DE2852153A1 - PHOTOELECTRIC BARRIER - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung bezieht sich auf eine mit direkter Reflexion arbeitende Lichtschranke.The invention relates to a direct reflection type Photoelectric barrier.
Die derzeit bekannten Detektoren, die auch als Annäherungsdetektoren bezeichnet werden, arbeiten unter Transmission oder Reflexion oder indifferent in der einen oder anderen ¥eise.The currently known detectors, also called proximity detectors work under transmission or reflection or indifferently in one way or another.
Bei unter Transmission arbeitenden Lichtschranken unterbricht der zu erfassende Gegenstand einen Lichtstrahl. Sie enthalten notwendig eine Einrichtung zur Emission eines Lichtstrahls und eine Einheit zur Erfassung des Lichtstrahls. Ihre Anwendung ist begrenzt, wenn es nicht möglich ist, die beiden Einheiten längs einer Geraden anzuordnen, die von dem zu erfassenden Gegenstand geschnitten wird.In the case of light barriers working under transmission, the object to be detected a beam of light. They necessarily contain a device for emitting a light beam and a unit to capture the light beam. Their application is limited when it is not possible to move the two units along a straight line to be arranged, which is cut by the object to be detected.
Die bekannten, unter Reflexion arbeitenden Lichtschranken können in zwei Arten unterteilt werden. Bei der einen werden durch Organe in der gleichen Einheit die Lichtstrahlen ausgesandt und die vom Gegenstand gestreuten oder reflektierten Lichtstrahlen werden erfaßt. Bei der ersten Art können die unter Reflexion arbeitenden Lichtschranken das vom zu erfassenden Gegenstand reflektierte Licht erfassen; die zweite Art spricht auf die Unterbrechung des von einem speziell vorgesehenen Reflektor reflektierten Lichtstrahls an. Die Detektoren der zweiten Art, die unter indirekter Reflexion arbeiten, haben die gleichen Nachteile wie die Transmissions-Lichtschranken, was die Unterbrechung des Lichtstrahls durch einen beliebigen Gegenstand betrifft.The known light barriers working under reflection can can be divided into two types. With the one, the rays of light are sent out by organs in the same unit and those of the Scattered or reflected light beams are detected. In the first type, the light barriers working with reflection can use the light reflected from the object to be detected capture; the second type responds to the interruption of the light beam reflected by a specially provided reflector at. The detectors of the second type, which work under indirect reflection, have the same disadvantages as the transmission light barriers, as regards the interruption of the light beam by any object.
Die Reflexions-Lichtschranken, die auf vom zu erfassenden Gegenstand dierekt reflektierte Lichtstrahlen ansprechen, werden in verschiedenen Ausführungsformen ausgeführt. Der emittierte StrahlThe photoelectric retro-reflective sensors that are placed on by the object to be detected directly addressing reflected light rays are carried out in various embodiments. The emitted beam
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ist entweder divergent, parallel oder konvergent. Die reflektierten Lichtstrahlen werden durch ein zweites optisches System oder durch das gleiche optische System wie die emittierten Strahlen gesammelt, worauf sie durch einen halbtransparenten oder mit Löchern versehenen Spiegel getrennt werden, um sie einem Fotodetektor zuleiten zu können. is either divergent, parallel, or convergent. The reflected Rays of light are passed through a second optical system or through the same optical system as the emitted rays collected, whereupon they are separated by a semi-transparent or perforated mirror so that they can be sent to a photodetector.
Sämtliche bekannten Lichtschranken haben schwerwiegende Fachteile hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit bei der Erfassung kleiner Gegenstände über große Entfernungen. Die Lichtschrankenköpfe sollten auf einige Millimeter an den zu erfassenden G-egenstand angenähert werden, was aus Platzgründen oft unmöglich ist.All known light barriers have serious specialist parts with regard to their reliability when detecting small objects over great distances. The light barrier heads should approximated to the object to be detected to a few millimeters which is often impossible due to lack of space.
