DE19653754A1 - Verfahren zur automatischen Erkennung eines systemkonformen Steckverbindungselements, eine hierfür geeignete Steckverbindung sowie ein faseroptisches Meßsystem - Google Patents
Verfahren zur automatischen Erkennung eines systemkonformen Steckverbindungselements, eine hierfür geeignete Steckverbindung sowie ein faseroptisches MeßsystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Er
kennung eines systemkonformen Steckverbindungselements einer
ersten Vorrichtung, die mittels des Steckverbindungselements
an mindestens eine weitere Vorrichtung zur Bildung eines Systems,
insbesondere eines Meßsystems, ankoppelbar ist, eine
für das Verfahren geeignete Steckverbindung, sowie ein fa
seroptisches Meßsystem, mit mindestens einem faseroptischen
Sensor und einer mit dem (den) Sensor(en) mittels mindestens
einer Lichtleitfaser verbindbaren Auswerteeinheit, wobei die
Auswerteeinheit
- a) eine Strahlungsquelle und eine zur Einkopplung der Strah lung in die zum Sensor führende Lichtleitfaser dienende Ein koppeleinheit,
- b) eine Detektoreinheit zur Detektion der Strahlungsleistung der zur Auswerteeinheit über die Lichtleitfaser(n) gelangen den Strahlung und
- c) eine Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der de tektierten Strahlungsleistung aufweist.
In Anordnungen und Systemen, die aus mehreren zusammenwir
kenden Komponenten bestehen, muß gewährleistet sein, daß die
zusammengestellten Komponenten zueinander passen und aufein
ander abgestimmt, d. h. systemkonform sind. Das Erkennen
systemkonformer Komponenten geschieht gemäß dem Stand der
Technik entweder durch das das System bedienende Personal
oder auf automatischem Wege, indem in die Komponenten einge
setzte, z. B. in Chips abgespeicherte Kodierungen, elektrisch
ausgelesen werden. Sind einzelne Komponenten des Systems
austauschbar, müssen die restlichen Komponenten auf die aus
getauschte(n) ggf. kalibriert werden.
Diese Problematik trifft im besonderen auf faseroptische
Meßsysteme zu, bei denen eine Auswerteeinheit gleichzeitig
oder in Folge über Lichtleitfasern mit mehreren und ggf. un
terschiedlichen faseroptischen Sensoren verbunden werden
kann. Faseroptische Sensoren sind in vielen Anwendungsfällen
individuell kalibriert. Zur einfachen und sicheren Handha
bung eines faseroptischen Sensorsystems ist es deshalb oft
erforderlich, den individuellen Sensor automatisch und si
cher bei seiner Ankopplung an das Meßsystem zu erkennen. Fa
seroptische Sensoren werden vorzugsweise in Umgebungen ein
gesetzt, die ein elektrisches Auslesen von Kodierungen er
schweren oder unmöglich machen. Beispiele für solche Umge
bungen sind unter anderem explosionsgefährdete Zonen, Berei
che mit starken hochfrequenten elektromagnetischen Feldern
und Bereiche, die ionisierender Strahlung ausgesetzt sind.
Unter solchen Umgebungsbedingungen sollte ein Sensor zweck
mäßigerweise durch seine intrinsischen optischen Eigenschaf
ten gekennzeichnet und identifiziert werden können. Im all
gemeinen reicht jedoch die Charakterisierung eines individu
ellen Sensors durch seine intrinsischen optischen Eigen
schaften nicht aus, um ihn aus einer Vielzahl ähnlicher Sen
soren eindeutig zuordnen zu können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah
ren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit
dem in einem System aus zusammenwirkenden Vorrichtungen sy
stemkonforme Vorrichtungen bei ihrer Ankopplung an das System
auf einfache und kostengünstige Weise automatisch vom
System erkannt werden können.
