DE19924351A1

DE19924351A1 - Lichtschranke

Info

Publication number: DE19924351A1
Application number: DE19924351A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast; Roland Hang
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: DE19924351C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke (1), welche einen Sender (3) aufweist, der jeweils innerhalb einer Periodendauer T¶S¶ periodisch Sendelichtimpulse (2) emittiert, sowie einen Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger (6), der an eine Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist. In der Auswerteeinheit (9) werden die Empfangslichtimpulse periodisch jeweils innerhalb einer Periodendauer T¶E¶ registriert, welche zumindest näherungsweise der Periodendauer T¶S¶ entspricht. Jede Periodendauer T¶E¶ ist auf gleiche Weise in eine vorgegebene Anzahl von Zeitfenstern Z¶n¶ (n = 1, ...N) unterteilt, wobei für jede Periodendauer T¶E¶ in jedem Zeitfenster Z¶n¶ die Anzahl der am Empfänger (6) auftreffenden Empfangslichtimpulse registriert wird, indem ein in einem Zeitfenster Z¶n¶ zugeordneter Zählerstand B¶n¶ um einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls ein Empfangslichtimpuls innerhalb des Zeitfensters Z¶n¶ registriert wird und andernfalls der Zählerstand B¶n¶ gleichbleibt oder um einen vorgegebenen Wert vermindert wird. Die Lichtschranke (1) nimmt den Schaltzustand "Lichtweg frei" ein, falls wenigstens der Zählerstand B¶n¶ eines Zeitfensters Z¶n¶ größer oder gleich als ein vorgegebener Schwellwert A ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lichtschranke zur Durchführung des Verfahrens gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 196 13 940 C2 bekannt. Die dort be schriebene Lichtschranke weist zwei Schaltzustände "Lichtweg frei" und "Lichtweg nicht frei" auf. Der Sender der Lichtschranke sendet periodisch Fol gen von Lichtimpulsen aus, wobei jeweils innerhalb einer Periode T innerhalb eines Zeitintervalls T_S eine vorgegebenen Anzahl von NS Lichtimpulsen ausge sendet wird, worauf sich eine Sendepause T_P anschließt. In der Auswerteeinheit der Lichtschranke werden auf den Empfänger auftreffende Lichtimpulse je weils während vorgegebener Zeitintervalle T_E ausgewertet, wobei das Zeitin tervall T_E geringfügig größer als das Zeitintervall T_S ist.

Ausgehend vom Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" wird das Zeitintervall T_E erstmals dann geöffnet, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird. Der Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" wechselt erst dann in den Schaltzu stand "Lichtweg frei", nachdem N_S Lichtimpulse innerhalb eines Zeitintervalls T_E registriert worden sind.

Im Schaltzustand "Lichtweg frei" wird das Zeitintervall T_E jeweils nach seiner Beendigung geöffnet, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird. Dabei verbleibt die Lichtschranke im Schaltzustand "Lichtweg frei" auch dann, wenn während eines vorgegebenen Zeitintervalls T_I, welches größer oder gleich der Periodendauer T = T_S + T_P ist, empfangsseitig innerhalb wenigstens eines Zeitintervalls T_E wenigstens N_min Lichtimpulse registriert werden, wobei 0,5 N_S < N_min < N_S ist.

Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, daß ohne eine Synchronisierung von Sen der und Empfänger eine weitgehend sichere Detektion von Störsignalen ge währleistet ist.

Jedoch kann es bei derartigen Lichtschranken insbesondere dann zu Fehlschal tungen kommen, wenn sich ein Objekt im Strahlengang befindet und gleich zeitig von einer Störlichtquelle emittierte Lichtimpulse mit sich verändernder Frequenz auf den Empfänger der Lichtschranke treffen. Aufgrund der sich ver ändernden Störlichtfrequenz kann es vorkommen, daß innerhalb eines Zeitin tervalls T_E gerade N_S Lichtimpulse registriert werden, worauf die Lichtschran ke fälschlicherweise in den Schaltzustand "Lichtweg frei" wechselt. Wenn dann die für den Wechsel in den Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" geforderte Anzahl N_min von Lichtimpulsen erheblich kleiner als der Wert N_S ist, kann der Schaltzustand "Lichtweg frei" sogar über eine längere Zeit erhalten bleiben.

Derartige Fehlerquellen könnten prinzipiell dadurch minimiert werden, daß die für den Wechsel in den Schaltzustand "Lichtweg frei" geforderte Anzahl von N_S Lichtimpulsen sehr groß gewählt würde. Dies würde jedoch zu einer uner wünscht niedrigen Schaltfrequenz der Lichtschranke führen.

