DE19754963A1 - Reflexionslichttaster - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung 197 07 861.3-52) ist eine Reflexionslichtschranke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt in Weiterbildung des Gegenstands des Hauptpatents die Aufgabe zugrunde, die Reflexionslichtschranke möglichst einfach und flexibel einstellbar zu gestalten.

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

Dort wird zur Einstellung der Tastweite in der entsprechenden Entfernung zum Reflexionslichttaster ein Testobjekt in den Strahlengang eingebracht.

Danach wird über eine extern betätigbare Signalleitung der Einstellvorgang aktiviert. Besonders vorteilhaft kann an der Aussenseite des Reflexionslicht­ tasters 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 Schalt­ punkt 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.

Erfindungsgemäß kann die Reflexionslichtschranke unterschiedliche Tastweiten aufweisen. Dabei können die einzelnen Tastweiten auf einfache Weise einge­ stellt werden. Die Einstellung der einzelnen Tastweiten erfolgt dabei zeitlich nacheinander bei jeweils auf ein Testobjekt gerichteten Sendelichtstrahlen.

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. 3: Blockschaltbild der Auswerteschaltung des erfindungsgemäßen Re­ flexionslichttasters,

Fig. 4: Zeitdiagramm des Verlaufs der Signale am einstellbaren Wider­ standselement und in der Steuerlogik während des Einstellvor­ gangs,

Fig. 5: Zeitdiagramm für den Abfragetakt der Schaltpunkte für die einzel­ nen Tastweiten.

Fig. 1 zeigt einen Reflexionslichttaster 1 zum Erfassen von Objekten 2 in einem Überwachungsbereich. Der Reflexionslichttaster 1 weist einen Sendelicht­ strahlen 3 emittierenden Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 emp­ fangenden Empfänger 6 auf, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 7 integriert sind. Der Sender 4 und der Empfänger 6 sind an eine gemeinsame Auswerte­ schaltung 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 das 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 Reflexionslichttasters 1 gemäß dem Hauptpatent 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 eine Zuleitung 11 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 Ver­ stärker 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 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 angeschlossen. Der Ausgang des Impulsgenerators 19 ist an den Eingang INC des Digital­ poteniometers 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 Schaltzustand "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 ge­ bildete 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 Signalim­ pulsfolge generiert, die über den Eingang INC in das Digitalpotentiometer ein­ gelesen wird. Durch das Setzen des RS-Flip-Flops 17 wird zudem die Zeitstufe 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 eingelesen. Mittels des Signalimpulses wird im Digital­ potentiometer ein Schleifer bewegt, wodurch der Widerstandswert des Digital­ potentiometers bis auf den der Tastweite Null entsprechenden Minimalwert re­ duziert wird.

Sobald der in der Zeitstufe 18 generierte Signalimpuls abgelaufen ist und nicht mehr am Eingang U/D des Digitalpotentiometers ansteht, wird durch die am Eingang INC des Digitalpotentiometers anstehenden Signalimpulsfolge der Zählerstand eines Zählers schrittweise erhöht. Entsprechend der Erhöhung des Zählstands wird der Widerstandswert des Digitalpotentiometers schrittweise er­ höht. Dadurch ändert sich auch das Signalverhältnis an den Ausgängen der Ver­ stärker 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 Schaltvor­ gang setzt das RS-Flip-Flop 17 zurück. Dadurch liefert auch der Impulsgenera­ tor 19 keine Signalimpulse mehr, so daß die Widerstandsänderung im Digitalpo­ tentiometer beendet ist. Durch das Rücksetzen des RS-Flip-Flop 17 erfolgt zu­ dem ein Signalwechsel am Eingang CS des Digitalpotentiometers. Durch diesen Signalwechsel wird der dem Widerstandswert entsprechende Zählerstand des Zählers in ein Speicherelement im Digitalpotentiometer eingelesen. Das Spei­ cherelement 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.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Weiterbildung des Reflexionslichttasters 1 gemäß Fig. 2 dargestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Reflexionslichttaster 1 sind mehrere Tastweiten einstellbar. Dabei erfolgt die Einstellung jeder Tast­ weite bei jeweils einem in einer vorgegebenen Distanz angeordnetem Test­ objekt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel können zwei Tast­ weiten eingestellt werden, wobei für jede Tastweiteneinstellung ein separates einstellbares Widerstandselement 14a, 14b vorgesehen ist. Dabei sind die Tast­ weiten so gewählt, daß eine Tastweite den Überwachungsbereich zu kleinen Distanzen hin und die andere Tastweite den Überwachungsbereich zu großen Distanzen hin begrenzen. Der Reflexionslichttaster 1 nimmt somit nur dann den Schaltzustand "ein" ein, wenn die Distanz des Objekts zum Reflexionslichttaster 1 größer als die untere und kleiner als die obere Tastweite ist.