Bei einer bereits vorgeschlagenen Lösung wird diese Schwierigkeit durch Verwendung von Lichtleitfasern überwunden, um die Lichtstrahlen in die Nähe des Gegenstandes zu bringen und zu sammeln. Diese Lösung hat ebenfalls Grenzen. Die bisher zufriedenstellendste Lösung ist diejenige, bei der ein konvergenter emittierter Lichtstrahl verwendet und die längs eines besonderen optischen Yeges reflektierten Lichtstrahlen aufgefangen werden. Dabei schließen die Beleuchtungs- und die Beobachtungsrichtung einen gewissen Winkel ein. Je weiter aber der Meß- oder Erfassungsbereich entfernt ist, umso größer muß der Detektor sein.In one solution that has already been proposed, this difficulty is overcome by using optical fibers to guide the light beams bring them close to the object and collect them. This solution also has its limits. The most satisfactory so far The solution is the one in which a convergent emitted light beam is used and which is reflected along a particular optical yeg Light rays are captured. The direction of illumination and observation close a certain angle a. However, the further away the measurement or detection area, the larger the detector must be.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit direkter Reflexion arbeitende Lichtschranke zu schaffen, mit der es möglich ist, die Gegenwart oder Abwesenheit von Gegenständen (oder Löchern) in einem extrem verringerten Raumvolumen zu erfassen, das sich in einem großen Abstand (frontaler Abstand) von der Yorrichutng befindet .The invention is based on the object of one with direct reflection to create a working light barrier with which it is possible to detect the presence or absence of objects (or holes) in to capture an extremely reduced volume of space, which is at a large distance (frontal distance) from the Yorrichutng .
Die erfindungsgemäße, mit direkter Reflexion arbeitende Lichtschranke zeichnet sich aus durch eine optische Einrichtung zur Emission, von Lichtstrahlen auf einen Gegenstand, durch eine optische Einrichtung zum Empfang der durch den Gegenstand gestreuten und reflektierten Lichtstrahlen, und durch eine elektronischeThe light barrier according to the invention, working with direct reflection is characterized by an optical device for the emission of light rays onto an object by an optical device Means for receiving the light beams scattered and reflected by the object, and by an electronic one
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Steuer- und Irfassungseinrichtung- Die optischen ¥ege der beiden optischen Einrichtungen sind parallel und symmetrisch zur Achse einer Seite einer beiden optischen Wegen gemeinsamen Sammellinse.Control and detection device - the optical aspect of the two optical devices are parallel and symmetrical to the axis one side of a converging lens common to both optical paths.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of what is shown in the drawing Embodiment. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Lichtschranke, 1 shows a longitudinal section of a light barrier according to the invention,
Fig. 2 einen zum Schnitt der Fig. 1 senkrechten Längsschnitt, Fig. 3 den Schnitt A-A der Fig. 1,FIG. 2 shows a longitudinal section perpendicular to the section in FIG. 1, Fig. 3 the section A-A of Fig. 1,
Fig. 4 das Prinzipschaltbild der Steuer- und Erfassungsschaltung der erfindungsgemäßen Lichtschranke und4 shows the basic circuit diagram of the control and detection circuit the light barrier according to the invention and
Fig. 5 in einem Schaltbild die näheren Einzelheiten der Schaltung der Fig. 4.Fig. 5 shows the details of the circuit diagram Circuit of FIG. 4.
Die optische Sendeeinrichtung zur Aussendung von Lichtstrahlen enthält gemäß Fig. 1 eine Sendediode 1, einen Kondensor 2, eine Blende 3 und eine Linse 4, deren Brennpunkt auf dem Loch 3' der Blende 3 liegt.The optical transmission device for the emission of light beams contains according to FIG. 1 a transmitting diode 1, a condenser 2, a Aperture 3 and a lens 4, the focus of which is on hole 3 ' the aperture 3 is located.
Die optische Empfangseinrichtung zum Empfang der Lichtstrahlen enthält eine Linse 5, deren Brennpunkt auf dem Loch 6' einer Blende 6 liegt, hinter der sich ein Lichtstrahlendetektor befindet, z. B. ein Fototransistor 7 oder auch ein Fotowiderstand, ein Thermoelement oder eine Differentialdiode. Die Linse 8 ist den beiden optischen Einrichtungen gemeinsam, die untereinander parallel und zur optischen Achse der Linse 8 auf der gleichen Seite der Linse 8 symmetrisch angeordnet sind.The optical receiving device for receiving the light beams contains a lens 5, the focal point of which lies on the hole 6 'of a diaphragm 6, behind which a light beam detector is located, e.g. B. a phototransistor 7 or a photoresistor, a thermocouple or a differential diode. The lens 8 is common to the two optical devices which are arranged parallel to one another and symmetrically to the optical axis of the lens 8 on the same side of the lens 8.
