DE19956055A1

DE19956055A1 - Operating optoelectronic proximity switch, involves providing monotonically rising or falling comparator input signal, measuring and evaluating comparator output signal pulse width

Info

Publication number: DE19956055A1
Application number: DE1999156055
Authority: DE
Inventors: Robert Baumann; Juergen Kriegl; Javier Massanell
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: DE19956055C2

Abstract

The switch has a pulsed light transmitter, a reflected light receiver, a comparator and an evaluation unit with a system suitable for time measurement. A first input signal to the comparator from the light receiver rises or falls monotonically. The pulse width of the output signal of the comparator is measured and evaluated so only one comparator with only one threshold is required for monitoring three or more thresholds. An Independent claims are also included an optoelectronic proximity switch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Nähe rungsschalters mit mindestens drei Schaltschwellen, mit einem Lichtsender, mit einem Lichtempfänger, mit einem Komparator und mit einer Auswerteeinheit mit einem zur Zeitmessung geeigneten System, z. B. einem Mikrocontroller, wobei der Lichtsender Lichtimpulse aussendet und der Lichtempfänger die ausgesandten oder reflektierten Lichtimpulse detektiert, wobei das erste Eingangssignal des Komparators von dem Lichtempfänger geliefert wird, wobei das zweite Eingangssignal des Komparators von einem Referenzsignal gebildet wird und wobei das Ausgangssignal des Kompa rators auf einen Eingang des zur Zeitmessung geeigneten Systems gegeben wird.The invention relates to a method for operating an optoelectronic proximity switch with at least three switching thresholds, with one light transmitter, with one Light receiver, with a comparator and with an evaluation unit with one for Suitable timing system, e.g. B. a microcontroller, the light transmitter Light pulses emits and the light receiver the emitted or reflected Detected light pulses, the first input signal of the comparator from the Light receiver is supplied, the second input signal of the comparator is formed by a reference signal and wherein the output signal of the Kompa rators is given to an input of the system suitable for time measurement.

Bekannte optoelektronische Näherungsschalter weisen stets einen Lichtsender und einen Lichtempfänger auf und werden auch als Lichtschranken bezeichnet. Dabei unterscheidet man zwischen einem Lichtschrankentyp, bei dem der Lichtsender und der Lichtempfänger auf entgegengesetzten Seiten einer Überwachungsstrecke ange ordnet sind, Einweglichtschranke genannt, und einem Lichtschrankentyp, bei dem der Lichtsender und der Lichtempfänger am gleichen Ende einer Übertragungs strecke angeordnet sind, während ein am anderen Ende der Überwachungsstrecke angeordneter Reflektor den vom Lichtsender ausgehenden Lichtstrahl bzw. Lichtim puls zum Lichtempfänger zurück reflektiert, Reflexlichtschranke genannt. In beiden Fällen gibt der optoelektronische Näherungsschalter ein Signal aus, wenn der norma lerweise vom Lichtsender zum Lichtempfänger gelangende Lichtstrahl bzw. Lichtim puls durch ein in die Überwachungsstrecke gelangendes Beeinflussungselement un terbrochen wird. Der Lichtempfänge detektiert somit im Normalfall - keine Unterbre chung der Überwachungsstrecke - den vom Lichtempfänger ausgesandten Licht strahl bzw. die ausgesandten Lichtimpulse. Es gibt jedoch auch Lichtschranken des zuletzt beschriebenen Lichtschrankentyps, bei denen der vom Lichtempfänger aus gesandte Lichtstrahl bzw. die ausgesandten Lichtimpulse nur durch einentsprechen des Beeinflussungselement zum Lichtempfänger zurück reflektiert wird bzw. werden, Reflexlichttaster genannt. Hierbei detektiert der Lichtempfänger somit den reflektier ten Lichtstrahl bzw. die reflektierten Lichtimpulse.Known optoelectronic proximity switches always have a light transmitter and a light receiver and are also referred to as light barriers. there a distinction is made between a type of light barrier in which the light transmitter and the light receiver is on opposite sides of a surveillance route are classified, called one-way light barriers, and one type of light barrier in which the light transmitter and the light receiver at the same end of a transmission Track are arranged while one is at the other end of the surveillance track arranged reflector the light beam emitted by the light transmitter or Lichtim pulse reflected back to the light receiver, called reflex light barrier. In both In some cases, the optoelectronic proximity switch issues a signal when the norma Light beam or light im coming from the light transmitter to the light receiver pulse through an influencing element un entering the monitoring section is broken. The light reception therefore normally detects - no interruptions monitoring route - the light emitted by the light receiver beam or the emitted light pulses. However, there are also light barriers last described type of light barrier, where the one from the light receiver transmitted light beam or the transmitted light impulses only by corresponding of the influencing element is reflected back to the light receiver, Diffuse sensors called. Here, the light receiver thus detects the reflective th light beam or the reflected light pulses.

