DE2629476B2

DE2629476B2 - Sich selbst auf Verschmutzungen überwachende Lichtschrankenanordnung

Info

Publication number: DE2629476B2
Application number: DE2629476A
Authority: DE
Inventors: Guenter 7803 Gundelfingen Fetzer; Arthur Dipl.-Ing. Dr. 7808 Waldkirch Walter
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1979-02-15
Also published as: US4156883A; DE2629476A1; JPS533847A

Description

Die Erfindung betrifft eine sich selbst auf Verschmutzungen überwachende Lichtschrankenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Lichtschrankenanordnung mit konstanter Ansprechquelle bekannt (DE-OS 20 59 010), bei der parallel zum Arbeitskreis für die Signalverarbeitung ein Überwachungskreis vorgesehen ist, der aus *^r> einem Schalter, einem Kondensator und einem Differenzverstärker besteht Die am Kondensator anliegende Spannung wird im Differenzverstärker mit einer konstanten Vergleichsspannung verglichen, und die Differenz dient zur Regelung des gemeinsamen ><> Verstärkers oder zur Regelung der Strahlungsleistung der Strahlungsquelle. Der Schalter wird bei Erreichen der eingestellten Ansprechquelle im Arbeitskreis geöffnet, so daß die am Kondensator anliegende Spannung auch während des Eingriffs als Vergleichs- ⁵"' spannung für den Differenzverstärker zur Verfügung steht. Der Zweck der bekannten Lichtschrankenanordnung besteht darin, langsame Änderungen der Signalhöhe, die z. B. durch Verschmutzungen der Optik, sich ändernde Strahlungsleistung der Quelle oder durch ^6Ü Verstärkerdrift verursacht werden, zu kompensieren. Das Ansprechen des Überwachungskreises auf das kurzzeitige Eintreten eines Gegenstandes in den Strahlengang wird durch die Kopplung des den Überwachungskreis unterbrechenden Schalters mit ⁶^ dem Relais verhindert.

Nachteilig an der bekannten Lichtschrankenanordnung ist, daß bei zunehmender Verschmutzung der Lichtschranke lediglich der Regelverstärker auf immer größere Verstärkungen eingeregelt wird, ohne daß die Ursache, nämlich die Verschmutzung beispielsweise in Form eines Alarmsignals zur Anzeige gebracht wird.

Um die Verschmutzung zumindest im Sende-Empfangsbereich eines Rauchdichtemeßgerätes anzuzeigen, ist es bereits bekanntgeworden (DE-GM 19 39 867), eine speziell für diesen Zweck vorgesehene Lichtschranke neben den eigentlichen Meß- und Vergleichslichtbündeln anzuordnen. Abgesehen davon, daß diese bekannte Verschmutzungs-Überwachungslichtschranke Verschmutzungen des Reflektors nicht signalisieren kann, würde ihre Anwendung bei einer Lichtschranke zu einem Verschmutzungssignal auch dann führen, wenn ein Hindernis den Lichtschrankenstrahlengang abdeckt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Lichtschrankenanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche mit einfachsten schaltungstechnischen Mitteln und geringem Aufwand ein von dem Hindernissignal klar zu unterscheidendes Verschmutzungssignal liefert. Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 vorgesehen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist sowohl bei nicht unterbrochener als auch bei durch ein Hindernis unterbrochener unverschmutzter Lichtschranke wenigstens einer der Schwellwertschalter geschlossen, wodurch der einwandfreie Betrieb der Lichtschrankenanordnung signalisiert wird. Wenn beide Schwellwertschalter geöffnet sind, so bedeutet dies, daß eine ständige Teilabdunklung