Die Lichtschranke funktioniert folgendermaßen. Die von der Sendediode 1 emittierten Lichtstrahlen werden vom Kondensor 2 gesammelt und auf das Loch 3'der Blende 3 fokussiert. Der Beleuchtungslichtstrahl 9 wird mit Hilfe d.er Sammellinse 4 in einen Parallellichtstrahl umgewandelt, worauf er auf den Brennpunkt 8" der gemeinsamen Linse 8 fokussiert wird. Befindet sich am Brenn-The light barrier works as follows. The one from the transmitter diode 1 emitted light beams are collected by the condenser 2 and focused on the hole 3 ′ of the diaphragm 3. The illuminating light beam 9 is converted into a parallel light beam with the help of the converging lens 4, whereupon it is focused on the focal point 8 "of the common lens 8 is focused. Located on the burner
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punkt 8f der gemeinsamen Linse 8 eine zur optischen Achse parallele Ebene, so bildet sich das Loch 3' am Brennpunkt 81 ab. Dieses Bild erzeugt einen Beobachtungslichtstrahl 10 bestehend aus den am Brennpunkt 81 vom Gegenstand reflektierten oder gestreuten Lichtstrahlen. Der Beobachtungslichtstrahl 10 konvergiert auf dem Loch 6' der Blende 6, nachdem er durch die Linsen 8 und 5 hindurchgetreten ist. Der Fototransistor 7 hinter dem Loch 6' sammelt die Licht— energie des Beobachtungslichtstrahles und signalisiert über die zugehörige elektronische Erfassungsschaltung die Gegenwart eines Gegenstandes am Brennpunkt 81 der gemeinsamen Linse 8.point 8 f of the common lens 8 a plane parallel to the optical axis, the hole 3 'is then formed at the focal point 8 1 . This image generates an observation light beam 10 consisting of the light beams reflected or scattered by the object at the focal point 8 1. The observation light beam 10 converges on the hole 6 'of the diaphragm 6 after it has passed through the lenses 8 and 5. The phototransistor 7 behind the hole 6 'collects the light energy of the observation light beam and signals the presence of an object at the focal point 8 1 of the common lens 8 via the associated electronic detection circuit.
Unterbricht ein anderer Gegenstand als der zu erfassende den Beleuchtungslichtstrahl außerhalb des Brennpunktes 81, also davor oder dahinter, so wird der Beobachtungslichtstrahl 10 nicht auf das Loch 6' der Blende 6 gebündelt, sondern gelangt wegen der Paralaxe auf die Blende 6 selbst. Infolgedessen erzeugt der Fototransistor 7 kein Signal.If an object other than the one to be detected interrupts the illuminating light beam outside the focal point 8 1 , i.e. in front of or behind it, the observation light beam 10 is not bundled onto the hole 6 'of the diaphragm 6, but reaches the diaphragm 6 itself because of the parallax the phototransistor 7 no signal.
Die erfindungsgemäße Lichtschranke hat folgende Vorteile:The light barrier according to the invention has the following advantages:
Die erfindungsgemäße Lichtschranke eignet sich sowohl zur Erfassung der Gegenwart oder Abwesenheit von Gegenständen in großen Abständen und in einem extrem verringerten Raumvolumen. Der Abstand wird durch die Brennweite der gemeinsamen Linse 8 bestimmt.The light barrier according to the invention is suitable for both detection the presence or absence of objects at great distances and in an extremely reduced volume of space. The distance is determined by the focal length of the common lens 8.
Mit der Lichtschranke können kleine Gegenstände erfaßt werden, d. h., daß das Beοbachtungsvolumen sehr klein ist. Das Bild des Loches 31 am Brennpunkt 8' kann durch Wahl einer Blende 3 mit einem mehr oder weniger kleinen Loch 3' entsprechend der gewünschten Empfindlichkeit dimensioniert werden. Weiter ist es nicht notwendig, daß das gesamte Bild vom Gegenstand gestreut wird; es reicht vielmehr aus, wenn der Beobachtungslichtstrahl 10 von einem Teil des Bildes erzeugt wird. Tatsächlich können mit der Lichtschranke zum Beispiel metallische Drähte mit einem Durchmesser zwischen 0,1 mm und 25 cm erfaßt werden.With the light barrier, small objects can be detected, which means that the observation volume is very small. The image of the hole 3 1 at the focal point 8 'can be dimensioned according to the desired sensitivity by choosing a diaphragm 3 with a more or less small hole 3'. Furthermore, it is not necessary that the entire image be scattered by the object; rather, it is sufficient if the observation light beam 10 is generated from part of the image. In fact, for example, metallic wires with a diameter between 0.1 mm and 25 cm can be detected with the light barrier.
