DE9401413U1 - Housing for an optoelectronic device - Google Patents
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Description
Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/TeckLeuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Optoelektronische Vorrichtungen dieser Art können insbesondere als Lichtschranken, Lichttaster oder als optoelektronische Distanzsensoren ausgebildet sein. Das Sensorelement besteht aus einem einen Sendelichtstrahl emittierenden Sender und einem einen Empfangslichtstrahl empfangenden Empfänger. Bei einer Lichtschranke sind der Sender und der Empfänger in getrennten Gehäusen untergebracht, bei Lichttastern und Distanzsensoren sind der Sender und der Empfänger üblicherweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.Optoelectronic devices of this type can be designed in particular as light barriers, light sensors or as optoelectronic distance sensors. The sensor element consists of a transmitter that emits a transmitted light beam and a receiver that receives a received light beam. In a light barrier, the transmitter and receiver are housed in separate housings, while in light sensors and distance sensors, the transmitter and receiver are usually arranged in a common housing.
Die Sende- und Empfangslichtstrahlen werden zur Detektion der Gegenstände durch das bzw. die Austrittsfenster geführt.The transmitted and received light beams are guided through the exit window(s) to detect the objects.
Üblicherweise werden bei der Fertigung der Vorrichtung die Austrittsfenster in Ausnehmungen in der Gehäusewand eingeklebt. Nachteilig hierbei ist, daß das Einlegen und das Einkleben der Austrittsfenster in die Ausnehmungen relativ zeitaufwendig ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Klebstoff sorgfältig auf die Nahtstellen zwischen Gehäuse und Austrittsfenster aufgebracht werden muß, um einerseits eine gute Abdichtung der Nahtstellen zu erzielen und um andererseits das Austrittsfenster nicht mit dem Klebstoff zu verschmutzen, da diese Verschmutzungen den Sendelichtstrahl aufweiten würden und so die Messungen verfälscht werden könnten. Alternativ können die Austrittsfenster in das Gehäuse eingeschweißt werden, wobei vorzugsweise ein Ultraschallschweißverfahren eingesetzt wird.When manufacturing the device, the exit windows are usually glued into recesses in the housing wall. The disadvantage here is that inserting and gluing the exit windows into the recesses is relatively time-consuming. The reason for this is that the adhesive must be carefully applied to the seams between the housing and the exit window in order to achieve a good seal at the seams and, on the other hand, to avoid contaminating the exit window with the adhesive, as this contamination would widen the transmitted light beam and thus distort the measurements. Alternatively, the exit windows can be welded into the housing, preferably using an ultrasonic welding process.
Nachteilig hierbei ist jedoch, daß die Schweißnaht von der Gehäuseoberfläche vorsteht und nachträglich abgeschliffen werden muß, was zeit-und kostenaufwendig istThe disadvantage here, however, is that the weld seam protrudes from the housing surface and must be subsequently ground down, which is time-consuming and costly.
Diese Arbeitsvorgänge sind insbesondere dann schwierig zu bewerkstelligen, wenn das Austrittsfenster und demzufolge die zu klebende Fläche groß sind.These operations are particularly difficult to carry out if the exit window and therefore the area to be bonded are large.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse einer optoelektronisehen Vorrichtung mit einem oder mehreren Austrittsfenstern so auszubilden, daß eine sichere und kostengünstige Abdichtung der Nahtstelle zwischen Gehäuse und den Austrittsfenstern gewährleistet ist.The invention is based on the object of designing a housing of an optoelectronic device with one or more exit windows in such a way that a safe and cost-effective sealing of the seam between the housing and the exit windows is ensured.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-11 beschrieben.To solve this problem, the features of the characterizing part of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in claims 2-11.
Da die Gehäusewand und das oder die Austrittsfenster von einem Teil gebildet sind, entfallen die Nahtstellen zwischen Austrittsfenster und Gehäusewand.Since the housing wall and the exit window(s) are formed from one part, there are no seams between the exit window and the housing wall.
