-
Die Erfindung betrifft einen Sensor mit einer Frontscheibe und einem optischen Anzeigeelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Sensoren werden für eine Vielzahl von Mess-, Erkennungs- und Überwachungsaufgaben eingesetzt. Entsprechend vielfältig sind auch die zugrundeliegenden Technologien. Eine Anwendung besteht darin, mit optoelektronischen Sensoren eine Gefahrenquelle berührungslos zu schützen, beispielsweise einen Roboter oder eine Maschine. Üblicherweise wird ein Schutzfeld um die Gefahrenquelle definiert, und sobald der Sensor einen unzulässigen Eingriff in das Schutzfeld erkennt, also einen solchen, der nicht dynamisch oder vorab als ungefährlich eingestuft werden kann, wird die Gefahrenquelle abgeschaltet oder in eine sichere Parkposition verbracht.
-
Unabhängig von der Sensortechnologie besteht häufig das Bedürfnis, Sensorzustände oder Sensorstatus durch eine optische Anzeige dem Bedienpersonal sichtbar zu machen. Dazu gehören Signale wie Betriebsbereitschaft, Netzanschluss, Warten auf Takt, Wartungsanforderungen und Fehlermeldungen. Ein besonders wichtiger Zustand einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung ist der Schaltzugang der OSSD (Output Signal Switching Device), also dem Ausgang, welcher das Abschaltsignal an die Gefahrenquelle ausgibt. Solange die Schutzeinrichtung keine unzulässigen Eingriffe erkennt („grün”), kann die Maschine arbeiten. Zeigt sie dagegen einen unzulässigen Eingriff an („rot”), so stoppt die Schutzeinrichtung die Maschine. Der Eingriff muss beseitigt und die Anlage wieder in Betrieb genommen werden, üblicherweise nach einem Sicherheitsprotokoll.
-
Herkömmlich erfolgt diese Anzeige über eine oder zwei auf einer Elektronikkarte montierte LEDs, welche durch eine Frontscheibe des Sensors oder durch eigens hierfür angebrachte Öffnungen im Sensorgehäuse sichtbar sind. Eine solche Statusanzeige ist damit nur an einer einzigen Stelle des Sensors aus einem sehr begrenzten Blickwinkel erkennbar. Besonders in größeren Anlagen oder wenn der Sensor zusätzlich in eine Maschinenverkleidung integriert ist, lässt sich der Status nur noch aus der unmittelbaren Nähe oder gar nicht mehr ablesen.
-
Aus der
EP 1 518 073 ist eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung bekannt, deren Gehäuse das optische Anzeigeelement bildet. Dabei ist das Gehäuse entweder aus einem optisch aktiven Kunststoff hergestellt, oder es enthält Farbelemente, welche Licht einer im Inneren des Gehäuses gelegenen Lichtquelle aufnehmen und wieder emittieren. Die verbesserte Sichtbarkeit ist hier also auf das Gehäuse beschränkt, welches als Ganzes zum Leuchten gebracht wird. Ist aber das Gehäuse in eine Maschinenverkleidung integriert, so wird die Statusanzeige verdeckt.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Sensor anzugeben, dessen Anzeige stets gut erkennbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Sensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Lösung von dem Grundgedanken aus, dass die Frontscheibe stets frei sein muss, weil der Sensor sonst seine Funktion nicht erfüllen könnte. Die Anzeige wird realisiert, indem Licht zur Frontscheibe geleitet wird und dort an in Lage, Form und Größe frei wählbaren Stellen definiert austritt. So wird die Frontscheibe ganz oder partiell zum Leuchten gebracht.
-
Der Begriff Lichtleiter soll in diesem Zusammenhang etwas weiter verstanden werden. Es geht nicht wie in der optischen Datenkommunikation darum, ein Lichtsignal von A nach B zu übertragen, sondern nur über zumindest ein kleines Wegstück innere Totalreflexion auszunutzen. Durch gezielte lokale Störungen der Totalreflexion kann dann Licht kontrolliert austreten.
