DE3530011C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von Störlicht bei einer Meßlichtschranke - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von Störlicht bei einer MeßlichtschrankeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Unterdrückung des
Einflusses von neben Nutzlicht auf einen Empfänger einer Meßlichtschranke
einwirkenden Störlicht, wobei das Nutzlicht als Lichtimpulsfolge von einem
Sender erzeugt wird und von der Meßlichtschranke ein Ausgangssignal
erzeugt wird, dessen Amplitude von dem vom Meßobjekt eingenommenen
Teil des Querschnitts des Strahlengangs der Meßlichtschranke abhängt.
Es ist bereits eine optoelektrische Meßeinrichtung zur Messung der
Querdimensionen von laufenden Fäden bekannt (DE-AS 23 37 413), die sich
in einer durch mindestens eine Meßlichtquelle und einen fotoelektrischen
Wandler definierten Meßstrecke befinden, mit einem mindestens eine
Meßlichtquelle speisenden Impulsgenerator sowie mit einer an den
fotoelektrischen Wandler angeschlossenen Regelschaltung; der
fotoelektrische Wandler wird zusätzlich von einer besonderen
Referenzlichtquelle beleuchtet und die Meßlichtquelle sowie die
Referenzlichtquelle sind so an den Impulsgenerator gelegt, daß die von
ihnen erzeugten Lichtströme abwechselnd aufeinanderfolgen. Ferner sind
Momentanspeicher vorgesehen, welche die Ausgangssignale des
fotoelektrischen Wandlers unter Steuerung durch die den Lichtquellen
zugeführten Signale in Meßsignale und Referenzsignale zerlegen; die
abgetrennten Referenzsignale werden der Regelschaltung zugeführt.
Bekannt ist auch ein Lock-In-Verstärker mit einem Mikrocomputer für sehr
niedrige Frequenzen. Bei diesem Verstärker werden Paare von Meßwerten
gewonnen, die jeweils einem Störsignalpegel und der Summe aus einem
Stör- und Nutzsignalpegel entsprechen. Die Meßwerte jedes Paars werden
voneinander subtrahiert. Aus den Differenzen wird das
Nutz//Störsignalverhältnis berechnet, das zur Korrektur der Summe der
Stör- und Nutzsignalpegel verwendet wird (Rev. Sci. Instrum. 53 (7), Juli
1982, S. 1082-1085).
Meßlichtschranken werden beispielsweise zur Feststellung der Größe eines
in den Strahlengang hineinragenden Objekts verwendet. Es kann sich dabei
um eine Materialbahn handeln, deren Randlage gegenüber einer
vorgegebenen Bezugslage erfaßt werden soll. Vielfach werden derartige
Meßlichtschranken als Istwertgeber innerhalb des Regelkreises für die
Positionierung einer laufenden Materialbahn eingesetzt. Die Amplitude des
empfangenen Signals ist dabei ein Maß für den vom Objekt abgeschatteten
Teil des Querschnitts des Strahlengangs der Meßlichtschranke.
Der Empfänger der jeweiligen Meßlichtschranke ist auch Störlicht
ausgesetzt, durch das Meßfehler hervorgerufen werden können. Je nach der
Intensität des Störlichts gegenüber der Intensität der vom Sender
erzeugten Strahlung wird hierbei unter Umständen ein für Meßzwecke
nicht mehr geeignetes Ausgangssignal am Empfänger hervorgerufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß auch bei großem
Störlichteinfluß im Vergleich mit dem vom Sender erzeugten Nutzlicht eine
hohe Meßgenauigkeit erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1
oder 2 gelöst.
Mit den im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Vorrichtungen ist es auf
einfache Weise möglich, den Störlichteinfluß festzustellen und aus dem
weiterzuverarbeitenden Signal zu entfernen. Die Lichtimpulse können von
so kurzer Dauer sein, daß sich der Störlichtpegel während der Impulsdauer
praktisch nicht ändert. Der Einfluß des Störlichts auf das nach der
Subtraktion erhaltene Signal ist deshalb vernachlässigbar. Es kann mit
geringem schaltungstechnischen Aufwand mit diesen Anordnungen ein vom
Störlichteinfluß unabhängiges Ausgangssignal erzeugt werden, dessen
Amplitude ein Maß für den vom Meßobjekt eingenommenen Teil des
Querschnitts des Strahlengangs der Meßlichtschranke ist.