Dies wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art er
reicht, bei dem
- a) zur Ankopplung das Steckverbindungselement der ersten Vorrichtung mit einem entsprechenden Gegenstück der weiteren Vorrichtung durch Zusammenstecken verbunden wird,
- b) während des Zusammensteckens Strahlung in eine das Gegen stück durchsetzende Lichtleitfaser gegeben und eine struktu rierte im Steckverbindungselement integrierte reflektierende oder transmissive Fläche mit dieser Strahlung derart be leuchtet wird, daß sich die Intensität der von der struktu rierten Fläche reflektierten bzw. der durch die struktu rierte Fläche transmittierten Strahlung in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Steckverbindungselement und Gegenstück än dert,
- c) die Strahlungsleistung der reflektierten bzw. transmit tierten Strahlung laufend detektiert und der Verlauf der Leistung in Abhängigkeit von der Zeit festgestellt wird und
- d) der festgestellte Leistungsverlauf mit zuvor gemäß Merk mal a) bis c) festgestellten und abgespeicherten Leistungs verläufen verglichen wird.
Auf diese Weise wird die an das System anzuschließende erste
Vorrichtung anhand ihres zugehörigen Steckverbindungselemen
tes erkannt. Die Steckverbindung kann zum einen allein für
die Erkennung der ersten Vorrichtung dienen. Sie kann jedoch
auch eine weitere Funktionen umfassende Verbindung sein. So
können über die vorhandene Lichtleitfaser zwischen den zu
sammenwirkenden Vorrichtungen Informationen ausgetauscht
oder Energien übertragen werden. Die vorhandene Steckverbin
dung kann jedoch auch weitere, insbesondere optische oder
elektrische Leitungen miteinander verbinden.
Die automatische Erkennung der an das System anzuschließen
den Vorrichtung hat zunächst eine Schlüsselfunktion. Dem Sy
stem wird mitgeteilt, ob die angeschlossene Vorrichtung zum
System paßt. Des weiteren können nach der Erkennung der sy
stemkonformen angeschlossenen Vorrichtung die übrigen Kompo
nenten des Systems automatisch an die ggf. individuellen Ei
genschaften dieser Vorrichtung angepaßt werden.
Der in Abhängigkeit von der Zeit festgestellte Leistungsver
lauf wird wesentlich durch die Geschwindigkeit und Gleich
mäßigkeit der Bewegung des Zusammensteckens von Steckverbin
dungselement und Gegenstück beeinflußt. Es ist daher vor
teilhaft das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, daß
der Leistungsverlauf über eine normierte Zeit ermittelt
wird.
Ausgehend davon, daß die Steckbewegung gleichmäßig ist, ge
währleistet die Normierung der Steckzeit, daß das Steckver
bindungselement auch bei unterschiedlichen Steckgeschwindig
keiten erkannt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen ei
ner für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Steckver
bindung. Diese Aufgabe wird bei einer Steckverbindung der
eingangs genannten Art, bestehend aus einem ersten Steckver
bindungselement und einem das Gegenstück bildenden zweiten
Steckverbindungselement, wobei durch das Gegenstück eine
Lichtleitfaser geführt ist, dadurch gelöst, daß das erste
Steckverbindungselement an seiner dem Gegenstück zugewandten
Seite eine strukturierte reflektierende Fläche aufweist, die
derart relativ zum Ende der Lichtleitfaser positioniert ist,
daß sie beim Zusammenstecken von Gegenstück und erstem
Steckverbindungselement von in die Lichtleitfaser eingekop
pelter Strahlung beleuchtet ist und die Leistung der von der
strukturierten Fläche in die Lichtleitfaser zurückreflek
tierten Strahlung vorn Abstand zwischen Gegenstück und erstem
Steckverbindungselement abhängig ist.
Die erfindungsgemäße Steckverbindung kann neben der bean
spruchten Lichtleitfaser auch weitere Leitungen enthalten,
die für das Funktionieren des Systems notwendig sind. Für
die gewünschte Erkennung der an das Gesamtsystem anzu
schließenden Vorrichtung kann dann die für den Anschluß not
wendige Steckbewegung ausgenutzt werden. Die zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens des weiteren notwendi
gen Elemente, insbesondere eine Strahlungsquelle, eine De
tektoreinheit und eine Datenverarbeitungseinheit zur Verar
beitung der festgestellten reflektierten Strahlungsleistun
gen können entweder gesondert an einer zentralen Komponente
des Gesamtsystems angebracht werden oder sind, wie z. B. bei
faseroptischen Meßsystemen, systemimmanent bereits vorhan
den.