Die heutigen Anforderungen an optoelektronische Näherungsschalter beschränken sich nicht mehr allein auf die Steuerung des Näherungsschalters. Die Selbstüberwa chung spielt eine zunehmende Rolle, um eine höhere Funktionssicherheit des opto elektronischen Näherungsschalters zu erreichen. Daher überwachen moderne opto elektronische Näherungsschalter nicht nur die eigentliche Schaltschwelle - Objekt in nerhalb des Überwachungsbereichs vorhanden oder nicht - sondern überwachen noch zusätzliche Schaltschwellen, die die Funktion von Warnschwellen haben. Außerdem haben fast alle optoelektronischen Näherungsschalter außer einer Ein- Schaltschwelle noch eine Aus-Schaltschwelle, die nicht zusammenfallen, sondern sich um einen bestimmten Wert, die Hysterese, unterscheiden. Aufgabe der Hysterese ist es, ein Flattern des Ausgangssignals des Näherungsschalters zu verhindern. Die Warnschwellen haben dann die Aufgabe anzuzeigen, wann sich das Empfangssignal in der Nähe der Ein- bzw. Ausschaltschwelle befindet. Derartige zusätzliche Schalt schwellen können dann zur Überwachung zusätzlicher Bereiche, beispielsweise eines Bereichs "Sicher Ein" oder eines Bereichs "Sicher Aus" benutzt werden. Auch kön nen die zusätzlichen Schaltschwellen zur Anzeige von im Betrieb auftretenden Stö rungen genutzt werden, so daß ein drohender Ausfall oder eine fehlerhafte Funktion des optoelektronischen Näherungsschalters verhindert werden kann. Derartige Stö rungen entstehen beispielsweise dadurch, daß die Optik des Lichtsenders bzw. des Lichtempfängers verschmutzt wird, oder dadurch, daß eine hohe Hintergrund-Licht intensität den Lichtempfänger beeinflußt.Limit today's requirements for optoelectronic proximity switches no longer rely solely on the control of the proximity switch. The self-supervision chung plays an increasing role in order to increase the functional reliability of the opto electronic proximity switch. Therefore modern opto monitor Electronic proximity switches not only the actual switching threshold - object in existing or not within the monitoring area - monitor instead additional switching thresholds that function as warning thresholds. In addition, almost all optoelectronic proximity switches except one Switching threshold is an off-switching threshold that does not coincide, but instead by a certain value, the hysteresis. The task of the hysteresis is it to prevent fluttering of the output signal of the proximity switch. The Warning thresholds then have the task of indicating when the received signal is located near the switch-on or switch-off threshold. Such additional switching can then swell to monitor additional areas, such as one Safe On area or Safe Off area. Also can the additional switching thresholds to indicate faults occurring during operation rungs are used, so that an impending failure or a faulty function of the optoelectronic proximity switch can be prevented. Such disturbances stungen arise, for example, that the optics of the light transmitter or Light receiver becomes dirty, or because of a high background light intensity affects the light receiver.

Zur Realisierung eines optoelektronischen Näherungsschalters mit mehreren Schalt schwellen ist es beispielsweise aus der DE 43 37 518 C1 bekannt, für jede Schalt schwelle einen eigenen Komparator vorzusehen, wobei die Referenzeingänge der Komparatoren über eine Widerstandskette auf die verschiedenen Schaltschwellen eingestellt sind. Eine derartige Schaltung hat zwar den Vorteil einer parallelen Verar beitung des von dem Lichtempfänger detektierten Lichtimpulses, erfordert jedoch einen großen Platzbedarf und ist aufgrund der mehreren Komparatoren und Wider stände relativ teuer. Darüber hinaus ist eine Änderung von bestehenden Schalt schwellen oder eine Erweiterung um neue Schaltschwellen nur durch großen Hard wareaufwand möglich.To implement an optoelectronic proximity switch with several switches thresholds it is known for example from DE 43 37 518 C1, for each switching threshold to provide its own comparator, the reference inputs of the Comparators via a resistance chain to the various switching thresholds are set. Such a circuit has the advantage of parallel processing processing of the light pulse detected by the light receiver, however, requires a large space requirement and is due to the multiple comparators and cons would be relatively expensive. In addition, there is a change from existing switching swell or an expansion with new switching thresholds only through large hard waiting time is possible.

Aus der DE 42 28 112 C 1 ist ein optoelektronischer Näherungsschalter mit vier Schaltschwellen bekannt, bei dem nur ein einziger Komparator benötigt wird. Zur Realisierung der verschiedenen Schaltschwellen wird der Referenzeingang des Kom parators über von einem Mikrocontroller geschaltete Widerstände nacheinander auf die verschiedenen Schaltschwellen eingestellt. Durch die Verwendung nur noch ei nes Komparators werden zwar die Kosten und der Platzbedarf reduziert, dieser Vorteil wird jedoch durch die serielle Abarbeitung der einzelnen Schaltschwellen erkauft. Bei beispielsweise vier zu überwachenden Schaltschwellen sind somit vier Signal zyklen notwendig, wodurch sich die Reaktionszeit des optoelektronischen Nähe rungsschalters erhöht und somit dessen Schaltfrequenz verringert. Eine Änderung oder Erweiterung von Schaltschwellen ist auch hier nur durch zusätzlichen Hard wareaufwand möglich.DE 42 28 112 C 1 is an optoelectronic proximity switch with four Switching thresholds known, in which only a single comparator is required. For The reference input of the com parators on resistors switched by a microcontroller one after the other the different switching thresholds are set. By using only egg The comparator reduces costs and space, but this advantage is, however, purchased through the serial processing of the individual switching thresholds. With, for example, four switching thresholds to be monitored, there are therefore four signals cycles necessary, which increases the response time of the optoelectronic proximity tion switch increased and thus its switching frequency reduced. A change or expansion of switching thresholds is also only possible with additional hard waiting time is possible.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines op toelektronischen Näherungsschalters mit mehreren Schaltschwellen zur Verfügung zu stellen, bei dem die einzelnen Schaltschwellen einfach, möglichst flexible und kosten günstig realisiert werden können.The invention is therefore based on the object of a method for operating an op toelectronic proximity switch with multiple switching thresholds available where the individual switching thresholds are simple, flexible and cost-effective can be realized cheaply.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist erfindungsgemäß zunächst und im wesentlichen dadurch gelöst, daß das erste Eingangssignal des Komparators einen monoton steigenden bzw. fallenden Verlauf hat und daß die Auswerteeinheit die Im pulsbreite des Ausgangssignals des Komparators mißt und auswertet, so daß zur Überwachung der mindestens drei Schaltschwellen nur ein Komparator mit nur einer Schaltschwelle benötigt wird.According to the invention, the previously derived and shown task is initially and essentially solved in that the first input signal of the comparator monotonically increasing or decreasing course and that the evaluation unit the Im pulse width of the output signal of the comparator measures and evaluates, so that for Monitoring the at least three switching thresholds using only one comparator with only one Switching threshold is required.

