DE19832673C2 - Optischer Lichttaster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lichttasters.

In der DE 40 31 142 A1 ist eine optische Sensoranordnung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb beschrieben. Die Sensoranordnung weist zur Feststellung von in einem Überwachungsbereich vorhandenen Gegenständen einen Lichtsender auf, der in zeitlichen Abständen nacheinander Sendelichtimpulse in den Überwachungsbereich aussendet. Zudem ist ein Lichtempfänger vorgesehen, welcher bei Abwesenheit von festzustellenden Gegenständen im Überwa­ chungsbereich im wesentlichen keine vom Sender emittierten Sendelichtimpul­ se empfängt. Nur bei Anwesenheit von Gegenständen werden die Sendelicht­ impulse an diesem reflektiert und zum Lichtempfänger geführt, so dass eine an diesen angeschlossene Empfangssignalverarbeitungsstufe ein Gegenstands- Feststellungssignal abgibt.

Nach Aussenden eines Sendelichtimpulses wird die Empfangssignalverarbei­ tungsstufe abgeschaltet und das Ausgangssignal des Lichtempfängers einer Störungsfeststellungsstufe zugeführt.

Dort wird geprüft, ob in der Pause nach Aussenden des Sendelichtimpulses ein veränderliches Störsignal vorhanden ist. Hierzu kann insbesondere das Störsig­ nal in der Störungsfeststellungsstufe gleichgerichtet, integriert und mit einem Schwellwert verglichen werden. Wird auf diese Weise ein Störsignal festge­ stellt, so wird die Aussendung des nächsten Sendelichtimpulses so weit ver­ schoben, dass das Störsignal zumindest mit einer bestimmten Wahrscheinlich­ keit bis unter die Ansprechschwelle der Empfangssignalverarbeitungsstufe ab­ gesunken ist.

Aus der DE 43 19 451 C1 ist ein Lichttaster bekannt, welcher Folgen von Sen­ delichtimpulsen emittiert, wobei der Sendetakt über die Auswerteeinheit vorgebbar ist. Zur Unterdrückung von Störsignalen wird mittels eines Kompara­ tors das am Ausgang des Empfängers anstehende Empfangssignal jeweils kurz vor und kurz nach der Emission eines Sendelichtimpulses auf das Vorhanden­ sein eines Störlichtimpulses abgefragt. Werden während dieser Abfragen Stör­ lichtimpulse detektiert, wird der Sendetakt in vorgegebener Weise reduziert.

Nachteilig hierbei ist, dass durch die Abfragen auf das Vorhandensein von Störlichtimpulsen oftmals nur ein Teilbereich des Störlichts erfasst wird. Insbe­ sondere hochfrequente Störlichtimpulsfolgen oder sehr kurze Störlichtimpulse, deren Pulsdauer kürzer als die Pulsdauer der Sendelichtimpulse ist, können bei derartigen Lichttastern nur unvollständig erfasst werden.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass bei Auftreten von Störlichtimpul­ sen die Sendepausen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendelichtimpulsen vergrößert werden, um den Störlichtimpulsen auszuweichen. Bei Auftreten hochfrequenter Störungen kann dies dazu führen, dass der Sendetakt so weit reduziert wird, dass eine zuverlässige Objektdetektion nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Lichttaster so auszubilden, dass dieser möglichst unempfindlich gegen externe Störsignaleinflüsse ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 9 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß emittiert der Sender des Lichttasters Sendelichtimpulse mit einem vorgegebenen, unveränderlichen Sendetakt.

Das am Ausgang des Empfängers anstehende Empfangssignal wird einerseits einer ersten Schwellwerteinheit zugeführt. Mit dieser Schwellwerteinheit er­ folgt die Objekterfassung dadurch, dass zu den Sendezeitpunkten des Senders das Empfangssignal mit dem Schwellwert der Schwellwerteinheit verglichen wird.

Zudem wird das Empfangssignal einer Störsignalverarbeitungseinheit zuge­ führt, welche einen Gleichrichter, einen Integrator und eine zweite Schwell­ werteinheit aufweist. Mittels der Störsignalverarbeitungsstufe erfolgt die Erfas­ sung von auf den Empfänger auftreffendem Störlicht.

