DE2630717A1 - Einspaltige lichtschrankenmatrix mit digitalisiertem fahrstrahl in selbststeuerung - Google Patents

Description

• Einspaltige Lichtschranken-Matrizen im Reflex- oder Sender-
• En'er-Betrieb für großfläQhÜberwachungsaufgaben im folgenden Lichtgitter genannt.
• a) Anwendungsgebiete für Lichtgitter: Großflächige fotoelektrische Überwachungsaufgaben 1. als Unfallschutzgeräte an Pressen etc. mit besonderer Rücksicht auf Gesundheit und Leben des Pressenpersonals, 2. als Durchhang-, Kanten- und Mittenregelung, 3. als digitalisierte Längen- bzw. Höhenmeßeinrichtung, 4. als Auswerfkontrolle, 5. an Fördereinrichtungen, an denen das Fördergut nicht örtlich definiert, sondern innerhalb senkrecht zur Förderrichtung bestehender örtlicher Toleranzgrenzen geführt wird, die durch eine Einzellichtschranke nicht zu erfassen sind (z.B. Rollgänge, auf denen verbogene Knüppel gefördert werden.) b) Konstruktionsprinzipien von Lichtgittern: Licht gitter sind im wesentlichen eine Anzahl von zeilenförmig übereinander angeordneten Lichtschranken, die dem Anwendungszweck entsprechend untereinander verknüpft werden.
• Folgende Bauweisen sind bekannt: 1. Glühlampenzeilen mit zugeordneten Gleichlichtempfängerzeilen.
• Nachteile: Hohe Fremdlichtempfindlichkeit; geringes optisches Auflösevermögen; geringe Leistungsreserven; hoher Leistungsverbrauch; die Verknüpfungsmöglichkeiten lassen nicht die Konsbruktion eines selbstüberwachenden Lichtgitters zu, daher sind Geräte dieser Art als Pressenschutzgeräte nicht zugelassen.
• Vorteil: Einfacher Aufbau.
• 2. Gallium-Arsenid-Wechsellichtzeilen mit zugeordneten Wechdellichtempfängerzeilen, 2.1. Lichtgitter im Gleichtaktbetrieb.
• Nachteile: Geringe optische Auflösung (Oberstrahlung der unterbrochenen Lichtschranke durch die Nachbarlichtschranken); hohe Leistungsaufnahme; aufwendige Verknüpfung, da die gleichzeitig anstehenden Ausgangssignale aller Lichtschranken aus Sicherheitsgründen nicht in einer einfachen Logisch-Und-Verknüpfung zusammengefaßt werden dürfen-sie müssen in geeigneter Form verzögert und zeitlich hintereinander gestaffelt werden; nicht homogen erweiterbar.
• Vorteil: Da jedem Fotoempfänger ein Verstärker zugeordnet ist, läßt sich Fremdlichtunempfindlichkeit realisieren.
• 2.2. Lichtgitter jedoch im Multiplexbetrieb vermittels digitaler Ringzähler bzw. Schieberegister.
• Dieses System ist nur dann sinnvoll, wenn Fotosender und Fotoempfänger synchron getaktet werden und die Empfangssignale einem zentralen Verstärker zugeführt werden.
• Nachteile: Durch das sequentielle Schalten der Empfangswandler treten bei Gleichlichtbelastung der Fotoempfänger Schaltimpulse auf, die vom Einstellen der Ruhepotentiale im Augenblick des Schaltens herrühren; mit der vorgenannten Begründung keine Fremdlichtfestigkeit realisierbar; Einsatz digitaler und analoger Systeme erforderlich; Selbstüberwachung nur durch vollständige Redundanz möglich.
• Vorteil: Homogen erweiterbar.
• c) Die vorliegende Erfindung ist ein Lichtgitter, das mit einem digitalisierten Fahrstrahl in Selbststeuerung arbeitet.
• 1. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jedem Fotosender eine eigene monostabile Kippstufe zugeordnet ist, die den Sendeimpuls liefert und jedem Empfangstransistor ein eigener gesteuerter Verstärker zugeordnet ist, deren Funktionsablauf gemäß Abb. 1 folgendermaßen beschrieben wird: Der Start des Lichtgitters erfolgt durch einen extern aufgeschalteten Startgenerator f, der nur dann Startimpulse an das Sender-Monoflop S1 liefert, wenn sich die redundanten Speicherstufen WA und tB beide in unerregtem Zustand befinden. Das für eine Zeit von etwa ti = 20vus durchgeschaltete Sender-Monoflop S5 schaltet den Empfänger E1 auf. Ist der Lichtweg S1-E1 frei, wird das empfangene, verstärkte und gekippte Signal nach etwa 4 es am Empfängerausgang erscheinen. Die Vorderflanke des Signales setzt das Sende-Monoflop S1 vor Ablauf der Zeit ti zurück und unterbricht damit einerseits das Sendesignal und sperrt gleichzeitig die Impulsweitergabe von E1. Die so herbeigeführte Rückflanke des Empfangssignales von E1 schaltet das Sende-Monoflop S2 ein. Dieser Funktionalismus setzt sich bis zur Lichtschrankenkombination LSn fort, wo die Rückflanke von En die beiden nachtriggerbaren Speicher tA und <CB erregt sowie das Sende-Monoflop S1 erneut startet. t A und gB stoppen den Startgenerator und schalten die beiden redundanten Relais A und B durch.
