DE2518828B2 - Lichtschranke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke zur Überwachung von ein paralleles I.ichlbündcl nur sehr wenig abdeckenden Gegenstanden an nicht erschütterungsfrei arbeitenden Maschinen, insbesondere zur Überwachung der Kettfaden eines Webstuhles, mit nach dem Autokollimationsprin/ip angeordnetem I ichtscnder und Lichtempfangcr sowie mit einer im Abstand von Sender und Empfanger angeordnetem Domlinse als lU'tioieflektor.

Zur Überwachung der Kellf.iilen eines Webstuhles auf Meißen ist es schon bekannt geworden, parallel zu der Kettfadengesjinilieit und senkrecht /n ilen ein/einen Kettfaden einen I lelilsilii.inkenstrahl nahe an den Kettfaden voibei/ufiiliren, w.ihieml von der andeien Seite I lift gegen die K el ι fielen ge blasen wird. Heißt ein Kettfaden, so wird er von dem Luftstrom durch den Lichtschrankenstrahl hindurchbewegt, so daß am Photoempfänger der Lichtschranke ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird. Die Schwierigkeit > besteht bei dieser Meßmethode darin, daß die abgerissenen Kettfäden 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

ίο 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

υ Fläche des Retroreflektors größer als die Querschnittsfläche des Lichtschrankenstrahls gewählt wurde. Um die Empfindlichkeit derartiger Lichtschranken zu steigern, wurden die Bündel soweit wie möglich verkleinert und die Intensität gesteigert. Gleichwohl blieb eine beträchtliehe Empfindlichkeit der Lichtschranke für Erschütterungen der Maschine.

Bei optischen Meßgeräten ist es bereits bekannt (DE-AS 17 72 064), entweder durch ein L.ichtbündel mit kleinerem Querschnitt als der Retroreflektor oder mit

_'") einem den Retroreflektor allseitig überstrahlenden, in sich homogenen Lichtbündel zu beaufschlagen.

Im erstgenannten Fall bedingt eine Verschiebung zwischen Retroreflektor und Lichtbündel sprunghafte Änderungen der Lichtintensität, welche zumindest bei

κι Lichtschranken für sehr kleine Gegenstände nicht hingenommen werden können. Im anderen Fall mit überstrahltem Lichtreflektor besteht zum einen der Nachteil, daß das L.ichtbündel sehr homogen sein muß, um Beeinflussungen des reflektierten L.ithtstromes bei

ι i Verschiebungen zwischen Relroreflektor und Lichtbündel zu vermeiden; ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Forderung nach Üburstrahlung des Uetroreflektors das Lichtbiindel relativ breit sein muß, so daß die absolute Lichtintensität durch die Einbrin-

iii giing eines sehr kleinen Gegenstandes kaum beeinflußt wird. Bei insbesondere für eine Unfallschutzvorrichtung vorgesehenen lichtelektrischen Schranken (DE-PS ') 52 155) ist es bereits bekannt geworden, als Reflektor statt eines einzigen Tripelspiegel eine einzige Dom-,

ι i Eichel- oder T'ellerlinse /u verwenden. Von dieser bekannnten Anordnung geht die Erfindung aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der aufgrund von Maschiiienerschütteriin-

"X) gen nicht im vermeidende Kelaiivbewegiingen zwischen dem Lichlsender bzw. l.ichlenipfanger einerseits um 1 dem durch eine Domlinse gebildeten Retroreflektor andererseits zugelassen weiden können, ohne dal) es /ii Feldmessungen kommt. Die Fmpfindlic hkeit der I icht-

>> schranke für das Feststellen eines d.is I iihibiimlel nur sehr wenig abdeckenden Gegenstandes, insbesondere: eines abgerissenen Kettfadens bei einem Webstuhl, soll nicht durch diese Relaiivbewegimgen beeinträchtigt weiden.

tin Zur 1.I)SiIDg dieser Aufgabe sieht die lifiiulung vor, daß der Diitelimesserder Doinlinseum soviel gioller als der des parallelen I ic htbiindels ist, d ill bei ilen größten zu erwailciiiltu lischiilleiiingen muh ilas ges.imlc Diiiiilel in die Domlinsc gelingt, und ilili die linse ilcr

". Doinlinse sph.iiisch korrigiert ist. 1 iliinliiiigsgein ill kommt es also darauf .in, ilill von ilen /alilieiilirn bekannten Helmit Mt klon η em gin/, bestimmte r, iiainliili eine Domlinse ausgewählt und dun h sph iiisi Iu:

Korrektur der Linse in ganz besonderer Weise ausgebildet wird, wobei es weiter darauf ankommt, daß ein scharfes Lichtbündel lediglich den Innenbereich der Eintrittslinse beaufschlagt, damit bei gewissen seitlichen Verschiebungen der Domlinse relativ zum Lii:htbündel dieses noch vollständig vom Linsenkörpor aufgenommen wird. Die Aufgabe der erfindungsgemäß verwendeten Domlinse kann auch nicht durch einen einzigen Tripelspiegel erfüllt werden, weil dieser stets .Schleifkanten aufweist, die sich bei Erschütterungen ähnlich wie ein dünner Faden auswirken.

