-
Lichtelektronische Anordnung zum Personenschutz An Pressen, Stanzen
usw. müssen die dort arbeitenden oder zufällig vorbeigehenden Personen vor dem unbeabsichtigten
oder beabsichtigten Eingreifen in den Gefahrenbe-reich geschützt werden. Dabei hat
der Schutz so zu erfolgen, daß die Personen mit keinem ihrer Körperteile in den
Gefahrenbereich eindringen können, ohne daß vorher durch geeignete Anordnungen ein
Stillstand der Maschine herbeigeführt worden wäre.
-
Zur Absicherung des Schutzfeldes, also desjenigen Bereiches, durch
den hindurch die Gefahrenstelle zugängig ist, werden nach dem Stand der Technik
Lichtstrahlen verwendet, wobei die entsprechend geformten Lichtstrahlbündel sicherstellen,
daß vor Eindringen in den Gefahrenbereich ein dann unter-
Schutzfeld eine derartige Veränderung herbeiführt, die sich in den aus den Lichtstrahlen
gewonnenen elektrischen Signalen bemerkbar macht.
-
Es ist eine Reihe von Prinzipien bekannt, derartige Lichtstrahlenanordnungen
aufzubauen: 1. Bei der Einzelstrahlanordnung nach Fig. wird das Licht einer Reihe
untereinander angeordneter Projektionsglthlampen 1 durch eine Reihe zugeordneter
Optiken 2 annähernd prallel gerichtet, nach Durchlaufen des Schutzfeldes von einer
Reihe weiterer Optiken 3 auf eine Reihe von Fotoempfängern 4 gerichtet. Die zwischen
den Optiken 2 und 3 verlaufenden Lichtstrahlen bilden dann insgesamt das Schutzfeld;
die Fotoempfänger 4 sind nur dann sämtlich belichtet
und damit leitfähig,
wenn keiner der Strahlen unterbrochen ist. Die Anordnung hat den Nachteil, daß eine
Dunkelleitfähigkeit eines der Fotoempfänger 4 nicht ohne weiteres feststellbar ist,
so daß dieser Fotoempfänger auch bei Unterbrechung des zugehörigen Lichtstrahles
weiterhin den Hellzustand meldet und damit keine Abstellung der Maschine herbeiführen
kann.
-
2. Eine weitere bekannte Anordnung besteht nach Fig. 2 aus der Frojektionsglühlampe
11, der Optik 12, dem halbdurchlässigen Spiegel 13 sowie dem Drehspiegel 14, der
das von der Sendeeinrichtung, bestehend aus Lampe Ilund Optik 12 kommende Licht
zeitlich nacheinander unter verschiedenen Einfallswinkeln auf den Parabolspiegel
15 wirft, wobei dann wegen der Anordnung des Drehspiegels 14 im Brennpunkt des Hohlspiegels
im Außenraum eine Parallelbewegung des Lichtstrahlbündels zu sich selbst entsteht.
Das Lichtstrahlbündel fällt auf den Reflektor 16, wird dort in sich zurückreflektiert
und nimmt den Weg über Parabolspiegel 15, Drehspiegel 14, halbdurchlässigen Spiegel
13, Optik 17 auf den Fotoempfänger 18 und erzeugt dort so lange einen Fotostrom,
solange keine den Lichtstrahl unterbrechenden Teile im Schutz feld vorhanden sind.
Die Anwesenheit eines zu schützenden Körperteiles im Schutzfeld bewirkt eine kurze
Lichtunterbrechung beim Durchlaufen des zu sich selbst parallel bewegenden Strahlenbündels
durch die betreffende Stelle. Dieser Impuls kann dann im Sinne einer Stillsetzung
der Maschine ausgewertet werden. Der Nachteil dieser Anordnung liegt vor allem in
der wegen der Notwendigkeit des Parabolspiegels 15 relativ großen Abmessungen sowie
in der nur begrenzten Anpassungsmöglichkeit an verschiedene praktische Verhältnisse.
