DE2550653C3

DE2550653C3 - Drehstrahl-Lichtvorhang

Info

Publication number: DE2550653C3
Application number: DE2550653A
Authority: DE
Inventors: Arthur Dipl.-Ing. Dr. 7809 Denzlingen Walter
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1978-12-21
Also published as: GB1526987A; DE2550653A1; FR2331777B1; SE410363B; IT1074032B; US4107522A; SE7612494L; DE2550653B2; FR2331777A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstrahl-Lichtvorhang mit einem LichtSender-Empfänger. welcher am Rande einer öffnung, insbesondere in einer Ecke einer rechteckigen Öffnung angeordnet ist und einen die öffnung abtastenden Drehstrahl erzeugt, mit einer am Rand der öffnung angeordneten und Umkehrreflektoren umfassenden mehrteiligen Reflexionseinrichtung. welche das auf sie fallende Licht zum Sender-Empfänger zuioickwirft, dessen Fotoempfänger ein elektrisches Ausgangssignal zur Überwachung der Öffnung in Abhängigkeit von Hindernissen erzeugt.

Es sind bereits mit einem Drehstrahl arbeitende Lichtvorhänge b/w. Überwachungseinrichtungen be kanntgeworden (DE-OS 22 36 482 und 21 29 666), Dabei lastet ein von einem Lichi-'Sendcr'Empfängcr ausge* hender Lichtstrahl die Öffnung Von einem Rand bis Zum darauf senkrecht stehenden Räfid stetig ab.

Die am Rande der Öffnung angeordneten Retrore» flekloien reflektieren das aufallehde Lieht in sich selbst zurück und zum Licht-Sender-Empfänger, wo beispiels* weise über einen teildurchlässigen Spiegel ein Fotoempfänger beaufschlagt wird, dessen Ausgangssignal ein Maß für das Vorliegen eines Hindernisses oder das Eindringen eines Gegenstandes in die öffnung ist. Die ·> bekannten Retroreflektoren haben nur dann einen brauchbaren Reflexionsgrad, wenn der Einfallswinkel des Lichtstrahls zur Normalen einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt. Dieser liegt bei Tripel-Reflektoren etwa bei ±15°, bei Scotchlite je nach Ausführung

ίο bei etwa ±45°. Soll also nach dem Drehstrahlpvinzip eine Fläche überwacht werden, die rechteckig ist und deren Seitenverhältnis wesentlich größer als 1 ist, ergeben sich wegen des bei größeren Einfallswinkeln des Lichtes gegenüber der Normalen Schwierigkeiten,

V) da der zurückkommende Lichtanteil mit zunehmendem Einfallswinkel immer kleiner wird. Man hat schon versucht, dadurch Abhilfe zu schaffen, daß die Reflektoren dort, wo der Lichteintrittswinkel größer als z. B. 45° wurde, schräg gestellt werden, so dr.ß der Einfallswinkel gegenüber der Normalen wieder in den Bereich brauchbarer Reflexion fällt (DE-OS 22 36 482). Auch ist schon eine stetig zunehmende Schrägstellung der Tripelspiegel versucht worden (DE-OS 21 29 666). Diese Verfahren sind jedoch aufwendig, da die Schrägstellung der Reflektoren mit Zunehmen der Einfallswinkel zur Normalen immer größer wird. Der Reflektor muß also in einzelne Reflektorstreifen mit unterschiedlicher Sehr igstellung gegenüber der Richtung des betreffenden Randes unterteilt werden. Diese

ίο Unterteilung des Reflektors verteuert nicht nur die Herstellung ganz wesentlich, sondern erhöht auch den Platzbedarf, weil die schräggestellten Reflektoren wesentlich weiter in die öffnung vorstehen als flach auf den Rand aufgelegte Reflektoranordnungen. Auch die

