DE2934554A1 - Optoelektronisches ueberwachungsgeraet. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Uberwachungs-
• gerät, insbesondere ein Suchgerät für Löcher in Bahnen, bestehend aus einer einen Laser umfassenden Sendevorrichtung, die einen sich über den zu überwachenden Bereich erstreckenden Lichtvorhang erzeugt und mehrere hintereinanderangeordnete, geneigte Spiegelelemente aufweist, die einen in Richtung der Spiegelelement-Reihe auftretenden Abtastlichtstrahl 0 um 90 in den Vorhangbereich ablenken, einer von einer Reihe von jeweils einem Spiegelelement zugeordneten Linsen mit sich dahinter befindenden fotoelektrischen Wandlern gebildeten Empfangsvorrichtung, wobei die Linsen auf das sie fallende, vom Lichtvorhang kommende Licht auf die fotoelektrischen Wandler konzentrieren und die elektrischen Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt sind.
• Es sind bereits zahlreiche optoelektronische Uberwachungsgeräte in Form von Lichtvorhängen und Lichtschrankengittern bekannt, die sich auch zur Lochsuche in Bahnen eignen (z.B. DE-OS 28 08 359). Die bekannten Geräte sind jedoch häufig kostspielig und kommen allein aus diesem Grund für viele Anwendungsfälle nicht in Betracht.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Uberwachungsgerät der eingangs definierten Art zu schaffen, welches sich durch besonders einfachen, kompakten und unkomplizierten Aufbau auszeichnet, wirtschaftlich gefertigt werden kann und gleichzeitig eine sichere und fehlerfreie Arbeitsweise gewährleistet. Insbesondere soll das Gerät in der Lage sein, im Falle seiner Verwendung als Lochsucher eine gleichmäßige Empfindlichkeit über den gesamten Abtastbereich sicherzustellen und dabei auch noch zumindest in gewissen Grenzen eine grobe Ortsbestimmung eines sich in der zu überwachenden Bahn befindlichen Loches zu ermöglichen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Relativlage der geneigt angeordneten Spiegelelemente derart gewählt ist, daß sich die von den einzelnen Spiegelelementen in den Vorhangbereich abgelenkten Teilstrahlbereiche in Richtung der Reihe überlappen, und daß empfängerseitig die den Teilstrahlbereichen zugeordneten Einzellinsen mit einer der Teilstrahlüberlappung im wesentlichen entsprechenden Uberlappung angeordnet sind.
• Durch die Uberlappung der Teilstrahlbereiche' einerseits und die Uberlappung der empfängerseitigen Einzellinsen andererseits werden im Bereich des Übergangs von einen Teilstrahlbereich zum nächsten Teilstrahlbereich, bzw.
• empfängerseitig beim Übergang von einer Empfangslinse zur anderen Empfangslinse keine undefinierten oder blinde Bereiche erhalten, d.h. daß an diesen Übergangsstellen auch schwache Signale noch einwandfrei festgestellt werden können.
• Dies ist insbesondere dann von erheblichem Vorteil, wenn der Abtastlichtstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgefächert wird und somit für die zusammen den Lichtvorhang blldenden abgelenkten Teilstrahlen nur eine vergleichsweise geringe Lichtstärke zur Verfügung steht. Die überlappte Anordnung der Einzellinsen läßt sich überdies technisch einfach realisieren, wobei an die Genauigkeit der Überlappung keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden müssen, da ein eventuell erforderlicher Signalabgleich problemfrel elektrisch erfolgen kann.
• Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die geneigten Spiegelelemente au. in Richtung des Abtaststrahles hintereinander angeordneten, abgestuft teildurchlässig Spiegeln bestehen. Derartige Spiegel lassen sich durch gezielte Bedampfung einfach herstellen und sind beispielsweise im Vergleich zu Stufenspiegelstreifen entscheidend preiswerter, so daß die Verwendung derartiger teildurchlässiger Spiegel die Gesamtkosten des Gerbt wesentlich verringert. Die Bedampfung der teildurchlässigen Spiegel wird entsprechend einer arithmetischen Reihe vorgenommen, d.h. es wird angestrebt, daß der von jedem teildurchlässigen Spiegel in die Vorhangebene abgelenkte Lichtanteil stets im wesentlichen gleich ist, wobei Unterschiede aber wiederum durch elektrischen Abgleich der Empfangseinrichtungenausgeglichen werden können,ohne die Gesamtfunktion des Geräts zu beeinträchtigen.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die teildurchlässigen Spiegel in Reihenrichtung in einer Wechselfolge gegeneinander versetzt angeordnet, wobei jeder Reihe von ausgerichtet aufeinanderfolgenden Spiegeln der Wechselfolge ein Abtastlichtstrahl zugeordnet ist.