Bei der Auswerteschaltung gemäß Fig. 3 sind verschiedene Anschlußmittel vorgesehen, über welche die Einstellungen der unterschiedlichen Tastweiten selektiv aktiviert werden können.

Das erste Anschlußmittel ist von einem Tastendecoder 26 und einer Taste 27 gebildet. Je nachdem ob die Taste 27 kurz oder lange gedrückt wird, wird die Einstellung der unteren bzw. oberen Tastweite aktiviert. Die Impulse zur Betäti­ gung der Taste 27 kommen vorzugsweise von einer SPS-Steuerung, an welche der Reflexionslichttaster 1 angeschlossen ist. Alternativ kann die die Betätigung der Taste 27 auch manuell erfolgen.

Zudem oder alternativ hierzu ist als Anschlußmittel eine Sensorbus-Schnittstelle 28 vorgesehen. Dieses Anschlußmittel wird dann benötigt, wenn der Reflexions­ lichttaster an ein Sensor-Bussystem angeschlossen ist. Über diese Sensorbus- Schnittstelle 28 wird eine Kennung in die Auswerteschaltung 8 eingelesen, wo­ bei dort in Abhängigkeit dieser Kennung die Aktivierung der Einstellung der oberen oder unteren Tastweite erfolgt. Die Vorgabe, welche Tastweite einzu­ stellen ist, erfolgt dann vorzugsweise über die den Master des Bussystems bildende zentrale Steuerung.

Die Anschlußmittel sind an Eingänge einer Steuerlogik 29 angeschlossen, welche die Einstellvorgänge steuert. Die Steuerlogik 29, welche vorzugsweise von einem Microcontroller gebildet ist, steuert zudem den Sender 4 über den Sendeimpulsgenerator 22 an, wodurch der Sender 4 im Pulsbetrieb betrieben wird.

Für den Einstellvorgang einer Tastweite ist eine Brückenschaltung vorgesehen, in welcher die Ausgänge des Nah- und Fernelements des Empfängers 6 auf einen Differenzverstärker 30 und das für die entsprechende Tastweite vorge­ sehene Widerstandelement 14a bzw. 14b geführt sind.

Dabei sind die einzelnen Widerstandselemente 14a, 14b über Schaltelemente 31, 32, 33, 34 mit der Steuerlogik 29 verbunden. Die Steuerlogik 29 aktiviert selek­ tiv einzelne Schaltelemente 31, 32 bzw. 33, 34 und schaltet auf diese Weise eines der Widerstandselemente 14a bzw. 14b der Brückenschaltung zu, während das andere Widerstandselement 14b bzw. 14a für diesen Einstellvorgang deakti­ viert bleibt. Die Widerstandselemente 14a, 14b bestehen vorzugsweise jeweils aus einem Digitalpotentiometer.

An die Steuerlogik 29 sind zwei D-Flip-Flops 35, 36 angeschlossen. Jedes der D-Flip-Flops 35, 36 ist über Leitungen F1, R1, bzw. F1, R2 mit Ausgängen und über eine Leitung Rdy1 bzw. Rdy2 mit einem Eingang der Steuerlogik 29 ver­ bunden.

Das am Ausgang des Differenzverstärkers 30 anstehende Signal ist über einen Bandpaß 37 auf Eingänge der D-Flip-Flops 35, 36 geführt.

Die Ausgänge der D-Flip-Flops 35, 36 sind über kurzschlußfeste Buffer-Schal­ tungen 39, 40 auf den Schaltausgänge 24, 24' und 25, 25' zur Anzeige der Schaltzustände des Reflexionslichttasters 1 geführt.

In Fig. 4 ist die zeitliche Abfolge eines Einstellvorgangs dargestellt.

Durch Betätigung des Anschlußmittels wird das Startsignal SET für den Ein­ stellvorgang einer Tastweite ausgelöst und in die Steuerlogik 29 eingelesen.

Das der Tastweiteneinstellung zugeordnete D-Flip-Flop 35 oder 36 wird darauf­ hin durch die Steuerlogik 29 aktiviert (SET FF). In dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel wird das D-Flip-Flop 35 aktiviert.

Durch dieses D-Flip-Flop 35 wird der Abfragetakt für den Einstellvorgang vor­ gegeben. Es wird zu Beginn des Einstellvorgangs zurückgesetzt. Am Ende des Einstellvorgangs wechselt der Signalzustand der Leitung Rdy1 am Ausgang des D-Flip-Flops 35 von low auf high.

Zu Beginn des Einstellvorgangs werden die Eingänge CS, U/D des von dem Digitalpotentiometer gebildeten Widerstandselements 14a und die Signale auf den Leitungen R1 und R2 zurückgesetzt.

