DE2518828A1 - Lichtschranke - Google Patents
LichtschrankeInfo
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Description
MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW
München, den t0
&/Co - S 306p
&/Co - S 306p
Erwin Sick
Optik-Elektronik
Optik-Elektronik
7308 Waldkirch
Lichtschranke
Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke zur Überwachung von den
Lichtschrankenstrahl nur sehr wenig abdeckenden Gegenständen an nicht erschütterungsfrei arbeitenden Maschinen, insbesondere zur überwachung der Kettfaden eines Webstuhles, mit einem Licht-Sender-Empfänger und eines im Abstand von diesem angeordneten Retroreflektor.
Lichtschrankenstrahl nur sehr wenig abdeckenden Gegenständen an nicht erschütterungsfrei arbeitenden Maschinen, insbesondere zur überwachung der Kettfaden eines Webstuhles, mit einem Licht-Sender-Empfänger und eines im Abstand von diesem angeordneten Retroreflektor.
Zur Überwachung der Kettfaden eines Webstuhles auf Reißen ist es
schon bekannt geworden, parallel zu der Kettfadengesamtheit und
senkrecht zu den einzelnen Kettfaden einen Lichtschrankenstrahl nahe an den Kettfaden vorbei zu führen, während von der anderen Seite Luft gegen die Kettfäden geblasen wird. Reißt ein Kettfaden, so wird er
schon bekannt geworden, parallel zu der Kettfadengesamtheit und
senkrecht zu den einzelnen Kettfaden einen Lichtschrankenstrahl nahe an den Kettfaden vorbei zu führen, während von der anderen Seite Luft gegen die Kettfäden geblasen wird. Reißt ein Kettfaden, so wird er
von dem Luftstrom durch den Lichtschrankenstrahl hindurch be- wegt, so daß am Fotoempfänger der Lichtschranke ein entsprechendes
elektrisches Signal erzeugt wird. Die- Schwierigkeit besteht bei dieser Meßmethode darin, daß die abgerissenen Kettfaden ausserordentlich
dünn sind, so daß die Lichtintensität des Lichtschrankenstrahls beim Durchgang des gerissenen Fadens nur in der
Größenordnung von einem Promille geändert wird. Es ist somit eine außerordentlich empfindlich messende Lichtschrankenanordnung
erforderlich.
Bisher ist es üblich gewesen, dem Licht-Sender-Empfänger gegenüber
eine Tripelspiegelanordnung oder Scotchlite als Retroreflektor vorzusehen,
wobei die Fläche des Retroreflektors größer als die Querschnitts fläche des Lichtschrankenstrahls gewählt wurde. Urn
die Empfind Ii c like it derartiger Lichtschranken zu steigern, wurden
die Bündel soweit wie möglich verkleinert und die Intensität gesteigert. Gleichwohl blieb eine beträchtliche Empfindlichkeit der
Lichtschranke für Erschütterungen der Maschine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der auf Grund von
Maschinenerschütterungen nicht zu vermeidende Relativbewegungen zwischen Licht-Sender-Empfänger einerseits und Retroreflektor
andererseits zugelassen werden können, ohne daß es zu Fehlmessungen kommt und die Empfindlichkeit der Lichtschranke für das Feststellen
eines abgerissenen Kettfadens beeinträchtigt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß als Retroreflektor
eine Domlinse verwendet wird, wobei der Durchmesser der Domlinse zweckmäßig um so viel größer als der des Lichtschrankenstrahls
ist, daß bei den größten zu erwartenden Erschütterungen noch der gesamte Strahl in die Domlinse gelangt.
609845/058Q
Eine DoEilinse hat "bekanntlich die Eigenschaft, einen in sie
eintretenden Lichtstrahl in entgegengesetzter Richtung zu reflektieren, wo"bei jedoch aufgrund der Eigenschaften der
Domlinse "bei gewissen Kippungen oder seitlichen Verschiebungen
keinerlei iinderung des Empfangs signals bewirkt wird, die
einen Fadenbruch vortäuschen könnte. Im Gegensatz dazu ergeben Sripelspiegelsnordnungen oder dergleichen bei entsprechenden
L-ippungen oder Verschiebungen Ausgangssignale p.m Lichtempi'ünger,
welche in der Größenordnung der durch einen Fadenbruch bedingten Signale liegen können. Dies gilt euch bei Verwendung
eines einzigen Tripelspiegels, weil dieser stets Schleifkanten
aufweist, die sich bei Erschütterungen ähnlich wie ein dünner Faden auswirken.