• Ein durch ein lichtundurchlässiges Hindernis unterbrochener Lichtstrahl führt sofort zu einer Unterbrechung der durch das Lichtgitter laufenden Impulswelle, wodurch 1>A und tB nicht nachgetriggert werden und die Relais A und B abfallen. Ebenso führt ein Defekt in einem der Lichtschrankenelemente zu einer Unterbrechung der Impulswelle.
• Da die Tastung der Verstärker an Ausgangsimpulsnullpotentilalen erfolgt, sind Fehlerimpulse durch Ruhepotentialeinstellung im Schaltmoment ausgeschlossen.
• 2. Wird das Lichtgitter als Unfallschutz-Lichtgitter eingesetzt, so kommt eine zweite Erfindung zur Anwendung, die der Sicherheit der Personen dienen soll, die an mit dem Unfallschutz-Lichtgitter gesicherten Maschinen arbeiten, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die redundanten Ausgangswechselkontakte a und b "über Kreuz" geschaltet sind (Abb. 2): Sollten die redundanten Speicherstufen tA und A B nicht gleichsinnig schalten oder entsprechende Effekte auftauchen, so wird in jedem Fall ein Kurzschluß erzeugt, der nach dem Durchbrennen der Schmelzsicherung Si den Ausgangsschaltstromkreis unterbricht.
• Da jedoch ein absolut gleichzeitiges Ein- bzw. Ausschalten der Speicherstufen tA und gB nur durch hohen Abgleichaufwand realisierbar ist, ist eine als Flankenlogik bezeichnete nachtriggerbare mono stabile Kippstufe etc mit einem nachgeschalteten Relais C eingefügt worden mit folgender Funktion: Dies bedeutet, daß der Kontakt c im Ausgangs stromkreis für etwa 50 ms unterbricht, wenn an tA oder t B eine Vorder- oder Rückflanke der SpeicherimpuT7eauftauchen.
• Während dieser 50 ms haben die Relais'A und B Zeit, umzuschalten, ohne daß die Sicherung Si durchbrennen könnte.
• Sollten die Relais nach dieser Zeit nicht gleichsinnig umgeschaltet haben, so liegt ein Defekt vor und die Sicherung Si wird durchbrennen, wodurch der Ausgangsstromkreis unterbrochen wird und die zu überwachende Maschine stillgelegt wird.
• 3. Wird das Lichtgitter im Reflexbetrieb verwendet, so kommt eine weitere Erfindung zur Anwendung, die dadurch sekennzeichnet ist, daß unmittelbar vor die Gallim-Arsenid-Sendedioden schmale Schlitzblenden gesetzt werden, deren Schlitzbreiten so dimensioniert sind, daß die Abbildungen der Schlitze auf dem Reflektor in der vorgegebenen Entfernung des Reflektors vom Lichtgitter gerade so groß sind wie das Objekt, durch das das Lichtgitter unterbrochen werden soll (z.B. der Arm der Person, die durch das Lichtgitter geschützt werden soll).
• d) Siehe c).
• e) Mit dieser Erfindung werden folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt : 1. Größtmögliche Lichtlaufgeschwindigkeit und damit geringste Zugriffzeiten im Falle einer Lichtsitterunterbrechung durch Einzelimpulssteurerung und 2. Impulslaufzeitbesrenzunea durch Selbststeuerung.
• 3. Hohe Betriebssicherheit, da im Regelfall erst die Vorderflanke eines empfangenen Impulses den Sender stoppt.
• 4. Höchster Selbstüberwachungseffekt, da erst die Rückflanke eines empfangenen Impulses die folgende Lichtschranke aktiviert.
• 5. Durch die Selbststeuerung ist keine perifere Steuerlogik erforderlich.
• 6. Das System läßt sich beliebig erweitern, da keine perifere Steuerlogik notwendig ist.
• 7. Gerinqster Leistungsverbrauch, der sich lediglich um die Summe der Ruheströme der miteinander verküpften Lichtschranken verändert.
• 8. Gleichlichtunempfindlich bis 100 000 Lux.
• 9. Störimpulsfest.
• 10. Wegen der Schlitzblenden kann auf eine Einstellung der Empfindlichkeit der Einzellichtschranken verzichtet werden.
• 11. Selbstüberwachung der Ausgangskontakte 12. Da jede Lichtschrankeneinheit im Lichtgitterverband ein gekipptes Ausgangssignal -liefert, kann das Lichtgitter zu digitalen Echtwertmessungen herangezogen werden (Durchhangregelung, Kantenregelung, etc).

