CH624482A5

CH624482A5 -

Info

Publication number: CH624482A5
Application number: CH77478A
Authority: CH
Inventors: Arthur Dr Walter
Original assignee: Sick Optik Elektronik Erwin
Priority date: 1977-02-03
Filing date: 1978-01-25
Publication date: 1981-07-31
Also published as: IT7819665A0; SE7801247L; JPS5397479A; DE2704565C3; FR2379825B1; US4388528A; DE2704565A1; IT1092377B; CA1134474A; FR2379825A1; DE2704565B2

Description

Die Erfindung betriftt eine lichtelektrische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Lichtschranke zur Überwachung eines Bahnüberganges bekannt (DE-OS 25 Ol 244), bei der neben einem im Strahlengang des direkten Lichtes angeordneten ersten fotoelektrischen Wandler ein zweiter Wandler angeordnet ist, der im wesentlichen nur auf Fremd- oder Störlicht anspricht und dessen Ausgangssignal zur Bedämpfung des Ausgangssignals des ersten fotoelektrischen Wandlers verwendet wird. Diese Lichtschranke zeigt jedoch Unterbrechungen des Überwachungsbereiches dann nicht mehr sicher an, wenn der Störlichtpegel am ersten Wandler in die Grössenordnung des Nutz-Iichtpegels oder sogar wesentlich darüber gelangt.

Weiter ist bereits eine Vorrichtung zur Detektion eines Lichtbündels zwecks Ausrichtung und Führung eines Gegenstandes im Verhältnis zu einem Bezugslichtbündel bekannt (DE-OS 21 44 927), bei der der lineare Abstand zwischen dem Mittelpunkt der fotoempfindlichen Fläche und dem Schnittpunkt der Achse des Lichtbündels mit der Fläche messtechnisch erfasst werden soll. Diese bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch nicht als weitgehend fremdlichtunabhängige Lichtschranke, weil bei Unterbrechung des direkten Lichtes zum ersten fotoelektrischen Wandler das Störlicht allein noch einen Ausgangssignalpegel hervorrufen kann, der oberhalb der Ansprechschwelle der Warneinrichtung liegt. Dies wäre aber ein sehr gefährlicher Zustand, weil ein Hindernis in der Lichtschranke auf diese Weise nicht zur Anzeige käme.

5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass durch Fremdlicht ein Ansprechen nie verhindert, sondern allenfalls vorzeitig bewirkt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnen-io den Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Auf diese Weise wird Störlicht entsprechend seiner Stärke eine Erniedrigung des der Warneinrichtung zugeführten Signals bewirken, so dass diese bei geringen Störlichtpegeln in ihrem Ansprechverhalten praktisch unbeeinflusst bleibt, bei grösseren 15 Störlichtpegeln schon bei geringeren Schwächungen des direkten Lichtes zum Nutzwandler anspricht und bei sehr hohen Störlichtpegeln sogar ohne Schwächung des direkten Lichtes anspricht. Die Erfindung geht dabei davon aus, dass der Ort der Störlichtquelle aus geometrischen Gründen nicht der Ort der 20 eigentlichen Gerätelichtquelle oder des Reflektors sein kann. Da andererseits die Optik das von der Lichtquelle kommende direkte Licht im wesentlichen auf den Nutzwandler konzentriert, wird das Störlicht bevorzugt die den Nutzwandler umgebenden Bereiche beaufschlagen, wo der Hilfswandler angeord-25 net ist. Störlicht kann also nicht zu einer Nichterkennung eines Hindernisses im Überwachungsbereich führen, sondern allenfalls zu einer Hindernisanzeige, was aber erwünscht ist, da hierdurch die Bedienungsperson auf das Vorhandensein eines Übermasses an Störlicht hingewiesen wird.

30 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche gekennzeichnet. Durch die Ausführungsform nach Anspruch 6 wird gewährleistet, dass schon Störlicht von geringer Intensität die Warneinrichtung zum Ansprechen bringt. Durch die geeignete Gewichtung der Signale des 35 fotoelektrischen Nutz- bzw. Hilfswandlers kann somit die Vorrichtung auf das Ansprechen bei einem vorbestimmten Störlichtpegel eingestellt werden.