Hierzu wird in der Störsignalverarbeitungsstufe das Empfangssignal zunächst gleichgerichtet und dann integriert.

Im Sendetakt des Senders wird das integrierte Empfangssignal jeweils mit dem Schwellwert der zweiten Schwellwerteinheit verglichen.

Vorzugsweise erfolgt dieser Vergleich jeweils unmittelbar vor der Emission eines Sendelichtimpulses.

Die Integrationszeit des Integrators ist so gewählt, dass durch die Integration des Empfangssignals das wenigstens während der unmittelbar vor dem Ver­ gleichszeitpunkt liegenden Sendepause auf den Empfänger auftreffende Stör­ licht erfassbar ist. Trifft während dieses Zeitraums Störlicht auf den Empfän­ ger, so liegt während des Vergleichszeitpunkts das integrierte Empfangssignal oberhalb des zweiten Schwellwerts, wodurch eine eventuelle aktuell anstehen­ de Objektmeldung zurückgesetzt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Störlichteinflüsse beliebiger Art erfaßt werden. Unabhängig davon welche Frequenz das Störlicht aufweist, wird diese durch die Integration des Empfangssignals vollständig erfaßt. Durch die Wahl der Höhe des zweiten Schwellwerts ist die Empfindlichkeit der Stör­ signalerkennung auf einfache Weise vorgebbar.

Sobald der Störlichteinfluß so groß ist, daß der zweite Schwellwert überschrit­ ten wird, erfolgt eine Rücksetzung der Objektmeldung. Dadurch wird vermie­ den, daß infolge von Störlichteinflüssen fehlerhaft eine Objektmeldung ausge­ geben wird. Dadurch werden Fehldetektionen vermieden.

Besonders vorteilhaft ist dabei, daß durch Störlichtbeeinflussungen der Sende­ takt des Senders nicht reduziert wird. Vielmehr ist der Sendetakt vom Auftre­ ten von Störlicht völlig unabhängig. Dadurch ist gewährleistet, daß der Licht­ taster selbst bei sehr starker Störlichteinstrahlung noch funktionsfähig bleibt.

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

Fig. 1 Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Lichttasters.

Fig. 2 Impulsdiagramme für Funktionseinheiten des Lichttasters bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu des­ sen Betrieb.

Fig. 3 Impulsdiagramme für Funktionseinheiten des Lichttasters bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu dessen Betrieb.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Lichttasters 1. Der Lichttaster 1 weist einen Sendelichtimpulse 2 emittierenden Sender 3 und einen Empfänger 4 auf.

Der Sender 3 ist vorzugsweise als im Pulsbetrieb betriebene Leuchtdiode aus­ gebildet und emittiert eine periodische Folge von Sendelichtimpulsen 2 mit fest vorgegebener Frequenz und fest vorgegebenem Puls-Pausen-Verhältnis.

Der Empfänger 4 ist von einer Photodiode gebildet und über eine Zuleitung an eine Auswerteeinheit 5 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 5 ist vorzugsweise von einem Microcontroller gebildet und weist eine nicht dargestellte erste Schwellwerteinheit auf, in welcher ein erster Schwellwert S1 erzeugt wird. Die Höhe des Schwellwerts S1 ist durch die Auswerteeinheit 5 einstellbar.

Zur Erfassung von Objekten 6 im Überwachungsbereich wird das Empfangs­ signal mit dem ersten Schwellwert S1 bewertet.

Ist der Lichttaster 1 als Reflexionslichttaster ausgebildet, so treffen die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 bei freiem Strahlengang auf einen den Überwachungsbereich begrenzenden Reflektor. Der von einem Reflektor als Empfangslichtimpuls 7 auf den Empfänger 4 zurückreflektierte Sendelicht­ impuls 2 generiert ein Empfangssignal, welches oberhalb des ersten Schwell­ werts S1 liegt.

