DE19715146A1 - Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung bei einem schaltenden Sensor sowie schaltender Sensor - Google Patents

Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung bei einem schaltenden Sensor sowie schaltender Sensor

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung bei einem schaltenden Sensor sowie einen Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
Schaltende Sensoren sind Sensoren, die ein Schaltsignal erzeugen, wenn der Empfangspegel, das Empfangssignal bzw. allgemein die Empfangs-Meß- größe des Sensors eine bestimmte Schaltschwelle übersteigt oder unterschreitet. Die Empfangs-Meßgröße, i.a. ein elektrisches Signal, korreliert wiederum mit der Stärke derjenigen physikalischen Größe, für die der Sensor konzipiert ist, wie z. B. Licht, Druck, Leitfähigkeit, Wärme, gemessen auf der aktiven Fläche des Sensors. Ein idealer optischer Sensor schaltet beispielsweise genau dann, wenn sich ein Objekt mit definierter Helligkeit (selbstleuchtend oder reflektierend) in einem bestimmten Abstand von der aktiven Sensorfläche befindet. Damit fällt eine Lichtmenge auf die aktive Fläche, die einen Empfangs-Meßgröße erzeugt, welcher die Schaltschwelle gerade übersteigt oder unterschreitet. Ein beliebiges Objekt wird dann erfaßt, wenn die Schaltschwelle im Dunkelzustand unter- und im Hellzustand überschritten wird. Bei Tastern entspricht Anwesenheit des Objekts normalerweise dem Hellzustand und Abwesenheit dem Dunkelzustand; bei Lichtschranken ist es umgekehrt.
Die Schaltschwelle muß demnach an die zu detektierenden Objekte bzw. an die Betriebssituation des Sensors angepaßt sein, um deren sichere Erfassung zu gewährleisten. Die Schaltschwelle ist mittels eines Potentiometers manuell einstellbar. Es sind jedoch auch Optosensoren bekannt, welche eine automatische Empfindlichkeitseinstellung durchführen. Dazu startet der Anwender einen Programmiermodus des Sensors und stellt dann nacheinander für jeweils einige Sekunden den Zustand "Objekt vorhanden" und "Objekt nicht vorhanden" her, welches dem Sensor jeweils durch Knopfdruck mitzuteilen ist. Der Sensor berechnet dann automatisch die Schaltschwelle als Mittelwert aus den Empfangs-Meß- größen in den beiden Zuständen und stellt diese ein.
Nachteilig am Stand der Technik ist, daß dem Sensor definierte Zustände "Objekt vorhanden" bzw. "Objekt nicht vorhanden" vorgelegt werden müssen und dies jeweils manuell quittiert werden muß. Diese Vorgehensweise ist bei sich schnell bewegenden Objekten, z. B. Objekten auf einem Förderband, welche gezählt werden sollen, nicht ohne Unterbrechung der zu überwachenden Vorgänge möglich, z. B. nicht ohne Anhalten des Förderbandes. Eine Empfindlichkeitseinstellung des Sensors am Orte seines späteren Einsatzes und unter den Einsatzbedingungen ist jedoch für ein optimales Funktionieren unabdingbar. Eine Neuinstallation oder ein Auswechseln eines Sensors oder auch eine Anpassung der Sensoreinstellung an veränderte Objektbedingungen oder zum Ausgleich von Verschmutzung der aktiven Sensorfläche bedeutet dann in jedem Fall, daß die zu überwachenden Vorgänge unterbrochen werden müssen. Dies ist insbesondere bei komplexen Fertigungsstraßen mit einer Vielzahl von Sensoren zeitaufwendig und wirtschaftlich unrentabel.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, die Empfindlichkeitseinstellung eines schaltenden Sensors in situ, schnell und unter seinen späteren Einsatzbedingungen mit beliebigen Objektzuständen durchzuführen, ohne daß eine aufwendige Präparation von Schaltzuständen, wie Hell- und Dunkelzustand beim optischen Sensor, mit Unterbrechung der zu überwachenden Vorgänge notwendig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung (Schaltschwelleneinstellung) bei einem schaltenden Sensor, wobei die Empfindlichkeitseinstellung als automatischer Einlernvorgang mit folgenden Schritten durchgeführt wird:
  • a) zu Beginn des Einlernvorgangs wird zwei Hilfsschwellen E1 bzw. E2 der gleiche Wert Estart (E1, E2≈Estart) zugewiesen, der z. B. der Wert der Empfangs-Meßgröße im Ruhezustand des Sensors ist (Hintergrundpegel);
  • b) bei erstmaliger Abweichung der Empfangs-Meßgröße E vom Wert Estart folgen beide Hilfsschwellen gleichermaßen der Empfangs-Meßgröße, d. h. es gilt weiterhin E1≈E2;
  • c) im weiteren Einlernvorgang wird die obere Hilfsschwelle E1 der Empfangs-Meßgröße zu höheren Werten E hin nachgeführt, analog folgt die untere Hilfsschwelle E2 der Empfangs-Meßgröße zu niedrigen Werten E hin;
  • d) bei Beendigung des Einlernvorgangs wird die Schaltschwelle S auf den Mittelwert aus der oberen und unteren Hilfsschwelle E1 bzw. E2 gelegt, d. h. S = ½(E1 + E2).
Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch einen Sensor, welcher seine Schaltschwelle durch interne Signalverarbeitung nach dem oben genannten Verfahren automatisch einzustellen imstande ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahren sowie des Sensors sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der Sensor verhält sich im Einlernmodus wie ein doppelter Spitzen­ wert-Detektor, und zwar jeweils für die maximal bzw. minimal gemessene Empfangs-Meßgröße. Die Hilfsschwellen werden so nachgeführt, daß sie im Laufe des Einlernens der maximalen bzw. minimalen Empfangs-Meßgröße möglichst nahe kommen, vorzugsweise diesen Wert einnehmen. Die Schaltschwelle wird auf den Mittelwert der Hilfsschwellen eingestellt.
Im folgenden wird stets davon ausgegangen, daß die Empfangs-Meßgröße im Zustand "kein Objekt vorhanden" nahezu Null ist und beim Heranführen eines Objekts ansteigt. Der umgekehrte Fall ist ebenso möglich und wird analog behandelt.
Die minimale Empfangs-Meßgröße, d. h. die Lage der unteren Hilfsschwelle, wird erst ermittelt, wenn einmal eine Empfangs-Meßgröße gemessen wurde, die vom Startwert der Hilfsschwellen - im Verfahrensschritt a) eingestellt - abweicht. Dieser Startwert kann der Wert der Hinter­ grund-Empfangs-Meßgröße sein, z. B. entsprechend der im Dunkelzustand ("kein Objekt vorhanden") auf die aktive Fläche eines optischen Sensors fallenden Lichtmenge.
Zunächst, im Verfahrensschritt b) folgen die beiden Hilfsschwellen der Empfangs-Meßgröße, die ansteigt, wenn dem Sensor ein Objekt präsentiert wird. Der Anstieg der Hilfsschwellen kann gegenüber der Empfangs-Meß- größe zeitlich verzögert sein, so daß die Hilfsschwelle(n) von der maximalen Empfangs-Meßgröße abweichen, wenn das Objekt bei schnellen zu überwachenden Vorgängen schnell wieder entfernt wird. Im weiteren Verfahren wird die obere Hilfsschwelle E1 der Empfangs-Meßgröße zu höheren Werten E hin nachgeführt, analog folgt die untere Hilfsschwelle E2 der Empfangs-Meßgröße zu niedrigen Werten E hin, so daß letzendlich die Hilfsschwellen unabhängig vom vorher eingestellten Startwert Estart die Extremalwerte der Empfangs-Meßgröße einnehmen bzw. sich daran annähern. Vorzugsweise dauert die Einlernphase wenigstens so lange, bis die Hilfsschwellen die Extremalwerte angenommen haben.
Das Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung von schaltenden Sensoren hat den Vorteil, daß sowohl statische als auch dynamische Objekte zum Einstellen der geeigneten Schaltschwelle verwendet werden können und damit der Sensor an statische wie an dynamische Objekte angepaßt werden kann. Im Falle eines statischen Objekts stimmen obere und untere Hilfsschwelle überein, da ja die Empfangs-Meßgröße konstant ist. Die Schaltschwelle wird damit auf genau die Empfangs-Meßgröße gelegt, die diesem statischen Objekt entspricht; der Sensor wird auf dieses Objekt geeicht. Verfahrensschritt c) bewirkt kein Auseinanderdriften der Hilfsschwellen, sondern nur eine weitere Annäherung an die Empfangs-Meßgröße. Somit kann der Einlernvorgang bei einem statischen Objekt bereits nach dem Verfahrens schritt b) beendet werden.
