DE4311691C2 - Verfahren zum Justieren eines Lichtabstandstasters und Lichtabstandstaster - Google Patents
Verfahren zum Justieren eines Lichtabstandstasters und LichtabstandstasterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren eines
Lichtabstandstasters nach dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1 und einen Lichtabstandstaster nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 8.
Derartige Lichtabstandstaster haben die
Aufgabe, das Vorhandensein von lichtreflektierenden Objekten
innerhalb oder außerhalb eines Basisabstandes vom Gehäuse
des Lichtabstandstasters festzustellen und ein entsprechen
des Anwesenheitssignal abzugeben. Hierbei wird das Triangu
lationsverfahren ausgenutzt, indem der Basisabstand durch
den Schnittpunkt des Hauptsendestrahls und des Hauptempfangs
strahls definiert wird. Der Hauptempfangsstrahl wird dabei
auf ein Differenz-Photoelement gelenkt, welches bei An
ordnung eines lichtreflektierenden Gegenstandes im Basis
abstand das Ausgangssignal Null abgibt. Befindet sich ein
Gegenstand innerhalb des Basisabstandes, wird vom Differenz-
Photoelement ein Photostrom ungleich Null (größer oder
kleiner als Null) abgegeben, welcher zur Signalisierung des
Objektes innerhalb des Basisabstandes in einer Auswerte
schaltung verwendet werden kann. Um den Einfluß von Rausch
effekten zu eliminieren, wird als Anwesenheitssignal nicht sofort
jeder Wert des Differenzsignals, der größer oder kleiner als
Null ist, ausgewertet; bevorzugt wird ein Anwesenheitssignal
erst dann abgegeben, wenn das Differenzsignal des Photo
empfangselementes einen bestimmten Schwellenwert über- oder
unterschritten hat.
Auch beim Gegenstand der Erfindung wird ein Anwesenheits
signal von der Auswerteschaltung erst abgegeben, wenn sich
das Strom-Differenzsignal um einen vorbestimmten Mindestwert
oberhalb oder unterhalb von Null befindet.
Um einen derartigen Lichtabstandstaster auf einen bestimmten
Basisabstand einzustellen, ist bei einem vorbekannten Licht
abstandstaster (DE 35 13 671 A1) ein Schwenkspiegel vorge
sehen, mittels dem das von einem im Basisabstand ange
ordneten Testobjekt reflektierte Licht so auf das Differenz-
Photoelement gelenkt werden kann, daß beide Ausgangsteil
ströme gleich und somit das Differenzsignal Null ist. Die Ein
stellung des Lichtabstandstasters auf einen vorbestimmten
Basisabstand erfordert jedoch eine gewisse Geschicklichkeit
der Bedienungsperson. Außerdem muß das Erfordernis von
mechanischen Einstellelementen als nachteilig angesehen
werden.
Ein Verfahren zum Justieren eines Lichtabstandtasters und ein
Lichtabstandtaster nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und
8 sind aus der DE 36 40 159 A1 bekannt. Hierbei fällt ein
Lichtstrahl aus einer Lichtprojektionseinrichtung auf ein
Meßobjekt, wobei das von dem Meßobjekt reflektierte Licht
nach Durchlaufen eines Kondensors auf einer Empfangseinrich
tung auftrifft, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, die zu
einander entgegengesetzte Werte aufweisen und die Position
des konzentrierten Lichtflecks wiedergeben. Die Entfer
nung zwischen der Lichtprojektionseinrichtung und dem Meß
objekt wird durch eine Operationseinrichtung
aus den Ausgangssignalen der Licht
empfangseinrichtung ermittelt. Die Verschiebungsmeßeinrich
tung nach der DE 36 40 159 A1 weist eine Operationseinrich
tung auf, die ausgelegt ist, um eine Subtraktion und Addi
tion mit den zwei Positionsausgangssignalen vorzunehmen und
ein Verhältnis zwischen diesen beiden Positionsausgangs
signalen zu bilden, woraus das Entfernungsmeßsignal erzeugt
wird, das die Entfernung zwischen der Lichtprojektionsein
richtung und dem Meßobjekt anzeigt, wobei in der Verschie
bungsmeßeinrichtung eine mathematische Korrektur durch eine
Linearitätskorrektureinrichtung an einem der beiden Posi
tionsausgangssignale vorgenommen wird, um die Nichtlineari
tät des Entfernungsmeßsignals zu korrigieren. Hierbei kann
eine Verstärkungsdifferenz vorgesehen sein, um den Referenz
abstand so zu verändern, daß das ausgegebene
Entfernungsmeßsignal dort Null wird.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren und einen Lichtabstandstaster der eingangs genann
ten Gattung zu schaffen, mit denen auf einfache und von den
Einflüssen einer Bedienperson unabhängigen Weise eine Ein
justierung auf einen vorbestimmten Basisabstand erfolgen
kann, welcher entweder durch eine bereits bestehende licht
reflektierende Fläche (z. B. einen Hintergrund) oder ein an
die entsprechende Stelle gebrachtes Testobjekt bestimmt ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind jeweils die kennzeichnenden Merkmale
der Ansprüche 1 und 8 vorgesehen.