Über den Eingang INC am Digitalpotentiometer wird dessen Widerstand schritt­ weise erhöht, bis der Nullabgleich der Brückenschaltung erreicht ist. Sobald dieses der Fall ist, wechseln die Signale am Eingang U/D und auf den Leitun­ gen R1 und R2, wobei der Widerstand des Widerstandselement 14a solange er­ höht wird, bis der Schaltpunkt, welcher der Tastweite entspricht, erreicht ist. Damit ist der Einstellvorgang beendet und das Signal Rdy1 nimmt den Wert high an, ebenso der Signalwert des Eingangs CS. Das D-Flip-Flop 35 wird gleichzeitig zurückgesetzt.

In Fig. 5 ist die zeitliche Abfolge der Abfrage der einzelnen Schaltpunkte während des Betriebs der Reflexionslichtschranke 1 dargestellt.

Die beiden Schaltpunkte werden zeitlich nacheinander im Zeitmultiplexbetrieb abgefragt.

Hierzu werden über die von der Steuerlogik 29 zu den Widerstandselementen 14a bzw. 14b führenden Signalleitungen S1 bzw. S2 die den unterschiedlichen Tastweiten zugeordneten Widerstandselemente 14a, 14b zeitversetzt jeweils einzeln aktiviert. Durch logisches Verknüpfen der Signale auf den Signalleitun­ gen S1 und S2 mit dem Sendetakt des Senders 4 ergeben sich zeitlich versetzte Impulsfolgen auf den Leitungen F1, F2, welche den Abfragetakt der einzelnen Schaltpunkte bilden.

Claims (16)

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 zur Einstellung der den Überwachungsbe­ reich begrenzenden Tastweite die Sendelichtstrahlen auf ein Testobjekt ge­ richtet sind und dabei generierte Empfangssignale am Nah- und Fern­ element mittels eines einstellbaren Widerstandselements (14) auf ein dem Schaltpunkt des Reflexionslichttasters (1) entsprechendes Verhältnis selbstätig einstellbar sind, und wobei der Einstellvorgang über eine extern betätigbare Signalleitung (16) aktivierbar ist nach Patent . . ../ Patentan­ meldung 197 07 861.3-52, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tastwei­ ten vorgesehen sind, deren Einstellung nacheinander bei jeweils in unter­ schiedlichen Distanzen angeordneten Testobjekten erfolgt.

2. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Tastweiten vorgesehen sind, welche den Überwachungs­ bereich zu kleinen und großen Distanzen hin begrenzen.

3. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellungen der unterschiedlichen Tastweiten selektiv über ein Anschlußmittel aktivierbar sind.

4. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußmittel von einem Tastendecoder (26) und einer Taste (27) gebildet ist, wobei durch die Dauer des Drückens der Taste (27) die Aktivierung der jeweiligen Tastweiteneinstellung vorgebbar ist.

5. Reflexionslichttaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußmittel von einer Sensorbus-Schnittstelle (28) gebildet ist.

6. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jede Tastweiteneinstellung ein einstellbares Widerstands­ element (14a, 14b) vorgesehen ist.

7. Reflexionslichttaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Einstellvorgang einer Tastweite eine Brückenschaltung vorgesehen ist, in welcher die Ausgänge des Nah- und Fernelements auf einen Differenz­ verstärker (30) und das für die Tastweite vorgesehene einstellbare Wider­ standselement (14a, 14b) geführt sind.

8. Reflexionslichttaster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Widerstandselemente (14a, 14b) der Brückenschaltung über eine Steuerlogik (29) und an diese angeschlossene Schaltelemente (31, 32, 33, 34) zuschaltbar sind.

9. Reflexionslichttaster nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußmittel auf einen Eingang der Steuerlogik (29) geführt ist.

10. Reflexionslichttaster nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (4) von der Steuerlogik (29) angesteuert wird.

11. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerlogik (29) von einem Microcontroller gebildet ist.

12. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Vorgabe des Taktes für die Abfrage der einzelnen Tast­ weiten für jede Tastweite jeweils ein D-Flip-Flop (35, 36) vorgesehen ist, welches über Zuleitungen (F1, R1 und F2, R2) an die Steuerlogik (29) an­ geschlossen ist.

13. Reflexionslichttaster nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6) von einem PSD-Element gebildet ist.

14. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einstellbaren Widerstandselemente (14a, 14b) jeweils von einem Digitalpotentiometer gebildet sind.

15. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sender (4) über einen Sendeimpulsgenerator (22) im Pulsbetrieb betrieben wird.

16. Reflexionslichttaster nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während dessen Betriebs die den Tastweiten entsprechenden Schaltpunkte zeitlich nacheinander im Mulitplexbetrieb abgefragt werden.