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Die erfindungsgemäße lichtschranke eignet sich auch zur Erfassung der Gegenwart oder Abwesenheit eines Vorsprunges auf einem Hintergrund mit dem. gleichen Aussehen und der gleichen Flächenorientierung, weil sie zur Erfassung von Gegenständen in einem kleinen Volumen aufgebaut ist, das auf den Brennpunkt 8' der gemeinsamen linse 8 zentriert ist.The light barrier according to the invention is also suitable for detecting the presence or absence of a projection on a background with the. same appearance and the same surface orientation, because it is designed for the detection of objects in a small volume that is focused on the focal point 8 'of the common lens 8 is centered.
Je nach den Abmessungen der Gegenstände und den Eigenschaften der benutzten Einrichtung erübrigen sich Vorsichtsmaßnahmen gegen das Reflexionsvermögen von Hindernissen hinter dem zu erfassenden Gegenstand .Depending on the dimensions of the objects and the characteristics of the equipment used, there may be no need to take precautions against this Reflectivity of obstacles behind the object to be detected.
Die erfindungsgemäße Lichtschranke läßt sich in verschiedenerlei Weise weiterbilden.The light barrier according to the invention can be used in various ways Educate in a wise way.
Eine erste Weiterbildung betrifft die Wahl der Lichtquelle. Sie besteht vorzugsweise aus einer elektroluminiszenten Diode, deren Lichtemission bei hoher Frequenz moduliert werden kann und die keinerlei thermische Probleme mitsichbringt, wie dies bei Glühfadenoder Lichtbogenlampen der^all ist. Die Wahl der lichtemittierenden Diode ist an die Verwendung der Lichtschranke angepaßt. In der Industrie wird die Lichtschranke am häufigsten zur Erfassung von metallischen Gegenständen verwendet, wobei als lichtemittierende Diode vorzugsweise eine infrarotes Licht aussendende Diode verwendet wird.Bei dieser Wellenlänge haben die Metalle ein Reflexionsvermögen, das unabhängig von ihrer Zusammensetzung sehr ähnlich ist. Darüber hinaus beeinflußt die Oberflächenbeschaffenheit das Reflexionsvermögen in schwächerem Maße als bei kürzeren Wellenlängen.A first further development concerns the choice of the light source. she preferably consists of an electroluminescent diode whose Light emission can be modulated at high frequency and which does not involve any thermal problems, as is the case with filament or Arc lamps that are ^ all. The choice of light emitting The diode is adapted to the use of the light barrier. In industry, the light barrier is most often used to detect metallic objects are used, a diode that emits infrared light preferably used as the light-emitting diode At this wavelength the metals have a reflectivity which is very similar regardless of its composition. In addition, the surface properties affect the reflectivity to a lesser extent than at shorter wavelengths.
Die elektronische Steuer- oder Versorgungsschaltung der lichtemittierenden Diode 1 enthält vorzugsweise einen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, um die Emission des Infrarotlichts in Abhängigkeit von der Temperatur der Diode 1 zu regulieren.The electronic control or supply circuit of the light-emitting Diode 1 preferably contains a resistor with a negative temperature coefficient to prevent the emission of infrared light in Depending on the temperature of the diode 1 to regulate.
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Eine zweite Weiterbildung steht in Zusammenhang mit der ersten und besteht in der Sichtbarmachung des Brennpunktes 81 des infraroten Erfassungslichtstrahls- Das gewählte Mittel besteht darin, daß in der gleichen erfindungsgemäßen Einheit wenigstens eine weitere Lichtquelle für sichtbares Licht vorgesehen, ist. Biese V/eiterbildung ist in Pig. 2 gezeigt, die einen gegenüber Fig. 1 um 90 gedrehten Längsschnitt der erfindungsgemäßen Lichtschranke zeigt. Fig. 3 zeigt mit dem Schnitt A-A der Fig. 1 die relative Anordnung der optischen Systeme der Fig. 1 und 2.A second development is related to the first and consists in making the focal point 8 1 of the infrared detection light beam visible. This puckering is in Pig. 2, which shows a longitudinal section of the light barrier according to the invention rotated by 90 relative to FIG. FIG. 3 shows with the section AA of FIG. 1 the relative arrangement of the optical systems of FIGS. 1 and 2.
