DE29913148U1 - Lichttaster - Google Patents

Lichttaster

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Description

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Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck
Die Erfindung betrifft einen Lichttaster gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Lichttaster ist aus der DE 4040225 C2 bekannt. Dieser Lichttaster weist zwei nebeneinanderliegend angeordnete Sender sowie einen im Abstand zu diesem angeordneten Empfanger auf. Der Empfänger weist ein Nahelement und ein Fernelement auf, wobei die von einem Objekt in großem Abstand zum Lichttaster reflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Fernelement treffen. Entsprechend treffen von einem in geringer Distanz zum Lichttaster angeordneten Objekt die Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Nahelement. In einer Auswerteschaltung wird die Differenz der Signale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements bewertet. Dabei befindet sich ein Objekt in einem der sogenannten Tastweite entsprechendem Abstand, wenn die Differenz der Signale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements den Wert null annimmt. Dieser Signalwert entspricht dem Schaltpunkt des Lichttasters, mit welchem detektiert wird, ob sich ein Objekt innerhalb oder außerhalb des durch die Tastweite begrenzten Tastbereichs des Lichttasters befindet. -
Bei diesem Lichttaster ist die Tastweite und damit auch die Reichweite, innerhalb welcher Objekte detektierbar sind, auf elektronischem Wege einstellbar.
25
Hierzu werden die Ströme der Sender über eine Steuerspannung stufenlos eingestellt. Alternativ wird die Tastweite durch eine unterschiedliche Verstärkung der Ausgangssignale des Nah- und Fernelements eingestellt.
Nachteilig hierbei ist zum einen der relativ große Schaltungsaufwand, der zur Einstellung der Tastweite notwendig ist. Zudem sind dabei zwei Sender vorgesehen, was die Herstellkosten des Lichttasters unerwünscht erhöht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichttaster der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dessen Reichweite auf möglichst einfache und kostengünstige Art einstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist vor dem Nah- und Fernelement eine Empfangsoptik angeordnet, welche von den Empfangslichtstrahlen durchsetzt wird. Zur Einstellung der Verteilung der auf das Nah- und Fernelement auftreffenden Empfangslichtstrahlen ist die Empfangsoptik quer zur Strahlachse der Empfangslichtstrahlen verschiebbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsforrn sind das Nah- und Fernelement in Richtung der Längsachse des Empfängers nebeneinanderliegend angeordnet. Dabei ist die Empfangsoptik in Richtung der Längsachse des Empfängers verschiebbar.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf mechanischem Weg ohne großen konstruktiven Aufwand die Reichweite des Lichttasters durch Verändern der Verteilung der auf das Nah- und Fernelement auftreffenden Empfangslichtstrahlen ermöglicht wird. Zur Verschiebung der Empfangsoptik ist ein Minimum von Teilen notwendig, so daß die Herstellkosten entsprechend gering sind. Besonders vorteilhaft erfolgt die Verschiebung der Empfangsoptik mittels einer Stellschraube, die in eine Aufnahme an der Empfangsoptik greift. Dabei ist zweckmäßigerweise die Aufnahme mit der Empfangsoptik einstückig ausgebildet.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
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Figur 1: Längsschnitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichttasters.
In Figur 1 ist ein Ausfuhrungsbeispiel eines Lichttasters 1 zum Erfassen von 5 Objekten in einem Überwachungsbereich dargestellt. Der Lichttaster 1 weist einen Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 auf, der vorzugsweise von einer Leuchtdiode gebildet ist. Zudem ist ein Empfangslichtstrahlen 4 empfangender Empfänger 5 vorgesehen.
Der Empfänger 5 weist zwei photoempfindliche Elemente, zweckmäßigerweise zwei nebeneinanderliegende Photodioden auf, wobei ein Element das Nahelement 6 und das andere das Fernelement 7 bildet.
Alternativ kann der Empfanger 5 von einem PSD Element gebildet sein. Ebenso kann der Empfänger 5 eine Anordnung von mehreren photoempfmdlichen Elementen umfassen, wobei jeweils ein Teil der Elemente ein Nah- 6 oder Fernelement 7 bildet.
Das Nah- 6 und Fernelement 7 sind in Abstand neben dem Sender 3 so angeordnet, daß bei einem in großem Abstand angeordneten Objekt die daran reflektierten Empfangslichtstrahlen 4 vorwiegend zum Fernelement 7 geführt werden, während von einem in geringem Abstand zum Lichttaster 1 angeordneten Objekt die Empfangslichtstrahlen 4 vorwiegend zum Nahelement 6 geführt sind.