Ferner ist bei diesem Verfahren nachteilig, daß der Sender eine Folge von kur zen Lichtimpulsen generieren muß, wobei dabei die Pausen zwischen zwei Lichtimpulsen ebenfalls sehr kurz sind. Dies führt zu einem relativ großen schaltungstechnischen Aufwand bei der Pulsformung der Lichtimpulse und zu einer relativ hohen Belastung des Senders. Zudem ist auch empfangsseitig ein erhöhter Aufwand notwendig, um die einzelnen Lichtimpulse getrennt vonein ander zu detektieren. Dies macht den Einsatz von hochwertigen, schnellen elektronischen Bauteilen notwendig, wodurch die Herstellkosten der Licht schranke relativ groß sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde auf möglichst einfache Weise einen störungsfreien Betrieb einer Lichtschranke zu gewährleisten.

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 werden die Empfangslichtimpulse periodisch jeweils inner halb einer Periodendauer T_E registriert, welche zumindest näherungsweise der Periodendauer T_S entspricht, mit welcher der Sender periodisch Sendelichtim pulse emittiert.

Jede Periodendauer T_E ist in gleicher Weise in eine vorgegebene Anzahl von Zeitfenstern Z_n (n = 1 . . . N) unterteilt, wobei für jede Periodendauer T_E in jedem Zeitfenster Z_n die Anzahl der am Empfänger auftreffenden Empfangslichtim pulse registriert wird.

Vorzugsweise wird jeweils geprüft, in welches Zeitfenster beispielsweise die Vorderflanke eines Empfangslichtimpulses fällt. In diesem Fall können die Breiten der Zeitfenster Z_n kleiner als die Pulsbreite eines Sende- oder eines entsprechenden Empfangslichtimpulses sein, wobei dennoch eine eindeutige Zuordnung des Empfangslichtimpulses zu einem Zeitfenster Z_n möglich ist.

Die Auswertung innerhalb einer Periodendauer T_E erfolgt derart, daß der einem Zeitfenster Z_n zugeordnete Zählerstand B_n um einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls ein Empfangslichtimpuls innerhalb dieses Zeitfensters Z_n registriert wird. Andernfalls bleibt der Zählerstand B_n gleich oder wird um einen vorge gebenen Betrag vermindert.

Die Lichtschranke nimmt dann den Schaltzustand "Lichtweg frei" ein, falls wenigstens der Zählerstand B_n eines Zeitfensters Z_n größer oder gleich als ein vorgegebener Schwellwert A ist.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Auswertung der Emp fangslichtimpulse jeweils innerhalb einer Periodendauer T_E vorzunehmen, wel che der Periodendauer T_S etwa entspricht.

Für den Fall, daß die Periodendauer T_E exakt gleich der Periodendauer T_S ist, fallen bei störungsfreiem Betrieb und freiem Lichtweg der Lichtschranke die von dem Sender emittierten Sendelichtimpulse und am Empfänger als Emp fangslichtimpulse für jede Periodendauer T_E jeweils in das gleiche Zeitfenster Z_n. Dadurch wird mit jeder Periodendauer T_E der Zählerstand B_n des entspre chenden Zeitfensters Z_n erhöht bis der Schwellwert A überschritten wird und demzufolge der Schaltzustand "Lichtweg frei" eingenommen wird.

Auch wenn die Periodendauer T_E geringfügig von der Periodendauer T_S ab weicht, ist gewährleistet, daß bei freiem Strahlengang der Zählerstand B_n eines Zeitfensters Z_n den Schwellwert A erreicht, so daß der Schaltzustand "Licht weg frei" angenommen wird. Bei etwas größeren Zeitdifferenzen von T_E-T_S kann hierzu in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß bei einem in ein Zeitfenster Z_n fallenden Empfangslichtimpuls nicht nur der Zählerstand B_n dieses Zeitfensters sondern auch der Zählerstand des benachbarten Zeitfensters B_n-1 oder gegebenenfalls B_n+1 erhöht wird.

Asynchron zum Sendetakt des Senders auf den Empfänger auftreffende Stör lichtimpulse fallen zufällig auf beliebige Zeitfenster Z_m innerhalb einer Periode T_E und führen nur zu einem kurzzeitigen, geringfügigen Hochzählen der ent sprechenden Zählerstände B_m, die nach vorgegebener Zeit wieder auf den Wert null zurückgesetzt werden und somit nicht zu einem Überschreiten des Schwellwerts A führen.

