DE19707417A1 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Patent . . . /Patentanmeldung 196 21 120.4.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Empfänger auf, deren Signale unabhängig voneinander ausgewertet werden. Im ersten Empfänger wird die Amplitude des auftreffenden Empfangslichts mit einer Schwellwerteinheit be­ wertet. Dadurch können am Ausgang des ersten Empfängers zwei verschiedene Signalwerte "low" und "high" anstehen. Vorteilhafterweise ist das Sender- Empfängersystem so ausgebildet, daß sich der Signalwert bei freiem Strahlen­ gang von dem Signalwert, wenn ein Objekt im Strahlengang angeordnet ist, in eindeutiger Weise und unabhängig von der Materialbeschaffenheit des Objekts unterscheidet.

Der zweite Empfänger liefert als Ausgangssignal die Distanz des Reflektors oder eines im Strahlengang angeordneten Objekts zur Vorrichtung.

Die an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale werden in einer gemeinsamen Auswerteeinheit ausgewertet. Hierzu werden die beiden Aus­ gangssignale logisch verknüpft, wodurch eine Bewertung erfolgt, ob im Strah­ lengang der Vorrichtung ein Objekt angeordnet ist oder nicht. Zudem wird da­ durch eine Überwachung der Anordnung des Senders und der Empfänger relativ zum Reflektor ermöglicht.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen getrennt in zwei verschiedenen Empfängern ausgewertet werden, so daß die Vorrichtung empfangsseitig einen zweikanaligen Aufbau aufweist, wodurch die Detektionssicherheit gegenüber einkanaligen Systemen erheblich vergrößert wird. Zudem können auf diese Weise die Si­ cherheitsanforderungen, welche an die Vorrichtung bei einem Einsatz im Perso­ nenschutz gestellt werden, erfüllt werden.

Weiter ist vorteilhaft, daß in den Empfängern unterschiedliche Informationen über die Objekte im Strahlengang gewonnen werden. Während im ersten Emp­ fänger die Amplitude des Empfangslichts ausgewertet wird, werden im zweiten Empfänger Distanzinformationen ausgewertet. Durch die Auswertung beider In­ formationen wird die Detektionssicherheit weiter gesteigert.

Zudem ist die Vorrichtung weitgehend gegen Manipulationen geschützt. Wird beispielsweise ein Reflektor in den Überwachungsbereich eingebracht, so bleibt zwar der Signalwert im ersten Empfänger unverändert, jedoch ändert sich der Distanzwert im zweiten Empfänger, so daß auf diese Weise der Reflektor erkannt wird. Somit kann ausgeschlossen werden, daß eine Person einen Re­ flektor in den Strahlengang hält, um die Vorrichtung kurzzuschließen, um da­ durch unbemerkt hinter dem Reflektor in den Strahlengang treten zu können.

Dabei kann vorteilhafterweise die Position des den Überwachungsbereich be­ grenzenden Reflektors als Sollwert in der Auswerteeinheit abgespeichert sein. Während des Betriebs der Vorrichtung wird der Sollwert innerhalb vorgegebe­ ner Toleranzgrenzen vorzugsweise zyklisch überwacht.

Um eine besonders kostengünstige Ausgestaltung der Vorrichtung zu erhalten, ist der zweite Empfänger als ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender ortsauflösender Detektor ausgebildet.

In diesem ist der Distanzmeßbereich durch den Basisabstand des Senders zum zweiten Empfänger begrenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt in Weiterbildung des Hauptpatents die Auf­ gabe zugrunde diesen Distanzmeßbereich zu vergrößern.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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

Fig. 1 schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder 2, wobei der Reflektor in einer geringeren Distanz als der Mindestabstand zur Vorrichtung an­ geordnet ist.

