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Die Erfindung betrifft einen Lichtvorhang aus einer Mehrzahl von
aneinander angrenzend angeordneten Lichtvorhangeinheiten, die aus je einer Lichtquelle,
einem Hohlspiegel, einem Drehspiegel, durch welchen das Lichtbündel periodisch über
die zu sichernde Fläche geführt wird, einem Umkehrreflektor und einem lichtquellenseitig
angeordneten fotoelektrischen Empfänger bestehen.
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Ein »Lichtvorhang« mit einem bewegten Lichtstrahl ist bekannt aus
den deutschen Patentschriften 960785, 967578. Dort ist als bündelrichtendes feststehendes
optisches Glied ein sich über die gesamte Höhe des Lichtvorhangs erstreckender Parabolspiegel
vorgesehen, in dessen Brennpunkt ein von einem Motor angetriebener Drehspiegel sitzt.
Von einer Lichtquelle wird ein Lichtbündel auf den Drehspiegel geworfen und von
diesem über Parabolspiegel über die zu überwachende Fläche hinweg auf einen auf
der anderen Seite davon angeordneten Umkehrreflektor geworfen. Der Umkehrreflektor
ist eine Tripelleiste. Diese wirft das Lichtbündel in sich zurück und wieder über
den Parabolspiegel auf einen lichtquellenseitig angeordneten fotoelektrischen Empfänger.
Bei Umlauf des im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordneten Drehspiegels wird
das Lichtbündel periodisch parallel zu sich selbst über die zu überwachende Fläche
geführt, so daß die Fläche ständig lückenlos überwacht wird. Bei einer solchen Anordnung
muß wegen des Parabolspiegels und der Anordnung des Drehspiegels in dessen Brennpunkt
das Senderteil des Lichtvorhangs eine gewisse, durch die Höhe der zu überwachenden
Fläche bestimmte Breite besitzen. Je größer die Öffnung des Parabolspiegels ist,
desto tiefer muß er werden. Wenn man mit einer flachen Parabel arbeiten wollte,
um bei gleicher Öffnung ( Höhe der Lichtschranke) mit einem flacheren Spiegel auszukommen,
dann erhöht sich dafür die Brennweite und damit der Abstand des Drehspiegels von
dem Parabelscheitel. Das kann bei manchen Anwendungen, z. B. zur Pressensicherung,
stören, wenn bei relativ hohen zu sichernden Flächen seitlich nur verhältnismäßig
wenig Raum zur Verfügung steht. Es erfordert ferner einen relativ hohen elektronischen
Aufwand, einen solchen Lichtvorhang so auszubilden, daß bei Ausfall irgendwelcher
Bauteile sicher ein Abschaltsignal gegeben wird, wie in der deutschen Patentschrift
1 221 927 beschrieben ist.
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Es sind fotoelektrische Sicherheitsvorrichtungen bekannt, bei denen
die zu überwachende Fläche durch ein Gitter von einzelnen zueinander parallelen
Lichtschranken gesichert ist. Jede dieser Lichtschranken enthält dabei eine Lichtquelle
und einen fotoelektrischen Empfänger (deutsches Gebrauchsmuster 1 889 751). Es ist
auch bekannt, die als Fotozellen ausgebildeten Empfänger in Reihe an einen gemeinsamen
Verstärker anzulegen, so daß ein Signal erzeugt wird, wenn auch nur eine der Fotozellen
abgeschattet wird (deutsche Patentschrift 1 170 286). Solche rein statischen Lichtgitter
lassen sich nur schwer eigensicher ausbilden. d. h., daß sie bei Ausfall eines Teils,
z. B. Kurzschluß einer Fotozelle, stets ein Signal im abschaltenden Sinne liefern.
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Auch wird die Anordnung bei hohen Lichtgittern sehr aufwendig, da
eine Vielzahl von Fotozellen benötigt wird, die dann einen entsprechenden Aufwand
an Verstärkern, Kabeln usw. mit sich bringen.