Die Struktur der strukturierten Fläche kann insbesondere
durch ihre Oberflächenrauhigkeit, durch den Wechsel des Ma
terials oder durch eingearbeitete optische Elemente, wie
z. B. Spiegel, gegeben sein.
Die zuletzt genannte Aufgabe wird bei einer Steckverbindung,
bestehend aus einem ersten Steckverbindungselement und einem
das Gegenstück bildenden zweiten Steckverbindungselement,
wobei durch das erste Steckverbindungselement und das Gegen
stück jeweils eine Lichtleitfaser geführt ist, dadurch ge
löst, daß
- a) das erste Steckverbindungselement an seiner dem Gegen stück zugewandten Seite eine strukturierte transmissive Flä che aufweist, die derart relativ zum Ende der Lichtleitfaser des Gegenstücks positioniert ist, daß sie beim Zusammen stecken von Gegenstück und erstem Steckverbindungselement von in die Lichtleitfaser des Gegenstücks eingekoppelter Strahlung beleuchtet ist und die Leistung der durch die strukturierte Fläche transmittierten Strahlung abhängig ist vom Abstand zwischen Gegenstück und erstem Steckverbindungs element, und
- b) das erste Steckverbindungselement im Strahlengang hinter der strukturierten Fläche eine Kopplereinheit zur Einkopp lung der durch die strukturierte Fläche transmittierten Strahlung in die Lichtleitfaser des ersten Steckverbindungs elements aufweist.
Hierbei kann die Erfassung des zeitabhängigen Leistungsver
laufs an der mit dem Steckverbindungselement verbundenen
Vorrichtung erfolgen. Alternativ ist die transmittierte
Strahlung über eine weitere Lichtleitfaser zu der mit dem
Gegenstück verbundenen Vorrichtung zurückzuleiten.
Die erfindungsgemäße Steckverbindung kann auch so ausgebil
det sein, daß
- a) nur ein zusammenhängender Teil der dem Gegenstück zuge wandten Seite des ersten Steckverbindungselements die struk turierte Fläche aufweist und
- b) das aus dem Gegenstück austretende Ende der Lichtleitfaser derart abgeschrägt ist, daß die aus der Lichtleitfaser austretende Strahlung auf einer möglichst langen Teilstrecke der Steckbewegung auf die strukturierte Fläche gerichtet ist.
Eine derartige Abschrägung der Lichtleitfaserenden in Steck
verbindungen wird üblicherweise zur Verhinderung der Ein
kopplung von Fresnelreflexionen in den Kern der zuleitenden
Faser eingesetzt. Sie hat zur Folge, daß die austretende
Strahlung sich nicht in einem um die Längsachse der Steck
verbindung konzentrischen Kegel ausbreitet, sondern gegen die
Achse abgewinkelt. Durch eine entsprechende Plazierung der
strukturierten Fläche auf dem ersten Steckverbindungselement
wird erreicht, daß über einen verlängerten Zeitraum hinweg
die Leistung der von der strukturierten Fläche reflektierten
bzw. der durch die strukturierte Fläche transmittierten
Strahlung festgestellt werden kann, wodurch die
Erkennungssicherheit erhöht wird.
Die erfindungsgemäße Steckverbindung kann auch so ausgebildet
sein, daß die strukturierte Fläche im Boden einer Vertiefung
in der dem Gegenstück zugewandten Seite des ersten
Steckverbindungselements integriert ist und in der Vertiefung
eine optische Linse vorgesehen ist, die die auf die
strukturierte Fläche gerichtete Strahlung auf die struktu
rierte Fläche fokussiert.
