DE20317617U1

DE20317617U1 - Optoelectronic sensor system has beam deflecting reflector unit with individual focussing mirrors to reduce beamwidth

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Publication number: DE20317617U1
Application number: DE20317617U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2013-11-15

Abstract

An optoelectronic sensor system has a beam deflecting reflector unit (11) between the transmitter / receiver (8) and the return unit (14) at the end of the monitored path defining the protected area (1) which has individual focussing mirrors (13, 18) to reduce the beam width.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optoelectronic sensor device according to the preamble of claim 1.

Derartige optoelektronische Sensoreinrichtungen werden beispielsweise am Rand eines Schutzbereiches einer Werkzeugmaschine angeordnet, um Personen beim Zugang in diesen Schutzbereich zu detektieren und ein Abschaltsignal oder ein Warnsignal auszulösen.Such optoelectronic sensor devices for example at the edge of a protected area of a machine tool arranged to detect people entering this protected area and trigger a shutdown signal or a warning signal.

In den meisten Fällen ist es aufgrund baulicher Maßnahmen nur an einzelnen Teilbereichen des Randes möglich, in den Schutzbereich einzudringen. Diese frei zugänglichen Teilbereiche werden durch die optoelektronische Sensoreinrichtung, vergleichbar mit einem optischen Zaun, geschlossen. Nachfolgenden wird dieser optische Zaun als Überwachungsstrecke gekennzeichnet.In most cases it is due to construction activities only possible in individual areas of the edge, in the protected area penetrate. These freely accessible Sub-areas are identified by the optoelectronic sensor device, comparable to an optical fence, closed. following this optical fence is used as a surveillance route characterized.

Um die Gefahr des Über-/Unterschreitens auszuschließen ist es darüber hinaus meist erforderlich, dass in der Überwachungsstrecke zwei oder mehrere räumlich versetzte Lichtstrahlen vorhanden sein müssen. Diese zwei- oder mehrstrahligen Lichtschranken gehören unter dem Begriff Lichtgitter zum Stand der Technik. Eine häufig zum Einsatz kommende Ausführungsform bei der Schutzbereichsüberwachung ist das zweistrahlige Lichtgitter.To rule out the risk of exceeding / falling short it about it In addition, it is usually necessary to have two or more in the monitoring section spatial staggered light rays must be present. These two or more streams Light barriers belong under the term light grid to the state of the art. One often for Coming embodiment in the protection area monitoring is the two-beam light grid.

Bei diesen zweistrahligen Lichtgittern kommen zwei Anwendungsprinzipien zum Einsatz.With these two-beam light grids two application principles are used.

Das erste Prinzip besteht aus zwei einzelnen Lichtschranken mit jeweils einem Sender und einem Empfänger. Diese beiden Lichtschranken werden in zeitlich kur zen Abständen wechselseitig aktiviert und aus den beiden Statussignalen wird anschließend ein gemeinsames Ausgangssignal generiert. Bei diesem Anwendungsprinzip zur Erzeugung eines zweistrahligen Lichtgitters werden sowohl zwei Einweglichtschranken als auch zwei Autokollimationslichtschranken eingesetzt. Bei der Einweglichtschranke befindet sich der Sender auf der einen Seite der Überwachungsstrecke und der Empfänger auf der entgegengesetzten Seite. Bei der Autokollimationslichtschranke befinden sich der Sender und der Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse auf der einen Seite der Überwachungsstrecke, während auf der entgegengesetzten Seite ein Retroreflektor angeordnet ist, welcher das auftreffende Licht ins sich zurückreflektiert.The first principle consists of two individual light barriers, each with a transmitter and a receiver. This Both light barriers are mutually reciprocal at short intervals activated and the two status signals then become a common one Output signal generated. With this application principle for generation A two-beam light curtain becomes two two-way light barriers as well as two autocollimation light barriers. In the The transmitter is on one side of the one-way light barrier the surveillance route and the recipient on the opposite side. With the autocollimation light barrier the transmitter and the receiver are located in a common housing one side of the surveillance line, while a retroreflector is arranged on the opposite side, which reflects the incident light back into itself.