Im Falle eines dynamischen Objekts, d. h. bei schnellem Entfernen und Wiedervorlegen des Objekts, nehmen die Hilfsschwellen im Laufe der Einlernphase den Wert des maximalen bzw. minimalen Empfangspegels an, welche in diesem Fall voneinander verschieden sind. Die minimale Empfangs-Meßgröße entspricht in der Regel dem Fall ohne Objekt, oft mit einem Hintergrund-Empfangpegel, wie er in der Betriebssituation des Sensors vorhanden ist. Die Schaltschwelle wird auf den Mittelwert der Hilfsschwellen gelegt. Eine Unterbrechung der Schaltvorgänge, die mit dem Sensor überwacht werden sollen, zum Einstellen des Sensors wird durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden.
Der Sensor erkennt nach Beendigung des Verfahrens selbständig den Unterschied zwischen Objekt und Hintergrund, sofern im beide Zustände mit beliebig vielen Unterbrechungen mit einer Mindestzeit, die notwendig ist, den Maximal- und Minimalpegel genau genug zu erfassen, vorgeführt werden. Objekt und Hintergrund können sich bis zur maximalen Schaltfrequenz des Sensors abwechseln. Ein Tastendruck zur Signalisierung der jeweiligen Zustände ist nicht notwendig.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bricht der Einlernvorgang automatisch ab, wenn die Hilfsschwellen den maximalen bzw. minimalen Empfangs-Meßgröße angenommen haben. Dies kann z. B. geschehen, wenn die Hilfsschwellen innerhalb bestimmter Toleranzen konstant bleiben. Weiterin vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren nach einem bestimmten Zeitintervall automatisch abgebrochen wird. Das Zeitintervall sollte so gewählt werden, daß die Hilfsschwellen (z. B. unter Annahme der maximalen Schaltfrequenz) ausreichend Zeit hatten, sich auf die Spitzenwerte der Empfangs-Meßgröße einzustellen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Einlernvorgang manuell beendet wird. Insgesamt sind jedoch nicht mehr als zwei Handgriffe des Benutzers zum Einstellen der Empfindlichkeit notwendig.
Weiterhin wesentlicher Beitrag zur Lösung der Aufgabe ist ein Sensor, bei dem das oben beschriebene Verfahren implementiert ist, so daß er seine Empfindlichkeit automatisch oder auf manuellen Befehl an die aktuellen Betriebsbedingungen anzupassen imstande ist, ohne daß besondere weitere Eingabebefehle seitens des Benutzers wie auch Präparation besonderer Objektzustände notwendig sind.
Der Sensor startet den Einlernvorgang automatisch oder nach manueller Eingabe und beendet ihn auf einen weiteren Tastendruck oder nach einem Zeitintervall oder wenn die Hilfsschwellen die Extremalwerte der Empfangs-Meß- größe angenommen haben. Weiterhin ist möglich, daß der Sensor den Einlernvorgang automatisch beendet, wenn sich der Empfangspegel mehrfach um mehr als einen vorgegebenen Pegelunterschied, z. B. die Schalthysterese, geändert hat und die Hilfsschwellen diese Pegelunterschiede schon erfaßt haben und sich demnach zeitlich nicht mehr verändern. Dies ist vorteilhaft zur Unterdrückung von rauschbedingten Schwankungen oder ungewollten Taumelbewegungen des Objekts.