Der Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, daß aus den
Primärausgangsströmen des Photoelementes Sekundär
ausgangsströme dadurch abge
leitet werden, daß sie in regelbarer Weise verstärkt werden,
wobei die Verstärkungsfaktoren während eines wahlweise aus
lösbaren Justiervorgangs vollautomatisch eingeregelt werden
und die dabei festgelegten Verstärkungsfaktoren für den
späteren eigentlichen Betrieb abgespeichert werden.
Gegebenenfalls käme auch eine ge
regelte Abschwächung der Primärausgangsströme zur Bildung der
Sekundärausgangsströme in Betracht, wenn die
Primärausgangsströme groß genug hierfür sind. Im allgemeinen
wird man jedoch mit veränderlichen Verstärkungsfaktoren
arbeiten. Die Erfindung umfaßt aber stets auch den Fall gesteuert
veränderlicher Abschwächungsfaktoren, auch wenn dies im
folgenden nicht konsequent wiederholt wird und nur von
"Verstärkung" die Rede ist. Bevorzugt werden beide Verstärkungs-/Ab
schwächungsfaktoren in die Regelung einbezogen
(Ansprüche 3 oder 4).
In der Praxis kommt es häufig vor, daß Gegenstände vor einem
hellen Hintergrund erkannt werden müssen. Dies ist z. B. der
Fall, wenn auf einem Förderband angeordnete Gegenstände von
oben her festgestellt werden sollen. Dann darf der Hinter
grund allein kein Anwesenheitssignal abgeben, doch muß ein An
wesenheitssignal erscheinen, wenn auf dem Förderband ein
Gegenstand am Lichtabstandstaster vorbeigeführt wird.
Um dies mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu bewerk
stelligen, ist die Ausführungsform nach Anspruch 5 vor
teilhaft.
Um die Zuverlässigkeit
eines Lichtabstandstasters gemäß der Erfindung, der die Ein
stellung auf einen bestimmten Testgegenstand oder Hinter
grund in der Weise, daß die Differenz der beiden Sekundär
ausgangsströme gleich Null wird, vornimmt, sicherzustellen, kann
innerhalb der Auswerteschaltung noch ein
Schwellenglied vorgesehen sein, welches einen Justiervorgang
erst erlaubt, wenn das von der Meßstrecke gebildete
Differenzsignal innerhalb des Basisabstandes deutlich von
Null verschieden ist. Diese Schwelle kann entweder konstant
im Lichtabstandstaster vorgesehen sein oder auch an der
Auswerteschaltung eingestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Lichtabstandstasters gemäß
der Erfindung sind durch die Ansprüche 9 bis 15
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung
beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines
Lichtabstandstasters,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
einer Auswerteschaltung eines Lichtabstandstasters gemäß
der Erfindung,
Fig. 3 ein Strom-Abstands-Diagramm zur Veranschaulichung des
Verlaufs der Primärausgangsströme des
Photoempfangselementes eines
Lichtabstandstasters und
Fig. 4 ein entsprechendes Strom-Abstands-Diagramm der
Sekundärausgangsströme des Licht
abstandstasters nach Verstärkung der Primäraus
gangsströme.
Nach Fig. 1 sind im Gehäuse 15 eines Lichtabstandstasters 14
nebeneinander ein Lichtsender 13 und ein Lichtempfänger 16
angeordnet. Der Lichtsender 13 weist eine Lichtquelle 41 und
eine in der Vorderwand des Gehäuses 15 angeordnete Front
linse 42 auf. In üblicher Weise kann der Lichtsender 13 auch
noch mit einem nicht dargestellten Kondensorsystem ausge
stattet sein. Aus der Frontlinse 42 tritt ein Sendelicht
bündel 11 mit einem Hauptsendestrahl 19 in eine Meßstrecke 12
ein.
