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Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit einer Signalstrecke zwischen einer ersten einen Signalstrahl aussendenden Sender-Empfängeranordnung und einem den auftreffenden Signalstrahl zurücksendenden Spiegel.
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Lichtschranken dienen bekanntlich dazu, die Existenz oder den Eintritt eines Objektes in eine lineare Signalstrecke zu erkennen. Im einfachsten Fall besteht eine Lichtschranke aus einem Sender, der ein elektromagnetisches Signal aussendet, und einem Empfänger, der das Signal empfängt. Eine derartige Lichtschranke erfordert eine Sendeelektronik an einem Ende der Signalstrecke und eine Empfängerelektronik am anderen Ende der Signalstrecke. Die beiden Geräte müssen zu Auswertungszwecken miteinander verbunden werden.
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In vielen Fällen, insbesondere bei sehr langen Lichtschranken ist es unzweckmäßig, eine elektronische Verbindung zwischen beiden Enden der Signalstrecke herzustellen. In speziellen Anwendungsfällen, beispielsweise in einer großen Fertigungshalle oder in einer Autowaschanlage, wird für die Verbindung der beiden Elektroniken eine aufwändige Kabelverlegung benötigt, da eine direkte Verbindung zwischen Sender- und Empfängerelektronik nicht möglich ist.
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Es ist ferner bekannt, eine Lichtschranke so auszubilden, dass an einem Ende der Signalstrecke eine Sender-Empfängeranordnung vorgesehen ist, während am anderen Ende lediglich ein Spiegel benötigt wird, der den ausgesandten Lichtstrahl, vorzugsweise auf derselben optischen Achse, reflektiert, sodass die Sender-Empfängeranordnung den ausgesandten Signalstrahl selbst wieder empfängt und auswerten kann. Auf diese Weise wird nur an einem Ende der Signalstrecke eine Sende- und Empfangselektronik benötigt. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass durch die Verwendung eines Spiegels die effektive Signalstrecke mehr als verdoppelt wird, sodass bei langen Signalstrecken eine nicht mehr tolerierbare Signaldämpfung eintreten kann. Nachteilig ist ferner, dass ein spiegelndes Objekt unter Umständen nicht erkannt wird, da es die Funktion des Spiegels der Lichtschranke erfüllt und daher die Unterbrechung der Signalstrecke durch das Objekt an der Empfangselektronik nicht erkennbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke so auszubilden und zu betreiben, dass einerseits eine leichte Installierbarkeit ohne eine komplizierte Kabelverlegung zwischen den Enden der Signalstrecke erreichbar ist und andererseits auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen ein angepasstes Aussenden des Signalstrahls auf der einen Seite und eine gute Erkennbarkeit auf der anderen Seite gegeben ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Lichtschranke der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel als zweite Sende-Empfängeranordnung ausgebildet ist und dass beide Sender-Empfängeranordnungen einen Empfänger, einen steuerbaren und codierbaren Sender und eine an den Empfänger angeschlossene Auswerte- und Steuerungseinrichtung zur Auswertung der Intensität und einer Codierung des empfangenen Signalstrahls und zur Steuerung der Intensität und Codierung mit einer Information über die Intensität des empfangenen Signalstrahls aufweisen.
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Eine derartige Lichtschranke kann durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art betrieben werden, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass an beiden Enden der Signalstrecke eine Sender-Empfängeranordnung angeordnet wird, dass beide Sender-Empfängeranordnungen einen Signalstrahl aussenden und den von der anderen Sender-Empfängeranordnung ausgesandten Signalstrahl empfangen, dass beide Sender-Empfängeranordnungen die Signalintensität des empfangenen Signalstrahls bestimmen und den eigenen ausgesandten Signalstrahl mit einer Codierung über die empfangene Signalintensität versehen und dass beide Sender-Empfängeranordnungen die Intensität des von ihnen ausgesandten Signalstrahls in Abhängigkeit von der Codierung in den empfangenen Signalstrahl einstellen, wobei ein geeigneter Regelalgorithmus für eine Regelung verwendet werden kann.