Fig. 4 Distanzmeßbereiche der Sensorelemente der Vorrichtung.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erfassen von Objekten, insbesondere auch von Personen, in einem Überwachungsbereich dargestellt. Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist ein erstes Sensorelement 1a mit einem Sender 2 und zwei Empfängern 3, 4 auf, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 5 integriert sind, sowie ein zweites Sensorelement 1b mit einem Sender 2a und einem Empfänger 3a, welche in einem zweiten Gehäuse 5b integriert sind. In einer besonders zweck­ mäßigen Ausführungsform können die Sensorelemente 1a, 1b in einem gemein­ samen Gehäuse untergebracht sein. Die Sensorelemente 1a, 1b sind in vor­ gegebenem Abstand zueinander nebeneinanderliegend an einem ersten Rand des Überwachungsbereichs angeordnet. Zudem weist die Vorrichtung 1 einen Reflektor 6 auf, welcher am gegenüberliegenden Rand des Überwachungs­ bereichs angeordnet ist.

Bei freiem Strahlengang werden die von den Sendern 2 emittierten Sendelicht­ strahlen 7, 7a am Reflektor 6 reflektiert. Ist ein Objekt im Strahlengang an­ geordnet, so werden die Sendelichtstrahlen 7 vom Objekt auf die Vorrichtung 1 zurückreflektiert.

Der Sender 2 und der erste Empfänger 3 des ersten Sensorelements 1a sowie der Sender 2 und der Empfänger 3a des zweiten Sensorelements 1b sind jeweils identisch ausgebildet.

Im ersten Empfänger 3 wird die Lichtmenge des auftreffenden Empfangslichts mittels einer Schwellwerteinheit bewertet. Die Sender 2, 2a sind vorzugsweise jeweils von einer Leuchtdiode gebildet. Die Empfänger 3, 3a sind vorzugsweise jeweils von einer Photodiode gebildet.

Mit dem zweiten Empfänger 4 des ersten Sensorelements 1a wird die Distanz des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1, oder falls ein Objekt im Strahlengang angeordnet ist, die Distanz des Objekts zur Vorrichtung 1 bestimmt. Demzufol­ ge ist der Empfänger 4 von einem ortsauflösenden Detektor gebildet.

Der ortsauflösende Detektor arbeitet nach dem Triangulationsprinzip. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel besteht der Detektor aus zwei nebeneinanderlie­ gend angeordneten Empfangselementen 9, 10, welche von Photodioden gebildet sind. Die Empfangselemente 9, 10 bilden Nah- und Fernelemente, d. h. bei einem in geringer Distanz von der Vorrichtung 1 entfernten Objekt trifft das Empfangslicht nahezu vollständig auf das Nahelement 9, während mit größer werdender Entfernung das Empfangslicht zunehmend auf das Fernelement 10 trifft. Das Verhältnis der Anteile des Empfangslichts, die auf die einzelnen Empfangselemente 9, 10 treffen, liefert somit ein Maß für die Entfernung des jeweils detektierten Objekts zur Vorrichtung 1. Alternativ kann der Empfänger 4 von einem PSD-Element gebildet sein.

Die Sender 2, 2a und die Empfänger 3, 4 und 3a sind an eine gemeinsame Aus­ werteeinheit 11 angeschlossen, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gehäuse 5 des Sensorelements 1a integriert ist. Die Auswerteeinheit 11 ist bei­ spielsweise von einem Microcontroller gebildet.

In die Auswerteeinheit 11 werden die an den Ausgängen der Empfänger 3, 4, 3a anstehenden Empfangssignale eingelesen und ausgewertet. Dabei werden die Empfangssignale der Empfänger 3, 4, 3a logisch verknüpft. Als Ergebnis wird dadurch in der Auswerteeinheit 11 als Ausgangssignal ermittelt, ob sich im Überwachungsbereich ein Objekt befindet oder nicht. Dieses Ausgangssignal, welches beispielsweise über ein zwangsgeführtes Relais ausgebbar ist, kann zum sicheren Ein- und Ausschalten einer Maschine oder eines Arbeitsmittels verwen­ det werden.

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist in den Strahlengängen des Senders 2 und des ersten Empfängers 3 des ersten Sensor­ elements ein Strahlteilerspiegel 12 angeordnet. Der Sender 2 und der erste Emp­ fänger 3 sind so angeordnet, daß deren optische Achsen im rechten Winkel zueinander verlaufen und jeweils in einem Winkel von 45° zur Ebene des Strahlteilerspiegels 12 verlaufen.

Die vom Sender 2 emittierten Sendelichtstrahlen 7 durchdringen den Strahltei­ lerspiegel 12 sowie eine in einer Ausnehmung in der Gehäusewand angeordnete Linse 13, welche die Sendelichtstrahlen 7 fokussiert.

