DE19707861C2 - Reflexionslichttaster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflexionslichttaster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Reflexionslichttaster ist aus der DE 43 11 691 C2 bekannt. Dieser Reflexionslichttaster weist als Empfänger ein linienförmig ausgebildetes positionsempfindliches Photoempfangselement auf. An den beiden Enden des Photoempfangselements werden zwei Primärausgangsströme I₁, I₂ abgenommen, welche von der Lichtposition am Photoempfangselement abhängen und ein Maß für die Distanz eines Objekts zum Reflexionslichttaster liefern.

Die Primärausgangsströme I₂, I₂ werden über jeweils einen Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren V₁, V₂ zu Sekundärausgangsströmen I₁', I₂' gewandelt. Zur Justierung des Reflexionslichttasters wird ein Objekt in einen vorgegebenen Basisabstand gebracht. Für die dadurch generierten Primärausgangsströme I₁, I₂ werden die Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren V₁, V₂ selbsttätig geregelt, bis beide Sekundärausgangsströme I₁', I₂' gleich groß sind.

Dabei werden die Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren jeweils über einen separaten Regelkreis geregelt. Die Regelkreise für die Regelung umfassen jeweils ein Steuerwerk, mehrere Zähler und einen Digital-Analogwandler.

Im Steuerwerk sind verschiedene Algorithmen zur Einstellung der Verstärkungs-/ Abschwächungsfaktoren V₁, V₂ abgespeichert. Je nach Wahl des Algorithmus erfolgt der Abgleich von I₁' und I₂' durch eine unterschiedliche Wahl der Kennlinienschnittpunkte von V₁ . I₁ und V₂ . I₂.

Nachteilig hierbei ist, dass zur Justage des Reflexionslichttasters eine separate Einstellung der Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren V₁, V₂ notwendig ist.

Dies führt zum einen zu einem beträchtlichen schaltungstechnischen Aufwand, da zur Justage zwei separate Regelkreise vorgesehen sind. Zum anderen ist die Wahl der Einstellparameter bei der Justage nicht eindeutig. Je nach dem, welcher Kennlinienschnittpunkt von V₁I₁ und V₂I₂ zur Einstellung auf den Sollwert I₁' = I₂' gewählt wird, ergeben sich unterschiedliche Betriebsparameter des Reflexionslichttasters. Dies ist oftmals von Nachteil, wenn für den Einsatz des Reflexionslichttasters eindeutig und reproduzierbare Meßergebnisse gefordert werden. Um dies sicher zu stellen, müssen bei einem derartigen Reflexionslichttaster die Justagevorgänge jeweils in gleicher Weise durchgeführt werden. Dies führt zu einem erhöhten Überwachungs- und Bedienungsaufwand bei der Installation der Reflexionslichttaster.

In der DE 90 10 998 U1 ist eine Komparatorschaltung zur Auswertung von Hell /Dunkel-Signalen einer Lichtschranke beschrieben. Zur Kompensation von Signaländerungen, beispielsweise durch Alterung der Lichtquelle der Lichtschranke, wird das Ausgangssignal des Empfängers der Lichtschranke mit zwei Schwellwerten bewertet, die durch Komparatoren erzeugt werden. Mittels eines Regelkreises wird die Verstärkung des dem Empfänger nachgeschalteten Verstärkers so geändert, bis das verstärkte Empfangssignal zwischen den beiden Schwellwerten liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache und bedie­ nerfreundliche Einstellung der Tastweite zu schaffen.

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

Erfindungsgemäß wird zur Einstellung der Tastweite in der entsprechenden Entfernung zum Reflexionslichttaster ein Testobjekt in den Strahlengang einge­ bracht.

Danach wird über eine extern betätigbare Signalleitung der Einstellvorgang aktiviert. Besonders vorteilhaft kann an der Aussenseite des Reflexionslichttasters eine Teach-in Taste vorgesehen sein. Durch Betätigen der Teach-in Taste wird über die Signalleitung ein Signal übertragen, welches den Einstellvorgang auslöst. Durch dieses Signal wird der Widerstandswert eines an die Eingänge der Verstärker angeschlossenen einstellbaren Widerstandselements solange selbsttätig geändert, bis das Verhältnis der Verstärkungsfaktoren dem Schaltpunkt des Reflexionslichttasters entspricht.