-
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Frontscheibe ohnehin stets frei und sichtbar ist, damit der Sensor seine Primärfunktion erfüllen kann, ganz besonders bei optoelektronischen Sensoren. Somit ist auch eine Anzeige an der Frontscheibe in nahezu allen praktischen Fällen gut erkennbar. Der Status ist damit aus einem Abstand von mehreren Metern zum Sensor und darüber hinaus noch gut erkennbar. Die Signalisierung kommt dabei ohne jegliche zusätzlich montierte Leuchtmittel am oder außerhalb des Gerätes aus. Trotzdem kann die Signalisierung über die gesamte Gerätelänge ausgedehnt werden und ist daher unvergleichlich viel auffälliger als eine herkömmliche Status-LED. Das Maschinendesign wird dabei nicht beeinträchtigt.
-
Die Frontscheibe bildet vorzugsweise selbst den Lichtleiter. Da sie aus einem lichtdurchlässigen Material mit größerer optischer Dichte als Luft besteht, wird an den Kanten eingekoppeltes Licht im Inneren der Frontscheibe totalreflektiert. Alternativ ist der Lichtleiter integrativ mit der Frontscheibe ausgebildet. Dazu wird beispielsweise nur ein Randbereich der Frontscheibe so gestaltet, dass Licht wie durch einen Lichtwellenleiter geleitet wird. Durch aufwändigere Formung der Frontscheibe lassen sich die Lichtleitereigenschaften weitgehend beliebig vorgeben, obwohl die Frontscheibe weiterhin als einfaches Press- oder Gussteil herstellbar ist.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Lichtleiter als Gelschlauch ausgebildet. Derartige Gelschläuche aus Hartgel sind kommerziell erhältlich und strahlen das eingekoppelte Licht über ihre ganze Länge ab, so dass sie sehr gut sichtbar sind.
-
Die Lichtquelle weist bevorzugt mindestens eine LED auf, insbesondere mehrere verschiedenfarbige LEDs. LEDs sind langlebig und lichtstark. Durch verschiedenfarbiges Licht sind mehrere Anzeigeinformationen darstellbar, beispielsweise grün für eine Freigabe und rot für einen unzulässigen Eingriff in ein Schutzfeld.
-
In bevorzugter Weiterbildung weist die Lichtquelle eine zusammenhängende LED-Kette auf. Dadurch sind ohne aufwändige Elektronikkarten oder Verschaltungen auch größere Lichtstärken erreichbar.
-
Die Frontscheibe weist eine Stirnseite und eine Längsseite auf und die Lichtquellen können an der Stirnseite oder der Längsseite angeordnet sein. An der Stirnseite befindet sich häufig die übrige Steuerungselektronik, so dass hier eine LED leicht integrierbar ist. Eine LED-Kette dagegen speist bevorzugt ihr Licht an mehreren Stellen in die Frontscheibe ein, beispielsweise gleichmäßig über deren gesamte Längsseite und erreicht so höhere Leuchtstärken der Anzeige per leuchtender Frontscheibe.
-
Das Anzeigenelement ist vorzugsweise dafür ausgebildet, Status des Sensors anzuzeigen, insbesondere Betriebsbereitschaft, Wartungsanforderung oder ein Detektionsergebnis. An der Anzeige und Erkennbarkeit solcher Status, welche wichtige und kritische Informationen zusammenfassen, besteht besonders häufig ein Interesse.
-
Der Lichtleiter ist vorteilhafterweise in einer Längsausdehnung, insbesondere über die ganze Längsausdehnung der Frontscheibe vorgesehen. Dadurch entsteht eine großflächige, gut erkennbare Anzeige.
-
Der Lichtleiter ist bevorzugt in Teilbereichen quer zu der Längsausdehnung vorgesehen. Dabei kann er insbesondere die Frontscheibe in Form eines Ovals umschließen oder als abgerundetes Zickzack-Muster oder in einer ein- oder mehrfachen Achterform angeordnet sein. Hierfür eignet sich ganz besonders ein Gelschlauch, der in nahezu beliebigen Mustern angeordnet werden kann, um die anzuzeigende Information zu unterstreichen und ihr die notwendige Sichtbarkeit und Aufmerksamkeit zu verschaffen.
-
Bevorzugt sind mehrere Austrittsstellen, insbesondere über die ganze Längsausdehnung vorgesehen. Damit ist eine größere Ausdehnung der leuchtenden Anteile der Frontscheibe erreichbar.