Das zweite Sensorelement 1b weist diesbezüglich einen identischen Aufbau wie das Sensorelement 1a auf, wobei auch die Strahlteilerspiegel 12 und 12a sowie die Linsen 13 und 13a jeweils identisch sind. Dem Empfänger 4 des ersten Sensorelements 1a ist eine zweite Linse 14 vorgeordnet, welche ebenfalls in einer Ausnehmung der Gehäusewand neben der ersten Linse 13 angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Reflektor 6 vorzugsweise aus einer Reflexfolie.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Sender 2 des ersten Sensorelements 1a ein Polarisator 15 nachgeordnet, welcher das auf den Strahlteilerspiegel 12 auftreffende Sendelicht parallel zur Einfallsebene polari­ siert. Dem ersten Empfänger 3 ist ein Polarisator 16 vorgeordnet, welcher das am Strahlteilerspiegel 12 reflektierte Empfangslicht senkrecht zur Einfallsebene polarisiert. Die Polarisatoren 15, 16 sind von Polarisationsfiltern gebildet. Das zweite Sensorelement 1b ist wiederum identisch zum ersten Sensorelement 1a aufgebaut, wobei die Polarisatoren 15, 15a bzw. 16, 16a einander entsprechen. Der Reflektor 6 ist in diesem Fall von einem Tripel-Spiegel gebildet.

In den Fig. 1 und 2 ist die Vorrichtung 1 bei freiem Strahlengang darge­ stellt, wobei die Distanz der Vorrichtung 1 zum Reflektor 6 oberhalb eines Mindestabstands D_min liegt. Somit treffen die Sendelichtstrahlen 7 ungehindert auf den Reflektor 6 und ein Teil der Empfangslichtstrahlen 8 wird auf die Linse 13 zurückreflektiert, wird dort fokussiert und verläuft bis zum Strahlteilerspiegel 12 koaxial zu den Sendelichtstrahlen 7. Die Empfangslichtstrahlen 8 werden am Strahlteilerspiegel 12 reflektiert und gelangen zum ersten Empfänger 3.

Ein anderer Teil der auf den Reflektor 6 auftreffenden Sendelichtstrahlen 7 gelangt zum zweiten Empfänger 4.

Das Verhältnis der Anteile des auf die Empfänger 3, 4 auftreffenden Empfangs­ lichts hängt vom Abstand der Linsen 13, 14 sowie vom Abstand der Vorrich­ tung 1 zum Reflektor 6 sowie dessen Materialbeschaffenheit ab.

Entsprechend treffen die vom Sender 2a emittierten Sendelichtstrahlen 7a auf den Reflektor 6. Die von dort reflektierten Empfangslichtstrahlen 8a treffen auf den Empfänger 3a. Der Mindestabstand der Vorrichtung 1 zum Reflektor 6 ist der kleinste Abstand, bei welchem keine vom zweiten Sensorelement 1b emit­ tierten Sendelichtstrahlen 7a über den Reflektor 6 zum ersten Sensorelement 1a zurückreflektiert werden.

Die Amplitude des auf den ersten Empfänger 3 auftreffenden Empfangslichts wird mittels der Schwellwerteinheit bewertet, so daß am Ausgang des ersten Empfängers 3 ein binäres Empfangssignal mit den Signalwerten "low" und "high" ansteht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird bei freiem Strahlengang ein großer Anteil des Sendelichts von der Reflexfolie auf den Empfänger 3 bzw. 3a zurückreflektiert, so daß in diesem Fall die Amplitude des Empfangslichts oberhalb des Schwellwerts liegt und das Empfangssignal den Wert "high" annimmt.

Dasselbe Empfangssignal steht an, wenn im Strahlengang ein spiegelndes Objekt so angeordnet ist, daß das zurückreflektierte Licht auf den Empfänger 3 bzw. 3a trifft.

