DE2824582C3 - Lichtschranke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung bezieht sich sowohl auf denjenigen Lichtschrankentyp, bei dem Lichtsender und -empfänger auf entgegengesetzten Seiten einer Überwachungsstrecke angeordnet sind, als auch auf denjenigen Lichtschrankentyp, bei dem Lichtsender und Lichtempfänger am einen Ende der Überwachungsstrecke angeordnet sind, während ein am anderen Ende der Überwachungsstrecke vorgesehener Reflektor, insbesondere Retroreflektor, das vom Sender durch die Überwachungsstrecke geschickte Licht zum Empfänger zurück reflektiert

Bei dem letztgenannten Typ von Lichtschranken sind der Lichtempfänger und der Lichtsender im allgemeinen in einem Gehäuse vereinigt, wobei das Frontobjektiv des Lichtsenders auch für den Empfang verwendet wird und im Inneren des Lichtsender-Empfängers zwischen der Lichtquelle, insbesondere einer GaAs-Diode, und dem Frontobjektiv eine Strahlenteilung stattfindet, aufgrund der das Empfangslichtbündel vom Sendelichtbündel getrennt und auf einen photoelektrischen Wandler gelenkt wird. Es ist aber auch möglich, unmittelbar neben dem Sende-Frontobjektiv ein Empfangs-Frontobjektiv anzuordnen, welches das Empfangslichtbündel, das aufgrund geringer Streuwirkung vom Reflektor zum Empfangs-Frontobjektiv gelangt, auf den photoelektrischen Wandler konzentriert In beiden Fällen wird im vorliegenden Fall von Autokollimationslichtschranken gesprochen. Der Vorteil dieser Lichtschranke besteht darin, daß elektrische Anschlüsse nur auf einer Seite der Überwachungsstrekke vorgesehen werden müssen, während auf der anderen Seite der Überwachungsstrecken nur ein relat'v justierunempfindlicher Retroreflektor anzubringen ist.

Ein besonderes Problem bei Lichtschranken, die mit unsichtbarem, also beispielsweise ultraviolettem oder infrarotem Licht arbeiten, besteht bei der Ausrichtung bzw. Justierung der Lichtschrankenanordnung. Es gibt bereits eine Anzahl von Ausrichthilfen bzw. Ausrichtverfahren, durch welche die Ausrichtarbeit erleichtert wird. So ist es bereits bekannt (DE-AS 22 15 136), am Lichtsender/Empfänger eine Strahlungsquelle im sichtbaren Spektralbereich anzuordnen, deren Strahlenbündel am Reflektor erkannt werden kann. In nachteiliger Weise ist also hier eine zusätzliche Lichtquelle im sichtbaren Spektralbereich erforderlich. Dies gilt auch für eine weitere bekannte Anordnung zum Justieren einer mit unsichtbarer Strahlung in Autokollimation arbeitenden Lichtschranke (DE-PS 15 47 451), wo durch Schwenken eines Strahlenteilerspiegels zwischen der unsichtbares Licht aussendenden Lichtquelle und dem Frontobjektiv das Lichtbündel einer Glühlampe in den Überwachungsbereich eingespiegelt werden kann. Abgesehen davon, daß auch bei dieser Anordnung eine fest eingebaute, genau justierte Quelle für sichtbares Licht erforderlich ist, muß der Strahlenteilerspiegel in nachteiliger Weise drehbar ausgebildet sein. Die Verdrehung des Spiegels muß mit hoher Genauigkeit erfolgen, damit das von der Glühlampe her eingespiegelte Licht exakt den gleichen Verlauf wie die von der unsichtbares Licht aussendenden Quelle herrührende Strahlung nimmt.

Die bekannten Ausrichthilfen oder Ausrichtverfahren haben also den wesentlichen Nachteil, daß sie zumeist teure, zusätzliche Hilfsmittel benotigen oder relativ aufwendige Gerätekonstruktionen erfordern.

Bei einem Mikrospektrophotometer (DE-AS 11 67 059) ist es bereits zur Erfassung bestimmter Objektivbereiche bekannt, das auf einer spiegelnd reflektierenden, mit einer zentralen Durchlaßöffnung versehenen Fläche vorliegende Bild eines Objektes über einen Sirahlenteilerspiegel durch ein Fernrohr zu betrachten. Das Erfordernis eines zusätzlichen Fernroh-

res für die Betrachtung bedeutet jedoch einen erheblichen Aufwand.

