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Die Erfindung betrifft einen Lichttaster zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger mit einem Nahelement und einem Fernelement.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Lichttaster zur Verfügung zu stellen. Die Tastweite soll dabei sehr einfach einstellbar sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lichttaster zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger mit einem Nahelement und einem Fernelement, wobei in einer Auswerteeinheit eine erste Tastweite und eine zweite Tastweite einstellbar ist, wobei die erste Tastweite mit einem ersten Potentiometer einstellbar ist und die zweite Tastweite mit einem zweiten Potentiometer einstellbar ist und abhängig von den eingestellten Tastweiten von der Auswerteeinheit ein Schaltsignal ausgebbar ist.
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Dadurch, dass zwei Potentiometer für jede der beiden Tastweiten vorgesehen sind, können die Tastweiten unabhängig voneinander eingestellt werden. Weiter ist für die Einstellung der ersten Tastweite und zweiten Tastweite auch nicht zwingend ein Objekt im Überwachungsbereich notwendig. Beispielsweise kann die erste und zweite Tastweite auf zu erwartende Entfernungswerte eines Objektes voreingestellt werden. Weiter kann wahlfrei zuerst die erste Tastweite und dann die zweite Tastweite eingestellt werden oder umgekehrt. Dadurch ist die Einstellung der Tastweite flexibel und bedienerfreundlich.
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Das Nah- und Fernelement des Lichttasters ist vorzugsweise durch eine Mehrzahl von Einzelelementen gebildet, die jeweils variabel das Nah- und Fernelement bilden. Je nach Einstellung der Tastweite wird die Grenze zwischen den Nah- und Fernelementen als Trennsteg festgelegt, um abhängig von dem Auftreffen des Lichtflecks ein Schaltsignal auszugeben.
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Vorteilhaft sind die zwei Tastweiten unterschiedlich, welche den Überwachungsbereich zu kleinen und großen Distanzen hin begrenzen. Dadurch wird zwischen der ersten Tastweite und der zweiten Tastweite ein Tastbereich gebildet, in dem bei Detektion eines Objektes ein Schaltsignal ausgebbar ist. Durch den gebildeten Tastbereich ist es möglich, Objekte vor der ersten Tastweite in einem Vordergrund und Objekte hinter der zweiten Tastweite in einem Hintergrund auszublenden. Dadurch werden Fehlschaltungen vermieden und es werden Objekte nur in einem explizit ausgewählten Tastbereich detektiert und über den Schaltausgang signalisiert.
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Weiter kann es auch vorgesehen sein, dass eine erste und zweite unterschiedliche Tasteweite vorgesehen ist und nur Objekte detektiert werden, die vor der ersten nahen Tasteweite und hinter der zweiten fernen Tastweite detektiert werden. Dadurch ist es möglich Objekte in einem Tastbereich auszublenden, bzw. Objekte in einem Vordergrund und einem Hintergrund zu detektieren, wobei der Vordergrund und der Hintergrund voneinander beabstandet sind.
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Bevorzugt sind die Potentiometer als einstellbaren Widerstandselemente gebildet. Einstellbare Widerstandselemente sind sehr preiswert, wodurch der Lichttaster sehr preiswert herstellbar ist. Weiter sind die einstellbaren Widerstandselemente durch die Auswerteeinheit sehr einfach auswertbar, da lediglich eine Widerstandsänderung ausgewertet werden muss. Bevorzugt sind die einstellbaren Widerstandselemente in eine Brückenschaltung integriert.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Potentiometer durch Digitalpotentiometer gebildet. Dadurch sind die Potentiometer einfach an eine digitale Auswerteeinheit anschließbar und einfach auswertbar. Digitalpotentiometer unterliegen einem geringeren Verschleiß als einstellbare Widerstandselemente und sind weniger temperaturempfindlich als einstellbare Widerstandselemente.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Anzeigeeinheit zur Anzeige der Tastweiten angeordnet. Durch die Anzeigeeinheit, welche in einem Gehäuse des Lichttasters angeordnet ist, werden einem Bediener einfach visuell die eingestellten Tastweiten angezeigt.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Anzeigeeinheit eine erste Leuchtdiode auf zur Anzeige der ersten Tastweite und eine zweite Leuchtdiode auf zur Anzeige der zweiten Tastweite. Dadurch kann der Bediener sehr einfach und intuitiv die Einstellung der ersten und zweiten Tastweite vornehmen. Die Leuchtdioden zeigen die Tastweite bzw. den Schaltpunkt beispielsweise durch eine gelbe Farbe an. Bevorzugt sind die Leuchtdioden senkrecht nebeneinander angeordnet, so dass die Anzeige bei einem montierten Lichttaster die Tastweiten derart anzeigt, dass diese von dem Bediener intuitiv den realen Tastabständen zugeordnet werden können.
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Bevorzugt ist die Auswerteeinheit von einem Mikrocontroller gebildet. Da ein Mikrocontroller über Eingabebaugruppen verfügt, beispielsweise Analog-/Digitalwandler bzw. digitale Eingänge können die Potentiometerausgänge direkt analog oder digital von dem Mikrocontroller eingelesen und verarbeitet werden. Auch die vorgesehene Anzeigeeinheit kann von dem Mikrocontroller direkt über digitale Ausgangsschnittstellen oder direkt über digitale binäre Ausgänge angesteuert werden.
