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Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen
Sensor, mit einem Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht in einen Überwachungsbereich und
einem Lichtempfänger
zum Empfangen von reflektiertem oder remittiertem Empfangslicht
aus dem Überwachungsbereich
und zum Erzeugen entsprechender Empfangssignale, die sich letztlich
auf das Vorhandensein eines Objekts im Überwachungsbereich oder auf
die Entfernung eines Objekts im Überwachungsbereich
auswerten lassen. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes
Verfahren zum Überwachen
eines Überwachungsbereichs.
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Ein derartiger Sensor wird beispielsweise
als Lichtschranke, Lichttaster oder Triangulations-Entfernungsmesser
eingesetzt. Für
eine einfache und deshalb kostengünstige Ausführung eines derartigen Sensors
ist es beispielsweise bekannt, den Lichtempfänger als ein einziges fotoelektrisches
Empfangselement oder als ein Doppelelement auszubilden. Allerdings
ist bei dieser Art von Sensoren aufgrund des gewünschten Erfassungsbereichs
der Sichtbereich des Empfangselements bzw. des Doppelelements sehr
groß.
Dies führt
in nachteiliger Weise dazu, dass ein großer Anteil unerwünschten
Umgebungslichts zur Erhöhung
des Signalrauschens beiträgt
und die Wahrscheinlichkeit der Wahrnehmung optischer Störer erhöht wird.
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Zur Behebung dieser Nachteile ist
es ferner bekannt, den Lichtempfänger
mit einer Vielzahl von Empfangselementen zu versehen, so dass jedes einzelne
Empfangselement einen vergleichsweise geringen Sichtbereich innerhalb
des Überwachungsbereichs
des Sensors besitzt. Dadurch kann das eigentliche Nutzsignal, das
von dem zu erfassenden Objekt innerhalb des Überwachungsbereichs stammt,
leichter von möglichen
Störsignalen
unterschieden werden. Allerdings ist die Signalverarbeitung und
-auswertung für
diese Art von Sensoren vergleichsweise aufwändig, da für jedes Empfangselement ein
eigener Empfangskanal erforderlich ist.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
deshalb darin, einen optoelektronischen Sensor und ein entsprechendes Überwachungsverfahren
zu schaffen, wobei bei einem einfachen und somit kostengünstigen
Aufbau des Sensors eine Unterteilung des Überwachungsbereichs in verschiedene
Sichtbereiche des Lichtempfängers
möglich
ist, um mögliche
optische Störer
innerhalb des Überwachungsbereichs leichter
identifizieren und vom Nutzsignal unterscheiden zu können.
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Diese Aufgabe wird für einen
Sensor durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch,
dass der Lichtempfänger
eine Anzahl von mehreren Empfangselementen aufweist, wobei für eine mehrstufige
Auswertung der Empfangssignale eine Anzahl von mehreren Verarbeitungseinrichtungen
und eine Auswerteeinrichtung vorgesehen sind, wobei die Verarbeitungseinrichtungen
zum Verarbeiten der Empfangssignale von jeweils zugeordneten Empfangselementen
und zum Erzeugen entsprechender Verarbeitungssignale ausgebildet
sind, wobei die Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Verarbeitungssignale
der Verarbeitungseinrichtungen ausgebildet ist, wobei eine Steuereinrichtung zum
Festlegen der Zuordnung der Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen vorgesehen ist,
und wobei die Anzahl der Verarbeitungseinrichtungen geringer ist
als die Anzahl der Empfangselemente.
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Für
ein Überwachungsverfahren
wird die genannte Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
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Bei der Erfindung ist also zumindest
eine zweistufige Signalverarbeitung vorgesehen. Zunächst werden
die Empfangssignale mehrerer oder aller Empfangselemente des Lichtempfängers durch mehrere
Verarbeitungseinrichtungen, beispielsweise Verstärker oder Filter, verarbeitet,
so dass entsprechende Verarbeitungssignale erzeugt werden. Diese werden
durch eine oder mehrere nachgeschaltete Auswerteeinrichtungen auf
das Vorhandensein oder die Entfernung eines Objekts innerhalb des Überwachungsbereichs
ausgewertet, beispielsweise indem die Verarbeitungssignale verschiedener
Verarbeitungseinrichtungen voneinander subtrahiert und anschließend mit
einem Schwellenwert verglichen werden.
