DE2339575A1

DE2339575A1 - Lichtschranken- und lichttastersystem zur herstellung verschiedenartiger lichtschranken- und lichttaster-bauformen unterschiedlicher optischer lichtstrahlenfuehrung

Info

Publication number: DE2339575A1
Application number: DE19732339575
Authority: DE
Inventors: Gerhard Von Dipl Ing Hacht
Original assignee: Hacht gerhard Von dipl-Ing
Current assignee: Hacht gerhard Von dipl-Ing
Priority date: 1973-08-04
Filing date: 1973-08-04
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2339575C2

Description

Bei allen Anwendungen lichtelektrischer Anlagen spielen die verschiedenen Möglichkeiten der Lichtstrahlenführung eine sehr wesentliche Rolle. Bei den bekannten, üblichen Licht= schrankenformen verwendet man in der Lichtsendereinheit als Lichtquelle eine Glühlampe bzw. in neuerer Zeit eine Halb= leiter-Laser-Diode. Beisen Lichtquellen werden optische Linsen vorgeordnet. Auch auf der Lichtempfängerseite v/erden optische Linsen verwendet, die das Licht sammeln und auf ein lichtempfindliches Bauelement lenken.

Zur Halterung der notwendigen optischen Linsen und der übrigen zur Lichtausendung und Lichtempfang benötigten Bauteile sind entsprechende Gehäusekonstruktionen erforderlich.

Ba für die meisten Anwendungen lichtelektrischer Anlagen, verschiedenartige Bedingungen an die optische Lichtstrahlen= führung gestellt werden, entstanden die manigfaltigsten Gehäusekonstruktionen zur Aufnahme der Trägerteile für die optischen Linsen, Lichtquellen und lichtempfindlichen Bau= elementen.

Die einschlägige Industrie entwickelte so eine Vielzahl von Geräte- und Gehäusebauformen, die meistens ^jedoch nur für einen einzelnen, d. h. für einen bestimmten Anwendungsfall verwendbar sind.

Will man zu einer rationelleren Gerätefertigung übergehen und die Vielfalt von Gerätetypen beseitigen, so muß man neue Bau» formen für Lichtschranken und Lichttaster finden, die möglicher= v/eise gleichartige Gehäuse verwenden, deren optische Mittel, wie optische Linsen, Spiegel, Lichtquellen und lichtempfind= liehe Bauelemente universell verwendbar bzw. austauschbar sind. Eine Austauschbarkeit der Einzelteile allein genügt jedoch noch nicht, sie ist nur eine der Bedingungen, vielmehr müssen die tauschbaren Teile auch einstellbar sein, wenn optimale, optische Punktionen zur Anpassung an den jeweiligen Anwendungs= fall erreicht werden sollen.

Es sind nun Einrichtungen bekannt, die, wie in der Patent= schrift 765 353 beschrieben, mit einem mehrmals in einer Ebene hin- und hergeführten Lichtbündel versehen sind. Bei diesen

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Geräten sind jedoch keine Vorkehrungen getroffen, die eine Veränderung der optischen Funktionen der lichtaussendenden und lichtempfangenden Teile gestatten.

In der deutschen Auslegeschrift 1.146.200 sind lichtelek= trische Schalt- und Steuereinheiten beschrieben, die als Bau= körper zur Aufnahme der Einzelteile ein quaderförmiges Ge= häuse verwenden, dessen Linsen, Lichtquellen, Spiegel und lichtempfindliche Bauelemente wechselbar sind. Die optischen Mittel sind hier zwar tauschbar, jedoch in ihrer optischen Funktion nur sehr geringfügig einstellbar.

Da sich Ultraschallwellen ähnlich wie die Lichtwellen ver= halten, ist noch auf das Pat. 1.269.922 hinzuweisen. Bei dieser Konstruktion wird im Innern des Gehäuses eine Rippeneinteilung verwendet, die in sehr groben Schritten eine ge= wisse, wenn auch sehr grobe Einstellung der optischen Licht= bzw. Schallwellenführung durch Umstecken der Einzelteile ermöglicht. Eine echte, kontinuierliche Einstellbarkeit ist jedoch auch hier nicht gegeben.

Die vorliegende Erfindung knüpft als Weiterentwicklung an die AuslegeSchriften bzw. Patente, DAS 1.146.200 und Pat. 1.269.922 des Erfinders an.