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Bevorzugt ist der Empfänger von einem positionsempfindlichen Bauelement (PSD-Element) gebildet. Weiter bevorzugt ist der Empfänger als lineares, flächig ausgedehntes PSD-Element ausgebildet. Der Übergang von Nah- und Fernelement ist bei einem PSD-Element kontinuierlich.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Hell-/Dunkelumschalter vorgesehen zum Invertieren des Schaltsignals. Um den Lichttaster an eine gewünschte Anwendung anzupassen ist es vorteilhaft möglich das Schaltsignal zu invertieren. Durch den vorgesehenen Hell-/Dunkelumschalter wird das ausgehende Schaltsignal invertiert. Dadurch kann eine Invertierung des Schaltsignals direkt am Lichttaster vorgenommen werden und braucht nicht auf einer nachgeschalteten Steuerung beispielsweise einer Speicher-Programmierbaren-Steuerung (SPS) durchgeführt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird die Hell-/Dunkelumschaltung mit der Anzeigeeinheit, insbesondere mit einer Leuchtdiode angezeigt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Lichttaster;
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2 den Lichttaster mit Potentiometern und einer Anzeigeeinheit.
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1 zeigt beispielhaft das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Lichttasters 1 auf Triangulationsbasis. Der Lichttaster 1 kann jedoch auch auf dem Prinzip der Lichtlaufzeitauswertung basieren. Dieser enthält einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender 2, der sich im Wesentlichen in der Brennebene einer am Gehäuse 32 des Lichttasters 1 angeordneten Sendelinse 3 befindet. Das Gehäuse 32 des Lichttasters 1 weist weiterhin eine der Sendelinse 3 benachbarte Empfangslinse 4 auf. Innerhalb des Lichttasters 1, im Bereich der Bildebene der Empfangslinse 4, befindet sich ein Empfangslichtstrahlen empfangender Empfänger 5 dergestalt, dass seine lichtempfindliche Fläche im Wesentlichen parallel zur Bildebene der Empfangslinse 4 angeordnet ist und dass der Mittelpunkt seiner lichtempfindlichen Fläche von der Hauptachse der Empfangslinse 4 weg vom Sender 2 seitlich versetzt ist. Über einen oder mehrere Sensorsignalausgänge 46, von denen in 1 nur einer dargestellt ist, ist der Empfänger 5 mit einer ebenfalls innerhalb des Lichttasters 1 befindlichen Auswerteeinheit 7 verbunden. Weiterhin ist in 1 ein vom Sender 2 ausgehendes, die Sendelinse 3 durchdringendes Sendelichtbündel 48 eingezeichnet, das außerhalb des Lichttasters 1 einen näherungsweise parallelen Verlauf aufweist. Im Überwachungsbereich des Lichttasters 1, in einem Abstand D vom Lichttaster 1, befindet sich ein Objekt 9, welches das Licht des Sendelichtbündels 8 reflektiert. Ein Teil des reflektierten Lichts, der durch die Empfangslinse in das Innere des Lichttasters 1 auf den Empfänger 5 gelangt, bildet das Empfangslichtbündel 50. Der Abstand des Mittelpunkts des den Empfänger 5 beaufschlagenden Lichtflecks von dem dem Lichtsender 2 abgewandten Ende des Lichttasters 5 ist als Strahlablenkung 52 bezeichnet. Außerhalb des Lichttasters 1 stehen das Sendelichtbündel und das Empfangslichtbündel im Wesentlichen in einem Strahlwinkel β zueinander. Außerdem ist in 1 im Überwachungsbereich des Lichttasters 1 das Objekt in einer zweiten Position gestrichelt eingezeichnet, das in einem Abstand D' vom Lichttaster 1 angeordnet ist. Der Empfänger 5 ist ortsauflösend ausgebildet, d. h. seine Ausgangssignale liefern Information darüber, welcher Bereich seiner lichtempfindlichen Fläche vom Empfangslichtbündel beaufschlagt ist. Falls sich der Abstand D des Objekts 9 vom Lichttaster 1 verändert, ändert sich auch der Strahlwinkel β und somit die Strahlablenkung 52 entlang der lichtempfindlichen Fläche des Lichttasters 5. Die Ausgangssignale des Empfängers 5 werden über Lichttaster-Signalausgänge 46 der Auswerteeinheit zugeführt. Diese ist derart ausgebildet, dass sie unterschiedliche Ausgangssignale des Empfängers 5 verschiedenen Abständen D des Objekts 9 vom Lichttaster zuzuordnen vermag und ein Schaltsignal ausgibt abhängig von der Tastweite bzw. dem Objektabstand.
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Der Empfänger 5 besteht aus mehreren Empfangselementen, die unterschiedlich große Abmessungen und Flächen aufweisen. Da sich der Lichtfleck auf dem Empfänger bei großen Abständen D in seiner Position nur wenig auf dem Empfänger 5 ändert, sind die Abstände der Empfangselemente für einen Fernbereich kleiner. Je näher sich das Objekt 9 dem Lichttaster 1 nähert, desto größer ist auch die Ablenkung 52 des Lichtflecks auf dem Empfänger 5. Dadurch können die Empfangselemente für den Nahbereich zunehmend größere Flächen aufweisen.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Lichttaster 1 zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit dem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und dem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger mit dem Nahelement und dem Fernelement, wobei in der Auswerteeinheit eine erste Tastweite und eine zweite Tastweite einstellbar ist, wobei die erste Tastweite mit einem ersten Potentiometer 10 einstellbar ist und die zweite Tastweite mit einem zweiten Potentiometer 11 einstellbar ist und abhängig von den eingestellten Tastweiten von der Auswerteeinheit ein Schaltsignal ausgebbar ist. Bevorzugt sind die Potentiometer 10 und 11 als einstellbare Widerstandselemente gebildet. Weiter ist eine Anzeigeeinheit 14 zur Anzeige der Tastweiten angeordnet ist. Die Anzeigeeinheit weist eine erste Leuchtdiode 12 auf zur Anzeige der ersten Tastweite und eine zweite 13 Leuchtdiode auf zur Anzeige der zweiten Tastweite.
