DE2552314C3

DE2552314C3 - Lichtschranke

Info

Publication number: DE2552314C3
Application number: DE2552314A
Authority: DE
Inventors: Michel Grenoble Montanvert
Original assignee: Cometa Sa La Tronche Fr
Current assignee: Cometa Sa La Tronche Fr
Priority date: 1974-09-02
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE2552314A1; FR2283494B2; FR2283494A2; DE2552314B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit mehreren mittels eines einzigen Impulsgebers periodisch und innerhalb einer Periode nacheinander über einen Schalter erregbaren Elektrolumineszenzdioden, bei der die von den Elektrolumineszenzdioden abgestrahlten Lichtbündel zu einem Reflektor gelenkt, an diesem in sich reflektiert werden und eine so festgelegte Kontrollzone abtasten; mit den einzelnen Elektrolumineszenzdioden zugeordneten Phototransistoren sowie rnit einer an den Impulsgeber gekoppelten und der Aufspürung von Funktionsfehlern während des Betriebes dienenden Schaltungsanordnung.

Bei einer aus der DE-OS 24 09 113 bekannten Lichtschranke dieser Art enthält die Schakungsanordnung zur Aufspürung von Funktionsfehlern während des Betriebes Pulskontrollkreise, von denen jeweils einer einem Fühler zugeordnet ist, der aus einer Leuchtdiode und zwei Photodetektoren besteht. Die Pulskontrollkreise sind in Reihe geschaltet und bewir-

'⁵ ken, daß die Leuchtdiode eines Fühlers nur dann ein Lichtbündel abstrahlt, wenn in dem vorhergehenden Fühler ein durch das Lichtbündel hervorgerufener Lichtimpuls ungestört empfangen wurde. Bei irgendeiner Störung im vorhergehenden Fühler wird also das Fortschalten zum nächsten Fühler unterbrochen. Ferner sind Überwachungskreise vorgesehen, von denen jeweils einer mit zwei Pulskontrollschakungen verbunden und damit zwei Leuchtdioden zugeordnet ist An jeden Überwachungskreis ist ein Betätigungsrelais angeschlossen, das in dem Regelkreis einer Arbeitsmaschine, beispielsweise einer Presse, angeordnet ist. Zum Schließen des Regelkreises der Maschine müssen alle Rtlais angezogen haben, was bedeutet, daß alle Pulsvorgänge ungestört von einem Fühler zum anderen gewandert sind. Diese Art des Aufbaues der Schaltungsanordnung zur Aufspürung von Funktionsfehlern während des Betriebes ist sehr aufwendig und damit fehleranfällig, da für jeden Fühler eine Pulskontrollschaltung und für jeweils zwei Fühler ein elektromechanisches Relais vorgesehen werden muß.

Bei einer aus der DE-OS 22 47 053 bekannten Lichtschranke sind mehrere Lichtquellen nebeneinander angeordnet und werden durch einen elektronisch gesteuerten Umschalter, der nach Art eines Multiplexers arbeitet und hier dip in P.eihe geschalteten Pulskontrollschaltungen der zuvor beschriebenen bekannten Lichtschranke ersetzt, in vorgegebener zeitlicher Aufeinanderfolge an eine Energiequelle angeschlossen.

Eine aus der FR-PS 21 35 819 bekannte Lichtschranke weist eine große Anzahl von aus jeweils einer einzeln elekironisch angesteuerten Elektrolumineszenzdiode und einem Phototransistor bestehenden Fühlern auf, die in jeder geeigneten Weise räumlich angeordnet sein können. Sie dient ebenfalls /um Schutz des Personals, das an einer gefährlichen Maschine, wie beispielsweise einer Presse, asbeitet. Die Lichtschranke ist vertikal zwischen der Presse und der Bedienungsperson angeordnet und jedes Durchdringen der Kontrollzone dieser Schranke hat praktisch die sofortige Blockierung der Presse ?ur Folge. Um jeden Unfall zu vermeiden, ist es erforderlich, daß die Lichtschranke einwandfrei arbeitet. Dafür wäre aber eine wirksame Schaltungsanordnung /ur Aufspürung von Funktionsfehlern während des Betriebes erforderlich, die bei dieser bekannten Lichtschranke nicht vorgesehen ist