Als Lichtquelle wird bevorzugt ein Laser verwendet, dessen Strahl uia ein Vielfaches seines ursprünglichen Durchmessers
aufgeweitet ist. Die Aufwertung beträgt dabei vorzugsweise 2 bis 6 und insbesondere 4. Entsprechend der Aufweitung nimmt
die Divergenz des verwendeten Laserstrahls ab, so daß insbesondere bei sehr großen Längen der Lichtschranke gewährleistet
ist, dsß die Domlinse nicht bis zu ihrem Rand hin ausgeleuchtet wird.
Im Gegensatz zu ÜV"Achen Domlinsen kommt es erfindungsgemäß
darauf an, daß die Linse der Domlinse sphärisch und bei Verwendung einer nicht-monochromatischen Lichtquelle auch chromatisch
korrigiert ist. Nur dann ist gewährleistet, daß bei Erschütterungen das Ausgangssignal des Photoempfängers weitgehend
konstant bleibt, wenn kein störendes Element in den Lichtschrankenstrahl eindringt.
Im Empfangsstrahlengang sind hinter dem Strahlenteiler zweckmäßigerweise
ein Empfangsobjektiv und eine Feldlinse angeordnet,
welche die Pupille des Empfangsobjektives auf die Oberfläche
des Photoempfängers abbildet. Da bei dieser Ausführungs-
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_ Zj. _
form die ausgeleuchtete Fläche auf dem Photοempfanger nur 0,2
"bis 0,4 mm beträgt, während die Ge samt ausdehnung der Zelle
"beispielsweise bei 4 mm liegt, ist vorzugsweise unmittelbar
vor oder hinter der Feldlinse ein lichtstreuendes Element
angeordnet, welches vorteilhafterweise ein sphärisches Linsenraster ist oder aus zwei gekreuzten Zylinderlinsen-Iiastern besteht. Auf diese Weise wird nicht nur die gesamte fläche des
Photoempfängers mit Licht beaufschlagt, sondern es werden auch Unregelmäßigkeiten im L_.chtstrom ausgeglichen.
"bis 0,4 mm beträgt, während die Ge samt ausdehnung der Zelle
"beispielsweise bei 4 mm liegt, ist vorzugsweise unmittelbar
vor oder hinter der Feldlinse ein lichtstreuendes Element
angeordnet, welches vorteilhafterweise ein sphärisches Linsenraster ist oder aus zwei gekreuzten Zylinderlinsen-Iiastern besteht. Auf diese Weise wird nicht nur die gesamte fläche des
Photoempfängers mit Licht beaufschlagt, sondern es werden auch Unregelmäßigkeiten im L_.chtstrom ausgeglichen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine schematische Wiedergabe einer erfindungsgemäßen
Lichtschranke neben einer Anordnung von Kettfäden eines Webstuhls,
Lichtschranke neben einer Anordnung von Kettfäden eines Webstuhls,
Mg. 2 eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Lichtsende
anordnung für die Lichtschranke gemäß der Erfindung und
Pig. 3 eine bevorzugte Lichtempfangsanordnung für die Lichtschranke
gemäß der Erfindung.
Nach KLg. 1 sind in einem am Webstuhl befestigten Lichtsender-Empfänger
13 eine Lichtquelle 2G, ein halbdurchlässiger Spiegel 14, ein Objektiv 15 und ein Fotoempfanger 16 in der dargestellten
Weise angeordnet. Das Objektiv 15 bildet den parallelen
Lichtschrankenstrahl 12, welcher am als Domlinse ausgebildeten Retroreflektor 11 in sich zurückreflektiert wird, um durch das
Objektiv 15 und den teildurchlässigen Spiegel 14 auf dem Fotoempfänger 16 konzentriert zu werden. Es versteht sich, daß die
Wiedergabe der optischen Elemente im Licht-Sender-Empfänger 13
rein schematisch zu sehen ist und daß jede andere Autokollimationsanordnung
verwendet werden kann.
