DE19613940C2 - Verfahren zur Elimination von Störsignalen bei einer Lichtschranke - Google Patents
Verfahren zur Elimination von Störsignalen bei einer LichtschrankeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elimination von
Störsignalen bei einer Lichtschranke.
Aus der DE 42 24 784 C2 ist ein derartiges Verfahren zum Betrieb von
Lichtschranken, Lichtgittern oder Lichtvorhängen bekannt. Ein Sender strahlt
innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitfensters mindestens zwei zeitlich in
einem zweiten und mindestens einem dritten Zeitfenster liegende Impulsgruppen
kodierten Lichts zu einem zugeordneten Empfänger ab. Der Empfänger ist nur
während des zweiten und dritten Zeitfensters aktiviert und prüft, ob innerhalb
dieser Zeitfenster die empfangenen Impulsgruppen einen gültigen Code
aufweisen. Dabei erzeugt der Empfänger nur dann ein Signal für einen
störungsfreien Betrieb, wenn wenigstens eine empfangene Impulsgruppe als
gültig erkannt wurde.
Das zweite und das dritte Zeitfenster haben einen bestimmten Abstand
voneinander und liegen unsymmetrisch innerhalb des zweiten Zeitfensters.
Der Abstand des zweiten und dritten Zeitfensters ist auf die Maximalfrequenz
der in Betracht gezogenen Fremdlichtimpulse abgestimmt. Es wird davon
ausgegangen, daß der minimale Abstand zwischen zwei Fremdlichtimpulsen 100 µs
beträgt. Der Abstand der Zeitfenster ist so gewählt, daß in wenigstens eines
der Zeitfenster kein Störsignal fällt. Die unsymmetrische Lage des zweiten und
dritten Zeitfensters innerhalb des ersten Zeitfensters dient zur Ausblendung von
harmonischen Oberwellen des Störlichts.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß wenigstens eine der
Impulsgruppen, die innerhalb des zweiten oder dritten Zeitfensters emittiert
werden, bei störungsfreiem Betrieb vollständig, empfangen werden muß.
Aus der DE-PS 43 23 910 ist eine Lichtschranke bekannt, deren Sender
periodisch Lichtimpulse mit einer definierten Pulsdauer und einer darauf
folgenden Sendepause aussendet. Dem Empfänger ist ein Zähler nachgeschaltet,
in dem die auf den Empfänger auftreffenden Lichtimpulse gezählt werden. Der
Zähler ist an eine mehrkanalige Auswerteeinheit angeschlossen. Jeder Kanal
weist einen Ausgang auf, der auf eine Logikeinheit geführt ist.
In Abhängigkeit der Anzahl der registrierten Lichtimpulse erfolgen an den Aus
gängen der Kanäle für definierte Zeitintervalle Signalwechsel, die in der Logik
einheit so verarbeitet werden, daß an deren Ausgang eine Signalfolge mit einem
definierten Puls-Pausen-Verhältnis vorliegt. Diese Signalfolge kann in eindeuti
ger Weise der vom Sender emittierten Lichtimpulsfolge zugeordnet werden. Bei
Auftreten von internen oder externen Störungen wird das Puls-Pausen-Verhältnis
der Signalfolge geändert, wodurch eine Störung erkannt werden kann.
Eine derartige mehrkanalige Auswertung von Empfangssignalen ist inbesondere
geeignet, um mit großer Sicherheit eventuell intern auftretende Bauteilfehler zu
erkennen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn derartige Licht
schranken im Bereich des Personenschutzes eingesetzt werden sollen, wo sehr
hohe Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Die Auswerteeinheit, die die ge
forderte Sicherheit gewährleistet, ist entsprechend aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen störungsfreien Betrieb einer
Lichtschranke zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin
dungen sind in den Ansprüchen 2-12 beschrieben.
Erfindungsgemäß werden die auf den Empfänger auftreffenden Lichtimpulse nur
während vorgegebener Zeitintervalle TE ausgewertet, deren Dauer an die Länge
der Zeitintervalle TS, innerhalb derer vom Sender die Folgen von Lichtlimpulsen
ausgesendet werden, angepaßt ist.
Das Zeitintervall TE wird in der Auswerteeinheit geöffnet, sobald ein Lichtim
puls auf den Empfänger trifft und dort registriert wird. Dabei kann der Lichtim
puls vom Sender emittiert worden sein oder es kann ein von einer Störquelle
emittierter Lichtimpuls sein.
Die Trennung von Störimpulsen und Nutzsignalen, welche vom Sender emittiert
werden, erfolgt in der Auswerteinheit. Hierzu wird in der Auswerteeinheit die
Anzahl der Lichtimpulse, die während der Zeitintervalle TE registriert werden,
bewertet.
