DE19506312C2 - Vorrichtung zum Ausrichten optoelektronischer Sensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere bei optoelektronischen Sensoren, wie zum Beispiel Datenlichtschranken, verwendet, die Lichtsignale über große Distanzen austauschen. Datenlichtschranken und vergleichbare Sensoren emit­ tieren Lichtstrahlen in einem engen Winkelbereich. Die Empfangselemente dieser Sensoren weisen eine ähnliche Richtcharakteristik auf. Üblicherweise können diese Empfangselemente Lichtsignale empfangen, die in einem dem Richtungsvektor des Empfangselements entsprechenden Winkel auf den Sensor auftreffen. Daher müssen diese Sensoren prinzipiell bei der Inbetriebnahme aus­ gerichtet werden. Die Sensoren emittieren Lichtsignale üblicherweise im unsichtbaren Infrarotbereich, so dass eine manuelle Ausrichtung der Sensoren ohne weitere Hilfsmittel nicht möglich ist.

Zum Aussichten derartiger Sensoren wird üblicherweise ein Zielfernrohr an dem auszurichtenden Sensor montiert, mit dem der zweite Sensor anvisiert wird. Diese Ausrichtmethode ist jedoch ungenau und kostenintensiv.

Alternativ kann ein Ausrichtgerät mit einem im sichtbaren Bereich emittierenden Laser am Sensor montiert werden. Der sichtbare Laserstrahl kann von einer Bedienperson verfolgt werden und auf den zweiten Sensor ausgerichtet werden. Auch diese Vorrichtung ist äußerst aufwendig und kostenintensiv.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist in der DE 39 15 303 A1 beschrieben. Diese betrifft eine optische Signalstrecke mit einer ersten Station zum Aussenden, Reflektieren und/oder Empfangen von optischer Strahlung und einer zweiten Station zum Aussenden und/oder Empfangen von optischer Strahlung. Zur Ausrichtung der zweiten, bezüglich um eine vertikale Achse drehbaren Station auf eine erste feststehende Station weist die erste Station einen Reflektor auf, der einen von der zweiten Station ausgehenden Lichtstrahl auf einen Detektor, vorzugsweise einen Positions-Detektor, der zweiten Station zurücksendet. Fällt der reflektierte Lichtstrahl nicht genau auf das Zentrum des Detektors, so wird dies durch eine Nachführschaltung detektiert, die einen Motor so betätigt, dass das von der drehbaren zweiten Station ausgehende Lichtbündel nach der Reflexion am Reflektor wieder genau auf den Detektor gerichtet ist.

Die erste Station weist ein Sendeelement auf, welches im Zentrum des Reflektors angeordnet ist.

In der EP 0 005 853 A1 ist eine Lichtschranke mit einem Sende- und Empfangselement, welche in getrennten Gehäuse in Abstand zueinander angeordnet sind, beschrieben. Zur Justage des Sende- und Empfangselements wird eine Einheit mit einem teildurchlässigen Spiegel auf ein Gehäuse der Lichtschranke aufgesteckt.

Die Einheit weist eine seitliche Öffnung auf, durch welche ein Beobachter das vom Sende- oder Empfangselement kommende und über den teildurchlässigen Spiegel reflektierte Licht beobachten kann. Die Beobachtungsrichtung ist senkrecht zum Strahlengang der Lichtschranke.

Der Beobachter sieht ein Bild des Sende- und Empfangselements und kann durch diese visuelle Kontrolle die Position des Sende- und Empfangselements manuell justieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, die ein genaues Ausrichten von optoelektronischen Sensoren bei geringem Aufwand ge­ währleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-7 beschrieben.

Erfindungsgemäß ist wenigstens an einem der Sensoren wenigstens ein Retroreflektor so angeordnet, dass dieser während des Ausrichtens vor oder neben dem Empfangselement des Sensors angeordnet ist. Hierzu ist der Retroreflektor an diesem Sensor schwenkbar angebracht, so dass dieser vor oder neben das Empfangselement positionierbar ist. Die vom anderen Sensor emittierten Lichtsignale treffen auf diesen Retroreflektor und werden von dort in der gleichen Richtung auf das Empfangselement dieses Sensors zurückreflektiert. Die dort auftreffende Lichtmenge wird in einer Auswerteeinheit als Maß für die Güte der Ausrichtung der Sensoren ausgewertet. Je größer die auf den Empfänger auftreffende Lichtmenge ist, desto besser ist die Ausrichtung der Sensoren. Die optimale Ausrichtung ist erreicht, wenn die auftreffende Lichtmenge maximal ist.