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Parallel zu dem Lichtschrankenstr^hl 12 verläuft in dessen Ellhe
die Anordnung der Kettfaden 17, welche als sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckend vorzustellen sind. Von der dem Lichtschrankenstrahl
12 entgegengesetzten Seite "bläst durch Pfeile 18 veranschaulichte Luft gegen die Anordnung der Kettfaden 17, so daß
ein gerissener Kettfaden in Richtung des Pfeiles f durch den Lichtschranke
ns tr ahl 12 hindurchgeblasen wird. Dementsprechend erfährt
das Ausgangssignal des Fotoempfängers 16 eine entsprechende Veränderung,
die zur Bildung eines Alarmsignals genutzt v/erden kann.
Srfindungsgeniäß ist nun der Retroreflektor 11 als Domlinse ausgebildet.
Die an der Maschine befestigte Domlinse besteht aus einem Hohlspiegel 19 mit einem Radius r. Im Abstand des Radius r
ist eine Linse 20 angeordnet, deren Brennweite F = r ist. Der Hohlspiegel 19 und die Linse 20 sind in einem gemeinsamen Gehäuse
relativ zueinander fest angebracht.
Sine derartige Doniiinse hat die Eigenschaft, auf sie aus verschiedenen
Richtungen auftreffendes Licht stets in sich selbst zurückzuwerfen«
Kit anderen Worten hat die Domlinse retroreflektierende
Sigenschaften.
liach der Zeichnung ist der Lichtschrankenstrahl 12 wesentlich
schmaler ausgebildet als die Domlinse 11, so daß auch bei gewissen Verschiebungen der Domlinse 11 relativ zum Lichtschrankenstrahl
12 dieser noch voll in die Domlinse 11 eintreten kann. Da auch gewisse Kippungen der Domlinse 11 um senkrecht zum
Lichtschrankenstrfehl 12 stehende Achsen keinen Einfluß auf das
sum Sender-Smpfänger 13 zurückkehrende Licht haben, ist durch
die erfindungsgemäße Anordnung dafür gesorgt, daß am Fotoempfänger 16 nur dann Signaländerungen auftreten, wenn tatsächlich ein abgerissener
Kettfaden durch den Lichtschrankenstrahl 12 hindurchgeblasen wird.
In Fig. 1 ist zur Vereinfachung der Zeichnung nur eine Hauptebene 21 der Linse 20 eingezeichnet. Es ist jedoch wichtig,
daß die Linse 20 Objektiveigenschaften besitzt, drh. zumindest
sphärisch, vorzugsweise aber auch chromatisch korrigiert ist,
609845/0580
damit bei der Reflexion *?n der Domlinse 11 keine Verzerrungen
des Lichtstrahls auftreten, die sich am Photo empfänger 16 als Änderungen des elektrischen Ausgangssignals bemerkbar machen.
Um die Konstanz der erfindungsgemäßen Lichtschranke bei iieiativbewegungen
zwischen der Domlinse 11 und dem Licht-Sender-Finpfanger
13 noch zu verbessern, ist nach Pig» 2 vorgesehen,
daß als Lichtquelle ein Laser 26 verwendet wird, der über ein Strahlaufweitungssystem5 das eus einem Okular 15a und einem Cbjeirtriv
15b besteht, etwa im Verhältnis 1:4 aufgeweitet wird.
Im gleichen Verhältnis nimmt die ohnehin schon geringe Divergenz des Laserstrahls ab„ Es wird somit ein exakt paralleler
Lichtschrankenstrahl 12 erzeugt, dessen Breite auch nach Reflexion an der Domlinse 11 und Rückkehr zum Licht-Sender-Empfänger
13 weitgehend unverändert ist. Bei dem Strahlauf-Weitungssystem mit dem Okular 15a und dem Objektiv 15b handelt
es sich praktisch um ein umgekehrtes optisches Fernrohr-System.