Die Fokussierung der Strahlung auf einen Punkt der struktu
rierten Fläche gewährleistet ausreichend starke Schwankungen
der Leistung der von der strukturierten Fläche reflektierten
bzw. durch die strukturierte Fläche transmittierten und zur
Detektionseinheit geleiteten Strahlung. Würde die für die
Erkennung ausgewertete Strahlung einen größeren Teil der
strukturierten Fläche beleuchten, würden sich - insbesondere
bei einer zufälligen Strukturierung - gleichzeitig beleuch
tete Strukturänderungen an unterschiedlichen Orten in ihrer
Wirkung ggf. kompensieren und das Signal wäre weniger ein
deutig. Die eingesetzte optische Linse wird bei den hier zu
erwartenden Größenordnungen im Millimeterbereich in der Re
gel als Kugellinse auszubilden sein.
Des weiteren kann die erfindungsgemäße Steckverbindung vor
teilhaft so ausgebildet sein, daß die strukturierte Fläche
durch konzentrisch um die Längsachse des ersten Steckverbin
dungselements angeordnete retroreflektierende Streifen ge
bildet ist.
Hierbei ergibt sich beim Zusammenstecken von Steckverbin
dungselement und Gegenstück eine treppenartige Struktur des
Leistungsverlaufs der detektierten Strahlung. Abstand
und/oder Anzahl der retroreflektierenden Streifen sind dann
charakteristisch für das Steckverbindungselement.
Die erfindungsgemäße Steckverbindung kann auch so ausgebil
det sein, daß die strukturierte Fläche durch ein Hologramm
gebildet ist, oder daß die strukturierte Fläche durch opti
sche Gitter gebildet ist.
Wird auf die Vorderfläche des ersten Steckverbindungsele
ments ein geeignetes Reflexionshologramm oder eine Gitter
struktur aufgebracht, kann ebenfalls eine abstandsabhängige
Strahlungsleistung in die entsprechende Lichtleitfaser ein
gekoppelt werden.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Steckverbindung auch
so ausgebildet sein, daß die strukturierte Fläche durch eine
Mehrzahl hohlspiegelartiger optischer Bauelemente gebildet
ist.
Eine relativ einfache Methode, eine derartige Anordnung zu
erzeugen, kann darin bestehen, eine dicke optisch transpa
rente Folie so zu verformen, daß verteilt über die wirksame
optische Fläche eine geeignete Hohlspiegelanordnung ent
steht, und diese Folie anschließend auf die Vorderfläche des
ersten Steckverbindungselements aufzukleben.
Schließlich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu
grunde, ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah
rens geeignetes faseroptisches Meßsystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem faseroptischen Meßsystem der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine faseropti
sche Verbindung zwischen dem jeweiligen Sensor und der Aus
werteeinheit über eine Steckverbindung nach einem der An
sprüche 3 bis 10 gegeben ist, wobei der Sensoreinheit das
erste Steckverbindungselement und der Auswerteeinheit das
Gegenstück zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist im besonderen für faser
optische Meßsysteme geeignet, da für die Durchführung des
Verfahrens wesentliche Vorrichtungselemente hier bereits
vorhanden sind: Eine Strahlungsquelle, Lichtleitfasern zur
Übertragung dieser Strahlung zwischen Sensorkopf und Auswer
teeinheit, eine Steckverbindung zwischen Auswerteeinheit und
Sensorkopf, eine Detektionseinheit für die zur Auswerteein
heit zurückgeführte Strahlung sowie eine Datenverarbeitungs
einheit zur Auswertung der detektierten Signale. Somit
braucht für ein faseroptisches Meßsystem zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich die Steckverbin
dung in der zuvor beschriebenen Art und Weise ausgebildet zu
werden.
In faseroptischen Meßsystemen werden die Sensoren entweder
in Reflexion oder in Transmission der verwendeten Strahlung
betrieben. Für den Fall des Reflexionsbetriebs ist in der
Steckverbindung allein eine reflektierende strukturierte
Fläche sinnvoll. Im Transmissionsbetrieb ist eine transmis
sive strukturierte Fläche zu bevorzugen, insbesondere, wenn
die über den Sensor geführte Strahlung über eine gesonderte
Lichtleitfaser zur Auswerteeinheit zurückgeführt wird.