Beim zweiten Prinzip eines zweistrahligen Lichtgitters wird das Licht des Senders von einer Seite in die Überwachungsstrecke eingestrahlt und auf der anderen Seite in einer Lichtumkehreinheit um einen definierten Betrag versetzt wieder zur Ausgangsseite zurückreflektiert. Auf dieser Seite befindet sich neben dem Sender auch ein Empfänger, welcher das auftreffende Licht detektiert. Die Überwachungsstrecke wird auf diesem Wege an zwei räumlich versetzten Linien überwacht. Zweistrahlige Lichtgitter nach diesem Anwendungsprinzip haben sowohl von der wirtschaftlichen Seite als auch beim Montageaufwand wesentliche Vorteile. Bei der wirtschaftlichen Seite sind die Vorteile darin begründet, dass bei diesem zweistrahligen Lichtgitter nur ein Sender, nur ein Empfänger und damit auch nur eine Signalverarbeitungseinheit, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, erforderlich ist. Da die Lichtumkehreinheit eine elektrisch passive Komponente ist, wird auf der Seite der Lichtumkehreinheit auch kein elektrischer Installationsaufwand notwendig, was den Montageaufwand reduziert.The second principle of a two-beam light grid the light from the transmitter enters the monitoring path from one side irradiated and on the other side in a light reversing unit reflected by a defined amount back to the starting page. In addition to the transmitter, there is also a receiver on this page, which the incident light is detected. The surveillance route is on this way at two spatially staggered lines monitored. Double-beam light grids based on this application principle have both essential from the economic side as well as the assembly effort Benefits. On the economic side, there are advantages justified that with this double beam light curtain only one transmitter, only one receiver and thus only one signal processing unit, preferably in a common housing, is required. Because the light reversing unit is an electrically passive Component is not on the side of the light reversing unit electrical installation effort necessary, which the assembly effort reduced.

Nachteilig bei diesem zweistrahligen Lichtgitter mit Lichtumkehreinheit ist, dass dieses Anwendungsprinzip nur bei verhältnismäßig kurzen Überwachungsstrecken angewendet werden kann. Der Grund liegt darin, dass zur Vermeindung eines hohen Justageaufwandes von Sender, Empfänger und Lichtumkehreinheit sowie zur Kompensation von Schwingungen oder Vibrationen am Einsatzort der Sender und der Empfänger eine Abstrahl- bzw. Detektionskeule von ca. 2,5 Grad aufweisen müssen. Damit eine zweifelsfreie Detektion auch von spiegelnden Objekten innerhalb der Überwachungsstrecke gewährleistet ist, dürfen sich die Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers nicht überschneiden. Würde sich ein spiegelndes oder sehr gut reflektierendes Objekt innerhalb dieses Überschnei dungsbereiches der beiden Keulen befinden, so bestünde das Risiko, dass die optoelektronische Sensoreinrichtung fälschlicherweise einen freien Lichtweg signalisiert und Objekte im weiteren Verlauf der Überwachungsstrecke nicht erkannt werden. Aus diesem Grunde darf die Lichtumkehreinheit nur so weit von der Sender-/Empfängereinheit entfernt sein, dass diese Überschneidung der beiden Keulen nicht stattfindet.A disadvantage of this twin-engine Light curtain with light reversing unit is that this application principle only with relatively short monitoring distances can be applied. The reason is that avoidance a high adjustment effort of transmitter, receiver and light reversing unit as well as to compensate for oscillations or vibrations on site the sender and the receiver have a radiation or detection lobe of approximately 2.5 degrees. So that one unequivocal detection even of reflecting objects within the surveillance route guaranteed is allowed to the emission lobe of the transmitter and the detection lobe of the receiver do not overlap. Would a specular or very reflective object within this overlap area of the two lobes, there is a risk that the optoelectronic Sensor device incorrectly signals a clear light path and objects in the further course the surveillance route cannot be recognized. For this reason, the light reversing unit only as far from the transmitter / receiver unit be distant from this overlap of the two clubs does not take place.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Sensoreinrichtung nach dem Prinzip der aktiven Sender-/Empfängereinheit gepaart mit der passiven Lichtumkehreinheit auszubilden, bei der die wirtschaftlichen Vorteile eines zweistrahligen Lichtgitters mit nur einem Sender und einem Empfänger genutzt werden können. Dabei soll gleichzeitig die Überwachungsstrecke vergrößert werden, ohne ein Detektionsrisiko bei spiegelnden Objekten eingehen zu müssen.The invention has for its object a optoelectronic sensor device based on the principle of active Transmitter / receiver unit paired with the passive light reversing unit at which the economic advantages of a two-beam light curtain can be used with only one transmitter and one receiver. there at the same time the monitoring route be enlarged, without having to take a risk of detection with reflecting objects.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, einen zusätzlichen Umlenkspiegel zwischen der aktiven Sender-/Empfängereinheit und der Lichtumkehreinheit einzusetzen, der die Ausbreitungsrichtung der optischen Überwachungsstrecke verändert und dabei gleichzeitig die Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers reduziert.To solve this task, the Invention before, an additional Deflecting mirror between the active transmitter / receiver unit and the light reversing unit use that changes the direction of propagation of the optical monitoring path and the transmitter lobe and the detection lobe at the same time Recipient reduced.