'Jm eine mit unsichtbarem Licht arbeitende Reflexionslichtschranke auf den Reflektor auszurichten, hat man bereits im Lichtschrankengehäuse einen Blindstopfen angeordnet, bei dessen Herausnahme der Strahlenteilerspiegel, die Sende- und die Empfangsdiode von außen sichtbar werden (Betriebsanleitung »AEG, Photoelektronik, GaAs-Relexions-Lichtschranken R 43 SU ...«, Juli 1977). Zur Justierung wird der Blindstopfen aus dem Lichtschra;ikengehäuse herausgenommen und an der Stelle des Reflektors eine Lichtquelle wie eine Glühlampe, eine Taschenlampe o. ä. angeordnet Die Bedienungsperson schaut dann in die Blindstopfenöffnung hinein und richtet die Lichtschranke so weit auf die am anderen Ende der Überwachungsstrecke befindliche Lichtquelle aus, bis diese als Lichtpunkt auf dem Teilerspiegel sichtbar wird. Anschließend erfolgt dann ein Feinausrichten, bis der Lichtpunkt die darunter befindliche Diode symmetrisch bedeckt Nach der so erfolgten Justierung wird der Blindstopfen wieder in das Gehäuse eingeschraubt und die Lichtquelle auf der Reflektorseite entfernt.

Bei dieser bekannten Lichtschranke besteht der Hauptnachteil darin, daß im Lichtschrankengehäuse selbst eine zur Ausrichtung funktionsnotwendige öffnung vorgesehen sein muß, die mittels eines besonderen Blindstopfens bei Nichtgebrauch verschlossen ist. Das bringt nicht nur einen zusätzlichen baulichen Aufwand mit sich, sondern erfordert es auch, daß die zum Hineinschauen vorgesehene Justieröffnung auch nach dem Einbau der Lichtschranke an Ort und Stelle zugänglich sein muß, und zwar derart, daß auch die Bedienungsperson ihren Kopf noch in Ausrichtung mit der Justieröffnung bringen kann. Die bekannte Lichtschranke kann somit nur dort mit den beschriebenen Mitteln justiert werden, wo neben der Lichtschranke zur Justierung ausreichend Platz vorhanden ist. Dies wird aber bei dem häufig vorkommenden Einbau derartiger Lichtschranken in Maschinen meistens nicht der Fall sein. Einen weiteren Nachteil hat die bekannte Lichtschranke mit der nach der DE-PS 15 47 451 dahingehend gemein, daß eine besondere, mit sichtbarem Licht arbeitende Lichtquelle vorhanden sein muß, welche zudem nicht einmal auf der Seite der Lichtschranke, sondern vielmehr am entgegengesetzten Ende der Überwachungsstrecke angebracht werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche eine mit geringem Aufwand zu verwirklichende optische Ausrichthilfe aufweist die auch bei Verwendung von unsichtbarem Licht keine festeingebaute, genau justierte Zusatzlichtquelle erfordert und dennoch die hohen Genauigkeitsanfor-Ierungen bei der Justierung erfüllt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgesehen. Der Strahlenteiler kann dabei ein physikalischer Teilerspiegel, z. B. ein teildurchlässiger Spiegel sein, oder ein geometrischer Teilerspiegel, z. B. ein nur einen Teil des Lichtbündels erfassender Planspiegel.

Erfindungsgemäß werden also als Ausrichthilfe lediglich ein zusätzlicher, mit einer" Bezugsmarke versehener Planspiegel und ein Strahlenteilerspiegel benötigt. Dabei wird das Frontobjektiv in vorteilhafter Weise mehrfach genutzt, indem es beim Justierstrahlengang sowohl als Objektiv als auch als Okular eines Zielfernrohres dient. Erfindungcmäß sind also aufwendige zusätzliche Optiken für die Justierung nicht erforderlich. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Anordnung des Strahlenteilers im Gegensatz zu der bekannten nach der DE-PS 15 47451 völlig unkritisch ist Mit anderen Worten wird die Genauigkeit der Ausrichtung der Lichtschranke durch geringfügige Kippungen des Strahlenteilers relativ zur optischen Achse nicht beeinflußt Im Lichtschrankengehäuse selbst braucht nur der die Bezugsmarke tragende ίο Planspiegel zusätzlich angeordnet zu werden, während der Strahlenteiler ohne weiteres von außen auf das Gerät aufgesetzt werden kann. Bei der Justierung braucht also nicht in das Innere des Gehäuses eingegriffen zu werden, was insbesondere bei abgedichteten Lichtschrankengehäusen von Bedeutung ist Ein und derselbe Strahlenteiler kann im übrigen auch für mehrere Lichtschranken verwendet werden, indem er lediglich zur Justierung verwendet und dann wieder von der betreffenden Lichtschranke weggenommen und bei einer anderen benutzt wird.