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Wichtig ist, dass die Anzahl der
vorhandenen Verarbeitungseinrichtungen geringer ist als die Anzahl
der Empfangselemente. Dadurch ist die Anzahl der vollständigen Empfangskanäle verringert,
so dass der Aufbau des Sensors erheblich vereinfacht und der Herstellungsaufwand
entsprechend reduziert werden können.
Beispielsweise kann es für
eine Vielzahl von Anwendungen ausreichend sein, für sechzehn
Empfangselemente lediglich vier oder acht Verarbeitungseinrichtungen
vorzusehen. Für
andere Anwendungen sind auch noch deutlichere Unterschiede möglich, beispielsweise
lediglich acht Verarbeitungseinrichtungen für 256 Empfangselemente des
Lichtempfängers.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass trotz der reduzierten Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen
und der dadurch bewirkten Einschränkung der Empfangskanäle dennoch
eine flexible Anpassung des Sensors an unterschiedliche Anwendungen
möglich
ist. Der Erfindung liegt nämlich
die Erkenntnis zugrunde, dass für
eine Vielzahl von praktischen Sensoranwendungen eine vergleichsweise
geringe Anzahl von zwischengeschalteten Verarbeitungsstufen ausreichend
ist, solange die Zuordnung der Empfangselemente zu diesen Verarbeitungseinrichtungen
für die
individuelle Anwendung eingelernt oder eingestellt werden kann.
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Zu der Erfindung ist noch anzumerken,
dass unter "Licht" auch elektromagnetische Strahlung des ultravioletten
oder des infraroten Spektralbereichs zu verstehen ist.
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Das genannte Verarbeiten der Empfangssignale
innerhalb der Verarbeitungseinrichtungen kann, wie bereits erläutert, beispielsweise
in einem Verstärken
des jeweiligen Empfangssignals bestehen. Zu diesem Zweck kann jede
Verarbeitungseinrichtung beispielsweise eine Verstärkerschaltung
aufweisen. Alternativ oder zusätzlich
kann innerhalb der Verarbeitungseinrichtungen ein Unterdrücken bzw.
Herausfiltern von Störsignalen
erfolgen, beispielsweise durch eine Hochpassschaltung, durch die
ein Nutzsignalpuls weitergeleitet und ein Dauerstrom-Störsignal
kurzgeschlossen wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass jeder
Verarbeitungseinrichtung mehrere Empfangselemente zugeordnet sind.
Dadurch werden die betreffenden Empfangselemente zu einem einzigen
gemeinsamen Empfangskanal zusammengeschaltet. In diesem Fall kann
innerhalb der betreffenden Verar beitungseinrichtung beispielsweise
ein Aufsummieren der Empfangssignale aller zugeordneten Empfangselemente erfolgen.
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Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass
jeder Verarbeitungseinrichtung lediglich jeweils ein einziges Empfangselement
zugeordnet ist. In diesem Fall bildet also jede Verarbeitungseinrichtung
mit einem zugeordneten Empfangselement einen Empfangskanal, während die übrigen Empfangselemente für die betreffende
Anwendung momentan oder dauerhaft nicht genutzt werden.
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Die Auswertung innerhalb der Auswerteeinrichtung
kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass die von den Verarbeitungseinrichtungen übermittelten
Verarbeitungssignale addiert, subtrahiert oder dividiert werden,
wobei auch eine Kombination dieser Operationen möglich ist. Ferner können die Verarbeitungssignale
innerhalb der Auswerteeinrichtung, insbesondere nach der erläuterten
Addition, Subtraktion bzw. Division, mit einem vorbestimmten, vorgebbaren
oder einlernbaren Schwellenwert verglichen werden, um in Abhängigkeit
von dem Vergleichsergebnis ein Objektfeststellungssignal oder einen Entfernungsmesswert
zu erzeugen. Die Auswerteeinrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise eine
Komparatorschaltung aufweisen.
