DE19910321A1 - Optikblock für Lichtschranken mit mindestens einem optischen Sende- oder Empfangselement - Google Patents

Abstract

Ein Optikblock für Lichtschranken weist mindestens ein optisches Sende- oder Empfangselement (E) mit einer optoelektronischen Sende- oder Empfangskomponente (CE) auf, die mit einem optischen Übertragungsorgan (OP) zum Austausch eines Lichtstrahles (R) mit einem entsprechenden Element eines anderen Lichtschrankenblocks kombiniert ist, um miteinander eine Lichtschranke zu bilden, die mindestens aus einem Lichtstrahl besteht. Das Sende- oder Empfangselement (E) umfaßt eine Wand (PR), die dem Eingang oder Ausgang des Strahles der Komponente (CE) zugeordnet und mit einer Öffnung (O¶0¶) versehen ist, und mindestens eine Trennwand (C¶1¶, C¶2¶), die zwischen der Wand (PR), die der Komponente (CE) zugeordnet ist, und dem optischen Übertragungsorgan (OP) eine Membran bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Optikblock für Lichtschranken mit mindestens einem optischen Sende- oder Empfangselement mit einer opto­ elektronischen Sende- oder Empfangskomponente, kombiniert mit einem optischen Übertragungsorgan zum Austausch eines Lichtstrahles mit einem entsprechenden Element eines anderen Lichtschrankenblockes, um miteinander eine Lichtschranke zu bilden, die mindestens aus einem Lichtstrahl besteht.

Es gibt bereits verschiedene Ausführungen von Lichtschranken aus getrennten Empfangs- und Sendeelementen, die auf jeder Seite einer zu überwachenden Zone montiert sind, um somit Lichtstrahlen zu bilden, deren Unterbrechung durch ein Hindernis (Person oder Gegenstand) zur Ausgabe eines Unterbrechungssignals von der optoelektronischen Empfangskomponente führt. Dieses Signal steuert dann eine Aktion, beispielsweise das Anhalten einer Maschine.

Diese Lichtschranken umfassen Optikblöcke, die jeweils aus mehreren optischen Sende- und Empfangselementen bestehen; jedes Sendeelement definiert mit einem entsprechenden Empfangselement des anderen Blockes einen schmalen Lichtstrahl, der Bestandteil der Lichtschranke ist; die Unterbrechung eines oder mehrerer Lichtstrahlen wird erfaßt und das sich daraus ergebende Signal wie vorstehend erwähnt genutzt.

Je nach Fall besteht eine Schranke aus zwei Optikblöcken, die an jedem Ende der Schranke angeordnet sind. Einer der Blöcke besteht aus Sendern und der andere aus Empfängern. Man kann die Sender und die Empfänger ebenfalls auf die beiden Blöcke verteilen.

Und schließlich kann die Schranke aus einem Block mit verbundenen Sendern und Empfängern bestehen, wobei die Lichtstrahlen am anderen Ende der Schranke abgestrahlt werden.

Im allgemeinen ist jede optoelektronische Komponente eines Optikblocks mit einer Linse verbunden, um einen Teil des Raumes zu bevorzugen und damit die Energie zu konzentrieren. Diese Linse vergrößert in Wirklichkeit die Nutzfläche der Komponente, und unglücklicherweise fördert diese Kopplung zwischen dem Sendeblock und dem Empfangsblock oder zwischen der Komponente und der Linse mehrfache Reflexionen, die die abgegebene oder einfallende Strahlung in der Nähe der Linse über die vorgesehene geometrische Optiktheorie hinausgehend verbreitert, und demnach der Sende- oder Empfangskomponente.

Die vom optischen Kegel gesendeten Strahlen, die die entsprechende Empfangsoptik nicht erreichen, sind grundsätzlich verlorene Strahlen. In der Praxis ist die Situation nicht die gleiche, denn es können mehrfache Relexionen an den die Lichtschranke umgebenden Strukturen auftreten, und diese mehrfachen Reflexionen äußern sich in einfallenden Strahlen durch die Optik des Empfangsblockes auf die Empfangskomponente, trotz eines relativ großen Einfallwinkels.