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Die Erfindung beruht darauf, dass an beiden Enden der Signalstrecke eine Sender-Empfängeranordnung vorgesehen ist, die jeweils mit einer Auswertungs- und Steuerungseinrichtung versehen ist. Ein Auswertungsteil der Auswertungs- und Steuerungseinrichtung ist einerseits in der Lage, die Intensität des empfangenen Signalstrahls zu bestimmen und andererseits eine in dem empfangenen Signalstrahl enthaltene Codierung über die am anderen Ende der Signalstrecke von der anderen Signal-Empfängeranordnung gemessene Intensität des dort empfangenen Signalstrahls zu decodieren. Mit dem Steuerungsteil der Auswertungs- und Steuerungseinrichtung wird dann gemäß der vorgenommenen Decodierung die Signalstärke des ausgesandten Strahls eingestellt und darüber hinaus eine Codierung des ausgesandten Signalstrahls vorgenommen, um die Information über die Intensität des empfangenen Signalstrahls zu übermitteln. Da diese Informationsübermittlung und -auswertung an beiden Enden der Signalstrecke vorgenommen wird, ergibt sich eine vollständige Regelung der auf der Signalstrecke übermittelten Signalstrahlen, sodass die erfindungsgemäße Lichtschranke an ungünstige Umgebungsbedingungen, beispielsweise einen wechselnden Staubgehalt in der Luft der Signalstrecke, automatisch angepasst wird. Zur Erkennung einer Unterbrechung des Signalstrahls kann die Intensität des empfangenen Signals mit einem Schwellwert verglichen werden. In einer Ausführungsform der Erfindung kann mit der erkannten und ausgewerteten Intensität eine Ausgangs-Schaltstufe des Senders gesteuert werden, um das ausgesandte Signal mit einer entsprechenden Codierung für die empfangene Signalstärke zu versehen. Durch diese Regelung der Sender-Empfängeranordnungen ist es möglich, eine vollständige Unterbrechung der Signalstrahlen zu erkennen und anzuzeigen.
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Die beiden Sender-Empfängeranordnungen können die Signalstrahlen kontinuierlich aussenden, wenn sie Signalstrahlen mit unterschiedlicher Frequenz verwenden. In diesem Fall kann die Codierung in einer Frequenzänderung des ausgesandten Signals um eine vorgegebene Mittenfrequenz herum erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass beide Sender-Empfängeranordnungen Signalstrahlen mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen aussenden und die Codierung auf die Trägerfrequenzen aufmoduliert wird.
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Bevorzugt ist es jedoch, wenn die beiden Sender-Empfängeranordnungen jeweils Signalstrahlen abwechselnd aussenden, sodass die erste Sender-Empfängeranordnung ein Signal aussendet, während die zweite Sender-Empfängeranordnung eine Sendepause einlegt und umgekehrt. Die Häufigkeit zwischen Senden und Pausieren kann dabei so hoch gewählt werden, dass für die Messzwecke einer Lichtschranke praktisch kontinuierliche Signalstrahlen entstehen. Bei dieser Sendemethode müssen die beiden Sender-Empfängeranordnungen miteinander synchronisiert sein. Die in den Auswertungs- und Steuerungseinrichtungen der Sender-Empfängeranordnungen vorhandenen Prozessoren müssen also mit ihrem Arbeitstakt aufeinander eingestellt sein. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass eine erste Sender-Empfängeranordnung als Master geschaltet wird und dass die andere Sende-Empfängeranordnung als Slave geschaltet wird, also auf die Taktfrequenz des Masters einstellbar ist.
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Für die vorliegende Erfindung ist es bevorzugt, dass beide Sender-Empfängeranordnungen identisch aufgebaut sind und durch eine Einstellung, vorzugsweise einen Einstellschalter, als Master oder als Slave umgeschaltet werden.
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lichtschranke;
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2 eine beispielhafte Darstellung einer Mehrzahl von möglichen Signalausbildungen zur Codierung des ausgesandten Signals mit der Information über die empfangene Signalintensität.
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1 zeigt schematisch eine Signalstrecke 1, an deren Enden sich eine erste Sender-Empfängeranordnung 2 und eine zweite Sender-Empfängeranordnung 3 befindet. Von der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 ist ein erster Signalstrahl 4 auf die zweite Sender-Empfängeranordnung 3 gerichtet. In umgekehrter Richtung verläuft ein zweiter Signalstrahl 5 von der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 zur ersten Sender-Empfängeranordnung 2.
