DE2157815B2

DE2157815B2 - Geraet zur erzeugung eines lichtvorhanges

Info

Publication number: DE2157815B2
Application number: DE19712157815
Authority: DE
Inventors: Jürgen; Knappe Hartmut; 7808 Waldkirch Erdmann
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1971-11-22
Publication date: 1977-08-11
Also published as: IT970072B; DE2157815C3; US3809891A; DE2157815A1; FR2160927B1; FR2160927A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung eines Lichtvorhanges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bereits ein fotoelektrisches, Lichtsender und -empfänger enthaltendes Raumabtastgerät nach dem Autokollimationsprinzip bekannt (DT-AS 12 61025), bei dem ein bewegbarer, an einem Rückstrahler total reflektierter optischer Fahrstrahl zur Erkennung und Signalisierung von Objekten innerhalb eines weiten Überwachungsbereiches vorgesehen ist. In der betreffenden Schrift ist auch schon erwogen, statt der mechanischen Strahlunterbrechung, die Lichtquelle

ίο periodisch zu tasten. Der Zweck der Verwendung von zerhacktem Licht besteht darin, sowohl eigenstrahlendes Gut als auch nichtstrahlendes Gut zu erfassen und seinen Durchgang zu signalisieren. Die Verwendung von Wechsellicht macht es möglich, das Eigenleuchten der festzustellenden Gegenstände zu eliminieren.

Es ist auch schon bekannt, mittels eines einen bestimmten Raumbereich abtastenden Fahrstrahls die lineare Abmessung eines Werkstücks zu bestimmen (DT-OS 21 11837).

Lichtvorgänge zur Feststellung von Gegenständen sind in den verschiedensten Ausführungen bekann! (DT-PS 12 75 913, US-PS 33 60 654). Auch die Verwendung von Gallium-Arsenid-Dioden als Lichtquelle für Lichtvorhänge gehört zum Stand der Technik. Derarti-

ge Lichtvorhänge sind auch schon mit Taktmaßstäben

versehen worden, um nicht nur das Vorhandensein eines Gegenstandes im Lichtvorgang überhaupt, sondern auch die Feststellung seiner Lage zu ermöglichen.

Autgrund praktisch gegebener Grenzen können jedoch selbst mit Hilfe von Lasern nicht beliebig feine Fahrstrahlen erzeugt werden. Auch der Feinheit der bei messenden Lichtvorhängen verwendeten Rastern nach unten sind Grenzen gesetzt. Mit anderen Worten ist das Auflösungsvermögen der bekannten Geräte begrenzt und reicht in vielen Fällen zur Anzeige sehr kleiner Gegenstände nicht mehr aus.

Ein mit zyklisch getasteten Lichtquellen arbeitender statischer Lichtvorhang ist aus der DT-OS 19 41 905 bekann;. Ein Taktgeber gibt dabei jeweils die Lage des eingeschalteten Lichtbündels wieder. Bei diesem Lichtvorhang ist das Auflösungsvermögen durch die Breite des von jeder Lichtquelle ausgesandten Lichtbündels begrenzt.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, ein Gerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem auch noch Gegenstände oder Einzelheiten von Gegenständen festgestellt werden können, die eine geringere Ausdehnung als die Lichtbündelbreite haben.
Hierzu sieht die Erfindung bei einem Gerät der eingangs genannten Gattung vor, daß die Periode der Impulslichtquelle kleiner ist als die Zeit, die der Fahrstrahl zum Durchlaufen seiner Breite benötigt. Auf diese Weise wird also durch geeignete Pulsung der Lichtquelle ein Raster geschaffen, weiches wesentlich feiner als der Fahrstrahl ist Zwar überlappen sich bei den verwendeten sehr hohen Impulsfrequenzen die durch aufeinanderfolgende Impulse nacheinander erzeugten Fahrstrahlimpulse, doch können'die Kanten der endlich breiten Lichtbündel in der Weise für die Auswertung herangezogen werden, daß bereits die Teilabdunklung eines Fahrstrahlimpulses durch ein Hindernis zur Anzeige ausgenutzt wird. Aufgrund der elektronisch auf einfache Weise zu erfassenden eindeutigen Zuordnung zwischen den Impulsen und den jeweiligen Orten des Fahrstrahls können somit Hindernisse in ihrer räumlichen Lage wesentlich genauer bestimmt werden, als dies mit einem Taktmaßstab möglich ist. Weiter ist es möglich, auch noch

Hindernisse zu erfassen, die wesentlich feiner als die Lichtbündelbreite sind.