Es wurde bereits vorgeschlagen, das Abstrahlvermögen (Albedo) des Elementes des am Empfang angeordneten Blockes abzuschwächen. Zu diesem Zweck verleiht man der Innenfläche der Öffnung der Komponente eine nicht abstrahlende Beschichtung mit Rillen oder kleinen Absätzen, um zu vermeiden, daß die mehrfachen Reflexionen die optoelektronische Empfangskomponente erreichen. Diese Lösungen sind leider nicht befriedigend, weder was ihre Effizienz anbetrifft, noch aufgrund ihres industriellen Fertigungsaufwands.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat der Gesetzgeber bestimmte Voraussetzungen bezüglich der Sendung und des Empfangs auferlegt. Demnach muß der Sendestrahl in einem Abstand von 3 Metern einen Öffnungswinkel von weniger oder höchstens 2° aufweisen, was die maximale Sicherheitskategorie der Lichtschranke anbetrifft. Die derzeitigen Lösungen können diese Voraussetzungen kaum erfüllen.

Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile aufheben und schlägt vor, einen Optikblock für Lichtschranken zu erstellen, der die mehrfachen Reflexionen der Sendelichtstrahlen vermeidet, die das die Lichtschranke durchquerende und zu detektierende Objekt umgehen können, ohne dadurch die Herstellung der Vorrichtung aufwendiger zu gestalten und sie eher zu vereinfachen.

Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Optikblock für Lichtschranken, wie im Hauptanspruch definiert.

Der erfindungsgemäße Optikblock ermöglicht, dank der Öffnung der Wand, die eine Membran zwischen einer Eingangs- oder Ausgangsöffnung des Strahles der Komponente und des optischen Übertragungsorganes bildet, sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung, die Störstrahlen zu beseitigen, die aus Reflexionen an den Störflächen stammen, die sich nicht auf dem Lichtstrahl befinden, der das Sendeelement mit dem Empfangselement in der Lichtschranke verbindet. Die Öffnung der Wand entspricht sehr schematisch einer Öffnung, die den Kegel bzw. Kegelstumpf umgibt, der die Nutzfläche des optischen Übertragungsorgans, beispielsweises einer Linse, mit der Nutzfläche der Komponente verbindet. Dies ermöglicht, sowohl im Zwischenraum zwischen der Wand und der Linse als auch zwischen der Wand und der Ausgangskomponente, die sehr schrägen Lichtstrahlen einzufangen, und dem Optikblock damit einfach eine große Detektionszuverlässigkeit zu verleihen.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, auf denen

Fig. 1 eine vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Optikblockelementes ist ;

Fig. 2 eine schematische Ansicht der Verbindung eines fotoemissiven Elementes und eines fotorezeptiven Elementes von zwei einer Lichtschranke entsprechenden Optikblöcken ist ;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Körpers eines Optikblockes ist ;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Vorderelementes eines Optikblockes ist ;

Fig. 5 ein schematischer axialer Schnitt des Optikblockes nach Fig. 3 ist.

Fig. 1 zeigt ein Element eines erfindungsgemäßen Optikblockes einer Lichtschranke. Dieses Element E ist dazu bestimmt, einen Lichtstrahl nach der Achse XX zu senden oder zu empfangen, und besteht aus einer Rückwand PR mit einer Aufnahme L für eine optoelektronische Komponente CE, die in Richtung der Achse XX durch eine angrenzende Öffnung O₀ Licht sendet. An der Vorderseite weist das Element E eine Vorderwand PA mit einer Öffnung O₃ auf ; vor dieser Vorderwand PA bildet eine Frontwand PF mit einem optischen Übertragungsorgan OP ein Strahlenbündel mit einem Strahl R nach der Achse XX. Der fokale Abstand des Optikelementes bzw. der Linse OP ist so beschaffen, daß sich der Brennpunkt etwa an der in der Rückwand PR vorgesehenen Öffnung O₀ befindet.

Zwischen der Rückwand PR und der Vorderwand PA weisen eine erste und eine zweite Trennwand C₁, C₂ jeweils eine Öffnung O₁ und eine Öffnung O₂ auf. Die beiden Öffnungen sind auf die Achse XX zentriert. Die Wände C₁, C₂ sind von voneinander entfernt, sowie ebenfalls von der Rückwand PR und der Vorderwand PA, um miteinander Freiräume I₁, I₂, I₃ zu bilden, um die Lichtstahlen aufzufangen, wie beispielsweise den Strahl R₁, der in Bezug auf die Achse XX um einen zu großen Winkel für den Strahl der Schranke geneigt ist. Dieser Strahl R₁ erreicht die Wand C₂ und wird dann an die Wand C₁ zurückgegeben, um dann schließlich stark abgeschwächt nach außen gesendet zu werden. Der Werkstoff wird nur wenig abstrahlend gewählt.