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Zusätzlich zu der festlegbaren
Zuordnung der Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
kann auch eine veränderliche
Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen zu der oder den Auswerteeinrichtungen
vorgesehen sein.
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Für
die jeweilige gegenseitige Zuordnung von Empfangselementen, Verarbeitungseinrichtungen
und Auswerteeinrichtung innerhalb der ersten und zweiten Signalverarbeitungsstufe
kann die Steuereinrichtung eine erste und/oder eine zweite Schalteranordnung
besitzen.
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Das Festlegen der gegenseitigen Zuordnung von
Empfangselementen, Verarbeitungseinrichtungen bzw. Auswerteeinrichtung
mittels der Steuereinrichtung erfolgt, zumindest innerhalb mehrerer
vorgegebener Kombinationsmöglichkeiten,
vorzugsweise auf veränderliche
Weise. Dadurch kann der Sensor auf besonders flexible Weise unterschiedlichen
Anwendungsfällen
oder Überwachungssituationen
angepasst werden.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn die
Zuordnung der Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
und/oder die Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen zu der Auswerteeinrichtung
während eines
Einstellbetriebs oder eines Einlernbetriebs vor dem eigentlichen Überwachungsbetrieb
des Sensors festgelegt werden. Somit ist vor dem Überwachungsbetrieb
eine Anpassung des Sensors an die nachfolgende Überwachungsaufgabe möglich. Dem
Sensor können
so die Positionen möglicher
optischer Störer und
der erwünschte
Raumbereich der möglichen
Objektdetektion eingelernt werden.
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Ferner ist es für manche Anwendungen von Vorteil,
wenn die Zuordnung der Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
und/oder die Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen zu der Auswerteeinrichtung
während
des laufenden Überwachungsbetriebs
festgelegt bzw. nachgestellt wird. Mit anderen Worten kann eine
ständige
Anpassung der jeweiligen Zuordnung erfolgen, so dass beispielsweise
bei einer Bewegung des detek tierten Objekts oder bei einer Bewegung
eines optischen Störers
eine ständige
Anpassung der aktuell aktivierten Empfangselemente erfolgen kann.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Anpassung der jeweiligen
Zuordnung automatisch in Abhängigkeit
von einer zuvor detektierten Beaufschlagung des Lichtempfängers mit
Nutzlicht oder Störlicht
erfolgt. Eine derartige veränderliche
Festlegung der Zuordnungen während des Überwachungsbetriebs
ist auch dann möglich, wenn
während
eines vorhergehenden Einstellbetriebs oder Einlernbetriebs bereits
eine Grundeinstellung des Sensors vorgenommen worden ist.
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Die Festlegung der Zuordnung der
Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen oder die Festlegung
der Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen zu der Auswerteeinrichtung
kann beispielsweise gemäß den folgenden
Ausführungsformen
erfolgen:
- (a) Die Steuereinrichtung ordnet
zumindest diejenigen Empfangselemente, die bei einer vorherigen
Messung Nutzlicht aus dem Überwachungsbereich
bzw. einen entsprechenden Empfangslichtfleck detektiert haben, einer
einzigen gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung zu. Die anderen Empfangselemente
werden – sofern
sie überhaupt
aktiviert und ausgewertet werden – einer oder mehreren anderen
Verarbeitungseinrichtungen zugeordnet. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich
unter Ausnutzung des bekannten Triangulationsprinzips in unterschiedliche Sichtbereiche
unterteilt werden, die wahlweise für die Überwachung herangezogen oder
ausgeblendet werden. Somit ist insbesondere eine Ausblendung eines
Hintergrunds und/oder eines Vordergrunds des Überwachungsbereichs möglich. Durch
eine optionale ständige
Aktualisierung dieser Zuordnung wäh rend des laufenden Überwachungsbetriebs
kann eine mögliche
Veränderung der
Entfernung des beobachteten Objekts oder eines wahrgenommenen optischen
Störers
berücksichtigt
werden.