Mit der im Anspruch 2 beschriebenen Vorrichtung wird insbesondere die
Genauigkeit bei größeren Sendeimpulsbreiten verbessert. Aufgrund der
Bildung des arithmetischen Mittelwerts wird der störende Einfluß von
Störlichtschwankungen während der Dauer des Sendeimpulses weitgehend
beseitigt. Es findet dabei eine Art lineare Interpolation statt.
Vorzugsweise ist ein die erste Taktimpulsfolge erzeugender Taktgenerator
vorgesehen, dem ein zeitverzögertes Monoflop zur Erzeugung der zweiten
Taktimpulsfolge nachgeschaltet ist. Es reicht somit aus, für die erste
Taktimpulsfolge einen Generator mit entsprechendem Aufwand für die
Einhaltung der Frequenz vorzusehen. Die zweite Taktimpulsfolge wird mit
einfachen Mitteln synchron zu der ersten Taktimpulsfolge hervorgerufen.
Die Taktimpulsfolgen können auch mit einem von einem Taktgenerator
zyklisch fortschaltbaren Ringzähler erzeugt werden, der an Ausgängen seiner
Ringzählerstufen Taktimpulsfolgen ausgibt. Die Anzahl der Ringzählerstufen
legt auch in Verbindung mit der Frequenz des Taktgebers die Periode der
Taktimpulsfolgen fest.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprü
chen 6 und 8 bis 12 beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in einer Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben, aus denen sich weitere
Merkmale sowie Vorteile ergeben. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur Unterdrückung des
Einflusses von Störlicht bei Meßlichtschranken,
Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Spannungen und
Strömen der Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Schaltbild einer anderen Anordnung zur Unterdrückung
des Einflusses von Störlicht bei Meßlichtschranken,
Fig. 4 ein Schaltbild einer dritten Anordnung zur Unterdrückung
des Einflusses von Störlicht bei Meßlichtschranken,
Fig. 5 eine vierte Anordnung zur Unterdrückung des Einflusses von
Störlicht bei Meßlichtschranken,
Fig. 6 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Spannungen und
Strömen der Anordnung gemäß Fig. 5.
Eine Meßlichtschranke 1 enthält einen Sender 2 und einen Empfänger 3
für vorzugsweise sichtbare Strahlen. Bei dem Sender 2 handelt es sich z.
B. um eine Lumineszenzdiode, während der Empfänger eine Photozelle, eine
Photodiode oder ein Phototransistor sein kann.
Der Sender 2 ist mit dem Ausgang einer monostabilen Kippstufe 4 ver
bunden. Der Eingang der monostabilen Kippstufe 4 ist an einen Takt
generator 5 angeschlossen.
Der Ausgang des Empfängers 3 ist über eine nicht dargestellte Impuls
verstärkerstufe mit einer ersten und einer zweiten Abtast- und Halteschal
tung 6, 7 verbunden. Die erste Abtast- und Halteschaltung 6 wird durch
den Taktgenerator 5 gesteuert. Die zweite Abtast- und Halteschaltung 7
wird durch das Monoflop 4 gesteuert. Der Ausgang der Abtast- und Halte
schaltung 7 steht mit dem Minuendeneingang einer Subtrahierschaltung 8
in Verbindung, deren Subtrahendeneingang an die erste Abtast- und Halte
schaltung 6 angeschlossen ist. An den Ausgang der Subtrahierschaltung 8
ist ein Tiefpaßfilter 9 angeschlossen.
Der Taktgenerator 5 erzeugt die erste Taktimpulsfolge mit Rechteck
impulsen 10. Die erste Taktimpulsfolge hat eine in etwa gleichbleibende
Frequenz. Je nach Bedarf kann auch eine Impulsfolge mit stabiler Frequenz
z. B. mit Hilfe eines Quarzoszillators erzeugt werden. Die Impulse 10
stoßen die monostabile Kippstufe 4 an,
die auf die Rückflanke jedes
Impulses 10 hin einen Impuls 11 abgibt. Am Ausgang der monostabilen
Kippstufe 4 steht daher die zweite Impulsfolge zur Verfügung. Die
Impulse 11 haben gegen die Impulse 10 eine geringe Phasenverschiebung,
die vorzugsweise der Impulsdauer der Impulse 10 entspricht.