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Ein weiterer entscheidender Nachteil ist bei sol-
chen statischen
Lichtgittern die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Lichtschranken, die nicht
ganz zu beseitigen ist. wenn die Lichtschranken in einem genügend Sicherheit gewährleistenden
geringen Abstand voneinander angeordnet sind. Da die Optik nämlich nicht ideal herstellbar
ist, treten auf größere Entfernungen, d. h. bei breiten zu überwachenden Flächen
Überstrahlungen von einem Lichtgitterbündel zum nächsten auf. Das kann unter Umständen
zu gefährlichen Fehlfunktionen führen. Beispielsweise kann durch eine solche Überstrahlung
eine Fotozelle vom benachbarten Lichtbündel des Lichtgitters her belichtet werden,
obwohl das zugehörige Lichtbündel selbst durch ein Hindernis unterbrochen ist. Hierdurch
kann ein Ansprechen des Lichtgitters auf das Hindernis verhindert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische Schutzvorrichtung
zu schaffen, bei welcher die Breite des Senderteils in der Ebene der zu überwachenden
Fläche klein im Verhältnis zur Höhe gehalten werden kann.
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Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische
Schutzvorrichtung zu schaffen, welche sich mit relativ einfachen Mitteln ständig
selbst auf Funktionsfähigkeit überprüft und bei Ausfall eines Teils eine Abschaltung
bewirkt.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine fotoelektrische
Schutzvorrichtung der vorerwähnten Art zu schaffen, die mit möglichst wenig störanfälligen
elektrischen Teilen, insbesondere Lampen und fotoelektrischen Empfängern, auskommt.
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Der Erfindung liegt schließlich die Aufgabe zugrunde, mit einheitlichen
Bauteilen foto elektrische Schutzvorrichtungen unterschiedlicher Höhe zu bauen.
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Ausgehend von einem Lichtvorhang der eingangs erwähnten Art besteht
die Erfindung darin, daß die Dreh spiegel jeder Lichtvorhangeinheit auf einem Winkel
eb wirksam sind, der gleich dem Winkel ist, den das abgelenkte Lichtbündel bestreicht,
wenn es vom oberen zum unteren Rand der Hohlspiegel (14, 23) gleitet, und anschließend
auf wenigstens einem dem (n 1)-fachen dieses Winkels entsprechenden Drehwinkel unwirksam
sind, wenn n die Anzahl der verwendeten Lichtvorhangeinheiten ist, daß die Drehspiegel
synchron und phasenstarr angetrieben und gegeneinander um einen Winkel y versetzt
sind, der größer oder gleich dem Drehwinkelß=-2-ist, und 2 daß die foto elektrischen
Empfänger parallel eine gemeinsame Auswerteschaltung beaufschlagen.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich ein einziges Lichtbündel,
welches z. B. von oben nach unten über die gesamte zu überwachende Fläche streicht,
wobei es »staffettenartig« von einer Lichtvorhangeinheit an die nächste weitergegeben
wird.
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Die einzelnen Lichtvorhangeinheiten kommen nacheinander zur Wirkung,
wobei jeweils nur eine der Lichtvorhangeinheiten wirksam ist. Es ergibt sich daher
optisch die gleiche Wirkung, wie man sie mit einer einzigen Lichtvorhangeinheit
entsprechend größerer Höhe erzielen würde, die aber aus konstruktiven und Raumgründen
nachteilig wäre. Dieser Durchgang eines einzigen Lichtbündels über die gesamte Fläche
macht es möglich, die fotoelektrischen Empfänger der verschiedenen Lichtvorhangeinheiten
an eine gemeinsame Auswerteschaltung anzuschließen, die in gleicher Weise aufgebaut
sein kann wie
die Auswerteschaltung einer einzigen Lichtvorhangeinheit.
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Bei dem erfindungsgemäßen Lichtvorhang erfolgt eine ständige dynamische
Abtastung der zu überwachenden Fläche. Man kann also, beispielsweise mit den bekannten
Mitteln der deutschen Patentschrift 1 221 927, bei jedem Durchgang einmal die Funktionsbereitschaft
der Vorrichtung überprüfen.
