DE4100280C2

DE4100280C2 - Lichtschranken-Anordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE4100280C2
Application number: DE4100280A
Authority: DE
Inventors: David Blau
Original assignee: SCIENT TECHNOLOGIES Inc FREMON; Scientific Technologies Inc
Current assignee: Omron Scientific Technologies Inc
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1991-01-07
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2011-01-08
Also published as: DE4100280A1; GB2242742B; US5015840B1; GB2242742A; IT1245207B; ITMI910029A0; FR2656914A1; GB9100156D0; FR2656914B1; ITMI910029A1; US5015840A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtschrankenanordnungen zum Erfassen der Bewegung oder des Eindringens von Gegen ständen in einem geschützten Bereich. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Lichtschranken-Anordnungen, die das Eindringen von Gegenständen in einen Arbeitsbereich erfas sen oder die einer Industriemaschine zugeordnet sind.

Lichtempfindliche Detektoranordnungen, die allgemein als Lichtschranken oder auch Lichtvorhänge bezeichnet werden, werden in großer Vielfalt in der Industrie angewendet, um das Eindringen von Gegenständen in oder rings um einen bestimmten Bereich zu erfassen. Lichtschranken dienen typischerweise zum Schutz des Bedienungspersonals an Ma schinen wie Pressen, Bremsen, Spritzgußmaschinen, Loch pressen, automatischen Fertigungseinrichtungen, Wickelma schinen, bei Robot-Operationen, Gieß-Operationen und der gleichen. Bei herkömmlichen Lichtschranken-Anordnungen werden unsichtbare gepulste Infrarot-Lichtstrahlen ver wendet, die über den zu schützenden Bereich projiziert werden. Das unbeabsichtigte Eindringen eines Gegenstandes in die Lichtstrahlen, beispielsweise der Hand einer Bedie nungsperson, wird durch die Schaltung erfaßt, um ein Warn signal auszulösen, die Maschine abzuschalten oder in ande rer Weise den Bereich zu schützen.

Aus der DE 25 52 314 B2 ist eine Lichtschranke mit mehreren mittels eines einzigen Impulsgebers periodisch und innerhalb einer Periode nacheinander über einen Schalter erregbarer Elektrolumineszenzdioden bekannt. Die von den Elektrolumi neszenzdioden abgestrahlten Lichtbündel werden zu einem Re flektor gelenkt und an diesem in sich reflektiert. Sie tasten so eine festgelegte Kontrollzone ab. Die Lichtschranke gemäß der DE 25 52 314 B2 weist ferner den einzelnen Elektrolumi neszenzdioden zugeordnete Phototransistoren sowie eine an den Impulsgeber angekoppelte und der Aufspürung von Funktions fehlern während des Betriebs dienende Schaltungsanordnung auf. Ferner ist eine Multiplexschaltung vorgesehen, deren Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen eines Decoders verbunden sind, der einen Teil des Schalters bildet. Die Multiplexschal tung wird durch einen Hilfszähler gesteuert, der parallel mit einem den Decoder steuernden Hauptzähler angesteuert wird. Der Ausgang der Multiplexschaltung ist mit einer Kontrollschaltung verbunden, die zum einen an eine Freigabeschaltung zur Freiga be des Hauptzählers und des Hilfszählers und zum anderen an eine Nullstellschaltung, die ebenfalls einen Teil des Schal ters bildet, angeschlossen ist. Eine Fortsetzung der Abtastung erfolgt nur dann, wenn eine Übereinstimmung zwischen den Informationen des Hilfszählers und den Informationen aus dem Decoder vorhanden ist, wobei diese Informationen aus dem selben Zweig stammen.

Mit der Lichtschranke gemäß der DE 25 52 314 B2 wird folglich versucht, einen selbstprüfenden Betrieb zu erreichen. Dies führt allerdings zu einem sehr komplizierten und teuren Schal tungsaufbau.

Aus dem Artikel "Strahlschrankengitter für mittlere Entfer nungen ohne optische Zusatzeinrichtungen" von H.-J. Gerhard, T. Mittelmejer und H. Wenzel in der Zeitschrift "Feingeräte technik", Berlin 34 (1985) 6, Seiten 278/279 ist ein Lichtvor hang bekannt, bei dem die Lichtempfänger durch einen Schalter gesteuert werden, der jeweils nur den Betrieb eines einzigen Lichtvorhangs in der jeweiligen Gruppe von acht Kanälen er laubt.

Aus der DE 26 30 717 A1 ist ein Lichtgitter bekannt, das auf der Basis sequentiellen Schaltens von Phototransmittern mit tels eines monostabilen Triggerelements arbeitet. Das Schalten erfolgt durch einen Generator, der Impulse an einen Sende- Monoflop schickt, welcher auf diese Weise für eine Zeit von ungefähr 20 ms eingeschaltet wird. Das Problem dieses Licht gitters besteht darin, daß bei Versagen eines Schaltungsteiles ein eindringendes Objekt nicht erfasst wird und so das System in einen unsicheren Zustand gerät.

Aus der US 4,806,749 sind konventionelle Phototransistoren be kannt, die durch Schalter eines dafür vorgesehenen Schalt kreises ein- und ausgeschaltet werden. Das Schalten wird durch einen Mikroprozessor gesteuert. Bei einem Ausfall des Mikro prozessors gerät das gesamte System, ähnlich wie bei der im vorigen Absatz beschriebenen Anordnung, in einen unsicheren Betriebszustand.