Der hinter dem Frontobjektiv angeordnete Planspiegel weist nach einer ersten Ausführungsform einen zentralen unverspiegelten Bereich auf, während bei einer zweiten Ausführungsform, welche mit unsichtbarer Strahlung arbeitet der Planspiegel ein dichroitischer Spiegel ist der die zur Ausrichtung benötigte sichtbare Strahlung reflektiert die unsichtbare Arbeitsstrahlung jedoch durchläßt.

Sofern Lichtsender und Lichtempfänger auf entgegengesetzten Seiten der Überwachungsstrecke angeordnet sind, kann auch der Lichtempfänger analog wie der Lichtsender mit einer Justierhilfe versehen sein, so daß er exakt auf die Austrittsöffnung des Lichtsenders ausrichtbar ist.

Erfindungsgemäß kann also das im Lichtsender bzw. im Lichtempfänger vorhandene Frontobjektiv für die Ausrichtung doppelt nach Art eines Zielfernrohres ausgenutzt werden! Mit anderen Worten ist das Frontobjektiv der Lichtschranke zugleich Objektiv und

ίο Okular eines Zielfernrohres mit einer Fernrohrvergrößerung von 1, weil in diesem Fall die Brennweiten von Objektiv und Okular gleich groß sind.

In bezug auf die vor dem Frontobjektiv vorgesehene Strahlenteilung ist es von entscheidendem Vorteil, daß die betreffende Strahlteilung in keiner Weise ausgerichtet werden muß, die Blickrichtung in bezug auf die Lichtschrankenachse praktisch beliebig wählbar ist und an die optische Qualität keine besonderen Ansprüche gestellt werden müssen. Dies bedeutet, daß im

°>o einfachsten Fall für die Lichtteilung ein normaler Taschenspiegel in geeigneter Anordnung für das Ausspiegeln ausreichend ist.

Die Ausführung des hinter dem Frontobjektiv am Ort des reellen Bildes angeordneten Planspiegels beinhaltet die zur Ausrichtung notwendige Zielmarke, weil in dieser Spiegelebene das Bild des Objekts, auf das die Lichtschranke ausgerichtet werden soll, reell vorhanden ist. Die Zielmarke kann alle von Zielfernrohren her bekannten Formen aufweisen. Es kann sich z. B. um einen zentralen Punkt, ein Fadenkreuz, ein Doppelkreuz oder dergl. handeln.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Justierhilfe liegt darin, daß aufgrund des hinter dem Frontobjektiv angeordneten Planspiegels ein lichtstarkes Fernrohr geschaffen wird, so daß der über den Strahlenteiler betrachtete Zielpunkt (Reflektor bzw. Sender oder Empfänger) ohne eine Fremdlichtquelle erkannt werden kann. Befindet sich die Lichtschranke

an einem relativ dunklen Ort, so kann der Zielpunkt von außen her mit einer einfachen Tischlampe oder dergl. beleuchtet werden, was ohne großen Aufwand und ohne Eingriff in den Lichtschrankenstrahlengang selbst möglich ist. Weil erfindungsgemäß eine derartige ■-> Fremdlichtquelle jedoch ohne weiteres so angeordnet werden kann, daß sie weder Sender noch Empfänger noch Reflektor verdeckt, kann schon während des Ausrichtvorganges die Lichtschrankenfunktion erhalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Ausrichtung einer in Betrieb befindlichen Lichtschranke zu überprüfen, ohne daß dabei die Lichtschrankenfunktion wesentlich gestört wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt ι ">

F i g. 1 den schematischen Strahlengang einer mit der Justierhilfe versehenen Lichtschranke, bei der Lichtsender und -empfänger auf der entgegengesetzten Seite der Überwachungsstrecke angeordnet sind, wobei zusätzlich als Alternative ein Retroreflektor gestrichelt angedeutet ist, und