Dieser Einlernvorgang ist beliebig oft durchführbar, so daß der Sensor leicht an veränderte Betriebsbedingungen angepaßt oder nachjustiert werden kann, ohne in die Sensorumgebung einzugreifen. Insbesondere kann der Einlernvorgang auch während des laufenden Betriebs des Sensors zum Nachführen der Schaltschwelle bei Dejustage und/oder Verschmutzung und/oder Änderung der Betriebsbedingungen durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Einlernvorgang im Hintergrund und ohne Beeinflussung/Störung des laufenden Sensorbetriebs, d. h. als zur normalen Sensorfunktion paralleler Prozeß, zu jedem Zeitpunkt durchführbar.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der erfindungsgemäße Sensor zwei zusätzliche Hilfsschwellen auf, welche ein Funktionsreserve-Band der Breite ΔE markieren. ΔE gibt die minimale zulässige Differenz der Empfangs-Meßgröße im Falle mit und ohne Objekt an, bei denen der Sensor noch zuverlässig zwischen diesen beiden Fällen unterscheiden kann, d. h. das Objekt zuverlässig detektieren kann. Ist der Abstand zwischen dem maximalen und dem minimalen Empfangs-Meßgröße bzw. zwischen den Hilfsschwellen, die die gemessenen Spitzenwerte anzeigen und aus denen die Schaltschwelle berechnet wird, kleiner als die Breite des Funktionsreserve-Bandes, so gibt der Sensor schon beim Abschluß des Einlernvorgangs ein Warnsignal. Dem Benutzer wird somit angezeigt, daß der Sensor möglicherweise unter den vorherrschenden Bedingungen ein Objekt nicht zuverlässig zu erkennen vermag. Dies ist vor allem bei dynamischen Schaltvorgängen von Vorteil; beim statischen Einlernen sollte diese Warnung unterdrückt werden, da in diesem Fall die beiden Hilfsschwellen E1 und E2 stets annähernd miteinander übereinstimmen.
Weiterhin vorteilhaft ist ein Sensor, der ein Warnsignal erzeugt, wenn sich die Hilfsschwellen E1 und E2 bei Beendigung des Einlernvorgangs nur unwesentlich von ihrem Startwert entfernt haben. In diesem Fall hat der Sensor kein Target erkannt, so daß auch keine sinnvolle Schaltschwelle eingestellt werden kann.
Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1a) bis 1d) einen Sensor mit Objekt in vier verschiedenen Situationen;
Fig. 1a') bis 1d') die entsprechende Empfangs-Meßgröße E des Sensors als Funktion der Zeit t;
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Fig. 1a) bis 1d) zeigen einen Sensor 1 mit Objekt 2 in vier verschiedenen Situationen, d. h. mit verschiedenen Abständen des Objekts von der aktiven Fläche 3 des Sensors. In den Fig. 1a') bis 1d') ist jeweils die der Situation 1a) bis 1d) entsprechende Empfangs-Meßgröße E des Sensors bzw. das Sensorsignal als Funktion der Zeit t dargestellt. Als Empfangs-Meßgröße im Sinne der obigen Beschreibung ist die Amplitude des Sensorsignals anzusehen.
Der Sensor ist in diesem Beispiel ein optischer Näherungsschalter, dessen Empfangspegel vom Abstand des Objekts von der aktiven Fläche des Sensors sowie von der Beschaffenheit des Objekts abhängt. Der Sensor erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Amplitude eine Schaltschwelle überschreitet. Diese Schaltschwelle sowie gegebenenfalls weitere daraus resultierende Schwellen, z. B. die Funktionsreserve, soll mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellt werden.
In Fig. 1a) nähert sich das Objekt 2 aus der Position A, dem maximalen Abstand des Objekts vom Sensor, an den Sensor 1 an. Die Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet. Das entsprechende Sensorsignal ist in Fig. 1a') als Funktion der Zeit t dargestellt und ist eine rechteckförmige Schwingung mit der Amplitude Estart entsprechend dem Hintergrund-Empfangspegel des Sensors. Den Hilfsschwellen E1 und E2 wird zu Beginn des Einlernvorgangs als Verfahrensschritt a) jeweils der Wert Estart zugewiesen. Denkbar ist auch, die Hilfsschwellen zu Beginn des Verfahrens auf Null zu setzen, d. h. Estart=0 unabhängig vom Objekt.
In Fig. 1b) befindet sich das Objekt 2 im minimalen Abstand vom Sensor 1 in der Position B und entfernt sich wieder vom Sensor. Bei der Annäherung des Objekts ist die Empfangs-Meßgröße des Sensors vom minimalen Wert Estart auf den maximalen Wert Emax gestiegen, wie in Fig. 1b') dargestellt. Die Hilfsschwellen E1 und E2 wurden diesem im Verfahrensschritt b) nachgeführt und stimmen mit diesem überein. Würde der Einlernvorgang in dieser Situation abgebrochen, so würde der Schaltschwelle der Wert Emax zugewiesen, d. h. der Sensor wäre auf ein Objekt an der Position B justiert und würde immer dann schalten, wenn ein identisches Objekt sich über die Position B hinaus seiner aktiven Fläche nähert. Falls beispielsweise Schwingungen des Objekts zwischen den Positionen A und B gezählt werden sollen, ist diese Einstellung der Schaltschwelle zu unsicher, da möglicherweise die Empfangs-Meßgröße Schwankungen unterworfen ist und das Objekt selbst in Position B kein Schaltsignal auslöst.