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Beide Sender-Empfängeranordnungen sind gleich aufgebaut und beinhalten einen Empfänger 6, mit dem der Empfang des jeweiligen Lichtstrahls 4, 5 feststellbar und seine Intensität (Signalstärke) messbar ist. In der Zeichnung ist daher in dem Empfänger ein Zeichen für einen Fototransistor eingezeichnet. Das vom Empfänger 6 empfangene Signal wird auf eine Auswertungs- und Steuerungseinrichtung 7 geleitet, in der sich ein Auswertungsteil und ein Steuerungsteil befinden. Im Auswertungsteil wird die Intensität des vom Empfänger 6 empfangenen Signalstrahls 4,5 bestimmt und für den Steuerungsteil aufbereitet, beispielsweise in Form einer Steuerung einer Ausgangs-Schaltstufe des ausgesandten Lichtstrahls 4, 5 zur Einbringung einer Codierung in den Signalstrahl 4,5. Ferner wird im Auswertungsteil der Auswertungs- und Steuerungseinrichtung 7 eine in dem empfangenen Signalstrahl 4, 5 enthaltene Codierung decodiert und für den Steuerungsteil der Auswertungs- und Steuerungseinrichtung 7 aufbereitet.
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An die Auswertungs- und Steuerungseinrichtung 7 ist ein Sender 8 angeschlossen, mit dem ein Signalstrahl ausgesandt werden kann. In der Zeichnung ist der Sender 8 daher mit dem Symbol einer Sendediode gekennzeichnet.
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Im Steuerungsteil der Auswertungs- und Steuerungseinrichtung 7 wird die decodierte Codierung aus dem empfangenen Signalstrahl 4, 5 in ein Steuerungssignal für die Intensität des vom Sender 8 ausgesandten Signalstrahls 4, 5 umgewandelt. Ferner wird die festgestellte Intensität des vom Empfänger empfangenen Signalstrahls 4, 5 in eine Codierung umgesetzt, mit der der vom Sender 8 ausgesandte Signalstrahl 4, 5 codiert wird, sodass nach der Übertragung des Signalstrahls 4, 5 die andere Sender-Empfängeranordnung 2, 3 über die Codierung die Information darüber erhält, mit welcher Intensität der von ihrem Sender 8 ausgesandte Signalstrahl 4, 5 von der anderen Sender-Empfängeranordnung 2, 3 empfangen worden ist.
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Da beide Sender-Empfängeranordnungen 2, 3 nicht über Signalleitungen miteinander verbunden sind, sondern lediglich an eine geeignete Stromversorgung, die auch eine netzunabhängige Stromversorgung (Batterien) sein kann, angeschlossen sein müssen, wird die Information über die Übertragungsqualität der Signalstrecke 1 über die Codierung der Signalstrahlen 4, 5 auf die jeweils andere Sender-Empfängeranordnung übertragen, woraus die empfangene Sender-Empfängeranordnung 2, 3 die Information entnimmt, mit welcher Signalstärke ihr Sender 8 den Signalstrahl 4, 5 aussenden muss.
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Auf diese Weise werden beide Signalstrahlen 4, 5 vollständig geregelt, da die Information über die verbliebene Signalstärke am anderen Ende der Signalstrecke 1 über die Signalstrahlen 4, 5 auf die jeweils andere Sender-Empfängeranordnung 2, 3 übertragen wird.
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Um den Regelvorgang beginnen zu lassen, ist es zweckmäßig, dass eine der beiden Sender-Empfängeranordnungen als Master mit einer maximalen Signalstärke auszusenden beginnt oder mit einer sehr geringen, jeweils stufenweise angehobenen Signalsstärke. Auf diese Weise wird in der als Slave arbeitenden Sender-Empfängeranordnung 3 entweder sofort ein (regelmäßig übersteuertes) Signal empfangen, das mit maximaler Signalintensität ausgestrahlt worden ist oder erst nach einer gewissen Zeit ein Signal mit einer minimalen Empfangsstärke empfangen. In beiden Fällen beginnt mit dem Empfang des vom Master ausgesandten Signals der Regelvorgang auf beiden Enden der Signalstrecke 1.