Bei der Ausführungsform nach Anspruch 7 muss darauf geachtet werden, dass der Verstärker keine Phasenumkehr be-40 wirkt, wenn die beiden Wandler mit ihren Polaritäten gegenein-andergeschaltet sind.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben: Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht einer ersten bevorzug-45 ten Wandleranordnung bei dem photoelektrischen Gerät,

Figur 2 eine schematische Draufsicht einer weiteren vorteilhaften Wandleranordnung bei einem fotoelektronischen Gerät, welches bevorzugt mit einem Fahrstuhl arbeitet,

Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten be-50 vorzugten Schaltung der Wandleranordnung bei einem photoelektronischen Gerät,

Figur 4 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren besonders bevorzugten Schaltung der Wandleranordnung für das photoelektronische Gerät, und 55 Figur 5 ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren möglichen Schaltung, welche analog der nach Fig. 4 arbeitet.

Nach Figur 1 ist um einen das Nutzlichtbündel empfangenden Nutzwandler 11 herum ein Hilfswandler 12 gelegt, welcher im wesentlichen nur Störlicht empfängt. Figur 2 zeigt demge-60 genüber eine lineare Anordnung, wobei zu beiden Seiten des Nutzwandlers 11 Hilfswandler 12a, 12b angeordnet sind, die in der dargestellten Weise parallelgeschaltet werden. Die erfin-dungsgemässe Wandleranordnung weist also in jedem Fall einen vom Nutzwandler kommenden Ausgang und einen von den 65 Hilfswandlern kommenden Ausgang auf.

Nach Figur 3 sind der Nutzwandler 11 und der bzw. die Hilfswandler 12 in dem Eingangskreis einer elektronischen Auswerteschaltung 13 zur Bildung einer Subtraktionsschaltung

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gegeneinander an einen Widerstand 14 geschaltet. Da man die vorzugsweise durch Photoelemente gebildeten Wandler im Kurzschlussbetrieb bzw. bei niederohmigem Abschluss als Stromquellen mit unendlich hohem Widerstand auffassen kann, gilt für den Strom i] des Nutzwandlers 11 nach Fig. 3 folgende Beziehung:

U, = i, • R (1)

Entsprechend gilt für den Strom i2 des Hilfswandlers 12: U2 = i2 • R (2)

Die an der Auswerteschaltung 13 anliegende Ausgangsspannung Ua beträgt demnach

Ua=(i,-i2)-R

(3)

Aus dieser Beziehung ergibt sich, dass für ii = i2 gilt: Ua = 0.

Die Auswerteschaltung 13 ist eine solche mit digitalem Ausgang, welche eine Schwelle für die Eingangsgrösse aufweist. Dieser Schwellenwert sei mit is bezeichnet. Für i2 = O würde also bei einem Wert it ^ is geschaltet, für i i < is nicht. Bei idealem, d.h. störlichtfreiem Betrieb arbeitet die Schaltung also wie vorgesehen. Für den Fall, dass Störlicht auftritt, entsteht zunehmend auch ein Strom i2, so dass die Schaltschwelle is schon bei höheren Werten von i] unterschritten wird. Ein durch das Unterschreiten des Normalwertes von it signalisierter Gefahrenzustand wird also schon vor Erreichen desselben, d.h. auf jeden Fall nicht zu spät angezeigt. Durch nicht zu grosse Wahl von is kann erreicht werden, dass erst bei grösseren Störlichtströmen i2 eine Unterschreitung der Schaltschwelle erfolgt.

Am Ausgang der Auswerteschaltung befindet sich im allgemeinen ein Anzeigegerät oder eine Signallampe 18, das den Zustand der Lichtschranke anzeigt. Ein Ausgang 19 kann zur Auslösung irgendwelcher Sicherheitsmassnahmen herangezogen werden.