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Es ist dabei für jede Lichtvorhanghöhe nur eine Lichtquelle und ein
fotoelektrischer Empfänger erforderlich. Durch Aufeinandersetzen mehrerer solcher
Lichtvorhangeinheiten können Lichtvorhänge verschiedener Höhe hergestellt werden,
wobei aber einheitliche Bauteile, also z. B. nur eine Art von Hohlspiegel, verwendet
werden können.
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Die Auswerteschaltung kann in bekannter Weise ausgeführt sein, beispielsweise
nach Art des deutschen Patents 1 221 927. In weiterer Ausbildung der Erfindung kann
die Anordnung aber auch so getroffen werden, daß eine gitterartige Blende vorgesehen
ist, durch welche das Lichtbündel abwechselnd durchgelassen und abgeschattet wird,
und daß die fotoelektrischen Empfänger parallel auf den Eingang eines Zählers geschaltet
sind, der jedesmal nach Durchlaufen aller Lichtvorhangeinheiten abfragbar ist und
ein Freigabesignal dann und nur dann abgibt, wenn der Zählerstand mit der Anzahl
der Blendenöffnungen übereinstimmt.
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Es wird damit die Abtastung der zu überwachenden Fläche auf einen
Zählvorgang zurückgeführt.
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Jede Fehlfunktion eines Teils der Vorrichtung wird sich dabei automatisch
als Fehlzählung äußern. Auch hier wird, und zwar auf relativ einfache Weise, eine
Funktionsprüfung bei jedem Abtastzyklus vorgenommen.
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Die Schaltung kann in der Weise aufgebaut sein, daß die fotoelektrischen
Empfänger vorzugsweise über Verstärker- und Impulsformerstufen parallel auf den
Eingang eines ersten Zählers gegeben werden, der bei Erreichen eines vorgegebenen
Zählerstandes, welcher der einer einzelnen Lichtvorhangeinheit zugeordneten Anzahl
von Blendenöffnungen entspricht, einen Übertragimpuls auf einen zweiten Zähler gibt,
daß der zweite Zähler bei einem der Anzahl (n) der benutzten Lichtvorhangeinheiten
entsprechenden Zählerstand einen Ausgangsimpuls liefert und daß der Obertragsimpuls
des ersten Zählers zusammen mit dem Ausgangsimpuls des zweiten Zählers und einem
nach Beendigung eines Abtastzyklus gegebenen Abfrageimpuls an einem UND-Gatter zur
Erzeugung eines Freigabesignals anliegt.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt
und im folgenden beschrieben: F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung
mit einem Lichtbündel, das kontinuierlich über die zu überwachende Fläche streicht;
Fig. 2 zeigt in Seitenansicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
die Abtastung der zu überwachenden Fläche auf eine Zählung zurückgeführt wird; F
i g. 3 zeigt die zugehörige Draufsicht; F i g. 4 zeigt schematisch das zugehörige
Schaltbild.
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Der Lichtvorhang gemäß Fig. 1 besteht aus drei identischen Lichtvorhangeinheiten
50, 51 und 52 mit je einem Hohlspiegel 53, 54 und 55 einer Lichtquelle 56, 57, 58
und einem Drehspiegel 59, 60, 61,
wobei jeder Drehspiegel von einem phasenstarren
Synchronmotor 62, 63 bzw. 64 angetrieben wird.