Fig. 2 eine Ansicht nach Linie H-II in Fig. 1. Nach der Zeichnung ist in einem Gehäuse 18 eine GaAs-Diode 19 angebracht, die im unverspiegelten Zentralbereich 17 eines Planspiegels 14 strahlt, dessen :■-, spiegelnde Oberfläche auf der von der Diode 19 abgewandten Seite liegt. Das von dem Bereich 17 ausgehende Lichtbündel wird von dem Frontobjektiv 11 des Lichtsenders erfaßt, welches ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel durch die Überwachungsstrecke «> 21 hindurch zum Objektiv 11' eines auf der gegenüberliegenden Seite der Überwachungsstrecke 21 angeordneten Empfängers 13' lenkt. Sofern der Lichtempfänger mit dem Lichtsender in einem Gehäuse zusammengefaßt ist (Autokollimation), tritt an die Stelle des Objektivs 1Γ ein in Fig. 1 gestrichelt dargestellter Retroreflektor 13.

Unmittelbar vor dem Frontobjektiv 11 ist ein eine Lichtdurchlaßöffnung 22 aufweisender Vorsatz 20 auf das Gehäuse 18 aufgesteckt, in dem ein teildurchlässiger -to Spiegel 15 angeordnet ist. welcher das Lichtschrankenlicht teilweise passieren läßt, jedoch das vom Planspiegel 14 reflektierte Licht teilweise seitlich durch eine Öffnung 25 im Vorsatz 20 ausspiegelt, an welche zu Beobachtungszwecken ein menschliches Auge 26 αϊ herangebracht werden kann. Im einfachsten Fall genügt es, wenn der in einer geeigneten Halterung angeordnete Spiegel 15 nur zur justage aufgesteckt wird. Dann erübrigt sich auch die öffnung 25, weil der Spiegel J5 von der Seite her ungehindert betrachtet werden kann.

Statt des den gesamten Bündelquerschnitt erfassenden teildurchlässigen Spiegels 15 kann auch ein nur einen Teil des Bündelquerschnitts erfassender Spiegel 15' vor dem Frontobjektiv 11 angeordnet sein. Es ist also an dieser Stelle sowohl eine physikalische als auch eine geometrische Strahlenteilung möglich.

Aufgrund der relativ großen Länge der Überwachungsstrecke 21 befindet sich der Planspiegel 14 praktisch im Abstand der Brennweite vom Frontobjektiv 11. Streng genommen befindet sich jedoch die spiegelnde Oberfläche des Planspiegels 14 am Ort 12 des reellen Bildes, welches das Frontobjektiv 11 von dem am Ende der Überwachungsstrecke 21 angeordneten Reflektor 13 bzw. Objektiv 11' entwirft Der Planspiegel 14 liegt senkrecht zur optischen Achse. fe5

Um den zentralen durchlässigen Bereich des Planspiegels 17 herum befindet sich nach Fig.2 ein Fadenkreuz 16.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Lichtschranke is wie folgt:

Die ein unsichtbares Licht aussendende Diode IS kann unabhängig von der Justierung sofort in Betrieb genommen werden. Für den Justiervorgang wird da von der Diode 19 erzeugte Licht nicht benötigt. Hierfü genügt vielmehr das schematisch bei 27 angedeutete sichtbare Umgebungslicht, welches den Reflektor 13 bzw. das Objektiv 11' und seine Umgebung jedoch nu schwach zu beleuchten braucht. Obwohl für die Erzeugung des Umgebungslichtes 27 auch zusätzliche äußere Lichtquellen herangezogen werden können, is wesentlich, daß diese Lichtquellen in keiner Weise im Bereich des Strahlenganges der Lichtschranke angeord net zu werden brauchen.

Unabhängig von dem von der Lichtquelle 19 kommenden unsichtbaren Licht wird über das Frontob jektiv 11 auf der Oberfläche des Planspiegels 14 ein reelles Bild des Reflektors 13 bzw. Objektivs 11' erzeugt. Dieses wird vom Auge 26 über den Strahlenteiler 15,15 und das nunmehr als Okular wirkende Frontobjektiv 11 als Zwischenabbild eines Fernrohrsystems betrachtet Es wird also gleichzeitig das Fadenkreuz 16 und das Bild des Reflektors 13 bzw. Objektivs W betrachtet. Durch geeignete Verschwenkung des Gehäuses 18 kann nun das am Ort 12 stehende reelle Bild des Reflektors 13 bzw. Objektivs W mit dem Fadenkreuz 16 in die vorgesehene, gewünschte Ausrichtung gebracht werden. Die Lichtschranke kann dabei völlig norma! weiterarbeiten. Sobald das Bild des Reflektors 13 bzw Objektivs it' sich in der vorgesehenen Ausrichtung relativ zum Fadenkreuz 16 befindet, ist die Lichtschrankejustiert.