Im allgemeinen muss jedoch mit nicht idealen optischen Abbildungsverhältnissen in der lichtelektrischen Vorrichtung gerechnet werden, weil z.B. für die Fokussierung des Nutzlichtbündels auf dem Nutzwandler keine korrigierten Qualitätsobjektive verwendet werden. In diesen Fällen muss einerseits damit gerechnet werden, dass ein Teil des Nutzlichtes auf den bzw. die Hilfswandler 12 fällt und andererseits ein Teil des Störlichtes auf den Nutzwandler 11. Da es für die Intensität und Anordnung von Störlichtquellen eine Fülle von Möglichkeiten gibt, kann eine allgemein gültige Aussage über die Verteilung der von ihnen bewirkten Bestrahlungsstärke an der Wandleranordnung kaum gemacht werden. Es ist deshalb sinnvoll, eine konstante Verteilung des Störlichtes über den Bereich der Flächen der Wandler 11,12 als ungünstigsten Fall zugrundezulegen. Dies entspricht auch den Verhältnissen mit einem bewegten Lichtstrahl (Fahrstrahl). Hier kann bei entsprechender geometrischer Anordnung der Störlichtquelle der Fall eintreten, dass bei der Erfassung eines Hindernisses kein Nutzlicht den Wandler 11 erreicht, wohl aber Störlicht. Sofern das Störlicht ausreichen würde, einen Wandlerstrom zu erzeugen, der über der Schwelle liegt, dann würde das Hindernis nicht erfasst. Erzeugt die Störlichtquelle neben dem Hindernis dagegen einen Strom am Hilfswandler 12, während das Nutzlicht den Wandler 11 trifft, dann muss ersterer so gross sein, dass die Differenz der Ströme nicht höher als der Wert der Schaltschwelle ist.

Diese Verhältnisse lassen sich mit der Schaltung nach Fig. 4 beherrschen. Betrachtet man wieder die durch Photoelemente gebildeten Wandler 11 und 12 als Stromquellen mit unendlich grossem Innenwiderstand, dann liefert der Nutzwandler 11 einen Strom in, welcher an einen mit ihm zusammengeschalteten

Widerstand 15, welcher einen Wert r, haben möge, einen Spannungsabfall

Uu=i„Ti (4)

5 hervorruft.

Der Widerstand 15 liegt mit einem weiteren Widerstand 16 in Reihe. Die Reihenschaltung liegt am Eingang der elektronischen Auswerteschaltung 13 und ist im übrigen dem Hilfswand-ler 12 parallel geschaltet. Nutzwandler 11 und Hilfswandler 12

io sind wieder gegeneinander geschaltet, so dass ebenfalls eine Subtraktionsschaltung vorliegt.

Aufgrund dieser Schaltung ergibt sich für den Spannungsabfall aufgrund des Stromes i12 des Hilfswandlers 12:

15 U12 = Ì12 ' (r2 + ri) (^)

Die Ausgangsspannung Ua, welche an die Auswerteschaltung 13 angelegt wird, beträgt, sofern der Eingangswiderstand Ra der Auswerteschaltung 13 als unendlich angenommen wird:

20Ua = i„ •r1-i12-(r, + r2) - (6)

Für den Fall, dass der Eingangswiderstand Ra der Auswerteschaltung 13 endlich ist, gilt für den Spannungsabfall Ua folgende Beziehung:

25 Ua = [i„ r, i12 (rj + r2)] „ '. _ (7)

Ua — [in -il2

r, +r2

Ra + rj + r2 R, • r.

(8)

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•, Ra + rj + r2

Man erkennt daraus, dass der Strom i12 des Hilfswandlers 12 um den Faktor (rt + r2) / r! wirksamer ist als der Strom in des Nutzwandlers 11. Durch geeignete Wahl dieses Faktors kann somit eine Empfindlichkeitseinstellung vorgenommen werden, die so vorzunehmen ist, dass nur Störlicht entprechender Strah-35 lungsleistung ein derart ausgerüstetes photoelektronisches Gerät am Ausgang nach der sicheren Seite hin auslöst. Die auf diese Weise erreichte Sicherheit ist sehr gross.

