DE19808215A1 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents
Optoelektronische VorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung (1) zum Erfassen von Objekten (2) in einem Überwachungsbereich mit einem Sendeelement (3) und einem ein Nahelement (8) und ein Fernelement (9) aufweisenden Empfangselement (4) sowie einem binären Schaltausgang. Das Sendeelement (3) weist zwei Sender (11, 12) auf, die zeitversetzt im Pulsbetrieb betrieben werden. Die Strahlachsen der von den Sendern (11, 12) emittierten Sendelichtstrahlen (10, 10') parallel oder nahezu parallel verlaufen, so daß sich deren Sendeflecke innerhalb des Überwachungsbereichs teilweise überlappen. Die an den Ausgängen des Nah- (8) und Fernelements (9) anstehenden Empfangssignale werden in Abhängigkeit des jeweils aktivierten Senders (11 oder 12) selektiv erfaßt und zur Erfassung der Objekte (2) und zur Elimination von Störeinflüssen die Summen oder Differenzen verschiedener Empfangssignale in einer Auswerteeinheit mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden, wobei in Abhängigkeit des Vergleichs der Schaltausgang einen definierten Schaltzustand einnimmt.
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren
zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich.
Bei bekannten derartigen optoelektronischen Vorrichtungen trifft das von ei
nem Sender emittierte und von einem Objekt zurückreflektierte Sendelicht auf
das Nah- und das Fernelement des Empfangselements. Aus den am Ausgang
des Nah- und Fernelements in Form von Spannungswerten anstehenden Emp
fangssignalen wird das Differenzsignal gebildet. Dieses Differenzsignal wird
mit einem Schwellwert S1 bewertet. Überschreitet das Differenzsignal den
Schwellwert S, wechselt der Schaltausgang in den Schaltzustand EIN. Damit
der Schaltvorgang nicht durch die Eingangsrauschspannung ungewollt ausge
löst wird, liegt der Schwellwert S1 oberhalb des Rauschspitzenwerts. Zusätz
lich ist ein zweiter, unterhalb von S1 liegender Schwellwert S2 vorgesehen.
Der Wert von S2 liegt etwa bei 0 Volt. Unterschreitet das Differenzsignal den
Wert von S2 so wechselt der Schaltzustand am Schaltausgang wieder auf den
Wert AUS.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß die Ansprechdistanz, bei welcher ein
Wechsel des Schaltzustands der Vorrichtung erfolgt, von der Oberflächenbe
schaffenheit des Objekts, insbesondere von dessen Reflektivität, stark abhängt.
Je dunkler die Objektoberfläche, desto weiter wird die Ansprechdistanz, bei
welcher der Schaltausgang in den Schaltzustand EIN wechselt, zu geringen
Distanzen hin verschoben. Dieser systematische Meßfehler bildet den Schwarz-
Weiß-Fehler der Vorrichtung.
Desweiteren kann bei einer derartigen Vorrichtung auch ein Kantenfehler auf
treten. Dieser Fehler tritt auf, wenn der Sendefleck des Senders zu einem Teil
auf ein Objekt und zum anderen Teil auf den dahinterliegenden Hintergrund
trifft. Ist der Hintergrund erheblich heller als das Objekt, so wird der Anteil des
vom Hintergrund stammenden Signals im Differenzsignal überproportional
berücksichtigt, was zu einer Nichterfassung des Objekts führen kann. Umge
kehrt kann ein helles Objekt vor einem dunklen Hintergrund unter Umständen
als im Überwachungsbereich befindlich erkannt werden, obwohl es sich tat
sächlich noch außerhalb des Überwachungsbereichs befindet.