Gemäß Fig. 2 ist ein erstes optisches System zur Markierung des Brennpunktes 81 vorgesehen. Seine optische Achse verläuft parallel zur Achse der Linse 8 und damit auch parallel zu den Achsen des optischen Infrarotsenders (1 bis 4) und des optischen Empfängers (5 bis 7)· Dieses erste optische Markierungssystem enthält eine Licht im sichtbaren Bereich emittierende Fotodiode oder Markierungs-Fotodiode 11, eine Blende 12 mit einem zentrierten Loch 12' und eine Sammelinse 13, deren Brennpunkt 13' auf dem Loch 12' liegt und die das Bild des Loches 12' im Unendlichen abbildet. Der parallele Markierungslichtstrahl 14 ist durch die Linse 8 auf den Brennpunkt 8' fokussiert.According to FIG. 2, a first optical system for marking the focal point 8 1 is provided. Its optical axis runs parallel to the axis of the lens 8 and thus also parallel to the axes of the optical infrared transmitter (1 to 4) and the optical receiver (5 to 7) This first optical marking system contains a photodiode or marking device that emits light in the visible range. Photodiode 11, a diaphragm 12 with a centered hole 12 'and a collecting lens 13, the focal point 13' of which lies on the hole 12 'and which images the image of the hole 12' at infinity. The parallel marking light beam 14 is focused on the focal point 8 'through the lens 8.
Diesem ersten optischen System (11 bis 14) kann ein zweites identisches optisches System (15 bis 18) beigegeben werden, wobei der Brennpunkt 81 der Sammellinse 8 durch die Überlagerung der Bilder der Löcher 12' und 16' genau vorgegeben wird.A second identical optical system (15 to 18) can be added to this first optical system (11 to 14), the focal point 8 1 of the converging lens 8 being precisely predetermined by the superimposition of the images of the holes 12 'and 16'.
Eine dritte Weiterbildung bezieht sich auf die praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Lichtschranke. Wegen der Ähnlichkeit des optischen Senders und des optischen Empfängers einerseits und der optischen Markierungseinrichtungen andererseits kann die Lichtschranke aus Moduln aufgebaut werden, wie dies in den Fig. 1 und gezeigt ist. In einem Basiselement in Form eines Zylinders 20 (Fig. 3) mit vier zylindrischen Löchern 21 , 22, 23 und 24, die zur AchseA third development relates to the practical implementation of the light barrier according to the invention. Because of the similarity of the optical transmitter and the optical receiver on the one hand and the optical marking devices on the other hand, the light barrier can be constructed from modules, as shown in FIGS. In a base element in the form of a cylinder 20 (Fig. 3) with four cylindrical holes 21, 22, 23 and 24 leading to the axis
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des Zylinders 20 symmetrisch angeordnet sind, sind vier rohrförmige Modulelemente 25, 26, 27 und 28 eingesetzt, die je die Saimaelin3e 4, 5, 13 und 17 und die Blende 3, 6, 12 und 16 enthalten, deren mittlere Öffnung sich am Brennpunkt der Linse "befindet. Die Modulelemente 25, 26, 27 und 28 sind identisch aufgebaut. Sie könnten gegebenenfalls untereinander identisch sein. Die Blenden 3, 6, 12 und 16 können zu einem schnellen Wechsel der Öffnung demontierbar sein.of the cylinder 20 are arranged symmetrically, four tubular module elements 25, 26, 27 and 28 are inserted, each containing the Saimaelin3e 4, 5, 13 and 17 and the diaphragm 3, 6, 12 and 16, the central opening of which is at the focal point of the Lens "is located. The module elements 25, 26, 27 and 28 are constructed identically. They could optionally be identical to one another. The diaphragms 3, 6, 12 and 16 can be dismantled for a quick change of the opening.
Dieser Aufbau erlaubt eine rationelle Herstellung und einen schnellen Zusammenbau der erfindungsgemäßen Lichtschranke.This structure allows an efficient production and a quick one Assembly of the light barrier according to the invention.
Die Sammellinse 8 ist beispielsweise durch Abschrauben leicht auswechselbar, so daß der Erfassungsabstand leicht geändert werden kann. Die mechanische Achse des Basiszylinders 20 fällt mit der optischen Achse der Sammellinse 8 zusammen. Durch diesen Aufbau "werden-die Anordnung der Lichtschranke und ihre Einstellung auf den zu erfassenden Gegenstand erleichtert, insbesondere wenn zusätzlich auf den Zylinder 20 zu seiner zentrierten Befestigung Nuten "vorgesehen sind.The converging lens 8 is easily exchangeable, for example by unscrewing it, so that the detection distance can be changed easily. The mechanical axis of the base cylinder 20 coincides with the optical axis of the collecting lens 8 together. This structure "becomes" the arrangement of the light barrier and its setting facilitates the object to be detected, especially if additionally on the cylinder 20 for its centered fastening grooves "are provided.