- (b) Die Zuordnung der Empfangselemente zu einer gemeinsamen
Verarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit
von der Lage eines zuvor detektierten Empfangslichtflecks am Lichtempfänger, gemäß dem vorstehend
erläuterten
Beispiel (a), kann auch derart erfolgen, dass zusätzlich ein oder
mehrere Empfangselemente, die benachbart zu den von dem Lichtfleck
beaufschlagten Empfangselementen angeordnet sind, der erläuterten gemeinsamen
Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass auch bei einer eventuellen Bewegung des Objekts im Überwachungsbereich
und einer hierdurch verursachten Verschiebung des Lichtflecks am
Lichtempfänger
noch ein ausreichendes Nutzlicht-Empfangssignal an die betreffende
Verarbeitungseinrichtung übermittelt
wird.
- (c) Die Steuereinrichtung kann dergestalt ausgebildet sein,
dass sie eine oder mehrere Gruppen von jeweils benachbarten Empfangselementen, die
bei einer vorherigen Messung kein Nutzlicht aus dem Überwachungsbereich
empfangen haben, jeweils einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung
zuordnet. Mit anderen Worten werden die Empfangselemente, für die lediglich
Störlicht oder überhaupt
kein Empfangslicht detektiert wurde, bei einer einzigen Verarbeitungseinrichtung zusammengefasst.
Auf diese Weise kann die im Zusammenhang mit dem vorstehenden Beispiel (a)
erläuterte
Hintergrund- oder Vordergrundausblendung noch weiter unterstützt werden.
Die Unterscheidung zwischen Nutzlicht und Störlicht kann beispielsweise
bei Verwendung von gepulstem Sendelicht anhand des Gleichstromanteils des
Empfangslichts erfolgen.
- (d) Eine Zusammenfassung einer oder mehrerer Gruppen von benachbarten
Empfangselementen zu jeweils einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung
kann – zur
Unterstützung
der erläuteten Hintergrund-
oder Vordergrundausblendung – auch
dadurch erfolgen, dass genau diejenigen Empfangselemente einer gemeinsamen
Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden, die bei einer vorherigen
Messung Störlicht
einer vorgegebenen Intensität
empfangen haben.
- (e) Es kann jeweils eine feste Anzahl von Empfangselementen
einer bestimmten Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden. Dadurch
kann – im
Falle der erläuterten
Hintergrund- oder Vordergrundausblendung – beispielsweise erreicht werden,
dass der Überwachungsbereich
in Sichtbereiche gleich bleibender Tiefe unterteilt wird. Ferner
kann durch eine derartige Zuordnung mit fester Anzahl erreicht werden,
dass in verschiedenen Verarbeitungseinrichtungen einander entsprechende
Summensignale gebildet werden, die innerhalb der Auswerteeinrichtung
direkt miteinander verglichen werden können.
- (f) Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass nicht nur die
Zuordnung der einzelnen Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
variabel ist, sondern auch die Anzahl der Empfangselemente, die
jeweils einer bestimmten Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden.
Dadurch kann beispielsweise der Überwachungsbereich
in Sichtbereiche unterschiedlicher und variabler Tiefe unterteilt
werden.
- (g) Eine variable Festlegung der Zuordnung der Empfangselemente
zu den Verarbeitungseinrichtungen kann auch derart erfolgen, dass
entlang eines interessierenden Sichtbereichs innerhalb des Überwachungsbereichs
eine erhöhte
räumliche
Auflösung
des Sensors bewirkt wird. Hierfür können beispielsweise
hinsichtlich eines Nutzlichtbereichs des Lichtempfängers, entlang
dessen zuvor Nutzlicht aus dem Überwachungsbereich
empfangen worden ist, eine geringere Anzahl von Empfangselementen
jeweils einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden,
als hinsichtlich eines Bereichs des Lichtempfängers außerhalb dieses Nutzlichtbereichs. Dadurch
wird erreicht, dass der genannte Nutzlichtbereich – und somit
der entsprechende Sichtbereich innerhalb des Überwachungsbereichs – letztlich
durch eine vergleichsweise große
Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen untersucht wird. Eine derartige
gezielte Erhöhung
der räumlichen Auflösung ist
von besonderem Vorteil, wenn andere Sichtbereiche des Überwachungsbereichs ausgeblendet
werden sollen, wie beispielsweise im Falle der erläuterten
Hintergrund- oder Vordergrundausblendung.