der Lichtschranke vorliegt, wie sie hauptsächlich durch eine Verschmutzung gegeben ist. Ein hierdurch ausgelöstes Verschmutzungssignal weist auf die gefährdete Funktionssicherheit der Lichtschrankenanordnung hin. ohne daß die Funktion bereits beeinträchtigt ist Ein Verschmutzungssignal erscheint grundsätzlich auch dann, wenn eine Teilabdunklung der Lichtschranke durch Einbringen eines kleinen Objektes, eine schwächer brennende Lichtquelle oder eine Veränderung der Eigenschaften des photoelektrischen Wandlers erfolgt oder vorgetäuscht wird. Dies stellt jedoch keinen Nachteil dar, weil auch diese Zustände funktionell Mangel der Lichtschranke darstellen, deren Beseitigung vor einem Ausfall der Lichtschrankenanordnung nur durch rechtzeitige Erkennung möglich ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet Die Ausführungsform nach Anspruch 7 hat den Vorteil, daß der erste Schwellwertschalter von einer konstanten Schaltspannung beaufschlagt wird, wobei die Regeispannung gleichzeitig zur Ansteuerung des Verschmutzungsanzeigerelais ausgenutzt werden kann. Der an den Komparator angelegte Speicher ist aber so ausgelegt, daß er den bei ununterbrochener Lichtschranke sich einstellenden Regelwert speichert, und auch während 2^:s der Zeiten an den Regelverstärker liefert während der ein Hindernis kurzzeitig in die Lichtschranke eindringt. Aufgrund entsprechender Verzögerungsmittel in dem Speicher spricht also die automatische Regelung während der Zeiten, in denen ein Hindernis sich in der m Lichtschranke befindet, nicht an.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 eine erste vorteilhafte Ausführungsform einer J5 sich selbst überwachenden Lichtschrankenanordnung,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform,

F i g. 3 eine mit elektronischen Schwellwertschaltern arbeitende Ausführungsform der Lichtschrankenanordnung, die

Fig.4 bis 7 verschiedene Ausführungsformen für einander durchsetzende Lichtschranken zur Verwendung bei den beschriebenen Lich'schrankenancrdnungen und

Fig.8 eine weitere Ausführungsform einer Licht-Schrankenanordnung.

In F i g. 1 ist bei 16 ein in Dunkelschaltung arbeitender Lichtstrahlschalter, bei 17 ein in Hellschaltung arbeitender Lichtstrahlschalter dargestellt. Der bei Dunkelheit geschlossene Lichtstrahlschalter 16 öffnet bereits bei w einer Helligkeit, die geringer ist als diejenige Helligkeit, bei der der bei Dunkelheit geöffnete Lichtstrahlschalter 17 schließt. Die beiden Lichtstrahlschalter 16, 17 sind also Schwellwertschalter mit unterschiedlicnen Schaltschwellen. Es gibt somit zwischen den beiden Helligkeitsschwellen einen Zwischenbereich, in dem beide Lichtstrahlschalter 16, 17 sich in der Offenstellung befinden. Dieser Position ist ein Verschmutzungssignal zugeordnet, das durch geeignete logische Verknüpfung der Schaltzustände gebildet wird. *>o

Bei einer einfachen praktischen Ausführungsform geh¹, die Verknüpfung so vor sich, daß der geschlossene Lichtstrahlschalter 16 eine Spannungsquelle 18 an ein e^rstes Hindernisanzeigerelais 11 anschließt, während der Lichtstrahlschalter ^;7 beim Schließen ein Ver- <" sehn; nzungsanzeigerelais !2 über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode 14 an d'° Sp&iinungsquelle tS anlegt. Der Li-Wstrahlschalter Ib ist außerdem über eine weitere Diode 13 mit dem Relais 12 verbunden.

Jedes Relais 11,12 weist einen Öffnungskontakt 1, III und einen Schließkontakt II, IV auf, so daß je nach dem Verschmutzungsgrad der Lichtschrankenanordnung und dem Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Hindernisses insgesamt folgende vier Schaltstellungen möglich sind:

Kontakt an I: Kein Hindernis

(Dunkel-Iichtstrahlschalter 16 offen)

Kontakt an II: Hindernis im Strahl

(Dunkel-Lichtstrahlschalter 16 geschlossen, Hell-Lichtstrahlschalter 17 offen)

Kontakt an III: Verschmutzung der Lichtschranke,
kein Hindernis

(Dunkel-Lichtstrahlschalter 16 offen; Hell-Lichtstrahlschalter 17 offen)

Kontakt an IV: Keine Verschmutzung

(Lichtstrahlschalter 16 oder 17 geschlossen).

Eine modifizierte Ausführungsform zeigt F i g. 2, welche sich von der Schaltung nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß zwischen die Diode 13 und das zweite Relais 12 ein Schließkontakt des zweiten Relais 12 eingeschaltet ist. Außerdem ist parallel zum Relais 12 ein RC-GYied geschaltet, um ein verzögertes Abfallen des Relais 12 für den Fall zu gewährleisten, daß die beiden Lichtstrahlschalter 16,17 kurzzeitig gemeinsam geöffnet sind. Die Verschmutzungsanzeige wird jetzt lediglich noch durch einen Öffnungskontakt III geliefert.