Da das Zeitintervall TE nur unwesentlich größer als das Zeitintervall TS ist, liegt
mit großer Sicherheit ein störungsfreier Empfang einer innerhalb TS sendeseitig
emittierten Folge von NS Lichtimpulsen vor, wenn genau dieselbe Anzahl von
NS Lichtimpulsen innerhalb des Zeitintervalls TE registriert ist. Ist dies der Fall,
wird über die Auswerteeinheit der Schaltzustand "Lichtweg frei" gesetzt, falls
sich zuvor die Lichtschranke im Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" befand.
Würde innerhalb das Zeitintervalls TE zusätzlich ein Störlichtimpuls auf den
Empfänger treffen, so würde der Empfang der Lichtimpulse nur dann als
störungsfrei bewertet werden, wenn innerhalb desselben Zeitintervalls TE genau
einer der vom Sender emittierten Lichtimpulse nicht auf den Empfänger treffen
würde, so daß in der Auswerteeinheit wiederum die Anzahl von NS Lichtimpul
sen registriert werden würde. Ein derartiges Zusammentreffen zweier zufälliger
Ereignisse ist jedoch sehr unwahrscheinlich zumal das Zeitintervall TE an das
Zeitintervall TS angepaßt ist.
Befindet sich die Lichtschranke im Schaltzustand "Lichtweg frei", d. h. es be
findet sich kein Gegenstand im Strahlengang zwischen Sender und Empfänger,
so erfolgt die Auswertung der auf den Empfänger auftreffenden Lichtimpulse
auf eine andere Weise.
In diesem Fall werden während eines Zeitintervalles TI, welches größer oder
gleich der Periodendauer T = TS + TP ist, die innerhalb des Zeitintervalls TE
oder der Zeitintervalle TE auf den Empfänger auftreffenden Lichtimpulse jeweils
mit einem Sollwert Nmin verglichen. Der Sollwert liegt im Bereich 0,5.NS <
Nmin ≦ NS.
In der Auswerteeinheit wird geprüft, ob in wenigstens einem der innerhalb des
Zeitintervalls TI liegenden Zeitintervalle TE wenigstens Nmin Lichtimpulse
registriert werden. Ist dies der Fall, so verbleibt die Lichtschranke im Schaltzu
stand "Lichtweg frei". Vorteilhafterweise wird das Zeitintervall TI vorzeitig ge
schlossen, sobald während eines Zeitintervalls TE wenigstens Nmin Lichtimpulse
registriert wurden. Bei Schließen wird das Zeitintervall TI sofort wieder von
neuem geöffnet.
Damit kann erreicht werden, daß die Lichtschranke auch dann im Schaltzustand
"Lichtweg frei" verbleibt, wenn die vom Sender emittierten Lichtimpulse nicht
vollständig registriert werden. Voraussetzung ist lediglich, daß in einem Zeitin
tervall TE mehr als die Hälfte der Lichtimpulse einer vom Sender emittierten
Folge registriert werden.
Vorteilhaft hierbei ist insbesondere, daß bei diesem fehlertoleranten Auswerte-
Verfahren einzelne, sporadisch auftretende Störungen den Schaltzustand der
Lichtschranke nicht beeinflussen. Dies gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit
der Lichtschranke. Der Grad der Fehlertoleranz ist durch Vorgabe der Werte
Nmin und TI einstellbar.
Dabei ist Nmin so gewählt, daß der Anteil der vom Sender emittierten Lichtim
pulse, welche in der Auswerteeinheit registriert werden, so groß ist, daß die in
der Umgebung der Lichtschranke vorhandenen Störlichtquellen den Betrieb der
Lichtschranke nicht beeinträchtigen.
Ist beispielsweise gewährleistet, daß in der Umgebung keine anderen Licht
schranken angeordnet sind, und die vorhandenen Störquellen lediglich spora
disch einzelne Lichtimpulse aussenden, so kann der Sollwert Nmin sehr klein,
vorzugsweise im Bereich 0,5-0,6 NS gewählt werden. In diesem Fall ergibt
sich eine große Fehlertoleranz bei der Auswertung und eine entsprechend hohe
Verfügbarkeit beim Einsatz der Lichtschranke. In diesem Fall sind die Ein
schaltbedingung, nämlich der Übergang vom Schaltzustand "Lichtweg nicht frei"
in den Schaltzustand "Lichtweg frei" sowie die Ausschaltbedingung stark un
symmetrisch ausgebildet. Der Übergang in den Schaltzustand "Lichtweg frei" er
folgt nur dann, wenn innerhalb des Zeitintervalls TE exakt NS Lichtimpulse re
gistriert werden. Dadurch wird erreicht, daß das Zeitintervall TE mit großer
Sicherheit auf das sendeseitge Zeitintervall TS synchronisiert wird. Demgegen
über reicht es aus, die Lichtschranke im Schaltzustand "Lichtweg frei" zu halten,
wenn lediglich Nmin (< NS) Lichtimpulse während eines der innerhalb TI liegen
den Zeitintervalle TE registriert werden. Auf diese Weise ergibt sich eine "Ein
schalthysterese", das heißt die Lichtschranke verbleibt auch bei kleinen Störun
gen im Schaltzustand "Lichtweg frei", jedoch wechselt die Lichtschranke nicht
in diesen Schaltzustand, wenn nur eine kleine Störung vorliegt.