- (h) Die Auswerteeinrichtung wertet die Verarbeitungssignale
aller Verarbeitungseinrichtungen aus. Dadurch ist beispielsweise
ein direkter Vergleich dieser Verarbeitungssignale und somit ein Vergleich
unterschiedlicher Sichtbereiche des Überwachungsbereichs möglich.
- (i) Alternativ hierzu wertet die Auswerteeinrichtung die Verarbeitungssignale
lediglich einer begrenzten Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen aus.
Im Extremfall wird lediglich eine einzige Verarbeitungs einrichtung
beobachtet, beispielsweise indem deren Verarbeitungssignal mit einem Schwellenwert
verglichen wird.
- (j) Auch eine "überlappende"
Auswertung ist möglich,
bei der jeweils die Verarbeitungssignale einer ersten Verarbeitungseinrichtung
gemeinsam mit den Verarbeitungssignalen einer zweiten oder weiteren
Verarbeitungseinrichtungen ausgewertet werden, wobei die der ersten
Verarbeitungseinrichtung entsprechenden Empfangselemente benachbart
zu den der zweiten bzw. weiteren Verarbeitungseinrichtung entsprechenden
Empfangselementen angeordnet sind, und wobei dieses Auswertungsschema
für unterschiedliche
Kombinationen von jeweils benachbarten Empfangselementen bzw. entsprechenden
"ersten" und "zweiten" Verarbeitungseinrichtungen befolgt wird. Falls
beispielsweise ein Empfangslichtfleck zur Hälfte lediglich die Empfangselemente
der ersten Verarbeitungseinrichtung und im übrigen die Empfangselemente
der zweiten Verarbeitungseinrichtung beaufschlagt, so ist durch
die erläuterte
Vorgehensweise gewährleistet,
dass im Laufe der Auswertung die Empfangssignale aller vom Empfangslichtfleck
beaufschlagten Empfangselemente gemeinsam ausgewertet werden. Insbesondere
ist es zu diesem Zweck von Vorteil, wenn die Verarbeitungssignale
der jeweiligen ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtung summiert werden,
um als Summe beispielsweise mit einem Schwellenwert verglichen zu
werden. Die erläuterte
"überlappende"
Auswertung kann – zeitgleich
oder zeitlich nacheinander – zyklisch
abwechselnd für
mehrere oder alle jeweils "benachbarte" Verarbeitungseinrichtungen
durchgeführt werden.
Beispielsweise werden die Verarbeitungssignale von benachbarten
Verarbeitungseinrichtungen "1", "2" und "3"
gemeinsam von einer Auswerte einrichtung "A" ausgewertet, ferner
die Verarbeitungssignale der Verarbeitungseinrichtungen "2"
und "3" sowie die Verarbeitungssignale einer hierzu benachbarten
Verarbeitungseinrichtung "4" gemeinsam von einer Auswerteeinrichtung
"B", ferner die Verarbeitungssignale der Verarbeitungseinrichtungen
"3" und "4" sowie die Verarbeitungssignale einer
hierzu benachbarten Verarbeitungseinrichtung "5" gemeinsam
von einer Auswerteeinrichtung "C", und so fort.
- (k) Jeder Verarbeitungseinrichtung ist genau ein Empfangselement
zugeordnet, wobei diese Zuordnung einmalig im Rahmen eines Einstellbetriebs
erfolgt. Dadurch kann beispielsweise der Lichtempfänger nach
Montage des Sensors am Einsatzort auf die genaue Lage des Empfangslichtflecks
justiert werden.
- (l) Mehreren Verarbeitungseinrichtungen werden jeweils mehrere
Empfangselemente zugeordnet, wobei die Verarbeitungssignale innerhalb
der Auswerteeinrichtung voneinander subtrahiert werden. Der Zeitpunkt
des pulsförmigen
Aussendens des Sendelichts wird dabei derartig gewählt, dass
das von der Auswerteschaltung berechnete Differenzsignal – aufgrund
der negativen Flanke des Nutzsignalpulses – ein negatives Ergebnis liefert,
falls der Anteil des Störlichts überwiegt.
