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Die
Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, umfassend eine
Licht-Sendeeinrichtung,
eine optische Abbildungseinrichtung mit mindestens einer Linse,
und eine Einstellungseinrichtung zur Einstellung eines Fokus der
mindestens einen Linse.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optoelektronischen Sensor
der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher eine universelle Einsetzbarkeit
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten optoelektronischen Sensor
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die mindestens eine Linse eine Flüssiglinse ist und die Einstellungseinrichtung eine
elektrische Beaufschlagungseinrichtung für die Flüssiglinse umfasst.
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Eine
Flüssiglinse
ist eine optische Linse mit elektrisch variierbarer Brennweite.
Sie umfasst beispielsweise zwei Flüssigkeiten von gleicher oder ähnlicher
Dichte, aber mit unterschiedlichen Brechzahlen. Durch ein elektrisches
Feld wird die Benetzung einer Elektrode durch eine der beiden Flüssigkeiten
beeinflusst. Dadurch krümmt
sich die Grenzfläche
zwischen den Flüssigkeiten
und die Brennweite der Linse ändert
sich.
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Durch
die Verwendung mindestens einer Flüssiglinse in der optischen
Abbildungseinrichtung kann während
des Herstellungsprozesses und/oder durch einen Anwender die Brennweite
und damit der Fokus optimiert eingestellt werden. Dadurch können beispielsweise
sehr kleine Teile präzise
im Erfassungsbereich des optoelektronischen Sensors erkannt werden.
Idealerweise erfolgt die Erkennung solch kleiner Teile im Fokus
eines Licht-Sendestrahls. Der Fokus des Sendestrahls wird auf den Objektabstand
eingestellt, um die Strahlcharakteristik auf die jeweilige Umgebung
anzupassen. Durch die Verwendung mindestens einer Flüssiglinse
ist diese Anpassung auf einfache Weise möglich.
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Es
ist beispielsweise auch möglich,
den Fokus so einzustellen, dass ein zu erkennendes Objekt absichtlich
nicht im Fokus liegt. Durch eine solche gezielte Defokussierung
können
Objektunebenheiten ausgeglichen werden, da die Reflexionsenergie über einen
größeren Flächenbereich
integriert wird.
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Insbesondere
kann mit einem erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensor ein Objekt in unterschiedlichen Entfernungen erkannt werden.
Es können
auch mehrere Objekte erkannt werden. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer optoelektronischer
Sensor mehrere Arbeitspunkte (mehrere Fokuspunkte) aufweisen. Durch
die elektrische Verstellbarkeit kann während eines Messvorgangs beispielsweise
eine Variation bezüglich
fest eingestellter Fokuspunkte durchgeführt werden.
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Zur
Einstellung der Brennweite der optischen Abbildungseinrichtung ist
keine mechanische Verstellung an der Außenseite des optoelektronischen Sensors
notwendig. Dadurch lässt
sich eine Dichtheit des optoelektronischen Sensors auf einfache
Weise realisieren.
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Insbesondere
ist die optische Abbildungseinrichtung mit der mindestens einen
Flüssiglinse
der Licht-Sendeeinrichtung nachgeschaltet. Die Licht-Sendeeinrichtung
stellt Licht bereit, welches durch die optische Abbildungseinrichtung
entsprechend "geformt
emittiert" wird,
um für
die jeweilige Anwendung einen optimierten Licht-Sendestrahl zu erhalten.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die Licht-Sendeeinrichtung und
die optische Abbildungseinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Dadurch lässt
sich der entsprechende optoelektronische Sensor auf einfache und
kompakte Weise aufbauen und Komponenten des optoelektronischen Sensors
lassen sich auf einfache Weise von Umgebungseinflüssen schützen.
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Aus
dem gleichen Grund ist es dann günstig, wenn
die Einstellungseinrichtung in dem Gehäuse angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise
ist eine Steuerungseinrichtung zur Einstellung eines Fokus der mindestens einen
Flüssiglinse
vorgesehen, welche die Einstellungseinrichtung ansteuert. Die Steuerungseinrichtung
stellt die entsprechenden Steuerungssignale bereit, durch welche
die elektrische Beaufschlagungseinrichtung der Einstellungseinrichtung
angesteuert wird, welche wiederum die mindestens eine Flüssiglinse
entsprechend ansteuert.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, dass der Steuerungseinrichtung mindestens
ein extern betätigbares
Einstellelement zugeordnet ist. Dadurch kann ein Bediener beispielsweise über ein
Potentiometer oder einen Taster einen Fokus variieren.