Da der Retroreflektor bzw. die Retroreflektoren an dem betreffenden Sensor beweglich angebracht sind, können sämtliche Retroreflektoren nach erfolgter Ausrichtung aus dem Strahlengang des gegenüberliegenden Sensors entfernt werden und diesen somit nicht mehr beeinflussen.

Da sämtliche Retroreflektoren am Sensor beweglich angebracht sind, können diese schnell und ohne großen Justieraufwand montiert werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass zur Ausrichtung keine weiteren aktiven Sensoren oder autarken Justiereinheiten verwendet werden müssen. Die zur Ausrichtung benötigten Retroreflektoren sind äußerst kostengünstig. Die zur Auswertung der vom Retroreflektor auf das Empfangselement des gegenüberliegendem Sensors auftreffenden Lichtmenge benötigte Auswerteeinheit kann beispielsweise als Mikrocontroller ausgebildet sein. Derartige Mikrocontroller sind üblicherweise in Sensoren moderner Bauart standardmäßig integriert und stellen somit keinen zusätzlichen Aufwand an Bauelementen dar.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1a) Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels zweier zueinander ausgerichteter optoelektronischer Sensoren
b) Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1a während des Ausrichtvorgangs

Fig. 2 Haltung für einen optoelektronischen Sensor

Fig. 3a) Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel zweier zueinander ausgerichteter optoelektronischer Sensoren
b) Anordnung gemäß Fig. 2a während des Ausrichtvorgangs

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel zweier optoelektronischer Sensoren 1, die über eine Distanz Lichtsignale austauschen. Die Sensoren 1 sind als Da­ tenlichtschranken ausgebildet und weisen jeweils ein Sendeelement 2 und ein Empfangselement 3 auf, die in einem Gehäuse 4 integriert sind. Das Sende­ element 2 besteht aus einer Lichtquelle, vorzugsweise einer Infrarot-Leuchtdiode oder einer Laserdiode, mit nachgeschalteter Sendeoptik zur Fokussierung des von der Lichtquelle emittierten, die Lichtsignale übermittelnden emittierenden Sendelichtstrahls 5.

Das Empfangselement 3 besteht aus einem Empfänger, vorzugsweise einer Photodiode, und einer vorgeschalteten Empfangsoptik.

Die Datenlichtschranken sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel identisch aufgebaut. Sobald die Datenlichtschranken wie in Fig. 1a ausgerichtet sind, d. h. die Datenlichtschranken gegenüberliegend angeordnet sind, so daß das vom Sendeelement 2 emittierte Sendelicht der einen Datenlichtschranke auf das Empfangselement 3 der anderen Datenlichtschranke trifft, werden zwischen den Da­ tenlichtschranken Lichtsignale, die in Form von Bitfolgen den Sendelichtstrah­ len 5 aufgeprägt sind, bidirektional ausgetauscht.

Üblicherweise erfolgt die Datenübertragung zwischen den Sensoren 1 als Frei­ raumdatenübertragung. In bestimmten Applikationen kann die Datenübertragung auch durch andere Medien erfolgen.

Die Abstrahlung des Sendelichts durch das Sendeelement 2 erfolgt innerhalb eines Öffnungswinkels α, der typischerweise in der Größenordnung von 2-4° liegt. Aufgrunddessen müssen die Sensoren 1 bei Inbetriebnahme möglichst genau ausgerichtet werden, damit auf den Empfangselementen 3 eine hinrei­ chende große Lichtmenge, die für eine fehlerfreie Datenübertragung notwendig ist, auftrifft.

Wie in Fig. 1a, b dargestellt ist an jedem Sensor 1 eine Vorrichtung zu deren Ausrichtung angebracht.