Umgekehrt wird ein positives Ergebnis erhalten, falls das Empfangslicht
von einem Objekt innerhalb des vorgesehenen Sichtbereichs des Überwachungsbereichs
stammt.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
genannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter
Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert;
in diesen zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors, und
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2 eine
mögliche
Unterteilung der Empfangselemente einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sensors.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Reflexionslichttasters.
Dieser besitzt einen Lichtsender 11, beispielsweise eine
Laserdiode, zum Aussenden von Sendelichtpulsen des infraroten Spektralbereichs
in Richtung eines Überwachungsbereichs 13.
Ferner besitzt der gezeigte Reflexionslichttaster einen Lichtempfänger 15,
beispielsweise ein Fotodioden-Array, mit einer linearen Anordnung
von sechzehn Empfangselementen 17, 17', 17".
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Erfindungsgemäß ist eine zweistufige Verarbeitung
der von den Empfangselementen 17, 17', 17" gelieferten
Empfangssignale vorgesehen. Zu diesem Zweck sind die Empfangselemente 17, 17', 17" jeweils
einer von vier Verarbeitungseinrichtungen 19 zugeordnet.
In dem gezeigten Beispiel ist diese Zuordnung dergestalt festgelegt,
dass die Empfangselemente 17 einer ersten Verarbeitungseinrichtung 19, die
Empfangselemente 17' einer zweiten Verarbeitungseinrichtung 19 und
die Empfangselemente 17' einer dritten Verarbeitungseinrichtung 19 zugeordnet sind,
während
die vierte Verarbeitungseinrichtung 19 gegenwärtig inaktiv
ist. Jede Verarbeitungseinrichtung 19 besitzt eine Schaltung
zum Verstärken
der Empfangssigna le der jeweils zugeordneten Empfangselemente 17, 17' bzw. 17",
ferner eine Schaltung zum Unterdrücken von Gleichstrom-Störsignalen
innerhalb dieser Empfangssignale, und eine Schaltung zum Aufsummieren
der derart verstärkten und
gefilterten Empfangssignale der jeweils zugeordneten Empfangselemente 17, 17' bzw. 17".
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Zur Verwirklichung der genannten
zweistufigen Signalverarbeitung ist ferner eine Auswerteeinrichtung 21 mit
den Verarbeitungseinrichtungen 19 verbunden. Diese wertet
die von den Verarbeitungseinrichtungen 19 erzeugten Verarbeitungssignale aus,
um als Ergebnis dieser Auswertung an einem Signalausgang 23 beispielsweise
ein Objektfeststellungssignal auszugeben. Die Auswerteeinrichtung 21 kann
beispielsweise eine Komparatorschaltung aufweisen.
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Für
eine veränderliche
Festlegung der Zuordnung der Empfangssignale zu den Verarbeitungseinrichtungen 19 ist
zwischen die Empfangselemente 17, 17', 17" und
die Verarbeitungseinrichtungen 19 eine Schaltermatrix 25 geschaltet.
In entsprechender Weise ist für
eine veränderliche
Festlegung der Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen 19 zu
der Auswerteeinrichtung 21 eine Schaltermatrix 27 zwischengeschaltet.
Bei jeder Schaltermatrix 25, 27 kann es sich um
einen digital ansteuerbaren ASIC (application-specific integrated
circuit) mit Analogschaltern handeln. Alternativ hierzu ist es auch
möglich,
einen einzigen ASIC vorzusehen, der sowohl beide Schaltermatrizen 25, 27,
als auch die Verarbeitungseinrichtungen 19 und die Auswerteeinrichtung 21 enthält.
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Die Überwachung des Überwachungsraums 13 mittels
des in 1 gezeigten Reflexionslichttasters
funktioniert wie folgt: Der Lichtsender 11 emittiert regelmäßige Sendelichtpulse
in Richtung des Überwachungsbereichs 13.