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Es
ist dabei grundsätzlich
möglich,
dass das mindestens eine Einstellelement so ausgebildet ist, dass
ein Fokus stufenlos einstellbar oder in Stufen einstellbar ist.
Dadurch ist eine Anpassung an spezielle Anwendungen auf einfache
Weise möglich.
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Es
kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung eine
Teachin-Einheit umfasst, mittels welcher ein Fokus in einem Selbstlernprozess einstellbar
ist. Dadurch kann an einer Anwendung ein optimierter Fokus in einem
Selbstlernprozess eingestellt werden. Beispielsweise wird der Fokus
so lange verstellt, bis ein Maximum an abgestrahlter Sendeenergie
auf ein zu erkennendes Objekt trifft.
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Es
ist ferner vorteilhaft, wenn der Steuerungseinrichtung ein Anschluss
zugeordnet ist, über welchen
die Steuerungseinrichtung externe Signale zur Einstellung des Fokus
empfangen kann. Dadurch kann beispielsweise über eine übergeordnete Steuereinheit
(wie beispielsweise der Steuereinheit einer Werkzeugmaschine) ein
Fokus eingestellt werden. Beispielsweise kann dann auch zeitlich
gesteuert eine Mehrzahl von unterschiedlichen Fokuspunkten eingestellt
bzw. angefahren werden.
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Ein
erfindungsgemäßer optoelektronischer Sensor
ist beispielsweise als Lichttaster, Reflexionslichtschranke oder
Einweglichtschranke ausgebildet.
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Bei
einem Verfahren zur Einstellung des Fokus eines optoelektronischen
Sensors, bei dem ein Lichtstrahl mittels mindestens einer Flüssiglinse
fokussiert wird, wird ein Fokus durch elektrische Beaufschlagung
der mindestens einen Flüssiglinse
eingestellt.
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Dieses
Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensor erläuterten
Vorteile auf.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens wurden bereits im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor erläutert.
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Ein
Fokus kann dabei fest oder veränderlich eingestellt
werden.
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Es
ist auch möglich,
einen Fokus in einem Selbstlernprozess einzustellen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird eine
Flüssiglinse,
deren Brennweite elektrisch einstellbar ist, für einen optoelektronischen
Sensor verwendet, um einen Fokus des optoelektronischen Sensors
einstellen zu können.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit den Zeichnungen der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensors; und
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2 eine
schematische Teildarstellung des optoelektronischen Sensors gemäß 1.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen optoelektronischen
Sensors, welches in den 1 und 2 gezeigt
und mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Gehäuse 12,
welches einen Innenraum 14 definiert. In dem Innenraum 14 sind
die Komponenten des optoelektronischen Sensors 10 geschützt angeordnet.
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In
dem Innenraum 14 des Gehäuses ist eine Licht-Sendeeinrichtung 16 angeordnet,
welche Licht emittiert. Als Lichtquelle können je nach Anwendung beispielsweise
eine oder mehrere Leuchtdioden oder ein oder mehrere Laser eingesetzt
werden.
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Der
Licht-Sendeeinrichtung 16 ist eine innerhalb des Gehäuses 12 angeordnete
optische Abbildungseinrichtung 18 zugeordnet, welche von
Licht der Licht-Sendeeinrichtung 16 durchstrahlt wird und von
welcher aus Licht nach außen
abgestrahlt wird. Dies ist in 1 mit dem
Bezugszeichen 20 angedeutet. Über die optische Abbildungseinrichtung 18 wird
ein Lichtstrahl fokussiert. Der optoelektronische Sensor 10 emittiert
einen Lichtstrahl 22 (2), welcher
in einem Fokus 24 (Fokuspunkt) fokussiert wird.
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Die
optische Abbildungseinrichtung 18 umfasst mindestens eine
Flüssiglinse 26.
Eine Flüssiglinse
ist eine optische Linse mit elektrisch variierbarer Brennweite.