Während die Konstruktionen nach den o. a. Schutzrechten nur die beschriebene, sehr eingeschränkte Einstellbarkeit durch Um-schrauben und Umstecken ermöglichen, v/erden durch die vorliegende Erfindung die optischen Anpassungsmöglichkeiten an den Anwendungsfall im größten Maße erreicht.

oBei der vorliegenden Erfindung werden zwei Gehäusewandplatten Ot(1+2) mit einem vorderen (3) und einem hinteren (4) Gehäuse= °steg verbunden. Durch den Zusammenbau der mit Führungsnuten "*"*- (15) versehenen oberen und unteren Wandplatten (1 + 2) mit ιό den vorderen (3) und hinteren (4) Gehäusestegen entsteht eine ^ seitlich offene Rahmenkonstruktion.

Die beiden ineneren, der Führungsnuten (15) in den Wandplatten (1 + 2) dienen zur Führung von Schieberelementen (5). v±e In- t/lon Üiilir.iVhl Ii¹JiI . i'.iiie'iiilii IiSi li ( 1 ^r J Ϊ ti i liiiUll U.JL.-I I ί ί ώ J. Ii Ü ^.iiii. j." Uj. ui.Ü

Durch Auf- und zuziehen dieser Bleche ( ) ist das Innere des Gehäuserahraens auf einfache V/eise leicht zugänglich. Die Wandbleche ( ) sind an einem Ende umgebördelt, so daß eine kleine Griffleiste entsteht. Eine Bohrlochöffnung er= möglicht die Festlegung der Wandbleche ( ) mit einer Be= festigungsschraube·

Die Schieberelemente (5) gleiten mit ihren überstehenden oberen und unteren Klemmlaschen (14-) in den inneren Führungs= nuten (15)· Die Klemialaschen (14-) sind durch Schrauben gehaiss ten. V/erden die Schrauben angezogen, so klemmen die Laschen (14·) die Schieberelemente (5; in den Führungsnut en (15) fest.

Neben den inneren Führungsnuten (15) ist eine durchlaufende Skaleneinteilung angebracht· Hierzu passend ist auf den Laschen (14-) ein Markierungspfeil angebracht. Die durchlaufen= de Skalenteilung und die Markierungspfeile dienen zu einer reproduzierenden, optischen Brennweiteneinstellung der Schieberteile (5).

äur Erzielung der Klemmwirkung der Laschen (14·) sind die liehäusestege ( 1 + 2) an ihren oberen und unteren Seiten von geringerer Breite als es dem Nutenabstand entsprechen würde·

Durch die gewählte Anordung des Kastenrahmens mit den Führungsnuten und den darin gleitenden Schieberteilen (5) entsteht ein Aufbau, der in seiner Wirkung einer optischen Bank ähnelt.

Die verschiebbaren Schieber-Trägerteile (5) besitzen Vorzugs= weise runde Durchbruchsöffnungen ( ) mit einem abgesetztem Gegenanschlagsrand ( )·

S In die Durchbruchsöffnungen ( ) werden die optischen Linsen

^ (12 und 8) und Filter, aber auch die Lampen (6 + 7) sowie

° Trägerplatten mit aufmontierten lichtempfindlichen Empfän=

\ gern (16) eingesetzt· Sie werden durch einen Drahtsprengring,

^ für den in der Durchbruchsöffnung eine Aufnahme-Ringnut

^⁰ eingedreht ist, gehaltert.

Anstelle der runden Durchbruchsöffnungen sind auch solche rechteckiger oder quadratischer, sowie ovaler Form möglich, wobei die Drahrspcengringe entsprechend nachgeformt sind.

In die inneren Führungsnuten (15) der Gehäusewände ν 1 + 2 ) werden in der Regel mehrere der verschiebbaren Schieber-Trägerteile (5) eingesetzt werden. Im Lichtsenderteil einer Lichtschranke wird ein Schieberteil (5) die Licht= quelle (6 + 7) und ein weiteres der Aufnahme einer Licht= auffanglinse dienen, die vorzugsweise als Plankonvex- oder Konkavkonvex-i-linse ausgebildet ist.

