DE2704565B2

DE2704565B2 -

Info

Publication number: DE2704565B2
Application number: DE2704565A
Authority: DE
Inventors: Arthur Dr.-Ing. 7808 Waldkirch Walter
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1977-02-03
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2704565A1; CH624482A5; JPS5397479A; FR2379825B1; FR2379825A1; IT7819665A0; SE7801247L; DE2704565C3; US4388528A; CA1134474A; IT1092377B

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Lichtschranke zur Überwachung eines Bahnüberganges bekannt (DE-OS 25 Ol 244), bei wi der neben einem im Strahlengang des direkten Lichtes angeordneten ersten fotoelektrischen Wandler ein zweiter Wandler angeordnet ist, der im wesentlichen nur auf Fremd- oder Störlicht anspricht und dessen Ausgangssignal zur Bedämpfung des Ausgangssignals b> des ersten fotoelektrischen Wandlers verwendet wird. Diese Lichtschranke zeigt jedoch Unterbrechungen des Überwachungsbereiches dann nicht mehr sicher an, wenn der Störlichtpegel am ersten Wandler in die Größenordnung des Nutzlichtpegels oder sogar wesentlich darüber gelangt

Weiter ist bereits eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels zwecks Ausrichtung und Führung eines Gegenstandes im Verhältnis zu einem Bezugslichtbündel bekannt (DE-OS 21 44 927), bei der der lineare Abstand zwischen dem Mittelpunkt der fotoempfindlichen Fläche und dem Schnittpunkt der Achse des Lichtbündels mit der Fläche meßtechnisch erfaßt werden solL Diese bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch nicht als weitgehend fremdlichtunabhängige Lichtschranke, weil bei Unterbrechung des direkten Lichtes zum ersten fotoelektrischen Wandler das Störlicht allein noch einen Ausgangssignalpegel hervorrufen kann, der oberhalb der Ansprechschwelle der Warneinrichtung liegt Dies wäre aber ein sehr gefährlicher Zustand, weil ein Hindernis in der Lichtschranke auf diese Weise nicht zur Anzeige käme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß durch Fremdlicht ein Ansprechen nie verhindert, sondern allenfalls vorzeitig bewirkt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst

Auf diese Weise wird Störlicht entsprechend seiner Stärke eine Erniedrigung des der Warneinrichtung zugeführten Signals bewirken, so daß diese bei geringen Störlichtpegeln in ihrem Ansprechverhalten praktisch unbeeinflußt bleibt, bei größeren Störlichtpegeln schon bei geringeren Schwächungen des direkten Lichtes zum ersten Wandler anspricht und bei sehr hohen Störlichtpegeln sogar ohne Schwächung des direkten Lichtes anspricht Die Erfindung geht dabei davon aus, daß der Ort der Störlichtquelle aus geometrischen Gründen nicht der Ort der eigentlichen Gerätelichtquelle oder des Reflektors sein kann. Da andererseits die Optik das von der Lichtquelle kommende direkte Licht im wesentlichen auf den ersten Wandle- konzentriert, wird das Störlicht bevorzugt die den ersten Wandler umgebenden Bereiche beaufschlagen, wo der zweite Wandler angeordnet ist Störlicht kann also nicht zu einer Nichterkennung eines Hindernisses im Überwachungsbereich führen, sondern allenfalls zu einer Hindernisanzeige, was aber erwünscht ist, da hierdurch die Bedienungsperson auf das Vorhandensein eines Übermaßes an Störlicht hingewiesen wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet. Durch die Ausführungsform nach Anspruch 6 wird gewährleistet, daß schon Störlicht von geringerer Intensität die Warneinrichtung zum Ansprechen bringt. Durch geeignete Gewichtung der Signale des ersten bzw. zweiten fotoelektrischen Wandlers kann somit die Vorrichtung auf das Ansprechen bei einem vorbestimmten Störlichtpegel eingestellt werden.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 7 muß darauf geachtet werden, daß der Verstärker keine Phasenumkehr bewirkt, wenn die beiden Wandler mit ihren Polaritäten gegeneinandergeschaltet sind.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschriebenen dieser zeigt

Fig. I eine schematische Draufsicht einer ersten baulichen Wandleranordnung,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer weiteren baulichen Wandleranordnurig für eine mit einem Fahrstrahl arbeitenden Vorrichtung,

