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Die
Erfindung betrifft einen optischen Sensor.
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Optische
Sensoren dieser Art können
generell in Form von Lichtgittern, Lichtvorhängen, Lichtschranken, Lichttastern,
Reflexionslichtschranken, Distanzsensoren und dergleichen gebildet
sein. Mit diesen optischen Sensoren erfolgt eine Detektion von Objekten
in definierten Erfassungsbereichen, wobei bei einer Detektion eines
Objekts der optische Sensor ein Objektfeststellungssignal generiert.
Zur Erfüllung
dieser Überwachungsfunktion
weist ein derartiger optischer Sensor geeignete Sensorkomponenten
auf, insbesondere wenigstens einen Sendelichtstrahlen emittierenden
Sender sowie wenigstens einen Empfänger, mit welchem die vom Sender
emittierten und in den Erfassungsbereich geführten Sendelichtstrahlen detektierbar
sind. Weiterhin weist ein derartiger optischer Sensor eine Auswerteeinheit
auf, in welcher die am Ausgang des Empfängers anliegenden Signale zur
Generierung des Objektfeststellungssignals ausgewertet werden.
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Die
Sensorkomponenten des optischen Sensors sind in wenigstens einem
Gehäuse
integriert. Die Gehäuse
sind mehrteilig ausgebildet, wobei diese typischerweise aus einem
Gehäusekörper zur Aufnahme
der Sensorkomponenten sowie einem Deckel oder einer Kappe zum Verschluss
des Gehäusekörpers bestehen.
Weiterhin ist in dem Gehäuse
ein Stecker zum elektrischen Anschluss des optischen Sensors integriert. Über die
Steckerverbindung erfolgt die Spannungsversorgung des optischen
Sensors sowie die Ausgabe von Signalen des optischen Sensors, insbesondere
des Objektfeststellungssignals.
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Beim
Zusammenbau des optischen Sensors müssen die Nahtstellen zwischen
den einzelnen Gehäusekomponenten
sowie auch die Steckerverbindung mit Dichtungen abgedichtet werden,
um ein Eindringen von Schmutz oder Feuchtigkeit in den Innenraum
des optischen Sensors zu verhindern.
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Um
dem Benutzer eines optischen Sensors dessen Betriebszustand anzuzeigen,
weisen optische Sensoren typischerweise unterschiedliche Anzeigeelemente
auf. Mit diesen Anzeigeelementen kann beispielsweise der aktuelle
Signalzustand des Objektfeststellungssignals visualisiert werden.
Weiterhin dienen derartige Anzeigeelemente zur Anzeige von Fehler-
oder Warnmeldungen oder allgemein von Betriebsmodi des optischen
Sensors.
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Derartige
Anzeigeelemente sind typischerweise von Leuchtdioden gebildet. Damit
diese an der Außenseite
des optischen Sensors sichtbar sind, sind diese Leuchtdioden typischerweise
hinter transparenten Fenstern im Gehäuse des optischen Sensors angeordnet.
Derartige Fenster bilden zusätzliche
Einzelteile des optischen Sensors, die in die Gehäusewand
des optischen Sensors eingesetzt und dort fixiert werden. Schließlich müssen auch
die Nahtstellen mit weiteren Dichtungen abgedichtet werden. Nachteilig
hierbei ist, dass hierdurch die Zahl der Einzelteile des optischen
Sensors erheblich erhöht
wird und auch die Montagezeit des optischen Sensors signifikant
erhöht
wird, wodurch die Herstellkosten derartiger optischer Sensoren unerwünscht erhöht werden.
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Die
EP 1 657 819 A2 betrifft
eine Kochfeldsteuerung mit einer Mehrzahl von optischen Sendern und
einer Mehrzahl von optischen Empfängern, die auf einem Träger abwechselnd
längs einer
Bedienlinie angeordnet sind. Jeder optische Empfänger kann von einem oder mehreren
der optischen Sender Licht, das von einem Betätiger, insbesondere einem Finger,
reflektiert wird, erhalten. Der jeweilige Lichteinfall wird auf
allen optischen Empfängern
quantitativ erfasst und daraus eine aktuelle Position des Betätigers (Fingers)
auf der Bedienlinie berechnet, wobei die Positionsberechnung den
Schwerpunkt der Intensitätsverteilung
des Lichteinfalls auf allen optischen Empfängern ermittelt.