Sind mehrere unterschiedliche Lichtschranken in einem engen Raumbereich an
geordnet, so können sich diese gegenseitig beeinflussen. Üblicherweise senden
die Sender der einzelnen Lichtschranken unterschiedliche Folgen von Lichtim
pulsen aus. Die Anzahl und die Wiederholfrequenz der Lichtimpulse unter
scheiden sich dabei je nach Einstellung des Senders.
Das Einstrahlen eines Senders einer ersten Lichtschranke auf den Empfänger
einer zweiten Lichtschranke darf nicht zu einer Störung der zweiten Licht
schranke führen.
Sind die von den unterschiedlichen Lichtschranken emittierten Lichtimpuls
folgen so bekannt, so kann durch eine geeignete Wahl der Zeitintervalle TE und
TI sowie des Sollwerts Nmin eine gegenseitige Beeinflussung vermieden werden.
Sind die von den einzelnen Lichtschranken emittierten Lichtimpulsfolgen sehr
ähnlich, so kann eine gegenseitige Beeinflussung dadurch vermieden werden,
wenn Nmin nahezu gleich groß ist wie die Anzahl der vom Sender emittierten
Lichtimpulse NS. Die Fehlertoleranz bei der Auswertung wird dann geringer, die
Störsicherheit der Lichtschranke entsprechend größer. Die Störsicherheit wird
dadurch noch erhöht, je genauer die Zeitintervalle TE und TS übereinstimmen.
Zudem kann die Störsicherheit durch Verkleinern des Zeitintervalls TI erhöht
werden.
Im Extremfall wird Nmin = NS und TI = T gewählt, so daß die Lichtschranke nur
dann im Schaltzustand "Lichtweg frei" verbleibt, falls innerhalb jedes Zeitinter
valls TE genau die vom Sender emittierte Anzahl von Lichtimpulsen empfangen
wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß
keine Synchronisation des Senders und des Empfängers des Lichtschranke not
wendig ist. Die auf den Empfänger auftreffenden Lichtimpulse werden jeweils
innerhalb des Zeitintervaills TE ausgewertet. Dabei wird das Zeitintervall TE
durch einen beliebigen Lichtimpuls geöffnet. Wurde das Zeitintervall TE durch
einen Störimpuls geöffnet, so liegt die Anzahl der in diesem Intervall registrier
ten Lichtimpulse unterhalb dem Sollwert Nmin, so daß die Lichtschranke in den
Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" wechselt oder in diesem verbleibt.
Treffen danach Lichtimpulse, welche vom Sender emittiert werden auf den
Empfänger, so wird das Zeitintervall TE von neuem geöffnet und die Lichtim
pulse werden in der Auswerteeinheit registriert, so daß die Lichtschranke im
Schaltzustand "Lichtweg frei" verbleibt, falls zuvor derselbe Schaltzustand vor
lag.
Zweckmäßigerweise sind die Pausen TP zwischen den einzelnen Lichtimpulsen
erheblich größer als die Zeitintervallle TS, innerhalb derer die Sende-Lichtim
pulse emittiert werden. Dadurch ist gewährleistet, daß mit einer großen Wahr
scheinlichkeit das Zeitintervall durch einen ersten Lichtimpuls einer Sendelicht
impulsfolge geöffnet wird und nicht bereits durch einen vorliegenden Störimpuls
einer benachbarten Lichtschranke oder dergleichen bereits geöffnet ist.
Somit ist gewährleistet, daß empfangsseitig das Zeitintervall TE synchron zum
Sender-Zeitintervall TS geöffnet wird. Dies bedeutet, daß allein durch die emp
fangsseitig vorgesehene Auswertemethode ein synchroner Betrieb der Licht
schranke erhalten wird.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung einer Lichtschranke,
Fig. 2-5 Impulsdiagramme für die Lichtschranke bei unterschiedlichen
Umgebungseinflüssen,
a) Vom Sender emittierte Lichtimpulse,
b) Auswertung der auf den Empfänger auftreffenden Licht
impulse,
c) Schaltzustand der Lichtschranke,
In Fig. 1 ist eine Lichtschranke 1 mit einem Sender 2 und einem Empfänger 3
dargestellt. Der Sender 2 und der Empfänger 3 sind jeweils in einem Gehäuse
4, 4' integriert und in Abstand zueinander angeordnet. Der Sender 2, der bei
spielsweise von einer Leuchtdiode gebildet ist, emittiert Sendelicht 5 in Form
von Lichtimpulsen. Das Sendelicht 5 wird von einer dem Sender 2 nachgeord
neten Sendeoptik 6 fokussiert und durchdringt ein Austrittsfenster 7, welches in
einer Wand des Gehäuses 4 angeordnet ist.
