DE1566730B1

DE1566730B1 - PHOTOELECTRONIC ACCIDENT PROTECTION DEVICE

Info

Publication number: DE1566730B1
Application number: DE19671566730
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl-Ing Piepenbrink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-01-05
Filing date: 1967-01-05
Publication date: 1971-07-15

Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektronische, mit Impulslicht arbeitende Unfallschutzvorrichtung zur Absicherung eines Gefahrenraumes, bei der das von einer stabförmigen Lichtquelle ausgesandte Licht über eine zylinderförmige, kontinuierlich rotierende Blendenvorrichtung mit auf einer Schraubenlinie angeordneten Blendenöffnungen zu einer Lichtdetektoranordnung geleitet wird.The invention relates to a photoelectronic, working with pulsed light Accident protection device for securing a hazardous area in which a rod-shaped light source emitted light over a cylindrical, continuously rotating diaphragm device with diaphragm openings arranged on a helical line is passed to a light detector assembly.

Aus der deutschen Patentschrift 1214 785 ist ein Lichtschutzgitter bekannt, bei dem von einer stabförmigen Lichtquelle ausgehendes Licht über Blenden durch den zu schützenden Raum auf eine Reihe von übereinander angeordneten, einen Abstand aufweisenden Linsen geworfen wird, die das auffallende Licht jeweils auf ein Photoelement hin bündeln. Zur Überwachung des zu schützenden Raumes wird also eine große Anzahl von Photoelementen benötigt. Das bringt natürlich gewisse Probleme wie die der Überwachung der Funktion der einzelnen Elemente und der Justierung beim Auswechseln von fehlerhaften Elementen mit sich.From the German patent specification 1 214 785 a light protection grille is known in which light emanating from a rod-shaped light source is thrown via screens through the space to be protected onto a row of spaced-apart lenses, each of which directs the incident light onto a photo element bundle up. A large number of photo elements is therefore required to monitor the area to be protected. This of course brings with it certain problems such as monitoring the function of the individual elements and adjusting when replacing defective elements.

In der deutschen Patentschrift 1283 709 ist eine photoelektronische, mit Impulslicht arbeitende Unfallschutzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die gewissermaßen eine Fortbildung der vorher beschriebenen Vorrichtung darstellt. Bei dieser Vorrichtung wird ein von einer stabförmigen Lichtquelle ausgehendes Lichtband mit Hilfe einer rotierenden Trommel, die auf einer Schraubenlinie angeordnete Blendenöffnungen aufweist, in einen räumlichen und einen zeitlichen Abstand aufweisende Lichtimpulse aufgeteilt. Diese Lichtimpulse tasten den zu überwachenden Raum ab und werden über geeignet angeordnete Spiegel auf einem Photoelement abgebildet. Die Auswertung erfolgt auf Grund der nachgewiesenen Frequenzen. Die Abbildung der Lichtimpulse erfolgt über eine verhältnismäßig anfällige optische Anordnung.In the German patent specification 1283 709 a photoelectronic, Accident protection device of the type described above that works with pulsed light proposed to a certain extent a further development of the device described above represents. In this device, an emanating from a rod-shaped light source Light band with the help of a rotating drum arranged on a helical line Has aperture openings in a spatial and a temporal distance having Split light pulses. These light pulses scan the room to be monitored and are imaged on a photo element via suitably arranged mirrors. The evaluation is based on the detected frequencies. The illustration of the Light impulses take place through a relatively fragile optical arrangement.

Aus der USA.-Patentschrift 2 486 029 ist die Verwendung eines parallel zu einer stabförmigen Lichtquelle angeordneten Lichtleiterstabes bekannt, mit dessen Hilfe das durch eine Blende auf den Lichtleiter auftreffende Licht auf ein Photoelement geleitet wird. Bei dieser Anordnung handelt es sich um einen Analog-Zweipunktregler.U.S. Patent 2,486,029 shows the use of a parallel known to a rod-shaped light source arranged light guide rod, with the Help the light hitting the light guide through a diaphragm onto a photo element is directed. This arrangement is an analog two-position controller.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine photoelektronische Unfallschutzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die mit Impulslicht arbeitet und bei der das Impulslicht ohne eine komplizierte optische Anordnung auf einen Lichtdetektor übertragen wird.It is the object of the invention to provide a photoelectronic accident protection device to create the type described above, which works with pulsed light and at which sends the pulsed light to a light detector without a complicated optical arrangement is transmitted.