» Reinigung der Reflektoroberflächen wird durch die Unterteilung in verschieden schräggestellte Bereiche wesentlich erschwert.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Drehstrahl-Lichtvorhang der eingangs genannten Gat-

·"> tung zu schaffen, welcher für rechtecki_te öffnungen mit beliebigem Seitenverhältnis und insbesondere mit einem Se'*enverhältnis größer als 1 verwendet werden kann, ohne daß aufwendige Schrägstellungen von bestimmten Reflektorbereichen erforderlich sind. Der

Ί5 erfindungsgemäße Drehstrahl-Lichtvorhang soll also die oben erwähnten Schwierigkeiten vermeiden, ohne daß der Aufwand für seine Herstellung vergrößert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Maßnahmen nach

dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Der bestimmte Auftreffwinkel beträgt dabei bei Tripel·Reflektoren vorzugsweise 15°, bei Scotchlite-Reflektoren 45 . Die erfindungsgemäße Ausbildung hat zur Folge, daß oberhalb des vorbestimmten Auftreffwinkels der Lichtstrahl nicht in sich selbst, sondern unter dem Reflexionswinkel zum benachbarten Rand reflektiert wird, wo ein Umkehrre flektor vorhanden ist. auf den aber aufgrund der Reflexionsverhältnisse der Lichtstrahl nunmehr unter halb des kritischen Winkels eintrifft. Es wird also ein

6" Lichtstrahl beträchtlicher Intensität in sich selbst zurück zum Planspiegel und von dort zum Licht-Sender Fmp fänger reflektiert

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ünleransprüchen,

mi Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise ah Hand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Drehstrahl-Lichtvorhangs,

F i g. 2 eine zu F i s. 1 analoge Ansicht wobei jedoch die zu überwachende öffnung ein wesentlich größeres Seitenverhältnis aufweist.

Fig. 3 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht zur Impulsmodulation des Empfangslichtes,

Fig.4 eine Ansicht in Richtung der Linie IV-IV in F i g. 3 und

Fi g. 5 eine zu Fi g. 1 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Drehsfahl-Lichtvorhanges.

Nach der Zeirhnung ist in der Ecke einer zu überwachenden Öffnung 18 ein Licht-Sender-Empfänger 18 angeordnet Der Licht-Sender-Empfänger 17 enthält eine Lichtquelle, eine Optik und eine Licht-Ablenkvorrichtung, welche einen Sendestrahl 11 erzeugt, der von der Position 11a bis in die dazu senkrechte Position 116 schwenken kann, so daß er im Verlauf einer Schwenkperiode die gesamte öffnung 18 überstreicht Die Abtastung kann periodisch so vorgehen, daß sie jeweils von 11a nach üb verläuft Es ist aber auch möglich, daß der Lichtstrahl 11 ständig zwischen den Positionen lla— 1 16— 11a hin- und herpendelt.

Auf der dem Licht-Sender-Empfänger 17 gegenüberliegenden !angen Randseite der Öffnung 18 ist 7 mächbt ein Umkehr-Reflektor 12 angeordnet, welcher sich von der unteren rechten Ecke über einen vorbestimmten Winkel α nach oben erstreckt Der Winkel α beträgt bei Tripel-Reflektoren etwa 15°, bei Verwendung von Scotchlite als Umkehrreflektor 12 etwa 45°. Der Winkel α ist durch eine gestrichelte Linie 19 begrenzt. Obwohl die Anordnung des Licht-Sender-Empfängers in einer Ecke der öffnung 18 günstig ist, kann der Licht-Sender-Empfänger grundsätzlich auch beispielsweise in der Mitte einer Randseite der öffnung 18 angeordnet worden, so daß der Umkehr-Reflektor bis zu einem Winkel von ±<x überstrichen werden kann. Die Anordnung nach den F i g. 1 bis 5 ist dann um den unteren Rand symmetrisch gespiegelt nach unten erweitert zu denken.

