DE2247053A1

DE2247053A1 - Lichtschrankengitter

Info

Publication number: DE2247053A1
Application number: DE19722247053
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl-Ing Gass; Erwin Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1974-05-22
Also published as: IT993021B; SE391249B; JPS5527315B2; DE2247053C3; DE2247053B2; JPS4971980A; GB1436953A; CH558060A; US3858043A

Description

DR. MOLLER-BORe DIPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRAMKOW PATENTANWÄLTE

*B. SEP. Wt

M/th - S 2422

Erwin Sick
Optik-Elektronik
Waldkirch

Lichtsehrankengitter

Die Erfindung betrifft ein Lichtschrankengitter mit mehreren nebeneinander angeordneten Lichtquellen,· welche gemeinsam einen vorbestimmten Raumbereich erfassende Lichtbündel aussenden, und mit einer photoempfindlichen Empfangsanordnung, welche die Intensität der aus dem vorbestimmten Raumbereich austretenden Lichtbündel feststellt und bei einem vorbestimmten Intensitätsabfall eines oder mehrerer ankommender Lichtbündel ein Ausgangssignal abgibt. Derartige Lichtschrankengitter sind bekannt (DAS 1 170 286) und haben den Zweck, größere Flächenbereiche auf das Eindringen von Gegenständen zu überwachen. Sie werden z. B. als Schutz-Lichtvorhang vor Gefahrenzonen von Maschinen wie Pressen verwendet, um beim Eindringen der menschlichen Hand oder eines arideren Körperteiles ein Ausschaltsignal für die betreffende Maschine abzugeben.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtschrankengitter der eingangs genannten Gattung, bei dem der Aufwand für seine praktische Verwirklichung wesentlich herabgesetzt

-2-40982 1/043 7

ist, ohne-daß die an derartige Gitter gestellten-hohen Zuverlässigkeit s- und Sicherheitsaniorderungen vernachlässigt werden. Das Gitter soll außerdem von kompaktem und übersichtlichem Aufbau und leicht herstellbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die einzelnen Lichtquellen durch eine einzige Energiequelle in schneller Folge zeitlich nacheinander einschaltbar sind· Auf diese Weise ergibt sich eine Art Fahrstrahlprinzip, ohne daß jedoch mechanisch zu bewegende Teile wie Spiegelräder oder Schwingspiegel verwendet werden müssen. VorteilhaiVerweise ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung nur eine einzige Energiequelle für alle Lichtquellen erforderlich, was eine erhebliche Einsparung bedeutet. Zwischen der Energiequelle und den einzelnen Lichtquellen befindet sich erfindungsgemäß ein elektronisch gesteuerter Umschalter, der die Lichtquellen in der vorgegebenen zeitlichen Aufeinanderfolge an die Energiequelle anschließt.

Eine weitere wesentliche Vereinfachung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß für die Auswertung der durch die aus dem Baumbereich austretenden einzelnen Lichtbündel hervorgerufenen elektrischen Signale nur eine einzige Auswerteelektronik vorgesehen ist.

Falls dabei für jede Lichtquelle ein Photoempfänger vorgesehen ist, wird erfindungsgemäß zwischen die Photoempfänger und die Auswerteelektronik ein Umschalter gesetzt, der im gleichen ifythmus wie auf der Lichtquellenseite die Photoempfänger nacheinander an die Auswerteelektronik legt.

409821/0437

22A7053

Eine "bevorzugte praktische Ausführungsform sieht vor, daß jeder Lichtquelle ein das Lichtbündel aus dem Raumbereich empfangender Meß-Photoempfänger und ein weiterer Vergleichs-Photo empfänger zugeordnet ist, welcher von der zugeordneten Lichtquelle ausgegangenes, nicht durch den Raumbereich gegangenes Licht empfängt, und daß die Ausgänge j-e zweier zugeordneter ließ- und Vergleichs-Photo empfänger an eine Vergleichsschaltung innerhalb der Auswerteelektronik angelegt sind. In der Vergleichsschaltung wird der Quotient der beiden Signale gebildet, so daß unterschiedliche Grundhelligkeiten der Verwendeten Lichtquellen ebenso wie Alterserscheinungen* Temperatureinflüsse usw. vollständig ausgeschaltet werden. Auf einfache Weise wird also eine gegen Störungen unempfindlxche Anordnung erzielt.

