DE3605885A1 - Lichtschranke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit einem einen Impulsgenerator aufweisenden, Sendelichtimpulse emittierenden Lichtschrankensender, einem für die Sendelichtimpulse lichtempfindlichen, Empfängerausgangsimpulse abgebenden Lichtschrankenempfänger und einer dem Lichtschrankenempfänger nachgeordneten, die Empfängerausgangsimpulse verarbeitenden Auswerteschal­ tung.

Die Erfindung betrifft also einen optoelektronischen Annäherungsschalter, der häufiger als Lichtschranke bezeichnet wird.

Bei Lichtschranken unterscheidet man zwischen einem Lichtschrankentyp, bei dem der Lichtschrankensender und der Lichtschrankenempfänger auf ent­ gegengesetzten Seiten einer Überwachungsstrecke angeordnet sind, und einem Lichtschrankentyp, bei dem der Lichtschrankensender und der Licht­ schrankenempfänger am gleichen Ende einer Überwachungsstrecke angeordnet sind, während ein am anderen Ende der Überwachungsstrecke angeordneter Reflektor die vom Lichtschrankensender ausgehenden Sendelichtimpulse zum Lichtschrankenempfänger zurückreflektiert. In beiden Fällen spricht die Auswerteschaltung an, wenn die normalerweise vom Lichtschrankensender zum Lichtschrankenempfänger gelangenden Sendelichtimpulse durch ein in die Überwachungsstrecke gelangtes Beeinflussungselement unterbrochen wird. Es gibt jedoch auch Lichtschranken des zuletzt beschriebenen Lichtschran­ kentyps, bei denen die vom Lichtschrankensender kommenden Sendelichtim­ pulse nur durch ein entsprechendes Beeinflussungselement zum Lichtschran­ kenempfänger zurückreflektiert werden.

Bei allen Lichtschranken muß dafür gesorgt werden, daß die Auswerteschal­ tung dann nicht so reagiert, wie sie auf vom Lichtschrankensender emittier­ te und vom Lichtschrankenempfänger aufgenommene Sendelichtimpulse reagie­ ren soll, wenn auf den Lichtschrankenempfänger Störimpulse auftreffen; Lichtschranken müssen also störimpulssicher sein.

Im Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, hat man die zuvor erläuterte notwendige Störimpulssicherheit schon mit verschiedenen Mitteln zu erreichen versucht. Insbesondere sind Lichtschranken bekannt, bei denen zur Erzielung einer weitgehenden Störimpulssicherheit der Lichtschranken­ empfänger nur dann sensitiv ist, wenn der Lichtschrankensender Sendelicht­ impulse abgibt. Auf den Lichtschrankenempfänger auftreffende Lichtimpulse, auch solche der "richtigen" Impulsamplitude und/oder -dauer werden also nur dann als Sendelichtimpulse verarbeitet, wenn sie genau dann auf den Lichtschrankenempfänger auftreffen, wenn dieser sensitiv ist, wenn also der Lichtschrankensender aktiv ist.

Im Stand der Technik ist bereits eine Lichtschranke bekannt (vgl. die DE-PS 30 38 141), die sich durch eine besonders weitgehende Störimpuls­ sicherheit auszeichnet und die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die Auswerteschaltung dann und nur dann so reagiert, wie sie auf vom Lichtschrankensender emittierte und vom Lichtschrankenempfänger aufgenommene Sendelichtimpulse reagieren soll, wenn der Lichtschranken­ empfänger eine vorgegebene Folge von Sendelichtimpulsen empfangen hat.

