DE7916322U1

DE7916322U1 - Opto-elektronischer Abstandstaster

Info

Publication number: DE7916322U1
Application number: DE7916322U
Authority: DE
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Publication date: 1979-10-11

Description

Die Erfindung betrifft einen opto-elektronischen Abstandstaster mit einer V-Lichtschranke, die aus einem ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel unter einem definierten Winkel aussendenden Lichtsender und einem ein im wesentlichen paralleles Bündel unter einem definierten Winkel empfangenden und ein von dessen Lichtintensität abhängiges elektrisches Ausgangssignal liefernden Lichtempfänger besteht, welche räumlich so zueinander angeordnet sind, daß das Sende- und das Empfangsbündel sich in einem Abstand von Lichtsender und -Empfänger schneiden.

Derartige Abstandstaster werden auch als V- oder Winkeltaster bezeichnet. Als Empfangslichtbündel wird derjenige Ausschnitt aus dem zum Lichtempfänger gelangenden Licht bezeichnet, der schließlich auf den im Lichtempfänger vorhandenen Fotoempfänger fällt und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals beiträgt. Dieses Empfangslichtbündel wird soweit wie möglich parallel gemacht. Im allgemeinen handelt es sich jedoch um eine sogenannte Empfangskeule, welche jedoch möglichst schmal gemacht wird. Mit anderen Worten hat der beim erfindungsgemäßen Abstandstaster verwendete Lichtempfänger eine ausgeprägte Richtcharakteristik. Befinden sich nun irgendwelche Gegenstände innerhalb des Überschneidungsbereiches der beiden Bündelquerschnitte, so wird das Sendelicht von dem Gegenstand in allen möglichen Richtungen, darunter auch in der Richtung zum Lichtempfänger reflektiert und dort zur Erzeugung eines Erkennungssignals ausgenutzt. Gegenstände, die sich vor oder hinter dem Überschneidungsbereich befinden, werden jedoch nicht erkannt, well das unter dem richtigen Empfangswinkel des Lichtempfängers reflektierte Licht diesen nicht erreicht und das aufgrund der Reflexion am Gegenstand zum Lichtempfänger gelangende Licht nicht den definierten Winkel der Empfangskeule hat, so daß es nicht zur Erzeugung eines Erkennungssignals führt, indem es neben dem fotoelektrischen Wandler im Lichtempfänger konzentriert wird.

Selbst gut reflektierdndJe^ofeiie/tepiegtelh^dis sich Vor oder :..hinter dem Überschneidungsbereich befinden, werden nicht erkannt. Spiegel innerhalb des Überschneidungsbereiches bei falscher Winkellage werden ebenfalls nicht sicher festgestellt.

Im allgemeinen findet an den im Abstand zu bestimmenden Gegenständen eine Streureflexion statt. Bei spiegelnder Reflexion muß dafür gesorgt werden, daß das Sende- und das Empfangslichtbündel unter dem jeweiligen Reflexionswinkel auf den Gegenstand auftreffen, so daß das Sendelichtbündel beim Vorliegen des Gegenstandes im Uberschneidungsbereich in die Empfangskeule reflektiert wird.

Es ist auch möglich, im Überschneidungsbereich des Sendelichtbündels und des Empfangslichtbündels bzw. der Empfangskeule einen in definierter Weise lichtstreuenden Gegenstand fest anzuordnen. Hierfür kommt z.B. ein Retroreflektor in Frage, welcher jedoch eine Reflexionskeule mit einem öffnungswinkel entsprechend dem V der Lichtschranke aufweisen muß. Bei einer derartigen Anordnung werden alle optisch nicht transparenten Gegenstände, selbst dann, wenn sie eine spiegelnde Oberfläche aufweisen, durch Unterbrechung des elektrischen Ausgangssignals des Lichtempfängers erkannt, wenn sie sich im Sendelichtbündel bzw. innerhalb der Empfangskeule zwischen Sender/Empfänger und dem Uberschneidungsbereich befinden.