Ein dort befindliches Objekt 29 reflektiert einen Teil
dieses Sendelichts in Richtung des Lichtempfängers 15, wobei nach
dem bekannten Triangulationsprinzip je nach Entfernung des Objekts 29 unterschiedliche
Empfangselemente 17, 17', 17" von dem
reflektierten Empfangslicht beaufschlagt werden. In dem gezeigten
Beispiel wird über eine – in 1 nicht dargestellte – Empfangsoptik
ein Empfangslichtfleck 31 auf die drei Empfangselemente 17' abgebildet.
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Synchron zu dem Aussenden der Sendelichtpulse
werden die Empfangselemente 17, 17' bzw. 17" ausgelesen,
wobei die Empfangssignale von jeweils einer zugeordneten Verarbeitungseinrichtung 19 auf
die bereits erläuterte
Weise vorverarbeitet werden. Die somit verstärkten, gefilterten und gruppenweise
summierten Empfangssignale werden – als Verarbeitungssignale – der Auswerteeinrichtung 21 zugeführt. Diese
vergleicht die vorverarbeiteten Empfangssignale der Empfangselemente 17' mit
den vorverarbeiteten Empfangssignalen der Empfangselemente 17,
mit den vorverarbeiteten Empfangssignalen der Empfangselemente 17" und/oder
mit einem vorbestimmten Schwellenwert. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser
Vergleiche erzeugt die Auswerteeinrichtung 21 ein Objektfeststellungssignal
am Signalausgang 23.
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Die durch die Schaltermatrix 25 festgelegte gruppenweise
Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17" zu
jeweils einer der Verarbeitungseinrichtungen 19 bewirkt
eine räumliche
Unterteilung des Überwachungsbereichs 13.
Die Zuordnung ist nämlich
gerade so festgelegt, dass der Empfangslichtfleck 31 nur
dann genau die drei Empfangselemente 17' beauf schlagt,
wenn das Objekt 29 sich in der in 1 gezeigten Entfernung von dem Reflexionslichttaster
bzw. von dem Lichtsender 11 und dem Lichtempfänger 15 befindet.
Falls das Objekt 29 dagegen einen geringeren oder einen
größeren Abstand
einnimmt, werden statt dessen die Empfangselemente 17 bzw. 17" zumindest
teilweise von dem Empfangslichtfleck 31 beaufschlagt. Die
erläuterte
Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17" zu
den Verarbeitungseinrichtungen 19 sowie die entsprechende
Verarbeitung und Auswertung der Empfangssignale innerhalb der Verarbeitungseinrichtungen 19 und
der Auswerteeinrichtung 21 bewirkt also eine Ausblendung
eines Vordergrunds und eines Hintergrunds des Überwachungsbereichs 13.
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Die in 1 gezeigte
Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17" zu
den Verarbeitungseinrichtungen 19 kann während eines
Einlernbetriebs oder eines Einstellbetriebs vor dem eigentlichen Überwachungsbetrieb
des Reflexionslichttasters festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese
Zuordnung auch während
des laufenden Überwachungsbetriebs,
nämlich
nach jedem Aussenden eines Sendelichtpulses und der entsprechenden Empfangssignalauswertung,
durchgeführt
werden. In jedem Fall erfolgt eine Änderung der Zuordnung über die
Schaltermatrix 25 und erforderlichenfalls die Schaltermatrix 27,
wobei zusätzliche
eine – in 1 nicht gezeigte – zentrale
Steuerschaltung vorgesehen sein kann.
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Ein besonderer Vorteil des in 1 gezeigten Reflexionslichttasters
besteht darin, dass die variable Unterteilung der Empfangselemente 17, 17', 17" des
Lichtempfängers 15 und
die entsprechende Unterteilung des Überwachungsbereichs 13 mit
einem vergleichsweise geringen Schaltungsaufwand möglich ist.
Insbesondere ist nicht für
jedes einzelne Emp fangselement 17, 17', 17" ein
eigener vollständiger
Empfangskanal erforderlich. Statt dessen ist es ausreichend, wenn
die Anzahl der Verarbeitungseinrichtungen 19 deutlich geringer
ist als die Anzahl der Empfangselemente 17, 17', 17".