Als Lichtquelle wird bevorzugt ein Laser verwendet, dessen Strahl um ein Vielfaches seines ursprünglichen Durchmessers aufgeweitet ist. Vorzugsweise ist der Strahl um einen Faktor 2 bis 6, insbesondere 4 aufgeweitet.

Wird eine nicht-monochromatische Lichtquelle verwendet, so ist die Linse der Domlinse auch chromatisch korrigiert Nur auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei Erschütterungen das Ausgangssignal des phoioelektrischen Wandlers weitgehend konstant bleibt, solange kein störendes Element in das Lichtbündel der Lichtschranke eindringt.

Im Empfangsstrahlengang sind hinter dem Strahlenteiler zweckmäßigerweise das Empfangsobjektiv und eine Feldlinie angeordnet, welche die Pupille des Empfangsobjektivs auf die Oberfläche des Photoempfängers abbildet. Da bei dieser Ausführungsform die ausgeleuchtete Fläche auf dem Photoempfänger nur 0,2 bis 0,4 mm beträgt, während die Gesamtausdehnung 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 Zylinderlinseri-Rastern besteht. Auf diese Weise wird nicht nur die gesamte Fläche des Photoenipfängers mit Licht beaufschlagt, sondern es werden auch Unregelmäßigkeiten im Lichtstrom ausgeglichen.

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

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe einer lichtschranke neben einer Anordnung von Kettfäden eines Webstuhls,

F i g. 1 eine schematische Seitenansicht einer L ithtsendeanordnung für die Lichtschranke und

Fig. 3 einen Lächtenipfjiiger für die Lichtschranke nach den Fig. I und 2.

Nach Fig. 1 sind in einem am Webstuhl befestigten Liiht-Sender-Empfänger U eine Lichtquelle 26, ein halbdurchlässiger Spiegel It₁ ein Objektiv 15 und ein Pilotempfänger 16 in der dargestellten Weise angeordnet. Das Objektiv 13 bildet den parallelen L.ichtschraiikenslr.ihl 12, welcher am ils Doinlinse ausgebildeten Kctioieflcktor Il in sich /unkkiellekliert wird, um dun Ii das Objektiv I i und den tcildiiichlässigcn Spiegel 11 auf ilem Photoempfangcr 16 konzentriert zu werden. Fs versteht sich, dall die Wiedergabe der cplischen I lemenle im I ic ht Sender Fmpfinger I) rein seliemalisi h /¹H sehen ist und dal) jede andere Aiitokollim ι lions anordnung verwendet weiden kann.

Parallel zu dem I uhlschraukcuslrahl 12 veilinlt in dessen Malle die Anordnung der Kettfaden I/, vvckhc als siih senkrecht zur /eiehenibene erstieckend viii/ii'iicIlen sind. Von der dem I iclitsthraukcusirahl 12 entgegengesetzten Seile blast dutch Pfeile 18 veransch »ulk hie L lift gegen die Anoidiiiing der Kettfaden I/, sod lit (Mm gerissener Kellf wien in Kk litiingdes Pfeiles f durch den Lichtschrankenstrahl 12 hindurchgeblasen wird. Dementsprechend erfährt das Ausgangssignal des Photoempfängers 16 eine entsprechende Veränderung, die zur Bildung eines Alarmsignals genutzt werden kann.

Der Retroreflektor ist als Domlinse ausgebildet. Die an der Maschine befestigte Domlinse besteht aus einem Hohlspiegel 19 mit einem Radius r. Im Abstand des Radius rist eine Linse 20 angeordnet, deren Brennweite

lu F= rist. Der Hohlspiegel 19 und die L.inse 20 sind in einem gemeinsamen Gehäuse relativ zueinander fest angebracht.

Eine derartige Domlinse hat die Eigenschaft, auf sie aus verschiedenen Richtungen auftreffendes Licht stets in sich selbst zurückzuwerfen. Mit anderen Worten hut die Domlinse retroreflektierende Eigenschaften.