Ein kritisches Erfordernis ist es, eine Lichtschranken-Anord nung vorzusehen, die nicht freigegeben ausfallen, also in einen unsicheren Betriebszustand fallen kann. So ver bieten bestimmte, Industriearbeiter betreffende gesetzliche Bestimmungen die Verwendung von Maschinen mit einer Kon struktion, bei der ein Teil unsicher werden kann. Herkömm liche Lichtschranken-Anordnungen können in einer Art aus fallen, daß sie den geschützten Bereich freigeben, wodurch sie für bestimmte Anwendungsfälle unsicher werden.

Ein weiterer Nachteil bekannter Lichtschranken-Anordnungen ist ihr komplizierter und kostspieliger Aufbau. So ist aus der US-PS 4 266 124 eine Anordnung bekannt, bei der ver sucht wird, einen selbstprüfenden Betrieb zu erreichen, in dem eine Gruppe von Schaltungen verwendet wird, einzelne Lichtempfänger zu wählen, und eine getrennte Gruppe zusätz licher Schaltungen, um zu verifizieren, daß die richtigen Empfänger gewählt wurden. Dies führt zu einem noch kom plizierteren und teureren Aufbau.

Bei herkömmlichen Lichtschranken werden Lichtempfänger schaltungen mit einer Reihe von Phototransistoren verwen det, die auf Lichtsignale ansprechen. Jeder Phototransistor ist mit einem einzelnen Operationsverstärker verbunden, wodurch sich eine schnelle und empfindliche Schaltung ergibt, die andererseits jedoch verhältnismäßig kompli ziert, teuer und fehleranfällig ist.

Bei herkömmlichen Lichtschranken-Anordnungen werden ferner Analogschaltungen verwendet, um sequentiell die Photodetek tor-Kanäle zu wählen. Diese Schaltungen sind insofern verhältnismäßig unsicher, als eindringende Gegenstände möglicherweise nicht richtig erfaßt werden, wenn bei spielsweise infolge Ausfalles eines Teils ein falscher Kanal gewählt wird. Die Anordnung ist somit nicht eigensi cher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranken- Anordnung und ein Verfahren zu ihrem Betrieb anzugeben, die selbstprüfend arbeitet und dabei einen verhältnismäßig ein fachen und billigen Schaltungsaufbau hat.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Licht schranken-Anordnung nach Anspruch 1, eine Lichtschranken-An ordnung nach Anspruch 5 und ein Verfahren zum Steuern einer Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 10.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Lichtschran ken-Anordnung nach Anspruch 1 sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4. Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 5 sind Gegenstand der Ansprüche 6 bis 9. Eine vorteilhafte und bevorzugte Weiter entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 11.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht der Lichtsende- und der Lichtempfangskomponenten einer erfindungsgemäßen Lichtschranken-Anordnung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit den Hauptkomponenten der elektrischen Steueranordnung für die Lichtschranke der Fig. 1,

Fig. 3 das schematische Blockschaltbild der Sendeschal tung,

Fig. 4 ein detaillierteres Blockschaltbild der Sendeschal tung,

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Kaskadenschaltung aus mehreren Empfangsschaltungen,

Fig. 6 ein detaillierteres Blockschaltbild der Empfangs schaltung,

Fig. 7 das Schaltbild von Komponenten der Empfangsschal tung mit der Auswahl eines Phototransistors,

Fig. 8 ein Schaltbild der Komponenten der Fig. 7 mit der Darstellung der "Abwahl" des Phototransistors,

Fig. 9 ein Schaltbild der Komponenten der Empfangsschal tung mit einem gewählten und einem nicht gewählten Phototransistor,

Fig. 10 ein Schaltbild von Komponenten der Empfangsschal tung mit der Kombination mehrerer Verstärker an einer einzelnen Analog-Ausgangsleitung,

Fig. 11 ein detaillierteres Blockschaltbild der Logikschal tung der Fig. 2,

Fig. 12 ein detaillierteres Blockschaltbild der Relais- Betriebs- und Überprüfungsschaltung der Fig. 2,

Fig. 13 ein detaillierteres Schaltbild der Schiebregister- Überprüfungslogik der Fig. 11,

Fig. 14 ein detaillierteres Schaltbild der Verstär ker/Schnittstellenschaltung der Fig. 2,

Fig. 15 ein Blockschaltbild der Spannungsversorgung der Fig. 2, und

Fig. 16 ein Blockschaltbild von Komponenten der Empfangs schaltung in einer Ausführungsform, die schnellere Übersteuerungs- und Wahlerholungsfunktionen bietet.

Fig. 1 zeigt Komponenten einer erfindungsgemäßen Licht schranke 10. Die Lichtschranke 10 enthält Lichtsendeein richtungen 12 und Lichtempfangseinrichtungen 14, die durch die im Blockschaltbild der Fig. 2 gezeigte Steuerschaltung gesteuert und betrieben werden. Die Lichtsendeeinrichtung 12 besteht aus mehreren Lichtquellen, vorzugsweise lichte mittierenden Dioden (LEDs), die, von der Steuerschaltung gesteuert, Impulse infraroten Lichts emittieren. Die LEDs sind in einem Gehäuse in einer Reihe längs einer üblicher weise vertikalen Ebene angeordnet. Die LEDs werden durch Kollimationslinsen 17 zu Lichtstrahlen 15 gebündelt, die längs vorbestimmter Bahnen oder Kanäle über den zu schüt zenden Arbeitsplatzbereich projiziert werden.