Derartige Störlichtimpulse führen somit nicht zu einer Fehlschaltung der Licht schranke.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird pro Periodendauer T_S vom Sender jeweils ein Sendelichtimpuls emittiert. Je nachdem, ob T_E etwas größer oder kleiner als T_S ist, werden dann bei freiem Lichtweg und im störungsfreien Be trieb der Lichtschranke pro Periodendauer ein oder zwei Empfangslichtimpulse am Empfänger registriert. Demzufolge kann maximal eine vorgegebene Anzahl D_o von Zeitfenstern Z_n Zählerstände B_n aufweisen, die oberhalb des Schwell werts A liegen.

Werden jedoch für mehr als D_o Zeitfenster Z_n Zählerstände B_n oberhalb des Schwellwerts A registriert, so muß ein Störsender vorliegen, welcher mit etwa derselben Frequenz wie der Sender Störlicht abstrahlt. Dieser Fremdsender kann beispielsweise von einer zweiten Lichtschranke gebildet sein. In diesem Fall wird eine Störmeldung abgegeben, so daß auch derartige Störungen die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Lichtschranke nicht beeinträchti gen.

Mit der erfindungsgemäßen Lichtschranke können somit sowohl zufällig auf tretende Störlichteinstrahlungen als auch synchron zum Sendetakt auftretende Störlichteinflüsse sicher erkannt und unterschieden werden.

Besonders vorteilhaft dabei ist, daß diese Störungen ohne Zeitverzug erkannt werden können, wobei insbesondere die asynchron auftretenden Störeinflüsse beseitigt werden können ohne die Schaltfrequenz der Lichtschranke uner wünscht zu reduzieren. Der Betrieb der Lichtschranke bleibt somit durch der artige Störungen völlig unbeeinflußt.

Schließlich ist vorteilhaft, daß die Auswertung der Empfangslichtimpulse di gital erfolgen kann, wobei die Auswerteeinheit von einem Mikroprozessor oder ASIC gebildet sein kann und dementsprechend kostengünstig ist. Dabei eignet sich eine derartige Auswertung insbesondere auch für sicherheitstechnische Anwendungen, wobei in diesem Fall die Auswerteeinheit vorzugsweise redun dant aufgebaut ist.

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

Fig. 1 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lichtschranke,

Fig. 2 Zeitdiagramme für einzelne Komponenten der Lichtschranke gemäß Fig. 1 für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 Erstes Zeitdiagramm für die Auswertung eines Empfangslichtimpul ses nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 Zweites Zeitdiagramm für die Auswertung eines Empfangslichtim pulses nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsge mäßen Verfahrens,

Fig. 5 Zeitdiagramme für einzelne Komponenten der Lichtschranke gemäß Fig. 1 für ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 Zeitdiagramme für einzelne Komponenten der Lichtschranke gemäß Fig. 1 für ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 7 Schematische Darstellung von Auswerteregeln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtschranke 1. Die Lichtschranke 1 weist einen Sendelichtimpulse 2 emittie renden Sender 3 auf, der beispielsweise von einer Leuchtdiode gebildet ist. Der Sender 3 ist an einen Sendeoszillator 4 angeschlossen, welcher den Sendetakt 1/T_S vorgibt, mit welchem die Sendelichtimpulse 2 emittiert werden. Im vor liegenden Ausführungsbeispiel wird innerhalb einer Periodendauer T_S jeweils ein Sendelichtimpuls 2 mit einer vorgegebenen Pulsdauer emittiert. Der Sender 3 und der Sendeoszillator 4 sind in einem ersten Gehäuse 5 angeordnet, in wel chem zudem eine nicht dargestellte, dem Sender 3 nachgeordnete Sendeoptik zur Strahlformung der Sendelichtimpulse 2 vorgesehen sein kann.

Im Abstand zum Sender 3 ist ein Empfänger 6 angeordnet, der von einer Pho todiode oder dergleichen gebildet ist. Auf den Empfänger 6 treffen vom Sender 3 emittierte Sendelichtimpulse 2 sowie gegebenenfalls von Störsendern emit tierte Störlichtimpulse als Empfangslichtimpulse auf. Zudem kann dem Emp fänger 6 eine nicht dargestellte Empfangsoptik vorgeordnet sein. Diese Emp fangslichtimpulse generieren im Empfänger 6 Empfangssignale, die in einem am Ausgang des Empfängers 6 angeschlossenen Verstärker 7 verstärkt werden. Der Ausgang des Verstärkers 7 ist auf einen Eingang eines D-Flip-Flops 8 ge führt. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops 8 ist auf einen Eingang einer Auswer teeinheit 9 geführt, welche von einem ASIC oder von einem Mikroprozessor gebildet ist. Von einem Ausgang der Auswerteeinheit 9 ist eine Zuleitung zu einem Eingang R des Flip-Flops geführt.