Diese Aufgabe wird durch eine photoelektronische, mit Impulslicht arbeitende Unfallschutzvorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die sich gemäß der Erfindung daduich kennzeichnet, daß parallel zu der stabförmigen Lichtquelle zwischen derselben und der Blendenvorrichtung eng übereinander angeordnete Linsen zur Abbildung der Lichtquelle auf die Blendenöffnungen vorgesehen sind und daß axial in der Blendenvorrichtung ein das Licht zu der Lichtdetektoranordnung führender stabförmiger Lichtleiter angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine einfache Übertragung des Impulslichtes zum Lichtdetektor ermöglicht.This task is done by a photoelectronic, using pulsed light working accident protection device of the type described above solved that according to the invention daduich indicates that parallel to the rod-shaped light source lenses arranged closely one above the other between the same and the diaphragm device are provided for imaging the light source on the aperture and that axially in the diaphragm device a guiding the light to the light detector arrangement rod-shaped light guide is arranged. This way it becomes an easy transfer of the pulsed light to the light detector.

Zweckmäßigerweise sind die optischen Verhältnisse so gewählt, daß @ der Durchmesser d der Blendenöffnungen der Blendenvorrichtung durch die Linsenbrennweite fund den Abstand a der Linsen von der stabförmigen Lichtquelle und den Durchmesser D der Linsen durch die Beziehung bestimmt ist: Zur Erzeugung von Taktgeberimpulsen, die charakterisieren, durch welche der übereinander angeordneten Linsen in jedem Zeitaugenblick der Strahlengang erfolgt, ist zweckmäßigerweise eine Taktgeberlochscheibe an der zylindrischen Blendenvorrichtung vorgesehen.The optical conditions are expediently chosen so that @ the diameter d of the diaphragm openings of the diaphragm device is determined by the focal length of the lens and the distance a of the lenses from the rod-shaped light source and the diameter D of the lenses is determined by the relationship: In order to generate clock pulses which characterize which of the lenses arranged one above the other the beam path takes place at each instant in time, a clock generator perforated disk is expediently provided on the cylindrical diaphragm device.

Die Auswertung der Impulse erfolgt z. B. durch Ausnutzung der, wie vorstehend angegeben, erzeugten Taktgeberimpulse. Es kann auch die Anordnung so ausgebildet sein, daß an beiden Stirnseiten des Lichtleiterstabes Lichtdetektoren vorgesehen sind und in der Mitte der Lichtleiterstab durch eine spiegelnde Zwischenwand unterteilt ist, so daß beide Lichtdetektoren je eine Impulsserie erzeugen, die auf Koinzidenz verglichen werden. Aus noch näher zu erörternden Gründen ist in einem solchen Fall auf der zylindrischen rotierenden Blendenvorrichtung zusätzlich eine Lochscheibe zur Erzeugung von Taktgeberimpulsen vorzusehen, und es wird dann eine dreifache Koinzidenz, nämlich die Koinzidenz der Taktgeberimpulse und der von beiden Detektoren erzeugten Impulse als Kriterium ausgenützt.The evaluation of the impulses takes place z. B. by taking advantage of how above, generated clock pulses. It can also be arranged like this be designed that light detectors on both end faces of the light guide rod are provided and in the middle of the light guide rod through a reflective partition is subdivided so that both light detectors each generate a series of pulses that on Coincidence can be compared. For reasons to be discussed in more detail, is in one such a case on the cylindrical rotating shutter device in addition one Provide perforated disk for generating clock pulses, and it is then a triple coincidence, namely the coincidence of the clock pulses and that of both Detectors generated pulses used as a criterion.

Ausführungsformen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren erörtert. Von den Figuren zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Anwendung nur eines Lichtdetektors an einem Ende des Lichtleiterstabes, F i g. 2 eine schematische Darstellung der bei der Anordnung einzuhaltenden optischen Abbildungsverhältnisse, F i g. 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, F i g. 4 und 5 eine schematische Darstellung der für die Anordnung gemäß F i g. 1 bzw. gemäß F i g. 3 anzuwendenden Schaltungen.Embodiments of the invention are in the description below discussed in connection with the figures. Of the figures, FIG. 1 a first Embodiment of the invention using only one light detector at one end of the light guide rod, FIG. 2 shows a schematic illustration of the arrangement optical imaging ratios to be observed, FIG. 3 shows a second embodiment of the invention, FIG. 4 and 5 a schematic representation of the for the arrangement according to FIG. 1 or according to FIG. 3 applicable circuits.