Ist der Strahlengang zwischen Sender 2 und Empfänger 3 frei, so durchdringt
das Sendelicht 5 ein Austrittsfenster 8 in der Wand des Gehäuses 4' und wird
über eine Empfangsoptik 9 auf den Empfänger 3 fokussiert.
Der Empfänger 3 ist beispielsweise als Photodiode ausgebildet und wandelt die
auftreffenden Lichtimpulse in eine elektrische Signalfolge. Diese Empfangs
signale werden einem Komparator 10 zugeführt, der kleine Störsignale ausfiltert.
Der Ausgang des Komparators 10 ist auf eine Auswerteeinheit 11 geführt, die
im vorliegenden Fall als Microcontroller ausgebildet ist. Alternativ kann die
Auswerteeinheit 11 in einem diskreten Schaltungsaufbau realisiert sein. Die am
Ausgang des Komparators 10 anstehenden Empfangssignale werden über einen
Eingang des Microcontrollers eingelesen.
Die Funktionsweise der Lichtschranke 1 wird im folgenden anhand der Fig.
2-5 erläutert.
In Fig. 2 ist der störungsfreie Betrieb der Lichtschranke 1 bei freiem Strahlen
gang dargestellt.
Der Sender 2 emittiert periodisch Folgen von Lichtimpulsen, gefolgt von einer
Sendepause (Fig. 2a). Die Lichtimpulse einer Folge werden innerhalb eines
Zeitintervalls TS emittiert. Die Länge der darauffolgenden Sendepause beträgt
TP. Die Periodendauer T der Emission der Folgen von Lichtimpulsen beträgt
demzufolge T = TS + TP. Eine Folge von Lichtimpulsen umfaßt eine Anzahl
von NS Einzel-Lichtimpulsen. Die Dauer eines Lichtimpulses beträgt tS Die
Länge der Pause zwischen zwei Lichtimpulsen beträgt tP.
Zweckmäßigerweise sind die Dauer der Einzel-Lichtimpulse tS und die Pause tP
für sämtliche Folgen konstant. Die Anzahl NS der Lichtimpulse liegt vorzugs
weise im Bereich 4 ≦ NS ≦ 10. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt
NS = 5.
Die Länge der Sendepause TP ist erheblich größer als die Länge des Zeitinter
valls TS. Zweckmäßigerweise liegt TS im Bereich 10 ≦ TS ≦ 30 µs, das Zeitinter
vall TP liegt demgegenüber im Bereich 400 µs ≦ TP ≦ 600 µs.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt tS = tP = 2 µs, so daß TS = 18 µs
beträgt. Die Länge der Sendepause beträgt etwa 500 µs.
In Fig. 2b sind die auf den Empfänger 3 auftreffenden Lichtimpulse darge
stellt. Da im Strahlengang der Lichtschranke 1 kein Gegenstand angeordnet ist,
treffen sämtliche vom Sender 2 emittierten Lichtimpulse auf den Empfänger 3.
Im dargestellten störungsfreien Betrieb der Lichtschranke 1 treffen außer diesen
Lichtimpulsen keine weiteren Lichtimpulse auf den Empfänger 3.
Die auf den Empfänger 3 auftreffenden Lichtimpulse werden in der vom Micro
controller gebildeten Auswerteeinheit 11 nur während vorgegebenen Zeitinter
valle TE ausgewertet. Das Öffnen und Schließen derartiger Zeitintervalle erfolgt
über Setzen und Rücksetzen hierfür vorgesehener Flags in der Software des
Microcontrollers. Durch Setzen eines Flags wird das Zeitintervall TE geöffnet.
Das Zeitintervall TE weist eine fest vorgegebene Länge auf. Die Länge ist
beispielsweise in einem Register des Microcontrollers abgespeichert. Nach Ab
lauf der Dauer des Zeitintervalls TE wird dieses durch Rücksetzen des Flags ge
schlossen. Die Auswertung der auf den Empfänger 3 auftreffenden Lichtimpulse
erfolgt nur solange das Flag im Microcontroller gesetzt ist.
Die Länge des Zeitintervalls TE ist an die Länge des Zeitintervalls TS angepaßt.
TE ist so gewählt, daß dessen Länge nur geringfügig größer als TS ist. Im vorlie
genden Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer des Zeitintervalls TE = 19 µs.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird das Zeitintervall TE dann geöffnet, sobald
ein erster Lichtimpuls im Empfänger 3 registriert wird. Dabei ist es unerheblich,
ob der Lichtimpuls vom Sender 2 emittiert wurde oder von einer Störquelle
stammt. Im vorliegenden Fall wurde der Lichtimpuls vom Sender 2 emittiert.