Im übrigen ist im Stand der Technik eine Lichtschranke bekannt (vgl. die DE-OS 35 18 025), und zwar eine Reflexionslichtschranke mit einem Sende­ lichtimpulse emittierenden Lichtschrankensender, einem die Sendelichtim­ pulse reflektierenden, also Reflexionslichtimpulse abgebenden Reflektor, einem für die Reflexionslichtimpulse lichtempfindlichen Lichtschranken­ empfänger und einer dem Lichtschrankenempfänger nachgeordneten Auswerte­ schaltung, wobei der Lichtschrankensender einen Impulsgenerator sowie die Auswerteschaltung einen Integrationskondensator und einen den Inte­ grationskondensator nachgeschalteten Schmitt-Trigger (oder einen anderen Detektor) aufweisen, der Impulsgenerator Steuerimpulse abgibt, die einerseits der Erzeugung der Sendelichtimpulse dienen, die andererseits in die Auswerteschaltung eingespeist werden, der Lichtschrankenempfänger beim Empfang von Reflexionslichtimpulsen Empfängerausgangsimpulse abgibt und dann, wenn in der Auswerteschaltung gleichzeitig Steuerimpulse und Empfängerausgangsimpulse anstehen, der Integrationskondensator geladen oder entladen wird, dann, wenn in der Auswerteschaltung nicht gleichzeitig Steuerimpulse und Empfängerausgangsimpulse anstehen, der Integrationskon­ densator entladen oder geladen wird, soweit er nicht vollständig entladen oder vollständig geladen ist. Dadurch, daß die Auswerteschaltung einen dem Laden des Integrationskondensators dienenden steuerbaren aktiven La­ destromkreis und einen dem Entladen des Integrationskondensators dienen­ den steuerbaren Entladestromkreis aufweist, ist die Lage der Trigger­ schwellen des Schmitt-Triggers für die Funktionsfähigkeit dieser Reflexions­ lichtschranke nicht mehr kritisch.

Bei den zuvor beschriebenen, im Stand der Technik bekannten Lichtschranken mit weitgehender Störimpulssicherheit ist zwischen dem Lichtschrankensen­ der und dem Lichtschrankenempfänger eine elektrische Verbindung nötig. Diese Notwendigkeit ist dann häufig lästig, wenn es um den Lichtschran­ kentyp geht, bei dem der Lichtschrankensender und der Lichtschrankenem­ pfänger auf entgegengesetzten Seiten einer Überwachungsstrecke angeord­ net sind.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschrie­ bene Lichtschranke, von der die Erfindung ausgeht, unter Verzicht auf die Notwendigkeit einer elektrischen Verbindung zwischen dem Lichtschranken­ sender und dem Lichtschrankenempfänger weitgehend störimpulssicher zu machen.

Die erfindungsgemäße Lichtschranke, bei der die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Lichtschrankenempfänger und der Auswer­ teschaltung eine Austastschaltung vorgesehen ist und die Austastschal­ tung nur während einer Tastphase die Weitergabe der Empfängerausgangsim­ pulse an die Auswerteschaltung und/oder die Verarbeitung der Empfänger­ ausgangsimpulse in der Auswerteschaltung ermöglicht oder den Empfänger­ ausgangsimpulsen entsprechende Verarbeitungsimpulse an die Auswerteschal­ tung gibt, also während einer Austastphase eine Beeinflussung der Aus­ werteschaltung durch Empfängerausgangsimpulse nicht zuläßt. Wesentlich ist dabei, daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Lichtschrankensender und dem Lichtschrankenempfänger nicht nötig ist, weil statt der im Stand der Technik verwirklichten elektrischen Synchronisation eine optische Synchronisation verwirklicht werden kann; mit jedem auf den Lichtschran­ kenempfänger auftreffenden, einen Empfängerausgangsimpuls generierenden Sendelichtimpuls kann die Austastschaltung "starten" also erst einen Tastimpuls und dann einen Austastimpuls erzeugen, wobei es sich empfiehlt, die Tastphase und die Austastphase der Austastschaltung auf die Impuls­ dauer und die Impulspausenzeit der Sendelichtimpulse abzustimmen.

Im folgenden werden die Lehre der Erfindung sowie Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre der Erfindung anhand eines zeichnerisch darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 teilweise schematisch, ein Schaltbild einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform einer erfindungsgemäßen Lichtschranke und

Fig. 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Lichtschranke nach Fig. 1.