25
Zur Strahlfassung der Sendelichtstrahlen 2 ist dem Sender 3 eine Sendeoptik 8 nachgeordnet. Entsprechend ist dem Empfänger 5 eine Empfangsoptik 9 vorgeordnet. Die Sende- 8 und Empfangsoptik 9 sind in einem lichtundurchlässigen Tubus 10 angeordnet, wobei der Tubus 10 eine in Längsrichtung verlaufende Trennwand 11 im Innern einer optischen Trennung der Sende- 2 und Empfangslichtstrahlen 4 aufweist. Der Tubus 10 ist dabei einstückig ausgebildet und besteht aus einem Kunststoffspritzteil.
Die Sende- 8 und Empfangsoptik 9 sind im vorderen Bereich des Tubus 10 angeordnet und stehen einem Austrittsfenster 12 gegenüber, durch welches die Sende- 2 und Empfangslichtstrahlen 4 geführt sind. Das Austrittsfenster 12 ist in der Frontwand des Gehäuses 13 des Lichttasters 1 integriert. Hierzu weist der Tubus 10 an der Frontseite zwei Öffnungen auf, deren Durchmesser an die Abmessungen der Sende- 8 und Empfangsoptik 9 angepaßt sind.
Der Sender 3 und der Empfänger 5 befinden sich jeweils an der Rückseite des Tubus 10 und sind an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, welche beispielsweise von einem auf einer Leiterplatte montierten Microcontroller gebildet ist.
Die Sende- 2 und Empfangslichtstrahlen 4 sind jeweils durch eine Strahldurchtrittsöffnung im Tubus 10 zum Sender 3 bzw. zum Empfänger 5 geführt. Dabei ist der Empfänger 5 in einem Abschirmgehäuse 14 angeordnet, welches an der Rückseite des Tubus 10 befestigt ist. Das Abschirmgehäuse 14 ist lichtundurchlässig und besteht vorzugsweise aus einem Blechstanzteil. Das Abschirmgehäuse 14 besitzt eine im wesentlichen quaderförmige Grundform und weist an einer Frontseite eine nach oben hervorstehende Verlängerung auf, so daß die Frontwand nach oben über die Rückwand hervorsteht.
Auf der oberen Innenseite der Rückwand des Abschirmgehäuses 14 sitzt der Empfänger 5 auf, wobei, wie in Figur 1 dargestellt, die Längsachse des Empfängers 5 in vertikaler Richtung verläuft und das Nahelement 6 oberhalb des Fernelements 7 angeordnet ist.
In der Frontseite des Abschirmgehäuses 14 ist eine Blende vorgesehen, wobei deren Blendenöffnung 15 vor dem Empfänger 5 liegt und deren Abmessung in vertikaler Richtung an die Ausdehnung des Nah- 6 und Fernelements 7 angepaßt ist.
Erfindungsgemäß ist zur Einstellung der Verteilung der auf das Nah- 6 und Fernelement 7 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 4 die Empfangsoptik 9 verschiebbar im Tubus 10 angeordnet, wobei die Verschiebungsrichtung im wesentlichen quer zur Strahlachse der Empfangslichtstrahlen 4 verläuft.
5
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Empfangsoptik 9 in vertikaler Richtung und damit in Richtung der Längsachse des Empfängers 5 verschiebbar angeordnet.
In Figur 1 ist die Empfangsoptik 9 sowohl in ihrer oberen als auch in ihrer unteren Endposition dargestellt.
In der unteren Endposition sitzt der untere Rand der Empfangsoptik 9 auf der Trennwand 11 auf. In dieser ersten Endposition der Empfangsoptik 9 werden die die Empfangsoptik 9 durchsetzenden Empfangslichtstrahlen 4 vorwiegend auf das Nahelement 8 geführt.
In der oberen Endposition liegt der obere Rand der Empfangsoptik 9 an der Oberseite des Tubus 10 an. In dieser oberen Endposition der Empfangsoptik 9 werden die die Empfangsoptik 9 durchsetzenden Empfangslichtstrahlen 4 vermehrt auf das Fernelement 7 geführt.
Die Empfangsoptik 9 liegt mit beiden ebenen Seitenflächen an den in diesem Bereich ebenfalls ebenen Seitenwänden des Tubus 10 an.
In beiden Seitenwänden sind jeweils zwei Ausnehmungen 16 übereinanderliegend angeordnet. Die Längsachsen dieser beiden Ausnehmungen 16 verlaufen jeweils längs einer Geraden in vertikaler Richtung. In jede der Ausnehmungen 16 greift jeweils ein von einer Seitenwand der Empfangsoptik 9 hervorstehender Zapfen 17, der vorzugsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist und senkrecht von der Seitenfläche der Empfangsoptik 9 hervorsteht. Die Breite einer Ausnehmung 16 ist jeweils an die Breite des darin
greifenden Zapfens 17 angepaßt, so daß der Zapfen 17 nahezu ohne Spiel in der Ausnehmung 16 geführt ist.