• Durch die wechselseitig versetzte Anordnung der in der Reihe aufeinanderfolgenden Spiegel unter gleichzeitiger Vberlappung der sich innerhalb der Reihe ergebenden Endbereiche der Einzelspiegel ergibt sich ein besonders kompakter, fertigungstechnisch günstig zu reallslerender Gesamtaufbau, der sämtliche der vorstehend erwähnten Vorteile in funktioneller Hinsicht besitzt. Gemäß einer praktisch besonders vorteilhaften Ausführungsform ist jede Spiegelreihe der Wechselfolge in einem schienenförmigen Träger gehaltert, wobei zur Ausbildung der Wechsel folge zwei derartige mit Spiegeln versehene Träger in der Weise miteinander verbunden werden, daß die Einzelspiegel der Gesamtfolge abwechselnd gegeneinander versetzt und mit Uberlappung aufeinanderfolgen. In den schienenförmigen Trägern können die Einzelspiegel stabil und genau montiert werden. Ist jeder der schienenförmigen Träger U-förmig ausgebildet und werden zwei derartige mit Spiegeln versehene Träger an ihren flanschartig endenden Schenkeln miteinander verbunden, so ergibt sich ein praktisch geschlossenes, stabiles und kleinvolumiges Gesamtgebilde, das aufgrund der genau zu fertigenden Träger trotz geringem Fertigungsaufwand äußerst exakt ausgebildet ist.
• Die Linsen der Empfangsvorrichtung bestehen bevorzugt aus rechteckig geschnittenen Fresnellinsen, wobei die Schmalseiten aneinandergrenzender Linsen überlappt, und zwar vorzugsweise in der Gesamtreihe derart überlappt sind, daß die Linsen in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Uberwachungsgeräts, das auch als Lochsuchgerät verwendbar ist, Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Spiegelanordnung für den Senderteil Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung einer möglichen praktischen Realisierung der Anordnung nach Figur 2 und Figur 4 eine Stirnansicht des Gegenstandes der Fig. 1 mit einem weiteren in Reflexion arbeitenden Empfangssystem.
• Gemäß Figur 1 tastet ein von einer Ablenkvorrichtung, z.B.
• einem Spiegelrad kommender Laser-Sendelichtstrahl 2 in Richtung des angegebenen Doppelpfeiles 1 eine Reihe von geneigt und hintereinander angeordneten teildurchlässigen Spiegeln 3 ab, wobei der jeweils von dem einzelnen Spiegel 3 reflektierte Lichtstrahl 4 um 900 abgelenkt wird, so daß die abgelenkten Teillichtstrahlen 4 zusammen einen Lichtvorhang bilden, innerhalb dessen sich die abzutastende Materialbahn 17 erstreckt. Gemäß Fig. 4 wird die Bahn 17 in Richtung des Pfeiles F kontinuierlich bewegt, so daß eine zeilenweise Abtastung mit einem Abtastlichtfleck erfolgt.
• Die Durchlässigkeit der einzelnen, aufeinanderfolgenden Spiegel 3 ist durch entsprechende Bedampfung so gewählt, daß die eingangsseitig zur Verfügung stehende Lichtmenge zumindest im wesentlichen gleichmäßig aufgeteilt wird, wie dies durch die in Figur 1 angegebenen Prozentwerte angedeutet ist.
• Die Relativlage der teildurchlässigen Spiegel 3 ist so gewählt, daß die den einzelnen Spiegeln zugeordneten Teillichtbänder sich etwas überlappen, d.h. daß jeweils Überlappungsbereiche 15 entstehen.
• Jedem teildurchlässigen Spiegel 3 ist empfängerseitig eine Linse 5 bzw. 6 zugeordnet, die auf das zugehörige Teillichtband ausgerichtet ist und vorzugsweise aus einer rechteckig geschnittenen Fresnellinse besteht.
