DE10356704B4

DE10356704B4 - Reflexionslichttaster

Info

Publication number: DE10356704B4
Application number: DE10356704A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Lindenthal; Thomas Filler
Original assignee: Pepperl and Fuchs Visolux GmbH
Current assignee: Pepperl and Fuchs Visolux GmbH
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2023-11-29
Also published as: DE10356704A1

Abstract

Reflexionslichttaster mit einem in einem Tubus angeordneten lichtemittierenden Sendeelement und einem oder mehreren Empfangselement/Empfangselementen oder einem in verschiedene Zonen unterteilten oder positionsempfindlichen in einem Tubus angeordneten Empfangselement dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Sendeelement (1) abgewandten Seitenfläche des Tubus (3) des Empfangselements/der Empfangselemente (2) ein lichtleitendes Element (6) für die nichtreflektierende Weiterleitung des einfallenden Lichtes zu diesem/diesen angeordnet ist, dessen Lichtaustrittsfläche (7) den für die Detektion im Nahbereich des Empfangselements (2) zuständigen Teil oder das dem Nahbereich zugeordnete Empfangselement teilweise überdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflexionslichttaster mit einem lichtemittierenden Bauelement als Sendeelement und einem oder mehreren, bzw. einem in verschiedene Zonen unterteilten oder positionsempfindlichen Lichtempfänger als Empfangselement.
Bei bekannten Reflexionslichttastern wird der Erfassungsbereich, d.h. der Bereich, in dem Objekte detektiert werden können, üblicherweise im Fernfeld durch die von einem Objekt reflektierte und auf dem Empfangselement auftreffende Energie begrenzt, wobei außerhalb dieser Grenze nach Signalverstärkung eine vorgegebene Schaltschwelle nicht mehr erreicht wird.
Im Nahfeld entsteht eine Begrenzung des Erfassungsbereiches bei räumlicher Anordnung von Sende- und Empfangselement in unterschiedlichen Gehäuseteilen dadurch, dass bei Objektannäherung der auf dem Empfangselement abgebildete Lichtfleck die lichtempfindliche Fläche verlässt, sodass wie im Fernfeld die auftreffende Energie nicht mehr ausreicht um die Schaltschwelle zu überschreiten.
Konkret bestimmt sich die Begrenzung im Nahfled durch den Abstand der optischen Achsen der dem Sende- und Empfangselement zugeordneten Optiken (Basisweite), der Anordnung von Sende- und Empfangselement entlang der optischen Achsen und der Ausdehnung des Empfangselements auf der vom Sendeelement abgewandten Seite.
Bei einer speziellen Art des Reflexionslichttasters, dem Reflexionslichttaster mit Hintergrundausblendung, besteht das Empfangselement aus einem positionsempfindlichen bzw. einem in zwei oder mehrere Zonen unterteilen Empfangselement, dessen zwei oder mehrere Signale in geeigneter Weise ausgewertet werden und mindestens ein Signal dem Nahbereich zugeordnet ist. Der Schaltpunkt (Tastweite) kann hierbei mechanisch durch Verändern der Position einer der tastweitenbestimmenden Größen, bzw. Elemente, oder elektronisch durch die in einer Auswerteschaltung erfolgende veränderliche Bewertung der einzelnen Empfangssignale, einstellbar sein. Die Begrenzung des Erfassungsbereiches bestimmt sich in der gleichen Weise wie für den einfachen (energetischen) Reflexionslichtaster oben beschrieben.

In der Schrift EP 0527326 A1 ist ein Verfahren zur Erweiterung des Erfassungsbereiches im Nahfeld offenbart, welches bei Reflexionslichttastern mit Hintergrundausblendung einen Spiegel verwendet, um reflektiertes Licht aus dem Nahfeld auf das dem Nahbereich zugeordnete Empfangselement zu führen. Nachteilig ist hierbei, dass die Reflexion an der Spiegelfläche auch auf das dem Fernbereich zugeordneten Empfangselement trifft und damit eine unerwünschte Ausblendung von Objekten im Nahfeld stattfinden kann.