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Die
einen nachveröffentlichten
Stand der Technik bildende
DE 10 2006 003 556 A1 betrifft eine Werkzeug-Sensor-Vorrichtung.
Diese Vorrichtung umfasst ein relativ zu einem Referenzbauteil positionierbares
Werkzeug zum Fügen
des Referenzbauteils mit einem zweiten Bauteil oder Bearbeiten des Referenzbauteils,
einen Sensor zur Gewinnung von Positionsdaten, welche die Position
des Werkzeugs relativ zu dem Referenzbauteil beschreiben, einen
an dem Werkzeug befestigten Träger,
an dem der Sensor befestigt ist, eine Kupplung, die den Sensor lösbar mit
dem Träger
verbindet, und einen gemeinsam mit dem Sensor über die Kupplung mit dem Träger mechanisch
verbundenen Datenspeicher für
Kalibrierdaten des Sensors.
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Die
DE-AS 26 13 866 betrifft
ein optisches Beobachtungsgerät,
dessen Strahlengang elektrooptische Signaldetektoreinrichtungen
in Kombination mit einem optoelektronischen Verschluss eingefügt sind,
wobei die von den Signaldetektoreinrichtungen ermittelten Signale
in Anzeigeeinrichtungen zur Darstellung gebracht und in den Strahlengang
eingeblendet oder am Beobachtungsgerät unmittelbar dargestellt werden.
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Die
DE 199 64 166 C1 beschreibt
ein Gehäuse
für eine
elektronische Anordnung, insbesondere zur Fernbedienung von Schließsystemen
in Kraftfahrzeugen. Das Gehäuse
besteht aus wenigstens zwei Gehäuseschalen,
die einen Innenraum zur Aufnahme einer elektronischen Anordnung
bilden. Beweglich in wenigstens einer der Gehäuseschalen gehaltert sind Betätigungsglieder,
die mittelbar über
ein membranartiges Dichtungselement auf Schaltelemente der elektronischen
Anordnung einwirken. Die Abdichtungsmembran ist einstückig und
einzeln in das Gehäuse
einlegbar ausgebildet. Im Montageendzustand deckt sie den gesamten,
den Innenraum begrenzenden Teil der Innenwand der die Betätigungsglieder
halternden Gehäuseschale
ab. Zur Abdichtung ist die Membran rings um den Innenraum in einem
zwischen den Gehäuseschalen
bestehenden Spalt verklemmt.
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Aus
DE 34 31 164 C2 ist
ein Staubsauger bekannt, bei welchem Leuchtdioden als Anzeigeelemente
vorgesehen sind.
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In
der
DE 103 08 019
A1 ist eine Lichtleitvorrichtung beschrieben, welche einen
Lichtleitkörper umfasst,
der in einer Öffnung
eines Gehäuses
befestigbar ist und den Lichtstrahl einer im Innern des Gehäuses befindlichen
Lichtquelle durch die Öffnung des
Gehäuses
nach außen
führt.
Der Lichtleitkörper ist über einen
Dichtungskörper
formdicht in der Öffnung
des Gehäuses
befestigt.
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Die
DE 10 2004 014 788
A1 betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für eine Uhr,
insbesondere Armbanduhr, wobei die Uhr ein Uhrengehäuse aufweist,
in dem eine Zeitmessvorrichtung, eine Zeitanzeige und Leuchtmittel
als Lichtquelle vorgesehen sind. Über einen Lichtleiter wird
die Zeitanzeige gleichmäßig ausgeleuchtet.