Zu der in Fig. 1 - in wesentlichen Teilen nur schematisch - dargestellte Lichtschranke gehören ein einen Impulsgenerator 1 aufweisender, Sende­ lichtimpulse emittierender Lichtschrankensender 2, ein für die Sende­ lichtimpulse lichtempfindlicher, Empfängerausgangsimpulse abgebender Lichtschrankenempfänger 3 und eine dem Lichtschrankenempfänger 3 nach­ geordnete, die Empfängerausgangsimpulse verarbeitende Auswerteschaltung 4.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Lichtschrankenempfänger 3 und der Aus­ werteschaltung 4 eine Austastschaltung vorgesehen, die nur während einer Tastphase die Weitergabe der Empfängerausgangsimpulse an die Auswerte­ schaltung 4 und/oder die Verarbeitung der Empfängerausgangsimpulse in der Auswerteschaltung 4 ermöglicht oder den Empfängerausgangsimpulsen entsprechende Verarbeitungsimpulse an die Auswerteschaltung 4 gibt, die also während einer Austastphase eine Beeinflussung der Auswerteschaltung 4 durch Empfängerausgangsimpulse nicht zuläßt.

Wesentlich für die erfindungsgemäße, in Fig. 1 dargestellte Lichtschranke ist, daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Lichtschrankensender 2 und dem Lichtschrankenempfänger 3 nicht nötig ist, weil statt der im Stand der Technik verwirklichten elektrischen Synchronisation eine op­ tische Synchronisation verwirklicht ist. Mit jedem auf den Lichtschran­ kenempfänger 3 auftreffenden, einen Empfängerausgangsimpuls erzeugenden Sendelichtimpulse "startet" die Austastschaltung 5, wobei erst ein Tast­ impuls und dann ein Austastimpuls erzeugt wird. Die Tastphase und die Austastphase der Austastschaltung 5 sind auf die Impulsdauer und die Impulspausenzeit der Sendelichtimpulse abgestimmt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Licht­ schranke weist nun die Austastschaltung 5 ein logisches Verknüpfungsele­ ment, nämlich ein NOR-Gatter 6, einen Komparator, nämlich einen Opera­ tionsverstärker 7, und ein Zeitglied 8 auf, wobei das Zeitglied 8 aus einem Ladewiderstand 9, einem Entladewiderstand 10 und einem Speicher­ kondensator 11 besteht. Dabei sind der Ausgang des Lichtschrankenempfän­ gers 3 an den ersten Eingang des NOR-Gatters 6, der Ausgang des Opera­ tionsverstärkers 7 an den zweiten Eingang des NOR-Gatters 6 und der Aus­ gang des NOR-Gatters 6 an den Eingang der Auswerteschaltung 4 ange­ schlossen. An den ersten Eingang des Operationsverstärkers 7 ist das Zeitglied 8 angeschlossen, während an den zweiten Eingang des Opera­ tionsverstärkers 7 der Spannungsteilerabgriff 12 eines aus zwei Span­ nungsteilerwiderständen 13, 14 bestehenden Spannungsteilers 15 ange­ schlossen ist.

Für das in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel einer er­ findungsgemäßen Lichtschranke gilt weiter, daß der Ladewiderstand 9 und der Entladewiderstand 10 in Reihe geschaltet sind, in Reihe zu dem Ent­ ladewiderstand 10 ein Entladeschalter, nämlich ein Entladetransistor 16, liegt, der Reihenschaltung aus dem Entladewiderstand 10 und dem Entlade­ transistor 16 der Speicherkondensator 11 parallel geschaltet ist und einerseits das dem Entladewiderstand 10 und dem Speicherkondensator 11 ferne Ende des Ladewiderstandes 9, andererseits das dem Ladewiderstand 9 und dem Entladewiderstand 10 ferne Ende des Speicherkondensators 11 und das dem Entladewiderstand 10 ferne Ende des Entladetransistors 16 an eine Betriebsspannungsquelle U _B angeschlossen sind, an die auch der Spannungsteiler 15 angeschlossen ist. Dem Spannungsteilerwiderstand 14 des Spannungsteilers 15 ist die Reihenschaltung aus einem Reduzierungs­ widerstand 17 und einem Reduzierungsschalter, nämlich einem Reduzierungs­ transistor 18, parallel geschaltet.