Ein Problem bei opto-elektrischen Abstandstastern ist die Änder ung des Abstandes des Uberschneidungsbereiches vom Lichtsender bzw. Lichtempfänger. Diese Änderung kann entweder durch eine Veränderung des Schnittwinkels zwischen den beiden Lichtbündeln oder durch eine Änderung des Abstandes zwischen Lichtsender und Lichtempfänger herbeigeführt werden. Die erste Methode hat jedoch den Nachteil, daß sich der Tastabstandsbereich verändert, was in vielen Fällen unerwünscht ist, weil hierdurch die Abstandsempfindlichkeit des Tasters beeinträchtigt wird. Die Veränderung des Abstandes von Lichtsender und Lichtempfänger ist bei den bisher bekannten opto-elektronischen

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Abstandshaltern mit einem erheblichen Montageaufwand verbunden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen opto-elektronischen Abstandstaster der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem ohne Veränderung des Tastabstandsbereiches und ohne aufwendige Maßnahmen für' die Montage und Ausrichtung von getrenntem Sender und Empfänger der Tastabstand auf einfache Weise voreingestellt bzw. auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Lichtsender und der Lichtempfänger an einer Montageschiene verschiebbar angebracht sind. Die Montageschiene ist vorzugsweise geradlinig und liegt in der durch die Lichtbündel aufgespannten Ebene. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Lichtsender und der Lichtempfänger in jeder Verschiebeposition feststellbar sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung können also Lichtsender und -Empfänger durch Linearverschiebung entlang der Basis des V auf jeden durch die Länge der Schiene ermöglichten Abstand eingestellt werden, wodurch der Uberschneidungsbereich der Sende- und Empfangslichtbündel einen mehr oder weniger großen Abstand von der Montageschiene erhält. Der Tastabstand kann so auf einfachste Weise auf jeden gewünschten Wert innerhalb des vorgegebenen Bereiches eingeregelt werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß für die Montageschienen handelsübliche Standardschienen verwendet werden können, so daß lediglich an den Lichtsendern und Lichtempfängern entsprechende Gegengleitstücke anzuordnen sind, die mit den Standardschienen zusammenpassen. Weiter ist es vor-

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teilhaft, wenn die Montageschiene einen sich in ihrer Längsrichtung erstreckenden Hohlraum zur Unterbringung der elektrischen Anschlußkabel aufweist. Die elektrische Verdrahtung kann somit auf einfache Weise unsichtbar und vor Umgebungseinflüssen geschützt untergebracht werden.

Die Erfindung ermöglicht es auch, daß auf einer langen Montageschiene abwechselnd mehrere jeweils zusammen eine V-Lichtschranke bildende Lichtsender und Lichtempfänger hintereinander angeordnet werden können. Eine derartige Ausführungsform eignet sich z.B. zur Anwendung in Parkhäusern, wo über eine Reihe von Parkboxen eine lange Montageschiene angeordnet wird, die für jede Parkbox eine V-Lichtschranke trägt. Der Uberschneidungsbereich von Sendelichtbündel und Empfangslichtbundel befindet sich am Boden der Parkbox, so daß L>cii~ii Vorhandensein eines Fahrzeuges in der Parkbox das sonst durch Streureflexion am Boden erhaltene Erkennungssignal unterbrochen wird. Die Unterbrechung wird zur Anzeige des Vorhandenseins eines Fahrzeuges benutzt. Beim Nichtvorhandensein eines Fahrzeuges in der Parkbox liegt das Erkennungssignal vor und zeigt das Freisein der Box an. Die Erfindung kann so auf einfache Weise zur Kontrolle des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Fahrzeugen in den Parkböxen von Parkhäusern eingesetzt werden. Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines opto-elektronischen Abstandstasters,

Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Abstandstasters auf die Ebene der V-Lichtschranke,

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Figur 3 eine schematische Ansicht einer besonders bevorzugten Ausführungsform des opto-elektronischen Abstandstasters in Anwendung in einem ^₁ Parkhaus und

Figur 4 einen vergrößerten Schnitt nach Linie IV-IV in den Fig. 1 und 2.

Nach den Fig. 1 und 2 sind an einer beispielsweise an der Decke eines Gebäudes befestigbaren Montageschiene 13 ein Lichtsender 11 und ein Lichtempfänger 12 in Längsrichtung L der Schiene 13 verschiebbar angeordnet. Dies wird nach Fig. 4 dadurch gewährleistet, daß an der Oberseite des Lichtsenders 11 bzw. des Lichtempfängers 12 eine T-Fährung 19 angebracht ist, die von unten in die Montageschiene 13 in der dargestellten Weise eingreift. Die Montageschiene 13 ist als Kastenprofil mit etwa quadratischem Querschnitt ausgebildet, wobei die untere Seite des Profils einen sich in Längsrichtung der Schiene 13 erstreckenden Führungsschlitz 20 aufweist, hinter dessen Bänder, das T-Profil 19 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise greift.