Derartige Linsenformen sind für die Lichtausbeute des Systems von wesentlicher Bedeutung. Da die Lampen (6) im allgemeinen einen kugelförmigen Glaskörper haben, an den eine Schraubge= winde- oder Bajonettfassung angreift, kann wegen der erfor= derlichen Herausnehmbarkeit der Lampe, eine Linse nur in einem entsprechenden Abstand angeordnet werden.

Um jedoch möglichst viel Licht eanzufangen,muß die Auffang= linse (8) so dicht wie möglich an die Lampenwendel herange= bracht werden.

In dieser Hinsicht bietet das bereits in der DAS 1.146.200 des Erfinders einen Vorteil, v/eil durch die dortige Steck= barkeit der Sammellinse, eine plankonvexe Linsenform ver= wendet werden kann, die dicht vor dem Lampenkolben einsteck= bar ist.

Das in der vorliegenden Erfindung verv/endete System der gleitenden Schieber (5) ermöglicht hiergegenüber wesentliche Verbesserungen· In die Schieberteile (5) lassen sich Linsen= formen einsetzen, die Konkavkonvex-Formen haben und sich um den Glaskolben herumlegen« Da die Schieberteile (5) gleitend sind, können sie ganz dicht an den Lampenkolben herangeschoben werden, so daß ein größtmöglicher Lichtauf= fangwinkel entsteht, der jedem anderen System überlegen ist.

Der Gehäuserahmen, gebildet aus den Wandplatten (1+2) und den Gehäusestegen(3 + 4;, ist in seinen konstruktiven Abmesa sungen so ausgebildet, daß der Abstand der Objektivlinsen (11 + 12 + 21 bzw· 19 oder ) ziir Lichtquelle oder dem lichtempfindlichen Bauelement, bzw· auch zum Mittelpunkt der

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Spiegel \Λϋ + 20) gleich bleibe. -Dadurch wird gewährleistet daß bei einem aus- oder Umwechseln der Objektivlinsen (12 oder 19 )y keine Brennweiten-Abstandsänerungen eintreten.

Die strickte Einhaltung dieser Gehäuseabstände im Kasten= rahmen ermöglicht durch sinnvolles Aneinandermontieren von je einem als Lichtsender und einem als Lichtempfänger bestückten Kastenrahmens, Lichtschranken und Lichttaster zusammenzusetzen, die verschiedenartige Lichtstrahlführungen aufweisen.

Eine Axiallichtschranke, so genannt, v/eil das Licht axial das Gehäuse verläßt und wieder hineingeführt wird, besteht aus einem getrennt angeordneten Lichtsender und Lichtempfän=

Soll ein axialer Lichtsender zusammengesetzt werden, so wird in den Gehäuserahmen ^1 +2+3+4) zunächst ein bchieberteil (5) mit einer Lichtquelle (.6 + 7) eingesetzt. Ein weiteres bchieberteil (5) wird mit einer Konkavkonvex* Linse (8) vershen und dicht an die Lichtquelle (6; herangeschoben. Das von der Linse (8) aufgefangene Licht wird zu einem im vorderen Gehäusesteg (?) angeornetem Objektiv (.11 +12 + 21) geführt und verläßt durch dieses geführt das Gehäuse in Richtung Lichtempfänger.

Der axiale Lichtempfänger ist ähnlich aufgebaut. Um jedoch möglichst viel Licht des Lichtsenders einzufangen, wird es nötig sein, ein optisches üystem zu verwenden, daß einem verhältnismaäßig langberennweitigem, etwa 2-linsigem Miskroskopokular entspricht. Will man den Sichtwinkel des Okulars eingrenzen, so kann zwischen der in der vorderen Gehäusewand (3; des Lichtempfängers einzusetzenden IPeldlinse ( ) und der im Innern auf den Schieberteil (5) befindlichen (Augen-) Sammellinse (.8) eine Blende einsetzen . Diese Blende kann ebenfalls in einem weiteren Schieberteil ange= ordnet sein.

Spektrale Filter können gemeinsam mit plankonvex- oder plankonkav-Linsen in den Halterteilen ^5) Aufnahme finden, jedoch auch in getrennten Schiberteilen (5) angeordnet werden,

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Lichtschranken, die nur mit einer einzigen LichtSammellinse bestückt sind, benutzen zur Überbrückung der Lichtschranken= weite einem hinreichend paralellen Lichtstrahlengang. Durch die Ausdehnung des Lampenwendels und die optische Wirkung der Linse geht eine Vergrößerung des Lichtbündels einher, so daß der Strahlendurchmesser ein Vielfaches der lichtempfan= genden Optik ist. Die Lichtübertragung eines solchen Licht= Schrankensystems ist natürlich sehr gering. Zur Betätigung einer solchen Lichtschranke muß der zu erfassende Gegenstand eine erhebliche Ausdehnung haben.