Dieser Einstellvorgang ist einfach handhabbar, da zu dessen Auslösung lediglich eine Taste betätigt werden muss. Zudem ist vorteilhaft, dass zur Einstellung der Tastweite ein Testobjekt in der gewünschten Distanz zum Reflexionslichttaster angebracht wird. Die Distanz kann somit auf einfache Weise direkt durch das Anbringen des Testobjekts vorgegeben und auf einfache Weise verifiziert werden.

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

Fig. 1: Schematische Darstellung eines Reflexionslichttasters

Fig. 2: Blockschaltbild der Auswerteschaltung für den Reflexionslicht­ taster nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Reflexionslichttaster 1 zum Erfassen von Objekten 2 in einem Überwachungsbereich. Der Reflexionslichttaster 1 weist einen Sende­ lichtstrahlen 3 emittierenden Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 emp­ fangenden Empfänger 6 auf, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 7 inter­ griert sind. Der Sender 4 und der Empfänger 6 sind an eine gemeinsame Aus­ werteschaltung 8 angeschlossen.

Dem Sender 4 ist eine Sendeoptik 9 und dem Empfänger 6 eine Empfangsoptik 10 zugeordnet, welche jeweils als Linsen ausgebildet und in Bohrungen in einer Wand des Gehäuses 7 nebeneinander liegend angeordnet sind.

Der Sender 4 ist vorzugsweise von einer Leuchtdiode gebildet. Der Empfänger 6 weist ein Nah- und ein Fernelement auf. Bei geringen Objektdistanzen treffen die vom Objekt 2 reflektierten Empfangslichtstrahlen 5 vorwiegend auf das Nahelement. Bei größer werdenden Objektdistanzen treffen die Empfangslicht­ strahlen 5 vermehrt auf des Fernelement.

In einer besonders einfachen Ausführungsform bestehen das Nah- und Fern­ element jeweils aus einer Photodiode, welche nebeneinanderliegend angeordnet sind.

In einer besonders vorteilhaften und in den Zeichnungen dargestellten Form ist der Empfänger 6 als linear ausgedehntes PSD-Element ausgebildet. Der Über­ gang von Nah- und Fernelement ist in diesem Fall kontinuierlich.

Die Auswerteschaltung 8 des erfindungsgemäßen Reflexionslichttasters 1 ist in Fig. 2 detailliert dargestellt.

Vom Nahelement des Empfängers 6 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Zulei­ tung 11 auf die Auswerteschaltung 8 geführt. Ebenso ist vom Fernelement 11' eine Zuleitung auf die Auswerteeinheit 8 geführt.

Die Zuleitung 11' vom Fernelement ist auf einen Eingang eines ersten Verstär­ kers 12 geführt. Die Zuleitung 11 vom Nahelement ist auf einen zweiten Ver­ stärker 13 geführt. Ein einstellbares Widerstandselement 14 ist an die jeweils anderen Eingänge der Verstärker 12, 13 angeschlossen. Die Ausgänge der Verstärker 12, 13 sind auf einen Differenzverstärker 15 geführt. Das einstellbare Widerstandselement 14, die Verstärker 12, 13 und der Differenzverstärker 15 sind somit in einer Brückenschaltung angeordnet.

Das einstellbare Widerstandselement 14 ist von einem Digitalpotentiometer gebildet.

Die Signalleitung 16 zur Auslösung der Einstellung der Tastweite ist über ein RS-Flip Flop 17 auf einen ersten Eingang CS des Digitalpotentiometers 14 geführt. Dabei führt eine Zuleitung von einem ersten Ausgang Q des RS-Flip Flops 17 direkt auf den Eingang CS. Vom zweiten Ausgang Q des RS-Flip Flops 17 führen Zuleitungen zu einer Zeitstufe 18 und einem Impulsgenerator 19, die in Parallelschaltung an das RS-Flip Flop 17 angeschlossen sind. Der Ausgang der Zeitstufe 18 ist an den Eingang U/D des Digitalpotentiometers 14 angeschlossen. Der Ausgang des Impulsgenerators 19 ist an den Eingang INC des Digitalpotentiometers 14 angeschlossen.

Zur Auslösung der Einstellung der Tastweite ist an der Aussenseite des Refle­ xionslichttasters 1 eine Teach-in Taste 20 angeordnet, welche an die Signallei­ tung 16 angeschlossen ist. Alternativ ist die Signalleitung 16 über einen Stec­ keranschluß 21 aus dem Inneren des Reflexionslichttasters 1 geführt. In diesem Fall kann die Auslösung des Einstellvorgangs beispielsweise über eine an den Reflexionslichttaster 1 angeschlossene zentrale Rechnereinheit erfolgen.