Dagegen nimmt das Empfangssignal den Wert "low" an, wenn im Strahlengang ein Objekt mit diffus reflektierender Oberfläche angeordnet ist. In diesem Fall liegt die Amplitude des Empfangslichts unterhalb des Schwellwerts. Somit können mit dem Empfänger 3 bzw. 3a diffus reflektierende Objekte erkannt werden. Dagegen liefern spiegelnde Objekte dasselbe Empfangssignal wie bei freiem Strahlengang, so daß alleine mit dem ersten Empfänger 3 bzw. 3a eine Erkennung von spiegelnden Objekten nicht möglich ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch den dem Sender 2 bzw. 2a nachgeordneten Polarisator 15 bzw. 15a und durch den Strahl­ teilerspiegel 12 bzw. 12a das Sendelicht parallel zur Einfallsebene bezüglich des Strahlteilerspiegels 12 bzw. 12a polarisiert. Empfangsseitig gelangt durch den dem ersten Empfänger 3 bzw. 3a vorgeordneten Polarisator 16 bzw. 16a jedoch nur senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Empfangslicht auf den ersten Empfänger 3 bzw. 3a.

Bei freiem Strahlengang wird das auf den Tripel-Spiegel auftreffende Sendelicht um 90° in der Polarisationsrichtung gedreht depolarisiert und über den Strahl­ teilerspiegel 12 bzw. 12a auf den ersten Empfänger 3 bzw. 3a zurückreflektiert, wobei durch den Polarisator 16 bzw. 16a nur der senkrecht polarisierte Anteil auf den Empfänger 3 bzw. 3a gelangt. Durch die gerichtete Reflexion am Re­ flektor 6 ist dieser Anteil jedoch so groß, daß die Amplitude des auf den ersten Empfänger 3 bzw. 3a auftreffenden Empfangslichts oberhalb des Schwellwerts liegt und das Empfangssignal den Wert "high" annimmt.

Ist ein spiegelndes Objekt im Überwachungsbereich so angeordnet, daß die Sendelichtstrahlen 7 bzw. 7a vom Objekt zum ersten Empfänger 3 bzw. 3a zu­ rückreflektiert werden, so nimmt das Empfangssignal am Ausgang des ersten Empfängers 3 bzw. 3a den Wert "low" an, obwohl ein großer Anteil des Sende­ lichts in Richtung des Empfängers 3 bzw. 3a zurückreflektiert wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die lineare Polarisation des Sendelichts bei der Reflexion am spiegelnden Objekt im wesentlichen erhaltenbleibt, so daß das auf den Strahlteilerspiegel 12 bzw. 12a auftreffende Empfangslicht im wesentlichen parallel zur Einfallsebene polarisiert ist. Da der Polarisator 16 bzw. 16a nur für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht durchlässig ist, gelangt nahezu kein Empfangslicht auf den Empfänger 3 bzw. 3a.

Ist ein diffus reflektierendes Objekt im Überwachungsbereich angeordnet, so wird das am Objekt diffus reflektierte Sendelicht depolarisiert. Der senkrecht polarisierte Anteil des Empfangslichts gelangt zwar auf den Empfänger 3 bzw. 3a, jedoch ist die Amplitude des vom Objekt zurückgestreuten Empfangslichts so gering, daß das Empfangssignal wiederum den Wert "low" annimmt.

Somit liefert bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der erste Empfänger 3 bzw. 3a sowohl für Objekte mit diffus reflektierender Oberfläche als auch für spiegelnde Objekte das Empfangssignal "low" während bei freiem Strahlengang der Empfangssignalwert "high" erhalten wird.

Dies bedeutet, daß mit dem ersten Empfänger 3 bzw. 3a beide Objekte gleicher­ maßen erkannt werden können.

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich der Reflektor 6 in einer Distanz zur Vorrichtung 1, welcher größer als ein vorgegebener Mindestabstand D_min ist. Vorzugsweise beträgt D_min wenigstens 500 mm.

In diesem Fall treffen die Empfangslichtstrahlen 8a bei freiem Strahlengang vom Sender 2 des ersten Sensorelements 1a vollständig auf den Empfänger 4 dieses Sensorelements 1a. Entsprechend dem Basisabstand D₁ des Senders 2 zum Empfänger 4 kann mit der Triangulationsmessung ein vorgegebener Entfer­ nungsmeßbereich M(D₁) erfaßt werden. Dieser Entfernungsmeßbereich M(D₁) ist in Fig. 4 dargestellt. Der Basisabstand D₁ liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30 mm und 70 mm und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 50 mm. Damit liegt der nutzbare Entfernungsmeßbereich zwischen 0,5 m und 3 m, was einem Triangulationswinkelbereich von etwa 0,50 bis 80 entspricht.

