DE4215272C2 - Einen Sender, einen Empfänger und eine Schaltungsanordnung zur Signalauswertung aufweisende lichtelektrische Überwachungseinrichtung - Google Patents
Einen Sender, einen Empfänger und eine Schaltungsanordnung zur Signalauswertung aufweisende lichtelektrische ÜberwachungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer einen Sender, einen Empfänger und eine
Schaltungsanordnung zur Signalauswertung aufweisende lichtelektrische Überwachungseinrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gegenstand des Hauptpatents DE 41 19 797 C2 ist eine einen
Sender, einen Empfänger und eine Schaltungsanordnung zur Signalauswertung
aufweisende Überwachungseinrichtung für das berührungslose Erfassen von im
zu überwachenden Bereich befindlichen oder in diesen Bereich eindringenden
Objekten, bei der Sender und Empfänger auf derselben Seite angeordnet sind
und der zu überwachende Bereich durch eine Referenzfläche begrenzt ist. Der
von der Referenzfläche auf den Sender zurückgeworfene Anteil der Sendesignale
wird dabei über einen Analog/Digitalwandler einem Mikrocomputer zugeführt,
der die Distanz der Referenzfläche vom Sender/Empfänger einschließlich einer
oberen und unteren Distanz-Toleranzgrenze sowie die Signalamplitude
einschließlich einer oberen und unteren Amplituden-Toleranzgrenze der
Empfangssignale berechnet, diese Werte als Sollwerte in einem nicht flüchtigen
Speicher speichert und zyklisch mit den Istwerten vergleicht, die beim
Abweichen von einem der festgelegten Sollwerte einen Warnvorgang auslösen.
Dabei dient im Falle der Ausbildung der Überwachungseinrichtung als
Lichttaster als Bewertungsgröße für die Distanz der Referenzfläche unter
anderem die Lichtlaufzeit.
Der Erfindung liegt in Weiterbildung des Gegenstands des Hauptpatents die
Aufgabe zugrunde, für die Ermittlung der Distanz über die Lichtlaufzeit bereits
vorhandene Bauelemente weitgehend mit einzubeziehen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine als Lichttaster ausgebildete Überwachungseinrichtung
in Blockdarstellung mit untereinander angeordneter Sende-
und Empfangsoptik,
Fig. 2 die Sende- und Empfangsoptik in koaxialer Anordnung,
Fig. 3 ein mittels Umlenkspiegel erzielter koaxialer Verlauf des
Sende- und Empfangslichtbündels.
Die Überwachungseinrichtung enthält einen Lichtsender 10 in Form eines Lasers
bzw. einer Laserdiode mit räumlich vorgeordneter Sendeoptik 11 sowie einen
Lichtempfänger 12 mit diesem zugeordneter Empfangsoptik 13. Der Lichtsender
10 und Lichtempfänger 12 mit den zugehörigen Optiken 11 und 13 sind hier
räumlich über- bzw. nebeneinander angeordnet und korrespondieren mit einer
Referenzfläche 14, die sich im Abstand a von einer durch die Sendeoptik 11
und/oder die Empfangsoptik 13 gelegten gestrichelt gekennzeichneten Bezug
sebene 15 (Gehäusefrontseite) befindet und der ein Toleranzbereich a′
zugemessen ist.
Dem Lichtsender 10 ist ein Modulator 16 zugeordnet, der das Sendelicht in
seiner Intensität moduliert und der von einem Oszillator 17 gespeist wird. Die
Spannung des Oszillators 17 wird über einen Impulsformer 18 (Schmitt-Trigger)
einem Phasendetektor 19 als getaktete Eingangsspannung Us zugeführt. Die von
der Referenzfläche 14 reflektierte Strahlungsleistung generiert im Licht
empfänger 12 ein Wechselspannungssignal. Dieses Signal wird, gegebenenfalls
nach Verstärkung in einem Verstärker 20, mittels eines weiteren Impulsformers
21 in Rechteckimpulse umgesetzt. Diese Impulse gelangen als Eingangsspannung
Ue (Empfangssignal) an einen zweiten Eingang des Phasendetektors 19. Am
Ausgang des Phasendetektors 19 steht eine phasenproportionale Spannung Uϕ
an, die einem Analog/Digitalwandler 23 als Eingangssignal zugeführt und im
Datenspeicher 24 eines Mikrocomputers 25 gespeichert wird.
Die Frequenz der dem Phasendetektor 19 über den Oszillator 17 und den
Impulsformer 18 zugeführten rechteckförmigen Spannungsimpulse ist vor
zugsweise kleiner oder gleich 10 MHz gewählt.
Für den erfindungsgemäßen Zweck eignet sich beispielsweise ein zwei D-Flip-
Flops aufweisender frequenzempfindlicher Phasendetektor, wie er durch Tietze-
Schenk, Springer-Verlag, neunte Auflage, Seite 962 bekannt ist.
Der Sollwert der Zeitdifferenz zwischen den positiven Nulldurchgängen Us und
Ue bei freier Überwachungsstrecke (Phasenverschiebung) entspricht der
Entfernung a der Referenzfläche 14 von der bzw. einer Bezugsebene 15′, wobei
die Toleranzstrecke a′ mit einbezogen ist. Dieser Sollwert wird im Datenspeicher
24 (EEPROM) des Mikrocomputers 25 gespeichert.
Desweiteren wird die am Ausgang des Verstärkers 20 anstehende Amplitude des
bei freier Überwachungsstrecke infolge der von der Referenzfläche reflektierten
Strahlung im Lichtempfänger 12 erzeugten Signals über einen Gleichrichter 20′
dem A/D-Wandler 23 zugeführt und als Sollwert abgelegt, einschließlich eines
Amplituden-Toleranzbereichs.