Der Lichtempfänger 16 besitzt eine ebenfalls in der Vorder
wand des Gehäuses 15 angeordnete Frontlinse 43, deren
optische Achse einen definierten seitlichen Abstand von der
der Frontlinse 42 besitzt. Hinter der Empfangs-Frontlinse 43
ist ein Photoempfangselement 20 angeordnet, welches als
positionsempfindlicher Lichtdetektor ausgebildet ist, der
sich im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse der
Empfangs-Frontlinse 43 erstreckt.
Die Anordnung des Photoempfangselementes 20 relativ zur
Frontlinse 43 ist derart, daß das von einem im minimalen
Abstand dmin vor der Sende-Frontlinse 42 angeordneten Objekt
23′ zur Empfangs-Frontlinse 43 reflektierte Licht von
letzterer an einer Lichtauftreffstelle 25 gesammelt wird,
die sich an einem Ende des länglichen Photoempfangselementes
20 befindet. In diesem Fall gibt das Photoempfangselement 20
an dem entsprechenden Stromausgang 21 einen maximalen
Primärausgangsstrom I₁ ab. Die Gegenelektrode 44 des Photo
empfangselementes 20 ist mit einer positiven Spannung inner
halb einer Auswerteschaltung 28 verbunden. Der Stromausgang
21, welcher den Primärausgangsstrom I₁ führt, ist ebenfalls
an die Auswerteschaltung 28 angelegt.
Wird ein Objekt 23 innerhalb des vorgesehenen Tastbereiches
12 in einem größeren Abstand dx vom Sendelichtbündel 11
beaufschlagt, so trifft das zur Empfangs-Frontlinse 43
gerichtete Empfangslichtbündel 18 mit dem Haupt-Empfangs
lichtstrahl 17 unter einem flacheren Winkel auf die
Empfangs-Frontlinse 43 auf, und das Empfangslicht wird jetzt
an einer Lichtauftreffstelle 25′ konzentriert, die bereits
oberhalb der Mitte des Photoempfangselementes 20 liegt.
Jetzt tritt auch aus dem oberen Stromausgang 22, der eben
falls mit der Auswerteschaltung 28 verbunden ist, ein Primär
strom I₂ aus, welcher größer als der Primärausgangsstrom I₁
ist.
Der Hauptsendestrahl 19 und der Hauptempfangsstrahl 17 sind
dadurch definiert, daß sie jeweils durch die Mitte der Frontlinsen 42,
43 hindurchgehen.
Wird das Licht von einem im maximalen Abstand dmax vor
handenen Hintergrund 24, beispielsweise einer Wand, zur
Empfangs-Frontlinse 43 reflektiert, so ist der Auftreff
winkel des Empfangslichtbündels noch flacher, und die
Lichtauftreffstelle 25′ befindet sich nahe dem oberen
Stromausgang 22. In diesem Fall nimmt der Primärausgangs
strom I₂ seinen Maximalwert an, während I₁ minimal wird.
Diese Verhältnisse sind in dem Diagramm der Fig. 3 veran
schaulicht.
Bei den bekannten Lichtabstandstastern wird nun so vorge
gangen, daß zwischen der Empfangs-Frontlinse 43 und dem
Photoempfangselement 20 beispielsweise mittels des in der
DE 35 13 671 A1 gezeigten Schwenkspiegels solange eine
Relativverschiebung senkrecht zur optischen Achse der
Empfangs-Frontlinse 43 vorgenommen wird, bis von einem
beispielsweise in einem Basisabstand db (Fig. 3) ange
ordneten Testobjekt kommendes Licht etwa in die Mitte des
positionsempfindlichen Lichtdetektors 20 fällt, so daß die
Primärausgangsströme I₁ und I₂ gleich sind.
Die Gleichheit der Primärausgangsströme I₁ und I₂ wird also
als Maß für das Vorhandensein eines Objektes im Basisabstand
verwendet. In der Auswerteschaltung kann dann der in Fig. 3
mit 45 bezeichnete schraffierte Bereich für die Erzeugung
eines Anwesenheitssignals ausgenutzt werden. Wenn also der
Primärausgangsstrom I₁ um soviel größer als I₂ ist, wie sich
das aus dem schraffierten Bereich 45 ergibt, meldet die
Auswerteschaltung 28 die Anwesenheit eines Objektes im
Bereich zwischen dmin und d′b. Der Abstand zwischen d′b und
db entspricht dabei der Sicherheitsdifferenz, die in jedem
Fall vorhanden sein muß, um es nicht zu Störungen durch
Rausch- oder Störeffekte im Bereich eines um Null herum
liegenden Differenzsignals kommen zu lassen.