Der Schwarz-Weiß-Fehler kann bei derartigen Vorrichtungen dadurch elimi
niert werden, daß anstelle eines Differenzsignals der Quotient der Empfangs
signale des Nah- und Fernelements gebildet wird. Jedoch verbleibt noch der
Kantenfehler. Ferner ist nachteilig, daß die Quotientenbildung zeitaufwendig
ist und einen großen Schaltungsaufwand erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Vorrichtung der eingangs
genannten Art eine möglichst sichere Objektdetektion mit möglichst geringem
Schaltungsaufwand zu erzielen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 vorge
sehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß weist die optoelektronische Vorrichtung zwei Sender auf, die
zeitversetzt im Pulsbetrieb betrieben werden. Die Strahlachsen der von den
Sendern emittierten Sendelichtstrahlen verlaufen parallel oder nahezu parallel,
so daß sich deren Sendeflecken innerhalb des Überwachungsbereichs teilweise
überlappen.
Mit dieser Senderanordnung wird bei der Abtastung eines Objekts ein diffe
renzierter Signalverlauf erhalten, durch dessen Auswertung eine Erfassung der
Objekte mit stark reduziertem Kantenfehler und Schwarz-Weiß-Fehler ermög
licht wird. Um dies zu erreichen werden die Summen und Differenzen von den
an den Ausgängen des Nah- und Fernelements anstehenden Empfangssignale in
Abhängigkeit des jeweils aktivierten Senders selektiv erfaßt und mit vorgege
benen Sollwerten verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleiches nimmt der
Schaltausgang jeweils einen definierten Schaltzustand ein. Vorteilhaft dabei ist
insbesondere, daß keine Quotientenbildung von Signalen notwendig ist. Zur
Auswertung der Signale, die durch die einzelnen Sender erzeugt und am
Nah- oder Fernelement anstehen, werden jeweils nur Summen oder Differenzen von
Signalen gebildet. Diese Rechenoperationen erfordern keinen großen Schal
tungsaufwand und können mit sehr geringer Rechenzeit durchgeführt werden.
Zudem kann durch geeignete Variationen im Auswerteverfahren die Arbeits
weise der optoelektronischen Vorrichtung an spezielle Applikationen auf einfa
che Weise angepaßt werden.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen optoelektroni
schen Vorrichtung.
Fig. 2 Erstes Ausführungsbeispiel des Sendeelements der Vorrichtung ge
mäß Fig. 1.
Fig. 3 Zweites Ausführungsbeispiel des Sendeelements der Vorrichtung
gemäß Fig. 1.
Fig. 4 Drittes Ausführungsbeispiel des Sendeelements der Vorrichtung ge
mäß Fig. 1.
Fig. 5 Querschnitt durch die Sendeflecke der von den Sendern des Sende
elements emittierten Sendelichtstrahlen.
Fig. 6 Impulsdiagramm der von den Sendern emittierten Sendelichtimpulse
Fig. 7 Empfangssignalverläufe an den Ausgängen des Nah- und Fernele
ments bei unterschiedlichen aktivierten Sendern.
Fig. 8 Ablauf des erfindungsgemäßen Auswerteverfahrens.
Fig. 1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung 1 zum Erfassen von Objekten
2 in einem Überwachungsbereich. Die Vorrichtung 1 ist als Lichttaster ausge
bildet und weist ein Sende- 3 und ein Empfangselement 4 auf, welche an eine
gemeinsame, nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen sind und in ei
nem gemeinsamen Gehäuse 5 integriert sind. Die Auswerteeinheit ist zweck
mäßigerweise von einem Microcontroller gebildet. An die Auswerteeinheit ist
ein nicht dargestellter binärer Schaltausgang angeschlossen. Dieser Schaltaus
gang nimmt entsprechend, ob ein Objekt 2 erkannt wird oder nicht, den Schalt
zustand EIN oder AUS ein. Dem Sendeelement 3 ist eine Sendeoptik 6 nach
geordnet, dem Empfangselement 4 ist eine Empfangsoptik 7 vorgeordnet. Die
Sende- und die Empfangsoptik 6, 7 sind jeweils von einer Linse gebildet und in
Bohrungen in der Gehäusewand befestigt.
Das Empfangselement 4 ist seitlich versetzt zur optischen Achse der Emp
fangsoptik 7 angeordnet. Es weist zwei nebeneinanderliegend angeordnete
Empfänger auf, wobei der dem Sendeelement 3 abgewandte Empfänger das
Nahelement 8 und der andere Empfänger das Fernelement 9 bildet. Die Längs
achse des Empfangselements 4 verläuft senkrecht zur optischen Achse der
Empfangsoptik 7. Die Empfänger sind jeweils von einer Photodiode gebildet,
wobei die photoempfindliche Schicht des Nahelements 8 beträchtlich größer
als die des Fernelements 9 ist.