Demzufolge braucht das Gehäuse an diesen Stellen nicht mehr abgedichtet werden. Zudem ist die Dichtwirkung erheblich größer als bei mehrteilig ausgebildeten Gehäuseteilen und Austrittsfenstern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß an der Verbindungsstelle zwischen Austrittsfenster und Gehäuse keine Vertiefungen auftreten, in denen sich Schmutzpartikel ablagern können.As a result, the housing no longer needs to be sealed at these points. In addition, the sealing effect is considerably greater than with multi-part housing parts and exit windows. Another advantage is that there are no depressions at the connection point between the exit window and the housing in which dirt particles can settle.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen das Gehäuseteil und die darin integrierten Austrittsfenster aus einem Kunststoffteil. Dieses Kunststoffteil wird in einem Spritzgußverfahren hergestellt. Dadurch kann das Teil besonders kostengünstig hergestellt werden. Zudem können mit dem Spritzgußverfahren auch geometrisch komplex ausgebildete Gehäuseteile und Austrittsfenster maßgenau hergestellt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn aufgrund der Anforderungen an die Meßgenauigkeit der optoelektronischen Vorrichtung hohe Anforderungen an die Qualität des Austrittsfensters gestellt werden. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the housing part and the exit windows integrated therein consist of a plastic part. This plastic part is manufactured using an injection molding process. This means that the part can be manufactured particularly cost-effectively. In addition, the injection molding process can also be used to produce geometrically complex housing parts and exit windows with precise dimensions. This is particularly advantageous if, due to the requirements for the measurement accuracy of the optoelectronic device, high demands are placed on the quality of the exit window.
Um eine hohe Meßgenauigkeit zu erzielen, wird als Sender üblicherweise ein Laser verwendet. Der Sendelichtstrahl weist einen geringen Durchmesser auf,In order to achieve high measurement accuracy, a laser is usually used as a transmitter. The transmitted light beam has a small diameter,
der typischerweise im cm- oder mm-Bereich liegt und der auch in großer Entfernung von der Vorrichtung nicht aufgeweitet werden darf.which is typically in the cm or mm range and which must not be expanded even at a great distance from the device.
Um dies zu gewährleisten, sind an die Planität der Oberfläche des Austrittsfensters sowie die Homogenität und der Materialbeschaffenheit des Austrittsfensters hohe Anforderungen zu stellen. Diese Anforderungen können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllt werden.In order to ensure this, high demands must be placed on the flatness of the surface of the exit window as well as the homogeneity and material properties of the exit window. These requirements can be met with the device according to the invention.
Das Gehäuse und die Austrittsfenster bestehen vorzugsweise aus Macrolon. Dadurch ist eine hohe Steifigkeit und Stabilität des Gehäuses gewährleistet. Zudem ist dieses Material resistent gegen äußere Umwelteinflüsse wie z. B. Alterung aufgrund von Lichteinwirkung und von Temperatureinflüssen.The housing and the exit windows are preferably made of Macrolon. This ensures that the housing is highly rigid and stable. This material is also resistant to external environmental influences such as aging due to exposure to light and temperature.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. Show:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Gehäuses einer optoelektronischen VorFig. 1 is a side view of a housing of an optoelectronic device
richtung,direction,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Gehäuses nach Figur 1.Fig. 2 is a plan view of a part of the housing according to Figure 1.
In Figur 1 ist ein Gehäuse 1 einer optoelektronischen Vorrichtung zum Erfassen von Gegenständen aller Art dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der optoelektronischen Vorrichtung um einen Distanzsensor. Der Distanzsensor weist als Sensorelement einen Sender, der von einem Laser gebildet ist, und einen Empfänger, der vorzugsweise von einer Fotodiode gebildet ist, auf. Der Sender und der Empfänger sind im Gehäuse 1 integriert und in den Zeichnungen nicht dargestellt.Figure 1 shows a housing 1 of an optoelectronic device for detecting objects of all kinds. In the present embodiment, the optoelectronic device is a distance sensor. The distance sensor has a transmitter, which is formed by a laser, and a receiver, which is preferably formed by a photodiode, as a sensor element. The transmitter and the receiver are integrated in the housing 1 and are not shown in the drawings.
Die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen 2 werden in einer nicht dargestellten Sendeoptik fokussiert und über eine ebenfalls nicht dargestellte Ablenkvorrichtung durch ein Austrittsfenster 3 geführt. Die von den zu detektierendenThe transmitted light beams 2 emitted by the transmitter are focused in a transmission optics (not shown) and guided through an exit window 3 via a deflection device (also not shown). The
Gegenständen reflektierten Empfangslichtstrahlen 4 gelangen durch das Austrittsfenster
3 über die Ablenkvorrichtung und eine nicht dargestellte Empfangsoptik zum Empfänger. Die Empfangssignale werden in einer Auswerteeinheit,
die ebenfalls nicht dargestellt ist, ausgewertet
5The received light beams 4 reflected by objects pass through the exit window 3 via the deflection device and a receiving optics (not shown) to the receiver. The received signals are evaluated in an evaluation unit (also not shown).
5
Die Ablenkvorrichtung ist so angeordnet, daß die Sendelichtstrahlen 2 in axialer Richtung in der Mitte des Austrittsfensters 3 austreten, wogegen die Empfangslichtstrahlen 4 auf die Randbereiche des Austrittsfensters 3 treffen. The deflection device is arranged so that the transmitted light beams 2 exit in the axial direction in the middle of the exit window 3, whereas the received light beams 4 hit the edge areas of the exit window 3.