Der Sender 4 wird über einen Sendeimpulsgenerator 22 im Pulsbetrieb betrie­ ben. Zur Synchronisation des Empfänger 6 auf den Sender 4 sind die Ausgangs­ signale des Sendeimpulsgenerators 22 und des Differenzverstärkers 15 einem D- Flip Flop 23 zugeführt. Der Ausgang Q des D-Flip Flops 23 ist auf den Eingang R des RS Flip Flops 17 rückgekoppelt.

Dadurch wird erreicht, daß der Empfänger 6 jeweils durch eine fallende Flanke eines Sendeimpulses aktiviert ist. Sobald ein Sendeimpuls emittiert wurde, wird danach umgehend der Empfänger 6 aktiviert. Die Aktivierung des Empfängers 6 erfolgt somit ebenfalls im Pulsbetrieb, wobei die Frequenz der Aktivierung der Sendefrequenz entspricht.

Der Ausgang des D-Flip Flops 23 ist auf Schaltausgänge 24, 24' zur Anzeige des Schaltzustandes des Reflexionslichttasters 1 geführt.

Befindet sich während des Betriebs des Reflexionslichttasters 1 ein Objekt 2 innerhalb der Tastweite im Strahlengang der Sendelichtstrahlen 3, so ist der Reflexionslichttaster 1 im Schaltzustand "ein". Vergrößert sich die Distanz des Objekts 2 bis auf die Tastweite, so erfolgt ein Umschalten auf den Schaltzu­ stand "aus", welcher beibehalten wird solange das Objekt 2 in Distanzen zum Reflexionslichttaster 1 angeordnet ist, welche größer als die Tastweite sind. Auch wenn kein Objekt 2 im Strahlengang angeordnet ist, nimmt der Refle­ xionslichttaster 1 den Schaltzzustand "aus" ein.

Befindet sich das Objekt 2 in dem der Tastweite entsprechenden Abstand zum Reflexionslichttaster 1 so sind die Signale an den Ausgängen der Verstärker 12, 13 jeweils gleich groß. Somit nimmt das durch den Differenzverstärker 15 gebildete Differenzsignal den Wert Null an. Dieser Signalwert entspricht dem Schaltpunkt des Reflexionslichttasters 1.

Vor Einstellung der Tastweite wird in den Strahlengang des Reflexionslicht­ tasters 1 ein Testobjekt in den Strahlengang eingebracht. Dabei ist der Abstand des Testobjekts zum Reflexionslichttaster 1 so gewählt, daß er der gewünschten, einzustellenden Tastweite entspricht.

Die Einstellung der Tastweite wird durch das Bedienpersonal ausgelöst, in dem beispielsweise durch Betätigen der Teach-in Taste 20 der Signalwert auf der Signalleitung 16 geändert wird. Durch dieses Signal wird das RS-Flip Flop 17 gesetzt. Daraufhin wird der Impulsgenerator 19 aktiviert, welcher eine Signal­ impulsfolge generiert, die über den Eingang INC in das Digitalpotentiometer 14 eingelesen wird. Durch das Setzen des RS-Flip Flops 17 wird zudem die Zeit­ stufe 18 aktiviert, welche einen Signalimpuls generiert, dessen Länge erheblich größer als die Dauer der im Impulsgenerator 19 generierten Einzelimpulse ist. Der in der Zeitstufe 18 generierte Signalimpuls wird über den Eingang U/D in das Digitalpotentiometer 14 eingelesen. Mittels des Signalimpulses wird im Digitalpotentiometer 14 ein Schleifer bewegt, wodurch der Widerstandswert des Digitalpotentiometers 14 bis auf den der Tastweite Null entsprechenden Mini­ malwert reduziert wird.