Diese Vorrichtung weist zwei Retroreflektoren 6 auf, die an jeweils einer Sei­ tenwand des Gehäuses 4 an einem Gelenk 7 schwenkbar angeordnet sind. Die Retroreflektoren 6 sind vorzugsweise als rechteckige Spiegelelemente ausgebil­ det und bestehen aus Kunststoff-Trippelreflektoren. Prinzipiell können die Re­ troreflektoren 6 auch auf den Sensor 1 aufgesteckt werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß die Retroreflektoren 6 als separate Teile aufbewahrt werden müssen. Dies erhöht den Aufwand bei der Lagerhaltung. Zudem besteht die Ge­ fahr, daß die Retroreflektoren 6 verloren gehen.

Sind die Sensoren 1 zueinander ausgerichtet, so werden die Reflektoren 6 nicht benötigt und liegen an den Seitenwänden des Gehäuses 4 des Sensors 1 an (Fig. 1a).

Zum Ausrichten der Sensoren 1 werden an einem Sensor 1 die Retroreflektoren 6 geschwenkt, so daß sie im rechten Winkel von der Seitenwand des Gehäuses 4 abstehen. In dieser Position zeigen die Flächenormalen der Retroreflektoren 6 in die Richtung des Richtungsverkehrs R des Empfangselements 3.

Die von den Retroreflektoren 6 begrenzte Fläche F ist kleiner als die Fläche f des Lichtflecks des Sendelichtstrahls 5 des gegenüberliegenden Sensors 1 am Ort der Retroreflektoren 6. Die Fläche f des Lichtflecks kann nicht exakt de­ finiert werden, da die Intensitätsverteilung des Lichtflecks vom Zentrum zu den Randbereichen kontinuierlich abnimmt, beispielsweise in Form einer Gaußver­ teilung. Üblicherweise wird der Rand des Lichtflecks entlang der Linie definiert, auf der die Lichtintensität auf 1/e der Maximalintensität abgeklungen ist. (e = Eulersche Zahl).

Zum Ausrichten der Sensoren 1 wird die vom ersten Sensor 1 emittierte und über die Retroreflektoren 6 des anderen Sensors 1 zum Empfangselement 3 des ersten Sensors 1 rückreflektierte Lichtmenge gemessen und in einer nicht darge­ stellten Auswerteeinheit ausgewertet.

Die Sensoren 1 werden zuerst in einer Grobeinstellung so ausgerichtet, daß der Lichtkegel des ersten Sensors 1 auf die Retroreflektoren 6 des zweiten Sensors auftrifft, so daß am Empfangselement 3 des ersten Sensors 1 ein Empfangs­ signal registriert wird. Um keine Signalverfälschungen zu erhalten bleibt der zweite Sensor 1 während der Ausrichtphase abgeschaltet.

Danach wird der erste Sensor 1, in dem das Empfangssignal ausgewertet wird, senkrecht zur Strahlachse des Sendelichtstrahls 5, d. h. zum Richtungsverkehr R des Sendeelements 2, so lange verschwenkt, bis das Empfangssignal seinen Maximalwert annimmt. In dieser Position trifft der Sendelichtstrahl 5 des ersten Sensors 1 auf das Zentrum des zweiten Sensors 1 und überdeckt die beiden Re­ troreflektoren 6 vollständig.

Zweckmäßigerweise kann die auf das Empfangselement 3 des ersten Sensors 1 auftreffende Lichtmenge über eine nicht dargestellte Anzeigevorrichtung am Sensor 1 angezeigt werden. Die Anzeigevorrichtung kann als Ziffernanzeige, Zeigeranzeige oder Leuchtdiodenbalkenanzeige ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Ausrichtung der Sensoren 1 auf einfache Weise von dem Bedienpersonal kontrolliert werden.

Zum Ausrichten des Sensors 1 ist dieser zweckmäßigerweise an einer Halterung 8 gemäß Fig. 2 befestigt. Der Übersichtlichkeit halber ist die Halterung in Fig. 1 nicht dargestellt.