Daher wird das Verfahren wie folgt weitergeführt: Das Objekt entfernt sich wieder vom Sensor, wie in Fig. 1c) gezeigt. Dort nimmt es eine Position zwischen A und B ein. Die entsprechende Amplitude des Sensorsignals, aus Fig. 1c') zu entnehmen, liegt zwischen Emax und Estart. Die obere Hilfsschwelle E1 ist auf dem bisherigen Spitzenwert Emax stehengeblieben, die untere Hilfsschwelle E2 ist der Empfangs-Meßgröße zu niedrigen Werten hin gefolgt - Verfahrensschritt c) - und hat den aktuellen Wert der Empfangs-Meßgröße angenommen, welcher dem minimalen Wert seit Beginn des Verfahrensschritts c) entspricht.
Das Objekt bewegt sich nun weiter zurück zum Umkehrpunkt seiner Bewegung, der Position A. In Fig. 1d) hat es diese Position erreicht, und das Sensorsignal schwingt mit minimaler Amplitude Emin, dargestellt in Fig. 1d'). Die obere Hilfsschwelle E1 ist weiterhin auf dem bisherigen Spitzenwert Emax stehengeblieben, die untere Hilfsschwelle E2 ist der Empfangs-Meßgröße weiterhin zu niedrigen Werten hin gefolgt. Eine Positionsänderung des Objekts in den durch die Punkte A und B markierten Grenzen, z. B. während eines weiteren Schwingvorgangs, führt zu keiner weiteren Veränderung der Hilfsschwellen E1 und E2. Die Einlernphase ist in diesem Beispiel beendet; die Schaltschwelle S wird als Verfahrens schritt d) auf den Mittelwert aus E1 und E2 gelegt. Der Sensor schaltet immer dann, wenn sich das Objekt vom Punkt A aus dem Sensor nähert, und zwar etwa wenn es den halben Weg von A nach B zurückgelegt hat.
Die Bewegung des Objekts von A nach B und zurück muß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Empfindlichkeitseinstellung des Sensors nicht verlangsamt oder gar angehalten werden. Dem Sensor müssen nicht - wie bisher notwendig - zwei Zustände einzeln präsentiert werden, die er unterscheiden soll, z. B. Objekt an Punkt A bzw. Objekt an Punkt B. Statt dessen stellt der Sensor seinen optimalen Schaltpunkt während des Bewegungsvorgangs des Objekts ein, der unbeeinflußt bleibt, d. h. in der späteren Betriebssituation des Sensors.
In Fig. 2 ist der Ablauf des Verfahrens zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung bei einem Sensor anhand des zeitlichen Verlaufs der Empfangs-Meßgröße E (bzw. der Amplitude des Sensorsignals) und der Hilfsschwellen E1 und E2 gezeigt. Dargestellt sind die Empfangs-Meß- größe E und die Hilfsschwellen E1 und E2 als Funktion der Zeit t. Es wird ein dynamisches Objekt zugrundegelegt, z. B. auf einem Förderband an der aktiven Fläche des Sensors vorbeitransportierte gleichartige Gegenstände, was sich in einer nahezu rechteckförmig oszillierenden Empfangs-Meßgröße E äußert. Falls sich ein Objekt nahe an der aktiven Fläche des Sensors befindet, Zustand "Objekt vorhanden", nimmt E den maximalen Wert Emax an; befindet sich kein Objekt vor dem Sensor, Zustand "Objekt nicht vorhanden", nimmt E den minimalen Wert Emin an. Zwischen diesen beiden Zuständen wird schnell gewechselt, z. B. bis zur maximalen Schaltfrequenz des Sensors.
Im ersten Verfahrensschritt a), auf der t-Achse mit I markiert, wird den Hilfsschwellen E1 und E2 der Wert Estart zugewiesen, der mit der minimalen Empfangs-Meßgröße Emin übereinstimmt. Ein Zuweisen des Werts E1,E2=0 ist jedoch z. B. ebenso möglich.