Durch die Verwendung eines geeigneten - einen monoton steigenden bzw. fallenden Verlauf aufweisenden - ersten Eingangssignals des Komparators und die Auswertung der Impulsbreite des Ausgangssignals des Komparators ist trotz Verwendung nur ei nes Komparators eine parallele Überwachung aller Schaltschwellen möglich. Durch die parallele Überwachung der verschiedenen Schaltschwellen ist zum einen eine hohe Schaltfrequenz realisierbar, wird zum anderen die Genauigkeit der Überwa chung erhöht, da die bei der seriellen Überwachung der einzelnen Schaltschwellen bestehende Gefahr des Auftretens von Signaländerungen während eines Signal zyklusses ausgeschlossen ist. Durch die Auswertung der Impulsbreite des Ausgangs signals des Komparators können bei nur einer Komparatorschaltschwelle unter schiedliche Schaltschwellen des optoelektronischen Näherungsschalters überwacht werden. Aus der zunächst dualen Information des Komparators - Komparatorschalt schwelle überschritten oder nicht - werden somit, anders als im Stand der Technik, durch die Auswertung der Impulsbreite weitere Informationen erfaßt und ausgewer tet, die dann eine Aussage ermöglichen, welche Schaltschwelle überschritten worden ist. Dadurch, daß die unterschiedlichen Schaltschwellen nicht hardwaretechnisch - durch Verwendung mehrerer Komparatoren oder durch Verwendung mehrerer zu schaltbarer Widerstände - realisiert werden, ist auch eine Änderung oder Ergänzung von Schaltschwellen ohne Hardwareänderung möglich.By using a suitable one - a monotonously rising or falling The first input signal of the comparator and the evaluation the pulse width of the output signal of the comparator is only egg despite use A parallel monitoring of all switching thresholds is possible via a comparator. By the parallel monitoring of the various switching thresholds is one high switching frequency realizable, on the other hand, the accuracy of the monitoring chung increased because the serial monitoring of the individual switching thresholds there is a risk of signal changes occurring during a signal cycle is excluded. By evaluating the pulse width of the output signals of the comparator can be set at only one comparator threshold Different switching thresholds of the optoelectronic proximity switch are monitored become. From the initially dual information of the comparator - comparator switch threshold is exceeded or not - unlike in the prior art, by evaluating the pulse width, additional information is acquired and evaluated tet, which then allow a statement as to which switching threshold has been exceeded is. Because the different switching thresholds are not hardware-related - by using several comparators or by using several to switchable resistors - to be realized is also a change or addition switching thresholds possible without hardware change.

Vorteilhafterweise ist das erste Eingangssignal des Komparators im wesentlichen dreiecksförmig, sinusförmig oder sägezahnförmig oder besteht das erste Eingangs signal aus einer Mischform dieser drei Signalformen. Gemeinsam ist diesen Signalfor men, daß sie zur Impulsbreitenauswertung geeignet sind. Vorteilhafterweise wird sowohl die positive als auch die negative Flanke (monoton steigende bzw. monoton fallende Flanke) des ersten Eingangssignals des Komparators ausgewertet.The first input signal of the comparator is advantageously essentially triangular, sinusoidal or sawtooth or the first input signal from a mixture of these three signal forms. Common to this signal form men that they are suitable for pulse width evaluation. Advantageously both the positive and the negative flank (monotonically rising or monotonously falling edge) of the first input signal of the comparator is evaluated.

Weiter vorteilhaft ist es, wenn die von dem Lichtsender ausgesendeten Lichtimpulse im wesentlichen rechteckförmig sind, wobei dann die vom dem Lichtempfänger de tektierten, ebenfalls rechteckförmigen Lichtimpulse durch Integration in ein dreiecks förmiges erstes Eingangssignal am Komparator umgewandelt werden.It is further advantageous if the light pulses emitted by the light transmitter are substantially rectangular, in which case the de detected, also rectangular light pulses by integration into a triangle shaped first input signal can be converted at the comparator.

Die Erfindung betrifft weiter einen optoelektronischen Näherungsschalter mit minde stens drei Schaltschwellen zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, der zumindest einen Lichtsender, einen Lichtempfänger, einen Komparator und eine Auswerteeinheit mit einem zur Zeitmessung geeigneten System, z. B. einem Mikro controller aufweist. Erfindungsgemäß ist dem Lichtempfänger ein Bandpaß und/oder ein Verstärker nachgeschaltet, wobei der Bandpaß und/oder der Verstärker zumindest einen Kondensator aufweisen bzw. aufweist. Der in dem Bandpaß und/oder dem Ver stärker integrierte Kondensator dient dabei zur Gewährleistung des monoton stei genden bzw. monoton fallenden ersten Eingangssignals am Komparator.The invention further relates to an optoelectronic proximity switch with mind at least three switching thresholds for realizing the method according to the invention, the at least one light transmitter, one light receiver, one comparator and one Evaluation unit with a system suitable for time measurement, e.g. B. a micro controller. According to the invention, the light receiver is a bandpass and / or an amplifier connected downstream, the bandpass filter and / or the amplifier at least have or has a capacitor. The one in the bandpass and / or the ver A more integrated capacitor serves to ensure the monotonous steepness the first input signal at the comparator.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Ver fahren bzw. den das erfindungsgemäße Verfahren realisierenden Näherungsschalter weiter auszugestalten und weiterzubilden, insbesondere dann, wenn als Auswerte einheit ein Mikrocontroller verwendet wird. Mit Hilfe des Mikrocontrollers können dann einerseits Fremdsignale mit hoher oder niedriger Frequenz unterdrückt werden und können bzw. kann andererseits der optoelektronische Näherungsschalter insge samt per Software eingestellt und/oder die Schaltschwellen verändert werden.In detail, there are now a variety of ways to Ver the invention drive or the proximity switch implementing the method according to the invention further develop and further develop, especially if as an evaluation unit a microcontroller is used. With the help of the microcontroller then on the one hand external signals with high or low frequency are suppressed and on the other hand, the optoelectronic proximity switch can all set by software and / or the switching thresholds can be changed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel dar stellenden Verwirklichung in einem optoelektronischen Näherungsschalter in Verbin dung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigenIn the following, the invention is based on an exemplary embodiment only realizing an optoelectronic proximity switch in connection dung explained with the drawing. Show it