Die Lichtempfangseinrichtung 14 besteht aus mehreren Photo transistoren (PTs), die im allgemeinen in einer Reihe in einem Gehäuse montiert sind, das sich in der zu schützenden Zone gegenüber dem Gehäuse befindet, in dem die LEDs mon tiert sind. Die Anzahl der lichtempfangenden PTs ist vor zugsweise gleich der Anzahl lichtsendender LEDs, wobei je der PT der LED eines jeweiligen Kanals zugeordnet ist. Am Arbeitsplatz sind die Gehäuse der Lichtsende- und der Lichtempfangseinrichtungen so installiert, daß die PTs auf die Lichtstrahlen von den LEDs optisch ausgerichtet sind. Die Erfindung wird anhand der Verwendung von Infrarotlicht beschrieben, es können jedoch auch andere Strahlungsener gien angewendet werden, beispielsweise nah-infrarotes oder sichtbares Licht. Die Erfindung umfaßt auch mehrere Licht sende- und/oder mehrere Lichtempfangsmodule, die zum Schutz eines verhältnismäßig großen Bereiches tandemartig kom biniert werden können.

Fig. 2 zeigt im Blockschaltbild die wesentlichen Bausteine einer Steuerschaltung. Diese enthält eine Spannungsver sorgung 16, eine Logikschaltung 18, eine Relais-Betriebs- und Prüfschaltung 20, Relais-Ausgangsschaltung 22, eine Sendeschaltung 24, die über eine Schnittstelle 26 an die Logikschaltung 18 angeschlossen ist, und eine Empfangs schaltung 28, die über eine Verstärker- und Schnittstellen schaltung 30 an die Logikschaltung 18 angeschlossen ist. Linien 32 stellen die Bahnen der Lichtstrahlen dar, die von den Sende-LEDs über den geschützten Bereich zu den Emp fangs-PTs projiziert werden.

Fig. 3 zeigt Einzelheiten der Sendeschaltung 12 mit mehre ren in Kaskade geschalteten Sendeblöcken 34, 36, 38. Jeder Sendeblock besteht seinerseits aus mehreren, meist acht LEDs 40 bis 47, wie in Fig. 4 für den ersten Sendeblock ge zeigt. Die Gesamtzahl der in Kaskade geschalteten Sende blöcke wird durch die Größe der zu schützenden Zone be stimmt. Die Eingänge zur Sendeschaltung umfassen eine Taktsignalleitung 48, eine Daten-Eingabeleitung 50, eine LED-Spannungsversorgungsleitung 52 und eine Datenausgabe leitung 53 vom letzten Sender in der Kaskade, die sämtlich in einem Kabel zusammengefasst sind, das von der Schnitt stelle 26 zur Logikschaltung 18 führt.

Wie in Fig. 4 gezeigt, sind in jedem Sendeblock die LEDs 40 bis 47 bezüglich der LED-Spannungsversorgungsleitung 52 parallelgeschaltet. Im Sendeblock sind acht Leistungstrei ber 55, je einer für jede LED, vorgesehen. Die Leistungs treiber 55 sind herkömmliche Festkörperschaltungen, die auf Steuersignale von einem Schieberegister 56 die zugehörigen LEDs selektiv aktivieren. Das Schiebregister 56 empfängt über die Leitung 50 binäre Daten und über die Leitung 48 das Taktsignal. Eine Datenausgangsleitung 57 überträgt die Daten zum Schieberegister 56 des nächsten in Kaskade ge schalteten Sendeblocks, mit Ausnahme des Schieberegisters der letzten Blöcke, das über die Leitung 54 die Daten zurück zur Logikschaltung überträgt.

Fig. 5 zeigt im Blockschaltbild die Kaskadenschaltung mehrerer Empfangsblöcke 58, 60 und 62. Nach Fig. 6 besteht der Empfangsblock 58 aus PT-Sensoren 64, 65 deren Anzahl der Zahl der LEDs im zugehörigen Sendeblock entspricht. Im vorliegenden Beispiel sind acht PTs in jedem Empfangsblock aufgereiht. Die Anzahl der in Kaskade geschalteten Emp fangsblöcke ist abhängig von der je nach der Größe des zu schützenden Bereichs gewählten Anzahl der Sendeblöcke. Das Dateneingangssignal von der Logikschaltung 18 wird über eine Leitung 66 und die Verstärker-Schnittstellenschaltung 30 dem ersten Empfangsblock 58 zugeführt. Die Taktsignale von der Logikschaltung 18 werden über eine Leitung 68 und die Verstärker/Schnittstellenschaltung 30 den Empfangs blöcken zugeführt. Die Ausgangssignale von den Empfangs blöcken werden den Kathoden von Dioden 70 zugeführt, deren Anoden an eine Leitung 72 angeschlossen sind, die das analoge Ausgangssignal zur Logikschaltung 18 zurückführen. Das Datenausgangssignal vom letzten Empfänger 62 wird über eine Leitung 74 zur Verstärker/Schnittstellenschaltung 30 und zurück zur Logikschaltung 18 geführt.

Fig. 6 zeigt die Schaltungsbausteine des Empfangsblockes 58 der Fig. 5. Diese Schaltung enthält ein Schieberegister (SR) 76 mit acht Anschlüssen, die je mit dem Kollektor eines von acht Phototransistoren 64, 65 verbunden sind. Für jeden Empfangsblock ist eine Verstärkungsschaltung 80 vorgesehen. In der Schaltung 80 sind an den Ausgang eines Operationsverstärkers 82 die Basen der PTs über Widerstände 84, 85 parallel angeschlossen. Ein Anschluß 86 des Operationsverstärkers 82 liegt an +2,5 V. Die Emitter der PTs sind auf den Anschluß 88 des Operationsverstärkers 82 rückgekoppelt.