Diese Ausrichtung kann grundsätzlich auch bei Verwendung einer sichtbares Licht aussendenden Lichtquelle 19 erfolgen, jedoch müßte dann die Lichtschranke während des Justiervorganges abgeschaltet werden, damit es nicht zu einer Störung durch das Licht der Lichtquelle 19 kommt, sofern der Sender im Falle einer echten Autokollimation auszurichten ist.

Der beschriebene Justiervorgang kann auch bei einem Lichtempfänger 13' durchgeführt werden, wobei anstelle der Diode 19 ein photoelektrischer Wandler zu denken ist. Alles ändere bleibt bleich. In diesem Fall wäre die Lichtaustrittsöffnung des Lichtsenders durch Verschwenken des Empfängers 13' während der Justierung mit dem Fadenkreuz 16 in Ausrichtung zu bringen.

Sowohl am Lichtsender als auch am Lichtempfänger kann sich eine aus den Teilen 14, 15 bestehende Justierhilfe befinden, so daß der Lichtempfänger 13' in völlig analoger Weise relativ zum Lichtsender ausrichtbar ist

Statt des Planspiegels mit einem zentralen Lichtdurchlaßbereich 17 kann auch ein Planspiegel mit einer durchgehenden Spiegelschicht verwendet werden, welche jedoch dichroitisch ausgebildet sein muß, damit sie das unsichtbare Licht der Lichtschranke durchläßt und nur das für die Ausrichtung erforderliche sichtbare Licht reflektiert

Der hinter dem Frontobjektiv angeordnete Planspiegel kann auch auf ein vorhandenes Filter aufgedampft sein und/oder gleichzeitig eine Blendenfunktion zur Begrenzung des Sichtfeldes der Lichtschranke beinhalten.

Da der Spiegel 15 bzw. 15' aufsteckbar ist, kann er nach Gebrauch ohne weiteres entfernt werden, so daß er weder baulich noch optisch im Wege steht

Hierzu 1. Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Lichtschranke mit einem über ein Frontobjektiv ein Lichtbündel aussendenden Lichtsender oder/und empfangenden Lichtempfänger auf einer Seite der Überwachungsstrecke und einem Lichtempfänger, Lichtsender oder Reflektor auf der anderen Seite der Überwachungsstrecke, wobei die Ausrichtung der Lichtschranke mittels sichtbaren Lichtes und eines Strahlenteilers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort (12) des durch das Frontobjektiv (11) erzeugten reellen Bildes der Eintrittsöffnung des Lichtempfangers (13') bzw. des Lichtsenders bzw. des Reflektors (13) ein irgendeine sichtbare Bezugsmarke (16) tragender Planspiegel (14) angeordnet ist, welcher die Sende- bzw. Empfangsstrahlung der Lichtschranke durchläßt, jsdoch vom Lichtempfänger (13') bzw. Lichtsender bzw. Reflektor (13) aufgrund von Umgebungslicht kommendes sichtbares Licht reflektiert, und daß der auf der dem Planspiegel (14) abgewandten Seite des Frontobjektivs (11) einbringbare Strahlenteiler (15) wenigstens einen Teil des vom Planspiegel (14) reflektierten Lichtes seitlich herausspiegelt.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler ein physikalischer Teilerspiegel (15) ist.

3. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler ein geometrischer Teilerspiegel (15') ist

4. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Planspiegel (14) einen zentralen unverspiegelten Bereich (17) aufweist.

5. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche mit unsichtbarer Strahlung arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Planspiegel ein dichroitischer Spiegel (14) ist, der die zur Ausrichtung benötigte sichtbare Strahlung reflektiert, die unsichtbare Arbeitsstrahlung jedoch durchläßt.

6. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sichtbare Bezugsmarke (16) zentral im Planspiegel (14) angeordnet ist.

7. Lichtschranke nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmarke (16) den unverspiegelten Bereich nicht erfaßt.

8. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der unverspiegelte Bereich (17) kreisförmig ist. so

9. Lichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (15) auf den Lichtsender oder/und -empfänger aufsteckbar ist.

10. Lichtschranke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (15, 15') in einem auf ein Lichtschrankengehäuse (18) aufsteckbaren Vorsatz (20) untergebracht ist, welcher eine Lichteinlaßöffnung (22) und eine seitliche Beobachtungsöffnung (24) aufweist.