Eine vierte Weiterbildung bezieht sich auf die Steuerung der Lichtquellen. -Wie bereits erwähnt, wird das von der Leuchtdiode 1 ausgesandte Infrarotlicht moduliert und das Signal des Fototransistors wird mit einem Schmalbandfilter der gleichen Frequenz filtriert, um Einflüsse von parasitärem Licht auszuschließen.A fourth development relates to the control of the light sources. -As already mentioned, the infrared light emitted by the light emitting diode 1 is modulated and the signal from the photo transistor is filtered with a narrow band filter of the same frequency in order to exclude the influence of parasitic light.
Die Dioden 11 und 15 können dauernd gesteuert oder versorgt werden.The diodes 11 and 15 can be continuously controlled or supplied.
Eine fünfte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lichtschranke betrifft die Wahl des Empfängers für das gestreute oder reflektierte Licht.A fifth development of the light barrier according to the invention relates to the choice of the receiver for the scattered or reflected light.
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Zur Verfügung stehen Thermoempfänger, Fotowiderstände, Fototransistoren und andere. Unter Berücksichtigung der Wellenlänge und der Modulationsfrequenz wird vorzugsweise ein in Darlingtonschaltung geschalteter Fototransistor verwendet.Thermal receivers, photo resistors, photo transistors are available and other. Taking into account the wavelength and the modulation frequency, a Darlington circuit is preferably used switched phototransistor used.
Statt eines Empfängers mit einem einzigen empfindlichen Bereich kann ein Empfänger mit zwei empfindlichen Bereichen verwendet werden, beispielsweise eine Differentialdiode. Ein solcher Empfänger erlaubt es, den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Lichtschranke zu erweitern.Instead of a receiver with a single sensitive area, a receiver with two sensitive areas can be used be, for example, a differential diode. Such a recipient allows the scope of the light barrier according to the invention to expand.
Es sei angenommen, daß sich der zu erfasssende Gegenstand in einem Abstand befindet, der größer ist als die Brennweite der Lichtschranke. In dem Maße, wie sich der Gegenstand an die Lichtschranke annähert, erzeugt der Beobachtungslichtstrahl 10 einen leuchtenden Punkt, der sich längs einer Geraden auf der Blende 6 verschiebt, das Loch 6' trifft, wenn der Gegenstand sich im Brennpunkt 8' befindet und sich dann von neuem entfernt.It is assumed that the object to be detected is in a Distance is greater than the focal length of the light barrier. To the extent that the object reaches the light barrier approaches, the observation light beam 10 generates a luminous point that moves along a straight line on the diaphragm 6, hits hole 6 'when the object is in focus 8' and then away again.
Ein Empfänger eines Bereichs erzeugt ein Signal, dessen Stärke der erfaßten Lichtintensität entspricht und das am größten ist, wenn sich der Gegenstand genau auf dem Brennpunkt 8' der Sammellinse 8 befindet.A receiver of a range generates a signal whose strength the corresponds to the detected light intensity and that is greatest when the object is exactly on the focal point 8 'of the converging lens 8 is located.
Ein Empfänger mit zwei Bereichen, deren Trennlinie eine um das Loch 6' zentrierte Linie ist, die zu der Geraden, die der Leuchtpunkt auf der Blende 6 beschreibt, nicht parallel und vorzugsweise senkrecht verläuft, erlaubt es zusätzlich anzuzeigen, wenn sich der Gegenstand vor oder hinter dem Brennpunkt 8' befindet. Die Signale der beiden Bereiche sind identisch, wenn sich der Gegenstand genau im Brennpunkt 8' befindet.A receiver with two areas, the dividing line of which is a line centered around the hole 6 ', which leads to the straight line that forms the luminous point describes on the panel 6, not parallel and preferably perpendicular, it also allows to indicate when the object is in front of or behind the focal point 8 '. The signals of the two areas are identical if the object is exactly in the focal point 8 '.
Eine sechste Weiterbildung bezieht sich auf die Ausführung der elektronischen Steuer- und Erfassungsschaltung nach den Fig. 4 und 5· Die Modulationsfrequenz ist so optimiert, daß eine maxi—A sixth development relates to the design of the electronic control and detection circuit according to FIG. 4 and 5 · The modulation frequency is optimized so that a maximum
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male Verstärkung des Empfängersignals erhalten wird; sie liegt je nach den gewählten Bausteinen zwischen 2 und 3 kHz. Die Meßzeit ist gegenüber den Zeiten zwischen jeder Messung sehr klein (etwa 0,5 °/oo), was die Anordnung gegenüber Störsignalen unempfindlich macht.times gain of the receiver signal is obtained; she ever lies according to the selected modules between 2 and 3 kHz. The measurement time is very short compared to the times between each measurement (approx 0.5%), which makes the arrangement insensitive to interference signals power.
Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung arbeitet folgendermaßen. Die von einem Signalgenerator 31 erzeugten Rechteckimpulse werden dein Eingang eines Verstärkers 37 zugeführt, an dessen Ausgang der notwen-The circuit shown in Fig. 4 operates as follows. The square-wave pulses generated by a signal generator 31 become your input an amplifier 37, at the output of which the necessary
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dige/zur Speisung der Diode 1 abgegeben wird. Die vom Signalgenerator 31 erzeugten Impulse werden gleichzeitig einer Differentiationsstufe 32 zugeführt, dem ein Wähler oder Sperrkreis 33 folgt, an dessen Ausgang ein kurzer Impuls abgegeben wird. Dieser wird dem Takteingang H eines Speichers 34 zugeführt.dige / to feed the diode 1 is delivered. The one from the signal generator 31 generated pulses are simultaneously a differentiation stage 32 supplied, followed by a selector or locking circuit 33, at the output of which a short pulse is emitted. This one will the clock input H of a memory 34 is supplied.
Das am Ausgang des Empfängers 7 abgegriffene Signal wird dem Eingang eines selektiven Verstärkers 35 zugeführt, dessen Verstärkung durch "eine selektive G-egenkopplungs schaltung geregelt wird, die ein Doppel-T-Filter enthält. Dieser erste Verstärker hat demgemäß eine für die modulierte Frequenz hohe, für die anderen Frequenzen jedoch geringe Verstärkung. Durch einen vorgesehenen Rückkopplungskreis kann die Selektivität des Filters erhöht werden. Das modulierte Signal gelangt in einen Verstärker 36 > dessen Verstärkung verstellbar aber nicht selektiv ist. Die Ausgangsspannung ist eine vom Eingangssignal modulierte Gleichspannung. Diese Gleichspannung bestimmt eine Stufe, die durch ein Potentiometer P einstellbar ist. Das modulierte Dauersignal gelangt über eine Diode Di auf einen Kondensator 0 und lädt diesen auf, der sich während der negativen Phasen über einen Parallelwiderstand R teilweise entlädt. An den Hemmen des Kondensators C liegt somit eine Sägezahnspannung an. Das Signal wird dem Dateneingang D des Speichers 34 zugeführt.The signal tapped at the output of the receiver 7 becomes the input a selective amplifier 35 supplied, the gain of which is controlled by "a selective G-egenkopplungs circuit, the contains a double-T filter. This first amplifier has accordingly a high gain for the modulated frequency but low for the other frequencies. The selectivity of the filter can be increased by a provided feedback circuit. That modulated The signal goes to an amplifier 36> whose gain is adjustable but not selective. The output voltage is one of the input signal modulated DC voltage. This DC voltage determines a level that can be set using a potentiometer P. That modulated Continuous signal passes through a diode Di to a capacitor 0 and charges it, which is during the negative phases partially discharged through a parallel resistor R. On the brakes of the capacitor C is thus a sawtooth voltage. The signal is fed to the data input D of the memory 34.
Somit wird an jedem Ende des Impulses des modulierten Lichts dem Steuereingang H des Speichers 34 ein Taktimpuls zugeführt. Dieser überträgt den logischen Zustand am Eingang D auf den Ausgang Q oder Q, und zwar nur dann, wenn sich der Zustand am Eingang D geändertThus, at each end of the pulse of the modulated light becomes the Control input H of the memory 34 is supplied with a clock pulse. This transfers the logic state at input D to output Q or Q, and only if the state at input D changes
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hat. Die Ausgänge S und S erlauben die Bereitstellung eines logischen Signals über einen Transistor mit offenem Kollektor, der an verschiedene Familien logischer integrierter Schaltungen (z.B. TTL-, HTL- und CMOS-Schaltungen) oder elektromagnetische Relais anpaßbar ist.Has. The outputs S and S allow the provision of a logical one Signal through an open collector transistor connected to different families of logic integrated circuits (e.g. TTL, HTL and CMOS circuits) or electromagnetic relays is customizable.