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines aus der DE 43 37 518 C1 be kannten optoelektronischen Näherungsschalters, Fig. 1 is a simplified block diagram of from DE 43 37 518 C1 be known optoelectronic proximity switch,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines aus der DE 42 28 112 C1 be kannten optoelektronischen Näherungsschalters, Fig. 2 is a simplified block diagram of a BE from DE 42 28 112 C1 knew optoelectronic proximity switch,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform zur Verwirkli chung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 3 is a simplified block diagram of an embodiment for Verwirkli tion of the inventive method and

Fig. 4 eine qualitative Darstellung von vier - unterschiedlichen Schaltschwel len entsprechenden - ersten Eingangssignalen des Komparators und den dazu korrespondierenden vier Ausgangssignalen des Komparators. Fig. 4 shows a qualitative representation of four - different switching thresholds corresponding - first input signals of the comparator and the corresponding four output signals of the comparator.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Blockschaltbild eines optoelektronischen Näherungsschal ters, der zumindest immer einen Lichtsender 1 und einen Lichtempfänger 2 aufweist. Bei dem Lichtsender 1 kann es sich beispielsweise um eine LED ohne einen Laser handeln, bei dem Lichtempfänger 2 beispielsweise um eine Fotodiode oder einen Fo towiderstand. Zusätzlich weisen die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Näherungsschal ter mindestens einen Komparator 3 - gemäß Fig. 1 vier Komparatoren 3a bis 3d - und eine Auswerteeinheit in Form eines Mikrocontrollers 4 auf. Der Lichtsender 1 sendet kurze Lichtimpulse aus, die entweder direkt - Einweglichtschranke - oder durch Re flexion - Reflexlichtschranke bzw. Reflexlichttaster - vom Lichtempfänger 2 detek tiert werden. Figs. 1 to 3 show a block diagram of an opto-electronic proximity scarf ters, which always at least comprises a light transmitter 1 and a light receiver 2. The light transmitter 1 can be, for example, an LED without a laser, the light receiver 2 can be, for example, a photodiode or a film resistor. In addition, the proximity switches shown in FIGS. 1 to 3 have at least one comparator 3 - according to FIG. 1 four comparators 3 a to 3 d - and an evaluation unit in the form of a microcontroller 4 . The light transmitter 1 emits short light pulses, which are detected either directly - through a light barrier - or by reflection - reflex light barrier or reflex light sensor - by the light receiver 2 .

Bei einem optoelektronischen Näherungsschalter gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild, wie er beispielsweise aus der DE 43 37 518 C1 bekannt ist, ist jedem Komparator 3a bis 3d ein Widerstand 5a bis 5d zugeordnet. Das jeweils erste Ein gangssignal 6a bis 6d der Komparatoren 3a bis 3d wird von dem Lichtempfänger 2 geliefert. Über die durch die Widerstände 5a bis 5d gebildete Widerstandskaskade erhalten die einzelnen Komparatoren 3a bis 3d als jeweils zweites Eingangssignal 7a bis 7d einen der jeweiligen Schaltschwelle entsprechenden Spannungswert. Die Ausgangssignale 8a bis 8d der einzelnen Komparatoren 3a bis 3d werden parallel auf den Mikrocontroller 4 gegeben. Bei dem durch die Fig. 1 dargestellten optoelektroni schen Näherungsschalter können somit vier Schaltschwellen parallel überwacht wer den, wozu jedoch auch vier Komparatoren 3a bis 3d, vier Widerstände 5a bis 5d und vier Eingänge am Mikrocontroller 4 erforderlich sind. Soll eine Schaltschwelle verän dert werden oder eine zusätzliche Schaltschwelle ergänzt werden, so ist dies nur durch umständlichen Hardwareaufwand realisierbar, nämlich durch Austausch minde stens eines Widerstandes 5a, 5b, 5c oder 5d bzw. durch Hinzufügung eines weiteren Komparators und eines weiteren Widerstandes.In an optoelectronic proximity switch according to the block diagram shown in FIG. 1, as is known for example from DE 43 37 518 C1, each comparator 3 a to 3 d is assigned a resistor 5 a to 5 d. The first input signal 6 a to 6 d of the comparators 3 a to 3 d is supplied by the light receiver 2 . Via the resistor cascade formed by the resistors 5 a to 5 d, the individual comparators 3 a to 3 d receive a voltage value corresponding to the respective switching threshold as the second input signal 7 a to 7 d. The output signals 8 a to 8 d of the individual comparators 3 a to 3 d are given in parallel to the microcontroller 4 . In the optoelectronic proximity switch shown by FIG. 1, four switching thresholds can thus be monitored in parallel, but this also requires four comparators 3 a to 3 d, four resistors 5 a to 5 d and four inputs on the microcontroller 4 . If a switching threshold is to be changed or an additional switching threshold is to be added, this can only be achieved by laborious hardware expenditure, namely by exchanging at least one resistor 5 a, 5 b, 5 c or 5 d or by adding another comparator and another Resistance.