Im folgenden sind anhand von Figuren bevorzugte Ausführungs
formen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie bevorzugte
Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Steckverbindung und
des erfindungsgemäßen faseroptischen Meßsystems beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein faseroptisches
Meßsystem mit Sensorkopf, Auswerteeinheit und
Steckverbindung,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Längsschnitt
durch die Steckverbindung,
Fig. 3 eine Darstellung gemäß Fig. 2 mit verringertem Ab
stand zwischen den Steckverbindungselementen,
Fig. 4 ein während des Zusammensteckens der Steckverbin
dung aufgenommenes Strahlungsleistungs-Zeit-Dia
gramm,
Fig. 5 eine Steckverbindung mit retroreflektierenden
Streifen zur Bildung der strukturierten Fläche und
Fig. 6 eine Vorderansicht des sensorseitigen Steckverbin
dungselements.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein faseroptisches
Meßsystem, bestehend aus einem Sensorkopf 1 und einer Aus
werteeinheit 2. Sensorkopf 1 und Auswerteeinheit 2 sind über
Lichtleitfasern 3 und 4 miteinander verbunden. Die vom Sen
sorkopf ausgehende Lichtleitfaser 3 wird mittels einer
Steckverbindung 5 an die Lichtleitfaser 4 der Auswerteein
heit angekoppelt.
Zur Messung von Größen, wie z. B. Druck, Strahlendosis, Tem
peratur etc. wird von einer LED 6 ausgehende Strahlung in
die Lichtleitfasern 4 und 3 eingekoppelt und erreicht somit
den Sensorkopf 1. Dort wechselwirkt die Strahlung mit be
stimmten, von der Art der Messung abhängigen mikrooptischen
Bauelementen, wobei die Strahlung einer charakteristischen
Änderung unterworfen wird. Nach der Wechselwirkung wird die
Strahlung zurück über die Lichtleitfasern 3 und 4 in die
Auswerteeinheit 2 geführt, wo es über einen X-Koppler 7 auf
eine Detektoreinheit 8 gebracht wird. Die Detektoreinheit 8
besteht beispielsweise aus einer hier nicht gesondert darge
stellten Photodiode und einem ebenfalls nicht dargestellten
Wechselstromverstärker. Die detektierten Signale werden dann
zur Verarbeitung an eine Datenverarbeitungseinheit 9 weiter
gegeben.
Um den Sensorkopf 1 gegen einen anderen auswechseln zu kön
nen, ist die Verbindung zwischen dem Sensorkopf 1 und der
Auswerteeinheit 2 über die Steckverbindung 5 lösbar gestal
tet. Die Auswechselbarkeit der Sensorköpfe 1 hat jedoch zur
Folge, daß die Auswerteeinheit 2 jeweils auf die individuel
len Kalibrierungen der Sensorköpfe 1 einzustellen ist. Diese
Einstellung erfolgt vollautomatisch, da der Sensorkopf 1 auf
optischem Wege beim Einschieben des sensorkopfseitigen
Steckverbindungselementes 10 in die Kupplung 11 der Steck
verbindung 5 von der Auswerteeinheit 2 erkannt wird. Hierzu
wird während des Einschiebens des Steckverbindungselements 10
in die Kupplung 11 in die auswerteeinheitsseitige Licht
leitfaser 4 Strahlung eingekoppelt. Diese Strahlung tritt am
Lichtleitfaserende 12, das sich am Gegenstück 13 zum Steck
verbindungselement 10 befindet, aus und beleuchtet die
Frontseite 14 des Steckverbindungselements 10. An der Front
seite 14 des Steckverbindungselements 10 befindet sich eine
runde Vertiefung 15, dessen Boden durch eine strukturierte
Fläche 16 gebildet ist. Die Struktur der Fläche ist durch
ihre Oberflächenrauhigkeit gegeben, die gezielt mit einem
bestimmten Muster oder aber auf Zufallsbasis beim Bohren der
Vertiefung 15 eingebracht werden kann. Die Struktur der Flä
che 16 ist für jeden Sensorkopf eine andere.