Von einer Lichtschranke sollen Jedoch auch kleinere Teile und diese meist mit ihrer Vorderkante schnell und funktionssicher erfasst werden· Deshalb sollte das Lichtbündel über die gesam= te öchrankenweite vom Lichtsender bis zum ldchtempfänger einem ihrem Optikdurchmesser entsprechenden Querschnitt haben.

üJs bereitet an und für sich keine Schwierigkeiten dies durch ein Pro^ektions-Vario-Objektiv zu erreichen· Ein derartiges Vario-^Jystem kann in den Gehäuserahmen der vorliegnden Erfin= dung eingesetzt werden. Die variable Linse, die zur Brenn= Weitenveränderung dient, kann dabei auf dem Schieberteil (5) angeordnet werden·

Setzt man in den Raum hinter der vorderen Gehäusestege (3) der Lichtsender und Lichtempfänger einen Spiegelträger (9) ein, auf dem ein Vollspiegel (10) angeordnet ist und wechselt man den Abschlußdeckel (13) mit dem im vorderen Gehäusesteg (3) befindlichen Objektiv (11 +12+21), so wird das Licht nach unten aus dem Gehäuse austreten, bzw. eintreten. Richtet man die Gehäuse auf, so daß die Gehäuseachse senkrecht steht, entsteht eine Bauform von Lichtschranken, die allgemein als "Winkel-Lichtschranke" bekannt ist,(figur )·

Montiert man mit einem zum System gehörenden Abstandstück (17) nach Einsetzen der Linsen (19> einen Winkel-Licht sender und einen Winkel-Lichtempfänger zusammen, so entsteht eine söge= nannte "Gabel-Lichtschranke ",(Figur ).

wird ein Winkellichtsender und ein Winkellichtempfänger ohne Abstandsstück (17; und ohne Linsen (19) unmittelbar aneinander» montiert, das Lichtsenderobjektiv in die obere, vordere:

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Gehäusewand \3) und ein i\ajl- ¹T!lässiger Spiegel (20) in den Lichtsender montiert, so entsteht eine Lichtschranken= form, die als "Reflexions-Lichtschranke" bekannt ist und in der DIN 44 030 beschrieben ist.

Wird ein kurzbrennweitiges Objektiv (.11 +12 + 21) benutzt, so entsteht ein "Autokollimations-Lichttaster nach DIN 44 030,

Die Objektive können auch durch übliche Mikroskop-Okulare ausgetauscht werden. Durch ihre Verwendung wird der Licht■*· fleck des Lichtsenders und der Beobachtungsraum des Licht= empfängers sehr stark verkleinert. Je nach gewählter Okular= übersetzung können so Gegenstände mit Durchmessern oder Skaleneinteilungen bis herab zu einigen tausendstel MiIIi= metern sicher er- bzw. abgetastet werden. Diese Lichtschran= ken-Bauform wird in der einschlägigen Industrie als "Mikros= kop-Lichtschranke oder Lichttaster" bezeichnet.

Die Durchmesser der Objektive (11 + 12 + 21), der Zwischen·»· Linsen (19) und der Mikroskop-Okulare besitzen die gleiche Größe und das gleiche Gewinde, so daß sie wahlweise in allen Gehäuseöffnungen angeordet werden können. Weiterhin werden die Linsendurchmesser der Objektive ( 11 + 12+21 ), der Zwischenlinsen (19) den öffnungen in den Schieberteilen (5) angepasst, so das eine Austauschbarkeit aller optischen Linsen untereinander entsteht, wodurch die Zahl der Linsen rationell herabgesetzt werden kann.

