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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitslichtgitter, mit dem die einzelnen Lichtstrahlen codiert werden können.
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Es ist bekannt, Lichtgitter vom gleichen Typ parallel zu betreiben, wobei die Sender eines Lichtgitters Lichtpulse in einer vorgegebenen, zeitlichen Abfolge aussenden, die eine Codierung darstellt. Aus der
EP 1118881 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtgitters bekannt, bei dem ein Sender nacheinander jeweils einen zeitlichen Abstand aufweisende Lichtpulse aussendet, wobei die Amplitude der Lichtpulse jeweils mit einem Wechsellichtsignal moduliert wird. Die Modulation der Lichtpulse mit dem Wechsellichtsignal dient der Unterscheidung der von den Lichtsendern gesendeten Lichtpulse von eventuell vorhandenen Störlichtsendern und somit der Störfestigkeit der optoelektronischen Sensoranordnung. Bei der Verwendung von zeitlichen Pulsabfolgen als Codierungen ist die Ansprechzeit eines entsprechenden Lichtgitters aufgrund der zeitlichen Verschachtelung der Codes erhöht, insbesondere wenn mehrere Lichtgitter parallel betrieben werden. Die Pulse selbst können auch eine Codierung aufweisen Die Codierungen dienen ausschließlich dazu, Lichtsender und Lichtempfänger für den korrekten fehlersicheren Betrieb entsprechend der einschlägigen Sicherheitsnormen (z. B.
EN-61496 und
EN-13849) einander richtig zuordnen zu können.
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Aus der
EP 1816487 B1 ist ein Lichtgitter bekannt, bei dem Informationen zwischen der Sendereinheit und der Empfängereinheit, z. B. Konfigurationsparameter, ausgetauscht werden können, wozu eine spezielle Schnittstelleneinheit und somit ein separater Datenkanal vorgesehen ist.
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Aus der
DE 10 2005 030 018 A1 ist es für Schließsysteme von Kraftfahrzeugen bekannt, Informationen über Funksignale zu übermitteln, indem der amplitudenmodulierten Trägerwelle Phasensprünge aufmoduliert werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtgitter bereitzustellen, das einerseits störtest ist und mit dem andererseits Informationen von der Lichtsendeeinheit an die Lichtempfängereinheit verbessert übermittelt werden können.
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Erfindungsgemäß senden mehrere Lichtsender jeweils wenigstens ein Lichtsignal in einen Überwachungsbereich aus, wobei das von einem Lichtsender ausgesendete Lichtsignal pulsförmig ist und eine dem jeweiligen Lichtsender zugeordnete Grundmodulationsfrequenz aufweist. Dazu ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, mit der die Lichtsender ansteuerbar sind. Die Lichtsignale sind weiter so ausgebildet, dass das Lichtsignal zusätzlich zur Grundmodulation einen Phasensprung aufweist. Das Lichtsignal wird jeweils von einem zugeordneten Lichtempfänger empfangen. Das Empfangssignal des Lichtempfängers wird von einer dem Lichtempfänger zugeordneten Auswerteeinrichtung ausgewertet. Von der Auswerteeinrichtung wird in Abhängigkeit des oder der Empfangssignale ein Objekt-Feststellungssignal erzeugt und gegebenenfalls abgegeben. Das Objekt-Feststellungssignal kann beliebig weiterverarbeitet werden und beispielsweise dazu dienen, ein Warnsignal zu erzeugen oder eine Maschine zu stoppen Weiter ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Phasensprung im Lichtsignal zu erkennen, so dass damit eine Datenübermittlung von den Lichtsendern zu den Lichtempfängern möglich ist.
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Damit ist ein Lichtgitter geschaffen, dass einerseits störfest arbeitet und durch Lichtsignale anderer Lichtgitter oder sonstiger Störsignale nicht gestört wird und andererseits eine einfache und effektive Übermittlung von Informationen, wie zum Beispiel Konfigurationsparametern oder sonstigen Informationen von den Lichtsendern zu den Lichtempfangern und damit beispielsweise von einer Sendereinheit zu einer Empfängereinheit, möglich ist, ohne dass die Einheiten galvanisch miteinander verbunden sein oder zusätzliche Schnittstellen aufweisen müssen. Die Informationsübertragung erfolgt über die selben Lichtsender und Lichtempfänger, über die gleichzeitig auch die optische Überwachung erfolgt.
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Alle Lichtsender des Lichtgitters können voneinander verschiedene Grundmodulationsfrequenzen aufweisen. Über die Grundmodulation erfolgt eine Codierung der Lichtsender, so dass deren Lichtsignale sich nicht gegenseitig stören, also jeder Lichtempfänger nur „seinen” zugeordneten Lichtsender „sieht”. So können theoretisch die Lichtsender sogar gleichzeitig senden. Es können aber auch eine oder mehrere Gruppen von Lichtsendern identische Grundmodulationsfrequenzen aufweisen.