Zum Befestigen an der Decke eines Gebäudes weist die Schiene 13 in geeigneten Abständen entlang ihrer Länge Montagebohrungen 21 auf.

Im Inneren des Lichtsenders 11 sind die für die Erzeugung und Aussendung eines parallelen Lichtbündels 1Z₁. erforderlichen elektronischen und optischen Bauteile angeordnet, welche in den Figuren 1, 2 und 4 mit den Bezugszahlen 22 bzw. 2.3 angedeutet sind. Entsprechend weist der Lichtempfänger 12 die für den Empfang eines im wesentlichen parallelen Lichtbündels 15 erforderlichen optischen Elemente 24 sowie die zur Umwandlung des empfangenden Lichtes in ein elektrisches Signal er-

forderlichen elektronischen Bauelemente auf.

Die zur Verbindung des Lichtsenders 11 "bzw. des Lichtempfängers

12 mit Steuer- oder Regelgeräten bzw. Anzeigegeräten erforderlichen elektrischen Kabel 17 treten beispielsweise in der aus Fig. Jf ersichtlichen Weise aus dem Lichtsender 11 bzw. dem Lichtsender 12 auf und werden dann innerhalb des Hohlraumes 16 der Montageschiene 13 zu einer Stirnseite der Schiene geführt, von wo aus dann der Anschluß an weitergehende Leitungen erfolgt.

Nach Fig. 2 sind die optischen Elemente 23, 21+ von Lichtsender 11 bzw. Lichtempfänger 12 unter einem Winkel ex zur Längsrichtung der geradlinigen Montageschiene 13 angeordnet, wobei das Sendelichtbündel 1^ und das Empfangslichtbündel 15 innerhalb einer Ebene 18 geführt sind, die auch die Montageschiene

13 enthält. ^Die beiden Bündel 1Zf, 15 schneiden sich somit innerhalb des sogenannten Tastabstandsbereiches 25. Nach Fig. 2 ist der Tastabstand 26 definiert als der senkrechte Abstand der Frontlinse 23 des Lichtsenders 11 vom Schnittpunkt der Hauptstrahlen 27, 28 der Lichtbündel 1 if, 15.

Das Lichtbündel 15 definiert die ausgeprägte Richtcharakteristik des Lichtempfängers 12. Anders ausgedrückt besitzt der Lichtempfänger 12 eine sehr schmale Empfangskeule, wodurch aus aus beliebigen Richtungen auf den Lichtempfänger 12 fallendem Licht lediglich das Bündel 15 für die Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals genutzt wird.

Erfindungsgemäß schneiden sich also die beiden Hauptstrahlen 27, 28 unter dem Winkel 2c* . In Fig. 1 sind der Anschaulichkeit halber nur die beiden Hauptstrahlen 27, 28 eingezeichnet.

Montage und Wirkungsweise des beschriebenen opto-elektronischen Abstandstasters sind wie folgt:

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Nachdem die Montageschiene 13 am Anwendungsort montiert worden ist, werden der Lichtsender 11 bzw. Lichtempfänger 12 entlang der Schiene 13 solange verschoben, bis sich der Schnittpunkt 29 der beiden Hauptstrahlen 27, 28 auf der lichtstreuenden Tastebene 30, z.B. gemäß Fig. 3 auf dem Boden einer Parkbox 34 befindet.

Nunmehr können der Lichtsender 11 und der Lichtempfänger 12 in der betreffenden Position festgestellt werden, was beispielsweise in der in Fig. 4 angedeuteten Weise durch eine mit einer Klemmschraube 31 arbeitende Klemmvorrichtung 32 geschehen kann.

Der Abstandstaster ist jetzt auf den Tastabstand 26 fest eingestellt. Wird nunmehr zwischen Lichtschranke und Beginn des Tastabstandsbereiches 25 ein Gegenstand gebracht, welcher den Lichtweg unterbricht, so empfängt der Empfänger 12 keine Strahlung und gibt an seinem Ausgang ein entsprechendes elektrisches Signal ab, welches ein Maß für die Erkennung des Vorhandenseins eines Gegenstandes ist. Befindet sich dagegen kein Gegenstand zwischen Lichtschranke und Tastabstandsbereich, gelangt ausreichend Licht zum Lichtempfänger 12, um das Erscheinen eines Erkennungssignals zu vermeiden.