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2 verdeutlicht Signale, die die Signalstrahlen bilden können. Dabei ist das Ende der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 mit A und das Ende der Signalstrecke 1 mit der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 mit B bezeichnet. Demzufolge bezeichnet A-B jeweils den ersten Signalstrahl 4 und B-A jeweils den zweiten Signalstrahl 5.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2a wird von der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 ein Impulspaket 11 ausgesandt. Je nach der Signalintensität, die vom Empfänger 6 der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 festgestellt worden ist, wird ein Antwort-Impulspaket 12 von dem Sender 8 der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 als Sendestrahl 5 nach einer gewissen Zeitspanne ΔT zurückgesandt. Die Zeitspanne ΔT enthält somit die Codierung über die Signalfeldstärke des Sendesignals 4 am Empfänger 6 der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3. Das von der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 ausgesandte Impulspaket 12 wird von dem Empfänger 6 der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 empfangen und hinsichtlich der empfangenen Signalintensität ausgewertet. Die Zeitspanne ΔT zwischen dem Signalpaket 11 und dem Signalpaket 12 gibt der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 die Information, mit welcher Senderstärke der nächste Signalstrahl 4 ausgesandt werden soll. In Abhängigkeit von der Intensität des empfangenen Signals stellt die erste Sender-Empfängeranordnung 2 den Zeitabstand ΔT ein, zu dem das nächste Impulspaket 11 ausgesandt wird. Die Codierung über die empfangene Signalstärke ist somit in dem zeitlichen Abstand ΔT zwischen dem empfangenen Impulspaket 12 und dem daraufhin ausgesandten Impulspaket 11 enthalten. Auf diese Weise findet eine ständige Regelung der von den beiden Sender-Empfängeranordnungen 2, 3 ausgesandten Sendesignalen bezüglich ihrer Intensität statt.
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In dem in 2b dargestellten Ausführungsbeispiel werden digital codierte Signale 13, 13' von der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 und digitale Sendesignale 14, 14' von der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 ausgesandt. Die Sendesignale werden dabei verschachtelt ausgesandt, sodass zwischen den digitalen Signalen 13, 13' eine Sendepause besteht, in der ein digitales Signal 14, 14' der anderen Sende-Empfängeranordnung 3 ausgesandt werden kann. Die Erkennung der digitalen Sendesignale 13, 13'; 14, 14' setzt voraus, dass die Prozessoren in den Auswertungs- und Steuerungseinrichtungen 7 der beiden Sender-Empfängeranordnungen 2, 3 miteinander synchronisiert sind.
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Bei dem in 2c dargestellten Ausführungsbeispiel werden Impulspakete 15, 15' von der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 in einem festen Zeitraster ausgesandt. Verschachtelt hierzu sendet die zweite Sender-Empfängeranordnung Impulspakete 16 ebenfalls in einem festen Zeitraster aus.
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Die Codierung über die Intensität des empfangenen Signals liegt dabei in der Länge T des Impulspakets 15, 15, 16 und der Länge des zugehörigen Zeitintervalls ΔT, das die Länge T des Impulspakets 15 zu einer konstanten, vorgegebenen Zeitdauer ergänzt, sodass T + ΔT = const. für alle Impulse 15, 15, 16 ist.
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2d zeigt noch ein Ausführungsbeispiel, in dem Impulspakete 17, 17' der Länge T von der ersten Sender-Empfängeranordnung 2 und Impulspakete 18, 18' von der zweiten Sender-Empfängeranordnung 3 ausgesandt werden. Die Impulspakete haben eine konstante Impulspaketlänge. Die Information über die empfangene Signalintensität liegt in der Anzahl der Impulse pro Impulspaket bzw. in der Frequenz, mit der die Impulse in den Impulspaket auftreten.
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Während das Impulspaket 17 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Impulse aufweist, sind im Impulspaket 17' nur drei Impulse enthalten. Die Auswertung kann über die Zählung der Impulse über die vorgegebene Impulspaketlänge oder über die Bestimmung der Impulsfrequenz innerhalb der Impulspakete erfolgen.
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In allen Fällen ist unproblematisch und mit herkömmlichen Prozessoren eine Auswertung der Codierung der übersandten elektromagnetischen Signale in den Signalstrahlen 4, 5 möglich.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich für Lichtschranken aller Art, also für Lichtschranken, die mit sichtbarem Licht arbeiten oder auch mit Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung.