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtschranke der eingangs genannten Art mit einer noch zuverlässigeren und auf einfachere Weise die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Elektrolurhineszenzdioden in der Lichtschranke gestattenden Schaltungsanordnung zur Aufspürung von Funktionsfehlern zu schaffen.
Die zu schaffende Lichtschranke soll folgende

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Kontrollen ermöglichen:

1. Kontrolle der aufeinanderfolgenden Erregungen der Elektrolumineszenzdiode^ wobei die Voraussetzung zur Abgabe eines Alarmsignals geliefert werden soll, wenn eine Elektrolumineszenzdiode übersprungen worden ist, was ein Loch in der Lichtschranke zur Folge nätte, oder wenn nur noch eine Elektrolumineszenzdiode erregt wird, was bedeuten würde, daß die Lichtschranke nur noch aus einem einzigen Lichtbündel besteht.

2. Kontrolle zweiter Ordnung, durch die überprüft wird, ob die Schaltungsanordnung, die die erste Kontrolle gestattet, in Betrieb ist

3. Kontrolle von in der Lichtschranke enthaltenen Digitalschaltungen, um sich von ihrem einwandfreien Betrieb zu überzeugen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist die Lichtschranke der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Multiplexschaltung vorgesehen ist, deren Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen eines Decoders verbunden sind, der einen Teil des Schalters bildet, daß die Multiplexschaltung durch einen Hilfszähler gesteuert ist, der parallel mit einem den Decoder steuernden Hauptzähler angesteuert wird, daß der Ausgang der MultiDlexschaltung mit einer Kontrollschaltung verbunden ist die zum einen an eine Freigabeschaltung zur Freigabe des Hauptzählers und des Hilfszählers und zum anderen an eine Nullstellschaltung, die ebenfalls einen Teil des Schalters bildet, angeschlossen ist, und daß die Fortsetzung der Abtastung nur dann erfolgt, wenn eine Übereinstimmung zwischen den Informationen des Hilfszählers und den Informationen aus dem Decoder vorhanden ist, wobei diese Informationen aus demselben Zweig stammen.

Gemäß der Erfindung wird also bei der Lichtschranke geprüft, ob die elektronische Umschaltung von Zustand zu Zustand einwandfrei erfolgt, indem jeder durch den Decoder freigegebene Zustand mit Zählsignalen verglichen wird, d.e unabhängig von dem Decoder und dem ihm zugeordneten Hauptzähler erhalten werden, und die Fortschaltung geht nur dann wei'er, wenn Übereinstimmung vorliegt, während jegliche Nichtübereinstimmung, die von einem übersprungenen Zustand oder von einem Stillstand des Decoders herrührt das Unterbrechen der Fortschaltung updingt und eine Alarmabgabe ermöglicht

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer dieser v.eiteren Ausgestaltungen der Erfindung enthält die Empfangsschaltung zwei Vergleicher, dere.i Eingänge einerseits mit der Schaltung verbunden sind, die die aus den Phototransistoren kommenden Signale überträgt, und andererseits mit Spannungsquellen, welche hohe bzw. niedrige Schwellenwerte darstellen, zwischen denen der Wert der empfangenen Signale normalerweise liegen soll. Das gestattet die Kontrolle des Empfangswertes der Phototransistoren. wobei Alarm gegeben wird, wenn dieser Wert zu hoch ist. Diese Kontrolle macht die Schranke vollkommen unverletzlich. Wenn nämlich die Schranke auf eine gewisse Breite eingestellt ist_s besitzt das den zurückkehrenden Strahlen entsprechende Signal an den Phofotransistoren normalerweise eine festgelegte Amplitude. Wenn ein Benutzer die Lichtschranke unwirksam machen möchte, ordnet er rewöhnlich einen RefleUor vor den Phototransistoren an, um ohne Schutz arbeiten zu können. Das Vorhandensein dieses Reflektors, der in kurzer Entfernung von den Elektrolumineszenzdioden angeordnet ist, um die Breite der Lichtschranke zu verringern, hat jedoch eine Zunahme der Amplitude der abgetasteten Signale zur Folge, die festgestellt wird und zu dem Alarm führt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Lichtschranke,