Das Sendeelement 3 weist zwei in Abstand zueinander nebeneinanderliegend
angeordnete Sender 11, 12 auf. Die Sender 11, 12 sind vorzugsweise jeweils
von einer Leuchtdiode gebildet. Zweckmäßigerweise sind die Sender 11, 12
identisch ausgebildet.
Die von den Sendern 11, 12 emittierten Sendelichtstrahlen 10, 10' überlappen
sich teilweise. Die Überlappung der Sendelichtstrahlen 10, 10' erfolgt derart,
daß die von dem ersten, Sender 11 emittierten Sendelichtstrahlen 10 bezüglich
den Sendelichtstrahlen 10' des zweiten Senders 12 in Richtung des Empfangse
lements 4 verschoben sind.
In den Fig. 2-4 sind Ausführungsbeispiele mit unterschiedlichen Sender
anordnungen dargestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weisen die Sendedioden jeweils
eine rechteckige lichtemittierende Fläche 13, 14 auf, wobei die Längsachsen
dieser Flächen 13, 14 parallel zueinander verlaufen und in einem Winkel von
etwa 450 zur Längsachse des Empfangselements 4 geneigt sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die lichtemittierenden Flä
chen 13', 14' der Sender 11, 12 jeweils von sich zu einem rechten Winkel er
gänzenden, rechteckigen Teilflächen gebildet. Die Sender 11, 12 sind so ange
ordnet, daß diese sich mit den Innenflächen der rechten Winkel gegenüberste
hen.
Gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Sender 11,
12 insgesamt vier lichtemittierende Flächen 15, 16, 17, 18 auf, die in Abstand
zueinander nebeneinanderliegend angeordnet sind. Jeweils eine Fläche 15 oder
16 ist jeweils mit der übernächsten Fläche 17 oder 18 über eine Zuleitung 19
oder 20 paarweise verbunden. Jedes dieser Paare bildet einen Sender 11 bzw.
12.
Mit den dargestellten Sendern 11, 12 werden Sendelichtstrahlen 10, 10' emit
tiert, die parallel oder wenigstens nahezu parallel verlaufen. Dabei überlappen
sich die Sendeflecke innerhalb des gesamten Überwachungsbereichs teilweise
wie in Fig. 5 dargestellt. Der Mittelpunktsabstand d der Sendeflecke liegt im
Bereich von 0,5 D bis 0,9 D, wobei D dem Durchmesser der Sendeflecke ent
spricht. Vorzugsweise beträgt der Abstand d = 0,7 D.
Die Sender 11, 12 des Sendeelements 3 werden zeitversetzt im Pulsbetrieb be
trieben. Prinzipiell können sich die von den Sendern 11, 12 emittierten Sende
lichtimpulse zeitlich teilweise überlappen. Entscheidend ist lediglich, daß zu
definierten Zeitpunkten jeweils nur von einem Sender 11 oder 12 Sendelich
timpulse emittiert werden.
Vorzugsweise emittiert jeder Sender 11 oder 12 Sendelichtimpulse wie in Fig.
6 dargestellt jeweils in den Sendepausen des anderen Senders 12 oder 11. Die
Sender 11, 12 arbeiten dabei mit demselben Puls-Pausenverhältnis. Dabei ist
zweckmäßigerweise die Dauer eines Sendelichtimpulses kürzer als die Pause
zwischen zwei Sendelichtimpulsen. Auf diese Weise ist das Empfangselement
4 bei dem Empfang der Sendelichtimpulse immer im eingeschwungenen Zu
stand, wodurch Meßfehler vermieden werden.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1
wird im folgenden anhand der Fig. 8 und 9 erläutert.