Es sei angenommen, daß auf den Empfänger 3 ein Störlicht einwirkt, das
den in Fig. 2 mit 12 bezeichneten Verlauf hat. Ein derartiger Verlauf
kann z. B. durch eine Gasentladungslampe erzeugt werden, die Licht mit
100 Hz abstrahlt. Der Sender 2 gibt entsprechend der zweiten Impulsfolge
Lichtimpulse ab, die im Empfänger 3 als dem Störlicht überlagerte
Impule 13 feststellbar sind.
Mit Hilfe der Impulse 10 wird jeweils das Ausgangssignal des Empfängers 3
in der Abtast- und Halteschaltung 6 gespeichert. Die entsprechenden
Signalwerte 14, 15, 16 sind in Fig. 2 dargestellt. Die Impulse 11, die im
wesentlichen gleichzeitig mit den Impulsen 13 auftreten, veranlassen das
Speichern der Ausgangssignale des Empfängers 3 zu den Zeitpunkten, an
denen die Impulse 13 dem Störlicht überlagert sind. Die entsprechenden
Werte der Ausgangssignale 17, 18, 19 sind ebenfalls in Fig. 2 dargestellt.
Während die Werte 14, 15, 16 dem Störlicht zum jeweiligen Abtastzeitpunkt
entsprechen, enthalten die Werte 17, 18, 19 sowohl den Anteil des Stör
lichts als auch den auf die Sendeimpulse 11 zurückgehenden Anteil des
empfangenen Lichts. In der Subtrahierschaltung 8 werden die Wertpaare 17,
14; 18, 15 und 19, 16 voneinander subtrahiert. Das Ergebnis ist ein analoges
Signal 20, dessen Pegel dem Pegel der Impulse 13 ohne Störlicht propor
tional ist. Durch die Phasenverschiebung zwischen den Impulsen 10, 11
treten im Signal kurze Impulse 21 auf, die mit dem Filter 9 unterdrückt
werden. Am Ausgang des Filters 9 steht daher ein analoges Signal 22 zur
Verfügung, dessen Pegel der Meßwert ist, der mit der Meßlichtschranke 1
festgestellt wird. Dieser Meßwert ist weitgehend unabhängig vom Störlicht.
Die Meßlichtschranke 1 wird vorzugsweise zur Feststellung der Position
einer laufenden Materialbahn verwendet, die zumindest mit einem Rand
im optisch wirksamen Strahlenbündel hindurchbewegt wird. Die Meßlicht
schranke 1 kann eine Einweg- oder Reflexionsschranke sein.
Die Fig. 3 zeigt insbesondere ein Schaltbild einer Anordnung zur Erzeugung
von Taktimpulsfolgen.
Ein Ringzähler 23 enthält eine Reihe von Ringzählerstufen 24, 25, 26, 27,
28, 29, die zu einem Ring verbunden sind. Die Schiebetakteingänge der
Ringzählerstufen 24 bis 29 sind jeweils mit einem Taktgenerator 30 ver
bunden. Im Ringzähler 23 wird ein bestimmter Wert, z. B. eine binäre "1",
mit jedem Taktimpuls von Ringzählerstufe zu Ringzählerstufe weiterge
schaltet. An den Ausgängen der Ringzählerstufen 24 bis29 treten daher
Taktimpulsfolgen auf, deren Periode durch die Anzahl der Ringzählerstufen
und die Periode der Impulse des Taktgenerators 30 bestimmt ist. Die
Periode der Taktimpulsfolgen ist das Produkt aus der Anzahl der Ringzähler
stufen und der Periode der Impulse des Taktgenerators 30.
Die Ausgänge zweier benachbarter Ringzählerstufen, z. B. der Ringzähler
stufen 25 und 26, sind jeweils mit der ersten und der zweiten Abtast- und
Halteschaltung 6 und 7 verbunden. Falls noch weitere Taktimpulsfolgen
benötigt werden, wie bei der nachfolgend noch erläuterten Anordnung,
können an anderen Ringzählerstufen entsprechende Taktimpulsfolgen abge
griffen werden. Die Ringzählerstufe 26 ist ausgangsseitig auch an den
Sender 2 angeschlossen. Die übrigen Schaltungsteile der Anordnung gemäß
Fig. 3 stimmen mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung überein, so
daß sich eine eingehendere Beschreibung erübrigt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist eine zusätzliche Abtast- und
Halteschaltung 31 vorgesehen, die mit einem ODER-Glied 32 gesteuert
wird, das mit je einem Eingang an den Ausgang des Taktgenerators 5 und
den Ausgang des Monoflops 4 angeschlossen ist. Die Abtast- und Halte
schaltung 31 ist mit dem Ausgang der Subtrahierschaltung 8 verbunden.