Der zweite Verfahrensschritt b), auf der t-Achse mit II markiert, beginnt, wenn die Empfangs-Meßgröße E erstmals vom Startwert Estart abweicht. Beide Hilfsschwellen E1 und E2 folgen der ansteigenden Empfangs-Meß­ größe gleichermaßen, jedoch mit einer verlängerten Anstiegszeit, so daß sie die maximale Empfangs-Meßgröße während des ersten Zustands "Objekt vorhanden" nicht erreichen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn dem Sensor ein Objekt nahe der maximalen Schaltfrequenz des Sensors vorgelegt und wieder entfernt wird; die elektronische Nachführung der Hilfsschwellen ist dann unter Umständen zu träge, um die Hilfsschwellen direkt auf die Empfangs-Meßgröße zu setzen. Das Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung ist dennoch auch bei sehr schnellen Schaltvorgängen einsetzbar.
Der zweite Verfahrensschritt endet, wenn die Empfangs-Meßgröße unter den aktuellen Wert der Hilfsschwellen abfällt. Damit beginnt der dritte Verfahrensschritt c), auf der t-Achse mit III markiert. Die Hilfsschwelle E1 folgt der Empfangs-Meßgröße zu höheren Werten hin, d. h. sie steigt immer dann an, solange E1<E. Falls E<E1, so bleibt die Hilfsschwelle E1 konstant auf ihrem bisher höchsten Wert. Analog folgt die Hilfsschwelle E2 der Empfangs-Meßgröße zu niedrigeren Werten hin, d. h. sie sinkt immer dann, solange E2<E. Falls E<E2, so bleibt die Hilfsschwelle E2 konstant auf ihrem bisher niedrigsten Wert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren zur Empfindlichkeitseinstellung müssen dem Sensor hier nicht die Zustände "Objekt vorhanden" und "Objekt nicht vorhanden" separat vorgelegt werden und jeweils so lange dauern, bis die Hilfsschwellen der (konstanten) Empfangs-Meßgröße gefolgt sind und dessen Wert eingenommen haben.
Der dritte Verfahrensschritt wird vorzugsweise dann beendet, wenn die Hilfsschwellen E1 und E2 sich nicht mehr verändern, d. h. den Wert der maximalen bzw. minimalen Empfangs-Meßgröße angenommen haben. Die Dauer des dritten Verfahrensschritts hängt von der Dauer der Zustände "Objekt vorhanden" und "nicht vorhanden" und der Anstiegs- bzw. Abfallzeitkonstanten der Hilfsschwellen ab und sollte daher an diese Parameter angepaßt sein. In dem hier gezeigten Beispiel wird der Endwert der unteren Hilfsschwelle E2 schon in der zweiten Phase "Objekt nicht vorhanden" nach Beginn des dritten Verfahrensschritts erreicht, während der Endwert der oberen Hilfsschwelle E1 erst in der dritten Phase "Objekt vorhanden" eingenommen wird.
Im vierten Verfahrens schritt d), auf der t-Achse mit IV markiert, wird die Schaltschwelle S auf den Mittelwert aus oberer und unterer Hilfsschwelle gesetzt. Vorzugsweise ist dies der Mittelwert aus minimaler und maximaler Empfangs-Meßgröße. In diesem Fall schaltet der Sensor, wenn die Empfangs-Meßgröße die Schaltschwelle überschreitet, d. h. wenn sich das Objekt dem Sensor nähert, jedoch noch nicht vollständig in dessen Einflußbereich gelangt ist. Der Sensor wird so sicher jedes Objekt detektieren, auch wenn die entsprechende maximale Empfangs-Meßgröße unterhalb der in der Einlernphase gemessenen maximalen Empfangs-Meß­ größe liegt, mit deren Hilfe die Schaltschwelle eingestellt wurde.