Fig. 7 zeigt ein Schaltbild eines gewählten und durch einen Lichtstrahl ausgelösten PT 64 mit zugehörigem Verstärker 82. Der PT wird gewählt, indem seinem Kollektor über die Leitung 90 vom Schieberegister 76 ein Signal von +5 V zugeführt wird. Das Licht-Eingangssignal führt einen Teil des Basistromes dem PT 64 zu, so daß der Verstärker 82 über den Widerstand 84 weniger Strom zuführen kann. Die Aus gangsspannung des Verstärkers 82 fällt dann proportional zum Licht-Eingangssignal, wodurch ein Licht-Erfassungs signal bereitgestellt wird.

Fig. 8 zeigt die Arbeitsweise des einzelnen PT 64, wenn er durch ein Signal vom Schieberegister 76, durch das der Kollektor des Transistors an Masse gelegt wird, "abgewählt" wird. In diesem Zustand arbeitet der PT als virtuelles Diodenpaar, D_C, D_E, das im Schaltbild als gestrichelter Kreis 92 dargestellt ist. Durch diese Verbindung des Kol lektors mit Masse wird die Lichtempfindlichkeit des Transi stors aufgehoben; seine Basisspannung V_B fällt damit auf 0,6 V. Sind in dieser Weise alle PTs unempfindlich gemacht, versucht der Verstärker 82, die Spannung am Widerstand 94 aufrechtzuerhalten, indem er sein Ausgangssignal so hoch wie möglich positiv werden läßt. Die virtuelle Diode D_C hält V_B bei etwa 0,6 V, so daß die virtuelle Diode D_E umge kehrt vorgespannt wird und keine Rückkopplung erfolgt. Das Ausgangssignal des Verstärkers geht damit auf das Potential der positiven Spannungsschiene. Die wirkungslos gemachten PTs wirken daher so, als ob sie von der Schaltung abge trennt wären.

Das Schaltbild der Fig. 9 zeigt den Betriebszustand, bei dem ein PT 64 wirkungslos und wenigstens ein zusätzlicher PT 65 gewählt ist. Der durch das virtuelle Diodenpaar im gestrichelten Kreis 92 dargestellte PT 64 ist durch das Signal vom Schieberegister 76 wirkungslos gemacht, durch das sein Kollektor mit Masse verbunden wird. Gleichzeitig wird der PT 65 durch ein Signal von +5 V vom Schieberegi ster 76 gewählt. Der PT 65 ist dann die einzige Rückkopp lungsverbindung zum Widerstand 94, so daß das Ausgangs signal des Verstärkers 82 nur das auf den PT 65 treffende Licht wiedergibt. Wird der Kollektor des PT 65 mit Masse verbunden und das Signal von +5 V dem Kollektor des PT 64 zugeführt, dann sperrt der PT 65 und die Rückkopplung erfolgt über den PT 64.

Die Verstärker/PT-Schaltungen mit den Empfangsblöcken der Fig. 5 und 6 können gemäß der Schaltung der Fig. 10 mittels einzelnen Dioden 70, 71, 73 mit zusätzlichen Empfangsblöc ken zu längeren Ketten verbunden werden. Angenommen, alle PTs für einen einzelnen Verstärker 82 seien wirkungslos und das positive Eingangssignal des Verstärkers 82 liege auf 2,5 V, dann wird dem negativen Eingang kein Strom zuge führt, weil alle PTs ausgeschaltet sind, so daß der negati ve Eingang des Verstärkers 82 auf 0 V geht. Das Ausgangs signal des Verstärkers liegt damit auf +15 V, d. h. auf dem Potential der positiven Spannungsschiene. Nimmt man nun an, daß der PT 64 durch Anlegen des Signals von +5 V an seinen Kollektor gewählt wird, ist der Verstärker 82 durch den PT 64 rückgekoppelt, so daß sein Ausgangssignal etwa 3 V oder weniger beträgt. Da die gesättigten Verstärker auf +15 V liegen, sind die Dioden 71 und 73 ausgeschaltet und nur die Diode 70 des ungesättigten Verstärkers eingeschaltet. Somit ist das kombinierte Ausgangssignal der in Kaskade geschalteten Empfangsblöcke proportional zum niedrigsten aller Eingangssignale an der Kathode der Diode, so daß die kombinierte Schaltung nur das Ausgangssignal der gewählten Verstärker/PT-Schaltung ausgibt. Auf diese Weise kann eine Anzahl der mehrfachen PT-Empfänger auf eine einzelne Ana logleitung multiplexiert werden.

Die wesentlichen Hauteile der Logikschaltung 18 sind im Blockschaltbild der Fig. 11 gezeigt. Die folgenden prinzi piellen Funktionen werden durch die Logikschaltung 18 ausgeführt: a) sie verstärkt die von den Lichtempfängern kommenden Daten-Ausgangssignale, b) sie koordiniert den Betrieb der Lichtsender mit dem der Lichtempfänger, c) sie führt den anderen Unterschaltungen Bezugsspannungen zu und d) sie überprüft die Schieberegister-Logik. Die Schaltung enthält einen Takt- und Folgegenerator 96, der die für die Anordnung notwendigen Zeitsteuersignale erzeugt. Die Takt folge kann je nach Anwendungsfall im Bereich zwischen 2 µs und 1000 µs liegen. Eine Taktfolge von 100 µs ist für die bevorzugte Ausführungsform geeignet. Die Daten-Eingangs signale von den Empfängern werden im Verstärker 98 ver stärkt, dessen Ausgang auf einen Komparator 100 geführt ist. Die einzelnen Ausgangssignale der Empfänger werden mit einer über einen Eingang 102 zugeführten Bezugsspannung verglichen. Das Ausgangssignal der Komparators 100 wird durch eine Verknüpfungsschaltung 104 analysiert, die Re lais-Speisesignale 106, 108 erzeugt, wenn das Signal von einem gegebenen Empfänger die Schwellen- oder Bezugsspan nung übersteigt, wodurch angezeigt wird, daß der PT eines bestimmten Kanals Licht empfangen hat. Die Relais-Speisesi gnale 106, 108 werden einer monostabilen Ausgangsschaltung 110 und von dort einer redundanten Relais-Treiberschaltung 112 zugeführt. Die Relais-Treiberschaltung 112 speist Ausgangsrelais 114, 116 (Fig. 12) mit Signalen, so daß die Relais so lange erregt bleiben, wie jeder Kanal das rich tige Ausgangssignal führt, das anzeigt, daß er Licht emp fangen hat und im Betrieb ist.