In F i g. 1 ist um den Lichtleiterstab 1 koaxial der drehbare Zylinder 2 angeordnet, welcher spiralförmig angeordnete Blendenlöcher 3a, 3b ... aufweist. Die davor angeordneten Linsen 4a, 4b bilden jeweils einen Abschnitt der Lichtquelle 5 auf die Blendenlöcher ab. Die Strahlengänge der einzelnen Linsen sind durch Blenden 6 voneinander getrennt. Am Ende des Lichtleiterstabes 1 befindet sich ein photoelektrischer Detektor 7. Die andere Seite des Lichtleiterstabes 1 ist durch einen Planspiegel abgeschlossen. Der für die Drehung des Zylinders 2 vorgesehene Motorantrieb ist nicht dargestellt. Die Lichtquelle 5 kann eine übliche stabförmige Leuchtstofflampe sein. Die Oberfläche des Lichtleiterstabes 1 an der Stelle, an welcher das Licht die Blendenöffnungen 3a, 3 b durchsetzt, kann aufgerauht sein oder mit fluoreszenzfähigem Material bekleidet sein, damit das die Blendenöffnungen durchsetzende Licht in das Stabinnere eindringt. Infolge Totalreflexion gelangt das Licht dann zu dem an der Stirnseite vorgesehenen Lichtdetektor.In Fig. 1, the rotatable cylinder 2 is arranged coaxially around the light guide rod 1 and has diaphragm holes 3a, 3b ... arranged in a spiral shape. The lenses 4a, 4b arranged in front of them each image a section of the light source 5 onto the diaphragm holes. The beam paths of the individual lenses are separated from one another by diaphragms 6. At the end of the light guide rod 1 there is a photoelectric detector 7. The other side of the light guide rod 1 is closed off by a plane mirror. The motor drive provided for rotating the cylinder 2 is not shown. The light source 5 can be a conventional rod-shaped fluorescent lamp. The surface of the light guide rod 1 at the point where the light passes through the aperture 3a, 3b can be roughened or covered with fluorescent material so that the light penetrating the aperture penetrates the inside of the rod. As a result of total reflection, the light then reaches the light detector provided on the end face.

Die geometrischen Abbildungsverhältnisse ergeben sich aus F i g. z. Bezeichnet man die Brennweite der Einzellinsen 4 mit f, deren Durchmesser mit D und ihren Abstand von der Lichtquelle 5 mit a, wobei a als groß gegenüber der Brennweite f vorausgesetzt wird, so ist für den Durchmesser der Blendenöffnungen 3a, 3b ... die Beziehung einzuhalten. Bei Einhaltung dieser Beziehung schneidet sich jede Linse 4a, 4b aus der Lichtquelle 5 einen leuchtenden Abschnitt heraus, der etwa der Linsenhöhe entspricht, und dieser leuchtende Abschnitt wird auf die Blendenöffnungen 3a, 3b verkleinert abgebildet. Die Drehung des Zylinders 2 bringt es mit sich, daß nacheinander die Blendenöffnungen 3a, 3b den Strahlengang von der Leuchtstofflampe 5 zu dem Lichtleiter 1, mit entsprechenden Unterbrechungspausen, freigeben. Dadurch entstehen Signalimpulse im Ausgangskreis des Lichtdetektors 7.The geometric imaging conditions result from F i gz. If the focal length of the individual lenses 4 is designated by f, their diameter by D and their distance from the light source 5 by a, where a is assumed to be large compared to the focal length f, then the diameter is Apertures 3a, 3b ... the relationship to be observed. If this relationship is observed, each lens 4a, 4b cuts a luminous section out of the light source 5 which corresponds approximately to the lens height, and this luminous section is imaged on the diaphragm openings 3a, 3b in a reduced size. The rotation of the cylinder 2 results in the aperture openings 3a, 3b successively opening the beam path from the fluorescent lamp 5 to the light guide 1, with corresponding breaks. This results in signal pulses in the output circuit of the light detector 7.

Diese Impulse können mit Taktgeberimpulsen zur Koinzidenz gebracht werden, die von der Umdrehung des Zylinders 2 abgeleitet werden, beispielsweise unter Anwendung einer im Zusammenhang mit F i g. 3 noch zur Darstellung gelangenden optischen Lochscheibe 9.These pulses can be brought to coincidence with clock pulses derived from the revolution of the cylinder 2, for example using a method in connection with FIG. 3 still to be shown optical perforated disk 9.