Die Empfindlichkeit für Störlicht kann durch Blenden, Filter und dergleichen zwar verringert werden, jedoch nicht soweit, 40 dass die erfindungsgemässe Anordnung unnötig wird. Blenden und Filter können aber zusätzlich zu dem zu erzielenden Zweck unterstützend wirken. Insbesondere beim Einsatz entsprechender Blenden z.B. bei Fahrstrahlgeräten kann statt mit einem oder mehreren den Nutzwandler 11 umgebenden Hilfswandlern 12 auch nur mit zwei zu beiden Seiten des Nutzwandlers 11

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angeordneten Hilfswandlern 12a, 12b gemäss Figur 2 gearbeitet werden.

Nach Fig. 5 wird die Subtraktionsschaltung dadurch verwirklicht, dass die Hilfswandler 12 und der Nutzwandler 11 über einen Verstärker 17 gegeneinander geschaltet werden, und zwar wieder derart, dass der Einfluss des bzw. der Hilfswandler 12 grösser ist. Die Empfindlichkeitseinstellung könnte durch Verwendung eines Regelverstärkers vereinfacht werden. Der Verstärker 17 ist so gestaltet, dass er keine Phasenumkehr hat. 55 Sofern der Eingangswiderstand der Auswerteschaltung 13 den Wert RA hat und die Verstärkung des Verstärkers 17 mit V angenommen wird, erhält man am Eingang der Auswerteschaltung 13 eine Spannung Ua wie folgt:

Ua = (i„-Vi12) RA (9)

60 Bei einem sehr niederohmigen Eingang der Auswerteschaltung 13 ergibt sich ein Eingangsstrom ia wie folgt:

ia = in-V • i12 (10)

Es liegt mithin eine gleiche Wirkungsweise vor, wie sie Glei-65 chung (7) bzw. (8) beschreiben.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

624 482 PATENTANSPRÜCHE

1. Lichtelektrische Vorrichtung zum Nachweis der Anwesenheit eines Gegenstandes in einem Überwachungsbereich mit einem Lichtsender, einem im Strahlengang des Lichtsenders hinter dem Uberwachungsbereich angeordneten photoelektrischen Nutzwandler, mit einem in unmittelbarer Nähe des Nutzwandlers, aber ausserhalb des direkten Strahlengangs angeordneten photoelektrischen Hilfswandler und mit einer von den elektrischen Ausgangssignalen der beiden Wandler beaufschlagten Auswerteschaltung zur Erzeugung eines gegen Fremdlichteinfluss kompensierten Steuersignals, welches eine eine Ansprechschwelle besitzende Warneinrichtung betätigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung eine Subtraktionsschaltung zur Erzeugung des Steuersignals aus der Differenz der elektrischen Ausgangssignale der beiden Wandler (112,12)umfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, dass der Hilfswandler (12) den Nutzwandler (11) umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfswandler (12) aus zwei oder mehr Einzel Wandlern (12a, 12b) besteht, welche auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Nutzwandlers (11) angeordnet und parallel geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler aus Photoelementen (11,12) bestehen, welche mit entgegengesetzter Polung einem Widerstand (14) parallel geschaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionsschaltung Mittel (15,16; 17) zur Vergrösserung des elektrischen Ausgangssignals des Hilfswandlers (12) relativ zu dem des Nutzwandlers (11) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Nutzwandler (11) bildendes erstes Photoelement einem ersten Widerstand (15) parallel geschaltet ist und dass ein den Hilfswandler (12) bildendes zweites Photoelement mit entgegengesetzter Polung einer Reihenschaltung des ersten Widerstandes (15) mit einem zweiten Widerstand (16) parallel geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Subtraktionsschaltung einen Verstärker (17) zur Verstärkung des Ausgangssignals des Hilfswandlers (12) vor der Differenzbildung aufweist.