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Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zum Erfassen eines Objektes.
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Zum Erfassen des Objektes in einem Überwachungsbereich werden u. a. optoelektrische Sensoren, wie z.B. Laserscanner, eingesetzt. Der Sensor weist hierbei einen Lichtsender auf, der zumindest einen Lichtstrahl in Richtung des Objektes bzw. in dem Überwachungsbereich abstrahlt. Der abgestrahlte Lichtstrahl wird an dem Objekt oder an einem Reflektor zurück zum Sensor remittiert oder reflektiert, so dass der remittierte oder reflektierte Lichtstrahl von einem Empfänger des Sensors empfangen und von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird.
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Um eine einwandfreie Messung durchzuführen, muss der Sensor ausgerichtet werden.
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Nach dem bekannten Stand der Technik sind mechanische Ausrichtungen, wie z.B. Sensorhalter mit Einstellmöglichkeiten oder geräteexterne Spiegel vorgesehen, die aufwändig und empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen sind oder erhöhten Bauraum benötigen.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen optoelektronischen Sensor der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine einfache Ausrichtung des Sensors ermöglicht ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der erfindungsgemäße optolektronische Sensor zum Erfassen eines Objektes in einem Überwachungsbereich ist vorgesehen mit einem Lichtsender, der zumindest einen Lichtstrahl entlang einer ersten Lichtachse aussendet, einem Lichtempfänger, der den entlang einer zweiten Lichtachse remittierten oder reflektierten Lichtstrahl empfängt, wobei der Lichtsender und der Lichtempfänger auf einer gleichen Seite einer Linse angeordnet sind, und einer Auswerteeinheit, die aus dem empfangenen Lichtstrahl ein Empfangssignal erzeugt, wobei eine Optikeinheit auf einer dem Lichtsender und dem Lichtempfänger abgekehrten Seite der Linse vorgesehen ist, so dass durch eine Drehung der Optikeinheit die erste Lichtachse und die zweite Lichtachse synchron zueinander veränderbar sind.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass auf einfache Art und Weise eine Ausrichtmöglichkeit der optischen Achsen von Lichtsender und Lichtempfänger auf optischer Basis geräteintern zur Verfügung gestellt werden kann, so dass ein kompakter Aufbau des Sensors gewährleistet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst die Optikeinheit zumindest ein keilförmiges Optikelement, vorzugsweise eine Keilplatte.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Optikeinheit zwei um eine gemeinsame Drehachse zueinander drehbare Optikelemente auf. Hierdurch ist es vorteilhaft, dass durch eine einfache Kopplung zwischen beiden Optikelementen eine synchrone Drehung der beiden Optikelemente zueinander möglich ist.
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Weiterhin ist gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel zwischen den Optikelementen ein Mittel, insbesondere Immersionsflüssigkeit, Index-Matching-Flüssigkeit oder dergleichen, zum Reduzieren von wirksamen Grenzflächen vorgesehen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Linse auf einer dem Lichtsender und dem Lichtempfänger abgekehrten Seite eine Keilfläche auf und die Optikeinheit dient als eine Frontscheibe des optoelektronischen Sensors.
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Ferner sind gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die erste Lichtachse und die zweite Lichtachse gleichzeitig und um einen gleichen Betrag zueinander veränderbar. Die Ausrichtung des Sensors ist dadurch vorteilhafterweise einfach und sicher durchführbar.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Optikeinheit manuell oder automatisiert drehbar.
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Weiterhin weist die Optikeinheit ein erstes und ein zweites Paar von keilförmigen Optikelementen auf, und wobei das erste Paar von keilförmigen Optikelementen einen großen Keilwinkel aufweist und/oder aus lichthochbrechendem Material besteht und das zweite Paar von keilförmigen Optikelementen einen kleinen Keilwinkel aufweist und/oder aus lichtgeringbrechendem Material besteht. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine hochgenaue Ausrichtung des Sensors mittels Feinjustage zu erzielen. Ferner kann ein sehr großer Verstellbereich realisiert werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Optikeinheit als separate und modulare Einheit ausgebildet, so dass bestehende Sensoren vorteilhafterweise erweiterbar sind.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Hierbei sind gleiche Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines bekannten optoelektronischen Sensors gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors;
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3a–3c eine schematische Detaildarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des optoelektronischen Sensors aus unterschiedlichen Perspektiven;
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4 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des optoelektronischen Sensors;
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5 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des optoelektronischen Sensors; und
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6 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels des optoelektronischen Sensors.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten optoelektronischen Sensors 1 des Standes der Technik. Der Sensor weist ein Gehäuse G auf, in dem ein Lichtsender S, ein Lichtempfänger E und eine Linse L angeordnet sind.