Nach Fig. 2 werden erfindungsgemäß die beiden Stromausgänge
21 und 22 an innerhalb der Auswerteschaltung 28 vorhandene
regelbare Verstärker 30 und 31 angelegt.
Die Ausgänge der Regelverstärker 30, 31 liegen zum einen an
den beiden Eingängen einer Differenzbildungsstufe 32, zum
anderen an einer Summenbildungsstufe 38 an.
Der Ausgang der Differenzbildungsstufe 32 ist an den einen
Eingang eines Komparators 27 angelegt, an dessen Referenzein
gang ein Null-Sollwert 47 ansteht, so daß der Komparator 27
feststellt, ob das von der Differenzbildungsstufe 32 abgege
bene Signal I′₁ - I′₂ größer als Null, kleiner als Null oder
gleich Null ist. Ein entsprechend diskriminiertes Signal
wird an den einen Eingang eines Steuerwerks 26 abgegeben.
Das Ausgangssignal der Summenbildungsstufe 38 liegt am Ein
gang eines Schwellenwertdetektors 39 an, dem bei 46 ein
vorzugsweise einstellbares Schwellensignal zugeführt ist.
Der Schwellenwertdetektor 39 kann ermitteln, ob das Aus
gangssignal der Summenbildungsstufe 38 oberhalb oder unter
halb des bei 46 eingestellten Schwellenwertes liegt.
Das Ausgangssignal des Schwellenwertdetektors 39 ist an
einen weiteren Eingang des Steuerwerks 26 angelegt. Der
Schwellenwertdetektor 39 meldet dem Steuerwerk 26, ob sich
das Summensignal I′₁ + I′₂ oberhalb oder unterhalb einer
voreingestellten Detektionsschwelle befindet.
Das Ausgangssignal des Schwellenwertdetektors 39 wird im
Steuerwerk 26 so ausgewertet, daß letzteres erst dann akti
viert wird, wenn der Schwellenwertdetektor 39 das Ausgangs
signal "Objekt vorhanden" abgibt. Dies ist der Fall, wenn
der bei 46 eingestellte Schwellenwert überschritten wird.
Ist dies nicht der Fall, kann eine Justierung nicht erfol
gen.
Am Steuerwerk 26 befindet sich eine Wahl
schalteranordnung 49 mit n verschiedenen Einzelschaltern S₁,
S₂, . . . .Sn, mittels denen verschiedene Algorithmen inner
halb des Steuerwerks 26 angesteuert werden können. Je nach
dem, um welches Justierproblem es sich handelt, betätigt
eine Bedienungsperson von außen einen der Schalter S₁, S₂,
. . . . Sn.
Das Steuerwerk 26 beaufschlagt über Takt-Leitungen 50, 51,
Auf-Ab-Zählwahlleitungen 52, 53, Ladeleitungen 54, 55 und
Reset-Leitungen 56, 57 zwei Zähler 34, 35, die über
Digital-Analog-Wandler 36 und 37 mit den Verstärkungs-Regel
eingängen 58 und 59 der Verstärker 30 und 31 verbunden
sind. Auf diese Weise wird jeweils ein Verstärkungsregel
kreis für die Regelverstärker 30, 31 geschlossen.
Über eine Rückführleitung 60 wird das bei der
Regelung erzielte Endergebnis der Zähler 34, 35 in
das Steuerwerk 26 rückgelesen. Mittels eines an das Steuer
werk 26 angeschlossenen Schalters 61 kann ein Justiervorgang
ausgelöst werden.
Weitere Einzelheiten des Aufbaus der einzelnen Bauelemente
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Funktion des
Lichtabstandstasters anhand der Fig. 2 und
4:
Es sei angenommen, daß der Lichtabstandstaster auf einen
Hintergrund 24 (Fig. 1) einjustiert werden soll, d. h., daß
alle zwischen den Abständen dmin und dmax befindlichen
Gegenstände 23, 23′ ein Anwesenheitssignal auslösen sollen,
nicht jedoch der Hintergrund 24 selbst. Irgendein Objekt 23,
23′ befindet sich jetzt nicht auf der Meßstrecke 12; viel
mehr wird nur vom Hintergrund 24 reflektiertes Licht ausge
wertet, welches bewirkt, daß der Primärausgangsstrom I₁ des
Lichtdetektors 20 annähernd Null und der Primärausgangsstrom
I₂ annähernd maximal ist (siehe Fig. 3).