Die Relais-Betriebs- und Prüfschaltung 20 enthält gemäß Fig. 12 mehrere Ausgangsrelais, von denen zwei Relais 114, 116 gezeigt sind, die mit Leitungen 120, 122 verbunden sind, durch die die Speisesignale vom Relaistreiber 112 zugeführt werden. Jedes Relais enthält zwei Kontaktgruppen. Fig. 12 zeigt eine Kontaktgruppe 124 und 126 für jedes Relais. Die andere, nicht gezeigte Kontaktgruppe wird vom Benutzer für die geeignete Endanwendung benutzt, z. B. zum Auslösen eines Alarms, Einschalten einer Glühlampe oder zum Steuern von Maschinen. Die Schaltung überprüft, ob die Relaiskontakte einander, ob sie ihren entsprechenden Spei sesignalen und ob die beiden Speisesignale einander ent sprechen. Ist eine dieser Bedingungen für mehr als 10 ms nicht erfüllt, wird der Schalter 128 geöffnet, der die Ausgangsrelais entregt und sie damit in einen sicheren Zustand bringt. Ein Flipflop speichert den Fehlerzustand, bis ein Rücksetzschalter, der Teil der Überprüfungschaltung 132 ist, bestätigt wird oder bis die Spannungszufuhr wie derkehrt. Hält der Fehler mehr als 10 Sekunden an, wird der Schalter 128 wieder geöffnet. Ein Hilfsausgang besteht aus einem Relais 130 und seinem Speisekreis, der Teil einer Überprüfungsschaltung 132 ist. Diese schließt ein extern zur Verfügung stehendes Kontaktpaar 134 zum Auslösen des Alarms oder dergleichen, falls einer der Fehlerzustände erfaßt wurde. Dieses Relais wird nur rückgesetzt, wenn die gesamte Überprüfungsschaltung rückgesetzt wird.

Die Verknüpfungsschaltung 104 stellt sicher, daß der ge wählte Kanal kein Licht erfaßt, bis die zugehörige LED eingeschaltet ist, und daß er Licht erfaßt, wenn die LED aufleuchtet. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, wird die monostabile Ausgangsschaltung 110 ausgelöst und die Ausgangsrelais werden in den Zustand "Gegenstand er faßt" entregt.

Die Schieberegister-Überprüfungs-Logikschaltung 136 der Logikschaltung der Fig. 11 ist im Schaltbild der Fig. 13 im einzelnen gezeigt. Die Schaltung 136 empfängt die Daten- Ausgangssignale als binärcodierte Information sowohl von der Empfänger-Datenleitung 138 als auch von der Sender- Datenleitung 140, und ferner vom Takt-Folgegenerator 96 Zeitsteuersignale auf einer Leitung 142. Bei jedem Taktsi gnal stellt die Überprüfungslogik fest, ob die richtige Folge von Datenbits aus den einzelnen Schieberegistern von den Sende- und den Empfangsleitungen ausläuft. Stimmen die tatsächlichen Datenausgangssignale von den Sendern oder Empfängern nicht mit den Takt-Folgedaten überein, sendet die Überprüfungsschaltung ein Abschaltsignal über eine Leitung 144 (Fig. 11) zu dem redundanten Relaistreiber 112, der die Relais in den abgeschalteten Zustand bringt.

In der Überprüfungs-Logikschaltung der Fig. 13 setzt der Benutzer entsprechend der gewünschten, in der Anordnung zu installierenden Anzahl von Kanälen Kontaktbrücken zwischen geeignete Kontakte 146. Hierdurch wird die Anzahl der Stufen festgelegt, die sich in den Schieberegistern zwi schen Daten-Ein- und Daten-Ausgang befinden. Hierdurch kann die Logikschaltung einen geeigneten Vergleich zwischen den Daten-Ausgangsinformationen von den Schieberegistern an stellen.

Die Datenausgangsleitung 140 von der Sendeschaltung führt auf einen Kontakt eines exklusiven ODER-Gatters 148, wäh rend die Datenausgangsleitung 138 von der Empfangsschaltung auf einen Kontakt eines zweiten exklusiven ODER-Gatters 150 geführt ist. Die exklusiven ODER-Gatter 148, 150 verglei chen den Datenstrom des Folgegenerators mit dem auf der Leitung 152 von den Schieberegistern der Sender und Empfän ger einlaufenden tatsächlichen Datenstrom. Die Ausgangs signale dieser exklusiven ODER-Gatter 148, 150 laufen weiter durch ein ODER-Gatter 154 und ein UND-Gatter 156, dessen Ausgangssignal zu einem monostabilen Multivibrator 158 geführt ist. Stimmen die Signale nicht überein, wird der Multivibrator 158 ausgelöst, so daß die Relais abge schaltet werden. Eine Leitung 42 dient zum Löschen und Rücksetzen der Logikschaltung, so daß kleinere zeitliche Abweichungen die Schaltung nicht auslösen.