Besonders vorteilhafte Empfangsverhältnisse werden erzielt,
wenn gemäß i'ig. 3 das am Strahlenteiler 14 abgelenkte Empfangslicht über ein Empfangsobjektiv 22 und eine Feldlinse 23 euf den
Photoempfänger 16 gelenkt wird. Dabei befindet sich unmittelbar vor oder hinter der Feldlinse 23 ein gestrichelt dargestelltes
lichtstreuendes Element 24, das im einfachsten Fall eine Mattscheibe
oder ein Milchglas sein kann und bevorzugt aus einem sphärischen Linsenraster oder zxirei gekreuzten Zylinderlinsen-Rastern
besteht. Durch das lichtstreuende Element 24 wird das sonst auf einem schmalen Bereich von 0,2 bis 0,4 mm konzentrierte
Empfangslicht gemäß den Pfeilen 25 über weitgehend die gesamte !'lache des Photoempfängers 16 gestreut.. Auf diese
Weise wird die unerwünschte und zu !Fehlern führende Punktbelastung
des Photoempfängers wirksam vermieden.
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Die Darstellung des Licht-Sende?-Empfängers 13 in Fig. 1 ist
slso nur rein schematisch zu verstehen. Für die Zwecke der
Erfindung eignen sich "besonders die Sende- bzw. Empfangsanordnungen gemäß den Fig. 2 und 3·
Der Strahlenteiler 14 kann nach iig. 2 zwischen dem Laser
und dem Okular 15si aber auch an jeder anderen geeigneten
Stelle angeordnet sein.
- Patentansprüche -
60984B/Ü580
Claims (9)
1. Lichtschranke zur Überwachung von den Lichtschrankenstrahl
nur sehr wenig abdeckenden Gegenständen an nicht erschütterungsfrei
arbeitenden Maschinen, insbesondere zurr überwachung der
Kettfäden eines Webstuhles, mit einem Licht-Sender-Empfänger und einem im Abstand von diesem angeordneten Retroreflektor,
dadurch gekennzeichnet, daß als Retroreflektor eine Domlinse (11) verwendet wird.
2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser der Domlinse (11) um soviel größer als der des Lichtschrankenstrahls (12) ist, daß bei den
größten zu erwartenden Erschütterungen noch der gesamte Strahl in die Domlinse gelangt.
3. Lichtschranke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Lichtquelle ein Laser (13) verwendet
wird, dessen Strahl um ein Vielfaches seines ursprünglichen Durchmessers aufgeweitet ist.
4-. Lichtschranke nach Anspruch 3> dadurch gekennz eichn
e t , daß der Strahl um einen Faktor 2 bis 6 /vorzugsweise 4 aufgeweitet ist.
5. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet , daß die Linse (20) der Domlinse (11) sphärisch und bei Verwendung einer nicht-monochromatischen
Lichtquelle auch chromatisch korrigiert ist.
6. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß im Empfangsstrahlengang
hinter dem Strahlenteiler (14) ein Empfangsobjektiv (22) und
eine Feldlinse (23) angeordnet sind, welche die Pupille des Empfangsobjektivs (22) auf die Oberfläche des Photοempfängers
(16) abbildet. 609845/0580
7- Lichtschranke nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ
ei chne.t , daß unmittelbar vor oder hinter der ieldlinse (2$) ein licht streuendes Element; (24) angeordnet
ist.
8. Lichtschranke nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das lichtstreuende Element (24)
ein sphärisches Linsenraster ist.
9. Lichtschranke nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet , daß das lichtstreuende Element (24)
aus zwei gekreuzten Z^linderlinsenrastern besteht.
60984B/üb 80
Leerseire
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DE19752518828 DE2518828C3 (de) | 1975-04-28 | 1975-04-28 | Lichtschranke |
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IT2209376A IT1059619B (it) | 1975-04-28 | 1976-04-08 | Barriera luminosa |
FR7612007A FR2309938A1 (fr) | 1975-04-28 | 1976-04-23 | Barriere lumineuse de surveillance d'objets, a emetteur-recepteur photo-electrique et retroflecteur du type lentille-dome |
GB1704176A GB1529022A (en) | 1975-04-28 | 1976-04-27 | Light barrier |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2518828A1 true DE2518828A1 (de) | 1976-11-04 |
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ID=5945190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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DE (1) | DE2518828C3 (de) |
FR (1) | FR2309938A1 (de) |
GB (1) | GB1529022A (de) |
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