Ist der Reflektor 6 oder ein Objekt außerhalb des Entfernungsmeßbereichs M(D₁) angeordnet, so ist mit dem ersten Sensorelement 1a keine Distanzmeßung mehr möglich. Zur Erweiterung des Entfernungsmeßbereichs M(D₁) zu größeren Distanzen hin ist das zweite Sensorelement 1b vorgesehen. Sobald der Abstand D des Reflektor 6 zur Vorrichtung 1 überschritten wird, gelangt eine regi­ strierbare Menge von Sendelichtstrahlen 7a, welche vom Sender 2a des zweiten Sensorelements 1b über den Reflektor 6 zum Empfänger 4 des ersten Sensor­ elements 1a.

Je größer die Distanz des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 wird, desto größer wird der Anteil der Sendelichtstrahlen 7a, die vom Sender 2a zum Empfänger 4 gelangen und desto kleiner wird der Anteil der Sendelichtstrahlen 7, die vom Sender 2 zum Empfänger 4 gelangen. In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, daß auf den Empfänger 4 nur noch die vom Sender 2a stammenden Empfangslichtstrah­ len 8a des Sender 2a, jedoch nicht mehr die vom Sender 2 stammenden Emp­ fangslichtstrahlen 8 treffen.

Der Sender 2a des zweiten Sensorelements 1b und der Empfänger 4 bilden somit einen zweiten nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden Distanzsensor. Der Basisabstand D₂ zwischen dem Sender 2a und dem Empfänger 4 bestimmt den Entfernungsmeßbereich M(D₂). Der Basisabstand D₂ liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 300 mm und 700 mm. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt D₂ = 500 mm, wodurch ein Entfernungsmeßbereich M(D₂) zwischen 3 m und etwa 6 m bzw. ein Triangulationswinkel im Bereich zwischen 4° und 12° erreicht wird.

Die Entfernungsmeßbereiche M(D₁) und M(D₂) ergänzen sich, so daß durch den Einsatz des zweiten Sensorelements 1b der nutzbare Entfernungsmeßbereich M(D₁) erheblich vergrößert wird. Prinzipiell können noch weitere Sensorelemen­ te 1b zur Vorrichtung 1 hinzugefügt werden, um den Entfernungsbereich M(D₁) noch weiter zu vergrößern.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überlappen die beiden Entfernungsmeßbereiche M(D₁) und M(D₂) in einem begrenzten Bereich bei Di­ stanzen um etwa 3 m. Damit eine eindeutige Zuordnung der Distanzwerte ge­ währleistet ist, werden die Sender 2 und 2a im Pulsbetrieb betrieben. Dabei sind die Pulsfolgefrequenzen so gewählt, daß von den Sendern 2, 2b abwechselnd Sendelichtimpulse 7, 7a ausgesendet werden. Somit werden die von den Sendern 2, 2a emittierten Sendelichtimpulse 7, 7a vom Empfänger 4 nacheinander regi­ striert und werden in der Auswerteeinheit 11 sequentiell ausgewertet.

In der Auswerteeinheit 11 werden die Empfangssignale der Empfänger 3, 3a mit den Empfangssignalen des zweiten Empfängers 4 logisch verknüpft. Die Aus­ werteeinheit 11 liefert als Ausgangssignal eine Bewertung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist oder nicht. Alternativ können die Emp­ fangssignale 3, 3a separaten Auswerteeinheiten zugeführt werden, in welchen die Empfangssignale 3, 3a getrennt ausgewertet werden. Die Verknüpfung der Empfangssignale 3, 3a erfolgt dann über die an die Auswerteeinheiten ange­ schlossenen Ausgangskontakte.