Nunmehr wird zunächst ein für dieses Justierproblem vorge
sehener Einzelschalter, beispielsweise der Schalter S₂ der
Wahlschaltanordnung 49 geschlossen. Daraufhin wird über die
Taste 61 die automatische Selbstjustierung ausgelöst, welche
damit beginnt, daß das Steuerwerk 26 den Zähler 34 über die
Programmier-Leitung 56 auf Null setzt und über die Auf-Ab-
Zählwahlleitung 52 für die Betriebsart "Aufwärtszählen"
programmiert. Über den Digital-Analog-Wandler 36 wird
dadurch die Verstärkung des Regelverstärkers 30 auf Minimum
eingestellt.
Am Ausgang des Verstärkers 30 erscheint jetzt ein Sekundär
ausgangsstrom, wie er sich im Diagramm der Fig. 4 aus der
gestrichelt dargestellten Geraden I′1min an der Stelle dmax
der Abszisse ergibt. I′1min errechnet sich durch Multi
plikation des Primärausgangsstromes I₁ mit dem minimalen
Verstärkungsfaktor V1min des Regelverstärkers 30.
Weiter setzt das Steuerwerk 26 den Zähler 35 über die
Programmier-Leitung 57 auf seinen Maximalwert und
programmiert ihn über die Auf-Ab-Steuerleitung 53 für die
Betriebsart "Abwärtszählen". Über den Digital-Analog-Wandler
37 wird dadurch der Verstärker 31 auf seinen maximalen
Verstärkungswert eingeregelt.
Am Ausgang des Verstärkers 31 liegt also ein Strom vor, wie
er der in ausgezogenen Linien dargestellten Geraden I′2max
bei dmax auf der Abszisse zu entnehmen ist. I2max ist das
Produkt aus dem Primärausgangsstrom I₂ und dem maximalen
Verstärkungsfaktor V2max des Regelverstärkers 31.
Es sei angenommen, daß das jetzt am Ausgang der Summen
bildungsstufe 38 anliegende Summensignal der beiden Sekundär
ausgangsströme I′1min und I′2max bei dmax oberhalb der durch
den Sollwert 46 bestimmten Erkennungsschwelle des Schwellen
wertdetektors 39 liegt; dadurch wird im Steuerwerk 26 ein
Freigabesignal erzeugt, welches den anschließenden eigent
lichen Justiervorgang freigibt. Bleibt das Summensignal
unter dem Schwellenwert, wird die Justierung abgebrochen,
und es erscheint ein Fehlersignal.
Der eigentliche Justiervorgang besteht nun darin, daß der
Zähler 34 über das durch die Leitung 50 zugeführte Takt
signal schrittweise zu einer Aufwärtszählung veranlaßt wird.
Über den Digital-Analog-Wandler 36 wird die Verstärkung des
Regelverstärkers 31 entsprechend schrittweise erhöht, was zu
einer sprunghaften Veränderung der in Fig. 4 gestrichelt
dargestellten Sekundärausgangsstromkennlinien von der Kenn
linie I′1min über die Kennlinien 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 bis zur
als ausgezogene Gerade dargestellten Kennlinie I′1max führt.
Da hierbei die ausgezogen dargestellte Maximalkennlinie
I′2max - zunächst - unverändert bleibt, verschieben sich die
Abstände, bei denen sich die Kennlinien I′₁ und I′₂
schneiden, d. h. die Sekundärausgangsströme I′₁ und I′₂
gleich wären, wenn sich dort ein Objekt befände, von dmin
über die Abstände d₁, d₂, d₃, d₄, d₅, d₆, d₇ bis d₈. An
dieser Stelle ist eine weitere Steigerung des Verstärkungs
faktors v₁ nicht mehr möglich, da er den höchsten Wert v1max
erreicht hat, so daß durch die Verstärkungsregelung am
Verstärker 30 eine weitere Annäherung des Basisabstandes an
den Hintergrundsabstand dmax nicht möglich ist. Daher er
folgt nunmehr ein Ansteuern des auf Maximum stehenden
Zählers 35 über die Taktleitung 51. Aufgrund der Programmie
rung des Zählers 35 auf Abwärtszählen zählt dieser ent
sprechend dem angelegten Takt abwärts und verringert dadurch
über den Digital-Analog-Wandler 37 stufenweise die Ver
stärkung des Regelverstärkers 31. Dadurch nimmt der Ver
stärkungsfaktor v₂ des Verstärkers 31 stufenweise ab, und
entsprechend reduziert sich der Sekundärausgangsstrom I′₂
stufenweise von der ausgezogenen Maximalwertkennlinie I′2max
über die gestrichelt gezeichneten Kennlinien 2′, 3′, 4′, 5′,
6′, 7′, 8′ bis zur Minimalwertkennlinie I′2min.
