DE2538275A1 - Lichtschranke - Google Patents

Lichtschranke

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DE2538275A1
DE2538275A1 DE19752538275 DE2538275A DE2538275A1 DE 2538275 A1 DE2538275 A1 DE 2538275A1 DE 19752538275 DE19752538275 DE 19752538275 DE 2538275 A DE2538275 A DE 2538275A DE 2538275 A1 DE2538275 A1 DE 2538275A1
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers

Description

  • Lichtschranke Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke mit einem mehrere Lichtquellen enthaltenden Lichtsender, einem aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren bestehenden Lichtempfänger und einer als einstellbarer Komperator ausgebildeten Ausgangsstufe Stand der Technik Zur berührungslosen Abtastung von Gegenständen, z.B. zur elektronischen Überwachung von Werkzeugmaschinen, sind in der Druckschrift der Firma Fissler Elektronik, 197/68, Seite B 21, gabelförmige Lichtschranken beschrieben und dargestellt. Diese enthalten als Lichtsender eine Glühlampe und als Lichtempfänger einen Photowiderstand. Der Lichtsender, der sich an der Innenseite des einen Schenkels der Gabel befindet, ist mit einer Optik zur schlauch-oder kegelförmigen Bündelung der Lichtstrahlen versehen. Der Lichtempfänger an der Innenseite des anderen Schenkels kann anstelle eines Photowiderstandes auch eine Photodiode oder einen Phototransistor enthalten. Das Ausgangssignal des Lichtempfängers gelangt direkt oder über einen Verstärker an die auswertende Einrichtung. Diese Art von Lichtschranken dient zur Abtastung von Gegenständen, die mit Sicherheit in den begrenzten Bereich des durch die Optik bebildeten Lichtbündels gelangen.
  • Für die Überwachung größerer Flächen zeigt dieselbe Druckschrift auf Seite C 21 eine in einen viereckigen Rahmen eingebaute Lichtschranke. An der Innenseite des einen Schenkels des Rahmens befindet sich ein Lichtsender und in einem gewissen Abstand davon ein Lichtempfänger. Das von der Optik gebündelte Licht wird zum gegenüberliegenden Schenkel geworfen und durch Spiegel mehrfach reflektiert, bis es auf den Lichtempfänger trifft. Fällt ein Gegenstand durch den Rahmen, so wird der Lichtstrahl unterbrochen, wodurch der Lichtempfänger ein Signal erzeugt. Lichtschranken dieser Art sind aber nur zur Erfassung relativ großer Gegenstände, z.9. einer Kugel mit einem Mindestdurchmesser von 6 mm, eingerichtet.
  • Die Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1 774 520 weist eine in einem viereckigen Rahmen befindliche Lichtschranke als bekannt nach, bei der in dem einen Schenkel des Rahmens eine Glühlampe mit einer Sammellinse und in dem anderen Schenkel eine Anzahl von Photodioden angebracht sind. Diese sind gruppenweise parallel geschaltet und jede Gruppe kann, falls eine der darin enthaltenen Photodioden abgeschattet wird, über einen Verstärker ein Signal an eine Additionsschaltung liefern. Dieses Signal dient dann, nachdem es einen Impulsformer durchlaufen hat, zur Steuerung des gewünschten Vorganges.
  • Schließlich zeigt das Bild 5. 1 auf der Seite 81 des Buches "Siemens Halbleiter Schaltbeispiele" 1972/73 das Schaltbild einer Lichtschranke mit einer Anzahl in Reihe geschalteter Phototransistoren, die von mehreren Glühlampen angeleuchtet werden. Die Reihenschaltung der Phototransistoren liegt an der Betriebsspannung eines Operationsverstärkers, der als Komperator geschaltet ist. Ein Abgriff innerhalb der Reihenschaltung der Phototransistoren führt über einen Kondensator an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers. Dieser gibt bei Abschattung eines der Phototransistoren einen Impuls ab. Je nach dem, welcher der Phototransistoren anspricht, erscheint das Ausgangssignal bei Beginn oder erst nach Beendigung der Abschattung. Deshalb eignet sich die Schaltung nicht zur Überwachung getakteter Vorgänge.
  • Zur Erfassung sehr kleiner Gegenstände durch eine Lichtschranke müssen Störeinflüsse durch Erschütterungen und Fremdlicht vermieden werden. Die abgegebenen Impulse sollen ferner so ausgeprägt sein, daB sie in jedem Fall von einer Störung unterschieden werden können. Nur so ist es möglich, die jeweils notwendige Verstärkung vorzusehen. Bei bisher bekannten Lichtschranken ist dies gamicht, oder nur mit erheblichen Mehraufwand zu erreichen.