An einen weiteren Eingang der Auswerteeinheit 9 ist ein Empfangsoszillator 10 angeschlossen, der insbesondere baugleich wie der Sendeoszillator 4 ausgeführt sein kann. Vorzugsweise sind der Sende- 4 und Empfangsoszillator 10 jeweils von einem Quarzoszillator oder einem RC-Oszillator gebildet.

Schließlich sind an jeweils einem Ausgang der Auswerteeinheit 9 ein Schal tausgang 11 und ein Störmeldeausgang 12 angeschlossen. An einen weiteren Eingang der Auswerteeinheit 9 ist ein Parametriereingang 13 angeschlossen, über welchen Parameterwerte zur Einstellung der Betriebsparameter der Licht schranke 1 einlesbar sind. Die Parameterwerte werden in einem an die Aus werteeinheit 9 angeschlossenen Parameterspeicher 14 abgespeichert.

Der Empfänger 6 und sämtliche weiteren an die Auswerteeinheit 9 angeschlos senen Komponenten sind in einem zweiten Gehäuse 15 untergebracht.

Die beiden Gehäuse 5, 15 sind in Abstand zueinander angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen Sender 3 und Empfänger 6 die Überwachungsstrecke der Lichtschranke 1 bildet. Befindet sich kein Objekt in der Überwachungs strecke, treffen bei störungsfreiem Betrieb nur die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 auf den Empfänger 6 und über die Auswerteeinheit 9 wird der Schaltausgang 11 in dem Schaltzustand "Lichtweg frei" gesetzt. Befindet sich ein Objekt in der Überwachungsstrecke, treffen die Sendelichtimpulse 2 nicht mehr auf den Empfänger 6, so daß der Schaltausgang 11 den Schaltzu stand "Lichtweg nicht frei" einnimmt.

Zur Unterdrückung von Störsignaleinflüssen erfolgt die Auswertung der Emp fangssignale am Ausgang des Empfängers 6 mit einem Empfangstakt 1/T_E, der zumindest näherungsweise mit dem Sendetakt 1/T_S des Senders 3 überein stimmt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Vorgabe des Empfangstakts 1/T_E über einen Empfangsoszillator 10 erfolgt, der bau gleich mit dem Sendeoszillator 4 ist. Somit sind die Abweichungen der Peri odendauern T_S und T_E allein durch bauteilbedingte Toleranzen bedingt und dementsprechend gering.

Jede Periodendauer T_E wird in gleicher Weise in eine vorgegebene Anzahl N von Zeitfenstern Z_n (n = 1, 2 . . . N) unterteilt. Für Sendefrequenzen 1/T_S im Be reich von 0,5 kHz . . . 10 kHz wird eine Periodendauer T_E typischerweise in etwa N = 30 Zeitfenster Z_n unterteilt. Die Unterteilung der Periodendauer T_E in die Zeitfenster Z_n erfolgt durch eine geeignete Taktvorgabe des Empfangsoszilla tors 10. Dabei weisen die Zeitfenster Z_n jeweils dieselbe Breite auf.

Erfindungsgemäß wird zur Auswertung der Empfangslichtimpulse in der Aus werteeinheit 9 innerhalb jeder Periodendauer T_E registriert, in welches Zeitfen ster Z_n die einzelnen Empfangslichtimpulse fallen.

Vorteilhafterweise wird dabei nicht die gesamte Pulsbreite eines durch einen Empfangslichtimpuls generierten Empfangssignalimpulses ausgewertet. Viel mehr wird in der Auswerteeinheit 9 die Vorderflanke eines derartigen Emp fangssignalimpulses ausgewertet und registriert, in welches Zeitfenster Z_n diese Vorderflanke fällt. Dies hat den Vorteil, daß die Breiten der Zeitfenster Z_n er heblich kleiner als die Pulsbreiten der Empfangslichtimpulse sein können und dennoch eine genaue Zuordnung eines Empfangslichtimpulses zu einem be stimmten Zeitfenster Z_n möglich ist. Zur Erfassung, ob innerhalb eines Zeitfen sters Z_n ein Empfangslichtimpuls vorliegt, wird nach Ablauf des betreffenden Zeitfensters Z_n jeweils von der Auswerteeinheit 9 der Schaltzustand am Aus gang Q des D-Flip-Flops 8 abgefragt und danach das D-Flip-Flop 8 über die Auswerteeinheit 9 am Eingang R zurückgesetzt.