-
3. Eine weitere Anordnung greift auf das Prinzip der Fig. 1 zurück,
verwendet jedoch anstelle von Projekgi lampen 1 eine Reihe von Leuchtdioden, die
impulsweise moduliert werden, so daß in den zugehörigen Fotoempfängern eine Impulsfolge
entsteht, die sowohl den Haltebefehl bei Eindringen eines
Körperteiles
in das Schutzfeld auslösen kann, als auch eine derartige Auswertung erlaubt, daß
evtl. vorhandene Defekte im Fotoempfänger erkannt und ebenfalls im Sinne einer Anhaltung
der Maschine ausgewertet werden. Der Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen,
daß vor allem bei größeren Schutzhöhen und einer größeren Breite des Schutzfeldes
der Aufwand ein nicht mehr wirtschaftlich tragbares Maß erreicht.
-
4. Es ist weiterhin eine Anordnung nach Fig. 3 bekannt, bei welcher
das von einer Leuchtstofflampe 21 ausgesandte Licht über Einzeloptiken 22 auf entsprechend
zugeordnete Fotoempfänger 23 geworfen wird, so daß dort wegen der Wechselspannungsspeisung
der Leuchtstofflampe 21 Wechselspannungssignale entstehen, die entsprechend weiter
verarbeitet werden, so daß, wenn eines der Signale fehlt, die Maschine angehalten
werden kann. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß Leuchtstofflampen auch
zum Beleuchten von Arbeitsräumen herangezogen werden, so daß bei einer derartigen
Anordnung mit einer beträchtlichen Fremdlichtabhängigkeit zu rechnen ist, was besonders
bei Schutzeinrichtungen, die für Personenschutz ausgelegt sind, störend ist.
-
Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile und bietet außerdem erhöhte
Anpassungsmöglichkeit an die verschiedenen, in der Praxis vorkommenden Fälle.
-
Ausgehend von einem lichtelektronischen Personenschutz, bei dem in
sich reflektierte, 4n GcEahrcabereich, das Schutzfeld durchquerende Lichtstrahlen
bei Unterbrechung Schutzmaßnahmen auslösen, besteht die Erfindung darin, daß einer
gemeinsamen Lichtquelle die Eintrittsquerschnitte von getrennt angeordneten Lichtleitfaserbffndeln
zugewandt sind, deren Austrittsquerschnitte. an einer Schutzfeldseite gegenüber
den Reflektoren nebeneinanderliegen. Dabei werden nach der weiteren Erfindung den
Lichtleitfaserbündeln die Lichtstrahlen in zeitlicher Aufeinanderfolge durch ein
bewegliches, z.B. hin- und hergehendes,
schwingendes, vorzugsweise
rotierendes optisches System zugeführt. Eine besonders einfache Ausführung dieses
Systems besteht in einem um die Lichtquelle, ü.B. die Wendel einer Glühlampe rotierendes
Linsensystem. Bei einer anderen Ausführung der Erfindung wird ein rotierender Taumelspiegel
verwendet. Diese Ausführung eignet sich besonders für eine Kompaktbauweise, wie
noch gezeigt wird. Schließlich kann die zeitliche Aufeinanderfolge auch dadurch
erzielt werden, daß die Lichtleitfaserbündel ständig beleuchtet, jedoch durch Blenden
in zeitlicher Aufeinanderfolge abgedeckt sind.
-
Die Ausgangsquerschnitte der Lichtleitfaserbündel liegen an der einen
Seite des Schutzfeldes gegenüber den Reflektoren an dessen anderer Wand. In unmittelbarer
Nähe jedes Austrittsquerschnittes vom Lichtleitfaserbündel liegt der Eintrittsquerschnitt
für die reflektierten Strahlen, die ebenfalls über ein Leitfaserbündel zu einem
strahlenempfindlichen Empfänger (Fotoempfänger) geleitet werden.
-
Wenn die Reflektoren an der Seitenwand des Schutzfeldes die Form übereinander
angeordneter flacher Rechtecke haben, lassen sie sich dicht an dicht anordnen. Auf
diese Weite können hohe und weite Räume zuverlässig überwacht werden.