Die Auswertung kann so erfolgen, daß man die Impulse eines Fahrstrahldurchlaufes von einem Ani4ngspunkt bis zur ersten Kante des Hindernisses zählt. Die Zahl der Impulse ist dann ein Maß für den Abstand des Hindernisses vom Beginn des Abtastbereiches, sofern die DurchJaufgeschwindigkeit des Fahrstrahls streng zeitproportional ist und der Fahrstrahl stets parallel zu sich selbst bleibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind durch die Unteransprüchen definiert.

Besonders bevorzugt ist dabei diejenige Ausführungsform, bei der der Fahrstrahl genau parallel zu sich selbst verschiebbar ist, weil hierdurch eine eindeutige Zuordnung zwischen Ort und Impulszahl erzielt wird. Hierzu ist es weiter erforderlich, daß der Fahrstrahl zeitlich linear verschiebbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Gerätes zur Erzeugung eines Lichtvorhanges

F i g. 2 eine Schaltung der bei dem Gerät verwendeten Photoempfänger und

F i g. 3 drei Diagramme von Impulsspannungen der Photoempfänger und des Gatters der Schaltung nach Fig. 2.

Nach Fig. 1 wird durch ein Spiegelrad 13 und einen Parabolspiegel 14 in konventioneller Weise ein periodisch in Richtung des Doppelpfeiles f hin- und hergehender Fahrstrahl 15 erzeugt, der an einem Reflektor 16, welcher z. B. aus Tripelspiegeln besteht, sich selbst zurückgeworfen wird.

Eine Impulslichtquelle 12 ist durch eine von einem Generator 27 mit Energie versorgte und gesteuerte Halbleiter-Lichtquelle gebildet. Das von dieser Lichtquelle 12 ausgehende Licht wird über eine geeignete Optik 28 auf das Spiegelrad 13 gelenkt.

Zwischen der Lichtquelle 12 und dem Spiegelrad 13 ist ein z. B. als halbdurchlässiger Spiegel ausgebildeter Strahlenteiler 20 vorgesehen, der das von dem Spiegelrad 13 nach dem Autokollimationsprinzip zurückgeworfene Licht teilweise auf einem ersten Photoempfänger 11 wirft Der zu dem Photoempfänger 11 führende Strahlengang erstreckt sich senkrecht zu dem Strahlengang zwischen der Lichtquelle 12 und dem Spiegelrad 13.

Der Strahlenteiler 20 lenkt außerdem einen Teil des, von der Lichtquelle 12 ausgehenden Impulslichtes zu einem zweiten Photoempfänger 17, wobei der zu diesem Photoempfänger führende Strahlengang ebenfalls senkrecht zu dem Lichtstrahlenbündel zwischen der Lichtquelle 12 und dem Spiegelrad 13 verläuft und mit dem Strahlengang zu dem ersten Photoempfänger 11 in einer Linie liegt

Der Fahrstrahl 15 tastet den von ihm überstrichenen Raum ab und dient dazu, z.B. ein Hindernis 18 zu erfassen und festzustellen.

Am Rande des Abtastbereiches ist zwischen dem Spiegelrad 13 und dem Parabolspiegel 14 noch ein dritter Photoempfänger 19 angeordnet, welcher die Periode des Fahrstrahls 15 zu erfassen gestattet.

Nach Fig. 2 sind die Photoempfänger 11 und 17 jeweils über einen Verstärker 21, 22 und eine Impulsformerstufe 23, 24 an ein Gatter 25 angeschlossen, welches entweder ein Äquivalenz- oder Antivalenz-Gatter sein kann oder ein UND-Gatter, wobei allerdings eines der Signale der Photoempfänger 11,17 um 180° phasenverschoben werden muß.

Der Photoempfänger 19 ist über einen Verstärker 26 an eine Ausgangsklemme angelegt, an der ein ίο Taktsignal zur Verfügung gestellt wird.

Nach Fig.3 liefert der Photoempfänger 11 ein

Rechtecksignal entsprechend der Impulsfrequenz der verwendeten Impulslichtquelle 12. Das Rechtecksignal

kann durch die Impulsformerstufe 23 noch zu einer exakten Rechteckform verfeinert werden.