Nach 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 jik.h gewisse Kippungen der Domlinse 11 um senkrecht zum Lichtschrankenstrahl 12 stehende Achsen keinen Einfluß auf das zum Sender-Empfänger 15 /uriickkeh-

.'■) rende Licht haben, ist durch die erfindui;gsgein,il)e Anordnung dafür gesorgt, daß am Photoeuipfanger IH nur dann Signaländerungen auftreten, wenn tatsachlich ein abgerissener Kettfaden durch den Lichtschrankenstrahl 12 hindurchgeblasen wird.

in In Fig. I ist zur Vereinfachung der Zeichnung mir eine Hauptebene 21 der Linse 20 eingezeichnet. Fs ist jedoch wichtig, daß die Linse 20 Objektiveigenschaften besitzt, d. h. zumindest sphärisch, bei Verwendung einer nicht-monochromatischen Lichtquelle aber auch chro-

n matisch korrigiert ist, damit bei der Ketlexion an der Domlinse 11 keine Verzerrungen des Lichtstrahls auftreten, die sich am Photoenipfanger 16 als Änderungen des elektrischen Ausgangssign.ils benieikbar machen.

tu Um die Konstanz, der Lichtschranke bei ltclativhewegungen zwischen der Domlinse 11 und dem I itht Sender-Empfänger Π noch zu veibessern, ist nach Cig. 1 vorgesehen, daß als I khtquelle ein Laser 2b verwendet wird, der über ein Strahlaiifweitungssysieni, das aus

u einem Okular 15a und einem Objektiv Ii/) besieht, etwa im Verhältnis 1 : \ aufgeweitet wird. Im gleichen Verhältnis nimmt die ohnehin schon geringe Divergenz, des Laserstrahls ab. Fs wird somit ein exakt paralleler Lichtschrankenstrahl 12 erzeugt, dessen Bieite auch

in nach Reflexion an der Domlinse Il und Kiiikkchr /um Licht-Sender-Empfänger 11 weitgehend iinverandeit ist. Bei dem Strahlaiifweitungssystem mit dem Okiihr I5.i und dem Objektiv lift handelt es sich praktisch mn ein umgekehrtes opiisc lies Fernrohrsystem

Ii Gemäß Fig. ) wild das am Strahlenteiler It abgelenkte Fmpfangslicht über ein Finpfangsobjckiiv 22 und eine Feldlinsc 2) auf den Pholoempfanger Ib gelenkt. Dabei befindet sich unmittelbar vor oiler hinter der Feldlinse 2J ein gestrichelt dargestelltes liihtslreii

in endes llement 21. ,1 is im einfachsten I ill eint-Mattscheibe oder cm Milchglas sein kann und beim vorliegenden Ausfiihiungsbeispiel aus einem sph.iti sehen linsenraster oder zwei gekieu/teii /\hndeiliii sen-Rastern besteht Dmeh das Ikliistum n.lr I lemeni

.ι 24 wird das sonst auf einem schmalen Ben u Ii um 0,2 bis 0,4 mm konzentrierte I mpfangslkht gem ill Ji η Pfeilen 2¹J über weitgehend die gesamte f Iac he de, l'lmiuenip fangers 16 geslient \uf diese Wu.r uid die

unerwünschte und zu Fehlern führende Punktbelastung des Photoempfängers wirksam vermieden.

Der Strahlenteiler 14 ist nach Fig. 2 zwischen dem Laser 26 und dem Okular 15a angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Lichtschranke zur Überwachung von ein paralleles Lichtbündel nur sehr wenig abdeckenden Gegenständen an nicht erschütterungsfrei arbeitenden Maschinen, insbesondere zur Überwachung der Kettfäden eines Webstuhles, mit nach dem Autokollimationsprinzip angeordnetem Lichtsender und Lichtempfänger sowie mit einer im Abstand von Sender und Empfänger angeordneten Domlinse als Retroreflektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Domlinse (Ii) um soviel größer als der des parallelen Lichtbündels (12) ist, daß bei den größten zu erwartenden Erschütterungen noch das gesamte Bündel in die Domlinse gelangt, und daß die Linse (20) der Domlinse (11) sphärisch korrigiert ist.

2. Lichtschranke nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Laser (13) verwendet wird, dessen Strahl um ein Vielfaches seines ursprünglichen Durchmessers aufgeweitet ist.

J. Lichtschranke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl um einen Faktor 2 bis 6 aufgeweitet ist.

4. Lichtschranke nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl um einen Faktor 4 aufgeweitet ist.

5. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer nicht-monochromatischen Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (20) der Domlinse (II) auch chromatisch korrigiert ist.

6. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfangsstrahlengang hinter dem Strahlenteiler (14) das Enipfangsobjektiv (22) und eine Feldlinse (2i) angeordnet sind, welche die Pupille des Enipfangsobjektivs (22) auf die Oberflache des Photoempfängers( 16) abbildet.

7. Lichtschranke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor odei hinter der Feldlinse (2J) ein lichtstreiiendes Element (24) angeordnet ist.

8. Lichtschranke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtslreuende Element (24) ein sphärisches Linsenraster ist.

^l). Lichtschranke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtslreuende Element (24) aus zwei gekreuzten Zylinder linsenrastern besteht.