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Der dargestellte Sensor 1 ist gegenüberliegend zu einem Reflektor R aufgestellt und weist zumindest eine Sensorhalterung H auf, mit der der Sensor 1, insbesondere eine optische Achse OA des Sensors 1, zu dem Reflektor R ausgerichtet wird, so dass ein von dem Lichtsender S entlang einer ersten Lichtachse ausgesendeter Lichtstrahl LS1 auf dem Reflektor R derart auftrifft bzw. von dem Reflektor R derart reflektiert wird, dass ein entlang einer zweiten Lichtachse remittierter bzw. reflektierter Lichtstrahl LS2 noch in einem Erfassungsbereich des Lichtempfängers E detektiert werden kann. Die Ausrichtung ist durch die Pfeile Pf angedeutet.
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Aus dem erfassten Lichtstrahl LS2 erzeugt eine Auswerteeinheit CPU ein entsprechendes Empfangssignal, so dass z.B. ein Objekt in einem Überwachungsbereich detektiert werden kann.
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Bei einem erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor 1, wie in 2 gezeigt, ist solch eine Sensorhalterung H und die beschriebene, aufwändige Ausrichtung des Sensors 1 nicht notwendig.
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Der erfindungsgemäße optoelektronische Sensor 1 umfasst eine Optikeinheit 2 zum Verändern der ersten Lichtachse des ausgesendeten Lichtstrahls LS1 und der zweiten Lichtachse des remittierten bzw. reflektierten Lichtstrahls LS2, die derart angeordnet ist, dass sich der Lichtsender S und der Lichtempfänger E auf einer Seite der Linse L und die Optikeinheit 2 auf der anderen Seite der Linse L befinden, d.h. auf der dem Lichtsender S und dem Lichtempfänger E abgekehrten Seite der Linse L.
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Durch eine Drehung der Optikeinheit 2, die mit den Pfeilen Pf2 in der 2 angedeutet ist, werden die erste Lichtachse des ausgesendeten Lichtstrahls LS1 und die zweite Lichtachse des remittierten bzw. reflektierten Lichtstrahls LS2 synchron zueinander verändert. Hierbei wird der erfindungsgemäße Sensor 1 auf einfache Art und Weise zu dem Reflektor R ausgerichtet.
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Vorteilhafterweise umfasst die Optikeinheit 2 zumindest ein keilförmiges Optikelement 2a und 2b, insbesondere eine Keilplatte, ein Keilprisma oder dergleichen.
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Gemäß der Erfindung wird unter Keilplatte ein lichtdurchlässiger Körper in Form eines Keils verstanden.
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In den 3a bis 3c ist der erfindungsgemäße optoelektronische Sensor 1 in unterschiedlicher Sichtperspektive dargestellt. Hierbei sind lediglich die sensorprägenden Elemente, nämlich der Lichtsender S, der Lichtempfänger E, die Linse L und die Optikeinheit 2, gezeigt.
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Die 3a zeigt die erwähnten Elemente von der Seite. In der 3b ist eine Draufsicht der Elemente gezeigt und in der 3c ist eine dreidimensionale Ansicht der Elemente dargestellt.
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Die dargestellte Optikeinheit 2 umfasst vorzugsweise zwei um eine gemeinsame Drehachse DA zueinander drehbare Keilplatten bzw. keilförmige Optikelemente 2a und 2b.
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Der Lichtsender S sendet zumindest einen Lichtstrahl LS1 aus, der auf die Linse L trifft und entlang der ersten Lichtachse ausgestrahlt wird. Der Lichtstrahl LS1 trifft darauffolgend auf die Optikeinheit 2 und wird weiter entlang der ersten Lichtachse SA gen Richtung des Reflektors R (nicht dargestellt) gelenkt.
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Von dem Reflektor R wird der ausgesendete Lichtstrahl LS1 als remittierter bzw. reflektierter Lichtstrahl LS2 zurück zu der Optikeinheit 2 gesendet. Der remittierte bzw. reflektierte Lichtstrahl LS2 durchläuft die Optikeinheit 2 und die Linse L entlang der zweiten Lichtachse EA und trifft auf den Lichtempfänger E.
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Zur Vereinfachung ist schematisch lediglich die optische Achse OA des erfindungsgemäßen Sensors dargestellt. Die erste und zweite Lichtachse SA und EA sind benachbart zu der optischen Achse OA vorzustellen.
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Die Optikeinheit 2 umfasst zwei Keilplatten als Optikelemente, die um eine gemeinsame Drehachse DA zueinander drehbar angeordnet sind. Vorzugsweise ist zwischen den Keilplatten ein Mittel 3 zum Reduzieren von wirksamen Grenzflächen vorgesehen, wobei das Mittel 3 Immersionsflüssigkeit, Index-Matching-Flüssigkeit oder dergleichen umfasst.