-
Die Austrittsstellen sind vorteilhafterweise als gezielte Störstellen des Lichtleiters ausgebildet. Solche Störstellen lassen sich leicht an gewünschten Orten und in gewünschter Form und Größe anbringen, um die Totalreflexionsbedingung zu stören und so aufgrund des innen in dem Lichtleiter vorhandenen Lichts letztlich Lichtquellen für die Anzeige zu definieren.
-
Die Austrittsstellen sind bevorzugt kontinuierlich oder durch Lücken zueinander beabstandet vorgesehen. Kontinuierlich bedeutet, dass die Oberfläche aufgeraut oder der Lichtleiter mit einer inneren Mikrostruktur versehen ist, um über seine gesamte Oberfläche Licht abzustrahlen. Um gewünschte Anordnungen und Muster zu erreichen oder um Störlicht in der Nähe von Empfängern zu vermeiden, kann es aber auch sinnvoll sein, Lücken zu lassen, in denen die Frontscheibe nicht leuchtet.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Sensor als Lichtgitter, insbesondere als Sicherheitslichtgitter ausgebildet. Die langgestreckte Frontscheibe eines Lichtgitters bietet eine gut sichtbare Fläche. Außerdem ist die Frontscheibe eines Lichtgitters notwendigerweise dessen Schutzfeld zugewandt und deshalb gut einsehbar.
-
Austrittsstellen sind bevorzugt jeweils zwischen den Strahlen des Lichtgitters vorgesehen. Die Frontscheibe leuchtet dann nicht im Bereich der Sender und Empfänger, so dass das Leuchten kein zusätzliches, die Funktion störendes Streulicht erzeugt. Dabei können Austrittsstellen in den Zwischenräumen aller Strahlen, aber auch in anderer Anordnung vorgesehen sein.
-
Der Sensor weist bevorzugt ein zumindest teiltransparentes Gehäuse auf, das von innen her von der Lichtquelle beleuchtet werden kann, so dass zusätzlich zu der Austrittsstelle auch das Gehäuse das optische Anzeigeelement bildet. Die Anzeigefläche ist damit vergrößert. In vielen Anwendungen ist das Gehäuse des Sensors nicht eingebaut und ergänzt somit die Sichtbarkeit der Anzeige auch aus Blickwinkeln, aus denen die Frontscheibe nicht einsehbar ist.
-
Der Sensor ist vorteilhafterweise als berührungslos wirkende Schutzeinrichtung ausgebildet und weist einen Sicherheitsschaltausgang auf, um bei Detektion eines unzulässigen Eingriffs in ein Schutzfeld der Schutzeinrichtung ein Abschaltsignal auszugeben, wobei über das Anzeigeelement der Schaltzustand des Sicherheitsausgangs anzeigbar ist. Dieser als OSSD bezeichnete Sicherheitsschaltausgang gibt in Schutzanwendungen das zentrale Detektionsergebnis des Sensors aus. Deshalb ist es auch besonders vorteilhaft, wenn die Austrittsstelle der Frontscheibe eine Information über dessen Schaltzustand schon von Weitem erkennbar macht.
-
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
-
1 eine schematische Frontalansicht der Frontscheibe eines erfindungsgemäßen Sensors in einer ersten Ausführungsform mit stirnseitiger Lichteinkopplung;
-
2 eine Ansicht gemäß 1 in einer weiteren Ausführungsform mit seitlicher Lichteinkopplung;
-
3 eine schematische Frontalansicht einer Frontscheibe eines erfindungsgemäßen Sensors in einer weiteren Ausführungsform mit einem Gelschlauch;
-
4 eine Ansicht gemäß 3 mit einer anderen Anordnung des Gelschlauchs;
-
5 eine Ansicht gemäß 4 mit nochmals einer anderen Anordnung des Gelschlauchs; und
-
6 eine schematische Schnittdarstellung durch ein herkömmliches Lichtgitter und dessen Schutzfeld.
-
6 zeigt als Beispiel eines Sensors ein Lichtgitter 10 nach dem Stand der Technik. Obwohl die Erfindung am Beispiel eines Lichtgitters 10 beschrieben wird, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern für jegliche Sensoren einsetzbar, die eine Frontscheibe aufweisen. Das sind zunächst optoelektronische Sensoren, wie unter anderem Lichtschranken, Lichttaster, Laserscanner und Kameras, da sie prinzipbedingt eine optisch durchlässige Frontscheibe oder zumindest ein Fenster benötigen. Grundsätzlich ist aber die Erfindung auch für andere Sensoren anwendbar.