Während des Zeitintervalls TE wird registriert wieviele Lichtimpulse innerhalb
des Zeitintervalls TE auf den Empfänger 3 auftreffen. Die Anzahl der so regi
strierten Lichtimpulse wird im Microcontroller mit der vom Sender 2 emittierten
Anzahl NS von Lichtimpulsen verglichen.
Die Auswertung ist dabei abhängig vom Schaltzustand in dem sich die Licht
schranke 1 befindet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Fall befindet sich die Lichtschranke 1 vor der
Emission der ersten Folge von Sende-Lichtimpulsen im Schaltzustand "Lichtweg
nicht frei". Dieser Schaltzustand liegt beispielsweise bei Einschalten der Licht
schranke 1 vor.
Sämtliche NS = 5 Lichtimpulse der ersten vom Sender 2 emittierten Folge
treffen auf den Empfänger 3. Demzufolge werden während des Zeitintervalls TE
genau NS Lichtimpulse registriert. Dies ist die Bedingung, die erfüllt sein muß
damit die Lichtschranke 1 in den Schaltzustand "Lichtweg frei" wechselt. Der
Wechsel des Schaltzustandes erfolgt unmittelbar nach Schließen des Zeitinter
valls TE durch den Microcontroller.
Während für den Übergang der Lichtschranke 1 in den Schaltzustand "Lichtweg
frei" gefordert wird, daß während eines Zeitintervalls TE exakt NS Lichtimpulse
registriert werden, ist die Bedingung dafür, daß die Lichtschranke 1 in diesem
Schaltzustand verbleibt wie folgt definiert:
Während eines vorgegebenen Zeitintervalls TI, welches größer oder gleich der
Periodendauer T = TS + TP ist, müssen empfangsseitig innerhalb wenigstens
eines Zeitintervalls TE wenigstens Nmin Lichtimpulse registriert werden, wobei
Nmin im Bereich 0,5 NS ≦ Nmin ≦ NS liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
beträgt Nmin = 0,6 NS = 3. Dies bedeutet, daß lediglich drei von fünf sendeseitig
emittierten Lichtimpulsen innerhalb der Zeitintervalle TE registriert werden
müssen, damit die Lichtschranke 1 im Schaltzustand "Lichtweg frei" verbleibt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist diese Bedingung für die zweite und
dritte vom Sender 2 emittierte Folge erfüllt. Das Intervall TI innerhalb dessen
diese Auswertung erfolgt liegt im Bereich T ≦ TI ≦ 3T. Im vorliegenden Aus
führungsbeispiel beträgt TI = 2.T. Das Intervall T, wird mit Schließen des Zeit
intervalls TE, innerhalb dessen NS Lichtimpulse registriert wurden, zum ersten
Mal geöffnet. Dies bedeutet, daß das Zeitintervall TI beim Übergang des Schalt
zustands "Lichtweg nicht frei" in den Schaltzustand "Lichtweg frei" zum ersten
Mal geöffnet wird. Innerhalb des zweiten Zeitintervalls TE werden wiederum NS
Lichtimpulse registriert. Da somit mehr als Nmin Lichtimpulse registriert wurden,
verbleibt die Lichtschranke im Schaltzustand "Lichtweg frei". Sobald das zweite
Zeitintervall TE geschlossen ist, wird auch das Zeitintervall TI vorzeitig ge
schlossen und von neuem geöffnet. Dies bewirkt vorteilhafterweise, daß für die
nachfolgend zu registrierenden Lichtimpulse wieder das vollständige Zeitinter
vall TI zur Verfügung steht.
Die Lichtschranke verbleibt dabei im Schaltzustand "Lichtweg frei". Wären
innerhalb des zweiten Zeitintervalls TE weniger als Nmin Lichtimpulse registriert
worden, bliebe das Zeitintervall TI weiter geöffnet, wobei sich der Schaltzustand
der Lichtschranke nicht ändern würde.
Während des dritten Zeitintervalls TE werden nochmals NS Lichtimpulse regi
striert, so daß das Zeitintervall TI nochmals vorzeitig geschlossen und wieder
geöffnet wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann an die vor
genannte Bedingung, daß die Lichtschranke 1 im Schaltzustand "Lichtweg frei"
verbleibt, die zusätzliche Bedingung geknüpft sein, daß innerhalb des Zeitinter
valles TI nicht mehr als Nmax Lichtimpulse während wenigstens eines Zeitinter
valles TE registriert werden dürfen, wobei Nmax < NS ist und vorzugsweise im
Bereich NS < Nmax ≦ 1,2 NS liegt. Mit dieser Bedingung wird der Fall ausge
schlossen, daß die Lichtschranke 1 im Schaltzustand "Lichtweg frei" verbleibt,
wenn während der Zeitintervalle TE zusätzlich zu den Sende- und Lichtimpulsen
Störimpulse empfangen werden. Die Grenze der zulässigen Störimpulse kann
durch eine geeignete Wahl von TI und Nmax über den Microcontroller vorgege
ben werden. Außer den vorgenannten Größen sind selbstverständlich auch Nmin
und TE über den Microcontroller einstellbar.
