DE19533044A1 - Double light barrier device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Lichtschranken und bezieht sich auf eine Polfilter-Reflexlichtschranke deren Funktion der Funktion von zwei par allelen, zueinander versetzten Durchlichtschranken entspricht.The invention is in the field of light barriers and relates to a polarizing filter reflex light barrier whose function the function of two par corresponds to allelic, mutually offset transmitted light barriers.
Durchlichtschranken dienen hauptsächlich dem Zweck, kleine Objekte inner halb eines langen Sendestrahles (großer Abstand zwischen Sender und Emp fänger) zu detektieren. Sollen sowohl kleine wie auch große unregelmäßige Objekte erkannt werden, müssen zwei parallele Lichtschranken montiert wer den, die eine, dort wo die kleinen Objekte passieren, die andere, dort wo große Objekte ihren vordersten Punkt haben. Dies ergibt bei Durchlicht schranken einen großen Installationsaufwand, denn es müssen zwei Durch lichtschranken, die aus 4 Teilen und 4 Kabeln bestehen, montiert, bzw. ange schlossen werden.Transmitted light barriers mainly serve the purpose of placing small objects inside half of a long transmission beam (large distance between transmitter and Emp catcher) to detect. Should be both small and large irregular Objects are recognized, two parallel light barriers must be installed the one where the small objects pass, the other where large objects have their foremost point. This results in transmitted light limit a large installation effort, because there must be two through light barriers, which consist of 4 parts and 4 cables, mounted or attached be closed.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ersatz von zwei parallel arbeitenden Durchlichtschranken durch ein billigeres System mit weniger Montageaufwand aber gleichwertiger Detektionssicherheit zu schaffen. It is an object of the invention to replace two working in parallel Transmitted light barriers thanks to a cheaper system with less installation effort but to create equivalent detection reliability.
Die erfindungsgemäße Doppeldurchlichtschranke vermeidet einerseits den oben erwähnten Nachteil durch ihre Bauweise und ergibt andererseits durch die gewählte Lichtführung eine erhöhte Störsicherheit im Vergleich zu ge wöhnlichen Polfilter-Reflexlichtschranken auf und zwar:The double light barrier according to the invention on the one hand avoids the disadvantage mentioned above by their construction and on the other hand results from the selected light routing provides increased interference immunity compared to ge usual polarizing filter reflex light barriers:
- - gegen abzutastende, reflektierende Objekte, die das Licht reflektieren und gleichzeitig noch depolarisieren (beispielsweise ein Spiegel mit einer Kunststoffschicht darüber oder eingepackt in einen transparenten Kunststoffbeutel), und- against reflecting objects to be scanned, which reflect the light and at the same time depolarize (e.g. using a mirror a plastic layer over it or wrapped in a transparent Plastic bag), and
- - gegen Fremdreflexe wie beispielsweise einer metallisch glänzenden Förderbahn über der die Doppellichtschranke montiert ist.- Against external reflections such as a shiny metallic one Conveyor track over which the double light barrier is mounted.
Ferner hat die erfindungsgemäße Doppeldurchlichtschranke keinen Blindbe reich, trotz weit auseinanderliegenden Sender und Empfänger und hat auß erdem eine akzeptable Montagetoleranz derart, daß die Ausrichtung von Sender, Empfänger und Reflektor nicht hoch-genau sein müssen.Furthermore, the double light barrier according to the invention has no blind detector rich, despite the widely spaced transmitter and receiver and has outside er an acceptable mounting tolerance such that the alignment of The transmitter, receiver and reflector do not have to be highly accurate.