Durch die Führung der Zapfen 17 in der jeweiligen Ausnehmung 16 ist gewährleistet, daß die Empfangsoptik 9 in vertikaler Richtung geführt wird und nicht im Tubus 10 verkantet.
Die Längen der Ausnehmungen 16 sind jeweils gleichgroß und entsprechen der maximalen Verschiebung der Empfangsoptik 9. Dementsprechend liegen die Zapfen 17 wie in Figur 1 dargestellt bei der in der unteren Endposition liegenden Empfangsoptik 9 jeweils an den unteren Rändern einer Ausnehmung 16 an. Entsprechend liegen die Zapfen 17 an den oberen Rändern der Ausnehmungen 16 an, falls sich die Empfangsoptik 9 in ihrer oberen Endposition befindet.
Zweckmäßigerweise besteht der Tubus 10 aus einem dünnwandigen Kunststoffspritzteil, so daß die Seitenwände etwas aufgebogen werden können, um die Zapfen 17 an der Empfangsoptik 9 in die Ausnehmungen 16 einzuführen. Zum Einführen der Empfangsoptik 9 werden die Seitenwände des Tubus 10 etwas aufgebogen und die Empfangsoptik 9 über die frontseitige Öffnung des Tubus 10 eingeschoben, bis die Zapfen 17 in den Ausnehmungen 16 einrasten. Die Einführung kann weiter dadurch erleichtert werden, daß an dem -oberen Rand der jeweils unteren Ausnehmung 16 an einer Seitenwand eine weitere Ausnehmung 18 ausmündet, wobei diese weitere Ausmündung 18 in horizontaler Richtung verläuft.
Zur Verschiebung der Empfangsoptik 9 im Tubus 10 ist eine Stellschraube 19 vorgesehen. Die Stellschraube 19 verläuft in vertikaler Richtung, wobei der Kopf 20 der Stellschraube 19 in der Gehäusewand gelagert ist, so daß die Stellschraube 19 von der Außenseite des Gehäuses 13 betätigbar ist.
An der Unterseite der Stellschraube 19 ist ein Knauf 21 vorgesehen, der in eine Bohrung 22 mit kreisförmigem Querschnitt an der Oberseite des Tubus 10 einrastbar ist.
Die so gelagerte Stellschraube 19 ist über eine Aufnahme 23 mit der Empfangsoptik 9 verbunden. Die Aufnahme 23 ist mit der Empfangsoptik 9 einteilig ausgebildet. Vorzugsweise ist die Empfangsoptik 9 mit der Aufnahme 23 sowie den Zapfen 17 an den Seitenflächen als Kunststoffspritzteil ausgebildet.
Die Aufnahme 23 steht von der Oberseite der Empfangsoptik 9 nach oben ab und durchsetzt eine Öffnung an der Oberseite des Tubus 10, wobei die Aufnahme 23 die Stellschraube 19 umschließt. Diese Öffnung mündet an der Öffnung von der Frontseite des Tubus 10 aus, so daß die Aufnahme 23 das Einschieben der Empfangsoptik 9 in den Tubus 10 nicht behindert.
Die Aufnahme 23 weist zwei senkrecht von der Oberseite der Empfangsoptik hervorstehende parallel verlaufende Stege 24 auf. An den oberen Rändern der Stege 24 steht jeweils in rechtem Winkel ein horizontal verlaufender Arm 25 ab. Die Arme 25 an den Stegen 24 verlaufen in Abstand parallel zueinander, wobei der Abstand durch Aufbiegen der Stege 24 vergrößert werden kann.
Durch dieses Aufbiegen kann der Abstand zwischen den Armen 25 so vergrößert werden, daß diese um das Gewinde der Stellschraube 19 gelegt werden können. Sobald die Arme 25 wieder losgelassen werden, liegen diese mit einer Vorspannung am Gewinde der Stellschraube 19 an. Mit den auf diese Weise am Gewinde der Stellschraube 19 gehaltenen Armen 25 wird zudem eine Überrastsicherung erhalten.
Durch Betätigen der Stellschraube 19 werden die Arme 25 am Gewinde der Stellschraube 19 nach oben oder unten bewegt, wodurch die Empfangsoptik 9 in vertikaler Richtung verschoben wird.
Üblicherweise wird am Lichttaster 1 ein digitales Ausgangssignal ausgegeben, welches signalisiert, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Der Schaltpunkt des Lichttasters 1, an welchem ein Signalwechsel vom Schaltzustand „Objekt vorhanden" in den Schaltzustand „Objekt nicht vorhanden" oder umgekehrt erfolgt, ist vorzugsweise dann erreicht, wenn die Ausgangssignale am Nah- 6 und Fernelement 7 gleich groß sind. Dann befindet sich das Objekt in einem der Tastweite des Lichttasters 1 entsprechenden Abstand.