Die sich beim Eindringen eines Hindernisses 26 in die Überwachungsstrecke a
hinsichtlich einer Phasen- und Amplitudenveränderung ergebenden Istwerte
weichen von den gespeicherten Sollwerten ab und führen zu einer Warnsignalab
gabe am Ausgang 27′ eines Relais 27. Bei freier Überwachungsstrecke a wird
am Ausgang 27′ des Relais 27 Signal "Überwachungsstrecke bzw. Schutzfeld
frei" ausgegeben. Die Relaiskontakte 27′ und 27′′ sind ambivalent.
Durch die Messung der Lichtlaufzeit durch Phasenvergleich und die Doppel
bewertung der Empfangssignale nach Phase und Amplitude sind in den
Überwachungsbereich gelangende Objekte eindeutig erfaßbar, insbesondere auch
solche, die nur eine geringe Entfernung von der Frontseite 15′ des Gehäuses der
Überwachungseinrichtung aufweisen.
Die Überwachungseinrichtung ist in einem Gehäuse 15 untergebracht.
Durch Regelung der Lichtleistung des Lichtsenders 10 abhängig von der
Amplitude des Sollempfangssignals ist eine selbsttätige Anpassung an
unterschiedliche Reflexionsgrade der Referenzfläche erzielbar. Als Sollwert für
eine solche Regelung dient ein im Datenspeicher des Mikrocomputers ge
speicherter Schwellenwert, bei dessen Unterschreitung eine Nachregelung der
Lichtleistung erfolgt. Führt die Nachregelung zu keiner nennenswerten
Verbesserung der Verhältnisse, z. B. wegen Verschmutzung der Optik, erfolgt
abhängig von einer definierten Grenzleistung des Lichtsenders eine Warn
signalabgabe.
Im Falle unter- bzw. nebeneinander angeordneter Sende- und Empfangsoptik 11,
13 verlaufen Sende- und Empfangslichtstrahl um einen mehr oder weniger
großen Winkel geneigt zueinander, wodurch im Nahbereich eine strahlungsfreie
Zone entsteht, die ein Erfassen von in diesem Bereich befindlichen Objekten
ausschließt.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, können, wie Fig. 2 schematisch veranschau
licht, Sende- und Empfangsoptik 11′, 13′ koaxial zueinander angeordnet werden,
so daß Sende- und Empfangslichtbündel 28, 29 parallel zueinander verlaufen.
Der Lichtsender ist hier mit 10′ bezeichnet, der Lichtempfänger mit 12′.
Eine Ausführungsvariante zur Erzielung einer Koaxiallage des Sendelichtbündels
und des Empfangslichtbündels zeigt Fig. 3.
Das vom Lichtsender 10′′ ausgehende Sendelichtbündel 28′ wird hier nach
Passieren der Sendeoptik 11′′ mittels eines Umlenkspiegels 30 um 90° in die
Richtung der optischen Achse der Empfangsoptik 13′′ umgelenkt. Das
Empfangslichtbündel 29′ gelangt parallel zum Sendelichtbündel 28′ über die
Empfangsoptik 13′′ zum Lichtempfänger 12′′.
Claims (7)
1. Einen Sender, einen Empfänger und eine Schaltungsanordnung zur
Signalauswertung aufweisende lichtelektrische Überwachungseinrichtung, bei
der der zu überwachende Bereich durch eine Referenzfläche begrenzt ist und
das durch die von der Referenzfläche auf den Lichtempfänger reflektierte
Strahlungsleistung im Lichtempfänger generierte Empfangssignal über einen
Analog/Digitalwandler einem Mikrocomputer zugeführt wird, der die Distanz
der Referenzfläche vom Lichtsender/Lichtempfänger einschließlich einer
oberen und unteren Distanztoleranzgrenze aus der Lichtlaufzeit berechnet und die
Signalamplitude bewertet, diese Werte als Sollwerte in einem nicht flüchtigen
Speicher speichert und zyklisch mit den Istwerten vergleicht, die beim
Abweichen von den Sollwerten einen Warnvorgang auslösen, nach Patent
DE 41 19 797 C2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Lichtsender (10) ein Laser dient, die Soll-Lichtlaufzeit durch elektronische
Messung der Phasenverschiebung zwischen dem Empfangssignal und einem
Vergleichssignal ermittelt wird, dieser Phasensollwert im Datenspeicher (24)
des Mikrocomputers (25) gespeichert und mit den Phasenistwerten verglichen
wird.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Licht des Lichtsenders (10) über einen von einem Oszillator (17) ge
speisten Modulator (16) in seiner Intensität moduliert ist, die Spannung des
Oszillators (17) über einen Impulsformer (18) einem Phasendetektor (19) als
getaktetes Vergleichssignal Us zugeführt wird und an den zweiten
Spannungseingang des Phasendetektors (19) die mittels eines weiteren
Impulsformers (21) in Rechteckimpulse umgeformten Empfangssignale als
Eingangsspannung Ue gelegt sind.
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Frequenz der über den Oszillator (17) und den Impulsformer (18) dem
Phasendetektor (19) zugeführten rechteckförmigen Spannungsimpulse Us
kleiner gleich 10 MHz ist.
4. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Lichtsenders (10) abhängig
von der Amplitude des Sollempfangssignals geregelt wird.
5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
nach Erreichen einer definierten Grenzleistung des Lichtsenders (10) eine
Warnsignalabgabe erfolgt.
6. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Sende- und Empfangsoptik (11′, 13′) koaxial
zueinander angeordnet sind.
7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sendelichtbündel (28′) mittels eines Umlenkspiegels
(30) in die Richtung der optischen Achse der Empfangsoptik (13′′) umgelenkt
wird.
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