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Durch je eine Linse 65, 66, 67 wird, von den Lichtquellen 56, 57,
58 ausgehend, je ein Lichtbündel gebildet, das über den jeweiligen Drehspiegel 59,
60, 61 und den Hohlspiegel 53, 54, 55 geleitet wird. Die Drehspiegel 59, 60 und
61 sitzen in den Brennpunkten der Hohlspiegel 53, 54 und 55. Infolgedessen werden
beim Umlauf der Drehspiegel die von den Lichtquellen 56, 57, 58 ausgehenden Lichtbündel
parallel zu sich bewegt, und zwar bei der durch die Pfeile angedeuteten Drehrichtung
von oben nach unten. Der Winkel, den die von den Brennpunkten zu den Rändern der
Hohlspiegel gehenden Strahlen miteinander einschließen ist. Die Drehspiegel 59,
60, 61 leiten jeweils bei einem Drehwinkel von ß = 2 das betreffende Strahlenbündel
auf den zugehörigen Hohlspiegel 53 und führen es dabei von dem oberen Rand zu dem
unteren Rand. Die drei Spiegel 59, 60 und 61 sind jeweils um einen Winkel r=, gegeneinander
winkelversetzt. Auf diese Weise wandert das Lichtbündel von der Lichtquelle 56 über
den Spiegel 53 von oben nach unten, und im gleichen Augenblick, in dem dieses Lichtbündel
am unteren Rand des Spiegels 53 angelangt ist, erscheint das Lichtbündel 57 am oberen
Rand des angrenzenden nächstfolgenden Spiegels 54. Dieses zweite Lichtbündel wandert
über den Spiegel 54 und wird bei Erreichen des unteren Randes von dem dritten Lichtbündel
abgelöst, das dann, von der Lichtquelle 58 ausgehend, über den Spiegel 61 gerade
auf den oberen Rand des Hohlspiegels 55 geworfen wird. Es entsteht daher ein durchgehend
von oben nach unten über die gesamte Höhe des Lichtvorganges streichendes Lichtbündel,
so wie es ein entsprechend hoher Hohlspiegel bei den vorbekannten Lichtvorhängen
mit einem Drehspiegel erzeugen würde. Das wird aber mit einem entsprechend schmalen
Senderteil erreicht.
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Das Lichtbündel oder besser die drei sich ablösenden Lichtbündel
fallen auf einen an der anderen Seite der zu überwachenden Fläche angeordneten Umkehrreflektorstreifen
68 und werden von diesem wieder in sich zurückgeworfen. Die rücklaufenden Bündel
werden jeweils über den entsprechenden Hohlspiegel 53, 54, 55 auf einen zwischen
Hohlspiegel 53, 54, 55 und Drehspiegel 59, 60, 61 geneigt zur optischen Achse des
Hohlspiegels angeordneten teildurchlässigen Spiegel 69, 70, 71 und über diesen auf
jeweils einen fotoelektrischen Empfänger 72, 73, 74 geleitet. Die drei fotoelektrischen
Empfänger liegen wirkungsmäßig parallel an einer Auswerteschaltung 75.
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Es sind also drei übereinstimmende Lichtvorhangeinheiten 50, 51,
52 vorgesehen, wobei jede mit einer Lichtquelle, Drehspiegel, Hohlspiegel, teildurchlässigem
Spiegel und fotoelektrischem Empfänger versehen ist und einen Teil der zu überwachenden
Fläche abtastet. Diese Abtastung erfolgt jedoch mit Phasenverschiebung, so daß sich
die Abtastung des mittleren Flächenteils unmittelbar an die des oberen und die Abtastung
des unteren Flächenteils unmittelbar an die des mittleren anschließt und so die
Wirkung eines von oben nach unten kontinuierlich durchlaufenden Lichtbündels entsteht.
Es können ohne wesentliche Änderungen statt drei nur zwei oder vier und mehr Lichtvorhangeinheiten
benutzt
werden. Für alle ist eine gemeinsame Auswerteschaltung 75
vorgesehen, die vorteilhaft nach Art des deutschen Patents 1 221 927 aufgebaut sein
kann.
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Fig. 2 und 3 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Abtastung der
zu überwachenden Fläche auf eine Zählung zurückgeführt wird.