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Um den Sensor 1 erfindungsgemäß auszurichten, werden die beiden Keilplatten um die gemeinsame Drehachse DA gedreht, so dass die erste Lichtachse SA und die zweite Lichtachse EA gleichzeitig und um einen gleichen Betrag zueinander veränderbar sind bzw. verändert werden. Hierbei ist die Drehung der Keilplatten vorzugsweise manuell oder automatisiert durchführbar.
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Damit ist die Ausrichtung des Sensors 1 erfindungsgemäß einfach erzielbar.
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Ferner ist durch die synchrone Drehung der beiden Keilplatten und somit die Lichtachsen SA und SE des Lichtsenders S und des Lichtempfängers E der erfindungsgemäße Sensor 1 auf einen wesentlich größeren Ausricht- bzw. Scanbereich ausrichtbar.
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Weiterhin kann durch das Mittel 3 zum Reduzieren von wirksamen Grenzflächen eine Verfälschung der Strahlengänge bzw. Lichtachsen SA und SE vermieden werden, so dass zusätzlich eine präzise Ausrichtung des erfindungsgemäßen Sensors 1 erreichbar ist.
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Bei Bedarf weist die Optikeinheit 2 ein erstes und ein zweites Paar von keilförmigen Optikelementen 2a bis 2d auf. In dem in 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die zwei Paare von Optikelementen 2a bis 2d jeweils zwei Keilplatten. Die vier Keilplatten sind um eine gemeinsame Drehachse DA angeordnet, wobei zwei zu dem ersten Paar gehörenden Keilplatten einen großen Keilwinkel aufweisen und/oder aus lichthochbrechendem Material bestehen und zwei zu dem zweiten Paar gehörenden Keilplatten einen kleinen Keilwinkel aufweisen und/oder aus lichtgeringbrechendem Material bestehen.
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Durch Drehung der beiden Keilplatten des ersten Paares von Optikelementen 2a und 2b lässt sich der Sensor 1 grob ausrichten. Mittels Drehung der beiden Keilplatten des zweiten Paares von Optikelementen 2c und 2d lässt sich der Sensor 1 dann fein ausrichten bzw. feinjustieren. Zusätzlich ergibt sich der Vorteil, durch Drehungen der beiden Paare von Optikelementen 2a bis 2d zueinander, dass ein großer Verstellbereich erreichbar ist.
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Bei einer kontinuierlichen Drehung der Optikeinheit 2 lässt sich vorteilhafterweise ein Raumwinkelbereich durchleuchten, so dass ein Scannen des Bereiches ermöglicht ist.
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In der 5 ist schematisch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optoelektrischen Sensors 1 gezeigt, bei dem die Optikeinheit 2 eine Keilplatte als Optikelement 2a aufweist, wobei die Keilplatte gleichzeitig als Frontscheibe des Gehäuses G des Sensors 1 fungiert.
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Ferner weist die Linse L des Sensors 1 auf der der Keilplatte zugewandten Seite eine keilförmige Fläche 4, so dass die Linse L die Funktion eines zweiten Optikelements 2b übernimmt, so dass durch eine Drehung der Linse L ein erfindungsgemäßes Ausrichten des Sensors 1 erzielbar ist.
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Weiterhin kann die Optikeinheit 2 mit den beiden Optikelementen 2a und 2b als separate und modulare Einheit ausgebildet sein, so dass ein bestehender Sensor 1 mit der Optikeinheit 2 als Fensterelement erweitert werden kann.
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Hierbei sind, wie in 6 schematisch dargestellt, an der aus zwei Keilplatten bestehenden Optikeinheit 2 Einstellringe 5 zum Einstellen der Optikelemente 2a und 2b bzw. Keilplatten vorgesehen. Durch Erweitern des Sensors 1 mit der erfindungsgemäßen Optikeinheit 2 kann eine einfache Ausrichtung des Sensors 1 auf den Reflektor R durch Bestätigen der Einstellringe 5 auf einfache Art und Weise erzielt werden.
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Der bestehende Sensor
1 ist somit einfach und in kompakter Weise in einen erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor
1 umwandelbar. Bezugszeichenliste
| 1 | Optoelektronischer Sensor |
| 2 | Optikeinheit |
| 2a bis 2d | Optikelemente bzw. Keilplatten |
| 3 | Mittel zur Reduktion von wirksamen Grenzflächen |
| 4 | Keilförmige Fläche |
| 5 | Einstellring |
| CPU | Auswerteeinheit |
| E | Lichtempfänger |
| G | Gehäuse |
| H | Sensorhalterung |
| L | Linse |
| R | Reflektor |
| S | Lichtsender |
| DA | Drehachse |
| EA | Zweite Lichtachse |
| LS1 | Ausgesendeter Lichtstrahl |
| LS2 | Remittierter bzw. reflektierter Lichtstrahl |
| OA | Optische Hauptachse |
| Pf1, Pf2 | Verstellrichtungspfeile |
| SA | Erste Lichtachse |