Aufgrund des Hindernisses 18 sind jedoch die Impulse in dem betreffenden Zeitbereich unterdrückt. Die Zahl der Impulse vor dem Hindernis 18 ist ein Maß für dessen Abstand vom Rande des Abtastbereiches.
Nun ist die Anordnung derart, daß Impulse nur dann auftreten sollen, wenn der Fahrstrahl 15 auf das Hindernis 18 fällt. Zu diesem Zweck ist der zweite Photoempfänger 17 in der dargestellten Weise angeordnet und geschaltet. Er liefert unabhängig von dem Hindernis 18 und der Stellung des Spiegelrades 13 einen durchgehenden Impulszug, der in dem ersten Diagramm der F i g. 3 wiedergegeben ist.

Die Diagramme der Photoempfängerausgänge 11

und 17 berücksichtigen außerdem bereits die oben erwähnte 180°-Phasenverschiebung zwischen beiden Signalen, die in einer besonderen Stufe vorgenommen

wird.

Das dritte Diagramm in F i g. 3 gibt das Ausgangssignal des UND-Gatters wieder. Es erscheinen also lediglich im Bereich des Hindernisses 18 Dunkelimpulse, deren Zahl die Breite des Hindernisses wiedergibt und welche in geeigneter Weise ausgewertet werden können.

Durch geeignete Einstellung der Schaltschwelle des Impulsformers 23 kann die Anordnung so empfindlich gemacht werden, daß bereits eine teilweise Verdunkelung des Fahrstrahls 15 durch ein Hindernis 18, was zu einer Erniedrigung der Impulse i/u führen würde, zu einem Unterschreiten der Schaltschwelle des Impulsformers 23 führt und somit am Ausgang des UND-Gatters 25 die entsprechende Anzahl von Impulsen hervorruft.

Es liegt also ein digitales Meßgerät vor, welches oberhalb bestimmter Empfangswerte das volle Signal L liefert, darunter jedoch das Signal O. Das Gerät eignet so sich besonders für die Verwendung moderner Halbleiterbauelemente, mit denen die genaue Einstellung bestimmter Ansprechgrenzen ohne weiteres realisiert werden kann.

Es wird ein Spiegelrad mit vier verspiegelten Seiten verwendet. Um Unterbrechungen des zurückgeworfenen Lichtstrahles beim Übergang von einer Spiegelseite auf die nächste zu vermeiden, sollten zwischen den einzelnen Seiten des Spiegelrades nicht dargestellte Übergangsspiegel angeordnet werden, die derartige Unterbrechungen verhindern, damit das in Fig.3 dargestellte Impulsbild nicht gestört werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Erzeugung eines Lichtvorhanges mit einer periodisch betätigbaren Impulslichtquelle und einer einen periodisch einen vorbestimmten Raumbereich abtastenden Fahrstrahl bestimmter Breite erzeugenden Abtastvorrichtung, bei dem das Licht des Fahrstrahls nach Durchgang durch den Raumbereich auf einen Photoempfänger gelenkt ist, der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode der Impulslichtquelle (12) kleiner ist als die Zeit, die der Fahrstuhl (15) zum Durchlaufen seiner Breite benötigt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulslichtquelle eine Halbleiter-Lichtquelle, insbesondere eine Gallium-Arsenid-Diode ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Impulslichtes vor dem Auftreffen auf die Abtastvorrichtung zu einem zweiten Fotoempfänger (17) gelenkt ist, dessen Ausgangssignale mit denen des ersten Fotoempfängers (11) derart gegeneinander geschaltet sind, daß bei ungestörtem Verlauf des Fahrstrahls (15) ein Gleichsignal oder gar kein Signal erhalten wird, daß jedoch beim völligen oder teilweisen Unterbrechen des Fahrstrahls (15) durch ein Hindernis (18) die Dunkelimpulse an dem zweiten Fotoempfänger (17) als Signal erhalten werden.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Fotoempfänger (19) am Rande des Abtastbereiches des Fahrstrahls angeordnet ist, mittels dessen Beginn bzw. Ende einer Abtastperiode festgestellt werden.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des dritten Fotoempfängers (19) als Bezugssignal für die Impulszählung, z. B. zum Rückstellen eines Zählers verwendet wird.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden ersten Fotoempfänger (11,17) über Verstärker (21,22) an ein Äquivalenz- oder Antivalenz-Gatter (25) angeschlossen sind.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Ausgangssignale zunächst um 180° gegenüber dem anderen phasenverschoben ist und beide Signale dann nach Verstärkung an ein UND-Gatter (25) gelegt sind.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Verstärker (21, 22) und das Gatter (25) Impulsformer (23, 24) eingeschaltet sind.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrstrahl genau parallel zu sich selbst verschiebbar ist.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrstrahl (15) zeitlich linear verschiebbar ist.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Impulslichtes ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des die Fahrstrahlablenkung hervorrufenden Motors ist.