Zusätzlich erfolgt eine Überwachung der Anordnung der Sender 2, 2a und der Empfänger 3, 4 relativ zum Reflektor 6. Dies ist insbesondere dann von Bedeu­ tung, wenn mit der Vorrichtung 1 ein Überwachungsbereich beispielsweise vor einer Maschine, von der eine Gefährdung von Personen ausgehen kann, über­ wacht wird. Beispielsweise kann mit der Vorrichtung 1 das Vorfeld einer Werkzeugmaschine überwacht werden. Ebenso kann die Vorrichtung 1 zur Zugangskontrolle in Fertigungseinrichtungen eingesetzt werden. Das von der Auswerteeinheit 11 gelieferte Ausgangssignal wird dann zum sicheren Ein- und Ausschalten dieser Maschine verwendet. Ein Einschalten der Maschine darf nur dann erfolgen, wenn im Überwachungsbereich kein Objekt, insbesondere keine Person, angeordnet ist.

Ist ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet, muß über die Vorrichtung 1 die Maschine abgeschaltet werden, um Gefährdungen von Personen auszu­ schließen. Zudem muß dann ein Abschalten der Maschine erfolgen, wenn die Vorrichtung 1 fehlerhaft arbeitet. Hierzu gehört insbesondere auch der Fall, daß die Sender 2, 2a und die Empfänger 3, 3a, 4 relativ zum Reflektor 6 nicht ord­ nungsgemäß ausgerichtet sind. Diese Fehler können mit der zweikanaligen Empfängerstruktur der Vorrichtung 1 mit großer Sicherheit erkannt werden.

Wird beispielsweise im Empfänger 3 und/oder 3a gemäß dem Ausführungsbei­ spiel aus Fig. 2 der Signalwert "high" registriert, so würde dies bedeuten, daß ein freier Strahlengang vorliegt. Jedoch ergäbe sich der gleiche Signalzustand auch dann, wenn der Reflektor 6 dejustiert wäre und die Sendelichtstrahlen 7 und/oder 7a auf einen in größerem Abstand angeordneten Reflektor treffen würden. Desgleichen ergäbe sich derselbe Signalzustand, wenn innerhalb des Überwachungsbereichs ein weiterer Reflektor aufgestellt würde. Dann könnte sich hinter diesem Reflektor eine Person aufhalten, ohne daß diese von der Vor­ richtung 1 registriert werden könnte. Derartige Fehlerzustände können durch die Distanzmessung mittels des zweiten Empfängers 4 mit großer Sicherheit aufge­ deckt werden.

Die Größe des Überwachungsbereichs oder alternativ die Position des den Über­ wachungsbereich begrenzenden Reflektors 6 können als Sollwerte in der Aus­ werteeinheit 11 registriert sein. Alternativ kann während einer Abgleichphase vor Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 die Distanz des Reflektors 6 zur Vor­ richtung 1 bei freiem Strahlengang gemessen werden und als Sollwert in der Auswerteeinheit 11 abgespeichert werden. Eine Ausgabe der Meldung, daß der Strahlengang der Vorrichtung 1 frei ist erfolgt nur, wenn nicht nur das Emp­ fangssignal der Empfänger 3 und/oder 3a den Wert "high" annehmen, sondern auch der im zweiten Empfänger 4 registrierte Distanzwert mit dem Sollwert mit hinreichender Genauigkeit übereinstimmt.

Hierzu sind in der Auswerteeinheit 11 vorteilhafterweise Toleranzgrenzen abge­ speichert. Der aktuelle ermittelte Distanzwert wird dann daraufhin überprüft, ob er mit dem Sollwert innerhalb dieser vorgegebenen Toleranzgrenzen überein­ stimmt. Die Werte der Toleranzgrenzen können durch die Meßwertstreuungen bei der Distanzbestimmung des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 vorgegeben sein. In diesem Falle werden die Toleranzgrenzen während der Abgleichphase durch Mehrfachabtastung des Reflektors 6 und anschließender Berechnung der Streu­ ung der Meßwerte erhalten. Alternativ können die Toleranzgrenzen durch Vor­ gaben der für die Betriebssicherheit der jeweils zu überwachenden Maschine maßgeblichen Vorschriften vorgegeben sein.

Anstelle der Vorgabe von Toleranzgrenzen kann auch in der Auswerteeinheit 11 ein Mindestabstand des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 vorgegeben sein, wel­ cher in jedem Falle einzuhalten ist.