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Die
einen nachveröffentlichten
Stand der Technik bildende
DE 10 2006 013 945 A1 betrifft eine Ankopplungsvorrichtung
mit einem Prüfschnittstellen-Controller.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor bereit
zu stellen, welcher bei hoher Funktionalität kostengünstig und rationell herstellbar
ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße optische
Sensor umfasst ein Gehäuse,
das zur Aufnahme von Sensorkomponenten dient. Nahtstellen von Segmenten
des wenigstens einen Gehäuses
sind mittels Dichtungen abgedichtet. Wenigstens ein Segment einer
Dichtung bildet ein Leuchtelement bestehend aus lichtleitendem Material
oder selbstleuchtendem Material, wobei das Leuchtelement ein Anzeigeele ment
bildet. Durch unterschiedliche Leuchtzustände des Anzeigeelements sind
unterschiedliche Sensorzustände signalisierbar.
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Da
bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensor
Dichtungen eine Doppelfunktion dahingehend übernehmen können, dass diese neben der
eigentlichen Dichtfunktion auch Komponenten von Anzeigeelementen
bilden, können
die Teilezahl der Komponenten des optischen Sensors reduziert und die
Montagezeiten und damit die Herstellkosten des optischen Sensors
signifikant reduziert werden.
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Die
mit derartigen Dichtungen ausgestatteten optischen Sensoren können generell
als Lichtgitter, Lichtvorhänge,
Lichtschranken, Lichttaster, Reflexionslichtschranken, Distanzsensoren
oder dergleichen ausgebildet sein. Dabei können insbesondere als Lichttaster
oder Distanzsensoren ausgebildete optische Sensoren auch als scannende
Systeme ausgebildet sein. Schließlich können die optische Sensoren
als Sicherheitssensoren ausgebildet sein, die im Bereich des Personenschutzes
eingesetzt werden können.
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Die
zur Ausbildung der Anzeigeelemente vorgesehenen Dichtungen können generell
Nahtstellen zwischen einzelnen Komponenten eines Gehäuses eines
optischen Sensors abdichten oder generell auch eine Steckerverbindung
am Gehäuse
eines optischen Sensors abdichten. Zur Erfüllung der Doppelfunktion der
Dichtung wird vorteilhaft der Umstand ausgenutzt, dass die außenliegenden
Segmente der jeweiligen Dichtung stets an der Außenseite des Gehäuses des
optischen Sensors sichtbar sind. Damit entfällt das Vorsehen zusätzlicher
Fenster im Gehäuse
eines optischen Sensors um die Anzeigeelemente an der Außenseite
des optischen Sensors sichtbar anordnen zu können.
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Da
sich die Nahtstellen der einzelnen Komponenten des Gehäuses, wie
zum Beispiel von Deckeln oder Kappen, die zum Verschließen von Öffnungen
in Gehäusekörpern dienen,
und damit auch die entsprechenden Dichtungen über den gesamten Umfang des
optischen Sensors oder große
Teile hiervon erstre cken, sind diese Dichtungen als Bestandteile
der Anzeigeelemente von verschiedenen Blickwinkeln aus am optischen
Sensor gut sichtbar.
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Falls
die Dichtung zur Ausbildung eines Anzeigeelements aus selbstleuchtendem
Material besteht, kann beispielsweise durch Anlegen einer elektrischen
Spannung die Dichtung zum Leuchten gebracht werden kann.
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Besteht
die Dichtung in einer alternativen Ausgestaltung aus lichtleitendem
Material, so kann von einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer
Leuchtdiode, sichtbares Licht eingekoppelt werden.
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In
jedem Fall wird durch das Leuchten der Dichtung ein spezifischer
Sensorzustand des optischen Sensors angezeigt. Um mehrere unterschiedliche
Sensorzustände
anzuzeigen, können
prinzipiell unterschiedliche Dichtungen des optischen Sensors als
Anzeigeelemente genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Dichtung
auch in unterschiedliche Segmente aufteilbar, so dass mit den einzelnen
Segmenten unterschiedliche Sensorzustände angezeigt werden können. Besonders
vorteilhaft können
dabei die Segmente in unterschiedlichen Farben leuchten, so dass
die hiermit angezeigten verschiedenen Sensorzustände leicht auseinander gehalten
werden können.