Dadurch wandern die Schnittpunkte der nunmehr konstant
bleibenden Maximalwertkennlinie I′1max und der immer
kleineren Verstärkungen entsprechenden Kennlinien 2′, 3′,
. . ., 8′ sukzessive zu Abständen d₉, d₁₀, d₁₁, d₁₂, d₁₃, d₁₄,
d₁₅ bis dmax. dmax entspricht dem Abstand des festzustellen
den Hintergrundes 24, welcher also durch die beschriebene
Änderung der Verstärkungsregelung gerade erreicht wird.
Mit anderen Worten ist die Schaltung für
das angegebene Beispiel bei folgenden Werten der Sekundär
ausgangsströme I₁, I₂ auf den Hintergrund 24 (Fig. 1)
justiert:
I′1max = v1max·I₁
I′2min = v2min·I₂
Das Erreichen dieses Zustandes wird im Steuerwerk 26 vom
Komparator 27 gemeldet, welcher feststellt, daß die
Differenz der Sekundärausgangsströme I′₁ und I′₂ Null
geworden ist.
Würde sich der Hintergrund 24 in einem geringeren Abstand
vom Lichtabstandstaster 14 befinden, beispielsweise bei d₁₄
in Fig. 4, so würde das Steuerwerk 26 den Zähler 35 bereits
beim Erreichen der Kennlinie 7′ anhalten, worauf der Licht
abstandstaster 14 entsprechend justiert wäre.
Für den Fall, daß der Lichtabstandstaster auf einen Abstand
dx (Fig. 1) justiert werden soll, wird an die entsprechende
Stelle ein Testobjekt 23 gebracht.
Dann kann ebenso wie vorstehend beschrieben vorgegangen
werden, wobei jedoch der Zähler 35 beim Erreichen der
punktiert dargestellten Kennlinie v2x·I₂ (falls vom Zähler
35 eine entsprechende Verstärkung v2x angesteuert wird)
angehalten wird, denn dann schneiden sich die Kennlinien I′₁
und I′₂ bei dx. Die beiden Verstärkungsfaktoren der Ver
stärker 30, 31 wären dann v1max und v2x.
Grundsätzlich könnte aber auch eine Einstellung auf die
beiden Kennlinien
v1a·I₂
v2a·I₁
erfolgen.
Welchen Kennlinienschnittpunkt man im Endeffekt ansteuert,
kann von verschiedenen Parametern abhängig gemacht werden,
und entsprechende Einstellmöglichkeiten sind durch die
Wahlschaltanordnung 49 gegeben.
Nachdem das Justierverfahren beendet wird, werden die
aktuellen Zählerstände über die Leitung 60 in das Steuerwerk
26 rückgelesen und dort nicht-flüchtig abgespeichert.
Beim anschließenden Meßvorgang liefert der Komparator 27 je
nachdem, ob sich das Objekt vor oder hinter dem Basisabstand
befindet, entweder ein positives oder negatives Differenz
signal, welches dann im Steuerwerk 26, wenn es einen vorbe
stimmten Schwellenwert überschreitet, über das Schwellen
glied in ein Anwesenheitssignal umgewandelt wird, das bei
48 abgenommen werden kann.
Die abgespeicherten Zählerstände der beiden Binärzähler 34,
35 bleiben auch bei einer Unterbrechung der Versorgungs
spannung erhalten. Nach einer Unterbrechung lädt das Steuer
werk 26 diese abgespeicherten Werte sofort wieder in die
entsprechenden Zähler 34, 35 im Sinne einer Einschalt
normierung. Dies geschieht über Ladeleitungen 54 und 55.
Beim Auftreten eines neuen Justierproblems wird der für
dieses Problem vorgesehene Einzelschalter der Wahlschalt
anordnung 49 angewählt und gegebenenfalls nach Anordnung
eines Testobjekts im Basisabstand der Startschalter 61
erneut betätigt und dadurch eine neue Selbstjustierung
ausgelöst.
Eine Realisierung der in Fig. 2 beschriebenen Funktionen
wäre auch mit einem µ-Controller möglich.