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Vorzugsweise sind die Lichtsender des Lichtgitters einer gemeinsamen zu dem jeweiligen Lichtgitter gehörenden Grundmodulationsfrequenz zugeordnet. Dann gibt es zwar keine Unterscheidung innerhalb der Lichtsender des einen Lichtgitters, aber es gibt eine Unterscheidung zu anderen möglicherweise benachbarten Lichtgittern, so dass benachbarte Lichtgitter sich nicht gegenseitig stören können.
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Vorteilhafterweise bildet jeweils ein Phasensprung ein Informations-Bit. Dabei kann ein Sendelichtpuls auch mehrere Phasensprunge und damit Informations-Bits aufweisen. Die Gesamtinformation in Form mehrerer Bits kann so über nur einen oder verteilt auf mehrere Sendelichtpulse übermittelt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteeinrichtung einen Integrator und einen in Signalflussrichtung hinter dem Integrator angeordneten Komparator auf. Der Komparator ist ausgebildet, um an einem Ausgang ein von dem Überschreiten eines Schwellwertes durch seine Eingangsspannung abhängiges Signal zu liefern. Wird der Schwellwert überschritten, wurde der Sendelichtimpuls empfangen.
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Um den Phasensprung zu erkennen, kann die Auswerteeinrichtung eine Schaltung zur Abtastung des Empfangssignals aufweisen, mit der die Steigung einer Hüllkurve des Sendelichtpulses abgetastet wird.
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Wenn der Phasensprung etwa 90° oder 180° beträgt sind die Ein- und Ausschwingvorgänge bei der Erkennung des Phasensprungs ausreichend kurz.
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Dabei kann der Phasensprung in der Auswerteeinrichtung mittels einer analogen Differenzierstufe mit nachgeschaltetem Komparator ermittelt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lichtgitters;
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2a bis c schematische Diagramme von Sende- und Empfangssignalen;
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3 ein Schaltdiagramm eines Lichtsenders mit Ansteuereinrichtung;
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4 ein Schaltdiagramm eines Lichtempfängers und Teilen einer Auswerteeinrichtung.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitslichtgitters 10. Das Lichtgitter 10 weist eine Sendereinheit 12 mit mehreren Lichtsendern 14, z B. LED's, sowie eine Empfangseinheit 16 mit mehreren jeweils einem Lichtsender 14 zugeordneten Lichtempfängern 18, z. B. Photodioden, auf. Zwischen jedem Lichtsender 14 und dem jeweils zugeordneten Lichtempfänger 18 besteht ein Lichtpfad 20, über den der Lichtempfänger 18, zumindest in Abwesenheit eines Objekts, in dem zwischen den Lichtsendern 14 und den Lichtempfängern 18 vorhandenen Überwachungsbereich 21 ein von dem jeweiligen Lichtsender 14 gesendetes Lichtsignal empfangen kann.
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In der Sendereinheit 12 müssen nicht ausschließlich Lichtsender 14 und in der Empfängereinheit 16 nicht ausschließlich Lichtempfänger 18 vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, dass einige Lichtempfänger in der Sendereinheit und die entsprechenden Lichtsender dann in der Empfängereinheit angeordnet sind.
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Das Lichtgitter 10 weist eine Steuereinrichtung 22 zur Ansteuerung der Lichtsender 14 und eine Auswerteeinheit 24 zur Auswertung der von den Lichtempfängern 18 gelieferten Empfangssignale auf. Die Auswerteeinheit 24 umfasst eine Erkennungseinheit 25 zur Erkennung eines Objekteingriffs in den Überwachungsbereich 21 und zur Ausgabe eines Objekt-Festellungssignals an einem Ausgang 25-1.
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Ein Lichtsender 14 sendet als Sendelichtsignal in regelmäßigen Abständen Sendelichtpulse 30 aus (2a), wobei jeder Sendelichtpuls eine Grundmodulation mit einer das Lichtgitter 10 kennzeichnenden Frequenz aufweist (2b). Die Grundmodulation dient der Störfestigkeit, so dass beispielsweise zwei nahe beieinander liegende Lichtgitter sich nicht stören können, wenn das Licht des einen Lichtgitters in die Empfänger des anderen Lichtgitters strahlt.
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Deshalb ist die Auswerteeinheit 24 ausgebildet, um die von den Lichtempfängern 14 empfangenen Empfangssignale auf Vorhandensein der Grundmodulationsfrequenz des Lichtgitters 10 zu uberprüfen. Wird ein Lichtpfad 20 zwischen einem Lichtsender 14 und einem Lichtempfänger 18 durch ein in dem Überwachungsbereich des Lichtgitters 10 befindliches Objekt unterbrochen, so kann das Objekt also trotz eines möglichen Störlichts, der z. B. von einem Lichtsender eines anderen Lichtgitters zu dem Lichtempfänger 18 führt, detektiert werden, weil das von dem Lichtsender des fremden Lichtgitters stammende Lichtsignal eine andere Grundmodulationsfrequenz aufweist.