-
Das Lichtgitter 10 umfasst eine Sendeeinheit 12 und eine Empfangseinheit 14. In der Sendeeinheit 12 sind eine Vielzahl von Lichtsendern 16 mit jeweils einer zugeordneten strahlformenden Sendeoptik 18 vorgesehen. Entsprechend weist die Empfangseinheit 14 eine der Zahl der Lichtsender 16 entsprechende Anzahl von Lichtempfängern 20 mit jeweils zugeordneter Empfangsoptik 22 auf. Jeweils ein Paar aus Lichtsender 16 und Lichtempfänger 20 bildet eine Lichtschranke, die mit einer nicht dargestellten Steuerung erkennt, ob der Strahl 24 unterbrochen ist. Die Strahlen 24 bilden somit gemeinsam einen Lichtvorhang, mit dem Eingriffe in das zwischen Sendeeinheit 12 und Empfangseinheit 14 aufgespannte Schutzfeld 26 erkannt werden. Durch das Unterbrechungsmuster lässt sich beispielsweise die Höhe oder eine grobe Kontur eines eingreifenden Objekts erkennen.
-
In sicherheitstechnischen Anwendungen wird bei einem Eingriff in das Schutzfeld 26 über einen Sicherheitsausgang 28 ein Schaltsignal ausgegeben, das gewöhnlich ein Abschaltsignal an eine überwachte Maschine ist. Die Steuerung kann dabei so ausgebildet sein, dass sie zwischen zulässigen und unzulässigen Eingriffen unterscheidet, wobei zulässige Eingriffe anhand des Unterbrechungsmusters oder dergleichen erkannt werden. Nur unzulässige Eingriffe führen zur Abschaltung.
-
Viele Anforderungen an in der Sicherheitstechnik eingesetzte Sensoren sind festgelegt, um Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Beispielsweise ist eine zweikanalige Auslegung des Sicherheitsausgangs 28 vorgesehen, damit der Abschaltbefehl die Maschine sicher erreicht. Derartige Vorschriften sind für allgemeine berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen in der EN 61496-1 bzw. der IEC 61496 sowie in der DIN EN ISO 13849 und EN 61508 normiert.
-
1 zeigt eine Frontalansicht auf eine Frontscheibe 30 des Lichtgitters 10 mit den in die Frontscheibe 30 integrierten oder von ihr geschützten Optiken 18, 22. Die Frontscheibe 30 ist meist für Sendeeinheit 12 und Empfangseinheit 14 identisch ausgebildet.
-
Eine LED 32 ist im Geräteinneren nahe der Frontscheibe 30 an deren Stirnseite angebracht, welche Status des Lichtgitters 30 anzeigt, wie den Schaltzustand des Sicherheitsausgangs 28. Das Licht der LED 32 wird so eingekoppelt, dass es in der Frontscheibe wie in einem Lichtleiter durch innere Totalreflexion geleitet wird. Einige Lichtwege sind durch gestrichelte Pfeile 34 beispielhaft gezeigt. Das Licht kann abweichend von der Darstellung an einer der LED 32 gegenüberliegenden Stirnseite der Frontscheibe 30 zurückgespiegelt oder absorbiert werden. Alternativ dazu, wie dargestellt die gesamte Frontscheibe 30 als Lichtleiter zu nutzen, kann die Frontscheibe 30 auch über die gesamte oder einen Teil der Gerätelänge nur in ihrem Randbereich, also beispielsweise in der Darstellung der 1 einem Streifen am linken Rand, wie ein Lichtleiter ausgebildet sein. Die ist durch entsprechend geformte Strukturen der Frontscheibe 30 erreichbar. Besonders einfach ist dies bei Kunststoffen, bei denen die gewünschte Struktur abgeformt oder gegossen werden kann.
-
An frei platzierbaren Austrittsstellen wird die innere Totalreflexion durch gezielte Störstellen aufgehoben. Beispielhaft an zwei Punkten 36a–b gezeigt, tritt das Licht hier aus dem Innenraum der Frontscheibe 30 aus und wird so von außen sichtbar. Durch entsprechende Platzierung und Ausgestaltung der Störstellen, etwa durch regelmäßige Einkerbungen oder durch Aufrauen, wird ein regelmäßiges Leuchtmuster 38 erreicht, bei dem jeweils Streifen zwischen den Optiken 18, 22 zum Leuchten gebracht werden. Das Leuchtmuster 38 lässt sich durch andere Störstellen praktisch beliebig variieren. Es ist im Gegensatz zu einer einzelnen LED großflächig und von Weitem gut erkennbar. Da das eingekoppelte Licht der LED 32 den anzuzeigenden Zustand repräsentiert, gilt dies auch für das Leuchtmuster 38 auf der Frontscheibe 30.