Zur Einstellung der Reichweite oder der Tastweite des Lichttasters 1 wird die Empfangsoptik 9 mittels der Stellschraube 19 in eine geeignete Position verschoben.

Claims (18)

1. Lichttaster mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger mit wenigstens einem Nahelement und einem Fernelement, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Nah- (6) und Fernelement (7) eine Empfangsoptik (9) angeordnet ist, welche von den Empfangslichtstrahlen (4) durchsetzt wird, und daß zur Einstellung der Verteilung der auf das Nah- (6) und Fernelement (7) auftreffenden Empfangslichtstrahlen (4) die Empfangsoptik (9) quer zur Strahlachse der Empfangslichtstrahlen (4) verschiebbar ist.
2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nah- (6) und Fernelement (7) in Richtung der Längsachse des Empfängers (5) nebeneinanderliegend angeordnet sind, und daß die Empfangsoptik (9) in Richtung der Längsachse des Empfängers (5) verschiebbar ist, wobei der Tubus aus einem Kunststoffspritzteil besteht.
3. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (9) in einem Tubus (10) gelagert ist, wobei der Tubus (10) aus einem Kunststoffspritzteil besteht.
4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (9) an den Seitenwänden des Tubus (10) anliegt.
5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden des Tubus (10) Ausnehmungen (16) vorgesehen sind, in welche von den Seitenflächen der Empfangsoptik (9) hervorstehende Zapfen (17) greifen.
6. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (9) durch Aufweiten der Seitenwände des Tubus (10) über dessen frontseitige Öffnung einschiebbar ist, bis die Zapfen (17) in die Ausnehmungen (16) einrasten.
7. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (16), deren Längsachsen in Verschiebungsrichtung der Empfangsoptik (9) verlaufen, in ihrer Länge jeweils der maximalen Verschiebung der Empfangsoptik (9) angepaßt sind.
8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (3) und der Empfänger (5) in Abstand nebeneinanderliegend jeweils an einer Strahldurchtrittsöffnung für die Sende-(2) oder Empfangslichtstrahlen (4) an der Rückseite des Tubus (10) angeordnet sind, wobei die Sende- (2) und Empfangslichtstrahlen (4) durch eine in Längsrichtung des Tubus (10) verlaufende Trennwand (11) getrennt sind.
9. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (9) bei maximalem Verschiebweg in Richtung des Fernelements (7) auf der Trennwand (11) aufsitzt.
10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (9) bei maximalem Verschiebweg in Richtung des Nahelements (6) an der Oberseite des Tubus (10) anliegt.
11. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsoptik (9) zwischen Trennwand (11) und Unterseite des Tubus (10) an dessen Vorderseite angeordnet ist.
12. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3-11, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberseite der Empfangsoptik (9) eine Aufnahme (23) hervorsteht, welche eine Öffnung an der Oberseite des Tubus (10) durchsetzt, und in welche eine Stellschraube (19) zur Verschiebung der Empfangsoptik (9) greift, wobei die Öffnung an der Oberseite des Tubus (10) in dessen frontseitige Öffnung einmündet.
13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (23) zwei senkrecht von der Oberseite der Empfangsoptik (9) hervorstehende, parallel verlaufende Stege (24) aufweist, von deren oberen Rändern jeweils in rechtem Winkel ein Arm (25) absteht, wobei die Arme (25) am Gewinde der Stellschraube (19) anliegen.
14. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander verlaufenden Arme (25) gegeneinander aufbiegbar sind.
15. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (23) und die Empfangsoptik (9) einstückig ausgebildet sind.
16. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (23) und die Empfangsoptik (9) von einem Kunststoffspritzteil gebildet sind.
17. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-16, dadurch gekennzeichnet, daß diese in einem Gehäuse (13) angeordnet ist, an dessen Oberseite der Kopf (20) der Stellschraube (19) gelagert ist, so daß diese von der Außenseite des Gehäuses (13) betätigbar ist.
18. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des Tubus (10) eine Bohrung (22) mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen ist, in welche ein Knauf (21) am unteren Ende der Stellschraube (19) einrastbar ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10006321A1 (de) * 2000-02-12 2001-08-23 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer optischen Überwachungseinrichtung sowie Optik und Optikaufnehmer zur Durchführung des Verfahrens
CN103744122A (zh) * 2013-12-17 2014-04-23 上海兰宝传感科技股份有限公司 零盲区漫反射式光电传感器

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