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Sensorzustände, die
mit derartigen Anzeigeelementen angezeigt werden können, sind
die Anzeigen von Betriebsmodi von optischen Sensoren, von Fehlermeldungen
oder Warnmeldungen. Weiterhin kann auch das im optischen Sensor
generierte Objektfeststellungssignal mittels derartiger Anzeigeelemente
visualisiert werden.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Ausführungsbeispiel
eines Lichtgitters mit einer Sendereinheit und Empfängereinheit
in getrennten Gehäusen.
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2:
Draufsicht auf die Oberseite eines Hohlprofilkörpers als Bestandteil eines
Gehäuses des
Lichtgitters gemäß 1 mit
einer Nut als Aufnahme für
eine Dichtung.
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3:
Querschnitt durch die Nut gemäß 2.
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1 zeigt
schematisch ein einen optischen Sensor bildendes Lichtgitter 1 zur
Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
Das Lichtgitter 1 umfasst eine Anordnung von Sendelichtstrahlen 2 emittierenden
Sendern 3, die mit einer nicht dargestellten Steuereinheit
zyklisch einzeln nacheinander aktiviert werden. Die Empfängereinheit
umfasst eine Anordnung von Empfängern 4 zum
Empfang der Sendelichtstrahlen 2. Den Empfängern 4 ist
eine ebenfalls nicht dargestellte Auswerteeinheit zur Steuerung
des Empfängerbetriebs
und zur Auswertung der an den Ausgängen anstehenden Empfangssignale
zugeordnet. Wie aus 1 ersichtlich, sind die Sendereinheit
und die Empfängereinheit
in separaten Gehäusen 5 an
gegenüberliegenden
Rändern des Überwachungsbereichs
angeordnet. Dabei ist jedem Sender 3 jeweils ein Empfänger 4 zugeordnet, so
dass bei freiem Überwachungsbereich
die vom Sender 3 emittierten Sendelichtstrahlen 2 auf
den Empfänger 4 treffen.
Bei einem Objekteingriff in den Überwachungsbereich
wird der Strahlengang der Sendelichtstrahlen 2 wenigstens
eines Senders 3 unterbrochen. Durch die dadurch bedingte Änderung der
Empfangssignale wird in der Auswerteeinheit so eine Objektmeldung
als Objektfeststellungssignal generiert.
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Alternativ
zu der Ausführungsform
gemäß 1 können die
Sender 3 und Empfänger 4 auch
in einem gemeinsamen Gehäuse 5 integriert
sein, welches an einem Rand des Überwachungsbereichs
angeordnet ist. Am gegenüberliegenden
Rand des Überwachungsbereichs
ist dann ein Reflektor angeordnet, wobei bei freiem Überwachungsbereich
die von den Sendern 3 emittierten Sendelichtstrahlen 2 am
Reflektor reflektiert und von dort auf die Empfänger 4 geführt sind.
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Je
nach Anwendungsfall kann das Lichtgitter 1 eine unterschiedliche
Anzahl von Sendern 3 und Empfängern 4 aufweisen.
Dementsprechend variieren auch die Höhen der Gehäuse 5.
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Um
eine möglichst
einfache Variation der Gehäuse 5 durchführen zu
können,
besteht jedes Gehäuse 5 aus
einem Hohlprofilkörper 6,
welcher an seinen offenen Stirnseiten jeweils mit einer Verschlusskappe 7 verschlossen
ist. Der Hohlprofilkörper 6 wird
in Strangpresstechnik hergestellt und kann durch einfaches Zuschneiden
in der gewünschten Länge hergestellt
werden.
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Wie
aus 1 ersichtlich, weist jedes Gehäuse 5 in einer Längsseite,
welche die dem Überwachungsbereich
zugewandte Frontseite des Lichtgitters 1 bildet, eine Öffnung auf,
in welche ein Austrittsfenster 8 eingesetzt ist. Durch
dieses Austrittsfenster 8 werden die Sendelichtstrahlen 2 geführt.