Dazu ist zu bemerken, daß sich die Öffnungen O₁, O₂, O₃ vorteilhafterweise an einem Kegelstumpf befinden, dessen Öffnung vom Design her definiert wird. Dieser Öffnungswinkel beträgt etwa ± 9° in der Vertikalen und ± 19° in der Horizontalen.

Zusammengefaßt ermöglicht das Element E, ob es (wie dargestellt) fotoemissiv oder fotorezeptiv ist, nur die Sendung eines sehr auf die Achse XX konzentrieren Strahles.

Fig. 2 zeigt die Verbindung eines fotoemissiven Elementes E mit einem fotorezeptiven Element R. Diese beiden Elemente unterscheiden sich nur durch die Art der Komponente, die im Fall des Senders E eine fotoemissive Komponente CE und im Fall des Empfangselementes R eine fotorezeptive Komponente CR ist.

Ein einfallender Strahl R₂, der in Bezug auf die Achse XX des Strahlenbündels dieses Licht­ schrankenelementes zu stark geneigt ist, fällt auf die Wand C₁, außerhalb der Öffnung O₁, und wird demnach zum Element C₂ zurückgesendet, und dann, nach einer erneuten Reflexion am Element C₁, stark abgeschwächt nach außen.

Nur ein Strahl, der dem vom Sendeelement E abgegebenen Strahl R entspricht, fällt auf die fotorezeptive Komponente CR. Das gleiche gilt für einen Grenzstrahl R', der am Rand der Öffnung O₁ eintrifft, der ihn reflektiert und ihn zur fotorezptiven Komponente CR zurücksendet.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Optikblockes für Lichtschranken. Dieser Optikblock umfaßt mehrere optische Sende- und Empfangselemente nach Fig. 1 und 2. Diese Elemente sind nach einer bestimmten Richtung nebeneinander angeordnet, beispielsweise in vertikaler Richtung. Jedes Element sendet/empfängt einen Lichtstrahl nach einer Achse, wie beispielsweise der Achse XX der Fig. 1 und 2.

Der Körper des auf Fig. 1 dargestellten Optikblockes erhält einen Vordermantel 6, wie auf Fig. 4 gezeigt.

Im einzelnen besteht der Optikblock 1 aus einer Rückwand 2, analog zur Rückwand PR der Fig. 1, jedoch mit der gleichen Anzahl von Aufnahmen L wie elektro­ optische Elemente (Sender E, Empfänger R). Die Stromversorgungsmittel und die Signalübertragungs­ leitungen sind hier nicht dargestellt.

An der Vorderseite umfaßt der Block 1 eine Vorderwand 3 mit der gleichen Anzahl von Öffnungen O₃₁ wie Optikachsen (nicht dargestellt), die Lichtstrahlen der Lichtschranke entsprechen. Beim auf Fig. 3 dargestellten Beispiel ist die Anzahl der Öffnungen O₃₁ gleich 16, da dieser Block einer Lichtschranke mit 16 Strahlen entspricht. Diese Strahlen sind parallel und senkrecht überlagert.

Zwischen der Rückwand 2 und der Vorderwand 3 weist der Körper zwei dünne Trennwände 4, 5 auf, die in Abstand zueinander angeordnet sind und auf der Achse ausgerichtete Öffnungen O₁, O₂ aufweisen. Die Trennwände 4, 5 sind miteinander und mit den Wänden 2, 3 durch Stege 7 verbunden. Die Wände der Stege befinden sich in einem Abstand zur Achse X_iX_i, der relativ zu den Durchmessern der Öffnungen O₁, O₂ definiert ist, um die Störreflexionen zu minimieren.

Fig. 5, die eine vertikale Schnittansicht des Blockes der Fig. 3 darstellt, zeigt die interne Struktur des Blockes 1, mit seiner Rückwand 2, seiner Vorderwand 3 und seinen dünnen Zwischenwänden 4, 5. Diese Figur zeigt ebenfalls die Achsen X₁X₁ der Strahlen, die Öffnungen O_0i und O_3i eines jeden Bestandteiles des Körperblockes 1.