Die übrigen Teile der Anordnung gemäß Fig. 4 entsprechen der in Fig. 1
dargestellten Schaltung. Der aus dem ODER-Glied 32 und der Abtast- und
Halteschaltung 31 bestehende Teil ersetzt den in Fig. 1 dargestellten
Tiefpaß 9.
Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1
gezeigten Anordnung durch eine dritte Abtast- und Halteschaltung 33, ein
weiteres Monoflop 34, eine Addierschaltung 35 und eine Dividierschal
tung 36. Das Monoflop 34 ist an den Ausgang des Monoflops 4 angeschlos
sen und wird mit der Rückflanke des Ausgangsimpulses des Monoflops 4
getriggert. Das Monoflop 34 steuert über seinen Ausgang die dritte Abtast-
und Halteschaltung 33, die eingangsseitig an den Empfänger 3 angeschlossen
ist. Die beiden Abtast- und Halteschaltungen 6 und 33 sind mit der
Summierschaltung 35 verbunden, der die Dividierschaltung 36 nachgeschaltet
ist, die durch den Faktor 2 dividiert. Die Dividierschaltung 36 speist den
Subtrahendeneingang der Subtrahierschaltung 8, deren Minuendeneingang mit
der Abtast- und Halteschaltung 7 verbunden ist.
Die Übernahme der Speicherwerte in die Abtast- und Halteschaltungen 6,
7, 33 erfolgt beispielsweise mit Rückflanken der an die Steuereingänge
angelegten Impulse. Bei drei, je von dem Taktgeber 5 und dem Monoflop 4
und 34 erzeugten, gegeneinander phasenverschobenen Taktimpulsfolgen 37,
38, 39 werden bei einer auf Störlicht zurückgehenden Empfängerspannung 40
jeweils drei Spannungsamplituden 41, 42, 43 in den Abtast- und Halte
schaltungen 6, 7 und 33 gespeichert. Die Amplituden 41 und 43 werden
addiert. Anschließend wird der arithmetische Mittelwert der Summe der
Amplituden 41, 43 von der Amplitude 42 subtrahiert. Die in Fig. 5 darge
stellte Anordnung eignet sich für solche Anwendungsfälle, bei denen sich
während der Dauer des Sendeimpulses stärkere Änderungen des Störlichts
ergeben.
Mit der in Fig. 5 gezeigten
Anordnung wird die sich hieraus ergebende Ungenauigkeit verringert. Es
wird dabei ein linear interpolierter Störlichtwert aus den vor und nach dem
Sendeimpuls gemessenen Störlichtwerten gebildet.
Die Taktimpulsfolgen für die Steuereingänge der Abtast- und Halteschal
tungen 6, 7 und 33 können auch mit dem in Fig. 3 dargestellten Ringzäh
ler 23 erzeugt werden. In diesem Fall wird der Ausgang der Ringzähler
stufe 27 mit dem Steuereingang der Abtast- und Halteschaltung 33 ver
bunden, während die Abtast- und Halteschaltungen 6 und 7 mit ihren
Steuereingängen an die Ringzählerstufen 25 und 26 angeschlossen sind.
Der Sendeimpuls kann zweckmäßigerweise eine Dauer von 50 µs haben.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von neben Nutzlicht auf
einen Empfänger einer Meßlichtschranke einwirkenden Störlicht, wobei
das Nutzlicht als Lichtimpulsfolge von einem Sender erzeugt wird und
von der Meßlichtschranke ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen
Amplitude von dem vom Meßobjekt eingenommenen Teil des
Querschnitts des Strahlengangs der Meßlichtschranke abhängt,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei geringfügig gegeneinander phasenverschobene
Taktimpulsfolgen erzeugt werden, von denen die zweite den Sender (2)
der Meßlichtschranke (1) zur Erzeugung von Sendelichtimpulsen
beaufschlagt, daß die Impulse (20) der ersten Taktimpulsfolge kurz vor
Auftreten jedes Sendelichtimpulses die Speicherung der
Ausgangssignalwerte (14, 15, 16) des Empfängers (3) in einer ersten
Abtast- und Halteschaltung (6) und die Impulse (11) der zweiten
Taktimpulsfolge bei Auftreten jedes Sendelichtimpulses die Speicherung
der Störlichtsignale und Sendelichtsignale umfassenden
Ausgangssignalwerte (17, 18, 19) des Empfängers (3) in einer zweiten
Abtast- und Halteschaltung (7) auslösen und daß die Ausgänge der
Abtast- und Halteschaltungen (6, 7) an eine Subtrahierschaltung (8)
angeschlossen sind.
2. Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von neben Nutzlicht auf
einen Empfänger einer Meßlichtschranke einwirkenden Störlicht, wobei
das Nutzlicht als Lichtimpulsfolge von einem Sender erzeugt wird und
von der Meßlichtschranke ein Ausgangssignal erzeugt wird, dessen
Amplitude von dem vom Meßobjekt eingenommenen Teil des
Querschnitts des Strahlengangs der Meßlichtschranke abhängt,
dadurch gekennzeichnet,
daß drei jeweils geringfügig gegeneinander phasenverschobene
Taktimpulsfolgen (37, 38, 39) erzeugt werden, von denen die zweite
den Sender (2) der Meßlichtschranke (1) zur Erzeugung von
Sendelichtimpulsen beaufschlagt, daß die Impulse der ersten
Taktimpulsfolge (37) kurz vor Auftreten jedes Sendelichtimpulses die
Speicherung der Ausgangssignalwerte des Empfängers (3) in einer
ersten Abtast- und Halteschaltung (6), die Impulse der zweiten
Taktimpulsfolge (38) bei Auftreten jedes Sendelichtimpulses die
Speicherung der Störlichtsignale und Sendelichtsignale umfassenden
Ausgangssignalwerte in einer zweiten Abtast- und Halteschaltung (7)
und die Impulse der dritten Taktimpulsfolge (39) kurz nach einem
Sendelichtimpuls die Speicherung der Ausgangssignalwerte des
Empfängers (3) in einer dritten Abtast- und Halteschaltung (33)
auslösen, daß die Ausgänge der ersten und dritten Abtast- und
Halteschaltung (6, 33) an eine Summierschaltung (35) angeschlossen
sind, die über eine Dividierschaltung (36) mit dem Subtrahendeneingang
einer Subtrahierschaltung (8) verbunden ist, deren Minuendeneingang
an die zweite Abtast- und Halteschaltung angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein die erste Taktimpulsfolge
erzeugender Taktgenerator (5) vorgesehen ist, dem
ein erstes zeitverzögertes Monoflop (4) nachgeschaltet
ist, das von der Rückflanke jedes ersten
Taktimpulses getriggert wird und die zweite Taktimpulsfolge
erzeugt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem ersten zeitverzögerten Monoflop (4) ein zweites Monoflop (34)
nachgeschaltet ist, das von der Rückflanke jedes Impulses des ersten
Monoflops (4) getriggert wird und die dritte Taktimpulsfolge (39)
erzeugt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein von einem Taktgenerator (30) zyklisch fortschaltbarer Ring
zähler (23) vorgesehen ist, der an Ausgängen von Ringzählerstufen (25,
26, 27) die dritte und/oder die erste und zweite Taktimpulsfolge (39,
37, 38) erzeugt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Subtrahierschaltung (8) eine weitere Abtast- und Halte
schaltung (31) angeschlossen ist, die durch die ODER-Verknüpfung (32) der
Signale der dritten und/oder der ersten und zweiten Taktimpulsfol
ge (39, 37, 38) steuerbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Subtrahierschaltung (8) ein Tiefpaß (9) angeschlossen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Taktimpulsfolge hochfrequent ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (2) und der Empfänger (3) für sichtbare Strahlung
ausgelegt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,
gekennzeichnet
durch die Verwendung zur Messung der Position einer laufenden
Materialbahn.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853530011 DE3530011C3 (de) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von Störlicht bei einer Meßlichtschranke |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19853530011 DE3530011C3 (de) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von Störlicht bei einer Meßlichtschranke |
Publications (3)
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DE3530011A1 DE3530011A1 (de) | 1987-03-12 |
DE3530011C3 true DE3530011C3 (de) | 1994-09-29 |
DE3530011C2 DE3530011C2 (de) | 1994-09-29 |
Family
ID=6279096
Family Applications (1)
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DE19853530011 Expired - Fee Related DE3530011C3 (de) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung des Einflusses von Störlicht bei einer Meßlichtschranke |
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- 1985-08-22 DE DE19853530011 patent/DE3530011C3/de not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AEG SENSORSYSTEME GMBH, 6940 WEINHEIM, DE |
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8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
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D4 | Patent maintained restricted | ||
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