In Fig. 3 ist ein Fall dargestellt, welcher der Situation in Fig. 2 weitgehend
entspricht. Der einzige Unterschied gegenüber der in Fig. 2 dargestellten
Situation besteht darin, daß von den vom Sender 2 emittierten Lichtimpulsen
der ersten und dritten Folge jeweils ein Lichtimpuls nicht empfangen wird, was
beispielsweise durch eine kurzzeitige Abdunklung des Senders 2 hervorgerufen
werden kann.
Vor Beginn der ersten Folge der Sende-Lichtimpulse befindet sich die Licht
schranke 1 Schaltzustand "Lichtweg nicht frei". Nachem im ersten Zeitintervall
in der Auswerteeinheit 11 nicht exakt NS = 5 Lichtimpulse registriert wurden,
verbleibt die Lichtschranke 1 auch nach dem Schließen des ersten Zeitintervalls
TE im Schaltzustand "Lichtweg nicht frei".
Erst nachdem während des zweiten Zeitintervalls TE in der Auswerteeinheit 11
genau NS Lichtimpulse registriert wurden, wechselt die Lichtschranke 1 in den
Schaltzustand "Lichtweg frei".
Da während des dritten Zeitintervalles TE welches innerhalb TI liegt, die Min
deszahl Nmin der zu registrierenden Lichtimpulse erreicht wird, verbleibt die
Lichtschranke 1 im Schaltzustand "Lichtweg frei" obwohl die vollständige
Anzahl der vom Sender 2 emittierten Lichtimpulse empfangsseitig nicht regi
striert wird. Nach Schließen des dritten Zeitintervalls TE wird das Zeitintervall
TI wieder vorzeitig geschlossen und von neuem geöffnet.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Länge des Zeitin
tervalls TI gleich der Periodendauer T = TS + TP. Die Längen der Zeitintervalle
TS, TP und TE entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten Fall.
Gemäß Fig. 4 ist zum Zeitpunkt T = 0 die Lichtschranke 1 im Schaltzustand
"Lichtweg frei". Das Zeitintervall TI ist zu diesem Zeitpunkt geöffnet.
Bei Auftreffen des ersten Lichtimpulses der ersten dargestellten Folge von
Sende-Lichtimpulsen auf den Empfänger 3 wird in der Auswerteeinheit 11 das
Zeitintervall TE geöffnet. Innerhalb des ersten Zeitintervalls TE werden sämtliche
vom Sender 2 emittierten Lichtimpulse registriert. Da TI = T ist, läuft das Zeit
intervall TI exakt bei Schließen des ersten Zeitintervalls TE aus und wird darauf
von neuem geöffnet.
Nach Schließen des Zeitintervalls TE trifft innerhalb des Zeitintervalls TI ein
von einer Störquelle ausgesendeter Störlichtimpuls S auf den Empfänger 3. Da
durch wird das Zeitintervall TE von neuem geöffnet. Innerhalb dieses Zeitinter
valls wird, jedoch nur der singuläre Störimpuls registriert. Da Nmin = 3 beträgt,
sind weniger als Nmin Lichtimpulse innerhalb des Zeitinervalls TE registriert
worden. Dennoch verbleibt die Lichtschranke 1 im Schaltzustand "Lichtweg
frei", da das Zeitintervall TI zu diesem Zeitpunkt noch nicht abgelaufen ist.
Innerhalb des dritten Zeitintervalls TE werden die innerhalb der zweiten Folge
vom Sender 2 emittierten Lichtimpulse innerhalb des Zeitintervalls TI registriert.
Bei Ablauf des dritten Zeitintervalls TE endet das Zeitintervall TI und wird von
neuem geöffnet. Dabei verbleibt die Lichtschranke 1 weiterhin im Schaltzustand
"Lichtweg frei".
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, bleibt die Empfänger-Auswertung auf die vom
Sender 2 emittierten Lichtimpulse auch dann synchronisiert, wenn in den Sende
pausen Störlichtimpulse auftreten. Vorteilhaft dabei ist, daß zur Synchronisation
des Sende- und Empfangsbetriebs der Lichtschranke 1 keinerlei Schaltungsauf
wand notwendig ist.