Die Koinzidenzschaltung wird dann derart ausgebildet, daß ein Ausgangssignal nur erzeugt wird, wenn gleichzeitig ein Taktgeberimpuls und ein von dem Lichtdetektor 7 erzeugter Impuls auftreten. Das Fehlen eines Koinzidenzsignals ist dann maßgeblich dafür, daß in den Lichtweg der entsprechenden Blendenöffnung ein Hindernis eingeführt wurde, und es erfolgt dann ein Ausgangssignal, das beispielsweise die überwachte Presse stillsetzt.The coincidence circuit is then designed such that an output signal is only generated when a clock pulse and one from the light detector at the same time 7 generated pulse occur. The lack of a coincidence signal is then decisive that an obstacle is introduced into the light path of the corresponding aperture and there is then an output signal that, for example, the monitored Press stops.

Für größere Schutzhöhen ist es vorteilhaft, mit getrennten Lichtleitstäben 1 zu arbeiten, da sonst die Anzahl der Löcher auf dem Blendenrohr zu groß wird und sich Absorption in dem Lichtleiterstab störend bemerkbar macht.For greater protection heights, it is advantageous to use separate light guide rods 1, otherwise the number of holes on the aperture tube will be too large and Absorption in the light guide rod is noticeable in a disturbing manner.

F i g. 3 zeigt eine Anordnung mit zwei getrennten Lichtleitstäben und je einem denselben zugeordneten Lichtdetektor. Die Lichtleitstäbe 1, 1' sind durch einen Planspiegel 8 in der Mitte getrennt. Die an den beiden Stirnseiten vorgesehenen Lichtdetektoren sind mit 7, 7' bezeichnet. Die Lage der Blendenöffnungen 3a, 3a' bzw. 3b, 3b' ist derart gewählt, daß gleichzeitig Signale von den photoelektrischen Lichtdetektoren 7, 7' abgegeben werden. 9 ist eine Lochscheibe zur optischen Erzeugung von Taktgebersignalen, die starr mit dem rotierenden Zylinder verbunden ist. Die Blendenlöcher der Lochscheibe 9 sind mit 10a, 10b bezeichnet; 11 ist eine Lichtquelle und 12 eine Photodiode, in deren Ausgangskreis die Taktgeberimpulse auftreten.F i g. 3 shows an arrangement with two separate light guide rods and each with a light detector assigned to the same. The light guide rods 1, 1 'are separated by a plane mirror 8 in the middle. The light detectors provided on the two end faces are denoted by 7, 7 '. The position of the diaphragm openings 3a, 3a 'or 3b, 3b' is selected such that signals are emitted from the photoelectric light detectors 7, 7 'at the same time. 9 is a perforated disk for the optical generation of clock signals, which is rigidly connected to the rotating cylinder. The aperture holes of the perforated disk 9 are denoted by 10a, 10b; 11 is a light source and 12 is a photodiode, in whose output circuit the clock pulses occur.

F i g. 4 zeigt die Koinzidenzschaltung, bei der nur die Impulse der beiden Lichtdetektoren 7, 7' zur Ausnutzung gelangen. Es findet im Ausgangskreis der Lichtdetektoren 7, 7' eine Einfach-UND-Torschaltung 13 Anwendung.F i g. 4 shows the coincidence circuit in which only the pulses from two light detectors 7, 7 'come to use. It takes place in the starting circle of the light detectors 7, 7 'a single AND gate circuit 13 application.

Gelangt eine zusätzliche Lochscheibe 9 zur Erzeugung von Taktgeberimpulsen zur Anwendung, so wird eine dreifache UND-Torstufe 14 gemäß F i g. 5 verwendet.An additional perforated disk 9 arrives to generate clock pulses for use, a triple AND gate stage 14 according to FIG. 5 used.

Im Falle der F i g. 4 liegen die Verhältnisse so, daß ein Koinzidenzsignal auftritt, wenn durch zwei korrespondierende Blendenöffnungen 3a, 3 a' oder 3 b, 3b'... der Strahlengang freigegeben wird. Wird also die eine der beiden Blendenöffnungen durch ein in den zu überwachenden Raum eingebrachtes Objekt verdeckt, so liefert nur der eine Lichtdetektor 7, 7' ein Ausgangssignal, und ein Koinzidenzsignal wird in der Koinzidenzstufe 13 nicht erzeugt.In the case of FIG. 4, the conditions are such that a coincidence signal occurs when the beam path is cleared through two corresponding diaphragm openings 3a, 3a 'or 3b, 3b' .... If one of the two diaphragm openings is covered by an object introduced into the room to be monitored, only one light detector 7, 7 'delivers an output signal, and a coincidence signal is not generated in the coincidence stage 13.