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3 zeigt ein Schaltdiagramm eines Lichtsenders 14 und einer Steuereinrichtung 22. Der Lichtsender 14, der hier als Leuchtdiode ausgebildet ist, wird von einem Treiber 32 beaufschlagt. Der Treiber 32 wird von einem Rechtecksignalgenerator 34 sowie von einem ebenfalls von dem Rechtecksignalgenerator 34 beaufschlagten DDS-Baustein 36 beaufschlagt und multipliziert die beiden gelieferten Signale und verstärkt das multiplizierte Signal. Die von dem Rechtecksignalgenerator 34 bereitgestellten Rechtecksignale legen die Sende-Zeitintervalle der Sendepulse fest. Der DDS-Baustein 36 ist konfiguriert, um innerhalb der von dem Rechtecksignalgenerator 34 festgelegten Zeitintervallen ein Anregungssignal zu generieren, das aus den positiven Halbwellen eines Sinussignals besteht, dessen Frequenz der Grundmodulationsfrequenz des Lichtsenders 14 entspricht. Der DDS-Baustein 36 weist dazu einen nicht dargestellten Konfigurationseingang auf, über den die Grundmodulationsfrequenz des Lichtsenders 12 einstellbar ist.
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Die Auswerteeinheit 24 ist entsprechend ausgebildet, diese Grundfrequenz in den empfangenen Lichtsignalen durch geeignete Filterung wieder zu erkennen.
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Erfindungsgemäß lässt sich zusätzlich zur Grundmodulation der Sendelichtpulse 30 auch Information mittels der Sendelichtpulse 30 übertragen. Dabei wird allerdings die Information nicht oder nicht nur über Variation der Pulslängen und Pulspausen übermittelt, sondern die Information steckt erfindungsgemäß in den Sendepulsen 30 selbst.
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Dazu weist die Steuereinheit 22 Codiermittel 23 zur Informationsubermittlung auf, mit denen Phasensprünge in die Grundmodulation einfügbar sind, wobei die Phasensprünge vorzugsweise 90° oder 180° betragen, wobei 180° besonders bevorzugt ist. Ein solcher Phasensprung ist in 2b bei 40 dargestellt. Der Phasensprung 40 stellt ein Informationsbit dar, wobei der Phasensprung 40 von der Auswerteeinheit 24 erkannt wird. Dazu wird von der Auswerteeinheit 24 die Einhüllende 42 eines Empfangssignals 31 erfasst. Das Empfangssignal 31 weist die Grundfrequenz, mit der das Sendelichtsignal 30 moduliert wurde, auf. Desweiteren umfasst das Empfangssignal auch den Phasensprung 40. Die Einhüllende 42 bildet das dem Sendepuls 30 entsprechende Empfangssignal 31. Da die Einhüllende 42 am Pulsanfang wie am Pulsende eine geringere Steigung aufweist als im Bereich des Phasensprungs, kann über die Steigung der Einhüllenden 42 der Phasensprung 40 erkannt werden. Dieser Zusammenhang ist in 2c dargestellt, die das Empfangssignal zeigen soll. Der Unterschied in den Steigungen ist bei einem Phasensprung von 180° am größten, weshalb dieser bevorzugt ist.
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Zur Erkennung des Phasensprungs 40 weist die Auswerteeinheit 24 für einen Empfänger 18 einen Eingangsverstärker 44 auf (4), der mit einem ersten Bandpassfilter 46 verbunden ist, dessen Durchlassbereich die Grundmodulationsfrequenz umfasst Über einen Integrator 48 wird die Einhüllende 42 erfasst. Eine nachgeordnete analoge Differenzierstufe 50 erfasst die lokale Steigung der Hüllkurve 42, so dass in einem der Differenzierstufe 50 nachgeordneten Komparator 52 durch Vergleich gegenüber Schwellwerten entschieden werden kann, ob ein Phasensprung vorliegt oder ein Pulsanfang oder Pulsende. Mit dem Komparator 52 kann auch entschieden werden, ob überhaupt ein Empfangssignal 31 vorliegt und davon abhängig das Objekt-Feststellungsignal ausgegeben werden.
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Auf diese Weise ist die Auswerteeinheit 24 dazu ausgebildet, erstens zu erkennen, ob überhaupt Licht empfangen wird, also ob ein Objekt im Überwachungsbereich sich befindet, zweitens die Grundmodulation zu erkennen und somit das empfangene Licht als das Licht des eigenen Lichtgitters zu erkennen und drittens über die Erkennung der Phasensprünge Informationen zu empfangen.
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Die Informationen können Konfigurationsdaten für das Lichtgitter (z. B. Betriebsarteninformationen) oder Zusatzinformationen, wie beispielsweise Verschmutzungsgrade oder dergleichen, umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1118881 B1 [0002]
- EP 1816487 B1 [0003]
- DE 102005030018 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- EN-61496 [0002]
- EN-13849 [0002]
