DE2824583A1

DE2824583A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen stark reflektierender gegenstaende in einer autokollimationslichtschranke

Info

Publication number: DE2824583A1
Application number: DE19782824583
Authority: DE
Inventors: Karl-Otto Buchholz; Juergen Erdmann; Guenter Fetzer
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1978-06-05
Filing date: 1978-06-05
Publication date: 1979-12-06
Also published as: EP0005852B1; DE2824583B2; EP0005852A1; DE2824583C3

Description

Die Erfindung "betrifft ein "Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen stark reflektierender Gegenstände in einer Autokollimationslichtschranke mit einem auf einer Seite der Überwachungsstrecke Licht-Sender-Empfänger und einem auf der entgegengesetzten Seite der Überwachungsstrecke befindlichen Retroreflektor.

Bei derartigen Autokollimationslichtschranken sind Lichtsender und Liehtempfänger in einem Gehäuse vereinigt. Die Trennung von Sende- und Empfangslichtstrahl kann beispielsweise durch einen Strahlenteilerspiegel erfolgen, wobei ein und dasselbe Objektiv für Sende- und Empfangsstrahl verwendet wird. Es ist aber auch möglich, für das Sende- und Empfangslicht zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Objektive zu verwenden, weil die mit dem Lichtsender-Empfänger zusammenarbeitenden Retroreflektoren einen auffallenden Lichtstrahl nicht nur genau in sich selbst, sondern innerhalb eines eng begrenzten Raumwinkels reflektieren, so daß von dem aus dem Sendeobjektiv austretenden Sendelichtstrahl ein relativ großer Bruchteil auf das unmittelbar daneben angeordnete Empfangsobjektiv gelenkt wird.

Die bekannten Autokollimationslichtschranken arbeiten so, daß der Sendelichtstrahl von dem Retroreflektor zum Empfänger reflektiert wird, wo die zurückgeworfene Strahlung von einem photoelektrischen Wandler aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das an eine elektronische Auswerteeinheit angelegt ist. Die Auswerteeinheit liefert im einfachsten Fall am Ausgang eine elektrische, optische oder akustische Aussage darüber, ob der Lichtstrahl zwischen Lichtsender-Empfänger und Reflektor frei oder durch ein Hindernis unterbrochen ist. Die Vorteile einer Lichtschrankenanordnung, in der Sender und Empfänger in einem Gehäuse untergebracht sind, liegen darin, daß nur an einer Stelle ein elektrischer Anschluß notwendig ist und an der gegenüberliegenden Seite der Überwachungsstrecke

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nur ein relativ justierunempfindlicher Reflektor angebracht zu werden braucht. Auf diese Vorteile muß jedoch häufig verzichtet werden, wenn auch stark reflektierende Gegenstände innerhalb der Überwachungsstrecke erkannt werden sollen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der ausgesandte Lichtstrahl nicht nur am Reflektor sondern auch an dem zu erkennenden Gegenstand reflektiert wird. Der Empfänger erhält daher auch beim Eintreten eines reflektierenden Gegenstandes in die Überwachungsstrecke Licht, so daß in diesem Fall ein Hindernis innerhalb der Überwachungsstrecke nicht signalisiert wird.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Autokollimationslichtschranke der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit denen auch stark reflektierende Gegenstände innerhalb der Überwachungsstrecke erkannt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß

a) linear polarisiertes Sendelicht verwendet wird,

b) am Retroreflektor der Polarisationszustand des Sendelichts verändert wird und

c) das Empfangslicht vor dem Auftreffen auf den photoelektrischen Wandler in einer Ebene polarisiert wird, die gegenüber der Polarisationsebene des Sendelichts um 90° gedreht ist.

Dabei kann das Sendelicht am Retroreflektor zumindest teilweise depolarisiert werden, oder es wird die Polarisationsebene des Sendelichtes am Retroreflektor um einen Winkel zwischen 10° und 170°, vorzugsweise um 80° bis 100°, insbesondere 90° gedreht.

Der Erfindungsgedanke ist also darin zu sehen, daß der an sich passive Retroreflektor zum aktiven Reflektor gemacht

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wird, indem er das vom Sender kommende linear polarisierte Licht in einer ganz charakteristischen Weise beeinflußt, nämlich depolarisiert oder die Polarisationsebene dreht. Das vom Sender ausgesandte linear polarisierte Licht wird also vom Empfänger nur dann als Licht erkannt, wenn es von dem aktiven Retroreflektor zurückgeworfen wird. Während also die depolarisierende oder polarisationsebenen-drehende Eigenschaft des Reflektors dafür sorgt, daß das auf ihn auftreffende, linear polarisierte Sendelicht als unpolarisiertes oder um 90° gedrehtes Licht reflektiert wird, so daß der Empfänger die darin enthaltene Komponente mit der zum photoelektrischen Wandler durchgelassenen Schwingungsebene erkennen kann, tritt jedoch bei den bisher störenden Oberflächenreflexionen bei stark reflektierenden Gegenständen dieser Depolarisations- oder Polarisationsebenendreheffekt nicht auf, so daß die ursprüngliche Sendelicht-Schwingungsebene des Sendelichtes erhalten bleibt. Die Empfangsstrahlung mit dieser Schwingungsebene wird aber wegen der um 90° gedrehten Polarisation am Empfänger nicht erkannt, so daß am photoelektrischen Wandler in diesem Fall kein Ausgangssignal entsteht.