Eine wesentliche weitere Vereinfachung wird dadurch erzielt, daß alle aus dem Raumbereich austretenden Lichtbündel optisch auf einem einzigen Heß-Photoempfänger vereinigt werden, an den die Auswerteelektronik angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform wird also für zahlreiche Lichtquellen nur ein einziger -Meß-Photoempfänger benötigt.

Dabei ist weiter vorzugsweise vorgesehen, daß die von jeder Lichtquelle ausgehenden Vergleichsbündel durch die gleiche Optik wie die Meßbündel auf einen einzigen Vergleichs-Photoempfanger vereinigt werden, der an eine in der Auswerteelektronik vorgesehene Vergleichsschaltung angeschlossen ist. In der Vergleichsschaltung findet wieder eine Quotientenbildung statt. Der Vorteil der Unempfindlichkeit gegen Schwankungen' der Lichtquellenhelligkeit wird also bei dieser Ausführungsform mit dem Vorzug erzielt, daß nur ein einziger Vergleichß-Photoempfanger erforderlich ist, wobei auch die für die Meßbündel verwendete Optik doppelt ausgenutzt wird.

409821/0437

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lichtquellen lichtemittierende Dioden sind, wobei es sich vorzugsweise um Ga-As-Dioden handelt. Diese Dioden zeichnen sich durch einfache Steuerbarkeit aus. Sie werden er.^indungsgemäß durch ein heutzutage sehr preiswert zur Verfügung stehendes Schieberegister nacheinander an die Energiequelle angeschlossen.

Wird das erfindungsgemäße Lichtschrankengitter als ßchutz-Lichtvorhang vor einer Gefahrenzone bei einer Maschine wie einer Fresse verwendet, so ist die frequenz, mit der die Lichtquellen nacheinander eingeschaltet werden, so hoch, daß im i'alle des Eindringens einer menschlichen Hand in den Vorhang das Abschaltsignal vorliegt, bevor die Gefahrenzone von der Hand erreicht ist. Zweckmäßigerweise liegt die !frequenz in der Größenordnung von 5

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

I'ig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung und der StrahTengänge einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtschrankengitters,

Fig. 2 eine um 90° um die optische Achse gedrehte Ansicht der obersten optischen Teilanordnung in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht des optischen Teiles einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Lichtscferankengitters,

4098-21 /0437

BAD

22A7053

Fig. ^zi- eine um 90° um die optischeAch.se gedrehte Ansicht des Gegenstandes der Fig. 3 und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer i'uswerteelektronik für das erfindungsgemässe Lichtschrankengitter.

Nach Fig. 1 sind sechs Ga-As-Dioden 11, 12, 13, 14-, 15 und 16 derart nebeneinander angeordnet, dass das von ihnen ausgesandte Licht jeweils über die eine Linse von Linsenpaaren 4-8, 4-9, 50, 51_v 52 und 53 eng aneinanderliegende, im wesentlichen parallele Lichtbündel 18, 19, 20, ?1, 22 bzw. 23 ergibt. Die Lichtbündel 18 - 23 werden an einem Tripelspiegel 5^ durch natürliche Streuung so reflektiert, dass sie in die andere Linse der Linsenpaare 4-8 - 53 fallen und eine Abbildung auf Meß-Photoempfängern 26, 27, 28, 29, 30 und 31 erfolgt, was besonders deutlich aus Fig. hervorgeht. Es handelt sich also um eine Abbildung nach dem Autokollimationsprinzip durch Pupillenteilung.

Die Bündel 18 - 23 erfassen also einen zu überwachenden Raumbereich 24. Wird in diesen Raumbereich ein Hindernis eingebracht, so wird der zu einem der Meß-Photoempfanger 26 - 31 gelangende Lichtstrom entsprechend geschwächt. Dieser IntensÜEbsabfall wird für die Auswertung herangezogen.

ürfindungsgemäss sind alle sechs lichtimittierende Dioden 11 16 über einen Umschalter 17a an eine Energiequelle 17 angeschlossen. Der Umschalter sorgt dafür, dass zu einer Zeit nur eine Diode mit Spannung, beaufschlagt wird und dass in. schneller Aufeinanderfolge alle Dioden zyklisch nacheinander gezündet werden, wobei sich dieses Arbeitsspiel ständig wiederholt. Verlauft dieser Vorgang mit einer ausreichenden hohen Frequenz in der Grössenordnung von 1 bis 10 kHz, so wird in dem Raumbereich 24-ein für praktische Zwecke ununterbrochener Lichtvorhang erzeugt.