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Bei
einer Ausführungsform
besteht die Flüssiglinse
aus zwei Flüssigkeiten
mit gleicher oder ähnlicher
Dichte, wobei die Flüssigkeiten
unterschiedliche Brechzahlen aufweisen. Durch elektrische Beaufschlagung über ein
elektrisches Feld wird die Benetzung einer Elektrode durch eine
der beiden Flüssigkeiten
beeinflusst. Dadurch krümmt
sich die Grenzfläche
zwischen den Flüssigkeiten
und dadurch lässt
sich die Brennweite der optischen Linse beeinflussen.
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Zur
Einstellung der Brennweite der optischen Abbildungseinrichtung 18 ist
eine Einstellungseinrichtung 28 vorgesehen. Diese umfasst
eine elektrische Beaufschlagungseinrichtung 30, durch welche die
Flüssiglinse 26 entsprechend
ansteuerbar ist und insbesondere das elektrische Feld zur Beeinflussung der
erwähnten
Grenzfläche
erzeugbar und steuerbar ist.
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Die
elektrische Beaufschlagungseinrichtung 30 umfasst beispielsweise
eine Untereinheit 32, welche zur Einstellung des Brennpunkts
der Flüssiglinse 26 und
damit zur Einstellung des Fokus 24 dient, und einen Treiber 33,
welcher der Flüssiglinse 26 geeignete
elektrische Signale bereitstellt.
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Der
optoelektronische Sensor 10 umfasst eine Steuerungseinrichtung 34,
welche insbesondere die Licht-Sendeeinrichtung 16 ansteuert.
Die Steuerungseinrichtung 34 steuert ferner zusätzlich oder
alternativ die Einstellungseinrichtung 28 an und damit lässt sich über die
Steuerungseinrichtung 34 der Fokus der Flüssiglinse 26 einstellen.
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Es
ist grundsätzlich
möglich,
dass der Fokus 24 durch die Steuerungseinrichtung 34 fest
vorgegeben ist und dass die Steuerungseinrichtung keine externen
Anschlüsse
aufweist. Bei der Herstellung wird dann der Fokus 24 fest
eingestellt.
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Vorteilhafterweise
lässt sich
der Fokus 24 durch einen Anwender variieren. Bei einer
Ausführungsform
weist der optoelektronische Sensor 10 einen Anschluss 36 auf, über welchen
externe Steuerungssignale der Steuerungseinrichtung 34 bereitstellbar
sind, wobei über
die externen Steuerungssignale die elektrische Beaufschlagung der
Flüssiglinse 26 einstellbar
ist und damit der Fokus 24 einstellbar ist.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es möglich, dass
der Steuerungseinrichtung 34 ein oder mehrere externe Einstellelemente 38 zugeordnet
sind, über welche
ein Anwender den Fokus 24 einstellen kann.
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Es
ist dabei möglich,
dass über
ein Einstellelement 38 die Brennweite der Flüssiglinse 26 und
damit der Fokus 24 stufenlos einstellbar ist. Beispielsweise
ist dann ein Einstellelement 38 als Potentiometer ausgebildet.
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Es
ist auch möglich,
dass ein Einstellelement 38 so ausgebildet ist, dass die
Brennweite in Stufen einstellbar ist. Ein entsprechendes Einstellelement 38 ist
dann beispielsweise als Taster ausgebildet, wobei durch Tasterbetätigung eine
nächste
Einstellstufe erreicht wird.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der optoelektronische Sensor eine Empfangseinrichtung 40 aufweist, über welche
reflektierte Lichtstrahlen empfangbar sind. Die Empfangseinrichtung 40 umfasst eine
optische Abbildungseinrichtung 42 und eine Detektionseinrichtung 44.
Diese ist mit der Steuerungseinrichtung 34 verbunden und
stellt dieser entsprechende Empfangssignale bereit.
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Die
Steuerungseinrichtung kann eine Teach-in-Einheit 46 umfassen,
durch welche in einem Selbstlernprozess ein für die entsprechende Anwendung
optimierter Fokus 24 auffindbar ist. Beispielsweise wird
der Fokus 24 so lange verstellt, bis ein Maximum der abgestrahlten
Sendeenergie auf ein zu erkennendes Objekt trifft. Die Teach-in-Einheit 46 der
Steuerungseinrichtung 34 kann dabei insbesondere an die
Empfangseinrichtung 40 gekoppelt sein.
