DE4224784A1 - Verfahren zum Betrieb von Lichtschranken, Lichtgittern oder Lichtvorhängen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Lichtschranken, Lichtgittern oder Lichtvorhängen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein-derartiges Verfahren ist aus der DE 39 39 191 C2 bekannt. Bei einer mehrstrahligen Einweg-Lichtschranke werden von einem Sender, der eine Reihenanordnung von periodisch und zyklisch nacheinander eingeschalteten Infrarot-Sendedioden aufweist, Puls-Pausen-modulierte-Impulse mit einer Kennung ausgesandt und von einem Empfänger, der eine entsprechende Reihenanord­ nung von periodisch und zyklisch aktivierten Fotodioden aufweist empfangen. Eine Auswerteeinheit erzeugt im Empfänger ein Signal "Schutzfeld nicht frei", wenn mindestens ein Lichtstrahl vom Sender zum Empfänger unterbrochen ist. Somit wird für jedes Paar von Infrarot-Sendediode und zugeordneter Fotodiode synchron ein Zeitfenster geöffnet, innerhalb dessen die Signalübertragung erfolgt. Ansonsten ist es Gegenstand der DE 39 39 191 eine drahtlose Synchronisation zwischen Sender und Empfänger zu erzielen, was dadurch erfolgt, daß die Kennung einer ausgewählten Infrarot-Sendediode von der Kennung der übrigen Infrarot- Sendedioden unterschiedlich ist. Lichtschranken, die Impulsgruppen codierten Lichtes aussenden sind auch aus der DE 38 03 033 A1, DE 36 05 885 bekannt.

Aus der DE 31 19 876 ist ein Infrarot-Sende-Empfangssystem für Fernbedienungen bekannt, bei denen Infrarot-Informations­ signale mehrfach verschlüsselt werden, beispielweise gleichzeitig mit einer Impulscodierung in Form eines Codewortes und einer weiteren Codierung durch Senden dieses Codewortes auf einer bestimmten Trägerfrequenz.

Die eingangs beschriebenen Lichtschranken und deren Verfahren sind zwar teilweise schon sehr sicher in der Beziehung, daß alle möglichen Fehlerzustände wie Unterbrechung eines der Lichtstrahlen, Ausfall einzelner oder mehrerer Komponenten oder Fremdstörungen durch Einfall von Fremdlicht erkannt werden und eine "Fehlermeldung" auslösen, die bei Unfallschutzgittern die zu schützende Maschine in den sicheren Zustand bringen, d. h. im; Regelfall diese abschalten.

Ein wichtiger Aspekt hierbei liegt darin, das Fremdlicht, insbesondere gepulstes Licht, das aus Blitzlampen, Stroboskopquellen oder Lichtblitzen von Schweißgeräten stammen kann und in ungünstigen Fällen ein Impuls- Pauseverhältnis aufweist, daß gerade dem "Nutzsignal" des Lichtgitters entspricht, keinesfalls eine freie Lichtschranke vortäuschen darf. Im Stand der Technik sind hierzu recht aufwendige Maßnahmen getroffen worden, die das Schutzgitter in solchen Fällen sperren. Andererseits kann es aber vorkommen, daß das Schutzgitter aufgrund des Empfanges von Fremdlicht sperrt, obwohl gar kein gefährlicher Zustand vorhanden ist. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, Lichtschranken, Lichtgitter oder Lichtvorhänge weitestgehend immun gegenüber Fremdlicht zu machen. Hierzu sind verschiedene Maßnahmen vorstellbar:

• 1. Verwendung von Nutzlicht anderer Wellenlänge als die des zu erwartenden Fremdlichtes. Durch geeignete Filter könnten dann Nutz- und Fremdlicht unterschieden werden. Untersuchen haben aber ergeben, daß das mögliche Frequenz-Spektrum der denkbaren Fremdlichtquellen derart breit ist, daß keine Nutzlichtquellen verfügbar sind, die außerhalb dieses Spektrums senden.
• 2. Lichtstrahlen vom Sender zum Empfänger können sehr eng gebündelt werden, so daß aus einem anderen Winkel eingestrahltes Fremdlicht nicht zu den Empfangsdioden gelangt. Hierdurch lassen sich zwar graduelle Verbesserungen erzielen, der bauliche Aufwand für Abschirmungsmaßnahmen und Strahlbündelung wird dann aber unverhältnismäßig groß.
• 3. Eine Verbesserung der Selektivität könnte, entsprechend dem Gedanken der DE 31 19 876, auch durch Überlagerung mehrerer codierungsarten erfolgen, beispielsweise indem man hochfrequent moduliertes Licht verwendet und eine selektive Empfangsschaltung. Diese Methode ist aber nur dann praktikabel, wenn es sich um eine einstrahlige bis wenig strahlige Lichtschranke handelt, da die Einschwingzeiten von selektiven Verstärkern die Zykluszeit der Lichtschranke verlängern würden. Außerdem muß bei dieser Methode der Sender relativ lange moduliert eingeschaltet bleiben, was lange Zykluszeiten und eine hohe Strombelastung zur Folge hat.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine Lichtschranke, ein Lichtgitter oder ein Lichtvorhang durch Stör- oder Fremdlicht nicht ungünstig beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildun­ gen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Fremdlicht­ impulse eine Maximalfrequenz haben, die in der Praxis nicht überschritten wird. Experimentell wurde ermittelt, daß Fremdlichtimpulse, welche von in Industrieumgebung existierenden Störquellen, wie Stroboskoplampen, Blitzlichter, Lichtbögen von Schweißgeräten usw., ausgesandt werden, einen minimalen Zeitabstand von 100 µs ausweisen. Hierauf aufbauend läßt sich die Beeinflußbarkeit durch Fremdlicht vollständig eleminieren, wenn innerhalb eines Zeitraumes, der kleiner ist als der Minimalabstand von Fremdlichtimpulsen mindestens zwei Nutzimpulse ausgesandt werden und der Empfänger dann schon eine einwandfreie Übertragung signalisiert, wenn nur eine der empfangenen Lichtimpulsgruppen einwandfrei, d. h. ohne Störeinflüsse durch Fremdlicht, identifiziert wurde.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nur zwei identische Impulsgruppen ausgesandt, wobei es ausreicht, wenn eine davon als richtig erkannt wird. Vorzugsweise werden diese beiden Impulsgruppen, die in einem (größeren) Zeitfenster ausgesandt werden, in diesem Zeitfenster asymmetrisch angeordnet, d. h. der Beginn der ersten Impulsgruppe hat relativ zu dem Beginn des größeren ersten Zeitfensters einen anderen Abstand als der Beginn der zweiten Impulsgruppe gegenüber dem Ende des ersten größeren Zeitfensters.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in dem ersten größeren Zeitfenster drei identische Impulsgruppen ausgesandt, wobei ein ungestörter Betrieb dann erkannt wird, wenn wahlweise eine oder zwei Impulsgruppen als richtig erkannt werden. Vorzugsweise sind bei diesem Ausführungsbeispiel die drei Impulsgruppen innerhalb des ersten größeren Zeitfensters wiederum unsymmetrisch angeordnet und in nicht-harmonischen Abständen, um hierdurch harmonische Ober- oder Unterwellen von Störimpulsen auszufiltern.

Treffen innerhalb des ersten Zeitfensters Störlichtimpulse beim Empfänger ein, die beispielsweise den Empfänger übersteuern, so werden diese doch so liegen, daß sie nicht das gesamte erste Zeitfenster andauern, sondern nur in eines der im ersten Zeitfenster angeordneten kleineren Zeitfenster fallen. Das andere bzw. die anderen kleineren Zeitfenster sind dann ungestört durch das Fremdlicht und können das Nutzsignal empfangen und auswerten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Erfindung anhand eines zweiten Ausführungsbeispieles;

Im Zeitdiagramm der Fig. 1 sind die sich auf den Sender beziehenden Angaben mit S und die sich auf den Empfänger beziehenden Angaben mit E bezeichnet. Während eines ersten Zeitfensters t1 werden bei diesem Ausführungsbeispiel innerhalb kleinerer Zeitfenster t2 und t3 codierte Impulsgruppen C0 und C1 gesendet. Die Zeitdauer der gesendeten Impulsgruppen C0 und C1 ist dabei etwas kleiner als die zeitliche Länge der Zeitfenster t2 und t3 um sicherzustellen, daß der jeweilige Code vollständig in dem Zeitfenster liegt.

Empfängerseitig wird nur während der Zeitfenster t2 und t3 auf ein empfangenes Signal gewartet, während in den übrigen, schraffiert dargestellten Zeiten der Empfänger abgeschaltet ist. Die Dauer des ersten Zeitfenster t1 ist so gewählt, daß Fremdlichtimpulse üblicher Störquellen wzb. Stroboskoplampen, Blitz lichter oder Lichtbögen von Schweißgeräten innerhalb dieser Zeitdauer t1 nur einen Störimpuls aussenden. Fällt dieser in eines der kleineren Zeitfenster, beispielsweise das Zeitfenster t2, so ist dort zwar der beim Empfänger ankommende Code gestört, der im Zeitfenster t3 ankommende Code dagegen ungestört. Bei der Auswertung im Empfänger wird dann eine einwandfreie Übertragung angenommen, wenn innerhalb des Zeitfensters t1 nur einer der beiden Codes C0 oder C1 richtig empfangen wurde.