Bei dem durch das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 dargestellten optoelektronischen Näherungsschalter können ebenfalls vier Schaltschwellen überwacht werden. Im Un terschied zu der Ausgestaltung nach Fig. 1 weist die, durch die DE 42 28 112 C1 zum Stand der Technik gehörende Ausbildung eines optoelektronischen Näherungsschal ters lediglich einen Komparator 3 auf. Das erste Eingangssignal 6 des Komparators 3 wird auch hier von dem Lichtempfänger 2 geliefert. Das zweite Eingangssignal 7 des Komparators 3 wird nacheinander durch Hinzuschalten der einzelnen Widerstände 5a bis 5d auf eine den einzelnen Schaltschwellen entsprechende Spannung einge stellt. Das Ausgangssignal 8 des Komparators 3 wird auch hier wiederum auf den Mi krocontroller 4 gegeben. Die Einstellung der verschiedenen Schaltschwellen, d. h. die Zuschaltung der verschiedenen Widerstände 5a bis 5d wird durch den Mikrocontrol ler 4 gesteuert, wozu dieser drei Ausgänge 9a, 9b und 9c aufweist. Bei diesem als Blockschaltbild dargestellten optoelektronischen Näherungsschalter erfolgt die Ab frage der verschiedenen Schaltschwellen somit seriell, wodurch sich die Reaktionszeit des optoelektronischen Näherungsschalters erhöht und somit seine maximale Schalt frequenz verringert.In the optoelectronic proximity switch represented by the block diagram according to FIG. 2, four switching thresholds can also be monitored. In contrast to the embodiment according to FIG. 1, the design of an optoelectronic proximity switch which is part of the prior art due to DE 42 28 112 C1 only has one comparator 3 . The first input signal 6 of the comparator 3 is also provided here by the light receiver 2 . The second input signal 7 of the comparator 3 is set in succession by connecting the individual resistors 5 a to 5 d to a voltage corresponding to the individual switching thresholds. The output signal 8 of the comparator 3 is again given to the microcontroller 4 . The setting of the different switching thresholds, ie the connection of the various resistors 5 a to 5 d is controlled by the microcontroller 4 , for which purpose this has three outputs 9 a, 9 b and 9 c. In this optoelectronic proximity switch shown as a block diagram, the query from the various switching thresholds is thus serial, which increases the response time of the optoelectronic proximity switch and thus reduces its maximum switching frequency.

Fig. 3 zeigt nun ein vereinfachtes Blockschaltbild eines optoelektronischen Nähe rungsschalters zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Nähe rungsschalter weist dabei entsprechend dem Näherungsschalter nach Fig. 2 lediglich einen Komparator 3 auf. Das erste Eingangssignal 6 des Komparators 3 wird wie derum von dem Lichtempfänger 2 geliefert. Das zweite Eingangssignal 7 des Komparators 3 wird von einem Referenzsignal U_ref gebildet, so daß der Komparator 3 nur eine, von dem Referenzsignal U_ref bestimmte Komparatorschaltschwelle aufweist. Erfindungsgemäß hat nun zum einen das erste Eingangssignal 6 des Komparators 3 einen monoton steigenden bzw. fallenden Verlauf und wird zum anderen von dem Mikrocontroller 4 die Impulsbreite des Ausgangssignals 8 des Komparators 3 gemes sen. Da der Mikrocontroller 4 sowohl zur Zeitmessung als auch zur Auswertung ge eignet ist, übernimmt er bei dem Ausführungsbeispiel die Funktion der Auswerteein heit und des zur Zeitmessung geeigneten Systems. Alternativ könnte auch ein getak teter Zähler als zur Zeitmessung geeignetes System verwendet werden. Auch kann der Komparator 3 anstelle eines separaten Bauteil ebenfalls im Mikrocontroller 4 in tegriert sein. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist somit nur noch ein Kompara tor 3 erforderlich, wobei die Auswertung der einzelnen Schaltschwellen trotzdem parallel erfolgt. Auch wird nur ein Eingang am Mikrocontroller 4 vom Komparator 3 benötigt, wodurch kleinere und auch günstigere Mikrocontroller 4 verwendet wer den können. Fig. 3 shows a simplified block diagram of an optoelectronic proximity switch for realizing the method according to the invention. The proximity switch has according to the proximity switch of FIG. 2 only a comparator 3 . The first input signal 6 of the comparator 3 is again supplied by the light receiver 2 . The second input signal 7 of the comparator 3 is formed by a reference signal U _ref , so that the comparator 3 has only one comparator _{switching threshold} determined by the reference signal U _ref . According to the invention, on the one hand, the first input signal 6 of the comparator 3 has a monotonically rising or falling curve and, on the other hand, the pulse width of the output signal 8 of the comparator 3 is measured by the microcontroller 4 . Since the microcontroller 4 is suitable for both time measurement and evaluation, in the exemplary embodiment it takes on the function of the evaluation unit and of the system suitable for time measurement. Alternatively, a clocked counter could also be used as a system suitable for time measurement. The comparator 3 can also be integrated in the microcontroller 4 instead of a separate component. With the method according to the invention, only one comparator 3 is thus required, the evaluation of the individual switching thresholds nevertheless taking place in parallel. Also, only one input on the microcontroller 4 is required by the comparator 3 , which means that smaller and also cheaper microcontrollers 4 can be used.