Durch eine Rotation der Ablenkvorrichtung werden die Sendelichtstrahlen 2 periodisch über die gesamte Länge des Austrittsfensters 3 geführt. Entsprechend trifft für die jeweilige Winkelstellung des Sendelichtstrahls 2 in diesem Winkelbereich das Empfangslicht auf das Austrittsfenster 3.By rotating the deflection device, the transmitted light beams 2 are periodically guided over the entire length of the exit window 3. Accordingly, for the respective angular position of the transmitted light beam 2 in this angular range, the received light hits the exit window 3.
Durch die periodische Bewegung des Sendelichtstrahls 2 in Umfangsrichtung des Austrittsfensters 3 wird von der Vorrichtung eine ebene Fläche abgetastet. Derartige Vorrichtungen können zur Überwachung von Hindernissen in einem Überwachungsbereich eingesetzt werden, wobei zur Absolutortsbestimmung eines Hindernisses im Überwachungsbereich der mit dem Sensorelement ermittelte Distanzwert und die aktuelle Winkelposition des Sendelichtstrahls ausgewertet werden.Due to the periodic movement of the transmitted light beam 2 in the circumferential direction of the exit window 3, a flat surface is scanned by the device. Such devices can be used to monitor obstacles in a monitoring area, whereby the distance value determined with the sensor element and the current angular position of the transmitted light beam are evaluated to determine the absolute location of an obstacle in the monitoring area.
Das Gehäuse 1 weist ein Gehäuseteil 5 auf, welches auf einer Grundplatte 6 aufsitzt Das Gehäuseteil 5 ist mit nicht dargestellten Schrauben an der Grundplatte 6 befestigt. Die Schrauben werden durch nicht dargestellte Bohrungen in der Grundplatte 6 gesteckt und in Aufnahmen 8 im Gehäuseteil 5, in die Gewindeeinsätze eingesetzt sind, eingeschraubt.The housing 1 has a housing part 5, which sits on a base plate 6. The housing part 5 is attached to the base plate 6 with screws (not shown). The screws are inserted through holes (not shown) in the base plate 6 and screwed into receptacles 8 in the housing part 5, into which threaded inserts are inserted.
Um die Materialanhäufungen im Gehäuseteil 5 so gering wie möglich zu gestalten, schließen sich am oberen Ende der Aufnahmen 8 Ausnehmungen 8' an der Oberfläche des Gehäuseteils 5 an. Am Gehäuseteil 5 sind weitere Ausnehmungen 7 vorgesehen, in die Schrauben zur Befestigung des Gehäuses 1 an einerIn order to keep the accumulation of material in the housing part 5 as small as possible, recesses 8' are provided on the upper end of the receptacles 8 on the surface of the housing part 5. Further recesses 7 are provided on the housing part 5, into which screws for fastening the housing 1 to a
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Unterlage, beispielsweise an einem Fahrzeug oder an einer Wand, greifen.Grip a surface, such as a vehicle or a wall.
Auf der Grundplatte 6 sind die Ablenkvorrichtung, das Sensorelement und die Auswerteelektronik befestigt. Am Gehäuseteil 5 selbst ist lediglich ein Stecker für den Anschluß von Kabeln zur Stromversorgung angebracht. Der Stecker sitzt in einer Aufnahme 9 am Gehäuseteil 5 auf. Zur Montage des Gehäuses 1 kann das Gehäuseteil 5 einfach auf die Grundplatte 6 aufgesetzt und verschraubt werden. Die Nahtstelle zwischen dem Gehäuseteil 5 und der Grundplatte 6 wird beispielsweise mit einer Formdichtung abgedichtet.The deflection device, the sensor element and the evaluation electronics are attached to the base plate 6. The housing part 5 itself only has a plug for connecting cables to the power supply. The plug sits in a receptacle 9 on the housing part 5. To assemble the housing 1, the housing part 5 can simply be placed on the base plate 6 and screwed in place. The seam between the housing part 5 and the base plate 6 is sealed with a molded seal, for example.
In dem Gehäuseteil 5 ist das Austrittsfenster 3 integriert, wobei das Gehäuseteil 5 und das Austrittsfenster 3 aus einem Kunststoff-Spritzgußteil bestehen. Als Kunststoff wird vorzugsweise Macrolon verwendet. Durch die einteilige Ausbildung des Gehäuseteils 5 und des Austrittsfensters 3 muß die Nahtstelle am Austrittsfenster nicht abgedichtet werden.The exit window 3 is integrated in the housing part 5, whereby the housing part 5 and the exit window 3 consist of a plastic injection molded part. Macrolon is preferably used as the plastic. Due to the one-piece design of the housing part 5 and the exit window 3, the seam at the exit window does not have to be sealed.
