DE2518828A1

DE2518828A1 - Lichtschranke

Info

Publication number: DE2518828A1
Application number: DE19752518828
Authority: DE
Inventors: Erwin Sick
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1975-04-28
Publication date: 1976-11-04
Also published as: IT1059619B; GB1529022A; FR2309938A1; DE2518828B2; CH595617A5; DE2518828C3

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den ^t0
&/Co - S 306p

Erwin Sick
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.

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

DR. C. MANlTZ · D1PL.-ING. M. FINSTERWALD DITL-IN (T. 'W Γ CTRTk Wl KOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 TEL. C0S9) 2242 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711)56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

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.

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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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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.

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

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe einer erfindungsgemäßen
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,

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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 -

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Claims

Patentansprüche

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.

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