DE2704565C3

DE2704565C3 -

Info

Publication number: DE2704565C3
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: 1979-10-18
Also published as: IT7819665A0; CA1134474A; FR2379825A1; IT1092377B; FR2379825B1; SE7801247L; US4388528A; DE2704565B2; CH624482A5; JPS5397479A; DE2704565A1

Description

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

Es ist bereits eine Lichtschranke zur Überwachung eines Bahnüberganges bekannt (DE-OS 25 01 244), bei 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 Ausgangüsignals 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 2! 44 927), bei der der lineare Abstand zwischen dem Mittelpunkt der fotoempfmdlichen Fläche und dem Schnittpunkt der Achse des

ίο 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 zugefährten 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

η Ort der Störlichtquelle aus geometrischen Gründen nicht der Ort der eigentlichen Gerätelichtquelie oder des Reflektors sein kann. Da andererseits die Optik das von der Lichtquelle kommende direkte Licht im wesentlichen auf den ersten Wandler 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 fotoeiektrischen 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 beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht einer ersten baulichen Wandleranordnung,

t . F i g. 2 eine schematische Draufsicht einer weiteren baulichen Wandleranordnung 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 s nach F i g. 4 arbeitet

Nach Fig. 1 ist um einen das direkte Lichtbündel einer Lichtschranke oder eines Lichtvorhaages empfangenden ersten photoelektrischen Wandler 11 herum ein zweiter photoelektrischer Wandler 12 gelegt welcher 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 1! und der zweite Wandler 12 im Eingangskreis einer elektronischen Schwellwertschaltung 13 mit entgegengesetzten Polaritäten 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 Schwellwertschaltung 13 anliegende Ausgangsspannung U₃

U₁₁ = Ui - i₂)R· (D

, wobei R der Widerstandswert des Widerstandes Ά ist Aus dieser Beziehung ergibt sich, daß für /Ί = h gilt:

U₃

35

O.

Die Schwellwertschaltung 13 hat eine Schwelle /» unterhalb der sie an ein Anzeigegerät oder eine Signallampe IS oder einen Ausgang 19 zur Auslösung irgendwelcher Sicherheitsschaltmaßnahmen ein Schaltsignal liefert. Rir ;₂ = 0 würde also bei einem Wert /1 < ;_s geschaltet, für /_t > /_s nicht Bei idealem, d. h. störlichtfreiem. Betrieb arbeitet die Schaltung also wie vorgesehen. Für den Fall, daß Störlicht auftritt entsteht zunehmend auch ein Strom k, so daß die Schaltschwelle i, schon bei höheren Werten von h unterschritten wird. Ein durch das Unterschreiten des Normalwertes von /Ί signalisierter Gefahrenzustand wird also schon vor Erreichen 4i desselben, d. h. auf jeden Fall nicht zu spät angezeigt. Durch nicht zn große Wahl von /, kann erreicht werden, daß erst bei größeren Störlichtströmen /₂ eine Unterschreitung der Schaltschwelle erfolgt.

Um auch im Falle einer gleichmäßigen Verteilung des 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 Schaltung nach F i g. 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 /n, welcher an einen mit ihm zusammengeschalteten Widerstand 15, welcher einen Wert η haben möge, einen Spannungsabfall

t>o

= Z₁₁ τ,

(2)

hervorruft.

Der Widerstand 15 liegt mit einem weiteren Widerstand 16^ der einen Wert η hat in Reihe Die Reihenschaltung liegt am Eingang der elektronischen Schwellwertschaltung 13 und ist im übrigen de.-n 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:

U₁₂ = Hi-Ir₂ + *). (3)

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

+r₂).

(4)

Für den Fall, daß der Eingangswiderstand R, der Auswerteschaltung 13 endlich ist gilt für den Spannungsabfall U, folgende Beziehung:

R.

= ['11 h - 'i2<^r

=
L

₁ ,
'11 - '12

Ί R„r, J R„ + r, + r₂

(5)

(6)

Man erkennt daraus, daß der Strom /12 des Wandlers 12 um den Faktor (Vi + rfilry wirksamer ist als der Strom /11 des Wandlers U. 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 salbst 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 Il umgebenden Wandlern 12 auch nui mit zwei zu beiden Seiten des Wandlers ii angeordneten Teilwandlern 12a, \2b 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 17 ist so gestaltet, daß er keine Phasenumkehr hat. Sofern der Eingangswiderstand der Schwellwertschaltung 13 den Wert RA hat und die Verstärkung des Verstärkers 17 mit V angenommen wird, erhält man am Eingang der Schaltung 13 eine Spannung U₁ wie folgt:

U. = Uu - V ■ I₁₂)RA . (7)

Bei einem sehr niederohmigen Eingang der Auswerteschaltung 13 ergibt sich ein Eingangsstrom /„ wie folgt:

'„ ='u - Ki₁₂. (8)

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

Hierzu 1 BIaIl Zeichnungen

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 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 der Differenz der elektrischen Ausgangssignale der beiden Wandler (11.12) 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, 12ty besteht welche auf zwei gegenüberliegenden Seiten des ersten Wandlers (11) angeordnet und parallel geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler aus Photoelementen (11,12) bestehen, welche mit entgegengesetzter Polung einem Widerstand (14) parallel geschaltet sind.

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

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß ein den ersten Wandler (11) bitelendes erstes Photoelement einem ersten Widerstand (15) parallel geschaltet ist und daß ein den /.weiten Wandler (12) bildendes zweites Photoelement mit entgegengesetzter Polung einer Reihenschaltung 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 Ausgangssignals des zweiten Wandlers (12) vor der Differenzbildung aufweist.