Claims (15)

1. Verfahren zur automatischen Empfindlichkeitseinstellung (Schaltschwelleneinstellung) bei einem schaltenden Sensor (1), wobei die Empfindlichkeitseinstellung als automatischer Einlernvorgang mit folgenden Schritten durchgeführt wird:
  • a) zu Beginn des Einlernvorgangs wird zwei Hilfsschwellen E1 bzw. E2 der gleiche Wert Estart (E1,E2≈Estart) zugewiesen, der z. B. der Wert der Empfangs-Meßgröße im Ruhezustand des Sensors ist (Hintergrundpegel);
  • b) bei erstmaliger Abweichung der Empfangs-Meßgröße E vom Wert Estart folgen beide Hilfsschwellen gleichermaßen der Empfangs-Meßgröße, d. h. es gilt weiterhin E1≈E2;
  • c) im weiteren Einlernvorgang wird die obere Hilfsschwelle E1 der Empfangs-Meßgröße zu höheren Werten E hin nachgeführt, analog folgt die untere Hilfsschwelle E2 der Empfangs-Meßgröße zu niedrigen Werten E hin;
  • d) bei Beendigung des Einlernvorgangs wird die Schaltschwelle S auf den Mittelwert aus der oberen und unteren Hilfsschwelle E1 bzw. E2 gelegt, d. h. S = ½ (E1 + E2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlernvorgang abbricht, wenn die Hilfsschwellen die maximale bzw. . minimale gemessene Empfangs-Meßgröße angenommen haben, d. h. E1≈Emax, E2=Emin und S≈½(Emax+Emax).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlernvorgang nach einem Zeitintervall Δt abbricht
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlernvorgang manuell beendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in der späteren Betriebssituation des Sensors (1) durchgeführt wird, d. h. mit statischem oder auch mit dynamischem Objekt (2).
6. Sensor, welcher dann schaltet, wenn seine Empfangs-Meßgröße E eine einstellbare Schaltschwelle S über- bzw. unterschreitet, dadurch gekennzeichnet,
daß er seine Schaltschwelle durch interne Signalverarbeitung nach folgendem Verfahren automatisch einzustellen imstande ist (Einlernvorgang):
  • a) zu Beginn des Einlernvorgangs wird zwei Hilfsschwellen E1 bzw. E2 der gleiche Wert Estart (E1,E2≈Estart) zugewiesen, der z. B. der Wert der Empfangs-Meßgröße im Ruhezustand des Sensors ist (Hintergrundpegel);
  • b) bei erstmaliger Abweichung der Empfangs-Meßgröße E vom Wert Estart folgen beide Hilfsschwellen gleichermaßen der Empfangs-Meßgröße, d. h. es gilt weiterhin E1≈E2;
  • c) im weiteren Einlernvorgang wird die obere Hilfsschwelle E1 der Empfangs-Meßgröße zu höheren Werten E hin nachgeführt, analog folgt die untere Hilfsschwelle E2 der Empfangs-Meßgröße zu niedrigen Werten E hin;
  • d) bei Beendigung des Einlernvorgangs wird die Schaltschwelle S auf den Mittelwert aus der oberen und unteren Hilfsschwelle E1 bzw. E2 gelegt, d. h. S = ½ (E1 + E2).
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er den Einlernvorgang nach manueller Eingabe startet bzw. beendet.
8. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er den Einlernvorgang nach manueller Eingabe startet und nach einem Zeitintervall Δt automatisch beendet.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er den Einlernvorgang automatisch beendet, wenn sich die Hilfsschwellen nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls zeitlich nicht mehr ändern, wobei das Zeitintervall vorzugsweise so groß gewählt ist, daß sich ein dynamisches Objekt dem Sensor mehrere Male innerhalb dieses Zeitintervalls nähert.
10. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er den Einlernvorgang automatisch beendet, wenn die Hilfsschwellen zwei vorgegebene Zusatz-Hilfsschwellen über- bzw. unterschritten haben oder einen vorgegebenen Pegelabstand aufweisen.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlernvorgang beliebig oft durchführbar ist, insbesondere auch während des laufenden Betriebs des Sensors zum Nachführen der Schaltschwelle bei Dejustage und/oder Verschmutzung und/oder Änderung der Betriebsbedingungen.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche Hilfsschwellen ein Funktionsreserve-Band der Breite ΔE markieren und der Sensor ein Warnsignal erzeugt, falls bei Beendigung des Einlernvorgangs |E1-E2|<ΔE.
13. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Warnsignal erzeugt, falls bei Beendigung des Einlernvorgangs E1,E2≈Estart, d. h. kein Objekt erkannt wurde.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlernvorgang während des laufenden Betriebs automatisch in regelmäßigen zeitlichen Abständen und/oder nach Bedarf manuell zum Nachführen der Schaltschwelle bei Dejustage und/oder Verschmutzung und/oder Änderung der Betriebsbedingungen gestartet wird.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlernvorgang im Hintergrund und ohne Beeinflussung/Störung des laufenden Sensorbetriebs als zur normalen Sensorfunktion paralleler Prozeß zu jedem Zeitpunkt durchführbar ist ("Sensor im Sensor").
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