Fig.2 den Aufbau einer Freigabeschaltung der Lichtschranke, und

F i g. 3 den Aufbau einer Empfangsschaltung der Lichtschranke.

Ein aus einem Multivibrator bestehender Impulsgeber 1 steuert die gesamte Lichtschranke und vor allem eine Sendeschaltung 2, die mit mehreren Elektolumineszenzdioden 3 sowie mit Schaltungen 4 in Verbindung steht, welche das aufeinanderfolgende Entsperren von mehreren Phototransistoren 5 bewirken, die über einen Hochfrequenztransformator 6 mit einer einzigen Signalverarheitupgsschaltung 7. die a'ich als Empfangsschaltung bezeichnet wird, in Verbindung stehen. Jeder Phototransistor 5 ist einer der Elektrolumineszenzdioden 3 zugeordnet, io daß er das Lichtbündel dieser Diode empfängt, welches durch einen nicht dargestellten katadioptrischen Spiegel reflektiert worden ist, wobei die Elektrolumineszenzdiode-Phototransisior-Anordnung eine Einheil bildet, die als Fühler bezeichnet wird.

Um eine Abtastung mit hoher Frequenz auszuführen, werden die verschiedenen Fühler periodisch und nacheinander mittels eines elektronischen Umschaltkreises 8 erregt, der das periodische Aussenden eines Entsperrungssteueriignals an jedem seiner Ausgänge gestattet, die mit den Entsperrungsschaltungen 4 in Verbindung stehen. Der Umschaltkreis 8 wird seiner seits durch den Impulsgeber 1 gesteuert und enthält vor allem einen binaren Impulszähler 9, dem ein Dezimaldecoder 10 nachgeschaltet ist, welcher einen Abtastwähler darstellt, sowie eine Nullstellung II.

Pie Dezimalausgänge des Decoders 10, die mit den verschiedenen Entsperrungsschaltungen 4 verbunden sind, sind außerdem mit den Eingängen von Multiplexierschaltungen 12 verbunden, die über weitere Eingänge die von einem zweiten Zähler 13 kommenden binären Informationen empfangen, welcher parallel mit dem Hauptzähler 9 durch eine gemeinsame Freigabeschaltung 14 gesteuert wird.

Diese beiden Zähler 9 und 13 empfangen normalerweise die gleiche Anzahl von Impulsen und enthalten den gleichen Binärtvert und einer der Ausgänge des Decoders 10 ist freigegeben. Die Multiplexierschaltungen \7, welche die Binärwerte des zweiten Zählers 13 empfangen, tasten den Zustand ihrer Dezimaleingänge ab. der dem durrh den Decoder 10 fr?is>ogebi;nen Zustand entspricht. Wenn eine Übereinstimmung zwischen dem durch den Decoder 10 freigegebenen Zustand und dem in die Multiplexierschaltungen 12 eingegebenen Bin rwert besteht, gestatten diese letzteren die For»setzung des Ablaufes durch die Information, die sie an ihrem Ausgang 15 in Verbindung mit der Schaltung 14 abgeben, welche die Freigäbe der Zähler bewirkt.