In die Vertiefung 15 ist eine Kugellinse 17 eingesetzt die
die auf die Vertiefung 15 auftreffende Strahlung auf die
strukturierte Fläche 16 fokussiert. Um eine möglichst hohe
Strahlungsausbeute zu erhalten, ist das Ende 12 der Licht
leitfaser 4 derart abgeschrägt, daß das austretende Strah
lungsbündel 18 über eine möglichst lange Distanz während des
Einschiebens des Steckverbindungselements 10 in die Kupplung
11 und möglichst konzentriert auf die Vertiefung 15 trifft.
Die von der Kugellinse 17 auf die strukturierte Fläche 16
fokussierte Strahlung wird von dort reflektiert. Die Refle
xionsrichtung ist abhängig von der Neigung der beleuchteten
Oberfläche. Somit wird abhängig von der Position des Fokus
punkts eine bestimmte Intensität der reflektierten Strahlung
über die Kugellinse 17 zurück in die Lichtleitfaser 4 einge
koppelt.
Fig. 3 zeigt die Steckverbindung zu einem späteren Zeitpunkt
des Einschiebens des Steckverbindungselements 10 in die
Kupplung 11, weshalb der Abstand zwischen dem Steckverbin
dungselement 10 und dem Gegenstück 13 gegenüber dem in Fig.
2 verringert ist. Wegen der hierdurch geänderten Geometrie
trifft die von der Kugellinse 17 fokussierte Strahlung nun
auf einen anderen Ort der strukturierten Fläche 16, weshalb
eine andere Intensität zurück in die Lichtleitfaser 4 einge
koppelt wird als in der Position gem. Fig. 2.
Die in die Lichtleitfaser 4 eingekoppelte, von der struktu
rierten Oberfläche 16 reflektierte Strahlung wird über den
X-Koppler 7 (Fig. 1) auf die Detektoreinheit 8 geführt. Die
von der Detektoreinheit 8 festgestellte Strahlungsleistung
wird dann über einen nicht dargestellten Analog/Digital-Wandler
in Form binärer Information an die Datenverarbei
tungseinheit 9 gegeben. Die über die Zeit des Einschiebens
des Steckverbindungselements 10 in die Kupplung 11 festge
stellten Strahlungsleistungsschwankungen (siehe das Strah
lungsleistungs-Zeitdiagramm 19 in Fig. 4) stellen eine Art
"Fingerabdruck" des gerade an die Auswerteinheit 2 angekop
pelten Sensorkopfes 1 dar, da die Strahlungsleistungsschwan
kungen von der individuellen Struktur der Fläche 16 abhän
gen. Weil die Einschiebebewegung des Steckverbindungsele
ments 10 in die Kupplung 11 nicht bei jedem Verbindungsvor
gang identisch sein kann, wird das Strahlungsleistungs-Zeit-
Diagramm 19 über die Zeit normiert. Des weiteren wird von
der Annahme ausgegangen, daß die Geschwindigkeit der Steck
bewegung im wesentlichen gleichmäßig ist.
Für jeden für die Auswerteeinheit 2 geeigneten Sensorkopf 1
wird das Strahlungsleistungs-Zeit-Diagramm 19 gemäß Fig. 4
aufgenommen und abgespeichert. Werden im späteren Betrieb
des faseroptischen Meßsystems Sensorköpfe ausgetauscht, wird
beim Einschieben des zu dem jeweiligen Sensorkopfes 1 gehö
renden Steckverbindungselements 10 in die Kupplung 11 ein
Strahlungsleistungs-Zeit-Diagramm 19 aufgenommen und mit den
bereits abgespeicherten Diagrammen verglichen. Ist eine
Übereinstimmung vorhanden, stellt sich die Auswerteeinheit 2
automatisch auf die individuelle Kalibrierung des Sensor
kopfes 1 ein.