Sobald der in der Zeitstufe 18 generierte Signalimpuls abgelaufen ist und nicht mehr am Eingang U/D des Digitalpotentiometers 14 ansteht, wird durch die am Eingang INC des Digitalpotentiometers 14 anstehenden Signalimpulsfolge der Zählerstand eines Zählers schrittweise erhöht. Entsprechend der Erhöhung des Zählstands wird der Widerstandswert des Digitalpotentiometers 14 schrittweise erhöht. Dadurch ändert sich auch das Signalverhältnis an den Ausgängen der Verstärker 12, 13. Die Erhöhung des Widerstandswerts wird solange fortgesetzt, bis der Schaltpunkt des Reflexionslichttasters 1 erreicht ist, d. h. bis die Signale an den Ausgängen der Verstärker 12, 13 den gleichen Wert annehmen. Damit nimmt das Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 15 den Wert Null an, wodurch am D-Flip Flop 23 ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Der Schalt­ vorgang setzt das RS-Flip Flop 17 zurück. Dadurch liefert auch der Impuls­ generator 19 keine Signalimpulse mehr, so daß die Widerstandsänderung im Digitalpotentiometer 14 beendet ist. Durch das Rücksetzen des RS-Flip Flop 17 erfolgt zudem ein Signalwechsel am Eingang CS des Digitalpotentiometers 14. Durch diesen Signalwechsel wird der dem Widerstandswert entsprechende Zählerstand des Zählers in ein Speicherelement im Digitalpotentiometer 14 eingelesen. Das Speicherelement ist von einem EEPROM gebildet.

Der auf diese Weise gespeicherte Widerstandswert bestimmt die Tastweite des Reflexionslichttasters 1. Mit dem Einlesen des entsprechenden Zahlenwerts in das EEPROM ist der Einstellvorgang beendet. Die auf diese Weise eingestellte Tastweite ist im EEPROM nicht flüchtig gespeichert und bleibt insbesondere auch bei Spannungsausfällen erhalten.

Claims (10)

1. Reflexionslichttaster zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungs­ bereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger mit einem Nahelement und einem Fernelement, wobei die am Ausgang des Nahelements und des Fernelements anstehenden Empfangssignale jeweils einem Verstärker zugeführt sind und zur Einstellung der den Überwachungsbereich begren­ zenden Tastweite bei einem in dem der Tastweite entsprechenden Abstand angeordneten Testobjekt die Differenz der Signale an den Ausgängen der Verstärker auf den Wert null einstellbar ist, wodurch ein Schaltvorgang an einem Schaltausgang ausgelöst wird, welcher dem Schaltpunkt des Reflexionslichttasters entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Verstärker (12) an den einen Anschluss und der andere Verstärker (13) an den anderen Anschluss ein und desselben einstellbaren Widerstandselements (14) angeschlossen sind, an dessen Eingang INC ein Impulsgenerator (19) angeschlossen ist, welcher über eine extern betätigbare Signalleitung (16) aktivierbar ist, wodurch das Signalverhältnis der Signale an den Ausgängen der Verstärker (12, 13) ausgehend von einem einer minimalen Tastweite entsprechenden Wert zu größeren Tastweiten entsprechenden Werten durch Einstellen des Widerstandswerts des Widerstandselements (14) schrittweise geändert wird und durch Rückkopplung des so herbeigeführten Schaltvorgangs auf den Eingang des Impulsgenerators (19) dieser deaktiviert und dadurch die Tastweiteneinstellung beendet wird.

2. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung (16) an einen Eingang S eines RS-Flip-Flops (17) ange­ schlossen ist, an dessen Ausgang Q der Impulsgenerator (19) angeschlossen ist und auf dessen Eingang R der Schaltausgang rückgekoppelt ist.

3. Reflexionslichttaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der Verstärker (12, 13) an einen Differenzverstärker (15) ange­ schlossen sind, dessen Ausgang über ein D-Flip-Flop (23) auf Schaltaus­ gänge (24, 24') des Schaltausganges geführt ist.

4. Reflexionslichttaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (6), das einstellbare Widerstandselement (14), die Verstärker (12, 13) und der Differenzverstärker (15) in einer Brückenschaltung an­ geordnet sind.

5. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (6) von einem PSD-Element gebildet ist.

6. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das einstellbare Widerstandselement (14) von einem Digitalpotentiometer gebildet ist.

7. Reflexionslichttaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Ausgang Q des RS-Flip-Flops (17) direkt auf einen Eingang CS des Digitalpotentiometers geführt ist und an den zweiten Ausgang Q des RS- Flip-Flops (17) eine Zeitstufe (18) und der Impulsgenerator (19) ange­ schlossen sind, deren Ausgänge jeweils auf einen Eingang UD bzw. INC des Digitalpotentiometers geführt sind.

8. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Sender (4) über einen Sendeimpulsgenerator (22) im Pulsbetrieb betrieben wird.

9. Reflexionslichttaster nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Synchronisation des Empfängers (6) mit dem Sender (4) die Ausgangs­ signale des Sendeimpulsgenerators (22) dem D-Flip Flop (23) zugeführt sind.

10. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 2-9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Teach-in-Taste (20) an die Signalleitung (16) ange­ schlossen ist.