Wenn dagegen der Hauptzähler 9 oder der Decoder 10 defekt sind Und beispielsweise einen Zustand überspringen, was in der Lichtschranke ein »Loch« hervorrufen wird, so werden die Multiplexierschaltun-

gen 12 sofort den Fehler feststellen und das Unterbrechen des Ablaufes und die Alarminformation bewirken. Ebenso, wenn der Decoder 10 auf einem gegebenen Zustand stehenbleibt, beispielsweise im Anschluß an das Stillsetzen des Hauptzählers 9 oder die Blockierung des Decoders 10, was einer Schranke entspricht, die linear ist und nicht mehr die Form einer Fläche hat, geben die Multiplexierschaltungen 12 den Befehl zum Anhalten des Ablaufes und infolgedessen den Alarm.

Außer der normalen Steuerung der Zähler über den Weg 16 liefert der Impulsgeber 1 noch auf einem Weg 17 und bei jeder Zustandsfreigabe einen Impuls / kurzer Dauer, der in einen Eingang des Decoders 10 eingegeben wird, so daß an seinen Dezimalausgängen eine Wertänderung hervorgerufen wird. Durch diesen Test wird nachgeprüft, ob es nicht einen Kurzschluß oder einen anderen Dauerzustand (offener Stromkreis) an dem Ausgang des Decoders gibt, in welchem Fall die Zustandsänderung nicht stattfindet, so daß der Ablauf unterbrochen und der Alarm ausgelöst wird.

Die oben angegebenen Kontrolleinrichtungen werden ihrerseits bei jeder Periode des Umschaltkreises 8 bei einer Kontrolle »zweiter Ordnung« kontrolliert, die dadurch ermöglicht wird, daß in dem Decoder 10 eine Anzahl von Zuständen vorgesehen wird, die größer ist als die Zahl η der Fühler. So wird bei dem Zustand η + 2, d. h. zwei Zustände nach der Freigabe des letzten Fühlers erneut der Impuls /abgegeben und es wird eine Kontrollschaltung 18 zum Einsatz gebracht, die zwischen den Ausgang 15 der Multiplexierschaltungen 12 und die Nullstellschaltung 11 eingefügt ist. Dieser Impuls wird gemäß der Wertänderung blockiert, wie bereits angegeben, was einen absichtlichen Fehler verursacht. Aufgrund dieser Tatsache ergibt der Vergleich zwischen dem Decoder 10 und den Multiplexierern 12 als Resultat eine Abweichung, die das Nullstellen des Decoders 10 und der Multiplexierschaltungen 12 bewirkt, um ihnen zu gestatten, mit einer neuen Abtastperiode zu beginnen. In dem Fall, in welchem dieser absichtliche Fehler nicht festgestellt würde, würde die Kontrollschaltung 18 das Nullstellen verhindern und der Decoder bliebe in dem Zustand π -ι- 2 blockiert, was einen Alarm zur Folge hätte.

Im normalen Betrieb überträgt die Schaltung 14 Impulse zu dem Eingang der Zähler 9 und 13. Diese Digitalschaltung 14. die ausführlich in F i g. 2 dargestellt ist. enthält eine gewisse Anzahl von NAND-Schaltungen und Invertern, die nicht im einzelnen erläutert werden. Es werden einfach die verschiedenen Eingangssignale angegeben, die diese Schaltung empfängt:

— über den Wsg 16 die aus dem Impulsgeber 1 stammenden Impulse zur Steuerung der Zähler;

— über den Weg 17 die aus dem Impulsgeber I kommenden Impulse /,-

— über einen weiteren Weg 19 ebenfalls aus dem Impulsgeber 1 stammende Impulse /,·

— über einen Eingang 20 aus der Kontrollschaltung 18 kommende Fehlersignale;

— über einen Eingang 21 an dem Ausgang η + 1 des Decoders 10 abgegebene Signale;

— über einen letzten Eingang 22 aus der Empfangsschaltung 7 stammende Informationen.