Schließlich zeigt die Fig. 1 noch insoweit ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Lichtschranke, als der Entladetransistor 16 und der Reduzierungstransistor 18 vom Ausgang des NOR-Gatters 6 ange­ steuert sind, nämlich die Basis 19 des Entladetransistors 16 über einen Basisvorwiderstand 20 und die Basis 21 des Reduzierungstransistors 18 über einen Basisvorwiderstand 22 an den Ausgang des NOR-Gatters 6 ange­ schlossen sind.

Im folgenden wird nun die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtschranke in Verbindung mit Fig. 2 näher erläutert:

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Licht­ schranke gibt der Lichtschrankenempfänger 3 empfangene Sendelichtimpulse invertiert als Empfängerausgangsimpulse ab. Der Kurvenverlauf a in Fig. 2 zeigt die Ausgangsspannung des Lichtschrankenempfängers 3; in Fig. 1 ist mit a angedeutet, wo die Ausgangsspannung des Lichtschrankenempfängers 3 ansteht.

Trifft auf den Lichtschrankenempfänger 3 kein Sendelichtimpuls, so hat die Ausgangsspannung des Lichtschrankenempfängers 3 einen bestimmten Wert, hier als Wert 1 angenommen; die Lichtschranke ist in Warteposition, d. h. der Signalweg ist "durchgeschaltet".

Im Zeitaugenblick t ₁ trifft auf den Lichtschrankenempfänger 3 ein Sende­ lichtimpuls; die Ausgangsspannung des Lichtschrankenempfängers 3 nimmt den Wert Null an. Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 7 ebenfalls - praktisch - den Wert Null hat - Kurvenverlauf c in Fig. 2, in Fig. 1 mit c angedeutet -, nimmt die Ausgangsspannung des NOR-Gat­ ters 6 - Kurvenverlauf b in Fig. 2, in Fig. 1 mit b angedeutet - einen bestimmten Wert, hier als Wert 1 angenommen, an.

Vor dem Auftreffen des ersten Sendelichtimpulses auf den Lichtschranken­ empfänger 3 lagen an beiden Eingängen des Operationsverstärkers 7 prak­ tisch gleiche Spannungen. Dadurch, daß die Ausgangsspannung des NOR-Gat­ ters 6 den Wert 1 angenommen hat, werden der Entladetransistor 16 und der Reduzierungstransistor 18 leitend. Während dadurch die Spannung am Spannungsteilerabgriff 12 des Spannungsteilers 15 - und damit die Span­ nung am entsprechenden Eingang des Operationsverstärkers 7 - schlagartig reduziert wird, reduziert sich die Spannung am anderen Eingang des Opera­ tionsverstärkers 7 erst entsprechend dem Zeitverhalten des Zeitgliedes 8, und zwar entsprechend dem Widerstand des Entladewiderstandes 10 und der Kapazität des Speicherkondensators 11. Die Zeit, während der sich der Speicherkondensator 11 entlädt, ist die Tastphase, Zeit vom Zeitaugen­ blick t ₁ bis zum Zeitaugenblick t ₂.

Im Zeitaugenblick t ₂, am Ende der Tastphase, nimmt die Ausgangsspannung des NOR-Gatters 6 wieder den Wert Null an, so daß der Entladetransistor 16 und der Reduzierungstransistor 18 sperren. Jetzt beginnt der Speicherkon­ densator 11 sich über den Ladewiderstand 9 zu laden, Beginn der Austast­ phase. Entsprechend dem Zeitverhalten des Zeitgliedes, und zwar entsprechend dem Widerstand des Ladewiderstandes 9 und der Kapazität des Speicherkon­ densators 11, ist die Austastphase vorgegeben.

Im Zeitaugenblick t ₃ hat der Speicherkondensator 11 wieder die der Span­ nung am Spannungsteilerabgriff 12 des Spannungsteilers 15 entsprechende Spannung erreicht, so daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 7 wieder praktisch den Wert Null annimmt. Die Austastphase ist beendet, der Signalweg ist wieder "durchgeschaltet".