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Für Lichtgitter nach dem Schieberegisterprinzip in Selbststeuerung derart, daß eine monostabile Ansteuerstufe für eine Gallium-Arsenid-Diode durch die Rückflanke des Empfangsimpulses der vorhergehenden Lichtschrankenempfangseinheit gestartet wird, wodurch gleichzeitig der zugehörige Empfänger für das zu erwartende Lichtsignal aufgeschaltet wird, dessen Vorderflanke - nachdem es durch den Empfangsverstärker aufbereitet worden ist - den Sendeimpuls abschneidet, wodurch wiederum der zugeordnete Empfänger abgeschaltet wird, wobei die gesamte Anordnung elektronisch zu einem Ring zusammengeschaltet wird.
2. 2. Für Lichtgitter bzw. Schutzlichtschranken, bei denen eine Überwachung der Ausgangskontakte selber dadurch realisiert worden ist, daß ein redundantes Paar von Umschaltkontakten über Kreuz" geschaltet wird, und der Umschaltvorgang durch einen weiteren Kontakt, der von einer Flankenlogik, die auf ansteigende wie auf abfallende Flanken reagiert, geschützt wird.
3. 3. Für Lichtgitter bzw. Lichtschranken deren Lichtsender oder/ und Empfangswandler mit Schlitz blenden abgeblendet werden, um gemäß der optischen Abbildungsgesetze einen eingeengten Schaltbereich sicher zu stellen.

   Anmerkung: Gemäß Pkt. 3. der Beschreibung und Pkt. 3 der Patentansprüche erscheint ein Gebrauchsmusterhilfsanmeldung gerechtfertigt, da zur zuverlässigen Inbetriebnahme der Lichtgitter eine individuelle Einstellung der einzelnen Lichtschranken entfällt.

   Patentnebenanspruch: Der Patentnebenanspruch bezieht sich auf eine Erfindung, die die Elektroniksteuerung wie in Pkt.1 der Patenthauptansprüche beschrieben, besonders elegant erscheinen läßt.

   Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Taktung des Empfangsverstärkers am Kompensationseingang des Siemens-Verstärkers der Type TCA 331 und verwandte Typen vorgenommen wird. Da dieser Punkt des Verstärkers im Fall der Aussteuerung zwei Basis-Emitterstrecken (entsprechend 1,2 Volt) über Null-Potential liegen, kann die Aufschaltung des Verstärkers mittels einer Auskoppeldiode D unmittelbar über die Gallium-Arsenid-Diode des Lichtsenders erfolgen.

   Wird die Gallium-Arsenid-Diode ausgesteuert, tritt an ihr ein Spannungsabfall 2 V auf, der mithin auch größer ist, als der zur Aussteuerung zweier Silizium-Basis-Emitterstrecken notwendige Spannungshub von 1,2V. Im Zusammenspiel mit der Auskoppeldiode kann also ein Empfangssignal des Verstärkers, das am Kompensationseingang erscheint den Offen-Kollektorausgang des Verstärkers rückwirkungsfrei aus steuern.

   Um nun den Verstärker sicher zu sperren, wenn kein Sendeimpuls erwartet wird, ist es notwendig, die Sendediode mit einem Widerstand R3 von einigen hundert Ohm zu shunten, wobei berücksichtigt ist, daß R3 wesentlich kleiner ist, als die Summe der den beiden Basis-Emitterstrecken des Verstärkerausgangstransistors parallel geschalteten Widerständen R1 und R2 (siehe dazu Abb. 3).

   Voraussetzung für die Wirksamkeit dieser Schaltungsanordnung ist ein nicht gegengekoppelter Betrieb des integrierten Verstärkers. Ein stabiler Betrieb des Verstärkers wird durch einen Eingangsspannungsteiler aus R4, R5 und R6 erreicht.