-
Um die in sich reflektierten Strahlen in optimaler Weise aufnehmen
zu können, werden die einzelnen Fasern der Sende- und der Empfängerbündel in den
Querschnitten an der Schutzfeldwand ineinandergeführt, so daß also im gemeinsamen
Gesamtquerschnitt die Endquerschnitte beider Bündel erscheinen.
-
Weitere Vorteile und Eigenheiten werden' anhand der restlichen Figuren
der Zeichnungen erläutert: Fig. 4 gibt ein Schema einer Ausführung mit rotierendem
Linsensystem und ineinandergefthrten Lichtleitfaserbündeln wieder.
-
Fig. 5 zeigt die Anordnung der Reflektoren, Fig. 6 gibt eine Ausführung
mit Taumelspiegel wieder.
-
Der von einem nicht gezeichneten Motor angetriebene Kondens»tor 32
fokussiert das Licht der Projektionsglühlampe 31 so, daß bei Rotation des Kondensators
ein auf der Kreisbahn 33 umlaufender Lichtfleck entsteht. Dem Kreismittelpunkt zugewandt,
stehen auf diesem Kreisumfang 33 die Eingangsquerschnitte 34a von Lichtleiterfaserbündeln
34, so daß bei Rotation des Kondensors 32 die einzelnen Lichtleitfaserbündel zeitlich
nacheinander mit kurzdauernden Lichtimpulsen ausgeleuchtet werden. Die jeweils anderen
Enden (Austrittsquerschnitte 34b) der Lichtleitfaserbündel liegen annähernd in den
Brennpunkten einer Reihe von Optiken 35, die das Licht weitgehend parallel zum Reflektor
36 werfen. Bei freiem
43, welcher zwischen Optikanordnung 35 und Reflektor 36 liegt, wird das Licht vom
Reflektor 36 in sich zurückgeworfen und beleuchtet die Eingangsquerschnitte der
ebenfalls annähernd in den Brennpunkten der Optiken 35 angeordneten Lichtleitfaserbündel
37 und 39, Die anderen Enden der Lichtleitfaserbündel 37 und'39 sind abwechseln
auf die lichtempfindlichen F1ächen der Fotoempfänger 38 und 40 geführt, so daß bei
der erwähnten zeitlichen nacheinander erfolgenden Auslexchtung der Faserbündel 34
abwechselnd den Fotoempfänger(38 und 40 elektrische Signale erzeugt werden, wobei
die nachfolgende Elektronikschaltung 41 folgende Aufgaben löst: a. Feststellung,
ob überhaupt elektrische Impulse von den Fotoempfängern 38 und 40 geliefert werden,
b. Feststellung, ob die Impulse von den Fotoempfängern 38 und 40 nacheinander abwechselnd
eintreffen, c. Feststellung, ob keiner der Impulse ausbleibt, d. Bereitstellung
eines Signales zur Anhaltung der Maschine, falls bereits einer der Impulse ausgeblieben
ist.
-
Die Feststellung der genannten Kriterien beinhaltet auch die Pr fung
aller in der Anordnung verwendeten Bauteile, denn es führt beispielsweise die Dunkelleitfähigkeit
eines der Fotoempfänger 38 und 40 dazu, daß keine elektrischen Impulse mehr eintreffen.
Da der auf der Kreisbahn 33 durch den Kondensor 32 abgebildete Lichtfleck annähernd
quadratisch oder ein Rechteck mit zumindest ähnlichen
Seiten sein
wird, und da andererseits die durch die Optiken 35 an der Stelle des Reflektors
36 entworfenen Bilder der rechten Enden des Lichtleitfaserbündels 34 Rechtecke mit
deutlich kleinerer Höhe als Breite sein sollen, werden die rechten Enden des Lichtleitfaserbündels
34 zweckmäßigerweise rechteckförmig geformt. Die rechten Enden der Lichtleitfaserbündel
37 und 39 werden ebenfalls rechtförmig geformt und in unmittelbarer Nähe der Enden
des Lichtleitfaserbündels 34 angeordnet. Es ist ebenfalls möglich, die Enden der
Lichtleitfaserbündel 37 und 39 mit den Enden des Lichtleitfaserbündels 34 homogen
zu mischen, falls durch entsprechenden Schliff sichergestellt ist, daß eine direkte
optische Kopplung ziwschen den beiden Lichtleitfaserbündeln-Enden nicht möglich
ist.