Der Ausgang 23 der Schaltung 14 versorgt die beiden Zähler 9 und 13, und ein weiterer Ausgang 24 versorgt die Nullstellschaltung 11.

Es ist zweckmäßig, sich des fehlerfreien Arbeitens dieser Digitalschaltungen zu versichern. Es kann nämlich sein, daß infolge einer Blockierung in einem gegebenen Zustand einer dieser Schaltungen die Steuerimpulse der Zähler ständig an dem Ausgang 23 vorhanden sind, während davor befindliche Schaltungen (beispielsweise die Empfangsschaltung 7, welche den Eingang 22 versorgt) das Weiterleiten dieser Impulse unterbinden.

Genau zur Durchführung dieser Kontrolle wird der Zustand η + l.d.h. der Zustand, der Unmittelbar auf die Freigabe des letzten Fühlers folgt, ausgenutzt, um sich zu überzeugen, daß es effektiv keinen Empfang gibt, was normal ist, da es keinen aktivierten Fühler gibt. Die Impulse zur Steuerung der Zähler werden dann an dem Ausgang 23 nur dann abgegeben, wenn in dem Zustand /7+1 kein Empfang erfolgt. Im gegenteiligen Fall wird der Decoder 10 gesperrt und es wird Alarm gegeben.

Eine letzte Kontrolle betrifft die Empfangsschaltung 7, die in F i g. 3 ausführlich dargestellt ist. Diese Schaltung gestattet, das aus den Fühlern stammende Signal 5, welches an einem Eingang 25 ankommt, mit zwei Sollwerten zu vergleichen. Diese Sollwerte sind:

— Ein von Null verschiedener niedriger Schwellenwert, der unter Freimachung von dem in dem System von Haus aus vorhandenen Hintergrundrauschen gestattet festzustellen, ob eine Reflexion des Bündels an dem Reflektor erfolgt. Dieser Schwellenwert ist durch eine Referenzspannung Sb dargestellt, die an de! Eingang eines Vergleichers 26 mit niedrigem Schwellenwert angelegt ist.

- Ein hoher Schwellenwert, der das Unwirksammachen der Lichtschranke verhindert; dieser Schwellenwert ist durch eine zweite Referenzspannung Sh dargestellt, die an den Eingang eines Vergleichers 27 mit hohem Schwellenwert angelegt ist.

Das an dem Ausgang 28 der Schaltung 7 erhaltene Empfangssignal R wird zu dem Eingang 22 der oben beschriebenen Schaltung 14 geleitet, welche die Zähler freigibt. Es sind drei Fälle möglich:

a) Wenn die Schranke verdunkelt ist, erfüllt das aus den Fühlern stammende Signal s die Ungleichung 5 < Sb. was für das Signal R den Wert 0 zur Folge hat.

b) Wenn die Schranke frei ist. erfüllt das Signal s die doppelte Ungleichung Sb < s < Sh, was für das Signal R den Wert 1 ergibt.

c) Wenn das reflektierte Signal zu groß ist, also s > Sh, hat das Ausgangssignal R den Wert 0.

Es wird also allein der Fall b), in welchem sich das Signal s zwischen dem niedrigen Schwellenwert und dem hohen Schwellenwert befindet, als ein normaler Empfang interpretiert, während die beiden anderen Fälle a) und c) automatisch den Alarm verursachen.

Bei dem Ingangsetzen der Lichtschranke ist eine Einstellung der Empfindlichkeit erforderlich, damit das normale Signal s etwas unter dem hohen Schwellenwert Sh liegt. Andererseits wird aufbaugemäß das Verhältnis Sb/Sh angenähert gleich 1/2 gewählt, d.h. man nimmt an, daß bei einer Signalabschwächung von 50% auf der Höhe der Fühler eine Verdunkelung der Schranke vorliegt (Fall a). Das gestattet:

die Verdunkelung der Schranke mit einem Gegenstand mit kleinen Abmessungen und unabhängig von seiner Lage im Innern derselben zu verursachen;
die Schranke unverletzlich zu machen, indem insbesondere seine Neutralisierung mit Hilfe eines an den Fühlern angebrachten Reflektors verhindert

wird, da dieser Trick eine Erhöhung des Wertes der Signale und infolgedessen das Überschreiten des Schwellenwertes bewirkt.