Claims (17)
1. Verfahren zum Justieren eines Lichtabstandtasters (14),
der
- - einen ein Sendelichtbündel (11) mit einem Hauptlicht strahl (19) in einen Tastbereich (12) aussendenden Lichtsender (13) und
- - einen daneben angeordneten, aus dem Tastbereich (12) von einem dort befindlichen Objekt (23, 23′, 24) reflek tiertes Sendelicht (18) empfangenden Lichtempfänger (16) aufweist, mit
- - einem linienförmig ausgebildeten positionsempfindlichen Photoempfangselement (20), auf dessen Oberfläche reflektiertes Sendelicht in einer Position, die vom Abstand dx des reflektierenden Objekts (23, 23′, 24) im Tastbereich (12) abhängt, konzentriert wird und an dessen beiden Endbereichen an zwei Stromausgängen (21, 22) zwei Primärausgangsströme I₁, I₂ abnehmbar sind, die ihrerseits von der Lichtposition am Photoempfangselement abhängen,
bei dem zur Einstellung auf einen vorgegebenen Basisab
stand die Primärausgangsströme I₁, I₂ mit unterschiedli
chen Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren v₁, v₂ derart zu
Sekundärausgangsströmen I′₁, I′₂ gewandelt werden, daß
die Differenz der Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ für ein
Objekt im vorgegebenen Basisabstand Null ist und als Maß
für die Anwesenheit eines Objektes (23, 23′, 24) dies
seits oder jenseits des vorgegebenen Basisabstands ver
wendbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Objekt in den vorgegebenen Basisabstand gebracht
wird, durch einen Verstärkungs-/Abschwächungsregelkreis
mit den Sekundärausgangsströmen I′₁, I′₂ als Regelgrößen
die Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren v₁, v₂ selbst
tätig eingeregelt werden, bis beide Sekundärausgangs
ströme I′₁, I′₂ gleich sind und danach die so ermittelten
Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren während des Meßvor
gangs beibehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor v₂ fest
voreingestellt wird und der andere Verstärkungs-/Abschwä
chungsfaktor v₁ solange variiert wird, bis die beiden
Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ gleich sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß falls die Variation des zunächst variierten Verstär
kungs-/Abschwächungsfaktors v₁ nicht zur Gleichmachung der
Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ ausreicht, auch noch der
zunächst fest voreingestellt gewesene Verstärkungs-/Ab
schwächungsfaktor v₂ verändert wird, bis die beiden Sekun
därausgangsströme I′₁, I′₂ gleich sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst der eine Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor
v₁ auf einen kleinen Wert, vorzugsweise sein Minimum
v1min und der andere Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor
v₂ auf einen hohen Wert, vorzugsweise sein Maximum v2max
eingestellt wird, daß dann der eine Verstärkungs-/Ab
schwächungsfaktor v₁ erhöht wird, bis die beiden Sekun
därausgangsströme I′₁, I′₂ gleich sind, oder, wenn nach
Erreichen des Maximums v1max des einen Verstärkungs-/
Abschwächungsfaktors v₁ die beiden Sekundärausgangsströ
me I′₁, I′₂ noch nicht gleich sind, der andere Verstär
kungs-/Abschwächungsfaktor v₂ bei festgehaltenem maxima
len Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor v1max erniedrigt
wird, bis die beiden Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂
gleich sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Fall eines Objekts (23, 23′) vor einem hellen
Hintergrund (24) zunächst der Verstärkungs-/Abschwä
chungsfaktor v₂ desjenigen Primärausgangsstromes I₂, der
beim Vorhandensein eines hellen Hintergrundes (24)
größer als der andere Primärausgangsstrom I₁ ist, auf
einen hohen, vorzugsweise seinen maximalen Wert v2max
eingestellt wird, daß der Verstärkungs-/Abschwächungs
faktor v₁ des anderen Primärausgangsstromes I₁ auf einen
kleinen Wert, vorzugsweise sein Minimum v1min einge
stellt wird, daß der Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor
v₁ des Primärausgangsstromes I₁ dann erhöht wird, bis
die Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ gleich sind oder,
wenn das bei maximalem Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor
v1max des Primärausgangsstromes I₁ noch nicht erreicht
ist, anschließend der Verstärkungs-/Abschwächungsfaktor
v₂ des Ausgangsstromes I₂ solange abgesenkt wird, bis
die Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ gleich sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich die Summe der beiden Primärausgangsströme
I₁, I₂ oder bevorzugt der beiden Sekundärausgangsströme
I′₁, I′₂ gebildet und festgestellt wird, ob diese sich
oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes befindet.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Justiervorgang abgebrochen wird, wenn die Summe
unter dem Schwellwert bleibt.