  • Bei der Verwendung von Glühlampen als Lichtquelle treten durch Erschütterungen der Wendel und durch Spannungsschwankungen Lichtschwankungen auf, die zu Fehlauswertungen führen können. Dies ist nur zu vermeiden, indem Lampen. mit sehr stabilen Leuchtfäden und entsprechend hohem Stromverbrauch eingesetzt werden. Dementsprechend ist der Aufwand für die Glättung und Stabilisierung des Lampen stromes beträchtlich.
  • Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringstem Aufwand eine Lichtschranke zu schaffen, die unempfindlich gegen Einflüsse von augen ist, eindeutige Impulse liefert und somit die Einfügung einer sehr hohen Verstärkung erlaubt, die zur Erfassung kleinster Gegenstände beliebiger Form notwendig ist. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
  • Vorteile Durch die Verwendung von Leuchtdioden zur Erzeugung von Licht außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches sind auf einfache Weise Störungen durch Fremdlicht und Erschütterungen ausgeschlossen. Der für die Ausleuchtung notwendige Strom ist fast eine Größenordnung niedriger als bei bisher bekannten Anordnungen mit Glühlampen. Deshalb kann die gesamte Elektronik in der Lichtschranke selbst untergebracht werden und so ist es nicht mehr notwendig, die Empfindlichkeitseinstellung an einem örtlich getrennt angebrachten Steuergerät vorzunehmen.
  • Das aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren mit einem Lastwiderstand gebildete Nicht-UND-Gatter gibt auch bei kurzzeitigen Abschattungen durch kleinste Gegenstände eindeutige Impulse ab. Dadurch ist eine hohe Hachverstärkung möglich und die Einstellung der Lichtschranke auf die Größe der abzutastenden Gegenstände weniger kritisch. Wegen der Eigenschaft, verschiedene Größen genau unterscheiden zu können, vermindert sich auch die Typenzahl der vorzusehenden Lichtschranken. Außerdem entstehen die Impulse beim Durchlaufen der Gegenstände durch die Lichtschranke immer zum selben Zeitpunkt, was zur Überwachung getakteter Vorgänge wichtig ist.
  • Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lichtschranke werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben. Es zeigen: Figur 1 das Prinzip der Lichtschranke gemäß der Erfindung Figur 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für ein ODER-Gatter hoher Verstärkung In der Prinzipdarstellung nach Fig. 1 ist 1 ein Lichtsender mit Leuchtdioden 2...4, der über einen Anschluß 5 an einer nicht dargestellten Konstantstromquelle liegt. Um den Spektralbereich des von den Leuchtdioden erzeugten Lichtes, z.B. Infrarot, weiter einzuengen, ist in an sich bekannter Weise ein Lichtfilter 6 vorgesehen. Als Lichtempfänger dient erfindungsgemäß ein Nicht-UND-Gatter 7, das aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren 8...10 mit einem Lastwiderstand 11 besteht, die über eine Klemme 12 an einer nicht dargestellten, stabilisierten Spannungsquelle liegt. Die Widerstände 13...15 dienen zum Ausgleich der unterschiedlichen Empfindlichkeit der Phototransistoren 8...10. Das Nicht-UND-Gatter 7 ist über eine Ausgangsklemme 16 und ein RG-Glied 17/18 an den Eingang eines Verstärkers 19 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Kondensator 2D mit dem invertierenden Eingang eines als Komperator geschalteten Operationsverstärkers 21 verbunden ist. Die Schwellenspannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 läßt sich mit dem Potentiometer 22 einstellen. Die Lichtquelle 1 und das Nicht-UND-Gatter 7 befinden sich beispielsweise in den gegenüberliegenden Schenkeln einer Gabel oder eines viereckigen Rahmens.
  • Werden alle in dem Nicht-UND-Gatter 7 enthaltenen Phototransistoren 8...10 angeleuchtet, so sind diese leitend und an der Ausgangsklemme 16 herrscht der Zustand L. Sobald mindestens einer der Phototransistoren a...10 durch einen Gegenstand abgeschattet wird, fällt der Strom durch das Nicht-UND Gatter 7, oder wird nahezu zu Null. Dadurch stellt sich an der Ausgangsklemme 16 der Zustand H ein. Auf Grund dieser logischen Verknüpfung.der auftreffenden Lichtsignale ergibt sich jeweils bei Beginn einer Abschattung, d;h.
