwendung einer großen Doppel-Fotodiode in Verbindung mit Blenden,
• – daß sich die Oberflächenbeschaffenheit der beiden Tuben für den Nahbereich bzw. Fernbereich getrennt optimieren läßt. Speziell der Tubus für den Nahbereich kann Licht absorbierend, streuend oder spiegelnd gestaltet werden, um maximale Lichtausbeute im extremen Nahbereich zu erreichen, womit der Blindbereich des Sensors erheblich verringert wird,
• – daß man die Abstände der optischen Achsen für den Nahbereich und den Fernbereich unterschiedlich wählen kann, womit man Einfluß auf die verschiedenen charakteristischen Kurven und damit auf das Verhalten des Sensors hat, und
• – daß sich die Größe der beiden Empfangslinsen für den Nahbereich und den Fernbereich unterschiedlich wählen lassen, so daß sich für die beiden Optiken individuell die Empfangsleistung und damit die elektronische Verstärkung optimieren läßt.
• Ausführungbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung in den 3 und 4 dargestellt und werden nachstehend beschrieben. Die 1 und 2a – 2c dienen der Darstellung des Standes der Technik und sind eingangs in der Beschreibungseinleitung beschrieben.
• Es zeigen
• 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Reflektionslichttasters mit linearer Anordnung des Lichtsenders und der Lichtempfangselemente für den Nah- und den Fernbereich und
• 4 eine perspektivische Darstellung eines zylindrisch ausgebildeten Reflektionslichttasters.
• Bei dem in 3 nur schematisch dargestellten Reflexionslichttaster befindet sich ein Lichtsender 1 zwischen Lichtempfangselementen 6 bzw. 7 für den Nah- und den Fembereich. Die Lichtempfangselemente 6 bzw. 7 sind jeweils Einzeldioden oder Mehrfachdioden in Differential- oder Parallelschaltung und bilden jeweils gemeinsam mit einem Tubus 16 bzw. 17 und Linsen 11 bzw. 12 räumlich voneinander getrennte Empfangseinheiten 18 bzw. 19.
• Bei dem Lichtsender 1 handelt es sich um eine Sendediode, die gemeinsam mit einem Tubus 15 und einer Linse 2 eine Sendeeinheit 20 bildet.
• Die Linsen 2, 11 und 12 können je nach Auslegung des Reflexionslichttasters sowohl unterschiedliche Größen als auch unterschiedliche Brennweiten aufweisen.
• Die 4, in welcher der 3 entsprechende Bezugszeichen verwendet sind, zeigt ein zylindrisches Reflexionslichttastergehäuse 21 mit einer abgenommenen einstückigen Linseneinheit 22, welche drei Linsen 8, 9 und 10 aufweist für im Gehäuse 21 in räumlich getrennten Gehäuseteilen angeordnete Tuben 18, 19 und 20 mit den darin jeweils integrierten Blenden 13 und 14.
• Auf die Darstellung der elektronischen Ausrüstung des Gehäuses 21 ist verzichtet worden.

Claims (9)

1. Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung zur Detektion von Objekten unter Ausnutzung der i.A. diffusen Reflektion an der Objektoberfläche mit einem Lichtsender (1) und mit mehreren Lichtempfangselementen (6 bzw. 7) für den Nah- und Fernbereich, von denen mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Nahbereich und mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Fernbereich empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) für den Nah- und den Fernbereich räumlich getrennt voneinander in unterschiedlichen Gehäusen bzw. Gehäuseteilen angeordnet sind und die Gesichtfelder der Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) durch für jedes Empfangselement separate Blenden (13 bzw. 14) bestimmt sind.
2. Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung zur Detektion von Objekten unter Ausnutzung der i.A. diffusen Reflektion an der Objektoberfläche mit einem Lichtsender (1) und mit mehreren Lichtempfangselementen (6 bzw. 7) für den Nah- und Fembereich, von denen mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Nahbereich und mindestens eines vorwiegend Strahlung aus dem Fernbereich empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) für den Nah- und den Fernbereich räumlich getrennt voneinander in unterschiedlichen Gehäusen bzw. Gehäuseteilen angeordnet sind und die Gesichtfelder der Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) durch für jedes Empfangselement separate Blenden (13 bzw. 14) und separate Linsen (11 bzw. 12) bestimmt sind.
3. Reflexionslichttaster nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) bezogen auf den Lichtsender (1) auf unterschiedlich verlaufenden Achsen liegen.
4. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) in unterschiedlichen Ebenen liegen.
5. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente (6 bzw. 7) jeweils Einzeldioden oder Mehrfachdioden sind und jeweils gemeinsam mit einem Tubus (16 bzw. 17) und einer Linse (11 bzw. 12) eine Empfangseinheit (18 bzw. 19) bilden.
6. Lichttaster nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die durch Linsen und / oder Blenden gebildeten Optiken der Empfangseinheiten derart gestaltet sind, daß sich die Gesichtsfelder der Empfängerelemente überlappen.
7. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangselemente jeweils aus einer mittels Blenden vom Licht beaufschlagten Doppel-Fotodiode bestehen und gemeinsam mit einem Tubus und einer Linse eine Empfangseinheit bilden.
8. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (11 bzw. 12) der Empfangseinheiten (18 bzw. 19) in Form und / oder in Brennweite unterschiedlich ausgebildet sind.
9. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tubus (16) der Empfangseinheit (19) für den Nahbereich mindestens teilweise verspiegelt ist.