-
2 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der anstelle einer einzelnen stirnseitigen LED 32 eine zusammenhängende Kette von LEDs 40 über die gesamte oder einen Teil der Gerätelänge nahe der Frontscheibe 30 verlegen ist, um das Licht seitlich in die Frontscheibe 30 einzukoppeln. Störstellen 36a–b in der Frontscheibe 30 oder in deren Längskante sorgen dafür, dass das Licht an definierter Stelle austritt und ein Leuchtmuster 38 auf der Frontscheibe erzeugt. Dabei bezeichnen hier und im Folgenden gleiche Bezugszeichen die gleichen oder analoge Merkmale. Beispielhafte Lichtwege der inneren Totalreflexion sind in 2 zur Vereinfachung weggelassen. Mischformen der beschriebenen Ausführungsformen sind immer möglich. So kann etwa auch bei stirnseitiger Einkopplung eine Kette von LEDs eingesetzt werden.
-
Die Kette von LEDs 40 führt zu einer höheren Lichteinkopplung und damit einem helleren Leuchtmuster 38. Die Lichtstärke genügt auch dafür, den Status noch auf eine andere Weise anzuzeigen als über die Frontscheibe. Wird nämlich das Gehäuse transparent oder teiltransparent ausgelegt, oder wird es mit Farbpartikeln versehen, die das Licht der LEDs 40 aufnehmen und nach außen abstrahlen, so leuchtet zusätzlich zu dem Leuchtmuster 38 der Frontscheibe auch das Gehäuse in allen Bereichen, die mit den genannten optischen Eigenschaften versehen sind. So ist die Anzeige nochmals verbessert zu erkennen. Die Kette von LEDs 40 zeigt dann über das Gehäuse den Status auch an, wenn auf die Einkopplung von Licht in die Frontscheibe 30 und entsprechende Austrittsstellen in der Frontscheibe 30 verzichtet wird.
-
Die Störstellen sind in den bisher beschriebenen Ausführungsformen nur partiell ausgelegt. Alternativ ist denkbar, Störstellen über die gesamte Länge der Frontscheibe 30 anzubringen und so die ganze Frontscheibe 30 zum Leuchten zu bringen.
-
Weitere Ausführungsformen mit kontinuierlichen Störstellen zeigen auch die 3 bis 5. Dabei wird nicht die Frontscheibe 30 selbst als Lichtleiter verwendet, sondern ein schlauchartiger Lichtleiter 42 auf, in oder unter der Frontscheibe 30 verlegt. Der Lichtleiter 42 besteht aus einem Gel oder Hartgel, welches aufgrund einer Aufrauung der Oberfläche, Partikeln im Inneren oder einer inneren Mikrostruktur das mittels einer LED 32 eingekoppelte Licht rundum seitlich über seine gesamte Länge nach außen abstrahlt. Das Ergebnis ist ein leuchtender Lichtschlauch. Um die Leuchtkraft zu verstärken, kann auch am anderen Ende des Lichtleiters 42 eine weitere LED vorgesehen werden.
-
Der Lichtleiter 42 lässt sich zu beliebigen Mustern verlegen. 3 zeigt ein Beispiel mit einem die Frontscheibe 30 umschließenden Oval, 4 ein abgerundetes Zickzack-Muster und 5 eine mehrfache Achterform. Dabei werden die Optiken 18, 22 jeweils ausgespart. Der Lichtleiter 42 kann zusätzlich oder alternativ auch um das Gehäuse gewickelt, in ein zumindest teiltransparentes Gehäuse eingelegt oder in die Gehäusewandung integriert werden. Damit lässt sich die Anzeige über die gesamte Gehäuseoberfläche einschließlich der Frontscheibe 30 nahezu beliebig gestalten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- EN 61496-1 [0035]
- IEC 61496 [0035]
- DIN EN ISO 13849 [0035]
- EN 61508 [0035]