In Fig. 7 sind ausschnittsweise die Signalverläufe der Empfangssignale in
Abhängigkeit der Objektdistanz aufgetragen. Zudem sind dort die Schaltzu
stände des Schaltausgangs, die sich aufgrund der Auswerteregeln gemäß Fig.
8 ergeben, eingetragen.
Mit na und fa sind die Empfangssignalverläufe am Nah- 8 und Fernelement 9
bei aktiviertem Sender 12 bezeichnet. Die Empfangssignalverläufe am Nah- 8
und Fernelement 9 bei aktiviertem Sender 11 sind mit nb und fb gekennzeich
net.
Dadurch daß die Sendelichtstrahlen 10, 10' der Sender 11, 12 dicht nebenein
anderliegend und teilweise überlappend im Überwachungsbereich verlaufen,
liegen die Signalverläufe na und fa sehr dicht an den Signalverläufen nb und fb.
Ein Objekt 2 im Überwachungsbereich wird demzufolge immer jeweils von
den Sendelichtstrahlen 10, 10' beider Sender 11, 12 erfaßt. Durch die Auswer
tung sämtlicher Empfangssignalverläufe na, fa, nb, fb kann gegenüber einem
Lichttaster mit nur einem Sender eine genauere und zuverlässigere Objektde
tektion erreicht werden.
Die Auswertung der am Nah- 8 und Fernelement 9 anstehenden Empfangs
signale erfolgt gemäß den in Fig. 8 dargestellten Regeln. Diese Regeln sind
hierarchisch aufgebaut und führen zu eindeutigen Schaltzuständen am
Schaltausgang.
Gemäß Regel 1 erfolgt der Vergleich der Summe der Empfangssignale am
Nah- 8 und Fernelement 9 mit einem vorgegebenen Schwellwert S3.
Regel 1: na + fa < S3.
Der Schwellwert S3 ist dabei so gewählt, daß er oberhalb der in der Vorrich
tung 1 auftretenden Rauschpegel liegt. Ist die Regel 1 erfüllt, so nimmt der
Schaltausgang den Schaltzustand AUS ein. Dies bedeutet, daß kein Objekt 2 im
Überwachungsbereich angeordnet ist. Entsprechend wird nahezu kein Sende
licht auf die Vorrichtung 1 zurückreflektiert.
Ist die Regel 1 nicht erfüllt wird gemäß Regel 2 abgeprüft, ob die am Nah- 8
und Fernelement 9 registrierten Empfangssignale nc, fc bei ausgeschalteten
Sendern 11, 12 oberhalb eines Schwellwerts S4 liegen. Ebenso wie der
Schwellwert S3 liegt S4 oberhalb der auftretenden Rauschpegel.
Regel 2: nc + fc < S4.
Ist die Regel 2 nicht erfüllt, so trifft nur eine geringe Menge an externem Stör
licht auf das Empfangselement 4.
Ist diese Regel jedoch erfüllt, so ist der Störlichtpegel so hoch, daß die Funkti
onsfähigkeit der Vorrichtung 1 beeinträchtigt sein kann. Deshalb wird der
Zählerstand SZ eines Störzählers vorzugsweise um den Wert eins erhöht.
Bei Nichterfüllung der Regeln 1 und 2 werden bei aktiviertem Sender 12 die
Empfangssignale am Nah- 8 und Fernelement 9 miteinander verglichen:
Regel 3: na < fa.
Ist Regel 3 erfüllt, so ist ein Objekt 2 im Überwachungsbereich angeordnet, der
Schaltausgang nimmt den Schaltzustand EIN an.
Bei Nichterfüllung der Regeln 1-3 werden die Empfangssignale am Nah- 8
und Fernelement 9 bei aktiviertem Sender 11 miteinander verglichen.
Regel 4: fb < nb.
Ist Regel 4 erfüllt, so nimmt der Schaltausgang den Schaltzustand AUS ein.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich liegt zwischen der Einschaltbedingung gemäß Re
gel 3 und der Ausschaltbedingung gemaß Regel 4 eine relativ große Auswerte
hysterese. Dies liegt daran, daß zur Ermittlung der Einschaltbedingung die
Empfangssignale bei aktiviertem Sender 12 herangezogen werden, während zur
Ermittlung der Ausschaltbedingung die Empfangssignale bei aktiviertem Sen
der 11 herangezogen werden. Entsprechend der großen Auswertehysterese wei
sen die Schaltzustände gemäß den Regeln 3 und 4 eine hohe Sicherheit und
insbesondere eine große Störsicherheit gegen externe Störungen auf.