Ist ein Objekt 6 im Überwachungsbereich angeordnet, so wird der Sendelicht­ impuls 2 von dort auf den Empfänger 4 vorzugsweise diffus zurückreflektiert. Das dadurch generierte Empfangssignal liegt unterhalb des Schwellwerts S1. Vorzugsweise kann über einen an die Auswerteeinheit 5 angeschlossenen binä­ ren Schaltausgang 8 sofort eine Objektmeldung ausgegeben werden, falls für einen Sendelichtimpuls 2 ein Empfangssignal unterhalb des Schwellwerts S1 registriert wird. Alternativ kann eine Objektmeldung erst dann erfolgen, wenn für eine vorgegebene Anzahl von Sendelichtimpulsen 2, welche vorzugsweise unmittelbar aufeinanderfolgen, jeweils ein Empfangssignal unterhalb des Schwellwerts S1 registriert wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Lichttaster 1 als Transmissions­ lichttaster ausgebildet. In diesem Fall ist der Überwachungsbereich nicht durch einen Reflektor begrenzt, so daß im störungsfreien Betrieb und bei freiem Strahlengang die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 nicht auf den Empfänger 4 treffen, so daß das Empfangssignal unterhalb von S1 liegt.

Ist dagegen ein Objekt 6 im Strahlengang angeordnet, so wird der Sendelicht­ impuls 2 vom Objekt 6 als Empfangslichtimpuls 7 auf den Empfänger 4 zu­ rückreflektiert, wodurch ein Empfangssignal generiert wird, welches oberhalb des Schwellwerts S1 liegt.

Zur Unterdrückung von Störlichteinflüssen ist das Empfangssignal auf eine Störsignalverarbeitungsstufe geführt, welche einen Gleichrichter 9, einen die­ sem nachgeordneten Integrator 10 und eine an diesen angeschlossene zweite Schwellwerteinheit 11 aufweist. Der Gleichrichter 9 ist von einer Diode, der Integrator 10 von einem RC-Glied und die zweite Schwellwerteinheit 11 von einem Komparator gebildet, welche einen zweiten Schwellwert S2 erzeugt. Der Ausgang der Störsignalverarbeitungsstufe ist auf die Auswerteeinheit 5 geführt. Alternativ kann die zweite Schwellwerteinheit 11 in der Auswerteeinheit 5 in­ tegriert sein.

Der zweite Schwellwert S2 ist ebenso wie der erste Schwellwert S1 durch die Auswerteeinheit 5 einstellbar.

An die Auswerteeinheit 5 ist ein Störsignalausgang 12 angeschlossen, über welchen Störmeldungen ausgebbar sind, falls Störlicht 13 auf den Empfänger 4 trifft.

Die Funktionsweise des Lichttasters 1 wird anhand der Fig. 2 und 3 erläu­ tert.

In Fig. 2 sind die Impulsdiagramme der vom Sender 3 emittierten Sendelicht­ impulse 2, des Empfangssignals, des integrierten Empfangssignals sowie des Schaltzustands des Schaltausgang 8 dargestellt.

Die ersten beiden vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 werden von einem Objekt 6 reflektiert und treffen auf den Empfänger 4. Die dadurch gene­ rierten Empfangssignale liegen oberhalb des Schwellwerts S1, so daß eine Ob­ jektmeldung generiert wird, in dem der Schaltzustand des Schaltausgangs 8 den Wert eins annimmt.

Jeweils unmittelbar vor der Emission eines Sendelichtimpulses 2 zu den Zeiten t2 und t2 + T, wobei T die Periodendauer innerhalb derer die Sendelichtimpul­ se 2 emittiert werden darstellt, wird in der Auswerteeinheit 5 abgefragt, ob das integrierte Empfangssignal oberhalb des Schwellwerts S2 liegt. Da bis zur Emission des zweiten Sendelichtimpulses 2 kein Störlicht 13 auf den Empfän­ ger 4 aufgetroffen ist, liegt das gleichgerichtete und integrierte Empfangssignal während der Abfragezeitpunkte t2 und t2 + T unterhalb des Schwellwerts S2, so daß die Objektmeldung nicht zurückgesetzt wird.

In der zweiten Sendepause tritt eine periodische, hochfrequente Störlichtein­ strahlung auf, welche bis nach der Emission des dritten Sendelichtimpulses 2 andauert. Der dritte Sendelichtimpuls 2 wird nicht auf den Empfänger 4 zu­ rückreflektiert. Trotzdem liegt das Empfangssignal während der Emission des Sendelichtimpulses 2 aufgrund der Störlichteinstrahlung noch oberhalb des Schwellwerts S1, so daß nach wie vor der Schaltzustand des Schaltausgang 8 den Wert eins annimmt.