Die Halterung 8 besteht im wesentlichen aus drei Platten 9, 11, 12. Eine Monta­ geplatte 9 dient zur Befestigung der Halterung 8 auf einem Untergrund, bei­ spielsweise einer Wand. Auf der Mitte der Montageplatte 9 sitzt eine Blechhalb­ kugel 10 auf, auf die eine Gegenplatte 11 mit darauf aufsitzender Befestigungs­ platte 12 mit einer Schraube 13 befestigt ist. Die Befestigungsplatte 12 ist mit drei Befestigungsmitteln 14, 15, 16 an der Gegenplatte 11 befestigt. Eines der Befestigungsmittel 14 stellt eine starre Verbindung dar, mittels derer ein kon­ stanter Abstand zwischen der Gegenplatte 11 und der Befestigungsplatte 12 ein­ gehalten wird. Diese Verbindung kann beispielsweise von einem Metallstift ge­ bildet sein. Die anderen Befestigungsmittel 15, 16 sind verstellbar und beispiels­ weise von Schrauben gebildet sein. Auf der Befestigungsplatte 12 ist der Sensor 1 befestigt. Der Sensor 1 kann mittels der Halterung 8 in der Ebene senkrecht zum Richtungsvektor R des Sendeelements 2 verschwenkt werden. Zur Grob­ verstellung des Sensors 1 wird die Montageplatte 11 auf der Blechhalbkugel 10 verstellt und in der Endposition mit der Schraube 13, die in die Blechhalbkugel 10 greift, fixiert.

Zur Feinverstellung der Lage des Sensors 1 werden die beiden Befestigungs­ mittel 15, 16 an der Befestigungsplatte 12 verstellt.

Während der Verstellung der Lage des Sensors 1 wird vom Bedienpersonal fort­ laufend die an der Anzeigevorrichtung angezeigte Lichtmenge, die auf das Empfangselement 3 auftrifft, beobachtet und so die Ausrichtung des Sensors 1 kon­ trolliert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Ausrichtung des Sensors 1 automatisch über eine nicht dargestellte Abgleichvorrichtung erfolgen. Der Sensor 1 ist auf einer automatischen, beispielsweise mittels eines Schritt­ motors verstellbaren Verstelleinheit gelagert, die mit der Auswerteeinheit des Sensors 1 verbunden ist. Die Auswerteeinheit steuert die Verstelleinheit an, so daß diese in einem vorgegebenen Bereich die Position des Sensors kontinuier­ lich verstellt. Die am Empfangselement 3 registrierte Lichtmenge wird in Ab­ hängigkeit der Position der Verstelleinheit in der Auswerteeinheit gespeichert. Anschließend wird in der Auswerteeinheit die Position der Verstelleinheit er­ mittelt, für die die maximale Empfangsleistung registriert wurde. Anschließend wird die Verstelleinheit durch die Auswerteeinheit aktiviert und in diese Posi­ tion verfahren. Bei einer derartigen Vorrichtung braucht keine Anzeigevor­ richtung am Sensor 1 vorgesehen sein, da die Ausrichtung ohne Eingriff des Bedienspersonals erfolgt.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zweier Sensoren 1 mit einer Vor­ richtung zu deren Ausrichtung dargestellt. Die Sensoren 1 sind wiederum von identisch ausgebildeten Datenlichtschranken gebildet, wobei in diesem Fall nur am zweiten Sensor 1 ein Retroreflektor 6 zur Ausrichtung der Sensoren 1 vor­ gesehen ist. Der erste Sensor 1 ist wiederum an einer verschwenkbaren Halte­ rung 8 befestigt und weist eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von dem Retroreflektor 6 auf das Empfangselement 3 reflektierten Sendelichtstrahlen 5 auf.

Der Retroreflektor 6 ist an einer von einer Seitenwand des Gehäuses 4 des zweiten Sensors 1 hervorstehenden Haltung 17 an einem Gelenk 18 schwenkbar gelagert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Halterung in Fig. 3 ebenso wie in Fig. 1 nicht dargestellt.

Sind die Sensoren 1 zueinander ausgerichtet, so wird der Retroreflektor 6 nicht benötigt. Demzufolge liegt der Retroreflektor 6 an der Halterung 17 so an, daß er nicht in den Strahlengang des Sendelichtstrahls 5 des ersten Sensors 1 ragt (Fig. 3a).