Während des Betriebs injizieren sowohl die Schieberegister der Sender als auch die der Emitter zu Beginn jedes Ab tastzyklus der Lichtschranke ein Bit "Eins" und der akti vierte Sende/Empfangs-Kanal wird durch die Stelle im Schie beregister bestimmt, wo sich dieses Bit "Eins" befindet. Wenn das Schieberegister diese "Eins" durch den vollständi gen Zyklus schiebt, erscheint sie an der Daten-Ausgangs leitung des Schieberegisters. Die Überprüfungs-Logikschal tung stellt sicher, daß diese "Eins" genau nach der richti gen Anzahl von Verschiebungen ausgegeben wird und daß zu jeglicher anderen Zeit keine "Eins" vom Schieberegister ausgegeben wird. Fällt das Schieberegister oder eine belie bige Verbindung aus, so gibt die Schaltung entweder zur falschen Zeit eine "Eins" aus oder eine "Null", wenn die "Eins" ausgegeben werden soll. Auf jeden Fall werden die Relais geöffnet und die Anordnung wird abgeschaltet.

Fig. 14 zeigt die Bausteine der Verstärker/Schnittstellen schaltung, die die Signale konditioniert, um sie über eine lange Leitung zu schicken. Die Schaltung 30 enthält einen Widerstand 160, über den den Anoden sämtlicher Dioden 70, 71, 73 der anhand von Fig. 10 beschriebenen Ausgangs- Multiplexierschaltung ein positives Signal zugeführt wird. Der Widerstand 160 bringt die Kathode der geeigneten Diode auf das am meisten negative Potential, so daß die Schaltung nur vom gewählten PT ein Ausgangssignal abgibt.

Die Verstärker/Schnittstellenschaltung 30 puffert die Analogleitung, so daß das Signal ausreichend verstärkt wird, um es über eine lange Leitung schicken zu können und entfernt alle Dauerzustandssignale von den PT-Verstärkern, die sich aus dem Licht der Umgebung, dem V_be-Abfall, der Verstärkerdrift von +2,5 V, dem Spannungsabfall an den Dioden und dergleichen ergeben. Diese Gleichstromkomponente wird während eines Zyklus von jedem Kanal entfernt, bevor das Signal des Kanals durch den Rest der Schaltung abge fragt wird. Dies geschieht durch Schließen einer Gleich strom-Rückstellschaltung, die aus den von einer gestri chelten Linie 162 umschlossenen Bausteinen besteht, und zwar während einer Periode, wenn an einem gewählten PT kein LED-Licht erscheint. Der Gleichstrom-Rückstellschalter wird von einem Signal von der Logikschaltung 18 geschlossen.

Die Bausteine der Spannungsversorgungsschaltung 16 sind in Fig. 15 gezeigt. Ein Transformator 164 ist einerseits an das Wechselstromnetz und andererseits mit einem IC-Span nungsregler 166 verbunden. Ein variabler Spannungsregler 168 liefert die Spannung für die positive LED-Spannungsver sorgungleitung 170. Eine Überwachungsschaltung 172 arbeitet als Überstrom- und Überspannungsdetektor, der über eine Leitung 174 ein Relais-Ausschaltsignal für die Logikschal tung bereitstellt, wenn Spannung oder Strom zu hoch werden. Diese Schaltung gewährleistet, daß die Anordnung in einem sicheren Betriebszustand arbeitet, wenn ein Leistungsaus fall auftritt.

Fig. 16 zeigt eine alternative Ausführungsform einer ein zelnen PT-Empfängeranordnung 176, die eine schnellere Übersteuerungs- und Wahl-Erholungsfähigkeit hat. Die Basis eines PT 178 ist mit dem Ausgang eines Verstärkers 180 verbunden; eine Diode 182 ist zwischen den positiven und den negativen Eingang des Verstärkers 180 geschaltet. Bei diesem Schaltungsaufbau kann der PT mit höherer Geschwin digkeit gewählt werden. Verläßt der PT den ausgeschalteten oder nicht gewählten Arbeitsmodus und tritt er in den gewählten Zustand über, dann ist eine diskrete Zeit für die Wiederkehr der Lichtempfindlichkeit notwendig. Wird der PT durch die Logikschaltung gewählt, so ruft dies sehr hohe Emitterströme hervor, die die Ladung schnell aus dem Bau stein verschwinden lassen. Der gewählte PT führt dann innerhalb verhältnismäßig kurzer Zeit sehr hohe Ströme.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibt die durch Steuerschaltungen gesteuerte Logikschaltung 18 die LED- Sendeschaltung 24 und die PT-Empfangsschaltung 18 so, daß aufeinander folgend die Lichtkanäle über die zu schützende Zone getastet werden. Die LED werden sequentiell aktiviert, so daß Licht sequentiell ausgetastet wird, das ausschließ lich auf einen bestimmten Kanal adressiert ist. Die PTs werden durch die Logikschaltung 18 derart gewählt, daß zu der Zeit des Zyklus Licht erfaßt wird, das dem richtigen, getasteten Kanal entspricht.

Die PTs werden durch die Logikschaltung 18 gewählt, indem an den Kollektor ein Signal von +5 V angelegt wird. Wenn Licht, das vom LED-Sender des gleichen Kanals emittiert wird, auf den gewählten PT trifft, wird der Basis über die Verstärkerschleife weniger Strom zugeführt, weil das Licht einen Teil des Basistromes darstellt. Die Schleife hält dann den Kollektorstrom konstant, wodurch ein Licht-Erfas sungssignal erzeugt wird.