Da bei mehrstrahligen Lichtschranken, Lichtgittern oder Lichtvorhängen für jedes zugeordnete Paar von Sende- und Empfangsdioden der Vorgang zyklisch wiederholt wird und die Frequenz der Störlichtquelle in ungünstigen Fällen gerade 1/t1 sein kann, könnte der Fall auftreten, daß eine harmonische Oberwelle des Störlichtes gerade in die Zeitfenster t2 und t3 fällt. Eine Abhilfe hierfür besteht darin, daß die Zeitfenster t2 und t3 unsymmetrisch innerhalb des Zeitfensters t1 angeordnet werden. Der Abstand A des Beginns des Zeitfensters t2 gegenüber dem Beginn des Zeitfensters t1 ist unterschiedlich gegenüber dem Abstand B des Beginns des Zeitfensters t3 zum Ende des Zeitfensters t1. A ist also ungleich B. Weiter ist es von Vorteil, wenn der größere der beiden Abständen A oder B auch nicht ein ganzzahliges Vielfaches des kleineren der beiden Werte A oder B ist.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 darin, daß innerhalb des ersten Zeitfensters t1 drei Impulsgruppen C0, C1 und C2 ausgesandt werden, und zwar innerhalb kleinerer Zeitfenster t2, t3 und t4. Für die Auswertungen ergeben sich zwei Alternativen:

• 1. Es wird als ausreichend bewertet, wenn eine der drei Impulsgruppen C0, C1 oder C2 richtig empfangen wurde oder
• 2. es wird als ausreichend angesehen, wenn zwei der drei Impulsgruppen C0, C1 oder C2 richtig empfangen wurden.

Auch hier ist es günstig, wenn die drei Impulsgruppen unterschiedliche Abstände zueinander haben, d. h. daß der Abstand D zwischen dem Beginn der ersten und der zweiten Impulsgruppe C0 und C1 unterschiedlich gegenüber dem Abstand F des Beginns der zweiten Impulsgruppe C1 zum Beginn der dritten Impulsgruppe C2 ist. Auch soll der größere Wert der Abstände D und F nicht ein ganzzahliges Vielfaches des kleineren Wertes sein.

Darüber hinaus kann auch hier die Unsymmetrie-Bedingung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 verwendet werden, die auf dies Beispiel übertragen bedeuten würde, daß der Abstand zwischen dem Beginn des Zeitfensters D1 und dem Beginn des Zeitfensters D2 unterschiedlich ist.

Schließlich könnte noch der Fall auftreten, daß Störlicht mit einer so niedrigen Frequenz moduliert ist, daß die Störlichtimpulse mehrere der Zeitfenster t2 und t3 bzw. t2, t3 und t4 überlappen. Solche Störeinflüsse können durch Hochpaßfilter unterdrückt werden, beispielsweise durch Farbfilter im Lichtweg vom Sender zum Empfänger.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die einzelnen Impulsgruppen bzw. Codes C0, C1 und C2 in einem einfachen Ausführungsbeispiel identische Codes enthalten. Es ist aber auch möglich, die Codes C0, C1 und C2 voneinander unterschiedlich auszugestalten, womit dann bei nicht einwandfreiem Empfang erkennbar ist, welcher der Codes gestört wurde.

Wird beispielsweise regelmäßig ein bestimmter der Codes nicht empfangen, lassen sie darauf Rückschlüsse auf die Frequenz einer Störlichtquelle ziehen. Man könnte dann dadurch Abhilfe schaffen, daß die Länge des Zeitfensters t1 verändert wird oder die Abstände A, B, D und F verändert werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb von Lichtschranken, Lichtgittern oder Lichtvorhängen, bei dem ein Sender innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitfensters eine Impulsgruppe codierten Lichtes zu einem zugeordneten Empfänger abstrahlt und der Empfänger die Impulsgruppe und deren zeitliches Eintreffen auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender innerhalb des ersten Zeitfensters mindestens zwei zeitlich in einem zweiten und mindestens einem dritten Zeitfenster liegende Impulsgruppen codierten Lichtes aussendet, daß der Empfänger prüft, ob innerhalb des zweiten und des mindestens dritten Zeitfensters empfangene Impulsgruppen einen gültigen Code aufweisen und daß der Empfänger dann ein Signal für einen störungsfreien Betrieb erzeugt, wenn mindestens eine empfangene Impulsgruppe als gültig erkannt wurde.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender zwei Impulsgruppen aus sendet und der Empfänger dann ein Signal für einen störungsfreien Betrieb erzeugt, wenn nur eine der empfangenen Impulsgruppen als gültig erkannt wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und dritte Zeitfenster unsymmetrisch innerhalb des ersten Zeitfensters liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender drei Impulsgruppen aussendet und der Empfänger dann ein Signal für einen störungsfreien Betrieb erzeugt, wenn eine empfangene Impulsgruppe als gültig erkannt wurde.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender drei Impulsgruppen aus sendet und der Empfänger dann ein Signal für einen störungsfreien Betrieb erzeugt, wenn zwei empfangene Impulsgruppen als gültig erkannt wurden.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zeitlichen Abstände des Beginns der zweiten, dritten und vierten Impulsgruppe ungleich und nicht-harmonisch sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des ersten Zeitfensters ausgesandten Impulsgruppen codierten Lichtes identisch sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des ersten Zeitfensters ausgesandten Impulsgruppen codierten Lichtes voneinander unterschiedlich codiert sind.