Zum Ausrichten der Sensoren 1 wird der Retroreflektor 6 vor das Sende- 2 und Empfangselement 3 des Sensors 1 geschwenkt. Zweckmäßigerweise ist die Fläche F des Retroreflektors 6 so gewählt, daß er die gesamte Frontseite des Sensors 1 verdeckt.

Andererseits entspricht die Fläche F des Retroreflektors 6 im wesentlichen der Fläche f des Lichtflecks des Sendelichtstrahls 5 des ersten Sensors 1 am Ort des Retroreflektors 6.

Die Ausrichtung des Sensors 1 erfolgt auf dieselbe Weise wie beim Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 muß die Fläche f des Lichtflecks am Ort des Retroreflektors 6 größer oder gleich der von den Retroreflektoren 6 begrenzten Fläche F sein, da ansonsten die Gefahr besteht, daß der Sendelicht­ strahl 5 des ersten Sensors 1 auf einen der Retroreflektoren 6 ausgerichtet wird und nicht auf den Sensor 1 selbst. Diese Einschränkung entfällt bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3, da dort ein einzelner Retroreflektor 6 unmittel­ bar vor dem Sensor 1 angeordnet ist. Dennoch ist es zweckmäßig, daß die Re­ troreflektorfläche von derselben Größenordnung wie die Größe des Lichtflecks am Ort des Retroreflektors 6 ist, da auf diese Weise gewährleistet ist, daß das Maximum der Empfangsleistung im ersten Sensor 1 gerade dann erhalten wird, wenn der erste Sensor 1 dem zweiten Sensor 1 exakt gegenübersteht. Wäre der Lichtfleck erheblich kleiner als die Retroreflektorfläche, so ergäbe sich ein größerer Bereich der Position des ersten Sensors 1, für den eine maximale Empfangsleistung erhalten wird. Prinzipiell kann jedoch die Größe des Licht­ flecks kleiner, größer oder gleich der Fläche F des Retroreflektors sein, da für sämtliche Ausbildungen eine hinreichend genaue Ausrichtung möglich ist.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ausrichten zweier über eine Distanz Lichtsignale austauschender optoelektronischer Sensoren, wobei der erste Sensor ein die Lichtsignale aussendendes Sendeelement und ein Empfangselement auf­ weist und der zweite Sensor wenigstens ein Empfangselement aufweist, und wobei zum Ausrichten der Sensoren die vom ersten Sensor emittierte und über wenigstens einen Retroreflektor am zweiten Sensor auf das Empfangselement des ersten Sensors gelangende Lichtmenge als Maß für die Güte der Ausrichtung in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (6) am zweiten Sensor (1) schwenkbar angebracht und vor oder neben das Empfangselement (3) positionierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangs­ element (3) des zweiten Sensors (1) an dessen dem ersten Sensor (1) zuge­ wandeter Stirnfläche angeordnet ist, und dass die Retroreflektoren (6) von den Seitenwänden des zweiten Sensors (1) hervorstehen, wobei die Flä­ chennormalen der Retroreflektorflächen der neben dem Empfangselement (3) positionierten Retroreflektoren (6) parallel zum Richtungsvektor (R) des Empfangselements (3) ausgerichtet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichet, dass die Retrore­ flektoren (6) an Gelenken (7) an den Seitenwänden des Sensors (1) schwenkbar angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Retroreflektoren (6) begrenzte Fläche (F) kleiner oder gleich ist als die Fläche (f) des Lichtflecks des Lichtsignals des ersten Sensors (1) am Ort der Retroreflektoren (6).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Sensor (1) an einer Halterung (8) verschwenkbar ange­ ordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens am ersten Sensor (1) eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige der auf dem Empfangselement (3) auftreffenden Lichtmenge vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Sensoren (1) identisch ausgebildet sind und jeweils ein Sende- (2) und Empfangselement (3) sowie Retroreflektoren (6) zum Ausrichten der Sensoren (1) aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) als Datenlichtschranken ausgebildet sind.