Ein weiteres Verfahren zur Erweiterung des Erfassungsbereichs im Nahfeld ist in DE 19629396 C2 beschrieben. Hier kommt ein zusätzliches, vom eigentlichen Empfangselement abgesetztes Empfangselement zum Einsatz, welches das reflektierte Licht von Objekten aus dem Nahbereich erfasst. Dieses Verfahren ist auf Grund des zusätzlichen Empfangselementes aufwändig.

Bei einem Reflexionslichttaster nach DE 41 40 614 A1 kann durch dynamische Ansteuerung mehrerer Sendelichtquellen anhand der auf dem Lichtempfangselement eintreffenden Reflexionen eine Information über den Abstand eines Objekts von der Frontseite des Lichttastergehäuses gewonnen werden.

Aus der Schrift DE 100 01 017 A1 ist ein Reflexlichttaster bekannt, bei dem zwei Fotodiodenzeilen als Lichtempfangselemente unter einem Winkel zueinander so angeordnet sind, dass die eine Zeile Reflexionen aus dem Fernbereich und die andere Reflexionen aus dem Nahbereich empfängt (s. 2). Der konstruktive Aufwand für eine derartige Lösung ist relativ hoch.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand den Erfassungsbereich eines Reflexionslichttasters im Nahfeld zu erweitern, bzw. die Fläche des Empfangselementes ohne Einschränkung des Erfassungsbereiches zu verringern, ohne dass die zum Verfahren nach EP 0527326 A1 beschriebene Reflexion auf das dem Fernbereich zugeordneten Empfangselement und damit eine Ausblendung im Nahbereich auftreten kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der dem Sendeelement abgewandten Seite des Tubus des Empfangselements ein lichtleitendes Element angebracht wird, in welches das von einem im extremen Nahbereich befindlichen Objekt reflektierte Licht eingekoppelt und auf den Nahbereich des Empfangselements, bzw. auf das dem Nahbereich zugeordnete Empfangselement geführt wird.

Die durch die erfindungsgemäße Konstruktion erzielten Vorteile bestehen darin, dass die Länge des Empfangselements deutlich verkleinert bzw. die räumliche Ausdehnung des Empfangstubus veringert werden und damit ein kostengünstigeres Empfangselement zum Einsatz kommen kann.

In vorteilhafter Weise kann für eine bestehende Anordnung durch eine Anpassung der verwendeten Länge des lichtleitenden Elementes der Erfassungsbereich im Nahfeld (Blindbereich) verringert werden.

Durch die Formgebung des lichtleitenden Elements ist es möglich, die Empfindlichkeitscharakteristik im Nahbereich zu bestimmen bzw. zu optimieren und damit den Dynamikumfang des Empfangssignals zu verringern. Durch die Form des lichtleitenden Elements kann weiterhin auch eine Ausblendung von bestimmten Entfernungsbereichen im Nahfeld erzielt werden.

Durch eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit und -struktur können die Eigenschaften des lichtleitenden Elements so optimiert werden, dass möglichst viel Licht in das lichtleitende Element eingekoppelt und dem Empfangselement zugeführt und nur wenig Licht an der Oberfläche zum Empfangselement hin reflektiert wird, was sich speziell bei Reflexionslichttastern mit Hintergrundausblendung vorteilhaft auswirkt.

Durch Verwendung von Materialien mit wellenlängenselektiver Transmission im Bereich der Wellenlänge des vom Sendeelement ausgestrahlten Lichtes kann die Fremdlichtempfindlichkeit für seitlich auftreffendes Licht und Licht unerwüschter Wellenlängenbereiche reduziert werden.

In weiterer Ausgestaltung des Lichttasters kann das lichtleitende Element höhen- und/oder seitenverstellbar und in der jeweils gewünschten Position arretierbar angeordnet sein.

Auch ist es möglich, dem lichtleitenden Element eine feste oder höhen- und/oder seitenverstellbare und in der jeweils gewünschten Position arretierbare Abdeckung vorzulagern, welche durch ihre Form und Lage die eingekoppelte Lichtmenge aus bestimmten Entfernungsbereichen und Richtungen des Nahbereichs gezielt beinflusst.