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Die
Nahtstellen zwischen dem Hohlprofilkörper 6 und der Verschlusskappe 7 beider
Gehäuse 5 sind
mit ersten Dichtungen 9a, 9b abgedichtet. Weiterhin
sind auch die Nahtstellen zwischen den Hohlprofilkörpern 6 und
den Austrittsfenstern 8 beider Gehäuse 5 durch entsprechende
Dichtmittel 10 abgedichtet.
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Prinzipiell
können
mehrere oder sogar sämtliche
dieser Dichtungen 9a, 9b beziehungsweise Dichtmittel 10 neben
ihrer Dichtfunktion als zusätzlich
die Funktion eines Anzeigeelements übernehmen.
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Generell
könnte
ein Anzeigeelement auch in Form eines zusätzlichen Teils ausgebildet
sein, das mit der Dichtung 9a zwischen der Verschlusskappe 7 und
dem Hohlprofilkörper 6 eingelegt
wird.
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Im
vorliegenden Fall übernimmt
allein die Dichtung 9a zwischen der oberen Verschlusskappe 7 und
dem Hohlprofilkörper 6 des
Gehäuses 5 der Empfängereinheit
die Funktion eines Anzeigeelements.
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Die
Ausbildung dieser ein Anzeigeelement bildenden Dichtung 9a ist
in den 2 und 3 detaillierter dargestellt.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die offene Oberseite des Hohlprofilkörpers 6 des
Gehäuses 5 der
Empfängereinheit.
Am oberen Rand des Hohlprofilkörpers 6 läuft in dessen
Umfangsrichtung eine Nut 11 als Aufnahme für die Dichtung 9a um.
Eine Wand der Nut 11 schließt bündig mit der Außenseite des
Hohlprofilkörpers 6 ab.
Die Nut 11, die in 3 in einer
Querschnittsdarstellung dargestellt ist, weist einen über ihre
gesamte Länge
konstanten rechteckigen Querschnitt auf. Die offene Oberseite der
Nut 11 mündet
an der offenen Oberseite des Hohlprofilkörpers 6 aus.
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Die
Ausbildung der Dichtung 9a, 9b erfolgt im vorliegenden
Fall in einem Niederdruckspritzvorgang, in welchem Niederdruckspritzmasse
in die Nut 11 eingespritzt und an diese wie in 3 dargestellt, angeformt
wird. Die Niederdruckspritzmasse besteht aus einem Kunststoff durch
den Prozess des Niederdruckspritzvorgangs und durch seine Materialbeschaffenheit
elastisch ist und damit nach Einspritzen in die Nut 11 eine
verformbare Dichtung 9a bildet. Wie aus 3 ersichtlich,
erfolgt die Anformung der Niederdruckspritzmasse in der Nut 11 derart,
dass die so ausgebildete Dichtung 9a über die Ränder nach oben hervorsteht.
Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Dichtung 9a nach
Aufsetzen der Verschlusskappe 7 auf den Hohlprofilkörper 6 die
Nahtstelle zwischen diesen Komponenten vollständig abdichtet. Weiterhin wird
dadurch erreicht, dass nach Aufsetzen der Verschlusskappe 7 auf
den Hohlprofilkörper 6 die
Dichtung 9a an der Außenseite
des Gehäuses 5 sichtbar
ist.
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Anstelle
eines Niederdruckspritzvorgangs kann die Dichtung 9a auch
durch einen Hochdruckspritzvorgang in die Nut 11 eingebracht
werden. Weiterhin kann die Dichtung 9a auch als formstabiles, elastisches
Einlegeteil ausgebildet sein, welches in eine Nut 11 oder
generell in eine geeignete Aufnahme eingelegt werden kann.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist die Nut 11 durch zwei
lichtundurchlässige
Stege 12, 13 in zwei von einander getrennte Bereiche
unterteilt. Die die Dichtung 9a, 9b bildende Niederdruckspritzmasse, die
in die Nut 11 eingebracht wird, ist somit entsprechend
in zwei Segmente unterteilt.