Oberhalb des gegenüber dem Licht-Sender-Empfängers angeordneten Umkehrreflektor 12 erstreckt sich ebenfalls flach auf den Rand aufgesetzt ein Planspiegel 13, welcher als Metallspiegel ausgebildet sein kann. An der vom Licht-Sender-Empfänger 17 abgewandten Schmalseite der Öffnung 18 ist ebenfalls ein Umkehr-Reflektor 12 flach angeordnet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird der Sendestrahl 11 nach Oberschreiten des Grenzwinkels * am Planspiegel 13 spiegelnd zum Umkehrreflektor 12 an der Schmalseite reflektiert, so daß er auf den Umkehrreflektor 12 unter einem Winkel auffällt, der wieder kleiner als -x ist. Vom Umkehrreflektor wj.i das Licht in sich selbst auf dem gleichen Wege über den Planspiegel 13 wieder zum Licht-Sende! Empfänger 17 zurückgelenkt.

Für den Fall, daß das Seitenverhältnis der öffnung 18 sehr groß ist, kann gemäß Fig. 2 auf der dem Planspiegel 13 gegenüberliegenden Randseite ein weiterer Planspiegel 14 vorgesehen sein, damit auch diejenigen Teile des Sendestrahls U, welche zu diesem Rand gelangen, schließlich zum oben angeordneten Umkehrreflektor 12 geleitet werden. Bei öffnung 18 mit noch größerem Seitenverhältnis kann das aus Fig. 2 ersichtliche Prinzip der versetzten Anordnung von Planspiegeln weiter fortgesetzt werden. Die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig.2 ist analog der nach Fig, 1 mit der einen Ausnahme, daß spiegelnde Reflexionen teilweise an beiden Planspiegeln 13_f 14 stattfinden.

Bei der Ausführungsforni nach Fig.3 sind vor den

Umkehrreflektoren 12 quer nicht-reflektierende Streifen 15 angeordnet, welche zur Folge haben, daß ein auftreffender Gleichlicht-Sendestrahl 11 moduliert wird. Durch diese Modulation des Empfangs-Lichtstrahles ist es schwieriger, das Gerät auf einfache Weise zu überwinden, bzw. zu manipulieren. Eine derartige Modulation ist an sich bekannt (DT-AS 12 61025). Anstelle des Sendegleichlichtes kann auch ein höherfrequentes Impulslicht verwendet werden, das seinerseits durch den streifenförmigen Reflektor mit einer deutlich niedrigeren Frequenz moduliert wird. Durch beide Maßnahmen wird das Gerät auch unempfindlich gegen Fremdlicht

Während bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 die Auswertung dadurch erfolgen kann, daß die überwachte Öffnung 18 hindernisfrei ist, wenn zwischen der Anfangsstellung lla und der Endstellung 116 bei hindernisfreier Fläche stets Licht ausreichender Amplitude empfangen wird, kann bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Auswertung dadurch erfolgen, daß die Anzahl der empfangenen Impulse zwischen der Anfangsstellung lla und der Endstelluiig 116 abgezählt wird. Sie entspricht nur bei hindernisfreier Fläche dem Sollwert und ist kleiner, wenn sich in der überwachten Öffnungsfläche 18 ein Hindernis befindet Eine Manipulation würde sich sofort als Änderung der Anzahl der empfangenen Impulse darstellen und ist somit leicht zu erkennen.

Eine Variante der Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß nich: mit Gleichlicht sondern mit Wechsellicht gearbeitet wird. Der Sendelichtstrahl 11 kann beispielsweise durch eine mit hoher Frequenz modulierte Leuchtdiode erzeugt werden; hierbei wird ein selektiver Empfänger verwendet.

In diesem Fall würde die Vorrichtung praktisch nicht durch Fremdlicht beeinflußt werden können, da dieses in dem selektiven Empfänger ausgesiebt werden würde. Diesen Vorteil hätte bei Verwendung eines selektiven Empfängers im Anschluß an den Photoempfänger im Licht-Sender-Empfänger 27 auch das Gerät nach Fig. 2.