Literatur: Zeichnungen:

DIN 44 030 Axial/Winkel-Lichtsender

Pat. 765.353 Gabe 1-iiichtschranke

Pat. 1.269.922 Refelexions-Lichtschranke/

UAS. 1.146.200 Lichttaster

obere u. untere Gehäuseplatte

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Claims

PATENT/GEBRAUCHSMUSTER - ANSPRÜCHE :

M.jLichtschranken- und Lichttaster-System zur Herstellung ver= Nschiedenartiger Lichtschranken- und Lichttaster-Bauformen unter= schiedlicher. optischer Lichtstrahlenführung, dadurch gekenn= zeichnet, daß Gehäuse-RahmenJ-Bauformen verwendet werden, in deren Rahmenwäiade ( 1 + 2 ) Führungsnuten (15) angeordnet sind, in denen Seitenwandbleche ( ) verschiebbar angeordnet sind, die zum seitlichen Verschluß des Gehäuses dienen, sowie in denen Schieberteile (5) geführt werden, die als Trägerteile von lichtquellen (6 + 7), optischer Mittel (11, 12, 19, 21 ) sowie lichtempfangenden, elektronischen Bauelementen (16) dienen und dessen konstruktive Gehäuseabmessungen und -abstände den Brennweiten-Abständen der optischen Mittel c11.12.19.21 ) entsprechen, so daß durch ihre wechselbare Bestückung und Aneinander-Montage, Lichtschranken und Lichttaster unterschied= licher, optischer Lichtstrahlenführung entstehen.

2. Lichtschranken- und ldchttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rahmengehäuse Spiegelträger (9) eingesetzt werden können, die zur Lichtum= lenkung mit Voll- (10) oder halbdurchlässigen (20) Spiegeln ausgerüstet werden können.

5. Lichtschranken- und Lichttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten opti= sehen Mittel ( 8, 12. 19» ) gleich groß sind und gegenein= ander vertauscht werden können·

4. Lichtschranken- und Lichttaster-System nach Anspruch 1 und

to folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Abstände ä Objektive (12,19» ) zu den Mittelpunkten der Spiegel

^ (9+10 oder 20) und zu den Sammellinsen (8), bzw. zu den ° Lichtquellen und zu den lichtempfindlichen, elektronischen n> Bauelementen <, 6 +7, bzw. 16) gleich sind.

5· Lichtschranken- und Liehttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberteile (5)

mit runden, ovalen, rechteckigen, quadratischen oder vielec= kigen Öffnungen mit Anschlägrändern versehen sind, in die mittels Spreng- und Seegerringen.und ähnlich, die Lichtquellen (6+7 ), die optischen Mittel (8, ) und die lichtempfind= liehen, elektronischen Bauelemente (.16; gehaltert sind.

6. Lichtschranken- und Lichttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberteile (5) mit Klemmlaschen (,14; versehen sind, die in die ij'ührungsnuten (15) der Gehäusewände ^ 1 + 2 ) eingreifen und die durch Schrauben- oder ähnliche Wirkung zur Arretierung ihrer Posi= tion in den !Führungsnuten (15) festgeklemmt werden können.

7. Lichtschranken- und Lichttaster-System nach Ansprcuh 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß entlang den Führungs= nuten (15>> eine Skalenteilung und auf den Laschen (14) ein Markierungspfeil oder -Dreieck angeordnet ist, die reprodu= zierbare Einstellungen der Schieberteile (5) mit ihren optischen Mitteln ermöglichen.

8. Lichtschranken - und Lichttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß ein aufgelöstes Vario-System zur Brennweiten-Verstellung verwendet wird, dessen variable Linsen (8) auf einem Schieberteil (5) angeordnet sind.

9. Lichtschranken- und Lichttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtempfängerteil

ein aufgelöstes , langbrennweitiges Mikroskop-Okular-System zur Licht konzentrat ion verwendet wird.

10. Lichtschranken und Lichttaster-System nach Anspruch 1 und folgenden dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuserahmen, ge= bildet aus den Teilen 1+2+3+4 als Druckguß-oder Kunst= stoffteil oder ähnlichem Formr-Material hergestellt ist.

11. Lichtschranken- und Lichttaster-System nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß aus den Teilen nach Anspruch 1 bis 10 Lichtschranken-Bauformen, wie Axial- und Winkel-Licht= schranken, Gabel-Lichtschranken, Reflexions-lichtschranken und Autokollimations-Lichttaster zusammengesetzt werden können, die mit Normal-, Vario- und Mikroskop-Optiken ausgerüstet werden.

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