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Der
optoelektronische Sensor 10 ist dann beispielsweise als
Reflexionslichtschranke ausgebildet, wobei über die Licht-Sendeinrichtung 16 ein Lichtstrahl
gesendet wird und der reflektierte Lichtstrahl über die Empfangseinrichtung 40 empfangen wird.
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Es
ist auch möglich,
dass der optoelektronische Sensor 10 beispielsweise als
Lichttaster oder Einweglichtschranke ausgebildet ist.
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Der
erfindungsgemäße optoelektronische Sensor
funktioniert wie folgt:
Licht wird über die Licht-Sendeeinrichtung 16 der
optischen Abbildungseinrichtung 18 bereitgestellt. Diese
fokussiert den Lichtstrahl 22 auf den Fokus 24.
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Der
Fokus 24 ist über
die elektrische Beaufschlagungseinrichtung 30 einstellbar,
indem der Brennpunkt der Flüssiglinse 26 verändert wird.
Die entsprechende Strecke, in welcher der Fokus 24 einstellbar
ist, ist in 2 mit dem Bezugszeichen 48 angedeutet.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist
es beispielsweise möglich,
auch sehr kleine Teile im Erfassungsbereich des optischen Sensors 10 zu
erkennen. Die Erkennung eines kleinen Teils erfolgt beispielsweise
im Fokus 24 des Sendestrahls 22. Die Strahlcharakteristik
wird vorzugsweise auf die jeweilige Umgebung angepasst und der Fokus 24 wird
auf den Objektabstand, in welchem das zu detektierende Objekt liegt,
eingestellt.
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Es
ist auch möglich,
eine definierte Defokussierung einzustellen. Durch eine entsprechende Strahlaufweitung
können
beispielsweise Unebenheiten am Objekt ausgeglichen werden. Die Reflexionsenergie
wird über
einen größeren Flächenteil
integriert. Kleine Störstellen
wie Staubpartikel und dergleichen üben dann keinen Einfluss auf
die Detektionsfähigkeit
des Systems aus.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung sind
die optische Abbildungseinrichtung sowie die Einstellungseinrichtung 28 innerhalb
des Gehäuses 12 angeordnet,
in welchem auch die Licht-Sendeeinrichtung 16 angeordnet
ist sowie gegebenenfalls die Empfangseinrichtung 40. Dadurch
ist auch bei Einstellbarkeit der Brennweite der optischen Abbildungseinrichtung 18 eine
Fluiddichtigkeit gewährleistet.
Es ist keine mechanische Einstellung an der optischen Abbildungseinrichtung 18 notwendig,
da zur Einstellung der Brennweite der Flüssiglinse 26 keine mechanisch
angetriebenen Elemente notwendig sind.
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Es
ist dabei grundsätzlich
möglich,
dass die Brennweite der Flüssiglinse 26 bei
der Herstellung des optoelektronischen Sensors fest eingestellt
wird. Vorteilhafterweise ist der Fokus 24 für einen
Anwender einstellbar. Dazu sind ein oder mehrere Einstellelemente 38 wie
ein Potentiometer und/oder ein Taster vorgesehen.
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Es
kann auch alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung 34 eine
Teach-in-Einheit 46 umfasst. Dazu wird beispielsweise der
Fokus 24 vom optoelektronischen Sensor 10 automatisch
abgeglichen. Der Fokus 24 wird so lange verstellt, bis
möglichst
viel der abgestrahlten Sendeenergie des Lichtstrahls 22 auf
das zu erkennende Objekt trifft.
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Es
ist alternativ oder auch zusätzlich
möglich,
dass über
den Anschluss 36 dem optoelektronischen Sensor ein externes
Signal bereitgestellt wird, welches die Brennweite der Flüssiglinse 26 einstellt.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist
es möglich,
Objekte in unterschiedlichen Entfernungen mit demselben optoelektronischen
Sensor 10 zu erkennen. Es muss keine mechanische Verstellung
an einer Außenseite
des optoelektronischen Sensors durchgeführt werden, um die Brennweite
der Flüssiglinse 26 einzustellen.
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Es
ist beispielsweise auch möglich,
dass ein erfindungsgemäßer optoelektronischer
Sensor mehrere fest eingestellte oder variable Arbeitspunkte aufweist,
die zeitlich versetzt angefahren werden können.