Be' der Ausführungsform nach F i g. 5 sind auf dem Reflektorseiten Photoempfänger 16 vorgesehen. Auf diese Weise kann bei geringem Mehraufwand eine Erhöhung der Sicherheit gegen Manipulationer, erreicht werden. Wird der Drehstrahl 11 beispielweise durch einen Motor erzeugt, so trifft der Sendestrahl am Beginn des Abtastzyklus in der Pos. lla auf den ersten Empfänger 16. Hierdurch kann elektronisch die Anfangslage definiert werden. Durch den oben links vorgesehenen Photoempfänger 16 kann in gleicher Weise die Endposition 116 des Sendelichtstrahles U während des Abtastvorganges definiert werden. Zusatz lieh kann noch beispielsweise in der Diagonale ein weiterer Photoempfänger 16 angeordnet sein, der ebenfalls eine Meldung abgeben kann, wenn versu;ht werden sollte, das Gerät durch Einbringen irgendwelcher Reflektoren zu minipulieren.

Wird an Stelle eines Motors zur Erzeugung des Sende-Drehstrahle? 11 ein Schwinger benutzt, so wird entsprechend der Bewegungsrichtung des Schwingers die Drehrichtung einmal im Uhrzeigersinn und einmal entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgen. Ir. diesem Falle würden sich Anfangs* und Endposition des Abtastvorganges periodisch vertauschen. Der den Sendelichtstrahl erzeugende Schwing- oder Drehspiegel kann sich so bewegen, daß der Sendelichtstrahl einen größeren Bereich als die zu überwachende Fläche abtastet. Dabei

wird der Empfänger nur während derjenigen Zeit empfindlich gemacht, während der sich der Sendelichtstrahl im gewünschten Abtastbereich befindet. Der Abtastbereich ist bei dieser Ausführungsform also elektronisch definierbar. ■>

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehstrahl-üchtvorhang mit einem Licht-Sender-Empfänger, welcher am Rande einer öffnung, insbesondere in einer Ecke einer rechteckigen Öffnung angeordnet ist und einen die Öffnung abtastenden Drehstrahl erzeugt, mit einer am Rand der öffnung angeordneten und Umkehrreflektoren umfassenden mehrteiligen Reflexionseinrichtung, welche das auf sie fallende Licht zum Sender-Empfänger zurückwirft, dessen Fotoempfänger ein elektrisches Ausgangssignal zur Überwachung der öffnung in Abhängigkeit von Hindernissen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einem bestimmten Auftreffwinkel des Sendelichtstrahls (11) auf den Rand der Öffnung die Umkehrreflektoren (12) und oberhalb dieses Winkels Planspiegel (13) auf diesem Rande angeordnet sind.

2. Lichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. Jaß der bestimmte Auftreffwinkel bei TripelreP.ektoren 15°. bei Scotchlitereflektoren 45° beträgt

3. Lichtvorhang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem dem Planspiegel (13) gegenüberliegenden Teil des Randes in demjenigen Bereich ein weiterer Planspiegel (14) angeordnet ist, auf dem der vom ersten Planspiegel (13) reflektierte Lichtstrahl auftrifft.

4. Lichtvorhang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Umkehrreflektorcn (12) periodisch nichtreflektierende, sich senkrecht zur Abtastrichtung erstreckende Streifen (15) angeordnet sind.

5. Lichtvorhang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichi.et, daß der den Sendelichtstrahl erzeugende Schwing- oder Drehspiegel einen derartigen Bewegungsbereich aufweist, daß der Sendelichtstrahl einen größeren Bereich als die zu überwachende Fläche abtastet, und daß der Empfänger nur während derjenigen Zeit auf elektronische Weise empfindlich gemacht ist, während der sich der Lichtstrahl im gewünschten Abtastbereich befindet.