Die erfindungsgemäße Doppeldurchlichtschranke funktioniert wie zwei identi sche, parallele Durchlichtschranken, sie besteht jedoch nur aus einer Polfilter reflexlichtschranke mit weit auseinanderliegenden Sender und Empfänger und einem speziellen Reflektor. Sie gibt ein Schaltsignal aus, wenn der eine oder/- und der andere Schrankenstrahl unterbrochen wird. Anhand der unten aufge führten Figuren wird die Erfindung nun im Detail diskutiert. The double light barrier according to the invention works like two identi parallel parallel light barriers, but it only consists of a polarizing filter reflex light barrier with widely spaced transmitter and receiver and a special reflector. It outputs a switching signal if one or / - and the other barrier beam is interrupted. Based on the below The figures are now discussed in detail in the figures.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Doppellicht schranke mit einem Sende/Empfängerteil und einem Reflektorteil; Fig. 1 shows a schematic diagram of a double light barrier according to the invention with a transmitter / receiver part and a reflector part;
Fig. 2 zeigt eine Frontansicht des Reflektorteils mit den Spiegeln und dem polarisationsaktiven Element. Fig. 2 shows a front view of the reflector member with the mirrors and the polarization-active element.
Fig. 1 zeigt eine Doppeldurchlichtschranke mit Sende/Empfängerteil (SE), speziellem Reflektor (R) und den zwei parallelen Lichtstrahlen (L1, L2), die auf Unterbrechung zu kontrollieren sind. Der Sende/Empfängerteil besteht aus dem Sender (S) mit Linse und Polarisationsfilter, dem Empfänger (E) mit Linse und Polarisationsfilter und der Elektronik (EL). Der spezielle Reflektor besteht aus dem Polarisations-verändernden Element (PE) und dem reflektie renden Element. Dieses letztere ist hier realisiert mit Ausschnitten aus einem großen Tripelspiegel mit den drei Einzelspiegeln s1, s2 und s3. Die feine Pfeil linie im Reflektor zeigt einen Reflexionspfad des Lichtes. Die Abstandsanga ben zwischen den beiden Lichtstrahlen und zwischen Sende/ Empfängerteil und Reflektor sind beispielsweise Werte. Fig. 1 shows a double light barrier with transmitter / receiver part (SE), special reflector (R) and the two parallel light beams (L1, L2), which are to be checked for interruption. The transceiver part consists of the transmitter (S) with lens and polarization filter, the receiver (E) with lens and polarization filter and the electronics (EL). The special reflector consists of the polarization-changing element (PE) and the reflecting element. The latter is realized here with cutouts from a large triple mirror with the three individual mirrors s1, s2 and s3. The fine arrow line in the reflector shows a reflection path of the light. The distance gauges between the two light beams and between the transmitter / receiver part and the reflector are values, for example.
Fig. 2 zeigt ein Frontansicht des Reflektorteils R. Dieser enthält den Tripel spiegel mit den Spiegeln s1, s2, s3 und dem polarisationsaktiven Element PE. Man erkennt den Strahlengang, der vom Sender S zum Spiegel s1 und von dort zum Spiegel s3 verläuft, von wo er über den Spiegel s2 durch den Polari sator PE zum Empfänger gespiegelt wird. Fig. 2 shows a front view of the reflector part R. This contains the triple mirror with the mirrors s1, s2, s3 and the polarization-active element PE. One can see the beam path that runs from the transmitter S to the mirror s1 and from there to the mirror s3, from where it is mirrored to the receiver via the mirror s2 by the polarizer PE.