Das lichtleitende Element kann entweder mit dem Empfangselement oder mit dem Tubus des Empfangselements eine konstruktive Einheit bilden.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
1: eine Prinzipskizze der Optik eines Reflexionslichttasters
2: eine vergrößerte Darstellung der Empfangsoptik
3: eine vergrößerte Einzelheit aus 2.
1 zeigt eine typische Anordnung einer Sende- und Empfangsoptik für einen Reflexionslichttaster mit der optischen Achse 4 des in einem Tubus 3 angeordneten Empfangselements 2 und der optischen Achse 5 des in einem Tubus 3 angeordneten Sendeelements 1.
Das reflektierte Licht aus dem Fernbereich 12 trifft auf den Fernbereich des Empfangselements 2. Im Nahbereich wird das vom Sendeelement 1 abgestrahlte und von einem Objekt 11 reflektierte Licht im dargestellten Strahlverlauf 11' auf die dem Sendeelement 1 abgewandte Seite des Empfangselements 2 geleitet, wobei das Objekt gerade noch vom Sensor erkannt wird. Bei einer geringeren Entfernung eines Objekts 10 von dem Sendeelement 1 trifft der reflektierte Lichtstrahl 10' nicht direkt auf das Empfangselement 2, sondern auf die Seitenfläche des Empfangstubus 3.
Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz eines lichtleitenden Elements 6 auf der Seitenfläche des Empfangstubus 3 werden zusätzlich Objekte erkannt, die sich zwischen den dargestellten Positionen der Objekte 10, 11 befinden. Dabei wird das reflektierte Licht in das lichtleitende Element 6 eingekoppelt und zur Lichtaustrittsfläche 7 (2) weitergeleitet. An der Lichtaustrittsfläche 7 verlässt es das lichtleitende Element 6 und trifft auf das Empfangselement 2. Die Lichtaustrittsfläche 7 ist dabei in geringem Abstand 8 über dem lichtempfindlichen Bereich 9 des Empfangselements 2 angeordnet.
Durch das lichtleitende Element 6 ist der Erfassungsbereich des erfindungsgemäßen Reflexionslichttasters im Nahfeld gegenüber einer Anordnung ohne lichtleitendes Element von der minimalen Tastweite für Objekt 11 auf eine minimale Tastweite für Objekt 10 erweitert worden.

Claims

Reflexionslichttaster mit einem in einem Tubus angeordneten lichtemittierenden Sendeelement und einem oder mehreren Empfangselement/Empfangselementen oder einem in verschiedene Zonen unterteilten oder positionsempfindlichen in einem Tubus angeordneten Empfangselement dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Sendeelement (1) abgewandten Seitenfläche des Tubus (3) des Empfangselements/der Empfangselemente (2) ein lichtleitendes Element (6) für die nichtreflektierende Weiterleitung des einfallenden Lichtes zu diesem/diesen angeordnet ist, dessen Lichtaustrittsfläche (7) den für die Detektion im Nahbereich des Empfangselements (2) zuständigen Teil oder das dem Nahbereich zugeordnete Empfangselement teilweise überdeckt.
Reflexionslichttaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Element (6) eine Obreflächenbeschaffenheit und/oder -struktur besitzt, die eine optimale Lichteinkopplung und minimale Obreflächenreflexion gewährleistet.
Reflexionslichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Form und Länge des lichtleitenden Elements (6) die eingekoppelte Lichtmenge aus bestimmten Entfernungsbereichen und Richtungen des Nahbereichs gezielt beinflussbar ist.
Reflexionslichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Element (6) aus Materialien mit wellenlängenselektiver Transmission im Bereich der Wellenlänge des vom Standelement (1) ausgestrahlten Lichtes besteht und damit die Fremdlichtempfindlichkeit für unerwünschte Wellenlängenbereiche reduziert ist.
Reflexionslichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Element (6) höhen- und/oder seitenverstellbar und in der jeweils gewünschten Position arretierbar ist.
Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem lichtleitenden Element (6) eine feste oder höhen- und/oder seitenverstellbare und in der jeweils gewünschten Position arretierbare Abdeckung vorgelagert ist, welche durch ihre Form und Lage die eingekoppelte Lichtmenge aus bestimmten Entfernungsbereichen und Richtungen des Nahbereichs gezielt beinflusst.
Reflexionslichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Element (6) mit dem Empfangselement (2) konstruktiv eine Einheit bildet.
Reflexionslichttaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtleitende Element (6) mit dem Tubus (3) des Empfangselements (2) konstruktiv eine Einheit bildet.