In dem gezeigten Beispiel genügen
drei Verarbeitungseinrichtungen 19. Im Extremfall würden in
dem gezeigten Beispiel sogar zwei Verarbeitungseinrichtungen 19 genügen, wobei
die eine Verarbeitungseinrichtung 19 die Empfangssignale
der Empfangselemente 17' und die andere Verarbeitungseinrichtung 19 die
Empfangssignale der Empfangselemente 17 und 17" gemeinsam vorverarbeitet.
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Das in 1 gezeigte
durchschnittliche Verhältnis
von einer Verarbeitungseinrichtung 19 je vier Empfangselemente 17, 17', 17" ermöglicht eine
besonders flexible Anpassung des Reflexionslichttasters an unterschiedliche
Anwendungsaufgaben. Dabei ist es für viele Anwendungsfälle nicht
unbedingt erforderlich, dass die Schaltermatrix 25 jede
beliebige Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17" zu den
Verarbeitungseinrichtungen ermöglicht.
Statt dessen ist eine begrenzte Kombinationsmöglichkeit in den meisten Fällen ausreichend,
beispielsweise indem lediglich Gruppen von jeweils benachbarten Empfangselementen 17, 17', 17" zu
jeweils einer Verarbeitungseinrichtung 25 zugeordnet werden
können.
Eine derartige Beschränkung
der möglichen
Unterordnungen verringert den Schaltungsaufwand noch weiter.
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2 illustriert,
dass der Lichtempfänger 15 auch
eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen 17, 17' aufweisen
kann. Gezeigt ist eine Anordnung von 4 x 4 Empfangselementen 17, 17',
wobei die Empfangselemente 17' zumindest teilweise von
einem Empfangslichtfleck 31 beaufschlagt werden und die
Empfangselemente 17 (in 2 schraffiert
dargestellt) von dem Empfangslichtfleck 31 nicht erfasst
werden.
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Der Lichtempfänger 15 gemäß 2 kann beispielsweise Teil
einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke
mit einem gegenüber
von Lichtsender und Lichtempfänger
zu montierenden Reflexionselement sein. Um nach Montage dieser Reflexionslichtschranke
mechanische Toleranzen auszugleichen, kann im Rahmen eines Einlernbetriebs
mit sukzessiv betrachteten Empfangskanälen zunächst die Lage des Empfangslichtflecks 31 am
Lichtempfänger 15 bestimmt
werden. Aufgrund dieses Messergebnisses werden für den nachfolgenden Überwachungsbetrieb
allein die Empfangssignale der Empfangselemente 17' berücksichtigt.
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Da für jede Anwendungsaufgabe dieser
Reflexionslichtschranke stets ein Empfangslichtfleck 31 von
der in 2 gezeigten Größe erwartet
wird, genügt
es, wenn für
die – beispielsweise
sechzehn – Empfangselemente 17, 17' eine
vergleichsweise geringe Anzahl von – beispielsweise acht – Verarbeitungseinrichtungen 19 vorgesehen
ist, so dass stets lediglich eine der Anzahl dieser Verarbeitungseinrichtungen 19 entsprechende
Anzahl von Empfangskanälen
genutzt wird.
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Der Schaltungsaufwand für diese
Reflexionslichtschranke ist somit erheblich verringert, da für die im Überwachungsbetrieb
letztlich nicht genutzten Empfangselemente 17 kein eigener
vollständiger Empfangskanal
mit Signalverarbeitung und -auswertung verwirklicht sein muss.
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- 11
- Lichtsender
- 13
- Überwachungsbereich
- 15
- Lichtempfänger
- 17
- Empfangselement
- 17'
- Empfangselement
- 17"
- Empfangselement
- 19
- Verarbeitungseinrichtung
- 21
- Auswerteeinrichtung
- 23
- Signalausgang
- 25
- Schaltermatrix
- 27
- Schaltermatrix
- 29
- Objekt
- 31
- Empfangslichtfleck