Eine weitere Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Steckver
bindung 5 ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Diese Ausbil
dungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen da
durch, daß die strukturierte Fläche nicht in einer Vertie
fung des Steckverbindungselements 10 sitzt, sondern durch
die Frontseite 14 bzw. 14' gegeben ist. In Fig. 5 ist diese
Frontseite 14 bzw. 14' in zwei verschiedenen Positionen beim
Einschieben des Steckverbindungselements 10 in die Kupplung
dargestellt. 14' stellt die Position der Frontseite zu einem
früheren Zeitpunkt während des Einschiebens des Steckverbin
dungselements 10 dar als 14. Die Oberfläche der Frontseite
14 (14') ist durch um die Längsachse des Steckverbindungs
elements 10 konzentrisch angelegte reflektierende Streifen
20 gegeben. Die Streifen 20 sind im Querschnitt prismenför
mige Retroreflektoren, die die vom Ende 12 der Lichtleitfa
ser 4 austretende, auf die Frontseite 14, (14') des Steck
verbindungselements 10 auftreffende Strahlung in die Licht
leitfaser 4 zurückreflektieren. Die in die Lichtleitfaser 4
zurückreflektierte Strahlungsleistung ist dabei abhängig von
der Anzahl der beleuchteten retroreflektierenden Streifen
20, die aufgrund des begrenzten Öffnungswinkels des Strah
lungsbündels wiederum von der Position des Steckverbindungs
elements 10 relativ zum Gegenstück 13 abhängig ist. Die Aus
wertung der zurückreflektierten Strahlungsleistung ergibt
somit ein hier nicht gesondert dargestelltes treppenförmiges
Strahlungsleistungs-Zeit-Diagramm. Werden die retroreflek
tierenden Streifen 20 für jeden Sensorkopf mit unterschied
lichen Radien oder in unterschiedlicher Anzahl gefertigt,
stellt das treppenförmige Strahlungsleistungs-Zeit-Diagramm
ebenfalls einen "Fingerabdruck" des angekoppelten Sensor
kopfes 1 dar.
1
Sensorkopf
2
Auswerteeinheit
3
Lichtleitfaser
4
Lichtleitfaser
5
Steckverbindung
6
LED
7
X-Koppler
8
Detektoreinheit
9
Datenverarbeitungseinheit
10
Steckverbindungselement
11
Kupplung
12
Lichtleitfaserende
13
Gegenstück
14
Frontseite des Steckverbindungselements
14
' Frontseite des Steckverbindungselements
15
Vertiefung
16
strukturierte Fläche
17
Kugellinse
18
Strahlungsbündel
19
Strahlungsleistungs-Zeit-Diagramm
20
retroreflektierende Streifen
Claims (11)
1. Verfahren zur automatischen Erkennung eines
systemkonformen Steckverbindungselements einer ersten Vor
richtung, die mittels des Steckverbindungselements an minde
stens eine weitere Vorrichtung zur Bildung eines Systems,
insbesondere eines Meßsystems, ankoppelbar ist, bei dem
- a) zur Ankopplung das Steckverbindungselement der ersten Vorrichtung mit einem entsprechenden Gegenstück der weiteren Vorrichtung durch Zusammenstecken verbunden wird,
- b) während des Zusammensteckens Strahlung in eine das Gegen stück durchsetzende Lichtleitfaser gegeben und eine struktu rierte im Steckverbindungselement integrierte reflektierende oder transmissive Fläche mit dieser Strahlung derart be leuchtet wird, daß sich die Intensität der von der struktu rierten Fläche reflektierten bzw. der durch die struktu rierte Fläche transmittierten Strahlung in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Steckverbindungselement und Gegenstück än dert,
- c) die Strahlungsleistung der reflektierten bzw. transmit tierten Strahlung laufend detektiert und der Verlauf der Leistung in Abhängigkeit von der Zeit festgestellt wird und
- d) der festgestellte Leistungsverlauf mit zuvor gemäß Merk mal a) bis c) festgestellten und abgespeicherten Leistungs verläufen verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Leistungsverlauf über eine normierte Zeit ermittelt
wird.