4 0 9 8 2 1/0437

Die Meß-Photoempfänger 26 bis 31 sind an eine Auswerteelektronik 25 angeschlossen, welche an ihrem Ausgang 55 ein Signal liefert, sobald die Intensität des auf einen der Meß-Photoempfänger gelangenden Lichtes einen vorherbestimmten Wert unterschreitet.

Unterschiedliche Helligkeiten der verwendeten lichtemittierende;! Dioden sowie andere die Diodenhelligkeit beeinflussende Störungen können ausgeschaltet werden, indem jeder Diode 11 - 16 vor dem Raumbereich 24, aber neben den Meßstrahlengängen angeordnete Planspiegel 42, 43, 44, 45, 46 und 47 eugeordnet werden, die einen Teil des von der betreffenden Diode ausgehenden Lichtes auf je einen Vergleichs-Photoempfailger 32, 33, 34, 35, 36 und 37 lenken.

Auch die Vergleichs-Photoempfänger 3? - 37 sind an die Auswerteelektronik 25 angeschlossen, in die eine Vergleichsschaltung eingebaut ist, in der der Quotient aus den elektrischen Signalen jedes Meß-Vergleichs-Photoempfängerpaares gebildet wird. Auf diese Weise machen sich unterschiedliche Grundheiligkeiten der verwendeten Lichtquellen ebenso wenig in der ÄUiwertüng bemerkbar wie Alterungserscheinungen oder Temperatureinflüsse auf die Lichtquellen.

Bei der Ausfübrungsform nach den Fig· 3 und 4 werÄteü die aus dem Raumbereich 24 austretenden Lichtbündel statt über Linsen über einen gemäss der ZeJdmung angeordneten Keil 62 und einen Hohlspiegel 40 gemeinsam auf einen einsigen Keß-Photoempfanger 3«3 abgebildet, welcher ah die in Fig. 4 angedeutete Auswerteelektrdnik 25 angeschlossen ist*

Jeder Diode 11 - 16 ist wieder ein gemäss der ÄiieiinMi geeignet neben dem Meßstrahlengang angeordneter kleiner Pl&fa8f>iegel .42 - 47 zugeordnet, welcher

409821/0437

von der zugeordneten. Lichtquelle ausgehendes Licht auf den Hohlspiegel 40 vrirft, der das von allen Spiegeln kommende Licht aui einem einzigen Vergleicus-Photoempfänger 41 vereinigt. wie aus !'ig. 4 hervorgeht, sind die Planspiegel 42 - 47 neben den Linsenpaaren 48-53 angeordnet, so daß als Vergleichsbündel 39 Licht verwendet xvird, das ohnehin nicht in den heßstrahlengang eintreten würde.

x'i^:. 5 zoijit eine Schaltung zur Auswertung der von den Photoempiängern 3^· "bzw. 41 abgegebenen Signale. Diese werden zunächst in Verstärkern 56, 57 verstärkt und dann an die beiden Eingänge eines Triggers 5Ö angelegt. Erfindungsgemäß ist der Ausgang des Triggers Null, solange das von der Diode 3S abgeleitete Signal kleiner als das Signal von der Bezugsdiode 41 ist. Der Ausgang des Triggers ist dagegen L, wenn das Signal von der Diode 3& größer als das von der Diode 41 stammende ist.

An den Ausgang des Verstärkers 57 ist eine Differenzierungsstuie 59 angeschlossen, die einen Ausgang nur für die positive Planke eines bei 41 ankommenden Impulses abgibt. Auch der Ausgang des Triggers 58 ist an eine Differenzierungsstufe 60 angeschlossen, welche jedoch nur bei Vorliegen, der negativen Planke eines am Trigger 58 erscheinenden Impulses einen Ausgangsimpuls abgibt. ■

Die beiden Differenzierungsstufen sind an die Eingänge eines setzbaren Plip-Plops 61 angelegt.