In den Fig. 1 und 2 ist aus zeichnerischen Gründen die Montageschiene 13 am linken Ende abgebrochen dargestellt. Sie weist insgesamt eine dem maximalen Tastabstand 26 entsprechende Länge auf.

Gemäß Fig. 3 kann die Montageschiene 13 jedoch auch ein Mehrfaches der Länge haben, die für eine einzige V-Lichtschranke erforderlich ist. Bei einer derartigen Ausbildung können dann abwechselnd menrere Lichtsender 11 und Lichtempfänger 12 hintereinander angeordnet werden, wobei jedes aufeinanderfolgende Paar Lichtsender-Lichtempfänger eine y-Lichtschranke bildet. Nach Fig. 3 ist eine derartige lange Montageschiene 13 an der

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Decke 33 eines Parkhauses befestigt, wobei jedes Paar Lichtsender 11-Lichtempfänger 12 sich oberhalb einer Parkbox 34a, 34b, 34c bzw. 34d befindet. Der::Tastäbstand:'.26 "ist so gewählt, daß er sich auf dem Fußboden der Parkboxen 34 befindet. In Fig.3 ist beispielsweise ein Fahrzeug 35 in der Parkbox 34b dargestellt. Durch die entsprechende Breite der Bündel 14, 15 sowie deren Winkel zueinander ist sichergestellt, daß keine von den Fahrzeugen 35 reflektierten Strahlungen erfaßt werden.

I, Der erfindungsgemäße optoelektronische Abstandstaster kann somit fi feststellen, ob sich in einer Box 34 ein.Fahrzeug befindet oder §' nicht.

H Befindet sich kein Fahrzeug in der Box, so empfängt der Licht-

H empfänger 12 ein Signal, weil Licht vom Boden 34 zum Licht-H empfänger 12 gestreut wird. Befindet sich dagegen ein Fahr-

f. zeug in der Box, erhält der Lichtempfänger 12 kein Signal, f! was bei der Box 34b gestrichelt angedeutet ist.

f Der Überschneidungsbereich liegt also auf dem Fußboden und der Empfänger 12 erkennt aufgrund seiner Winkelstellung nur Strahlung, die vom Fußboden reflektiert wird. Der Fußboden selbst reflektiert die Strahlung immer diffus und das Fahrzeug (immer höher als der Fußboden) unterbricht den wirksamen Lichtstrahl. Dabei ist es gleichgültig, ob das Fahrzeug gut oder schlecht, gerichtet oder diffus reflektiert. Bei dieser Art der Erkennung spielt die Fahrzeughöhe keine Rolle.

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Claims

Schutzansprüche :

Opto-elektronischer Abstandstaster mit einer V-Lichtschranke, die aus einem ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel unter einem definierten Winkel aussendenden Lichtsender und einem ein im wesentlichen paralleles Bündel unter einem definierten Winkel empfangenden und ein von dessen Lichtintensität abhängiges elektrisches Ausgangssignal liefernden Lichtempfänger besteht, welche räumlich so zueinander angeordnet sind, daß das Sende- und das Empfangsbündel sich in einem Abstand von Lichtsender und -Empfänger schneiden, dadurch g e kennzeichnet, daß der Lichtsender (11) und der Lichtempfänger (12) an einer Montageschiene (13) verschiebbar "angebracht sind.

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2. Abstandstaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageschiene (13) geradlinig ist und in der durch die Licht bündel (Ii+, 15) aufgespannten Ebene (18) liegt,

;. 3· Abstandstaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e I kennzeichnet, daß der Lichtsender und der

I Lichtempfänger in jeder Verschiebeposition feststellbar

I sind.

r 2+. Abstandstaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, I dadurch gekennzeichne t, daß die Montage-

I schiene eine handelsübliche Standardschiene (13) ist.

I 5· Abstandstaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, \! dadurch gekennzeichnet, daß die Montageschiene (13) einen sich in ihrer Längsrichtung erstrecken- I den Hohlraum (16) zur Unterbringung der elektrischen An-

4 schlußkabel (17) aufweist.

; 6. Abstandstaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer langen Montageschiene (13) abwechselnd mehrere jeweils zusammen eine V-Lichtschranke bildende Lichtsender (Ii) und Lichtempfänger (12) hintereinander angeordnet sind.

7. Abstandstaster nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch: gekennz.eich.net , daß im Tastabstand (26) eine reflektierende Tastebene (30) angeordnet i.st.