8. Lichtabstandtaster (14) mit
- - einem ein Sendelichtbündel (11) mit einem Hauptlicht strahl (19) in einen Tastbereich (12) aussendenden Lichtsender (13),
- - einem daneben angeordneten, aus dem Tastbereich (12) von einem dort befindlichen Objekt (23, 23′, 24) reflektiertes Sendelicht (18) empfangenden Lichtempfän ger (16), der ein linienförmig ausgebildetes, posi tionsempfindliches Photoempfangselement (20) aufweist, auf dessen Oberfläche reflektiertes Sendelicht in einer Position, die vom Abstand dx des reflektierenden Objekts (23, 23′, 24) im Testbereich (12) abhängt, konzentriert wird und an dessen Endbereichen an zwei Stromausgängen (21, 22) zwei Primärausgangsströme I₁, I₂, abnehmbar sind, die ihrerseits von der Lichtposition am Photoempfangselement abhängen, und
- - einer Auswerteschaltung (28), die die Primärausgangs ströme I₁, I₂ mit unterschiedlichen Verstärkungs-/Ab schwächungsfaktoren v₁, v₂ derart zu Sekundärausgangs strömen wandelt, daß die Differenz der Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ für ein Objekt in einem vorgebbaren Basisabstand Null ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - ein Verstärker/Abschwächer (30, 31) für zumindest einen der Primärausgangsströme I₁, I₂ regelbar ist,
- - ein Verstärkungs-/Abschwächungsregelkreis vorgesehen ist, in welchen sich der zumindest eine regelbare Verstärker/Abschwächer (30, 31) befindet und welcher bei einem im Basisabstand befindlichen Objekt (23, 23′, 24) nach Auslösung durch ein Schaltmittel (49, 61) einen oder beide Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren v₁, v₂ selbsttätig einregelt, bis beide Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ gleich sind, und
- - ein nicht-flüchtiger Speicher für die so ermittelten Verstärkungs-/Abschwächungsfaktoren v₁, v₂ vorgesehen ist, so daß diese während des Meßvorgangs beibehalten werden können.
9. Lichtabstandstaster nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Verstärker/Abschwächer (30, 31) für die Pri
märausgangsströme I₁, I₂ eine Differenzbildungsstufe
(32) angeschlossen ist, der ein Komparator (27) folgt,
welcher feststellt, ob die Differenz der Sekundäraus
gangsströme (I′₁ - I′₂) größer als Null und/oder kleiner
als Null oder gleich Null ist.
10. Lichtabstandstaster nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Komparator (27) im Verstärkungs-/Abschwächungs
regelkreis (33) angeordnet ist, in dem sich auch die Ver
stärker/Abschwächer (30, 31), die beide regelbar ausge
bildet sind, befinden.
11. Lichtabstandstaster nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Komparator (27) an ein Steuerwerk (26) ange
schlossen ist, welches zwei Zähler (34, 35) beauf
schlagt, deren Zählerstand die Verstärkungs-/Abschwä
chungsfaktoren v₁, v₂ bestimmt, und daß das Steuerwerk
(26) wenigstens einen Zähler (34) in einem Sinne und
gegebenenfalls auch den anderen Zähler (35) im entgegen
gesetzten Sinne solange auf- bzw. abzählen läßt, bis am
Ausgang des Komparators (27) das Signal Null erscheint.
12. Lichtabstandstaster nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen die Zähler (34, 35) und die regelbaren Ver
stärker/Abschwächer (30, 31) Digital-Analog-Wandler (36,
37) geschaltet sind.
13. Lichtabstandstaster nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Auswerteschaltung eine Summenbildungsstufe
(38) vorgesehen ist, die an einen Schwellenwertdetektor
(39) angeschlossen ist, wobei eine Justierung nur frei
gegeben wird, wenn die Summe der Sekundärausgangsströme
I′₁, I′₂ den vorzugsweise voreinstellbaren Schwellenwert
des Schwellenwertdetektors (39) überschreitet.
14. Lichtabstandstaster nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang des Schwellenwertdetektors (39) an den
Verstärkungs-/Abschwächungsregelkreis (33), vorzugsweise
an das Steuerwerk (26) angelegt ist und die Verstär
kungs-/Abschwächungsregelung nur dann einsetzen läßt,
wenn die Summe der Sekundärausgangsströme I′₁, I′₂ den
Schwellenwert des Schwellenwertdetektors (39) über
schritten hat.
15. Lichtabstandstaster nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß Lichtsender (13) und Lichtempfänger (16) im gleichen
Gehäuse angeordnet sind.
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