Bei normalem Betrieb erscheinen am Ausgang des Triggers 5& in regelmäßige!* x-'olge Ausgangs impulse, so daß am Ausgang des ■ ilip-I'lops 61 eine Wechselspannung erscheint. Sinkt jedoch das Signal an der Empiangsdiode 3» aufgrund des Einbringen eines liindemissesän den Raumbereich 24 unter einen vorbestimmten

409821/0437

BAD ORIGINAL

Vert ab, verschwindet wenigstens einer der Impulse am Ausgang des Triggers 58 und das Flip-Flop 61 verharrt etwas länger in der durch die Differenzierungsstufe 59 bestimmten Stellung. An den Ausgang des Flip-^lops 61 ist erfindungsgemäss eine sehr schnelle, auf jeden einzelnen Impuls ansprechende, sich selbsthaltende Schaltung wie ein Heiais angelegt, die beim Ausbleiben nur eines Impulses der Serie abfällt und somit zur Auslösung eines Warnsignales oder zur Unterbrechung des Maschinenbetriebes herangezogen werden. Die Schaltung nach Fig. 5 ist auch in sich sicher, weil beim Ausfall irgendeines der Schaltelemente die gleiche Wirkung beim Einbringen eines Hindernisses in den zu überwachenden Raumbereich PA erzielt wird.

409821/0437

BAD ORIGINAL

Claims

Pat entansprüclie

1. Lichtschrankengitter mit mehreren nebeneinander angeordneten Lichtquellen, welche gemeinsam einen vorbestimmten Raum-"bereich erfassende Lichtbündel aussenden,, und mit einer pLotoempfindlichen Empiangsanordnung, x^elche die Intensität der aus dem vorbestimmten Earimbereicli austretenden Lichtbündel feststellt und bei einem vorbestimmten Intensitätsabfall eines oder mehrerer ankommender Lichtbündel ein Ausgangssignal abgijtbt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lichtquellen (11 - 16) durch eine einzige Jinergiequelle (1?) in. schneller I'Olge zeitlich nacheinander einscnaltbar sind.

2. Lichtschrankengitter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -> zeichnet, daß für die Auswertung der durch die aus dem Eaumbereicii (24-) austretenden einzelnen Lichtbündel (18 - 25) hervorgerufenen elektrischen Signale nur eine einzige Auswerteelektronik (25) vorgesehen ist.

3. Lichtschrankengitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ;jeder Lichtquelle (11 - 16) ein das Lichtbündel (18 - 23) aus dem Raumbereich (24-) empfangender heß-Miotoempfänger (26 - 31) und ein weiterer Vergleichs-Ehotoempxänger (32 - 37) zugeordnet ist, welcher von der aligeordneten Lichtquelle ausgegangenes, nicht durch den Haumbereich (24) gegangenes Licht empfängt, und daß die Ausgänge je zweier zugeordneter Meß- und Vergleichs-Photoempfänger an eine Vergleichsschaltung innerhalb der Auswerteelektronik (25) angelegt sind.

409821/0437

BAD ORIGINAL

4. Lichtschrankengitter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle aus den: fiaumbereich (24) austretenden Lichtbündel (16 bis 23) optisch auf einen einzigen heß-Photoempfänger (3&) vereinigt werden, an den die Auswerteelektronik (25) angeschlossen ist.

5. Lichtschrankengitter nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß die von jeder Lichtquelle (11 - 16) ausgehenden Vergleichsbündel (39) durch die gleiche O ,tik (40) wie die heßbündel auf einen einzigen Vergleichs-Photo empfang er (41) vereinigt v/erden, der an eine in der Auswerteelektronik (25) vorgesehene Vergleichsschaltung angeschlossen ist.

6. Lichtschrankengitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen lichtemittierende Dioden (11 - 16) sind.

y. Lichtschrankengitter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Ga-As-Dioden handelt.

b. Lichtschrankengitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Schutz-Lichtvorhang vor einer Gefahrenzone bei einer Maschine wie einer Presse, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenz, mit der die Lichtquellen (11 - 16) nacheinander eingeschaltet werden, so hoch ist, daß im lalle des Eindringens einer menschlichen Hand in den Vorhang das Abschaltsignal vorliegt, bevor die Gefahrenzone von der nand erreicht ist.

9- Lichtschrankengitter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz in der Größenordnung von kHz liegt. 409821/0437