Durch das Auftreffen des Störlichts 13 auf den Empfänger 4 steigt das inte­ grierte Empfangssignal stark an und überschreitet zum Zeitpunkt t1 den Schwellwert S2.

Bei der darauffolgenden Abfrage zum Zeitpunkt t2 + 2T liegt das integrierte Empfangssignal noch immer oberhalb des Schwellwerts S2, so daß die Ob­ jektmeldung am Schaltausgang 8 zurückgesetzt wird, sobald der dritte Sende­ lichtimpuls emittiert wurde. Zudem kann das Auftreten des Störlichts 13 durch Ausgabe einer Störmeldung über den Störsignalausgang 12 angezeigt werden. Prinzipiell könnte die Rücksetzung der Objektmeldung auch erst dann zurückgesetzt werden, wenn bei einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgen­ den Abfragen das integrierte Empfangssignal jeweils den Schwellwert S2 über­ schreitet.

Bei dieser Auswertung ist die Integrationszeit des Integrators 10 so gewählt, daß das Störlicht 13 über den Zeitraum einer Periodendauer T vor dem jeweili­ gen Abfragezeitpunkt erfaßbar ist, also insbesondere auch während der Zeitin­ tervalle, innerhalb derer die Sendelichtimpulse 2 emittiert werden.

Hiervon unterscheidet sich die Auswertemethode, die in Fig. 3 dargestellt ist. Bei dieser Auswertemethode wird in der Störsignalverarbeitungsstufe nur das in den Sendepausen am Empfänger 4 anstehende Empfangssignal ausgewertet.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Störsignalverarbeitungsstufe jeweils dann deaktiviert ist, wenn die einzelnen Sendelichtimpulse 2 emittiert werden, und nur in den Sendepausen aktiviert ist.

Hierzu wird in der Auswerteeinheit 5 ein Austastsignal generiert, welches die Störsignalverarbeitungsstufe steuert. Das Austastsignal variiert mit dem Sende­ takt des Senders 3. Jeweils mit der steigenden Flanke eines Sendelichtimpulses 2 wird das Austastsignal aktiviert und nimmt für eine Zeitdauer den Wert eins an, der etwas größer als die Pulsdauer des Sendelichtimpulses 2 ist. Dann wird das Austastsignal wieder deaktiviert und nimmt für die Dauer der Sendepause den Wert Null an.

Das Austastsignal ist etwas länger als die Dauer eines Sendelichtimpulses 2 aktiviert, da das durch einen auf den Empfänger 4 auftreffenden Sendelichtim­ puls 2 generierte Empfangssignal bezüglich dieses Sendelichtimpulses 2 infol­ ge der endlichen Reaktionszeit der empfangsseitigen Bauelemente verzögert abfällt.

Durch die in Fig. 3 dargestellte Ausbildung des Austastsignals ist somit ge­ währleistet, das die Störsignalverarbeitungsstufe deaktiviert bleibt, solange das durch einen Sendelichtimpuls 2 generierte Empfangssignal am Empfänger 4 ansteht.

Durch die Steuerung der Störsignalverarbeitungsstufe mittels des Austastsi­ gnals ist gewährleistet, daß Empfangssignale, die durch Sendelichtimpulse 2 generiert werden, nicht durch die Integration erfaßt werden. Dies ist in Fig. 3 deutlich ersichtlich. Die ersten beiden Sendelichtimpulse 2 treffen zwar auf den Empfänger 4 und generieren eine Objektmeldung, da deren Signalamplituden oberhalb des Schwellwerts S1 liegen.

Jedoch ist der Wert des integrierten Empfangssignals bis nach der Emission des zweiten Sendelichtimpulses Null. Dies beruht darauf, daß die Empfangssignale, die durch die ersten beiden Sendelichtimpulse 2 generiert wurden, durch das Austastsignal ausgeblendet werden.