Eine Koinzidenz würde jedoch stattfinden, wenn beide Blendenöffnungen 3a, 3a' gleichzeitig verdeckt werden. Um diese Möglichkeit auszuschalten, kann man gemäß F i g. 5 eine dreifache Koinzidenz mit den durch die Lochscheibe 9 erzeugten Taktgeberimpulsen für die Erzeugung eines Ausgangssignals der Koinzidenzstufe 14 vorsehen. Man erhält nur dann ein Koinzidenzsignal, wenn die beiden einander korrespondierenden Blendenöffnungen der beiden auf dem Blendenzylinder 2 vorgesehenen Öffnungsspiralen und die Lochscheibe 9 gleichzeitig den optischen Strahlengang freigeben.However, a coincidence would take place if both diaphragm openings 3a, 3a 'are covered at the same time. In order to eliminate this possibility, one can, according to FIG. 5 provide a triple coincidence with the clock pulses generated by the perforated disk 9 for generating an output signal from the coincidence stage 14 . A coincidence signal is only obtained when the two corresponding diaphragm openings of the two opening spirals provided on the diaphragm cylinder 2 and the perforated disk 9 simultaneously clear the optical beam path.

Es sind auch andere Zuordnungen der Blendenöffnungen der in F i g. 3 oberen Lochspirale zu den Öffnungen der unteren Lochspirale möglich, es können beispielsweise durch entsprechende Anordnung der Löcher in einer ersten Halbphase zuerst die geradzahligen Löcher und in einer zweiten Halbphase die ungeradzahligen Löcher zur Koinzidenz gebracht werden.There are also other assignments of the diaphragm openings in FIG. 3 upper spiral holes to the openings of the lower spiral hole possible, it can for example by arranging the holes accordingly in a first half-phase first the even-numbered holes and in a second half-phase the odd-numbered ones Holes are brought to coincidence.

Die zur Anwendung vorgeschlagenen Koinzidenzschaltungen unter Anwendung einer im Gerät vorgesehenen Taktgeber-Lochscheibe bieten den nachfolgenden Vorteil: Es wird bei Unfallschutz-Lichtvorhanganordnungen häufig gefordert, daß zeitweise bestimmte Lichtbündel außer Funktion gesetzt werden können, damit man beispielsweise ein Werkstück verarbeiten kann, das in die Schutzfläche des Gerätes hineinragende Teile aufweist. In einem solchen Fall sind bei einer erfindungsgemäßen Anordnung lediglich die Taktimpulse, die den fehlenden Abtastimpulsen entsprechen, ebenfalls zu unterdrücken, indem das entsprechende Loch der Lochscheibe verschlossen wird.The coincidence circuits proposed for use using a clock generator perforated disk provided in the device offer the following advantage: In the case of accident prevention light curtain arrangements, it is often required that at times certain bundles of light can be disabled, for example can process a workpiece that protrudes into the protective surface of the device Has parts. In such a case, in an arrangement according to the invention only the clock pulses corresponding to the missing sampling pulses also to suppress by closing the corresponding hole in the perforated disc.

Claims

Claims: 1. Photoelectronic, working with pulsed light Accident protection device for securing a hazardous area in which a rod-shaped light source emitted light over a cylindrical, continuously rotating diaphragm device with diaphragm openings arranged on a helical line is passed to a light detector arrangement, characterized in that parallel to the rod-shaped light source (5) between the same and the diaphragm device (2) Lenses (4) arranged closely one above the other for imaging the light source (5) the aperture openings are provided and that axially in the aperture device (2) a rod-shaped light guide which guides the light to the light detector arrangement (7) (1) is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the diameter (d) of the aperture openings of the aperture device (2) by the lens focal length (f) and the distance (a) of the lenses (4) from the rod-shaped light source (5) and the diameter (D) the lens (4) is determined by the relationship:

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that between the lenses (4) and the aperture openings (3a, 3b) light-shielding aperture screens (6) are arranged.

4. Device after one of the preceding claims, characterized in that for optical generation of clock pulses on the cylindrical diaphragm device (2) a clock generator perforated disk (9) is provided.