F i g. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten

Ausführungsform,

F i g. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform und

F i g. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren möglichen Ausführungsform, welche analog der nach F i g. 4 arbeitet

Nach F i g. 1 ist um einen das direkte Lichtbündel einer Lichtschranke oder eines Lichtvorhanges empfangenden ersten photoelektrischen Wandler 11 herum ein zweiter photoelektrischer Wandler 12 gelegt, welcher ι ο im wesentlichen nur Störlicht empfängt Fig.2 zeigt demgegenüber eine Anordnung, bei der auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Wandlers 11 Teilwandler 12a, 126 angeordnet sind, die parallel geschaltet sind, so daß sie zusammen einen zweiten photoelektrischen Wandler bilden. Es stehen so zwei Ausgangssignale zur Verfügung.

Nach F i g. 3 sind der erste Wandler 11 und der zweite Wandler 12 im Eingangskreis einer elektronischen Schwellwertschaltung 13 mit entgegengesetzten Polari- 2» täten an einen Widerstand 14 angelegt Da man die vorzugsweise durch Photoelemente gebildeten Wandler im Kurzschlußbetrieb bzw. bei niederohmigem Abschluß als Stromquellen mit unendlich hohem Widerstand auffassen kann, beträgt die an der Schwellwert- -· schaltung 13 anliegende Ausgangsspannung U₃

wobei R der Widerstandswert des Widerstandes 14 ist. jr> Aus dieser Beziehung ergibt sich, daß für /ι = k gilt·"

U₃=O.

Die Schwellwertschaltung 13 hat eine Schwelle 4 unterhalb der sie an ein Anzeigegerät oder eine ij Signallampe 18 oder einen Ausgang 19 zur Auslösung irgendwelcher Sicherheitsschaltmaßnahmen ein Schaltsignal liefert Für ^=O würde also bei einem Wert /Ί < i_s geschaltet für /Ί > i, nicht Bei idealem, d. h. störlichtfreiem, Betrieb irbeitet die Schaltung also wie vorgesehen. Für den Fall, daß Störlicht auftritt, entsteht zunehmend auch ein Strom k, so daß die Schaltschwelle i_s schon bei höheren Werten von h unterschritten wird. Ein durch das Unterschreiten des Normalwertes von U signalisierter Gefahrenzustand wird also schon vor Erreichen 4; desselben, d. h. auf jeden Fall nich: zu spät angezeigt. Durch nicht zu große Wahl von i_s kann erreicht werden, daß erst bei größeren Störlichtströmen k eine Unter schreitung der Schaltschwelle erfolgt.

Um auch im Falle eiriv" gleichmäßigen Verteilung des v> Störlichtes über beide Wandler 11, 12 oberhalb eines bestimmten Störlichtpegels ein Ansprechen der Schwellwertschaltung 13 zu erreichen, kann man die Ausgangssignale der Wandler 11, 12 mit unterschiedlicher Gewichtung berücksichtigen. Die kann z. B. mit der r. Schaltung nach Fig.4 erfolgen. Betrachtet man wieder die durch Photoelemente gebildeten Wandler 11 und 12 als Stromquellen mit unendlich großem Innenwiderstand, dann liefert der Nutzwandler 11 einen Strom /π, welcher an einen mit ihm zusammengeschalteten w> Widerstand 15, welcher einen Wert η haben möge, einen Spannungsabfall

Der Widerstand 15 liegt mit einem weiteren Widerstand 16, der einen Wert /5 hat, in Reihe. Die Reihenschaltung liegt am Eingang der elektronischen Schwellwertschaltung 13 und ist im übrigen dem zweiten Wandler 12 parallel geschaltet Die Wandler 11 und 12 sind wieder polaritätsmäßig gegeneinander geschaltet

Aufgrund dieser Schaltung ergibt sich für den Spannungsabfall aufgrund des Stromes /12 des Wandlers 12:

l/ii = iu-(ri + r,). (3)

Die Ausgangsspannung U₃, weiche an die Schwellwertschaltung 13 angelegt wird, beträgt, sofern der Eingangswiderstand R₃ der Schaltung 13 als unendlich angenommen wird:

<ii

-hi

-fr,).

Für den Fall, daß der Eingangs'viderstand R₃ der Auswerteschaltung 13 endlich ist gilt für den Spannungsabfall U, folgende Beziehung:

u _ Γ,

^υa — \ h\

(5)

(6)

U₁, = ;,

(2)

hervorruft.