Bei sauberer Lichtschranke ist das Relais 12 ständig angezogen, weil es entweder über den Lichtstrahlschalter 16 und die Diode 13 oder über den Lichtstrahlschalter 17 und die Diode 14 an die Spannungsquelle 18 angelegt ist. Während der kurzen Umschaltzeit der Schalter 16, 17 hält das fiC-Glied das Relais 12 angezogen.

Im Falle der Verschmutzung der Lichtschranke sind ohne Hindernis beide Lichtstrahlschalter 16, 17 geöffnet, so daß das Relais 12 nach Ablauf der kurzen Verzögerungszeit des /?C-Gliedes abfällt und der Öffnungskontakt III an Spannung gelegt wird. Da aufgrund geeigneter Empfindlichkeitswahl der Lichtstrahlschalter 17 jetzt nicht mehr schließen kann, bleibt das bei III erscheinende Verschmutzungssignal so lange aufrechterhalten, bis die Lichtschranke wieder gesäubert ist.

F i g. 3 zeigt eine nur mit einer aus einer Lichtquelle 26 und einem photoeloktrische Wandler 27 bestehenden Lichtschranke arbeitende Anordnung, wobei der Wandler 27 über einen Verstärker 15 parallel an zwei elektronische Schwellwertschalter 19,20 angeschlossen ist. Die Schwelle des Schwellwertschalters 19 liegt bei geringer Helligkeit. Weiter weist der Schalter 19 ein Negationsglied auf, so daß an seinem Ausgang bei Beleuchtung des Wandlers 27 das Signal O ansteht. Der weitere Schweilwertschalter 20 hat eine bei größerer Helligkeit liegende Schwelle und weist kein Negationsglied auf.

Die an die beiden Schwellwertschalter 19, 20 anschließende Schaltung entspricht der an die Lichtstrahlschalter 16, 17 angeschlossenen Schaltung nach F i g. 2. Auch die Funktion ist die gleiche. Das RC-GWed ist nicht mit eingezeichnet worden, weil u. U. auch bereits die mechanische Trägheit des Relais zur Erzielung der erforderlichen Zeitverzögerung ausreicht.

Zur Verwirklichung der Lichtschrankenanordnunsen

nach den F i g. I und 2 werden einander zumindest teilweise durchsetzende Lichtschranken benötigt, für die einige Beispiele in den Fig.4 bis 7 gezeigt sind. In F i g. 4 sind zwei Sender-Empfängereinheiten 28 dargestellt, welche jeweils eine Lampe 26, einen Wandler 27, einen Strahlenteilerspiegel 29 und eine Optik 30 enthalten. Durch exakte Gegenüberstellung der beiden Sender-Empfängereinheiten werden zwei einander durchsetzende Lichtstrahlen 31 erzeugt. Die Wandler 27 speisen die Lichtstrahlschalter 16 bzw. 17. in

F i g. 5 zeigt eine Anordnung mit nur einer Lampe 26 und zwei photoelektrischen Wandlern 27, welche über einen etwas diffus reflektierenden Reflektor 32 beaufschlagt werden. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind alle elektrischen Bauelemente auf einer Seile der Überwachungsstrecke angeordnet

Eine weitere bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 anwendbare Lichtschrankenanordnung zeigt F i g. 7. Die beiden von den Sender-Empfängereinheiten 28 ausgehenden Lichtbündel überkreuzen sich, so daß ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 beide Sender-Empfängereinheiten gleich ausgebildet sein können.

Bei der Ausführungsform nach Fig.6 ist nur eine Sender-Empfängereinheit 28 vorgesehen, bei der ein lichtstrahl an einem Reflektor 32 in sich zurückgeworfen und über einen Strahlenteilerspiegel 29 auf einen einzigen Photoempfänger 27 gelenkt wird, welcher an den Verstärker 15 nach F i g. 3 anzuscl üeßen ist.

F i g. 8 zeigt eine weitere Lichtschrankenanordnung, welche beispielsweise mit einer Lichtschranke nach F i g. 6 arbeiten kann.

Der photoelektrische Wandler 27 ist an einen Regelverstärker 23 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Komparator 21 und einen Speicher 22 dem Regeleingang zugeführt ist. Außerdem ist der Ausgang des Regclverstärkers 23 an einen Schwellwertschalter 24 angeschlossen, an dem das Hindernisanzeigerelais 11 anliegt. Die Regelspannung ist außerdem über einen weiteren Schwellwertschalter 25 an das Verschmutzungsanzeigerelais 12 angelegt.