-
In Abb. 5 ist die Reflektorfläche5dargestellt, auf welcher die Bilder
46 der sendenden Lichtleitfaserbündel entworfen werden, wobei man durch die beschriebene
zweckmäßige Wahl der Sendebrennweiten dafür sorgt, daß die ausgeleuchteten Rechteckflächen
gerade dicht benachbart zu liegen kommen, ohne daß sich die Flächen ganz oder tweilweise
überdecken.
-
Damit ein bestimmtes im Schutzfeld befindliches Teil auf der Seite
der Optik 35 und auf der Seite des Reflektors 36 sowie im Zwischenbereich einen
annähernd gleichen Teil des Lichtstrahlquerschnittes abdunkelt, wird der Abstand
der rechten Enden des Lichtleitfaserbündels 34 und damit der Achsenabstand der Optik
35 zweckmäßigerweise so gewählt, daß er gleich oder annähernd gleich der vertikalen
Seitenlänge des auf dem Reflektor abgebildeten Rechteckes des Sendefaserbündels
34 ist.
-
Die Vorteile der beschriebenen Anordnung gegenüber den bekannten werden
vor allem darin gesehen, daß mit relativ einfachem Aufwand eine vollständige Selbstüberwachung
des Systemes erzielt werden kann, daß also der Ausfall eines beliebigen Bauteiles
dieselbe Wirkung wie der Eingriff in das Schutzfeld ausübt. Das System ist völlig
fremdlichtunabhängig, da weder Tageslicht noch
Glthlampenlicht oder
Leuchtstofflaipenlicht oder ein sonstiges zur Beleuchtung von Arbeitsplätzen verwendetes
Licht das System in irgendeiner Weise zu storen in der Lage ist. Ferner kann die
Einrichtung in sehr wirtschaftlicher Weise an unterschiedliche Baugrößen angepaßt
werden, da die Sendeanordnung, bestehend aus Projektionsglffhlampe 31, umlaufendem
Kondensor 32 -und Empfangseinrichtung, bestehend aus den Fotoempfängern 38 und 40
sowie dem Elektronikteil 41 als feste Baugruppe in großen Serien gefertigt werden
kann, während die Anpassung durch die Gestaltung der Optikanordnung 35 und des Reflektors
36 sowie die verbindenden Lichtleitfaserbündel 34, 37 und 39 durchgeführt werden
kann.
-
In Fig. 6 ist eine Ausführung dargestellt, die sich besonders kompakt
bauen läßt. Der von der Lichtquelle 51 ausgehende Strahl trifft auf ein Linsensystem
52, welches den fokussierten Strahl einem schräg gestellten Spiegel 53 auf der Welle
54 zuführt. Die Welle ist in der optischen Achse 55 angeordnet.
-
Infrage der Schräglage wirft der umlaufende Spiegel 53 den Strahl
schräg zur Achse 55 zurück, derart, daß er nacheinander auf die Eintrittsquerschnitte
34a der Bündel 34 trifft. Der weitere Verlauf kann aus Fig. 4 entnommen werden.
-
Das Gehäuse besteht bei diesem Beispiel aus dem Rohr 56, welches die
Lichtquelle trägt sowie das Linsensystem aufnimmt, dem Zwischenstück 50 mit den
Enden de BtindelC 34 sowie dem Rohr 57, welches die Antriebswelle 54, gegebenenfalls
auch den Antrieb mit Motor und Getriebe, aufnimmt.
-
In den beiden einfachen Rohrteilen sind alle optischen Teile geschützt
und in genauer Zuordnung gelagert, wodurch sich eine gedrungene, unempfindliche
Bauart ergibt.