Sind die Regeln 1-4 nicht erfüllt so wird gemäß Regel 5 nachgeprüft ob der
Betrag der Differenz der Summensignale von Nah- 8 und Fernelement 9 bei
jeweils aktiviertem Sender 11 oder 12 oberhalb des Schwellwerts S5 liegt:
Regel 5: [(na + fa) - (nb + fb)] < S5.
Der Schwellwert S5 ist so gewählt, daß mit der Regel 5 plötzlich auftretende
Signalschwankungen, wie sie bei der Detektion von Objektkanten und Objekt
strukturen auftreten, erfaßt werden können. Zweckmäßigerweise ist S5 größer
oder gleich S3 gewählt.
Da die Sendelichtstrahlen 10, 10' der Sender 11, 12 nur teilweise überlappen,
können Kantenfehler, die bei der Detektion von Objektkanten häufig auftreten,
weitgehend vermieden werden. Vielmehr ist durch die Auswertung von Regel 5
sogar eine exakte Kantendetektion möglich. Trifft das Sendelicht eines Senders
11 oder 12 genau auf eine Objektkante, so trifft das Sendelicht des anderen
Senders 12 oder 11 entweder voll auf das Objekt 2 oder neben das Objekt 2.
Durch die Differenzbildung gemäß Regel 5 liegt der Betragswert oberhalb von
S5, wodurch die Kante eindeutig erkannt wird.
Treffen nämlich beide Sendelichtstrahlen 10, 10' voll auf das Objekt 2 oder
neben das Objekt 2 so liegt der Betragswert gemäß Regel 5 unterhalb von S5,
da die von beiden Sendern 11, 12 stammenden Signalwerte nahezu identisch
sind.
Ist Regel 5 erfüllt, so wird der Zahlerstand SZ des Störzählers weiter inkre
mentiert. Vorzugsweise wird dabei der Zahlerstand SZ um den Wert eins er
höht.
Bei Nichterfüllung der Regeln 1-5 werden gemäß Regel 6 sowie bei deren
Nichterfüllung gemäß Regel 7 jeweils Empfangssignale von Sendelichtimpul
sen, die von den Sendern 11, 12 aufeinanderfolgend emittiert wurden, ausge
wertet.
Die Regeln 6, 7 stellen jeweils eine Ein- und Ausschaltbedingung für die Vor
richtung 1 dar
Regel 6 nb < fa
Regel 7 nb < fa - Hyst.
Regel 7 nb < fa - Hyst.
Bei Erfüllung von Regel 6 nimmt der Schaltausgang den Schaltzustand EIN
ein, während bei Erfüllung von Regel 7 der Schaltausgang den Schaltzustand
AUS einnimmt.
Die Ein- und Ausschaltbedingung gemäß den Regeln 6 und 7 wird zusätzlich
zu den Regeln 3 und 4 abgeprüft, jedoch nur dann, wenn die vorigen Regeln
nicht erfüllt sind.
Mit den Regeln 6 und 7 wird ein Ein- und Ausschalten der Vorrichtung 1 mit
einer sehr geringen, durch den Wert von Hyst einstellbaren Schalthysterese
erzielt. Besonders vorteilhaft ist, daß die Einschaltbedingung gemäß Regel 6
einer Schaltschwelle von 0 V entspricht. Dies bedeutet, daß diese Einschaltbe
dingung unabhängig von den Reflexionseigenschaften der Objekte 2 ist, ein
Schwarz-Weiß-Fehler bei der Objektdetektion entsteht daher nicht. Es verbleibt
lediglich eine durch das Rauschen bedingte statistische Unsicherheit des Ein
schaltvorgangs. Die Ausschaltbedingung liegt aufgrund des in Regel 7 enthal
tenen Schalthysteresewertes Hyst bei einem von 0 V verschiedenen Wert. Daher
ist die Ausschaltbedingung noch mit einem Schwarz-Weiß-Fehler behaftet.