  • bei Eintritt eines Gegenstandes in die Lichtschranke, immer eine eindeutige Zustandsänderung nämlich ein Spannungssprung von L nach H. Deshalb kann die Verstärkung des Verstärkers 19 hoch sein, um in jedem Fall ein verwert- -bares Signal am Ausgang 23 des Operationsverstärkers 21 zu erhalten.
  • In der Regel dienen Lichtschranken dieser Art zur Überwachung dynamischer Vorgänge. Sollen aber Änderungen statischer Zustände festgestellt werden, dann müssen die in der Anordnung enthaltenen Stufen direkt gekoppeit werden.
  • In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind mehrere Lichtquellen 3D. .32 und Nicht-UND-Gatter 33...35 vorgesehen. Die Darstellung derselben ist in der Figur 2 stark vereinfacht. Die Anzahl der in einer dieser Anordnungen enthaltenen Bauelemente richtet sich nach der verfügbaren Betriebsspannung und die Zahl der Lichtquellen 30...au und Nicht-UND-Gatter 33...35 nach der Größe des zu überwachenden Querschnittes. Der Anschluß 36 führt zu einer Konstantstromquelle und der Anschluß 37 zu einer stabilisierten Spannungsquelle. Das Lichtfilter 47 dient, wie bereits beschrieben, zur Einengung des Spektralbereiches der Lichtquellen .... .32.
  • Die Ausgänge 38.. 40 der Nicht-UND-Gatter 33.. .35 sind über Kondensatoren 41...43 an die Eingänge eines ODER-Gatters 44 hoher Verstärkung angeschlossen. die Eingänge 46, deren Anzahl beliebig sein kann, dienen zum Anschluß weiterer Nicht-UND-Gatter.
  • Tritt an mindestens einem der in den Nicht-UND-Gattern 33.. .35 enthaltenen Phototransistoren eine Abschattung auf, dann ergibt sich am Ausgang 38, 39 oder 4D eine Zustandsänderung, die am Ausgang 45 des ODER-Gatters 44 einen Impuls auslöst. Dieser kann, wie in Fig. 1 dargestellt, einem Komperator zugeführt werden.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführmngsbeispiel für das in Fig. 2 enthaltene ODERaGatter 44 hoher Verstärkung. Es weist zwei Operationsverstärker 50 und 51 auf, die über ein aus einem Kondensator 52 und einem Widerstand 53 bestehendsn Koppelglied in Kaskade geschaltet sind. Eingangsslgnale, z.B. der Nicht-UND-Gatter 33...35 (Fig. 2) an jeweils einem der Eingänge 56, 57 oder 58 gelangen über Kondensatoren 59, 60 oder 61 und Ehtkopplungswiderstände 62, 63 oder 64 an den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 50. Dieser gibt sie über den zweiten, ebenfalls invertierenden Operationsverstärker 51 an eine Ausgangsklemme 65 weiter. Die Höhe der Verstärkung ist mit Hilfe der Gegenkopplungswiderstände 54 und 55 einstellbar. Durch die mit dem Bezugszeichen 66 versehenen Leistungen soll die Möglichkeit der Erweiterung des ODER-Gatters angedeutet werden.
  • Z Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen mit drei Figuren

Claims (2)

  1. Patentansprüche ?./Lichtschranke mit einem mehrere Lichtquellen enthaltenden Lichtsender, einem aus einer Reihenschaltung von Phototransistoren bestehenden Licht empfänger und einer als einstellbarer Komperator ausgebildeten Ausgangsstufe, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtsender t1) als Lichtquellen Leuchtdioden (2... 4) vorgesehen sind, daß im Lichtempfänger Phototransistoren (8.. .10) mit einem Arbeitswiderstand (11) in Reihe geschaltet sind und so ein Nicht-UND-Gatter bilden, und daß der Ausgangsstufe (21) ein Verstärker (19) hoher Verstärkung vorgeschaltet ist.
  2. 2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB mehrere Lichtsender (30...32) und mehrere Nicht-UND-Gatter (33.. .35) vorgesehen sind, und daß anstelle eines Verstärkers (19) ein SDER-Gatter (44) hoher Verstärkung eingefügt ist, dessen Eingänge an den Ausgängen (33...40) der Nicht-UND-Gatter (33...35) liegen.
DE19752538275 1975-08-28 1975-08-28 Lichtschranke Withdrawn DE2538275B2 (de)

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