Bei einem im wesentlichen rechteckförmigen, von dem Lichtsender 1 ausgesandten Lichtimpuls wird der von dem Lichtempfänger 2 empfangene, ebenfalls rechteckför mige Lichtimpuls durch Integration in ein Signal mit einem im wesentlichen monoton steigenden bzw. fallenden Verlauf umgewandelt. Hierzu wird vorteilhafterweise ein dem Lichtempfänger 2 nachgeschalteter Bandpaß 10 und/oder eine dem Lichtemp fänger 2 nachgeschalteter Verstärker 11 verwendet, welche in der Regel zumindest einen Kondensator enthalten. Rechtecksignale werden deshalb bevorzugt als Aus gangssignale, d. h. als Signalform des von dem Lichtsender 1 ausgesandten Lichtim pulses verwendet, da sie leicht zu erzeugen und sehr gut reproduzierbar sind. Der Bandpaß 10 und/oder der Verstärker 11 wandeln somit den von dem Lichtempfän ger 2 empfangenen rechteckförmigen Lichtimpuls in einen im wesentlichen dreiecks förmig oder sägezahnförmigen Lichtimpuls um. Dieser dreiecksförmig oder sägezahn förmiger Lichtimpuls, der somit einen monoton steigenden bzw. fallenden Verlauf hat, liegt dann als erstes Eingangssignal 6 am Komparator 3 an. Die erfindungsgemäße Auswertung des von dem Lichtempfänger 2 empfangenen Lichtimpulses wird nun anhand von Fig. 4 erläutert. In the case of a substantially rectangular light pulse emitted by the light transmitter 1 , the light pulse received by the light receiver 2 , also rectangular, is converted by integration into a signal with a substantially monotonically increasing or decreasing course. For this purpose, a bandpass filter 10 connected downstream of the light receiver 2 and / or an amplifier 11 connected downstream of the light sensor 2 is advantageously used, which usually contain at least one capacitor. Rectangular signals are therefore preferably used as output signals, ie as the signal form of the light pulses emitted by the light transmitter 1 , since they are easy to generate and very reproducible. The bandpass filter 10 and / or the amplifier 11 thus convert the rectangular light pulse received by the light receiver 2 into an essentially triangular or sawtooth-shaped light pulse. This triangular or sawtooth-shaped light pulse, which thus has a monotonically increasing or decreasing course, is then applied to the comparator 3 as the first input signal 6 . The evaluation according to the invention of the light pulse received by the light receiver 2 will now be explained with reference to FIG. 4.

Fig. 4 zeigt als durchgezogene Linien vier unterschiedliche am Komparator 3 anlie gende erste Eingangssignale 6 und als gestrichelte Linien die dazu korrespondieren den Ausgangssignale 8 des Komparators 3. Die vier Eingangssignale repräsentieren dabei vier von dem optoelektronischen Näherungsschalter zu überwachende unter schiedliche Schaltschwellen. Das Eingangssignal S_E entspricht dem Schaltzustand "Sicher Ein", das Eingangssignal S_PE dem Schaltzustand "Schaltpunkt Ein", das Ein gangssignal S_PA dem Schaltzustand "Schaltpunkt Aus" und das Eingangssignal S_A entspricht dem Schaltzustand "Sicher Aus". Die beiden Schaltzustände "Schaltpunkt Ein" bzw. "Schaltpunkt Aus" entsprechen dabei dem eigentlichen Schaltpunkt des optoelektronischen Näherungsschalters, wobei sich die Schaltschwelle des Schaltzu standes "Schaltpunkt-Ein" von der Schaltschwelle des Schaltzustandes "Schalt punkt-Aus" durch die Hysterese unterscheidet. Fig. 4 shows as solid lines four different anlie at the comparator 3 narrowing first input signals 6 and as dotted lines that correspond to the output signals of the comparator 3 8. The four input signals represent four different switching thresholds to be monitored by the optoelectronic proximity switch. The input signal S _E corresponds to the switching state "safe on", the input signal S _PE corresponds to the switching state "switching point on", the input signal S _PA corresponds to the switching state "switching point off" and the input signal S _A corresponds to the switching state "safe off". The two switching states "switching point on" and "switching point off" correspond to the actual switching point of the optoelectronic proximity switch, the switching threshold of the switching status "switching point on" differing from the switching threshold of the switching state "switching point off" by the hysteresis.

Nun ist bei optoelektronischen Näherungsschaltern - wie bei allen elektronischen Schaltgeräten - der eigentliche Schaltpunkt keine unabhängig von Umgebungsein flüssen fixierbare Größe. Der Schaltpunkt variiert einerseits aufgrund von Fertigungs toleranzen, andererseits ist er abhängig von Umgebungseinflüssen, wobei bei opto elektronischen Näherungsschaltern insbesondere die mögliche Verschmutzung der Optik zu nennen ist. Daraus ergibt sich, daß in unmittelbarer Nähe des "theoretischen" Schaltpunktes ein sogenannter "unsicherer Bereich" liegt. Liegt das von dem Licht empfänger 2 empfangene Signal innerhalb dieses "unsicheren Bereichs", so kann es sein, daß der optoelektronische Näherungsschalter ein falsches Signal ausgibt. Der Benutzer eines optoelektronischen Näherungsschalters möchte somit häufig nicht nur die rein duale Information "Schaltpunkt unter- bzw. überschritten", d. h. "Schalt punkt Ein" bzw. "Schaltpunkt Aus" erhalten, sondern zusätzlich wissen, ob diese Aussage sicher oder unsicher ist. Dieses kann durch die Überwachung von zusätzli chen Schaltschwellen erfolgen, die dann die Funktionen von Warnschwellen haben. Um solche Warnschwellen handelt es sich beispielsweise bei den beiden Schaltzu ständen "Sicher Ein" bzw. "Sicher Aus". Unterschreitet das von dem Lichtempfän ger 2 empfangene Signal die Schaltschwelle "Sicher Ein", so kann dies dem Benutzer durch das Aufleuchten einer Warn-LED angezeigt werden. Entsprechendes gilt für das Überschreiten der Schaltschwelle "Sicher Aus". Now with optoelectronic proximity switches - as with all electronic switching devices - the actual switching point is not a variable that can be fixed independently of environmental influences. The switching point varies on the one hand due to manufacturing tolerances, and on the other hand it depends on environmental influences, with opto-electronic proximity switches particularly mentioning the possible contamination of the optics. This means that there is a so-called "unsafe area" in the immediate vicinity of the "theoretical" switching point. If the signal received by the light receiver 2 lies within this "unsafe area", it may be that the optoelectronic proximity switch outputs an incorrect signal. The user of an optoelectronic proximity switch therefore often does not only want to receive the purely dual information "switching point under or exceeded", ie "switching point on" or "switching point off", but also wants to know whether this statement is safe or not. This can be done by monitoring additional switching thresholds, which then have the functions of warning thresholds. Such warning thresholds are, for example, in the two switching states "Safe On" and "Safe Off". If the signal received by the light receiver 2 falls below the switching threshold "safe on", this can be indicated to the user by the lighting of a warning LED. The same applies to exceeding the "Safe Off" switching threshold.