Mit diesem zusätzlichen Umlenkspiegel kann in vorteilhafter Weise die Überwachungsstrecke nicht nur an die Randkontur des Schutzbereiches angepasst werden, sondern erlaubt durch die Festlegung einer begrenzten Spiegelgröße innerhalb der Überwachungsstrecke eine stufenweise Einschränkung der wirksamen Abstrahlkeule bzw. der Detektionskeule. Durch diese Maßnahme ist es möglich, ohne Einengung des Justagefreiheitsgrades der Sender-/Empfängereinheit den Beginn der Überschneidung der beiden optischen Keulen in einen größeren Abstand zu verlagern. Dadurch ist insbesondere auch unter Berücksichtigung der Sicherheitsrisiken bei der Erkennung von spiegelnden Objekten eine größere Überwachungsstrecke realisierbar.With this additional deflecting mirror, the monitoring section can advantageously not only be adapted to the edge contour of the protected area, but also allows a gradual restriction within the monitoring section by specifying a limited mirror size the effective beam or the detection beam. This measure makes it possible to shift the beginning of the overlap of the two optical lobes to a greater distance without narrowing the degree of adjustment freedom of the transmitter / receiver unit. As a result, a larger monitoring path can be implemented, in particular also taking into account the security risks in the detection of reflecting objects.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zusätzliche Umlenkspiegel nicht aus einem einteiligen Spiegel besteht, sondern auf einem gemeinsamen Träger für jeden einzelnen Lichtstrahl getrennte Spiegelflächen angeordnet sind. Dies ist besonders bei großen Strahlabständen von Vorteil, weil dadurch nur die tatsächlich notwendige Spiegelflächengröße bereitgestellt werden muss, wäh rend die mechanische Verbindung mit preiswerten Metall- oder Kunststoffkomponenten realisiert werden kann.In an advantageous further training it is envisaged that the additional Deflecting mirror does not consist of a one-piece mirror, but on a common carrier for each individual light beam separate mirror surfaces are arranged. This is especially big beam spacings advantageous because it only provides the mirror surface size that is actually required must be, while the mechanical connection with inexpensive metal or plastic components can be realized.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, die wirksamen Spiegelquerschnitte der Umlenkspiegel in horizontaler und vertikaler Ausdehnung unterschiedlich groß auszuführen. Damit ist es möglich, eine Abstrahlkeule mit einem ursprünglich runden Strahlquerschnitt, zum Beispiel in einen rechteckigen oder elliptischen Strahlquerschnitt, zu verändern. Erfindungsgemäß wird bei den mehrstrahligen Lichtgittern dann die kleine Achse des Strahlquerschnittes in die Richtung gelegt, in der die einzelnen Strahlen versetzt angeordnet sind. Die große Achse des Strahlquerschnittes dagegen ist in jener Richtung angeordnet, in der eine Überschneidung der Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers nicht auftreten kann. Dadurch wird der Freiheitsgrad in der Justage der einzelnen Komponenten deutlich vergrößert.According to a further embodiment the invention provides for the effective mirror cross sections the deflection mirror differs in horizontal and vertical extension great to execute. In order to Is it possible, a beam with an originally round beam cross-section, for example in a rectangular or elliptical beam cross-section, to change. According to the invention the small axis of the beam cross-section for the multi-beam light grids placed in the direction in which the individual beams are staggered are. The size In contrast, the axis of the beam cross section is arranged in that direction in which there is an overlap the emission lobe of the transmitter and the detection lobe of the receiver are not can occur. As a result, the degree of freedom in the adjustment of the individual components significantly enlarged.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die 1 erläutert.The invention is illustrated below by way of example with reference to FIG 1 explained.

In dieser 1 ist eine optoelektronische Sensoreinrichtung am Rand eines Schutzbereiches angeordnet.In this 1 an optoelectronic sensor device is arranged at the edge of a protected area.