Dementsprechend liegt bei den ersten beiden Abfragen zu den Zeiten t2 und t2 + T das integrierte Empfangssignal unterhalb des Schwellwerts S2, so daß kei­ ne Rücksetzung der Objektmeldung erfolgt.

In der zweiten Sendepause tritt analog zu dem in Fig. 2 dargestellten Fall wieder ein hochfrequentes Störlicht 13 auf, welches auf den Empfänger 4 trifft.

Das integrierte Empfangssignal steigt durch den Störlichteinfluß stark an und überschreitet wieder zum Zeitpunkt t1 den Schwellwert S2, so daß bei der dar­ auffolgenden Abfrage zum Zeitpunkt t2 + 2T das integrierte Empfangssignal oberhalb des Schwellwerts S2 liegt. Demzufolge wird die Objektmeldung am Schaltausgang 8 zurückgesetzt, sobald der dritte Sendelichtimpuls 2 emittiert wurde.

Durch die Ausblendung der durch die Sendelichtimpulse 2 generierten Emp­ fangssignale bei der Störsignalverarbeitung wird erreicht, daß nur Störlicht 13 bei der Integration des Empfangssignals erfaßt wird, jedoch kein Nutzsignal. Dadurch werden Fehler bei der Störlichterkennung weitgehend ausgeschlossen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Integrationszeiten auf diese Weise verkürzt werden können. Dies erlaubt eine Verkürzung der Sendepausen und damit ein höhere Schaltfrequenz des Lichttasters 1.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines Lichttasters zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtimpulse emittierenden Sender, wobei die Sendelichtimpulse mit einem vorgegebenen, unverän­ derlichen Sendetakt emittiert werden, und einem Empfänger, wobei zur Unterdrückung von auf den Empfänger (4) auftreffendem Störlicht (13) das Empfangssignal auf eine Störsignalverarbeitungsstufe geführt ist, in welcher das Empfangssignal gleichgerichtet und anschließend integriert wird, wobei zur Generierung einer Objektmeldung die am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale mit einem ersten Schwellwert S1 bewertet werden, und wobei im Sendetakt des Senders (3) das in der Störsignalverarbeitungsstufe integrierte Empfangssignal jeweils mit ei­ nem zweiten Schwellwert S2 verglichen wird, und wobei eine durch Ver­ gleich des Empfangssignals mit dem Schwellwert S1 erzeugte Objekt­ meldung zurückgesetzt wird, wenn das wenigstens während der unmittel­ bar vor dem Vergleichszeitpunkt liegenden Sendepause durch Auftreffen von Störlicht (13) auf den Empfänger (4) integrierte Empfangssignal oberhalb des zweiten Schwellwerts S2 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückset­ zung der Objektmeldung erfolgt, falls das integrierte Empfangssignal unmittelbar vor der Emission wenigstens eines Sendelichtimpulses (2) oberhalb des zweiten Schwellwerts S2 liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zeitintervalle, innerhalb derer die Sendelichtimpulse (2) emittiert werden, das Empfangssignal nicht in der Störsignalverar­ beitungsstufe ausgewertet wird, indem die Störsignalverarbeitungsstufe deaktiviert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivie­ rung und Deaktivierung der Störsignalverarbeitungsstufe durch ein zum Sendetakt des Senders (3) synchrones Austastsignal gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass das Austastsignal jeweils mit der steigenden Flanke eines Sende­ lichtimpulses (2) aktiviert wird und für ein Zeitintervall, welches gering­ fügig größer als die Pulsdauer eines Sendelichtimpulses (2) ist, aktiviert bleibt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Transmissionslichttaster ausgebildeten Lichttaster (1) eine Objektmeldung erfolgt, wenn als Antwort auf wenigstens einen vom Sender (3) emittierten Sendelichtimpuls (2) das Empfangssignal oberhalb des ersten Schwellwerts S1 liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Reflexionslichttaster ausgebildeten Lichttaster (1) eine Objektmeldung erfolgt, wenn als Antwort auf wenigstens einen vom Sender (3) emittierten Sendelichtimpuls (2) das Empfangssignal unter­ halb des ersten Schwellwerts S1 liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Störmeldung erfolgt, falls das integrierte Empfangssignal oberhalb des zweiten Schwellwerts S2 liegt.