Auch in der Auswerteeinheit 11 braucht kein Aufwand für die Synchronisation
vorgesehen sein. Die Zeitintervalle TE werden durch Auftreffen von Lichtimpul
sen unabhängig davon geöffnet, ob die Lichtimpulse vom Sender oder von Stör
quellen stammen.
Durch die beschriebene Auswertung wird der Schaltzustand der Lichtschranke
1 nur durch die vom Sender 2 emittierten Lichtimpulse beeinflußt, nicht jedoch
durch die Störimpulse, solange diese die durch Nmin, und gegebenenfalls durch
Nmax zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten. Voraussetzung hierfür ist, daß
innerhalb des Zeitintervalls TE sämtliche oder die meisten Sende-Lichtimpulse
empfangsseitig ausgewertet werden. Die Wahrscheinlichkeit hierfür ist dann
sehr groß, wenn das Zeitintervall TE durch einen vom Sender 2 emittierten
Lichtimpuls geöffnet wird. Dies ist zum einen dadurch gewährleistet, daß das
Zeitintervall TE nahezu gleich groß ist wie das Zeitintervall TS. Zudem ist die
Sendepause TP erheblich größer gewählt als TS. Durch die lange Sendepause ist
mit einer hohen Wahrscheinlichkeit gewährleistet, daß innerhalb eines Zeitinter
valls TE, welches durch einen Störlichtimpuls geöffnet wurde, nicht nachfolgend
vom Sender 2 emittierte Lichtimpulse registriert werden. Diese Gefahr ist ins
besondere bei Betrieb mehrerer sich gegenseitig beeinflussender Lichtschranken
1 gegeben, so daß in diesem Fall TP erheblich größer als Ts zu wählen ist.
Bei dem in Fig. 5 dargstellten Ausführungsbeispiel ist wiederum die Länge des
Zeitintervalls TI gleich der Periodendauer T = TS + TP. Die Längen der Zeitin
tervalle TS, TP, und TE entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten Fall.
Zum Zeitpunkt T = 0 befindet sich die Lichtschranke 1 im Schaltzustand
"Lichtweg nicht frei". Während des ersten dargestellten Zeitintervalls TE werden
sämtliche vom Sender 2 emittierten NS Lichtimpulse in der Auswerteeinheit 11
registriert, worauf die Lichtschranke 1 in den Schaltzustand "Lichtweg frei
wechselt. Gleichzeitig wird das Zeitintervall TI geöffnet. Unmittelbar danach
wird der Lichtweg zwischen Sender 2 und Empfänger 2 unterbrochen und der
Empfänger 3 von einer Störlichtquelle, welche im vorliegenden Ausführungsbei
spiel von einer anderen Lichtschranke 1 gebildet ist mit Störlichtimpulsen S be
aufschlagt. Dies kann beispielsweise dadurch hervorgerufen werdne, daß der
Empfänger 3 durch Schlageinwirkung plötzlich dejustiert wird und auf den
Sender 2 der die Störlichtquelle bildenden Lichtschranke 1 ausgerichtet ist.
Die Störlichtquelle sendet ebenso wie die Lichtschranke 1 Folgen von Lichtim
pulsen aus. Dabei werden von der Störlichtquelle pro Folge zwei Lichtimpulse
emittiert. Die Anzahl der Lichtimpulse pro Folge ist damit signifikant kleiner
als die von der Lichtschranke 1 emittierte Anzahl NS von Lichtimpulsen pro
Folge, welche wiederum fünf beträgt.
Durch geeignete Vorgabe von Nmin können die von der Störlichtquelle und von
der Lichtschranke 1 emittierten Lichtimpulse unterschieden werden. Bei dem in
Fig. 5 dargestellten Fall ist wiederum Nmin = 3 gewählt.
Nachdem die Lichtschranke 1 in den Schaltzustand "Lichtweg frei" übergegan
gen ist, treffen in der Sendepause die beiden Lichtimpulse der von der Stör
quelle emittierten Folge auf den Empfänger 3. Danach wird das Zeitintervall TE
geschlossen, wobei die Lichtschranke 1 noch im Schaltzustand "Lichtweg frei"'
verbleibt, obwohl innerhalb des Zeitintervalls TE weniger als Nmin Lichtimpulse
registriert wurden. Der Grund hierfür liegt darin, daß das Zeitintervall TI, wel
ches zeitgleich mit dem zweiten dargestellten Zeitintervall TE geöffnet wurde,
noch nicht geschlossen ist. Innerhalb des Zeitintervalls TI treffen weitere zwei
von der Störlichtquelle emittierte Lichtimpulse auf den Empfänger 3. Mit Auf
treffen des ersten der beiden Störlichtimpulse wird demnach das dritte Zeitinter
vall TE geöffnet. Da während dieses Zeitintervalls wiederum weniger als Nmin
Lichtimpulse registriert werden und das Zeitintervall TI bei Ablauf des Zeitinter
valls TE bereits geschlossen ist, wechselt die Lichtschranke 1 bei Schließen des
Zeitintervalls TE in den Schaltzustand "Lichtweg nicht frei". Diese Schaltzu
standsänderung erfolgt, da während des Zeitintervalls TI in keinem der Zeitinter
valle TE wenigstens Nmin Lichtimpulse registriert wurden.