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Es sind dort zwei übereinandergesetzte Lichtschrankeneinheiten mit
je einer Lichtquelle 11 und 20, einer Linse 12 bzw. 21 zur Erzeugung eines Lichtbündels,
einem Drehspiegel 13 bzw. 22 und einem Hohlspiegel 14 bzw. 23 vorgesehen. Die Drehspiegel
werden von phasenstarren Synchronmotoren 26 und 27 angetrieben und sind um einen
Winkel 7 > ß gegeneinander winkelversetzt. Es entstehen wie in F i g. 1 zwei
parallel zu sich bewegliche Lichtbündel, die sich ablösen, so daß das von der Lichtquelle
11 ausgehende Lichtbündel den unteren Rand des Spiegels 14 erreicht, bevor das von
der Lichtquelle 20 erzeugte Lichtbündel über den winkelversetzten Drehspiegel 22
auf den oberen Rand des Hohlspiegels 23 geworfen wird. Auf eine zeitlich genaue
Ablösung kommt es bei dieser Ausführungsform gemäß der oben angegebenen Ungleichung
nicht an. Im Strahlengang der parallelgeführten Bündel ist eine Blende 15 angeordnet,
durch welche die Lichtbündel abwechselnd abgeschattet und durchgelassen werden.
Vor den Blendenöffnungen sind Linsen 16 angeordnet, durch welche die hindurchtretenden
Lichtbündel etwa in der Ebene eines Umkehrreflektorstreifens 17 gesammelt werden.
Es sind also mehrere, in F i g. 2 zweimal fünf Strahlengänge vorgesehen, die in
Fig. 2 mit 1 bis 10 bezeichnet sind und in welche nacheinander das Licht von der
Lichtquelle 11 bzw. 20 über den Drehspiegel 13 bzw.
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22 und Hohlspiegel 14 bzw. 23 gelenkt wird. Von außen gesehen sieht
das so aus, daß ein Lichtbündel nacheinander von der Stellung 1 über die Stellungen
2, 3... bis zur Stellung 10 springt. Das geschieht mit hoher Frequenz durch die
mit Netzfrequenz gespeisten Synchronmotoren 26, 27. Es handelt sich also um einen
schrittweise arbeitenden Lichtvorhang oder eine Art dynamisches Lichtgitter.
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Das von dem Umkehrreflektor 17 in die Einfallsrichtung zurückgeworfene
Licht wird von geneigten teildurchlässigen Spiegeln 18 bzw. 24 in der gleichen Weise
wie in F i g. 1 auf einen fotoelektrischen Empfänger 19 oder 25 geworfen. Das Licht
aus den Strahlengängen 1 bis 5 fällt auf den Empfänger 19, das Licht aus den Strahlengängen
6 bis 10 fällt auf den Empfänger 25. Die beiden Empfänger 19 und 25 sind parallel
auf eine Auswerteschaltung 28 geschaltet. Bei dieser Anordnung erhalten die Empfänger
19 und 25 das Licht impulsartig, nämlich je nachdem, ob das Bündel auf die Blendenöffnungen
oder auf die dazwischenliegenden Stege trifft, Helligkeit oder Dunkelheit. Die Breite
der Stege entspricht dabei mindestens dem Bündeldurchmesser.
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Die Auswerteschaltung ist in Fig.4 dargestellt.
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Die Empfänger 19 und 25 (und eventuelle weitere Empfänger bei Verwendung
von mehr als zwei Lichtvorhangeinheiten) liegen parallel am Eingang eines Verstärkers
29. Die verstärkten Impulse werden über einen Impulsformer30 einem ersten Zähler
31 zugeführt. Dieser Zähler 31 ist ein Ringzähler mit der Kapazität »5«. Nach fünf
Zählimpulsen liefert der Zähler 31 einen Übertragimpuls auf einen zweiten Ringzähler
32. Der zweite Ringzähler 32 gibt nach n Impulsen einen Ausgangsimpuls ab, wenn
n die
Anzahl der jeweils benutzten Lichtvorhangeinheiten ist (in der Darstellung
von F i g. 2 also zwei).