• Diese Linsen 5, 6 sind entsprechend der Überlappung der Teillichtbänder ebenfalls überlappt angeordnet, d.h. daß eine Gruppe von Linsen 5 in einer Ebene und eine weitere Gruppe von Linsen 6 in einer dazu parallelen zweiten Ebene gelegen ist.
• Jeder Linse ist ein fotoelektrischer Wandler 7 zugeordnet.
• Alle fotoelektrischen Wandler sind mit einer elektronischen Auswerteschaltung 8 verbunden.
• Die Verwendung teildurchlässiger Spiegel, deren Hauptvorteil ihre einfache und damit kostengünstige Herstellung ist, führt zwar zu dem erwünschten Ergebnis, daß der Lichtvorhang stets und ununterbrochen vorhanden ist, aber es muß dabei in Rauf genommen werden, daß die im gebildeten Lichtvorhang zur Verfügung stehende Lichtstärke aufgrund der sich ergebenden Aufteilung des Sendelichtstrahles vergleichsweise niedrig ist. Aus diesem Grunde kommt es darauf an, an allen Stellen des Abtastbereichs, d.h. auch an den Stellen des Übergangs von einem Teillichtband zur anderen bzw. von einer Empfangslinse zur anderen sicherzustellen, daß keine toten oder blinden Stellen entstehen und beispielsweise im Falle der Prüfung einer Bahn auf Löcher auch kleinste, zufällig in diesem Übergangsbereich auftretende Löcher noch einwandfrei erfaßt werden können.
• Dies wird durch die erfindungsgemäße Teillich,tbandüberlappung in Verbindung mit der entsprechenden Überlappung der Linsen 5, 6 gewährleistet.
• Figur 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der aus den teildurchlässigen Spiegel bestehenden Anordnung. Dabei sind die einzelnen Spiegel 9, 10 in einer Wechselfolge gegeneinander versetzt angebracht, wobei jeder Reihe von Spiegeln 9 bzw. 10 der Wechselfolge ein eigener Abtastlichtstrahl 11, 12 zugeordnet ist. Die Dtaufsicht nach Figur 2 läßt dabei auch deutlich die Überlappungsbereiche 16 zwischen den aufeinanderfolgenden Spiegeln erkennen.
• Die Durchlässigkeit der einzelnen Spiegel einer jeden Reihe wird dabei so gewählt, daß jeder der belden bevorzugt durch einen Strahlteiler erhaltenen Abtastlichtstrahlen 11, 12 in unter sich gleichmäßige Lichtstärke aufweisende Teillichtbänder des Lichtvorhangs umgeformt wird.
• Figur 3 dient zur Erläuterung einer möglichen praktischen Ausbildung der Spiegel-Wechselfolge nach Figur 2.
• wobei werden die Spiegel 9 bzw. 10 einer jeden Reihe in einem U-förmigen Träger 13, der sehr genau gefertigt werden wann, mit der geforderten Neigung fest montiert. Durch Zusammenfügen zweier derartiger mit Einzelspiegeln 9, 10 versehener Träger wird dann unter Beachtung der geforderten Relativlage der teildurchlässigen Spiegel 9, 10 auf besonders einfache Weise die Anordnung nach Figur 2 realisiert. Die ZusammenfUgung kann über Flanschteile 14 erfolgen, die an den Schenkelenden der U-förmigen Träger 13 vorgesehen sind. Es wird auf diese Weise eine exakte, robuste und gleichzeitig geschützte Gesamtanordnung erhalten, die problemfrei in der jeweils benötigten Länge gefertigt werden kann.
• Figur 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der außer dem in Transmission arbeitenden Empfangssystem 5,6,7 ein in Reflexion arbeitendes, zweites Empfangssystem 5',6',7' vorgesehen ist, welches ebenfalls in der erfindungsgemäßen Weise auszubilden ist. Um das an der Oberfläche der Bahn 17 reflektierte Licht seitlich herauszuspiegeln, ist die Bahn gemäß Fig. 1 und 4 schräg durch den Abtastbereich hindurch geführt. In Fig. 1 ist die Bahn 17 oben und unten abgebrochen dargestellt. Mit ein und derselben Anordnung können also sowohl sich in Transmission als auch in Reflexion bemerkbar machende Fehler erfaßt werden.