Die PTs werden deaktiviert, wenn die Logikschaltung 18 ihren Kollektor mit Masse verbindet. Der deaktivierte PT arbeitet dann nicht mehr als Transistor, sondern als virtu elles, in Reihe geschaltetes Diodenpaar (Fig. 8, 9). Durch die Verbindung des Kollektors mit Masse wird die virtuelle Diode am Basis-Kollektor-Übergang in Durchlaßrichtung vorgespannt, wodurch dem Baustein die Lichtempfindlichkeit genommen und die Basis auf etwa 0,6 V gegenüber Masse gezogen wird. Bei einer Eingangsspannung von 2,5 V am Verstärker wird die virtuelle Diode am Basis-Emitter-Über gang in Sperrichtung vorgespannt und ausgeschaltet, so daß sie praktisch keinen Strom führt. In diesem Zustand ist der PT vom invertierenden Eingang des Verstärkers abgeschaltet. Wird durch seine Wahl ein anderer PT eingeschaltet, dann sind alle deaktivierten PTs vollständig aus der Schaltung herausgeschaltet, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers nur das Licht wiedergibt, das auf einen gewählten PT trifft.

Der einzige Verstärker für jeden Empfangsblock, d. h. der Verstärker 82 der Fig. 6, liefert das analoge Ausgangs signal über die Diode 70. Das Signal wird über die Ver stärker/Schnittstellen-Schaltung 30 zur Logikschaltung 18 geführt. Die analogen Signale von den PT-Empfängern werden in der Logikschaltung durch die Verstärkerschaltung 98, die Komparatorschaltung 100 und die Verknüpfungsschaltung 104 verarbeitet. Wenn diese Schaltungen feststellen, daß im richtigen Kanal zur richtigen Zeit im Zyklus Licht vorhan den ist, werden Relais-Speisesignale der monostabilen Ausgangsschaltung und dem redundanten Relaistreiber 112 zugeführt. Gleichzeitig werden die Empfänger-Daten-Aus gangssignale, die Sender-Daten-Ausgangssignale und die Zeitsteuersignale durch die Schieberegister-Überprüfungs- Logikschaltung 144 verarbeitet. Stellt diese Schaltung fest, daß die tatsächlichen Datenausgangssignale vom Sen der- und Empfänger-Schieberegister mit den Signalen vom Takt-Folgegenerator übereinstimmen, dann wird kein Ab schaltsignal erzeugt und die Anordnung läuft in den näch sten Zyklus der Fortschaltung des Lichts durch die Kanäle. Stellt die Überprüfungslogik eine Diskrepanz zwischen den Sender/Empfänger-Datenausgangssignalen und den Signalen des Takt-Folgegenerators fest, wird dem Relaistreiber 112 ein Abschaltsignal zugeführt, durch das die Relais ausgeschal tet werden. Die Relais ihrerseits aktivieren einen ent sprechenden Alarm oder schalten die geschützte Maschine ab.

Claims

1. Lichtschranken-Anordnung mit einem Lichtsender (24), der sequentiell Lichtstrahlen über einen zu schützen den Bereich austastet, und einem Lichtempfänger (28) mit mehreren, zum Empfang der Lichtstrahlen aufgereih ten Phototransistoren (64, 65), die je eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter aufweisen, gekennzeichnet durch eine Steuerschal tung zum Wählen der Folge, in der die Phototransi storen zur Erzeugung von Ausgangssignalen bei Empfang von Lichtstrahlen vom Lichtsender (24) eingeschaltet werden, wobei die Steuerschaltung ein Schieberegister (76) mit einer mit dem Kollektor (64) verbundenen Aus gangsleitung (90) zum Zuführen einer Spannung zum Kollek tor eines gewählten Phototransistors (64, 65) aufweist, die ausreicht, daß der Phototransistor bei auftref fendem Licht ein Ausgangssignal erzeugt, wobei das Schie beregister (76) den Phototransistor durch Verbinden des Kollektors mit Masse zu der Zeit ausschaltet, zu der der Lichtsen der im Kanal des deaktivierten Phototransistors kein Licht austastet.

2. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch mehrere, in einem Block in der Schaltung vorgesehene Phototransistoren (64, 65), wobei die Schaltung eine Verstärkungseinrichtung zum Empfangen und Verstärken der Ausgangssignale von den Photo transistoren (64, 65) im Block aufweist, die gewählt sind und Licht vom Sender empfangen.

3. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtung einen einzelnen Operationsverstärker zum Verstärken der Ausgangssignale von jedem Phototransistor im Block aufweist.

4. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch eine Einrichtung zum Deaktivieren eines Phototransistors durch Verbinden seines Kollektors mit Masse, so daß die Lichtempfindlichkeit des deaktivier ten Phototransistors aufgehoben wird, und durch den deaktivierten Phototransistor beim Empfang auftreffen den Lichts kein Ausgangssignal erzeugt wird.