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Jedes
dieser Segmente ist Bestandteil eines Anzeigeelements. Zur Ausbildung
eines Anzeigeelements besteht die die Dichtung 9a bildende
Nut 11 aus einem lichtleitendem Material. Als weitere Komponenten
der Anzeigeelemente ist jedem Segment der Niederdruckspritzmasse
eine Lichtquelle 14, 15 zugeordnet. Diese Lichtquellen 14, 15 sind
im vorliegenden Fall von Leuchtdioden gebildet, die farbiges, sichtbares
Licht emittieren. Die Leuchtdioden werden über die Auswerteeinheit angesteuert.
Die Leuchtdioden sind im Boden der Nut 11 angeordnet, so
dass die Lichtstrahlen 16, 17 der Leuchtdioden
im Bereich des Stegs 12 jeweils von unten in die Segmente
der Dichtung 9a eingekoppelt werden. Die Einkopplung erfolgt über nicht
gesondert dargestellte Strahlumlenkmittel, die Bestandteil des Stegs 12 sein
können, derart,
dass die Lichtstrahlen 16, 17 der ersten Leuchtdiode
im ersten Segment der Dichtung 9a und die Lichtstrahlen 16, 17 der
zweiten Leuchtdiode im zweiten Segment der Dichtung 9a geführt werden. Durch
die Stege 12, 13 sind die beiden Segmente der Dichtung 9a entkoppelt.
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Sobald
die farbigen Lichtstrahlen von den Leuchtdioden in die Segmente
der Dichtung 9a eingekoppelt werden, leuchten diese in
der entsprechenden Farbe.
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Im
vorliegenden Fall weist somit jedes Anzeigeelement zwei Signalzustände auf,
nämlich
ein leuchtendes beziehungsweise nicht leuchtendes Segment der Dichtung 9a.
Durch Einkoppeln von verschieden farbigem Licht über mehrere unterschiedlich
farbige Lichtstrahlen in die Segmente der Dichtung 9a könnte dies
auch ein Anzeigeelement mit mehr als zwei Signalzuständen bilden.
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Zweckmäßigerweise
emittieren die beiden Leuchtdioden Licht in unterschiedlichen Farben,
so dass die unterschiedliche Anzeigeelemente bildenden Segmente
der Dichtung 9a leicht auseinander gehalten werden können.
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Im
vorliegenden Fall dient das erste Segment der Dichtung 9a zur
Anzeige von Fehlermeldungen, wobei bei einer Fehlermeldung durch
Aktivierung der ersten Leuchtquelle 14 und Emission der Lichtstrahlen 16 dieses
Segment der Dichtung 9a leuchtet. Das zweite Segment der
Dichtung 9a bildet ein Anzeigeelement zur Signalisierung,
ob eine Wiederanlaufsperre im Lichtgitter 1 aktiviert ist
oder nicht.
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Das
Lichtgitter 1 gemäß 1 kann
prinzipiell derart weiter gebildet sein, dass die Dichtung 9b zwei
weitere Anzeigeelemente bildet, die entsprechend den Anzeigeelementen
ausgebildet sind, die von den Segmenten der Dichtung 9a gebildet
sind. Diese zusätzlichen
Anzeigeelemente können
zur Visualisierung des Schaltzustands des Objektfeststellungssignals
und von Warnmeldungen dienen.
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- 1
- Lichtgitter
- 2
- Sendelichtstrahlen
- 3
- Sender
- 4
- Empfänger
- 5
- Gehäuse
- 6
- Hohlprofilkörper
- 7
- Verschlusskappe
- 8
- Austrittsfenster
- 9a
- Dichtung
- 9b
- Dichtung
- 10
- Dichtmittel
- 11
- Nut
- 12
- Steg
- 13
- Steg
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Lichtquelle
- 16
- Lichtstrahl
- 17
- Lichtstrahl