Man erkennt daraus, daß der Strom i_n des Wandlers 12 um den Faktor (n + /2)/η wirksamer ist als der Strom /11 des Wandlers 11. Durch geeignete Wahl dieses Faktors kann nun eine Empfindlichkeitseinstellung derart vorgenommen werden, daß nur ab einem vorbestimmten Störlichtpegel ein Schaltsignal an der Schwellwertschaltung 13 erscheint Die auf diese Weise erreichte Sicherheit ist dabei so groß, daß insbesondere bei Geräten mit Fahrstrahl selbst Störlichtquellen vor dem Reflektor, also innerhalb der zu überwachenden Fläche, als Hindernis gemeldet werden.

Die Empfindlichkeit für Störlicht kann durch Blenden, Filter u. dgl. weiter herabgesetzt werden. Insbesondere beim Einsatz entsprechender Blenden, z. B. bei Fahrstrahlgeräten, kann statt mit einem oder mehreren den Wandler 11 umgebenden Wandlern 12 aucii nur mit zwei zu beiden Seiten des Wandlers Ii angeordneten Teilwandlern 12a, 12ft gemäß F i g. 2 gearbeitet werden.

Anstelle der Schaltung nach Fig.4 können nach F i g. 5 die Wandler 11,12 auch über einen Verstärker 17 gegeneinander geschaltet werden, und zwar wieder derart, daß der Einfluß des Wandlers 12 größer ist. Die Empfindlichkeit könnte durch Verwendung eines Regelverstärkers ermöglicht werden. Der Verstärker i7 ist so gestaltet, daß er keine Phasenumkehr hat. Sofern dtr bingangswiderstand der Schwellwertschaltung 53 den Wert RA hat und die Verstärkung des Verstäikers 17 mit ^angenommen wird, erhält man am Eingang der Schaltung 13 eine Spannung U₁ wie folgt:

U.. = (ί,, - V I₁₂)RA. (7)

Bei einem sehr niederohmigen Eingang der Auswer-(eschaltung 13 ergibt sich ein Eingangsstrom i₃ wie folgt:

'„ = '11 - ^'u- (8)

Es liegt mithin eine gleiche Wirkungsweise vor, wie sie Gleichung (5) bzv (6) beschreiben.

I UIaIl Zeiclinunticn

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtelektrische Vorrichtung zum Nachweis der Anwesenheit eines Gegenstandes in einem Überwachungsbereich mit einem Lichtsender, einem im Strahlengang des Lichtsenders hinter dem Überwachungsbereich angeordneten ersten photoelektrischen Wandler, mit einem in unmittelbarer Nähe des ersten Wandlers, aber außerhalb des direkten ι ο Strahlengangs angeordneten zweiten photoelektrischen Wandler und mit einer von den elektrischen Ausgangssignalen der beiden Wandler beaufschlagten Auswerteschaltung zur Erzeugung eines gegen Fremdlichteinfluß kompensierten Steuersignals, welches eine eine Ansprechschwelle besitzende Warneinrichtung betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Subtraktionsschaltung zur Erzeugung des Steuersignals aus dtr Differenz der elektrischen Ausgangssignale der beiden Wandler (ί ί, 12) umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wandler (12) den ersten Wandler (11) umgibt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wandler (12) aus zwei oder mehr Einzelwandlern (12a, 12b) besteht, welche auf zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten Wandlers (11) angeordnet und parallel geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden )n Ansprüche, dv Jurch gekennzeichnet, daß die Wandler aus Photoelementen (11,121 bestehen, welche mit entgegengesetzter Polung einem Widerstand (14) parallel geschaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, π dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionsschaltung Mittel (15, 16; 17) zur Vergrößerung des elektrischen Ausgangssignals des zweiten Wandlers (12) relativ zu dem des ersten Wandlers (11) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein den ersten Wandler (11) bildendes erstes Photoelement einem ersten Widerstand (15) parallel geschaltet ist und daß ein den zweiten Wandler (12) bildendes zweites Photoelement mit entgegengesetzter Polung einer Reihenschaltung r> des ersten Widerstands (15) mit einem zweiten Widerstand (16) parallel geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtraktionsschaltung einen Verstärker (17) zur Verstärkung des Ausgangssi- in gnals des zweiten Wandlers (12) vor der Differenzbildung aufweist.