Die Auswertung in der Auswerteeinheit 9 erfolgt derart, daß die in die einzel nen Zeitfenster Z_n fallenden Empfangslichtimpulse fortlaufend gezählt werden. Dabei wird der Zählerstand B_n eines Zeitfensters Z_n um einen Wert, der in den vorliegenden Ausführungsbeispielen eins beträgt, erhöht, falls innerhalb einer Periodendauer T_E ein Empfangslichtimpuls in dieses Zeitfenster Z_n fällt. Fällt in der darauffolgenden Periodendauer T_E in dieses Zeitfenster Z_n kein Emp fangslichtimpuls, so wird der Zählerstand Z_n wieder um einen Wert, der in den vorliegenden Ausführungsbeispielen zwei beträgt, reduziert. Dabei werden die Zählerstände Z_n jeweils nur bis zu einem oberen Grenzwert B_max erhöht und jeweils nur bis zu einem unteren Grenzwert B_min = 0 reduziert.

Alternativ kann, falls nach Erhöhen eines Zählerstands Z_n während der näch sten Periodendauer T_E kein Empfangslichtimpuls registriert wird, der Zähler stand B_n zunächst unverändert bleiben und erst dann reduziert werden, wenn innerhalb der darauffolgenden Periodendauer T_E wieder kein Empfangslich timpuls in das Zeitfenster Z_n fällt.

Der Schaltausgang 11 der Lichtschranke 1 nimmt den Schaltzustand "Lichtweg frei" ein, falls wenigstens einer der Zählerstände B_n größer oder gleich als ein vorgegebener Schwellwert A, die sogenannte Auswertetiefe, ist.

Vorteilhafterweise wird der obere Grenzwert B_max in Abhängigkeit dieses Schwellwerts A gewählt. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen beträgt B_max = 2A-1.

Fig. 2 zeigt die Funktionsweise einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Sender 3 emittiert mit der Periodendauer T_S periodisch Sende lichtimpulse 2 zu den Zeiten t₁ + NT_S (N = 0, 1, 2 . . .). Da kein Objekt in der Überwachungsstrecke angeordnet ist, treffen diese Sendelichtimpulse 2 als Empfangslichtimpulse zu den entsprechenden Zeiten auf dem Empfänger 6 auf. Zudem treffen zu den Zeiten t₂ und t₃ Störlichtimpulse auf den Empfänger 6 auf.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht die Periodendauer T_E exakt der Periodendauer T_S. Demzufolge wird für jede Periodendauer T_E der vom Sender 3 emittierte Sendelichtimpuls 2 als Empfangslichtimpuls in dem selben Zeitfenster, im vorliegenden Fall im Zeitfenster Z₈, registriert. Somit wird von dem Ausgangswert B₈ = 0 der Zählerstand B₈ für jede Periodendauer T_E um den Wert eins erhöht, bis der Schwellwert A = 3 erreicht wird und die Lichtschranke 1 in den Schaltzustand "Lichtweg frei" wechselt.

Der erste Störlichtimpuls zur Zeit t₂ wird während der ersten Periodendauer T_E im Zeitfenster Z_m registriert, so daß der Zählerstand B_m auf den Wert eins er höht wird. Nachdem während der nächsten Periodendauer T_E kein Empfangs lichtimpuls mehr im Zeitfenster Z_m registriert wird, wird der Zählerstand B_m wieder auf den Wert null zurückgesetzt. Normalerweise würde der Zählerstand B_m um den Wert 2 vermindert. Jedoch sind die Zählerstände B_n auf den mini malen Grenzwert B_min = 0 begrenzt. Dieselbe Auswertung erfolgt auch für den zur Zeit t₃ auftretenden Störlichtimpuls.

Dadurch, daß die Zählerstände B_n der einzelnen Zeitfenster Z_n fortlaufend er höht werden, wenn innerhalb aufeinanderfolgender Periodendauer T_E jeweils im gleichen Zeitfenster Z_n ein Empfangslichtimpuls registriert wird, können die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 effizient von Störlichtimpulsen, die zufällig auftreten, getrennt werden.

Besonders vorteilhaft hierbei ist, daß eine Synchronisation des Empfängers 6 auf den Sender 3 der Lichtschranke 1 nicht notwendig ist. Desweiteren ist vor teilhaft, daß die Emission der Sendelichtimpulse 2 nicht verzögert werden muß, um eventuell vorhandenen Störlichtimpulsen auszuweichen. Die Störlichtim pulse können allein durch eine geeignete Wahl des Schwellwerts A eliminiert werden, und zwar unabhängig von der Häufigkeit der Störlichtimpulse als auch unabhängig von der Amplitude der Störlichtimpulse.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Ver fahrens. Diese Variante ist insbesondere für den Fall geeignet, daß die Peri odendauer T_E nicht exakt mit der Periodendauer T_S des Senders 3 überein stimmt.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird in diesem Fall bei einem in das Zeitfenster Z_n fallenden Empfangslichtimpuls nicht nur der Zäh lerstand B_n um den Wert eins erhöht sondern auch der Zählerstand B_n-1 des be nachbarten Zeitfensters Z_n-1. Dieser Fall ist in Fig. 3 dargestellt. Nachdem das Objekt aus dem Überwachungsbereich entfernt wurde, gelangen die Emp fangslichtimpulse ab dem Zeitpunkt t₀ zum Empfänger 6, wo sie im Zeitfenster Z₃ registriert werden, so daß die Zählerstände B₂ und B₃ jeweils um 1 erhöht werden bis der Zählerstand B_max erreicht wird.