Claims (11)

1. Lichtschranke mit einem einen Impulsgenerator aufweisenden, Sende­ lichtimpulse emittierenden Lichtschrankensender, einem für die Sende­ lichtimpulse lichtempfindlichen, Empfängerausgangsimpulse abgebenden Lichtschrankenempfänger und einer dem Lichtschrankenempfänger nachge­ ordneten, die Empfängerausgangsimpulse verarbeitenden Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Licht­ schrankenempfänger (3) und der Auswerteschaltung (4) eine Austastschal­ tung (5) vorgesehen ist und die Austastschaltung (5) nur während einer Tastphase die Weitergabe der Bmpfängerausgangsimpulse an die Auswerte­ schaltung (4) und/oder die Verarbeitung der Empfängerausgangsimpulse in der Auswerteschaltung (4) ermöglicht oder den Empfängerausgangsim­ pulsen entsprechende Verarbeitungsimpulse an die Auswerteschaltung (4) gibt, also während einer Austastphase eine Beeinflussung der Auswerte­ schaltung (4) durch Empfängerausgangsimpulse nicht zuläßt.

2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tast­ phase und die Austastphase der Austastschaltung (5) auf die Impulsdauer und die Impulspausenzeit der Sendelichtimpulse abgestimmt sind.

3. Lichtschranke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtschrankenempfänger (3) empfangene Sendelichtimpulse invertiert als Empfängerausgangsimpulse abgibt.

4. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Austastschaltung (5) ein logisches Verknüpfungselement, vorzugsweise ein NOR-Gatter (6), einen Komparator, vorzugsweise einen Operationsverstärker (7), und ein Zeitglied (8), vorzugsweise bestehend aus einem Ladewiderstand (9), einem Entladewiderstand (10) und einem Speicherkondensator (11), aufweist.

5. Lichtschranke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Lichtschrankenempfängers (3) an den ersten Eingang des NOR-Gatters (6), der Ausgang des Operationsverstärkers (7) an den zweiten Eingang des NOR-Gatters (6) und der Ausgang des NOR-Gatters (6) an den Eingang der Auswerteschaltung (4) angeschlossen sind.

6. Lichtschranke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den ersten Eingang des Operationsverstärkers (7) das Zeitglied (8) und an den zweiten Eingang des Operationsverstärkers (7) der Spannungsteiler­ abgriff (12) eines aus zwei Spannungsteilerwiderständen (13, 14) be­ stehenden Spannungsteilers (15) angeschlossen sind.

7. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Ladewiderstand (9) und der Entladewiderstand (10) in Reihe geschaltet sind, in Reihe zu dem Entladewiderstand (10) ein Entladeschal­ ter, vorzugsweise ein Entladetransistor (16), liegt, der Reihenschaltung aus dem Entladewiderstand (10) und dem Entladeschalter der Speicherkonden­ sator (15) parallel geschaltet ist und einerseits das dem Entladewider­ stand (10) und dem Speicherkondensator (11) ferne Ende des Ladewider­ standes (9), andererseits das dem Ladewiderstand (9) und dem Entladewi­ derstand (10) ferne Ende des Speicherkondensators (11) und das dem Ent­ ladewiderstand (10) ferne Ende des Entladeschalters an eine Betriebs­ spannungsquelle (U _B) angeschlossen sind.

8. Lichtschranke nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (15) an eine bzw. an die Betriebsspannungsquelle (U _B) an­ geschlossen ist.

9. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß einem Spannungsteilerwiderstand (14) des Spannungsteilers (15) die Reihenschaltung aus einem Reduzierungswiderstand (17) und einem Re­ duzierungsschalter, vorzugsweise einem Reduzierungstransistor (18), pa­ rallel geschaltet ist.

10. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Entladeschalter vom Ausgang des NOR-Gatters (6) angesteuert ist, vorzugsweise die Basis (19) des Entladetransistors (16) über einen Basisvorwiderstand (20) an den Ausgang des NOR-Gatters (6) angeschlossen ist.

11. Lichtschranke nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduzierungsschalter vom Ausgang des NOR-Gatters (6) angesteuert ist, vorzugsweise die Basis (21) des Reduzierungstransistors (18) über einen Basisvorwiderstand (22) an den Ausgang des NOR-Gatters (6)geschlossen ist.