5. Lichtschranken-Anordnung zum Erfassen des Eindringens von Gegenständen in einen zu schützenden Bereich, mit einer Kombination von Lichtsendeeinrichtungen zum sequentiellen Pulsen von Lichtstrahlen in mehreren Kanälen, die sich längs vorbestimmter Bahnen über den Bereich erstrecken, Lichtempfangseinrichtungen mit mehreren Phototransisto ren, von denen jeder eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter aufweist, wobei eine Steuerschaltungsein richtung ein Schieberegister (76) mit einer mit dem Kol lektor (64) verbundenen Ausgangsleitung (90) zum Auswäh len eines Phototransistors in dem vorgegebenen Kanal aufweist, wodurch der Phototransistor zum Erzeugen eines Ausgangssignals gebracht wird, wenn er einfallendes Licht empfängt, wobei das Schieberegister (76) eine Spannung an den Kollektor des gewählten Phototransistors anlegt, die ausreicht, daß der Phototransistor bei auftreffendem Licht ein Ausgangssignal erzeugt, wobei das Schieberegi ster (76) den Phototransistor abschaltet, indem es seinen Kollektor an Masse anschließt, wodurch der Phototransi stor als Paar (92) in Reihe geschalteter Dioden wirkt und bei auftreffendem Licht kein Ausgangssignal erzeugt wird, Steuereinrichtungen zum Steuern des Betriebs der Licht empfangseinrichtungen in Koordination mit dem Betrieb der Lichtsendeeinrichtungen, wobei die Steuereinrichtungen die folgenden Elemente aufweisen: a) eine Logikschal tungseinrichtung zum Freischalten der Lichtempfangseinrichtungen zum Erfassen eines Lichtstrahls in einem vor gegebenen Kanal, die auf die Lichtsendeeinrichtungen anspricht, die einen Lichtstrahl pulst, der ausschließ lich an den gegebenen Kanal addressiert ist, und b) eine Überprüfungsschaltung zum Überprüfen, ob die Lichtsende einrichtung einen Lichtstrahl richtig ausschließlich für einen vorgegebenen Kanal in einem vorbestimmten Zeitver hältnis pulst, wobei die Lichtempfangseinrichtungen zum Erfassen des Lichts in dem vorgegebenen Kanal freige schaltet sind, und Relaiseinrichtungen zum Erzeugen eines Erfassungssignals, das auf die Lichtempfangseinrichtungen anspricht, die einen Lichtstrahl in einem vorgegebenen Kanal zu der Zeit erfassen, als eine Überprüfungsschal tung überprüft, ob die Lichtsendeeinrichtungen für den vorgegebenen Kanal richtig pulst.

6. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Verstärker (82) aufweist, der Rückkopplungssignale von den Emit tern wenigstens zweier Phototransistoren empfängt, wobei eine Schaltung zum Verbinden der Basen wenig stens dieser beiden Phototransistoren parallel zuein ander und mit dem Ausgang des Verstärkers vorgesehen ist, wobei der Verstärker (82) die Ausgangssignale nur von gewählten, auftreffendes Licht empfangenden Photo transistoren verstärkt.

7. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (76) zum Zuführen der Spannung an die Kollektoren der Phototransistoren in vorbestimmter Folge, die der Folge entspricht, mit der die Lichtsendeeinrichtung die an die gegebenen Kanäle adressierten Lichtstrahlen austastet, ausgelegt ist.

8. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangseinrichtung eine Kaskadenschaltung von wenigstens zwei Empfangsblöcken aufweist, die je einen Verstärker zusammen mit mehre ren Phototransistoren enthalten, deren Basen parallel an den Ausgang des Verstärkers des jeweiligen Blocks angeschlossen sind, wobei jeder Block eine Diode aufweist, deren Kathode an den Ausgang des zugehörigen Verstärkers angeschlossen ist, und eine Schaltungsein richtung zum Parallelschalten der Anoden der Dioden jedes Blocks, so daß sich ein kombiniertes Ausgangs signal ergibt, das proportional ist zum niedrigsten Signal, das den Kathodeneingängen der Dioden zugeführt wird, so daß das kombinierte Ausgangssignal aus der Kaskadenschaltung der Empfangsblöcke den Zustand nur des gewählten Phototransistors wiedergibt.

9. Lichtschranken-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangseinrichtung wenigstens einen Phototransistor mit Basis, Kollektor und Emitter aufweist, daß die Steuerschaltung eine Einrichtung zum Zuführen einer Spannung an den Kollek tor aufweist, die ausreicht, daß der Phototransistor bei auftreffendem Licht ein Signal erzeugt, wobei die Steuerschaltung weiter einen Verstärker mit einem Minus-Eingang, der an den Emitter des Phototransistors angeschlossen ist, einen Plus-Eingang und einen Aus gang aufweist, der an die Basis des Phototransistors angeschlossen ist, wobei die Steuerschaltung weiter eine Diodeneinrichtung aufweist, deren Anode an den Minus-Eingang und deren Kathode an den Plus-Eingang angeschlossen ist, so daß Ladungen schnell aus dem Phototransistor verschwinden und seine Lichtempfind lichkeit-Erholungszeit zur Erzielung einer schnel leren Wahl-Erholungsfähigkeit vermindert wird.

10. Verfahren zum Steuern einer Lichtschranken-Anordnung mit Lichtstrahlen längs vorbestimmter Bahnen über einen zu schützenden Bereich strahlenden, LED's aufweisenden Lichtsendeeinrichtungen und auf die Lichtstrahlen anspre chenden, Phototransistoren aufweisenden Lichtempfangsein richtungen, wobei jeder Phototransistor eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: selektives Freischalten der Phototransistoren zum Erzeugen von Aus gangssignalen in einer Abfolge, die einer vorbestimmten Abfolge des Betriebs der LEDs entspricht, indem eine Spannung an den Kollektor des ausgewählten Phototransi stors angelegt wird, die ein Ausgangssignal von einem der Phototransistoren (64) erzeugt, wenn gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannung an den Kollektor (64) des ausgewählten Phototransistors Licht auf den ausgewählten Phototransistor fällt, und Ausschalten von Phototransi storen in den Kanälen, für die entsprechende LED's kein Licht aussenden, indem der Kollektor der ausgeschalteten Phototransistoren an Masse angeschlossen werden, so daß ihre Lichtempfindlichkeit verringert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale von einem Block abgegeben werden, der mehrere Phototransistoren aufweist, und daß das Ausgangssignal vom Phototransistor des Blockes verstärkt wird, der zu einer bestimmten Zeit im Zyklus gewählt ist.