In Fig. 4 sind die Zeitfenster Z₁ . . . Z₅ bei freiem Strahlengang der Lichtschran ke 1 dargestellt. Zum Anfangszeitpunkt B(t) liegen für die Zählerstände B₂ und B₃ jeweils die Maximalwerte B_max = 2A-1 = 5 vor, nachdem diese gemäß Fig. 3 auf den Maximalwert hochgezählt wurden.

Aufgrund der Differenz zwischen T_E und T_S wandert der Empfangslichtimpuls innerhalb der fünf dargestellten Perioden T_E vom Zeitfenster Z₃ zum Zeitfen ster Z₄. Dementsprechend wird der Zählerstand B₄ von Z₄ fortlaufend erhöht, während der Zählerstand B₂ von Z₂ kontinuierlich bis zum unteren Grenzwert B_min abnimmt. Da jedoch jeweils für einen in einem Zeitfenster Z_n registrierten Empfangslichtimpuls zwei benachbarte Zählerstände B_n und B_n-1 erhöht wer den, ist gewährleistet, daß das Zeitfenster Z₃ den maximalen Wert B₃ = 5 behält und somit oberhalb von A = 3 liegt. Demzufolge verbleibt die Lichtschranke 1 im Schaltzustand "Lichtweg frei", so daß durch die Differenz zwischen T_S und T_E keine Fehlschaltungen der Lichtschranke 1 verursacht werden. Diese Vari ante des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich prinzipiell auch im Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 2 anwenden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. In die sem Fall ist ein Objekt in der Überwachungsstrecke angeordnet, so daß die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 nicht zum Empfänger 6 gelangen. Jedoch treffen pro Periodendauer T_E mehrere Störlichtimpulse auf den Emp fänger 6. Damit diese Störlichtimpulse nicht zu Fehlschaltungen führen, wird der Schwellwert A in Abhängigkeit der Anzahl C von Zeitfenster Z_n innerhalb einer Periodendauer T_E mit Zählerständen B_n < 0 verändert.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist wiederum T_S exakt gleich groß wie T_E. Somit kann im störungsfreien Betrieb und bei freiem Lichtweg der Licht schranke 1 jeweils innerhalb einer Periodendauer T_E exakt ein vom Sender 3 emittierter Sendelichtimpuls 2 am Empfänger 6 registriert werden. Dabei wer den im vorliegenden Beispiel analog zu Fig. 3 und 4 bei einem im Zeitfenster Z_n registrierten Empfangslichtimpuls jeweils die Zählerstände B_n-1 und B_n in krementiert. Werden pro Periodendauer T_E eine Anzahl C von Zählerständen mit B_n < 0 registriert, die größer als C_o=A ist, so muß zwangsläufig eine Stör lichteinstrahlung vorliegen. Ist dies der Fall, wird der Schwellwert A jeweils um den Wert eins erhöht. Sinkt die Anzahl C auf C ≦ A wird der Schwellwert A wieder um den Wert eins reduziert. Dadurch wird vermieden, daß mehrere in ein Zeitfenster Z_n fallende Störlichtimpulse eine Fehlschaltung durch Erreichen des Schwellwerts A generieren. Zudem kann über den Störmeldeausgang 12 eine Störmeldung abgegeben werden, falls der Schwellwert A einen oberen Grenzwert A_stör überschreitet; Das signalisiert, daß aufgrund der starken Stör lichteinstrahlung ein sicherer Betrieb der Lichtschranke 1 nicht mehr möglich ist.

In Fig. 6 ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens darge stellt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel entspricht vorzugsweise die Peri odendauer T_E exakt der Periodendauer T_S. Zumindest ist T_S nahezu gleich groß wie T_E. Wiederum werden analog zu Fig. 3 und 4 bei einem im Zeitfenster Z_n registrierten Empfangslichtimpuls jeweils die Zählerstände B_n-1 und B_n inkre mentiert.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 treffen jeweils zu gleichen Zeitpunkten inner halb von T_E zwei Empfangslichtimpulse in den Zeitfenstern Z₈ und Z₂₂ auf den Empfänger 6, so daß jeweils die Zählerstände B₇ und B₈ und B₂₁ und B₂₂ hoch gezählt werden und oberhalb des Schwellwerts A liegen.