Durch die zweikanalige Empfängerstruktur wird gegenüber einer einkanaligen Struktur auch eine Erhöhung der Detektionssicherheit der Vorrichtung 1 er­ reicht. Dies ist dadurch bedingt, daß das vom detektierten Objekt stammende Empfangslicht hinsichtlich der Amplitude und der Distanzinformation ausgewer­ tet wird. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß diese Auswertung in zwei un­ terschiedlichen Kanälen unabhängig voneinander erfolgt. Bei einem in einem Empfangssystem auftretenden Fehler arbeitet das jeweils andere Empfangs­ system noch fehlerfrei. Dadurch können auftretende Fehler schnell lokalisiert werden.

Insbesondere können bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 durch die zusätzliche Auswertung der Distanzwerte im zweiten Empfänger 4 sowohl diffus reflek­ tierende als auch spiegelnde Objekte erkannt werden. Würden allein die Emp­ fangssignale der Empfänger 3 und 3a ausgewertet, so könnten alleine diffus re­ flektierende Objekte erkannt werden, da diese den Signalwert "low" am Aus­ gang des Empfängers 3 liefern. Spiegelnde Objekte liefern dagegen ebenso wie bei freiem Strahlengang das Empfangssignal "high". Durch die mit dem zweiten Empfänger 4 zusätzlich gewonnene Distanzinformation kann jedoch ein von einem spiegelnden Objekt stammendes Signal von einem von dem Reflektor 6 stammenden Signal unterschieden werden.

Die Bewertung der Empfangssignale in der Auswerteeinheit 11 liefert als Aus­ gangssignal die Signalzustände "Strahlengang frei" und "Strahlengang nicht frei". Der Signalzustand "Strahlengang frei" liegt dann vor, wenn wenigstens an einem der Empfänger 3 oder 3a das entsprechende Empfangssignal, in den Aus­ führungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 der Signalwert "high", vorliegt, und wenn der Distanzwert am Ausgang des zweiten Empfängers 4 mit dem Sollwert für die Reflektorposition hinreichend genau übereinstimmt. In allen anderen Fällen, insbesondere auch dann, wenn aufgrund einer nicht ordnungsgemäßen räumlichen Zuordnung des Reflektors 6 den Sendern 2, 2a und zu den Empfän­ gern 3, 3a, 4 Fehlsignale registriert werden, liegt der Signalzustand "Strahlen­ gang nicht frei" vor.

Diese Signale werden zum sicheren Ein- und Ausschalten einer Maschine oder Arbeitsmittels, welches mit der Vorrichtung 1 überwacht wird, verwendet. Dabei erfolgt ein Einschalten der Maschine oder des Arbeitsmittels nur dann, wenn der Signalzustand "Strahlengang frei" vorliegt. Demgegenüber erfolgt ein Abschalten bei Vorliegen des Signalzustands "Strahlengang nicht frei".

Zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen für den Einsatz im Personenschutz weist die Auswerteeinheit 11 zweckmäßigerweise einen redundanten Aufbau auf.

Claims (16)