Im Schutzbereich 1 befindet sich beispielsweise eine nicht dargestellte Werkzeugmaschine. Der Schutzbereich 1 ist teilweise durch die festen Absperrungen 2, 3, 4 und 5 gegen unbefugten Zutritt abgesichert. Die verbleibende freie Überwachungsstrecke setzt sich aus den beiden Teilstrecken 6 und 7 zusammen. Am Rande der Teilstrecke 6, ist in einem gemeinsamen Gehäuse 8 eine aktive Sender/Empfängereinheit angeordnet. Durch eine im Gehäuse 8 angebrachte Sendeöffnung 9 tritt ein Lichtbündel 10 mit einem Abstrahlwinkel α in die Überwachungsstrecke ein. Nach Durchlaufen der Teilstrecke 6 gelangt das Lichtbündel 10 auf den Umlenkspiegel 11. Aufgrund der geöffneten Abstrahlkeule ist das Lichtbündel 10 am Ort des Umlenkspiegel 11 auf einen Querschnitt 12 angewachsen. Am Umlenkspiegel 11 ist innerhalb des Querschnitts 12 eine optisch wirksame Reflexionsfläche 13 vorhanden, welche das Lichtbündel 10 umlenkt und zu einer Lichtumkehreinheit 14 weiterleitet. Da die Reflexionsfläche 13 nur einen Ausschnitt des gesamten Querschnittes 12 erfasst, wird nur ein im Querschnitt reduziertes Lichtbündel 10' unter einem Winkel α' zur Lichtumkehreinheit 14 geleitet. Durch eine Eintrittsöffnung 15 gelangt eine Teilmenge des Lichtbündels 10' in die Lichtumkehreinheit 14 ein. In der Lichtumkehreinheit 14 wird das eintretende Licht mit Hilfe optischer Komponenten um einen Strahlabstand A versetzt und anschließend durch eine Austrittsöffnung 16 wieder in die Überwachungsstrecke zurückreflektiert. Analog dem vom Sender ausgestrahlten Lichtbündel 10 sind die Verhältnisse beim Empfangsstrahlengang. Durch eine im Gehäuse 8 angebrachte Empfangsöffnung 17 kann der Empfänger das unter einem Winkel β auf die Empfangsöffnung 15 auftreffende Licht detektieren. Das Licht, dessen Ursprung vom Empfänger aus nur über den Umlenkspiegel detektiert wird, kann wegen der dafür relevanten Reflektionsfläche 18 auf dem Umlenkspiegel 11 nur aus dem reduzierten Detektionswinkel β' erfasst werden.For example, a machine tool, not shown, is located in the protected area 1. The protection area 1 is partly due to the fixed barriers 2 . 3 . 4 and 5 secured against unauthorized access. The remaining free monitoring section consists of the two sections 6 and 7 together. On the edge of the section 6 , is in a common housing 8th an active transmitter / receiver unit is arranged. By one in the housing 8th attached transmission opening 9 a beam of light enters 10 with a radiation angle α in the monitoring section. After passing through the section 6 the light beam arrives 10 on the deflecting mirror 11 , Due to the open beam, the light beam is 10 at the location of the deflecting mirror 11 on a cross section 12 grown. At the deflecting mirror 11 is within the cross section 12 an optically effective reflective surface 13 present which is the light beam 10 redirects and to a light reversing unit 14 forwards. Because the reflective surface 13 only a section of the entire cross-section 12 only a light beam with a reduced cross-section is recorded 10 ' at an angle α 'to the light reversing unit 14 directed. Through an entry opening 15 gets a subset of the light beam 10 ' into the light reversing unit 14 on. In the light reversing unit 14 the incoming light is shifted by a beam spacing A with the aid of optical components and then through an exit opening 16 reflected back into the monitoring path. Analogous to the light beam emitted by the transmitter 10 are the conditions for the receiving beam path. By one in the housing 8th attached reception opening 17 the receiver can do so at an angle β to the receiving opening 15 Detect incident light. The light, the origin of which is only detected by the receiver via the deflecting mirror, can be transmitted due to the relevant reflective surface 18 on the deflecting mirror 11 can only be detected from the reduced detection angle β '.

Bei Betrachtung von 1 ist somit erkennbar, dass durch den Einsatz eines zusätzlichen Umlenkspiegels, mit dem gleichzeitig die Abstrahlkeule bzw. die Detektionskeule eingeschränkt werden, bei gegebenem Strahlabstand A eine Überscheidung der beiden Keulen erst in einem deutlich größeren Abstand von der Sender-/Empfängereinheit auftreten wird.When considering 1 it can thus be seen that by using an additional deflecting mirror, with which the radiation lobe or the detection lobe are restricted at the same time, with a given beam distance A, the two lobes will only cross at a significantly greater distance from the transmitter / receiver unit.

Claims

Optoelectronic sensor device, in particular for monitoring a protected area (1), which on one side of an optical monitoring section ( 6 . 7 ) from an active transmitter / receiver unit ( 8th ) is limited, whereby the transmitter emits the light into a radiation lobe and the receiver receives the light within a detection lobe and on the other side of the monitoring path ( 6 . 7 ) a passive light reversing unit ( 14 ) is arranged, characterized in that by means of an additional deflecting mirror ( 11 ) between the active transmitter / receiver unit ( 8th ) and the light reversing unit ( 14 ) In addition to changing the direction of propagation of the monitoring path, the emission lobe of the transmitter or the detection lobe of the receiver can also be restricted.

Optoelectronic sensor device according to claim 1, characterized in that the additional deflecting mirror ( 11 ) between the active transmitter / receiver unit ( 8th ) and the light reversing unit ( 14 ) from several mechanically connected single deflecting mirrors ( 13 . 18 ) consists.

Optoelectronic sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that influencing the active beam cross-section at the deflecting mirror ( 11 ) can be influenced differently in the vertical and horizontal dimensions.