An der Vorderwand 3 erhält der Block 1 den Vordermantel 6, der mit auf den Achsen des Körpers 1 ausgerichteten Linsen Op_i ausgerüstet ist. Aus Fabrikationsgründen ist es günstiger, den Block 1 mit zwei übereinander angeordneten Mänteln 6 abzudecken.

Für den Zusammenbau der Schaltungen umfaßt der Körper 1 Einhakpunkte 11 und Stützen 13 in einem (nicht dargestellten) Gehäuse, an der Rückseite, sowie Spindeln 12, die in die Aufnahmen 61 des Vorderelementes 6 eingeführt werden.

Der auf Fig. 3, 4, 5 dargestellte Optikblock wird vorzugsweise in Form eines Körpers und eines Vorderelementes im Einspritzverfahren hergestellt. Der an den Seiten eine offene Struktur aufweisende Körper 1 wird insbesondere in einer mit mobilen Teilen ausgestatteten Form hergestellt, die von den Seiten her eingeführt werden und die verschiedenen Trennwände und Wände des Blockes definieren, wobei der Körper 1 ebenfalls Spindeln aufweist, die den Öffnungen der Vorderwand und der verschiedenen Trennwände sowie der Öffnung der Rückwand entsprechen.

Claims (7)

1. Optikblock für Lichtschranken mit mindestens einem optischen Sende- oder Empfangselement (E) mit einer optoelektronischen Sende- oder Empfangskomponente, kombiniert mit einem optischen Übertragungsorgan (OP) zum Austausch eines Lichtstrahles (R) mit einem entsprechenden Element eines anderen Lichtschrankenblocks, um miteinander eine Lichtschranke zu bilden, die mindestens aus einem Lichtstrahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- oder Empfangselement (E) eine Wand (PR) umfaßt, die dem Eingang oder Ausgang des Strahles der Komponente (CE, CR) zugeordnet und mit einer Öffnung (O₀) versehen ist und mindestens eine Trennwand (C₁, C₂) umfaßt, die zwischen der Wand (PR), die der Komponente (CE, CR) zugeordnet ist, und dem optischen Übertragungsorgan (OP) eine Membran bildet.

2. Optikblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- oder Empfangselement (E) zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Trennwände (C₁, C₂) mit jeweils einer Öffnung (O₁, O₂) umfaßt, die eine so angeordnete Membran bilden, daß gewählte Reflexionszonen bevorzugt werden.

3. Optikblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (C₁, C₂) mit einer Vorderwand (PA) oder einer Rückwand (PR) oder einer anderen Trennwand durch Stege (7) verbunden ist, die Wände aufweisen, die sich in einem Abstand zur optischen Achse (XX) befinden, der relativ zu den Durchmessern der Öffnungen (O₁, O₂) der Trennwände definiert ist, um die Störreflexionen zu minimieren.

4. Optikblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Körper (1) umfaßt, der aus einer Vorderwand (PA) und einer Rückwand (PR) besteht, die von mindestens einer dünnen, eine Öffnung (O₁, O₂) aufweisenden Trennwand (C₁, C₂) getrennt werden, wobei die Wände und die Trennwände mit Stegen verbunden sind, wobei die Vorderwand (PA) mit vorderen Öffnungen (O₃) ausgestattet ist, wobei die Rückwand (PR) Aufnahmen (L) umfaßt, um jeweils eine optoelektronische Komponente (CE, CR) aufzunehmen, und demensprechende Eingangs- oder Ausgangsöffnungen (O₀) des Strahles, einen Vordermantel (PF) mit Linsen (OP), der an der Vorderwand befestigt ist, wobei die Vorderöffnungen (O₃), die Öffnungen (O₁, O₂) der Trennwände, die Eingangs- oder Ausgangsöffnungen (O₀) des Strahles eines jeden Elementes (E) nach der optischen Achse (XX) desselben ausgerichtet ist.

5. Optikblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper Befestigungsmittel in einem Gehäuse aufweist.

6. Optikblock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) Positionierspindeln (12), die aus der Vorderwand nach vorne herausragen, aufweist, und daß der Vordermantel den Spindeln entsprechende Aufnahmen aufweist, um den Mantel am Körper zu positionieren.

7. Optikblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper und der Vordermantel im Einspritzverfahren hergestellt werden.