Wie nun der Fig. 4 zu entnehmen ist, weist der Komparator 3 eine feste, beispiels weise auf 1 normierte Komparatorschaltschwelle K_S auf, bei deren Überschreiten das Ausgangssignal 8 des Komparators 3 auf Null geht bzw. bei dessen Unterschreiten das Ausgangssignal 8 des Komparators 3 Eins ist. Wie anhand von Fig. 4 zu erken nen ist, weisen die unterschiedlichen Ausgangssignale 8 des Komparators 3 in Ab hängigkeit von den unterschiedlichen Eingangssignalen 6 eine unterschiedliche Im pulsdauer auf. Erfindungsgemäß werden nun diese unterschiedlichen Impulsdauern ausgewertet, so daß allein aufgrund der Auswertung der unterschiedlichen Impuls dauern des Ausgangssignals 8 des Komparators 3 festgestellt werden kann, welche Schaltschwelle überschritten worden ist. In Fig. 4 ist dem Eingangssignal S_E das Ausgangssignal A_E, dem Eingangssignal S_PE das Ausgangssignal A_PE usw. zugeord net. Das Ausgangssignal A_E hat beispielsweise eine Impulsbreite von ca. 4,7 µs und das Ausgangssignal A_PA ein Impulsbreite von 3 µs. Um die einzelnen Ausgangs signale 8 sicher unterscheiden zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Zeitauflösung des Mikrocontrollers 4 etwa 1/10 der Pulsbreite des ausgesandten Lichtimpulse be trägt. Dabei haben die von dem Lichtsender 1 ausgesandten Lichtimpulse bevorzugt ein Puls-Pausen-Verhältnis zwischen 1 : 5 und 1 : 25 und eine Pulsbreite zwischen 1 µs und 10 µs.As can now be seen from FIG. 4, the comparator 3 has a fixed comparator switching threshold K _S , for example standardized to 1, when the output signal 8 of the comparator 3 goes to zero or the output signal 8 of the comparator 3 falls below it One is. As can be seen with reference to FIG. 4, the different output signals 8 of the comparator 3 have a different pulse duration depending on the different input signals 6 . According to the invention, these different pulse durations are now evaluated, so that solely on the basis of the evaluation of the different pulse durations of the output signal 8 of the comparator 3 it can be determined which switching threshold has been exceeded. In Fig. 4, the input signal S _E, the output signal A _E , the input signal S _PE, the output signal A _PE , etc. is assigned. The output signal A _E has, for example, a pulse width of approximately 4.7 µs and the output signal A _{PA has} a pulse width of 3 µs. In order to be able to differentiate between the individual output signals 8 , it is advantageous if the time resolution of the microcontroller 4 is approximately 1/10 of the pulse width of the light pulses emitted. The light pulses emitted by the light transmitter 1 preferably have a pulse-pause ratio between 1: 5 and 1:25 and a pulse width between 1 µs and 10 µs.

Durch die Bestimmung der Impulsbreite der Ausgangssignale 8 des Komparators 3, welche von der Signalamplitude der Eingangsignale 6 abhängt, kann mit Hilfe des Mikrocontrollers 4 auch die Signalamplitude der Eingangsignale 6 bestimmt werden. Die jeweilige Signalamplitude kann dann von dem Mikrocontroller 4 an eine Schnitt stelle oder Anzeige weitergegeben werden und steht somit als zusätzliche Informa tion zu Verfügung.By determining the pulse width of the output signals 8 of the comparator 3 , which depends on the signal amplitude of the input signals 6 , the signal amplitude of the input signals 6 can also be determined using the microcontroller 4 . The respective signal amplitude can then be passed on by the microcontroller 4 to an interface or display and is thus available as additional information.

Vorteilhafterweise kann die Verwendung eines Mikrocontrollers 4 als Auswerteein heit auch zur Störunterdrückung verwendet werden. Hierzu wird durch den Mikro controller 4 das Ausgangssignal 8 nicht nur bei Anliegen eines ersten Eingangs signals 6 am Komparator 3 abgefragt, sondern zusätzlich innerhalb der Impulspausen. Auch kann der Mikrocontroller vorteilhafterweise das Ausgangssignal 8 des Kompa rators 3 zusätzlich mehrmals innerhalb einer Impulsdauer eines Eingangssignals 6 messen und auswerten. Durch die Abfrage des Ausgangssignals 8 während der Im pulspausen können tieffrequente Störungen unterdrückt werden, während durch die mehrmalige Abfrage des Ausgangssignals 8 während einer Impulsdauer hochfrequen te Störungen unterdrückt werden können. Liegen keinerlei Störungen vor, so beträgt das Ausgangssignal 8 in den Impulspausen konstant eins bzw. während einer er kannten Impulsdauer konstant Null.The use of a microcontroller 4 as an evaluation unit can also advantageously be used for interference suppression. For this purpose, the microcontroller 4 not only queries the output signal 8 when a first input signal 6 is present at the comparator 3 , but also within the pulse pauses. The microcontroller can also advantageously measure and evaluate the output signal 8 of the comparator 3 several times within a pulse duration of an input signal 6 . By querying the output signal 8 during the pulse pauses, low-frequency interference can be suppressed, while by repeatedly querying the output signal 8, high-frequency interference can be suppressed during a pulse duration. If there are no disturbances, the output signal 8 is constantly one in the pulse pauses or constantly zero during a known pulse duration.