Die elektronische Steuer- und Erfassungsschaltung ist vorzugsweise auf einer Normal-Steckkarte aufgebaut. Sie ist über die in Fig. 5 gezeigten Verbindungen an die Lichtschranke angeschlossen. Nach Fig. 5 ist an den Ausgang Q eine Signaldiode angeschlossen, die aus einer einfachen, rotleuchtenden Fotodiode bestehen kann, die auf der Lichtschranke angebracht ist und außer im Moment der Erfassung eines Gegenstandes dauernd leuchtet. Sie signalisiert die Funktionsfähigkeit der Lichtschranke.The electronic control and detection circuit is preferred built on a normal plug-in card. It is about the one in Fig. 5 connections shown are connected to the light barrier. According to Fig. 5, a signal diode is connected to the output Q, which can consist of a simple, red-glowing photodiode, which is attached to the light barrier and except at the moment of detection of an object lights up continuously. It signals the functionality of the light barrier.
Auf der Steckkarte ist ferner eine Diode mit komplementärer Funktion befestigt und an den Ausgang Q angeschlossen. Diese Diode dient als Hilfsmittel zur Einstellung der Erfassungsschwelle mittels des Potentiometers P.There is also a diode with a complementary function on the plug-in card attached and connected to output Q. This diode serves as an aid for setting the detection threshold by means of of the potentiometer P.
Die elektronische Schaltung erlaubt eine Regelung der Verstärkung und der Schalt schwelle in Abhängigkeit von den Benutzungsbedingun- gen der erfindungsgemäßen Lichtschranke. Diese Benutzungsbedingungen können mit dem Erfassungsabstand variieren, der durch die Brennweite der Linse 8 gegeben ist, mit der Größe der Öffnungen der Blenden der optischen Beleuchtungs- und Beobachtungseinrichtungen sowie mit dem zu erfassenden Gegenstand f nämlich seinem Material, seiner Farbe, der Oberflächenbeschaffenheit, der Abmessungen und mit der Benutzung des Geräts.The electronic circuit allows the gain and the switching threshold to be regulated as a function of the conditions in which the light barrier according to the invention is used. These conditions of use can vary with the detection distance, which is given by the focal length of the lens 8, with the size of the openings of the apertures of the optical lighting and observation devices as well as with the object to be detected f namely its material, its color, the surface texture, the dimensions and with the use of the device.
Die erfindungsgemäße Lichtschranke erlaubt die Erfassung der Gegenwart oder Abwesenheit von Gegenständen (oder Löchern) in einem begrenzten Bereich des Raumes und eignet sich besonders zur Erfassung kleiner Gegenstände in einem bestimmten Abstand. Nichtsdestoweniger kann die erfindungsgemäße Lichtschranke angesichts ihrer Eigenschaf -The light barrier according to the invention allows the presence to be detected or absence of objects (or holes) in a limited area of the room and is particularly suitable for detection small objects at a certain distance. Nevertheless, in view of its properties, the light barrier according to the invention can -
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-löauch in folgenden Bereichen verwendet werden: Erfassung Von Farben, da sie auf Änderungen des Reflexionsvermögens der Oberfläche anspricht,- can also be used in the following areas: Detection of colors as it responds to changes in the reflectivity of the surface,
Erfassung unter besonderen Bedingungen, beispielsweise durch eine luke,Acquisition under special conditions, for example by a hatch,
Messung oder Steuerung der Winkelstellung der Oberfläche durch vorherige Eichung des Ausgangssignals des Verstärkers 36 in Abhängigkeit von der Neigung der Oberfläche gegenüber der Achse der Lichtschranke,Measurement or control of the angular position of the surface prior calibration of the output signal of the amplifier 36 as a function on the inclination of the surface with respect to the axis of the Photoelectric barrier,
Messung des Abstandes innerhalb des begrenzten Erfassungsbereichs, ebenfalls durch vorherige Eichung des Ausgangssignals des Verstärkers 36 in Abhängigkeit von der Toleranz gegenüber dem Brennpunkt 81 der Sammellinse 8,Measurement of the distance within the limited detection area, also by prior calibration of the output signal of the amplifier 36 as a function of the tolerance with respect to the focal point 8 1 of the converging lens 8,
-wenn der Empfänger als Differentialdiode ausgebildet ist, eindeutige Abstandsmessungen hinsichtlich des Vorzeichens beiderseits des Brennpunktes 8',-if the receiver is designed as a differential diode, unambiguous Distance measurements with regard to the sign on both sides of the focal point 8 ',
genaue- Abstandsermittlung und -einstellung: Abstandssteuerung, Verwendung als Mikroschalter usw.exact distance determination and setting: distance control, Use as a microswitch, etc.
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Legal Events
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