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Die beiden Ausgangssignale, d. h. der tÇbertragimpuls vom Zähler
31 und der Ausgangsimpuls des Zählers 32, liegen jeder parallel an zwei UND-Gattern
33 und 34. Ein dritter Eingang jedes der beiden UND-Gatter 33 und 34 ist von einem
am Ende des Abtastzyklus erzeugten Abfrageimpuls beaufschlagt.
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Die Verdoppelung der UND-Gatter 33, 34 hat den Zweck, aus Sicherheitsgründen
zwei Ausgangskanäle zu schaffen. In jedem der Ausgangskanäle liegt eine Diode 35
bzw. 36, über welche je ein Kondensator 37 bzw. 38 von den Impulsen aufgeladen wird,
der ein Relais 39 bzw. 40 zum Anziehen bringt. Die Relais geben das Freigabesignal,
und zwar muß sowohl das Relais 39 als auch das Relais 40 anziehen, damit das Freigabesignal
wirksam wird. Auf diese Weise ist eine Sicherheit gegen Defekte in dem den Zählern
31, 32 nachgeschalteten Teil der Schaltung gegeben.
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Das Abfragesignal wird aus der Netzspannung gewonnen, und zwar wird
über einen Transformator 41 und einem übersteuerten Verstärker42 eine Rechteckspannung
erzeugt, die mittels eines monostabilen Multivibrators 43 in einen bei Nulldurchgang
der Netzspannung auftretenden Impuls umgewandelt wird.
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Dieser Impuls wird einmal als Abfrageimpuls parallel auf die UND-Gatter
33 und 34 gegeben. Zum anderen erfolgt über eine Umkehrstufe 44 und einen differenzierenden
Kondensator 45 von dem Abfrageimpuls die Rückstellung der beiden Zähler 31 und 32
auf Null. Durch die Umkehrung und Differentiation wird sichergestellt, daß die Zählerrückstellung
erst durch die Rückflanke des Abfrageimpulses bewirkt wird, wenn also die Abfrage
durch die UND-Gatter 33, 34 bereits erfolgt ist. Das Freigabesignal erscheint somit
nur, wenn im Augenblick des Abfrageimpulses 1. der erste Zähler auf dem Zählerstand
5 ist, (oder dem Zählerstand, der der Anzahl der Blendenöffnungen bei einer einzigen
Lichvorhangeinheit entspricht), 2. der zweite Zähler auf dem Zählerstand n der Anzahl
der benutzten Lichtvorhangeinheiten ist.
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Dieses Freigabesignal wird nicht gegeben, wenn beispielsweise durch
Ausfall der Lampe 20 zwar der Zähler 31 bis 5 gezählt hat aber der Zähler 32 nur
bis 1. Es wird aber auch nicht gegeben, wenn ein Strahlengang,. z. B. Nr. 7, durch
ein Hindernis unterbrochen ist. Dann steht der Zähler 31 bei Erscheinen des Abfrageimpulses
auf 4 und auch der Zähler 32 hat erst bis 1 gezählt, da er den zweiten tZbertragimpuls
vom Zähler 31, weil nur neun Zählimpulse gekommen sind, nicht erhalten hat. Das
Freigabesignal wird auch nur wirksam, wenn es auf beiden Kanälen, d. h. über das
UND-Gatter 33 und das UND-Gatter 34, kommt. Anschließend werden die Zähler zurückgestellt,
und der Zyklus beginnt mit Netzfrequenz erneut. Es erfolgt somit mit der Netzfrequenz
eine ständige Selbstkontrolle der Anordnung.
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Durch Austausch der Blende 15 kann die Größe der »Schritte« geändert
werden, um die sich das Abtastlichtbündel fortbewegt, und damit die Größe der zu
erfassenden Hindernisse (Handschutz, Fingerschutz). Um die Höhe der Lichtschranke
zu verändern, brauchen nur zusätzliche Lichtschrankeneinheiten übereinandergesetzt
zu werden. Die Anzahl dieser
Einheiten wird bei im übrigen unveränderter
Schaltung durch entsprechende Einstellung der Vorwahl n am Zähler 32 berücksichtigt.