Claims (11)

1. Optoelektronisches Überwachungsgerät - Patentansprüche -fo Optoelektronisches Überwachungsgerät, insbesondere Suchgerät für Löcher in Bahnen, bestehend aus einer einen Laser umfassenden Sendevorrichtung, die einen sich über den zu überwachenden Bereich erstreckenden Lichtvorhang erzeugt und mehrere hintereinander angeordnete, geneigte Spiegelelemente aufweist, die einen in Richtung der Spiegelelement-Reihe auftretenden Abtastlichtstrahl um iOc in den Vorhangbereich ablenken, einer von einer Reihe von jeweils einem Spiegelelement zugeordneten Linsen mit sich dahinter befindenden fotoelektrischen Wandlern gebildeten Empfangsvorrichtung, wobei die Linsen das auf sie fallende, vom Lichtvorhang kommende Licht auf die fotoelektrischen Wandler konzentrieren und die elektrischen Ausgangssignale der fotoelektrischen Wandler einer elektronischen Auswerteschaltung zugeführt sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Relativlage der geneigt angeordneten Spiegelelemente (3; 9, 10) derart gewählt ist, daß sich die von den einzelnen Spiegelelementen in den Vorhangbereich abgelenkten Teilstrahlbereiche in Richtung der Reihe überlappen, und daß empfängerseitig die den Teilstrahlbereichen zugeordneten Einzellinsen (5, 6) mit einer der Teilstrahlüberlappung (15) im wesentlichen entsprechenden Überlappung (16) angeordnet sind.
2. Uberwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der vom Laser kommende, scharf gebündelte Strahl auf eine periodische Lichtablenkvorrichtung gerichtet ist, die die einzelnen Spiegelelemente (3) entweder nacheinander mit dem Sendelichtstrahl beaufschlagt oder den Sendelichtstrahl in mehrere, die einzelnen Spiegelelemente (9, 10) gleichzeitig abtastende Sendelicht-Teilstrahlen (11, 12) auffächert.
3. UberwachungsgerAt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Spiegelelemente aus Stufenspiegelleisten bestehen, und daß diese Stufenspiegelleisten seitlich zueinander versetzt und innerhalb der Reihe einander mit ihren Endbereichen überlappend angeordnet sind.
4. llberwachungsgerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die geneigten Spiegelelemente aus in Richtung des Abtaststrahles (2) hintereinander angeordneten, abgestuft teildurchlässigen Spiegeln (3; 9, 10) bestehen.
5. Überwachungsgerät nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der von jedem teildurchlässigen Spiegel (3; 9, 10) in die Vorhangebene abgelenkte Lichtanteil zumindest im wesentlichen gleich ist.
6. 6. Uberwachungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die teildurchlässigen Spiegel (3) einer von einem Abtaststrahl (2) ständig beaufschlagten Reihe im wesentlichen deckungsgleich ausgerichtet hintereinander angeordnet sind.
7. 7. Uberwachungsgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die teildurchlässigen Spiegel (9, 10) in Reihenrichtung in einer Wechselfolge gegeneinander versetzt angeordnet sind und daß jeder Reihe von ausgerichtet aufeinanderfolgenden Spiegeln der Wechselfolge ein Abtastlichtstrahl (11, 12) zugeordnet ist.
8. 8. Überwachungsgerät nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß jede Spiegelreihe (9, 10) der Wechselfolge in einem schienenförmigen Träger (13) gehaltert und zur Ausbildung der Wechselfolge zwei derartige Träger so miteinander verbunden sind, daß die Einzelspiegel der Gesamtfolge abwechselnd gegeneinander versetzt und mit Überlappung (16) aufeinanderfolgen.
9. 9. Uberwachungsgerät nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die jeweils eine Spiegelreihe aufnehmenden Träger (13) U-förmig ausgebildet und an ihren flanschartig endenden Schenkeln (14) miteinander verbunden sind.
10. 10. Überwachungsgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Linsen (5, 6) der Empfangsvorrichtung aus rechteckig geschnittenen Presnellinsen bestehen, wobei die Schmalseiten aneinandergrenzender Linsen überlappt sind.
11. 11. Uberwachungsgerät nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die überlappten Linsen (5, 6) in zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.