Dieser Schwarz-Weiß-Fehler kann dadurch minimiert werden, daß für ein Aus
schalten die Schaltschwelle mehrfach unterschritten werden muß. Dadurch
wird der durch das Rauschen entstehende Meßfehler reduziert, so daß auch der
Wert Hyst sehr klein gewählt werden kann, wodurch der Schwarz-Weiß-Fehler
klein gehalten wird. Zweckmäßigerweise ist in der Auswerteeinheit als Soll
wert vorgegeben, wie oft die durch Regel 7 definierte Schaltschwelle unter
schritten werden muß.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, liegen die EIN- und AUS-Schaltbedingungen
gemäß den Regeln 6 und 7 bei Objektdistanzen, die etwa in der Mitte des Aus
wertehysteresebereichs zwischen den EIN- und AUS-Schaltbedingungen ge
mäß den Regel 3 und 4 liegen. Dies liegt daran, daß bei den Regeln 3 und 4
jeweils Empfangssignale verglichen werden, die von demselben Sender 11 oder
12 stammen. Bei den Regeln 6 und 7 erfolgt dagegen ein Vergleich von Emp
fangssignalen, die von unterschiedlichen Sendern 11 oder 12 stammen. Dabei
sind, wie aus Fig. 7 ersichtlich, die Signalpegel der in den Regeln 6 und 7
verglichenen Empfangssignale erheblich größer als die in den Regeln 3 und 4
verglichenen Empfangssignale. Demzufolge ist das Signal/Rauschverhältnis
der in den Regeln 6 und 7 verwendeten Signalpegel erheblich größer wodurch
auch die Meßsicherheit erhöht ist.
Schließlich wird der Zählerstand SZ des Störzahlers fortlaufend mit einem vor
gegebenen Sollwert n verglichen, der vorzugsweise n = 2 . . . 10 beträgt.
Sobald der Zählerstand SZ des Störzählers den Sollwert n erreicht, wechselt der
Schaltausgang in den Schaltzustand AUS. Gleichzeitig wird der Zählerstand
auf den Wert eins zurückgesetzt. Zudem kann ein Warnsignalgeber aktiviert
werden, wenn der Zählerstand SZ einen zweiten Sollwert m erreicht, der klei
ner als n ist.
Durch den hierarchischen Aufbau der Regeln ist gleichzeitig auch eine schnelle
Objektdetektion gewährleistet. Ist kein Objekt 2 im Überwachungsbereich an
geordnet, so wird nur Regel 1 abgearbeitet. Bei Objektdetektionen außerhalb
des Auswertehysteresebereichs gemäß den Regeln 3 und 4 werden nur die Re
geln 1-3 bzw. 1-4 abgearbeitet. Nur bei Signalen innerhalb dieses Schalthy
steresebereichs müssen die restlichen Regeln abgearbeitet werden. Besonders
vorteilhaft können bei der Auswertung nur die Regeln 1-3 abgearbeitet wer
den. Dann wird lediglich ein Sender 12 aktiviert, wodurch eine doppelte Folge
frequenz des Sendebetriebs und damit eine kurze Ansprechzeit des Schaltaus
gangs erhalten wird.
Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 flexibel einsetzbar, da
durch Umprogrammierung nur einige der Regeln aktiviert werden können.
Wird beispielsweise alleine Regel 1 aktiviert so arbeitet die Vorrichtung 1 als
energetischer Lichttaster.
Werden nur die Regeln 3 und 4 aktiviert, so arbeitet die Vorrichtung 1 als
schneller Lichttaster mit Unterdrückung von Hintergrundsignalen.
Wird nur die Regel 5 aktiviert, so arbeitet die Vorrichtung 1 als Kantensensor.
Insbesondere kann durch Auswertung von Regel 5 auch die Eintauchrichtung
eines Objekts 2 in den Überwachungsbereich erkannt werden. Schließlich bie
tet die Auswertung von Regel 5 das Auftreten von kurzzeitigen Störungen, wie
zum Beispiel Fremdlichteinstrahlung durch externe Sensoren, zu erfassen.