Bei nicht unterbrochener Lichtschranke wird der Ausgang des Regelverstärkers 23 auf einen vorbestimmten Pegel eingeregelt. Der Regelwert wird im Speicher 22 abgespeichert, damit er während der kurzen Zeiten, in denen sich ein Hindernis in der Lichtschranke befindet, weiter für den Regelverslärker 23 zur Verfügung steht. Der Speicher 22 enthält auch ein Zeitgiied, das eine automatische Regelung während der Einbringung eines Hindernisses in die Lichtschranke unterbindet.

Der Schwellwertschalter 24 erhält somit stets ein konstantes Grundsignal, das lediglich im Fall des Eindringens eines Hindernisses in den Lichtschrankenstrahl unterbrochen wird, worauf das Hindernisanzeigerelais 11 anspricht und die Umschaltung von Il auf I vollzieht.

Da die Regelspannung mit zunehmender Verschmutzung der Lichtschranke zunimmt, wird sie schließlich einen Wert erreichen, der zur Durchschaltung des weiteren Schwellwertschalters 25 ausreicht. Nunmehr wird das Verschmutzungsanzeigerelais 12 anziehen und bei III ein dauerndes Verschmutzungssignal abgeben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sich selbst auf Verschmutzungen überwachende Lichtschrankenanordnung mit einem von einer Lichtquelle zu einer photoelektrischcn Wandlereinrichtung verlaufenden Lichtbündel, das von einem Hindernis unterbrechbar ist, wobei zur Hindernisanzeige ein mit der Wandlereinrichtung gekoppelter, in Dunkelschaltung arbeitender Schwellwertschalter dient und ein Verschmutzungen erfassender, einen in Hellschaltung arbeitenden Schwellwertschalter aufweisender Uberwachungskreis vorgesehen ist, der von aus dem Hindernisnachweisbereich kommenden Licht beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in Hellschaltiung arbeitende is Schwellwertschalter (17; 20) bei riner größeren Helligkeit schaltet als der in Dunkelschaltung arbeitende Schwellwertschalter (16; 19) und daß ein der Helligkeit im Bereich zwischen den beiden Helligkeitsschwellen entsprechendes Verschmutzungssignal nur dann signalisierbar ist, wenn beide Schalter geöffnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschalter parallel an einen photoelektrischen Wandler (27) angeschlossene elektronische Schalter (19,20; 24,2S) sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschalter (16, 17) unterschiedlichen Lichtschranken zugeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden -Jo Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (18) über den in Dunkelschaltung arbeitenden Schwellwertschalter (16; 19) direkt an ein Hindernisanzeigerelais (11) und über einen ersten, in Durchgangsrichtung gepolten Gleichrich- '5 ter (13) an ein Verschmutzungsanzeigerelais (12) und außerdem über den in Hellschaltung arbeitenden Schwellwertschalter (17; 20) sowie einen zweiten, in Durchgangsrichtung gepolten Gleichrichter (14) an das Verschmutzungsanzeigerelais (12) angeschlossen isL

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schließkontakt (12") des über den zweiten Gleichrichter (14) an den in Hellschaltung arbeitenden Schwellwertschalter (17) angeschlossenen Verschmutzungsanzeigerelais (12) zwischen den ersten Gleichrichter (13) und das Verschmutzungsanzeigerelais (12) geschaltet ist, wobei das Verschmutzungsanzeigerelais (12) eine Abfall-Zeitkonstante aufweist die größer ist als die Umschaltzeit der Schwellwertschalter (16,17).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der elektronischen Schalter (19) mit einem Negationsglied zusammengeschaltet ist

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der photoelektrische Wandler (27) an einen Regelverstärker (23) angeschlossen ist dessen Regelgröße über einen Speicher (22) von einem Komparator (2t) abgeleitet ist der die Ausgangsspannung des Regelverstärkers (23) bei ununterbrochener Lichtschranke mit einem konstanten Bezugspegel vergleicht und daß der Ausgang des Regelverstärkers (23) über den ersten Schwellwertschalter (24) an das Hindernisanzeigerelais (11) und die Regelspannung über den zweiten Schwellwertschalter (25) an das Verschmutzungsanzeigerelais (12) angeschlossen ist.