Die Empfangslichtimpulse stammen dabei zum einen von Sendelichtimpulsen 2 des eigenen Senders 3 sowie vom Sender einer zweiten Lichtschranke, wel che mit demselben Sendetakt 1/T_S arbeitet.

Da für wenigstens ein Zeitfenster Z_n der Zählerstand B_n den Schwellwert A erreicht, nimmt die Lichtschranke 1 den Schaltzustand "Lichtweg frei" ein. Gleichzeitig wird in der Auswerteeinheit 9 jedoch die Anzahl D der Zähler stände B_n, die den Schwellwert A erreichen, ausgewertet. Da die Periodendauer T_S exakt oder nahezu gleich T_E ist, können im störungsfreien Betrieb der Licht schranke 1 bei freiem Strahlengang nur zwei Zählerstände B_n maximal aber drei Zählerstände B_n den Schwellwerts A erreichen. Da jedoch dieser Grenz wert D_o =3 im vorliegenden Fall überschritten wird, wird über den Störmelde ausgang 12 eine Störmeldung ausgegeben.

Fig. 7 zeigt schließlich eine Zusammenfassung der vorgenannten Auswertun gen, die in der Software der Auswerteeinheit 9 nacheinander abgearbeitet wer den. In Abhängigkeit dieser Auswerteregeln nehmen der Schaltausgang 11 und der Störmeldeausgang 12 definierte Schaltzustände ein.

Dabei bedeuten in Fig. 7
A = Schwellwert (Auswertetiefe)
C = Anzahl der Zählerstände B_n pro Periodendauer T_E mit B_n < 0
D = Anzahl der Zählerstand B_n pro Periodendauer T_E mit B_n ≧ A
C_o = Grenzwert für C
D_o = Grenzwert für D
A_Stör = Grenzwert für A.

Schließlich können die Schaltzustände der Lichtschranke 1 zusätzlich durch Plausibilitätsprüfungen festgelegt werden.

So kann bei freiem Strahlengang der Lichtschranke 1 die Nummer n des Zeit fensters Z_n registriert und gespeichert werden, für welches der Zählerstand B_n ≧ A registriert wurde. Bei einem Objekteingriff treffen die entsprechenden Sendelichtimpulse 2 nicht mehr auf den Empfänger 6, so daß der Wert B_n bis auf null reduziert wird.

Wird das Objekt nach kurzer Unterbrechungszeit aus der Überwachungsstrecke entfernt, so muß die Nummer des Zeitfensters Z_m, dessen Zählerstand B_m dann bei freiem Strahlengang der Lichtschranke 1 den Schwellwert A erreicht, zu mindest näherungsweise mit der Nummer n übereinstimmen, da auch T_S und T_E näherungsweise übereinstimmen. Demzufolge wird dann eine Störmeldung ausgegeben, falls der Betrag |n-m| einen vorgegebenen Sollwert n_o überschreitet.

Bezugszeichenliste

1

Lichtschranke

2

Sendelichtimpuls

3

Sender

4

Sendeoszillator

5

Erstes Gehäuse

6

Empfänger

7

Verstärker

8

D-Flip-Flops

9

Auswerteeinheit

10

Empfangsoszillator

11

Schaltausgang

12

Störmeldeausgang

13

Parametriereingang

14

Parametrierspeicher

15

Zweites Gehäuse

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke, welche einen Sender auf weist, der jeweils innerhalb einer Periodendauer T_S periodisch Sende lichtimpulse emittiert, sowie einen Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger, der an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (9) die Empfangslichtimpulse periodisch jeweils innerhalb einer Periodendauer T_E registriert werden, welche zumindest näherungsweise der Periodendauer T_S entspricht, daß jede Periodendauer T_E auf gleiche Weise in eine vorgegebene Anzahl von Zeitfenstern Z_n (n = 1, . . . N) unterteilt ist, wobei für jede Periodendauer T_E in jedem Zeitfenster Z_n die Anzahl der am Empfänger (6) auftreffenden Empfangslichtimpulse registriert wird, indem ein in einem Zeitfenster Z_n zugeordneter Zählerstand B_n um einen vorgegebenen Wert erhöht wird, falls ein Empfangslichtimpuls innerhalb des Zeitfensters Z_n registriert wird und andernfalls der Zählerstand B_n gleichbleibt oder um einen vor gegebenen Wert vermindert wird, und daß die Lichtschranke 1 den Schaltzustand "Lichtweg frei" einnimmt, falls wenigstens der Zählerstand B_n eines Zeitfensters Z_n größer oder gleich als ein vorgegebener Schwellwert A ist.

2. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (9) registriert wird, in wel ches Zeitfenster Z_n die Vorderflanke eines Empfangslichtimpulses fällt.

3. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Zeitfenster Z_n je weils gleich groß sind.

4. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (3) innerhalb einer Peri odendauer T_S einen Sendelichtimpuls (2) emittiert, dessen Pulsbreite et was größer oder kleiner als die Pulsbreite eines Zeitfensters Z_n ist.

5. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer T_E im Bereich von 0,1 ms bis 2 ms liegt und die Anzahl N der Zeitfenster Z_n innerhalb einer Periodendauer T_E etwa 30 beträgt.

6. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand B_n bei Registrieren eines Empfangslichtimpulses im Zeitfenster Z_n jeweils um den Wert 1 bis zu einem oberen Grenzwert B_max = 2A-1 erhöht wird.

7. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Registrieren eines Empfangslichtim pulses im Zeitfenster Z_n außer dem Zählerstand von B_n auch der Zähler stand eines benachbarten Zeitfensters B_n-1 erhöht wird.

8. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand B_n um den Wert 2 bis zu einem unteren Grenzwert B_min = 0 reduziert wird, falls innerhalb einer Periodendauer T_E im Zeitfenster Z_n kein Empfangslichtimpuls registriert wird.

9. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert A in Abhängigkeit der Anzahl C von Zeitfenstern Z_n innerhalb einer Periodendauer T_E mit Zäh lerständen B_n < 0 veränderbar ist.

10. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störmeldung generiert wird, falls der Schwell wert A einen oberen Grenzwert Astör überschreitet.

11. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störmeldung generiert wird, falls für mehr als eine vorgegebene Anzahl D_o von Zeitfenstern Z_n, Z_m . . . die zugehörigen Zählerstände B_n, B_m . . . oberhalb des Schwellwerts A liegen.

12. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1- 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei freiem Strahlengang die Nummer n des Zeitfensters Z_n registriert wird, dessen Zählerstand B_n oberhalb des Schwellwerts A liegt, und daß nach einem kurzzeitigen Objekteingriff ei ne Störmeldung generiert wird, falls die Nummer m des Zeitfensters Z_m, für welches nach dem Objekteingriff ein Zählerstand B_m < A erhalten wird, mehr als einen vorgegebenen Betrag n_o von der Nummer n ab weicht.

13. Lichtschranke zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü che 1-12 mit einem periodisch Sendelichtimpulse (2) emittierenden Sen der, einem Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger sowie einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit (9), dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe des Sendetakts 1/T_S ein Sendeoszillator (4) an den Sender (3) angeschlossen ist und ein Empfangsoszillator (10) zur Vorgabe eines Empfangstakts 1/T_E an die Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist, wobei die der Periodendauer T_S zumindest näherungsweise entsprechende Peri odendauer T_E über den Empfangsoszillator (10) in eine vorgegebene An zahl von Zeitfenstern Z_n unterteilt ist, daß in der Auswerteeinheit (9) ein Zähler vorgesehen ist, mit welchem fortlaufend die in die einzelnen Zeit fenster Z_n fallenden Empfangslichtimpulse gezählt werden, und daß ein an die Auswerteeinheit (9) angeschlossener Schaltausgang (11) den Schaltzustand "Lichtweg frei" einnimmt, falls wenigstens ein einem Zeit fenster Z_n zugeordneter Zählerstand B_n größer oder gleich als ein vorge gebener Schwellwert A ist.

14. Lichtschranke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auswerteeinheit (9) ein Störmeldeausgang (12) angeschlossen ist.

15. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, daß an die Auswerteeinheit (9) ein Parametriereingang (13) an geschlossen ist.

16. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsoszillator (10) an einen Eingang der Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist.

17. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Empfängers (6) ein Verstärker (7) angeschlossen ist, dessen Ausgang auf einen Eingang eines D-Flip-Flops (8) geführt ist, wobei ein Ausgang Q des Flip Flops (8) an einen Eingang der Auswerte einheit (9) angeschlossen ist und ein Ausgang der Auswerteeinheit (9) auf einen Eingang R des D-Flip-Flops (8) geführt ist.

18. Lichtschranke nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf eines vom Empfangsoszillator (10) generierten Zeitfensters Z_n jeweils von der Auswerteeinheit (9) der Schaltzustand am Ausgang Q des D-Flip-Flops (8) abgefragt und danach das D-Flip-Flop (8) über die Auswerteeinheit (9) am Eingang R zurückgesetzt wird.

19. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sende- (4) und der Empfangsoszillator (10) jeweils von einem Quarzoszillator oder einem RC-Oszillator gebildet sind.