Wirkt eine derartige Störung nur während der Dauer eines Sendelichtimpulses,
so kann dies durch die Auswertung zweier aufeinander folgender Sendelich
timpulse gemäß Regel 5 erkannt werden.
Schließlich kann durch Umstellen der Regeln eine elektrisch umschaltbare
Tastweite realisiert werden.
Claims (25)
1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem
Überwachungsbereich mit einem Sendeelement und einem ein Nahele
ment und ein Fernelement aufweisenden Empfangselement sowie einem
binären Schaltausgang, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeelement
(3) zwei Sender (11, 12) aufweist, die zeitversetzt im Pulsbetrieb betrie
ben werden, daß die Strahlachsen der von den Sendern (11, 12) emittier
ten Sendelichtstrahlen (10, 10') parallel oder nahezu parallel verlaufen,
so daß sich deren Sendeflecke innerhalb des Überwachungsbereichs teil
weise überlappen und daß die an den Ausgängen des Nah- (8) und Fer
nelements (9) anstehenden Empfangssignale in Abhängigkeit des jeweils
aktivierten Senders (11 oder 12) selektiv erfaßt und zur Erfassung der
Objekte (2) und zur Elimination von Störeinflüssen die Summen oder
Differenzen verschiedener Empfangssignale in einer Auswerteeinheit mit
vorgegebenen Sollwerten verglichen werden, wobei in Abhängigkeit des
Vergleichs der Schaltausgang einen definierten Schaltzustand einnimmt.
2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Sender (11, 12) von zwei nebeneinanderliegend angeordne
ten Sendedioden gebildet sind.
3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeich
net, daß die Sendedioden jeweils eine rechteckige lichtemittierende Flä
che (13, 14) aufweisen, wobei die Längsachsen der Flächen parallel zu
einander verlaufen und in einem Winkel von etwa 45° zur Längsachse
des Empfangselements (4) geneigt sind.
4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß die lichtemittierende Fläche (13', 14') jeder Sendediode von
zwei sich zu einem rechten Winkel ergänzenden, rechteckigen Teilflä
chen gebildet ist.
5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Sender (11, 12) insgesamt vier lichtemittierende Flächen (15,
16, 17, 18) aufweisen, die in Abstand zueinander nebeneinanderliegend
angeordnet sind, wobei jeweils eine Fläche (15 oder 16) mit der jeweils
übernächsten Fläche (17 oder 18) mit einer Zuleitung (19 oder 20) paar
weise verbunden sind und einen Sender (11 oder 12) bilden.
6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sender (11, 12) einer gemeinsamen Sendeoptik
(6) zugeordnet sind.
7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Nah- (8) und das Fernelement (9) einer gemein
samen Empfangsoptik (7) zugeordnet sind.
8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Sender (11 oder 12) Sendelichtimpulse jeweils
in den Sendepausen des anderen Senders (12 oder 11) emittiert.
9. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Sender (11, 12) Sendelichtimpulse mit demselben Puls-
Pausenverhältnis emittieren.
10. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da
durch gekennzeichnet, daß die Dauer eines Sendelichtimpulses erheblich
kürzer als die Pause zwischen zwei Sendelichtimpulsen ist.
11. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand d der Mittelpunkte der Sende
flecke der Sendelichtstrahlen (10, 10') im Bereich von 0,5 D bis 0,9 D
liegt, wobei D dem Durchmesser der Sendeflecke entspricht.
12. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich
net, daß der Abstand d vorzugsweise 0,7 D beträgt.
13. Verfahren zum Betrieb einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß ei
nem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den
ersten Sender (11), dessen Sendelichtstrahlen (10) bezüglich der Sende
lichtstrahlen (10') des zweiten Senders (12) in Richtung des Empfangse
lements (4) versetzt sind, generierten Empfangssignale am Nah- (8) und
Fernelement (9) na, fa addiert werden und mit einem Schwellwert S3
verglichen werden, wobei bei Erfüllung der
Regel 1: na + fa < S3
der Schaltausgang den Schaltzustand AUS einnimmt.