Dank der zusätzlichen Kontrollschaltungen, die oben beschrieben worden sind und die den für den Betrieb erforderlichen Grundschallungen hinzugefügt sind, bietet die Lichtschranke eine maximale Sicherheit, die insbesondere durch die Tatsache erzielt wird, daß die meisten Kontrollschaltungen ihrerseits kontrolliert

werden.

Für eine totale Sicherheit erhöht man darüber hinaus die Immunität gegen Störungen des gesamten digitalen teils, der in TTL-Schallungen ausgeführt ist, mit Hilfe von in F i g. 1 angegebenen statischen Isolatoren 29 und 30 (beispielsweise in Form von optoelektronischen Kupplern), welche eine vollkommene galvanische Trennung zwischen den Signalen niedriger Höhe der Digitaischaitungen und den starken Strömen vornehmeni die in den Elektrolumineszenzdioden fließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtschranke mit mehreren mittels eines einzigen Impulsgebers periodisch und innerhalb einer Periode nacheinander über einen Schalter erregbaren Elektrolumineszenzdioden, bei der die von den Elektrolumineszenzdioden abgestrahlten Lichtbündel zu einem Reflektor gelenkt, an diesem in sich reflektiert werden und eine so festgelegte Kontrollzone abtasten: mit den einzelnen Elektrolumineszenzdioden zugeordneten Phototransistoren sowie mit einer an den Impulsgeber angekoppelten und der Aufspürung von Funktionsfehlern während des Betriebs dienenden Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Multiplexschaltung (12) vorgesehen ist, deren Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen eines Decoders (10) verbunden sind, der einen Teil des Schalters bildet, daß die Multiplexschaltung durch einen Hilfszähler (13) gesteues t ist, der parallel mit einem den Decoder (10) steuernden Hauptzähler (9) angesteuert wird, daß der Ausgang der Multiplexschaltung (12) mit einer Kontrollschaltung (18) verbunden ist, die zum einen an eine Freigabeschaltung (14) zur Freigabe des Hauptzählers (9) und des Hilfszählers (13) und zum anderen an eine Nullstellschaltung (11), die ebenfalls einen Teil des Schalters bildet, angeschlossen ist, und daß die Fortsetzung der Abtastung nur dann erfolgt, wenn eine Übereinstimmung zwischen den Informationen des Hilfszählers (13) und den Information ■> aus dem Decoder (10) vorhanden ist, wobei diese Informationen aus demselben Zweig stammen.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anza.il der Kanäle des Decoders (10) größer als die Anzahl der durch

Elektrolumineszenzdioden-Phototransistoreinheiten (3,5) gebildeten Sende-Empfangszellen ist.

3. Lichtschranke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollschaltung (18) an einen zusätzlichen Ausgang des Decoders (10). der einem in jeder Periode erregten weiteren zusätzlichen Zustand entspricht, angeschlossen ist.

4. Lichtschranke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeschaltung (14) an einen zusätzlichen Ausgang des Decoders (10), der einem in jeder Periode erregten weiteren zusätzlichen Zustand entspricht, und an einen Ausgang einer Empfangsschaltung (7) angeschlossen ist.

5. Lichtschranke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschaltung (7) zwei Vergleicher (26, 27} enthält, deren Eingänge einerseits mit der Schaltung (6, 25) verbunden sind, welche die aus den Phototransistoren (5) kommenden Signale überträgt, und andererseits mit Spanftungsquellen. welche hohe bzw. niedrige Schwellenwerte darstellen, zwischen denen der Wert der empfangenen Signale normalerweise liegen soll.