Die Erfindung schafft also eine wesentliche Kontraststeigerung zwischen der vom Reflektor kommenden Strahlung und der durch den Oberflächenreflex verursachten Strahlung.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur eine erfindungsgemäße Autokollimationsschranke schematisch zeigt.

In einem gemeinsamen Gehäuse 18 ist ein an das Stromnetz anschließbares Netzgerät 19 angeordnet, welches eine Strahlungsquelle 20 insbesondere eine GaAs-Diode, und eine elektronische Auswerteeinheit 21 speist. Das von der Strahlungsquelle 20 ausgehende Licht wird über ein der einfachen Darstellung halber nicht gezeigtes Kondensorsystem und über ein Frontobjektiv

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zu einem scharfen Lichtschranken-Sendestrahl 14 zusammengefaßt, v/elcher die Überwachungsstrecke 23 durchläuft, an deren Ende sich ein Retroreflektor 12 befindet, der den Sendelichtstrahl 14 innerhalb eines sehr eng begrenzten Raumwinkelbereiches reflektiert. Auf diese Weise gelangt ein aus diesem Raumwinkelbündel herausgeschnittenes Empfangslichtbündel 15 zu einem weiteren Frontobjektiv 24, das unmittelbar neben dem Sende-Frontobjektiv 22 angeordnet ist und das empfangene Licht auf einem photoelektrischen Wandler 25 konzentriert. Der photo elektrische Wandler 25 ist an die elektronische Auswerteeinheit angeschlossen, welche an ihrem Ausgang 26 ein Erkennungssignal abgibt, je nachdem, ob der photoelektrische Wandler 25 eine Lichtmenge oberhalb einer vorbestimmten Schwelle empfängt oder nicht.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Frontobjektiv 22 und der Strahlungsquelle 20 ein Polarisator 16 angeordnet, welcher den Sendelichtstrahl 14 linear polarisiert. Die Polarisationsebene ist vorzugsweise am Ort der kleinsten Apertur der Strahlen innerhalb des Gerätes.

Da es sich bei dem Reflektor 12 erfindungsgemäß um einen solchen mit einem deutlichen Depolarisationsvermögen handelt, ist der zum Empfangs-Frontobjektiv gelangende Empfangslichtstrahl 15 zumindest weitgehend unpolarisiert. bzw. die Polarisationsebene um 90° gedreht zur Polarisationsebene des Sendestrahls. Zwischen dem Frontobjektiv 24 und dem photoelektrischen Wandler 25 ist erfindungsgemäß ein weiterer Polarisator 17 angeordnet, welcher nur Licht mit einer solchen Schwingungsebene durchläßt, die gegenüber der Schwingungsebene des Sendelichtstrahls 14 um 90° gedreht ist. Bei freier Überwachungsstrecke 23 wird somit derjenige Teil des Empfangslichtstrahles 15 zum photoelektrischen Wandler 25 durchgelassen, der eine Schwingungsebene mit einer Komponente in Richtung der Durchlaßebene des Polarisators 17 hat.

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Tritt nun ein gestrichelt angedeuteter Gegenstand 27 mit glänzender Oberfläche in den Sende-Lichtschrankenstrahl 14-ein, so wird von dessen Oberfläche ebenfalls nur gestrichelt angedeutetes Licht 28 zum Lichtempfänger 13 innerhalb des Gehäuses 18 reflektiert. Da jedoch einfache Spiegelflächen das auf sie auftreffende Licht zumindest nicht wesentlich depolarisieren, ist der Lichtstrahl 28 in der gleichen Ebene linear polarisiert wie der vom Sender 11 kommende Sende-Lichtschrankenstrahl 1A-. Diese Schwingungsebene ist senkrecht zu derjenigen, welche vom Polarisator 17 durchgelassen wird, so daß in diesem Fall kein Empfangslicht zum photoelektrischen Wandler 25 gelangt und die Auswerteeinheit 21 damit einen in der Überwachungsstrecke 23 befindlichen Gegenstand signalisiert.

Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Retroreflektor 12 verwendet, welcher die Polarisationsebene des Sendelichtes um 90° dreht. Statt dessen kann unmittelbar vor dem Retroreflektor 12 auch ein die Polarisationsebene des eintretenden Lichtes um 4-5 drehendes optisches Element 10 angebracht werden. Beim ersten Durchgang durch das Element 10 wird die Polarisationsebene des Sendelichtstrahls um 4-5° > beim zweiten Durchgang nach der Reflexion um weitere 4-5°, also insgesamt um 9°° gedreht. Der Retroreflektor soll in diesem Fall keine oder nur eine geringfügige polarisationsebenen-drehende Eigenschaften aufweisen und möglichst auch nicht depolarisierend wirken. Dies ergibt die beste Lichtausbeute. Als Retroreflektor eignet sich in diesem Fall eine Domlinse, welche jedoch mit Silikatglaslinsen bestückt sein sollte, um die bei transparenten Kunststoffteilen vorkommenden Depolarisationen zu vermeiden. Auch eine Anordnung mehrerer in einer Ebene angeordneter Domlinsen kommt in Frage.

Glaßtripelreflektoranordnungen oder aus Glas bestehende Beckprismen zeigen dagegen selbst eine polarisationsebenen-drehende Eigenschaft, so daß sich in diesem Fall die Anordnung des die

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Polarisationsebene drehenden optischen Elementes 10 erübrigt.

Zur Erzielung eines depolarisierenden Effektes können Kunststoff-Trip elspiegel-Anordnungen verwendet werden, welche zusätzlich auch noch eine gewisse Drehung der Polarisationsebene hervorrufen.

Kunststoffteile zeigen nämlich insbesondere aufgrund innerer Spannungen einen starken Depolarisierungseffekt.

Sofern der Retroreflektor 12 keine oder nur geringe depolarisierende Eigenschaften aufweist, kann an der Stelle 10 auch
ein depolarisierendes optisches Element angeordnet werden,
z.B. eine unter starken inneren Spannungen stehende Plexiglasscheibe.

Für die Erzielung einer Polarisationsebenendrehung durch das Element 10 stehen verschiedene Kristalle und Folien zur Verfügung.

Scotchlitefolien können sowohl mit als auch ohne Depolarisationseffekt hergestellt werden. Einen guten Depolarisationseffekt zeigt die Scotchlitefolie mit der Bezeichnung "Diamond-Grade".

Während dLe Polarisationsfilter 16, 17 nach der Zeichnung hinter den Frontlinsen 22, 24- angeordnet sind, da als Linsen nicht depolarisierende Silikatglaslinsen angenommen sind, sollte das Polarisationsfilter 16 vor der Frontlinse 22 angeordnet werden, sofern diese aus Kunststoff besteht, da Kunststofflinsen aufgrund innerer Spannungen häufig depolarisierend wirken. Auch der Polarisator 17 sollte vor der Linse 24 angeordnet werden, sofern letztere aus transparentem Kunststoff besteht.

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Leerseite

Claims

PATE NTANWALTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

Erwin Sick GmbH

Optik-Elektronik ⁵· J^uni 197 8

Sebastian-Kneipp-Str.1

Waldkirch S/ri - S 3470

Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen stark reflektierender Gegenstände in einer Autokollimationslichtschranke

Patentanspruch e :

Verfahren zum Erkennen stark reflektierender Gegenstände in einer Autokollimationslichtschranke mit einem auf einer Seite der Überwachungsstrecke Licht-Sender-Empfänger und einem auf der entgegengesetzten Seite der Überwachungsstrecke befindlichen Retroreflektor, dadurch g e k e η η zeichnet, daß

a) linear polarisiertes Sendelicht verwendet wird,

b) am Retroreflektor (12) der Polarisationszustand des Sendelichts verändert wird und

c) das Empfangslicht vor dem Auftreffen auf den photoelektrischen Wandler (25) in einer Ebene polarisiert wird, die gegenüber der Polarisationsebene des Sendelichts um 9°° gedreht ist.

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DR. C. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) 22 42 II. TELEX 05-29672 PATMF SEELBERCSTR.23/2S. TEL.(07ll)56 72 61 POSTSCHECKi MÖNCHEN 77062-805

ORIGINAL INSPECTED
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Sendelicht am ßetroreflektor (12) zumindest teilweise depolarisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsebene des Sendelichtes am ßetroreflektor (12) um einen Winkel zwischen 10° und 170°, vorzugsweise um 80° bis 100°, insbesondere 90° gedreht wird.
4·. Autokollimationslichtschranke zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Betroreflektor (12) den Polarisationszustand des Sendelichtes verändernde Hittel vorgesehen sind.
5- Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der ßetroreflektor (12) ein Depolarisationsvermögen aufweist.
6. Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Eetroreflektor (12) ein Polarisationsebenen-Drehungsvermögen aufweist.
7. Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem ßetroreflektor (12) die Polarisationsebene drehende optische Elemente (10) angeordnet sind.
8. Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Betroreflektor ein Kunststoff-Tripelspiegel oder.depolarisierte Scotchlite-Folien verwendet werden.

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9- Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Retroreflektor eine Glastripelspiegelanordnung verwendet wird.
10. Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß als Eetroreflektor eine Domlinse mit einem davor angeordneten, die Polarisationsebene drehenden optischen Element (10) verwendet wird.

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