Um beim Austritt des Sendelichtstrahls 2 durch das Austrittsfenster 3 eine unerwünschte Strahlaufweitung zu vermeiden, weist das Austrittsfenster 3 ebene polierte Oberflächen auf. Durch geeignete Wahl des Spritzgußwerkzeugs wird erreicht, daß die Dicke und die Materialbeschaffenheit eine hohe Homogenität aufweisen. Dadurch ist gewährleistet, daß der Sendelichtstrahl 2 über die gesamte Länge des Austrittsfensters 3 beim Austritt aus dem Gehäuse 1 einen konstanten Durchmesser aufweist.In order to avoid undesirable beam expansion when the transmitted light beam 2 exits through the exit window 3, the exit window 3 has flat, polished surfaces. By selecting the appropriate injection molding tool, it is ensured that the thickness and material properties are highly homogeneous. This ensures that the transmitted light beam 2 has a constant diameter over the entire length of the exit window 3 when it exits the housing 1.
Um das Austrittsfenster 3 vom Rest des Gehäuseteils 5 optisch hervorzuheben, weist das Gehäuseteil 5 eine strukturierte Oberfläche auf. Dadurch kann ein Anwender der Vorrichtung die Stelle des Austritts des Sendelichtstrahls 2 ohne Schwierigkeit erkennen.In order to visually distinguish the exit window 3 from the rest of the housing part 5, the housing part 5 has a structured surface. This allows a user of the device to easily identify the point where the transmitted light beam 2 exits.
Das Gehäuseteil 5 und das Austrittsfenster 3 sind zweckmäßigerweise für sichtbares Licht undurchlässig, dagegen für Infrarotlicht, insbesondere im Wellenlängenbereich in dem der Sender emittiert, durchlässig. Auf diese Weise wirkenThe housing part 5 and the exit window 3 are expediently opaque to visible light, but permeable to infrared light, in particular in the wavelength range in which the transmitter emits. In this way,
das Gehäuseteil 5 und das Austrittsfenster 3 als Fremdlichtfilter für die optoelektronische Vorrichtung.the housing part 5 and the exit window 3 as extraneous light filters for the optoelectronic device.
Das Austrittsfenster 3 erstreckt sich in Längsrichtung entlang eines Kreisbogens von ca. 180°. In axialer Richtung ist das Austrittsfenster 3 winkelförmig ausgebildet, wobei die beiden Teilflächen in einem Winkel von ca. 140° gegeneinander geneigt sind. Dadurch wird die Streifigkeit des Gehäuses 1 beträchtlich erhöht. Diese Ausbildungsform des Austrittsfensters 3 ist insbesondere dann günstig, wenn am oberen und unteren Rand des Austrittsfensters 3 an der Innenwand des Gehäuseteils 5 ein zusätzliches Sensorelement angeordnet ist, dessen Sendelichtstrahl 2 das Austrittsfenster 3 in axialer Richtung durchsetzt. Durch die winkelförmige Ausbildung des Austrittsfensters 3 wird mit dem Sendelichtstrahl 2 ein großer Teil des Austrittsfensters 3 überstnchen. Vorzugsweise kann mit diesem Sendelichtstrahl 2 der Verschmutzungsgrad des Austrittsfensters 3 vermessen werden, da die Schwächung des Sendelichtstrahls 2 mit steigender Verschnmutzung kontinuierlich zunimmt.The exit window 3 extends longitudinally along a circular arc of approximately 180°. In the axial direction, the exit window 3 is angular, with the two partial surfaces being inclined at an angle of approximately 140° towards one another. This considerably increases the stripiness of the housing 1. This form of design of the exit window 3 is particularly advantageous when an additional sensor element is arranged at the upper and lower edge of the exit window 3 on the inner wall of the housing part 5, the transmitted light beam 2 of which passes through the exit window 3 in the axial direction. Due to the angular design of the exit window 3, a large part of the exit window 3 is covered by the transmitted light beam 2. Preferably, the degree of contamination of the exit window 3 can be measured with this transmitted light beam 2, since the attenuation of the transmitted light beam 2 continuously increases with increasing contamination.
Claims (11)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE29710309U1 (en) * | 1997-06-12 | 1997-08-14 | Sick AG, 79183 Waldkirch | Optoelectronic device and reflector for a light barrier |
| EP1610154A1 (en) * | 2004-06-25 | 2005-12-28 | Leuze electronic GmbH + Co KG | Optical sensor |
| EP1666913A2 (en) | 2004-11-19 | 2006-06-07 | Leuze electronic GmbH + Co KG | Optical sensor |
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1994
- 1994-01-28 DE DE9401413U patent/DE9401413U1/en not_active Expired - Lifetime
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