3. Für das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 geeignete
Steckverbindung, bestehend aus einem ersten Steckverbin
dungselement und einem das Gegenstück bildenden zweiten
Steckverbindungselement, wobei durch das Gegenstück eine
Lichtleitfaser geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Steckverbindungselement an seiner dem Gegenstück zuge
wandten Seite eine strukturierte reflektierende Fläche auf
weist, die derart relativ zum Ende der Lichtleitfaser posi
tioniert ist, daß sie beim Zusammenstecken von Gegenstück
und erstem Steckverbindungselement von in die Lichtleitfaser
eingekoppelter Strahlung beleuchtet ist und die Leistung der
von der strukturierten Fläche in die Lichtleitfaser zurück
reflektierten Strahlung vom Abstand zwischen Gegenstück und
erstem Steckverbindungselement abhängig ist.
4. Für das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 geeignete
Steckverbindung bestehend aus einem ersten Steckverbindungs
element und einem das Gegenstück bildenden zweiten Steckver
bindungselement, wobei durch das erste Steckverbindungsele
ment und das Gegenstück jeweils eine Lichtleitfaser geführt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) das erste Steckverbindungselement an seiner dem Gegen stück zugewandten Seite eine strukturierte transmissive Flä che aufweist, die derart relativ zum Ende der Lichtleitfaser des Gegenstücks positioniert ist, daß sie beim Zusammen stecken von Gegenstück und erstem Steckverbindungselement von in die Lichtleitfaser des Gegenstücks eingekoppelter Strahlung beleuchtet ist und die Leistung der durch die strukturierte Fläche transmittierten Strahlung abhängig ist vom Abstand zwischen Gegenstück und erstem Steckverbindungs element, und
- b) das erste Steckverbindungselement im Strahlengang hinter der strukturierten Fläche eine Kopplereinheit zur Einkopp lung der durch die strukturierte Fläche transmittierten Strahlung in die Lichtleitfaser des ersten Steckverbindungs elements aufweist.
5. Steckverbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß
- a) nur ein zusammenhängender Teil der dem Gegenstück zuge wandten Seite des ersten Steckverbindungselements die struk turierte Fläche aufweist und
- b) das aus dem Gegenstück austretende Ende der Lichtleitfa ser derart abgeschrägt ist, daß die aus der Lichtleitfaser austretende Strahlung auf einer möglichst langen Teilstrecke der Steckbewegung auf die strukturierte Fläche gerichtet ist.
6. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Fläche im Bo
den einer Vertiefung in der dem Gegenstück zugewandten Seite
des ersten Steckverbindungselements integriert ist und in
der Vertiefung eine optische Linse vorgesehen ist, die die
auf die strukturierte Fläche gerichtete Strahlung auf die
strukturierte Fläche fokussiert.
7. Steckverbindung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die strukturierte Fläche durch konzen
trisch um die Längsachse des ersten Steckverbindungselements
angeordnete retroreflektierende Streifen gebildet ist.
8. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Fläche durch
ein Hologramm gebildet ist.
9. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Fläche durch
optische Gitter gebildet ist.
10. Steckverbindung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die strukturierte Fläche durch eine
Mehrzahl hohlspiegelartiger optischer Bauelemente gebildet
ist.
11. Faseroptisches Meßsystem, mit mindestens einem fa
seroptischen Sensor und einer mit dem (den) Sensor(en) mit
tels mindestens einer Lichtleitfaser verbindbaren Auswerte
einheit, wobei die Auswerteeinheit
- a) eine Strahlungsquelle und eine zur Einkopplung der Strah lung in die zum Sensor führende Lichtleitfaser dienende Ein koppeleinheit,
- b) eine Detektoreinheit zur Detektion der Strahlungsleistung der zur Auswerteeinheit über die Lichtleitfaser(n) gelangen den Strahlung und
- c) eine Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der de tektierten Strahlungsleistung
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---|---|---|---|
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- 1996-12-20 DE DE1996153754 patent/DE19653754C2/de not_active Expired - Fee Related
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