Aus dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß mit
einer Verzögerungszeit in der Größenordnung von TI der Schaltzustand der
Lichtschranke 1 in der Auswerteeinheit 11 auch dann korrekt bestimmt wird,
wenn die Lichtschranke 1 mit Störsignalen beaufschlagt wird.
Claims (12)
1. Verfahren zur Elimination von Störsignalen bei einer zwei Schaltzustände
"Lichtweg frei" und "Lichtweg nicht frei" aufweisenden Lichtschranke (1)
mit einem periodisch betriebenen Sender (2), einem Empfänger (3) und
einer an den Empfänger (3) angeschlossenen Auswerteeinheit (11), wobei
der Sender (2) jeweils innerhalb einer Periode T eine Folge von
Lichtimpulsen aussendet, denen sich eine Sendepause TP anschließt, diese
Folge aus einer vorgegebenen Anzahl NS von Lichtimpulsen besteht,
welche innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls TS emittiert werden,
auf den Empfänger auftreffende Lichtimpulse nur während
vorgegebener Zeitintervalle TE ausgewertet werden,
das Zeitintervall TE geringfügig größer als das Zeitintervall TS ist,
das Zeitintervall TE - ausgehend vom Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" - erstmals dann geöffnet wird, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird,
der Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" in den Schaltzustand "Lichtweg frei" erst wechselt, nachdem NS Lichtimpulse innerhalb eines Zeitintervalls TE registriert worden sind,
das Zeitintervall TE im Schaltzustand "Lichtweg frei" jeweils nach seiner Beendigung geöffnet wird, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird, und
die Lichtschranke (1) im Schaltzustand "Lichtweg frei" auch dann ver bleibt, wenn während eines vorgegebenen Zeitintervalls TI, welches größer oder gleich der Periodendauer T = TS + TP ist, empfangsseitig innerhalb wenigstens eines Zeitintervalls TE wenigstens Nmin Lichtimpulse registriert werden, wobei 0,5 NS < Nmin ≦ NS ist.
das Zeitintervall TE geringfügig größer als das Zeitintervall TS ist,
das Zeitintervall TE - ausgehend vom Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" - erstmals dann geöffnet wird, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird,
der Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" in den Schaltzustand "Lichtweg frei" erst wechselt, nachdem NS Lichtimpulse innerhalb eines Zeitintervalls TE registriert worden sind,
das Zeitintervall TE im Schaltzustand "Lichtweg frei" jeweils nach seiner Beendigung geöffnet wird, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird, und
die Lichtschranke (1) im Schaltzustand "Lichtweg frei" auch dann ver bleibt, wenn während eines vorgegebenen Zeitintervalls TI, welches größer oder gleich der Periodendauer T = TS + TP ist, empfangsseitig innerhalb wenigstens eines Zeitintervalls TE wenigstens Nmin Lichtimpulse registriert werden, wobei 0,5 NS < Nmin ≦ NS ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschran
ke (1) im Schaltzustand "Lichtweg frei" verbleibt, falls während des Zeit
intervalls TI innerhalb der Zeitintervalle TE empfangsseitig jeweils höch
stens Nmax Lichtimpulse registriert werden, wobei Nmax < NS ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Zeitintervall TI im Bereich T ≦ TI ≦ 3.T liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
Nmin im Bereich 0,6.NS ≦ Nmin ≦ 0,8.NS liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß
Nmax im Bereich von NS < Nmax ≦ 1,2.NS liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß
die vom Sender (2) emittierten Lichtimpulse innerhalb der Folgen dieselbe
Pulsdauer tS aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Pausen tP zwischen den vom Sender (2) emittierten Lichtimpulsen
identisch sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzahl NS der vom Sender (2) innerhalb des Zeitintervalls TS emittier
ten Lichtimpulse im Bereich 4 ≦ NS ≦ 10 liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Zeitintervall TS im Bereich 10 µs ≦ TS ≦ 30 µs liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendepause
TP im Bereich 400 µs ≦ T ≦ 600 µs liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Werte Nmax, Nmin, TE sowie TI in der Auswerteeinheit (11) einstellbar
sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Zeitintervall TI vorzeitig geschlossen wird, sobald während eines
Zeitintervalls TE zum ersten Mal wenigstens Nmin Lichtimpulse registriert
wurden, und daß zu diesem Zeitpunkt das Zeitintervall TI von neuem
geöffnet wird.
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