Solch eine Doppeldurchlichtschranke besteht im wesentlichen aus zwei Kom ponenten bzw. Montageteile, aus einem Sende/Empfängerteil SE in einem Gehäuse, der über ein einziges Kabel versorgt wird und das Ausgangssignal liefert und aus einem speziellen Reflektorteil R in einem zweiten Gehäuse, das allenfalls die gleiche Größe wie das Gehäuse für den Sender/Empfänger teil aufweist, aber natürlich ohne Kabel auskommt. Der Sendeteil besteht bei spielsweise aus einer Leuchtdiode oder Laserdiode, die mit einer Linse gut fokussiert wird, so daß ein paralleler oder mehr oder weniger schwach diver gierender Lichtstrahl austritt, der mit einem Linear- oder Zirkular-Polfilter vor dem Austritt polarisiert wird. Bei Laserdioden kann auch die Eigenschaft verwendet werden, daß bereits polarisiertes Licht erzeugt wird. Ein Polfilter kann dann unter Umständen weggelassen werden. Der Empfängerteil besteht beispielsweise eine Photodiode mit davorgeschalteter Linse und Polfilter. Die Linse ist so gestaltet und positioniert, daß der Empfangsbereich ("Empfangs strahl") parallel zum Sendestrahl ausgerichtet ist und möglichst eng (parallel) oder gezielt leicht divergierend ist. Das Polfilter, Linear- oder Zirkularpolfil ter, je nachdem was beim Sender gewählt wurde, ist so ausgerichtet, daß das Licht, das von einem normalen Spiegel in den Empfänger reflektiert wird, ausgelöscht wird. Beispielsweise werden bei linearen Polfiltern die beiden Polfilter vor dem Sender/Empfängerteil gegeneinander um 90° verdreht. Die Polfilter bei Sender und Empfänger können vor oder nach der Linse montiert sein.Such a double light barrier essentially consists of two comm components or assembly parts, from a transmitter / receiver part SE in one Housing that is powered by a single cable and the output signal delivers and from a special reflector part R in a second housing, at most the same size as the housing for the transmitter / receiver has some, but of course works without cables. The broadcast part consists of for example from a light-emitting diode or laser diode that works well with a lens is focused so that a parallel or more or less weakly diver Yielding light beam emerges with a linear or circular polarizing filter is polarized before exiting. With laser diodes, the property can also be used that polarized light is already generated. A polarizing filter can then possibly be omitted. The receiver part exists for example a photodiode with a lens in front and a polarizing filter. The The lens is designed and positioned so that the reception area ("Reception beam ") is aligned parallel to the transmission beam and as narrow as possible (parallel) or is deliberately slightly divergent. The polarizing filter, linear or circular polarizing film ter, depending on what was selected at the transmitter, is aligned so that Light reflected from a normal mirror into the receiver is wiped out. For example, with linear polarizing filters, the two Polarizing filter in front of the transmitter / receiver section rotated 90 ° against each other. The Polarizing filters on the transmitter and receiver can be mounted in front of or behind the lens his.
Im Reflektorteil R befinden sich ein oder mehrere Elemente zur Drehung der Polarisationsebene oder zur Depolarisation des Lichtes und ein spezielles, reflektierendes Element.In the reflector part R there are one or more elements for rotating the Polarization plane or for depolarization of the light and a special, reflective element.
Das die Polarisation verändernde Element besteht im Idealfall aus einer Lambda-Halbe-Verzögerungsplatte angepaßt an die Wellenlänge des Sen delichtes und ist so ausgerichtet, daß erstens bei linearem Polarisationszu stand des Lichtes dieser Zustand um 90° gedreht wird, das bedeutet, daß die optischen Achsen der Verzögerungsplatte 45° zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes geneigt ist und daß zweitens bei zirkularem Polarisa tionszustand des Lichtes der Polarisationszustand umgekehrt wird. Die ab deckende Frontscheibe, die zur vereinfachten Reinigung verwendet wird, besteht beispielsweise aus Acryl- oder normalem Glas und soll in diesem Fall polarisationserhaltend, also möglichst wenig depolarisierend oder polarisa tionsverändernd sein, mit andern Worten, sie soll die Polarisation möglichst nicht verändern. Das die Polarisation verändernde Element kann im einfallen den oder ausfallenden Strahl montiert sein, allenfalls in beiden.The element that changes the polarization ideally consists of one Half-wave retardation plate adapted to the wavelength of the Sen delichtes and is aligned so that firstly with linear polarization stood the light this state is rotated by 90 °, which means that the optical axes of the delay plate 45 ° to the direction of polarization incident light is inclined and that second with circular Polarisa tion state of light the polarization state is reversed. The off opaque windscreen used for easy cleaning, consists for example of acrylic or normal glass and should in this case polarization-preserving, so as little depolarizing or polarisa in other words, it should change the polarization as much as possible Don `t change. The element that changes the polarization can occur in the the beam or the beam to be dropped, at most in both.