Der erfindungsgemäße optoelektronische Näherungsschalter läßt sich dadurch weiter vorteilhaft ausgestalten, daß ein digitaler Verstärker 12, beispielsweise ein elektroni sches Potentiometer, zwischen den Lichtempfänger 2 und den Komparator 3 geschal tet ist. Der digitale Verstärker 12 kann dann von dem Mikrocontroller 4 angesteuert werden, so daß mit Hilfe dieses digitalen Verstärkers 12 eine Einstellung oder Ände rung der einzelnen Schaltschwellen möglich ist. Mit Hilfe des digitalen Verstärkers 12 des Mikrocontrollers 4 kann dann auch ein Teach-In-Verfahren mit dem optoelektro nischen Näherungsschalter durchgeführt werden. Hierdurch kann auf besonders ein fache Weise der optoelektronische Näherungsschalter den jeweiligen speziellen Ein satzbedingungen und Anforderungen angepaßt werden. Weist der optoelektronische Näherungsschalter darüber hinaus eine Schnittstelle auf, beispielsweise eine elektri sche oder optoelektronische Schnittstelle, so können das Teach-In-Verfahren oder die Parameteränderungen am geschlossenen Gerät durchgeführt werden.The optoelectronic proximity switch according to the invention can be further advantageously configured in that a digital amplifier 12 , for example an electronic potentiometer, is switched between the light receiver 2 and the comparator 3 . The digital amplifier 12 can then be controlled by the microcontroller 4 , so that with the aid of this digital amplifier 12 an adjustment or change of the individual switching thresholds is possible. With the help of the digital amplifier 12 of the microcontroller 4 , a teach-in process can then be carried out with the optoelectronic proximity switch. As a result, the optoelectronic proximity switch can be adapted to the respective special conditions and requirements in a particularly simple manner. If the optoelectronic proximity switch also has an interface, for example an electrical or optoelectronic interface, then the teach-in process or the parameter changes can be carried out on the closed device.

Claims

1. A method for operating an optoelectronic proximity switch with at least three switching thresholds, with a light transmitter ( 1 ), with a light receiver ( 2 ), with a comparator ( 3 ) and with an evaluation unit with a system suitable for time measurement, for. B. a microcontroller ( 4 ), the light transmitter ( 1 ) emitting light pulses and the light receiver ( 2 ) detecting the emitted or reflected light pulses, the first input signal ( 6 ) of the comparator ( 3 ) being supplied by the light receiver ( 2 ) , wherein the second input signal ( 7 ) of the comparator ( 3 ) is formed by a reference signal and the output signal ( 8 ) of the comparator ( 3 ) is given to an input of the system suitable for time measurement, characterized in that the first input signal ( 6 ) of the comparator ( 3 ) has a monotonically increasing or decreasing course and that the evaluation unit measures and evaluates the pulse width of the output signal ( 8 ) of the comparator ( 3 ), so that only one comparator ( 3 ) is used to monitor the at least three switching thresholds. with only one switching threshold is required.

2. Method for operating an optoelectronic proximity switch according to claim 1, characterized in that the first input signal ( 6 ) of the comparator gate ( 3 ) is essentially triangular, sinusoidal or sawtooth-shaped or consists of a mixed form of a triangle, sine or sawtooth.

3. Method for operating an optoelectronic proximity switch according to An saying 1 or 2, characterized in that the emitted light pulses Pulse-pause ratio between 1: 5 and 1:25 and a pulse width between 1 µs and Have 10 µs.

4. A method for operating an optoelectronic proximity switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the light pulses emitted by the light transmitter ( 1 ) are substantially rectangular.

5. A method for operating an optoelectronic proximity switch according to claim 4, characterized in that from the light receiver ( 2 ) th, essentially rectangular light pulse by integration, a first input signal ( 6 ) is generated with a monotonically increasing or decreasing course.

6. A method of operating an optoelectronic proximity switch according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation unit also measures and evaluates the output signal ( 8 ) of the comparator ( 3 ) within the pulse pauses.

7. The method for operating an optoelectronic proximity switch according to one of claims 1 to 6, characterized in that the evaluation unit measures and evaluates the output signal ( 8 ) of the comparator ( 3 ) several times within a pulse duration.

8. A method for operating an optoelectronic proximity switch according to one of claims 1 to 7, characterized in that the evaluation unit additionally measures the amplitude of the first input signal ( 6 ) of the comparator ( 3 ).

9. Method for operating an optoelectronic proximity switch after a of claims 1 to 8, characterized in that the time resolution of the currently measurement suitable system about 1/10 of the pulse width of the emitted light pulse this is.

10. A method for operating an optoelectronic proximity switch according to one of claims 1 to 9, with a microcontroller ( 4 ) as an evaluation unit and a digitally adjustable amplifier ( 12 ) for amplifying the light pulse detected by the light receiver, characterized in that via the microcontroller ( 4th ) a teach-in procedure can be carried out.

11. A method for operating an optoelectronic proximity switch according to claim 10, characterized in that the Kompara gate threshold and / or the switching thresholds can be changed via the microcontroller ( 4 ).

12. Optoelectronic proximity switch with at least three switching thresholds for realizing the method according to one of claims 1 to 11, with a light transmitter ( 1 ), with a light receiver ( 2 ), with a comparator ( 3 ) and with an evaluation unit with a suitable for time measurement System, e.g. B. a micro controher ( 4 ), characterized in that the light receiver ( 2 ) a band pass ( 10 ) and / or an amplifier ( 11 ) is connected downstream and the bandpass filter ( 10 ) and / or the amplifier ( 11 ) at least one Have or has a capacitor.

13. Optoelectronic proximity switch according to claim 12, characterized in that a digital amplifier ( 12 ) between the light receiver ( 2 ) and the comparator ( 3 ) is connected.

14. Optoelectronic proximity switch according to claim 12 or 13, with a microcontroller ( 4 ) as an evaluation unit, characterized in that an electrical or optical interface is provided for changing parameters, in particular for influencing the comparator threshold and / or the switching thresholds.