Regel 1: na + fa < S3
der Schaltausgang den Schaltzustand AUS einnimmt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwell
wert S3 oberhalb der auftretenden Rauschpegel liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeich
net, daß bei Nichterfüllung von Regel 1 bei ausgeschalteten Sendern (11,
12) die am Nah- (8) und Fernelement (9) anstehenden Empfangssignale
nc, fc addiert und mit einem Schwellwert S4 verglichen werden, und daß
bei Erfüllung der
Regel 2: nc + fc < S4
der Zählerstand SZ eines Störzählers erhöht wird.
Regel 2: nc + fc < S4
der Zählerstand SZ eines Störzählers erhöht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwell
wert S4 oberhalb der auftretenden Rauschpegel liegt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Nichterfüllung der Regeln 1 und 2 die bei aktivem Sender (11)
generierten Empfangssignale am Nah- (8) und Fernelement (9) na, fa
miteinander verglichen werden, und daß bei Erfüllung der
Regel 3: na < fa
der Schaltausgang den Schaltzustand EIN einnimmt.
Regel 3: na < fa
der Schaltausgang den Schaltzustand EIN einnimmt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-17, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Nichterfüllung der Regeln 1-3 die bei aktivem Sender (12) ge
nerierten Empfangssignale am Nah- (8) und Fernelement (9) nb, fb mit
einander verglichen werden,
und daß bei Erfüllung der
Regel 4: fb < nb
der Schaltausgang den Schaltzustand AUS einnimmt.
Regel 4: fb < nb
der Schaltausgang den Schaltzustand AUS einnimmt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Nichterfüllung der Regeln 1-4 bei aufeinanderfolgenden Sende
lichtimpulse die bei aktivem Sender (11) am Nah- (8) und Fernelement
(9) generierten Empfangssignale nb, fb addiert werden und die bei akti
vem Sender (12) am Nah- (8) und Fernelement (9) generierten Emp
fangssignale na, fa addiert werden und der Betrag der Differenz dieser
Summen mit einem Schwellwert S5 verglichen wird
und daß bei Erfüllung der
Regel 5: [(na + fa) - (nb + fb)] < S5
der Zählerstand SZ des Störzählers erhöht wird.
Regel 5: [(na + fa) - (nb + fb)] < S5
der Zählerstand SZ des Störzählers erhöht wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwell
wert S5 größer oder gleich S3 ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-20, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Nichterfüllung der Regeln 1-5 bei aufeinanderfolgenden Sende
lichtimpulsen das bei aktivem Sender (11) am Nahelement (8) registrierte
Empfangssignal nb mit dem bei aktivem Sender (12) am Fernelement (9)
registrierten Empfangssignal fa verglichen wird,
und daß bei Erfüllung der
Regel 6: nb < fa
der Schaltausgang den Schaltzustand EIN einnimmt.
Regel 6: nb < fa
der Schaltausgang den Schaltzustand EIN einnimmt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-21, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Nichterfüllung der Regeln 1-6 bei aufeinanderfolgenden Sende
lichtimpulsen die Differenz des bei aktivem Sender (11) am Nahelement
(8) registrierten Empfangssignals nb und das bei aktivem Sender (12) am
Fernelement (9) registrierten Empfangssignals fa mit einem Hysterese
wert Hyst verglichen wird und daß bei Erfüllung der
Regel 7: nb < fa - Hyst
der Schaltausgang den Schaltzustand AUS einnimmt.
Regel 7: nb < fa - Hyst
der Schaltausgang den Schaltzustand AUS einnimmt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schaltausgang in den Schaltzustand AUS nur dann wechselt, wenn die
durch Regel 7 definierte Schaltschwelle mehrfach unterschritten wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-20, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schaltausgang in den Schaltzustand AUS wechselt, sobald der
Zählerstand SZ des Störzählers einen vorgegebenen Sollwert n erreicht
und daß daraufhin der Zählerstand SZ zurückgesetzt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert
n = 2 . . . 10 beträgt.
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