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einen ersten Sensorelement, welches an einem ersten Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist, und einem Reflek­ tor, welcher am gegenüberliegenden zweiten Rand des Überwachungsbe­ reichs angeordnet ist, wobei das erste Sensorelement einen Sender auf­ weist sowie einen ersten Empfänger, in welchem die Lichtmenge der auf­ treffenden Empfangslichtstrahlen mittels einer Schwellwerteinheit bewertet wird, und einen zweiten Empfänger der von einem nach dem Triangu­ lationsprinzip arbeitenden ortsauflösenden Detektor gebildet ist, nach Patent. . ./Patentanmeldung 196 21 120.4, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Rand des Überwachungsbereichs neben dem ersten Sensor­ element (1a) im Abstand zu diesem wenigstens ein zweites Sensorelement (1b) angeordnet ist, welches einen Sender (2a) und einen ersten Empfän­ ger (3a) aufweist, daß bei freiem Strahlengang die von den Sendern (2, 2a) emittierten Sendelichtstrahlen (7, 7a) auf den Reflektor (6) geführt sind, daß oberhalb eines Mindestabstands D_min der Vorrichtung (1) zu dem Reflektor (6) oder zu einem Objekt die daran reflektierten und vom Sender (2 oder 2a) eines Sensorelements (1a oder 1b) emittierten Sende­ lichtstrahlen (7a oder 7b) auf den oder die Empfänger (3, 4 oder 3a) desselben Sensorelements (1a oder 1b) treffen, daß bei geringeren Di­ stanzwerten die vom Sender (2a) des zweiten Sensorelements (1b) emit­ tierten Sendelichtstrahlen (7a) auf den ortsauflösenden Detektor des ersten Sensorelements (1a) treffen, und daß die Sensorelemente (1a, 1b) an eine Auswerteeinheit (11) angeschlossen sind, in welcher die an den Ausgän­ gen der Empfänger (3, 3a, 4) anstehenden Empfangssignale zur Bewer­ tung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist, und zur Überwachung der Anordnung der Sender (2, 2a), der Empfänger (3, 3a, 4) und des Reflektors (6) logisch verknüpft werden.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (2, 2a) der Sensorelemente (1a, 1b) im Pulsbetrieb betrie­ ben werden, so daß diese abwechselnd Sendelichtimpulse (7, 7a) aus­ senden, und daß die von den Sendern (2, 2a) emittierten Sendelichtimpul­ se (7, 7a) sequentiell in der Auswerteeinheit (11) ausgewertet werden.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Distanzbereiche, in welchen die vom Sender (2) des ersten Sensorelements (1a) emittierten Sendelichtstrahlen (7) und die vom Sender (2a) des zweiten Sensorelements (1b) auf den ortsauflösenden Detektor treffen, teilweise überlappen.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisabstand D₁ des Senders (2) des ersten Sensorelements (1a) zum ortsauflösenden Detektor des ersten Sensorelements (1a) im Bereich zwischen 30 mm und 70 mm liegt, und daß der Basisabstand D₂ des Sender (2a) des zweiten Sensorelements (1b) zum ortsauflösenden Detek­ tor des ersten Sensorelements (1a) im Bereich zwischen 300 mm und 700 mm liegt.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite Sensorelemente (1b) jeweils in vorgegebenen Abständen zueinander zum ersten Sensorelement (1a) an­ geordnet sind.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (2, 2a) und die ersten Empfänger (3, 3a) der Sensorelemente (1a, 1b) jeweils identisch ausgebildet sind.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsauflösende Detektor des ersten Sensorele­ ments (1a) zwei nebeneinander liegend angeordnete, ein Nah- und ein Fernelement bildende Empfangselemente (9, 10) aufweist.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente (9, 10) jeweils von einer Photodiode gebildet sind.

9. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten und zweiten Sensorelement jeweils (1a, 1b) dem Sender (2) und dem ersten Empfänger (3) ein Strahlteilerspiegel (12) so zugeordnet sind, daß die vom Sender (2) emittierten Sendelichtstrahlen (7) den Strahlteilerspiegel (12) durchdringen und die Empfangslichtstrah­ len (8) am Strahlteilerspiegel (12) reflektiert und von dort zum Empfänger (3) geführt werden.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) von einer Reflexfolie gebildet ist.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sender (2) ein Polarisator (15) nachgeordnet ist, welcher das auf den Strahlteilerspiegel (12) geführte Sendelicht parallel zu dessen Einfalls­ ebene polarisiert.

12. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß dem ersten Empfänger (3) ein Polarisator (16) vorgeordnet ist, welcher das am Strahlteilerspiegel (12) reflektierte Empfangslicht senk­ recht zur Einfallsebene polarisiert.

13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Reflektor (6) von einem Tripel-Spiegel gebildet ist.

14. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ortsauflösenden Detektor die Position des Reflektors (6) innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen überwacht wird.

15. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß diese den Signalzustand "Strahlengang frei" annimmt, falls das Distanzsignal im ortsauflösenden Detektor der Sollposition des Reflektors (6) innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen entspricht, und falls die an den Empfängern (3, 3a) anstehenden Signale jeweils oberhalb des Schwellwerts liegen, und daß ansonsten die Vorrichtung (1) den Signalzu­ stand "Strahlengang nicht frei" einnimmt.

16. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (11) einen redundanten Aufbau aufweist.