Ein solches die Polarisation veränderndes Element könnte auch aus einem oder zwei Lambda-Viertel-Verzögerungsplatten bestehen oder ggf. lediglich aus einer ordentlich depolarisierenden Frontscheibe. Eine solche Frontscheibe könnte beispielsweise aus Acrylglas bestehen, das so hergestellt wird, daß starke, örtlich unterschiedliche Doppelbrechung vorhanden ist.Such an element which changes the polarization could also consist of a or two lambda quarter delay plates exist or possibly only from a neatly depolarizing windshield. Such a windscreen could for example consist of acrylic glass, which is manufactured in such a way that strong, locally different birefringence is present.
Besteht das die Polarisation verändernde Element aus einer Lambda-Halbe- Verzögerungsplatte (λ/2) so können auch durchsichtige Objekte, die polari sationswirksam sind, also depolarisierend oder polarisationsverändernd wirken besser erkannt werden.If the polarization-changing element consists of a half-wave Delay plate (λ / 2) so transparent objects can also be the polar are effective for the station, i.e. they have a depolarizing or polarization-changing effect be better recognized.
Das spezielle reflektierende Element besteht im Idealfall aus einem groß flächigen, 1-zelligem Tripelspiegel (modifizierter corner-reflector) oder aus geeignet gewählten Ausschnitten davon. Der einfallende Lichtstrahl soll in einem gewissen Abstand und parallel dazu in Rückwärtsrichtung wieder aus gesandt werden, wobei der Abstand dem Abstand zwischen Sender und Emp fänger entsprechen soll. Dies wird am einfachsten mit einem großflächigen, 1-zelligem Tripelspiegel erreicht, der aus drei Spiegelflächen besteht, die alle zueinander 90° geneigt sind (wie die Flächen eines Würfels). Der Tripelspie gel kann symmetrisch eingebaut werden, was bedeutet, daß alle Spiegelflä chen gleich stark geneigt (ca. 55°) sind zum einfallenden Strahl. In diesem Fall sollte das Zentrum des Tripelspiegels mehr oder weniger genau in der Mitte zwischen Sende- und Empfangsstrahl liegen. Aus Platzgründen kann es auch geeignet erscheinen, den Tripelreflektor leicht zu neigen, da sich sonst das Doppelspiegelpaar (Spiegel 2 und 3, bei Verwendung von Ausschnitten aus einem Tripelspiegel) weiter hinten befindet, als Spiegel 1. Der Tripelspie gel kann mit drei einzelnen Planspiegeln oder als Kunststoffspritzteil mit verspiegelten Oberflächen realisiert sein.Ideally, the special reflective element consists of a large, single-cell triple mirror (modified corner reflector) or of suitably selected sections thereof. The incident light beam should be sent back at a certain distance and parallel to it in the reverse direction, the distance should correspond to the distance between the transmitter and the receiver. The easiest way to achieve this is with a large, single-cell triple mirror, which consists of three mirror surfaces that are all inclined at 90 ° to each other (like the surfaces of a cube). The triple mirror can be installed symmetrically, which means that all Spiegelflä surfaces are equally inclined (approx. 55 °) to the incident beam. In this case, the center of the triple mirror should be more or less exactly in the middle between the transmit and receive beam. For reasons of space, it may also seem appropriate to tilt the triple reflector slightly, since otherwise the pair of double mirrors (mirrors 2 and 3 , when using cutouts from a triple mirror) are further back than mirror 1 . The triple mirror can be realized with three individual plane mirrors or as a molded plastic part with mirrored surfaces.
Wegen der Verwendung eines Tripelspiegels muß der Reflektor nicht sehr genau im Winkel ausgerichtet werden, was bei der Montage große Vorteile bringt. Die Position des Reflektors muß so gewählt werden, daß der eine Spiegelteil (Spiegel 1 oder Spiegel 2 / 3) gut ausgeleuchtet ist und der zweite Spiegelteil (Spiegel 2 / 3 oder Spiegel 1) etwa in der Achse des Empfangs strahles liegt. Die Größe der Spiegelausschnitte bestimmt die Lichtmenge, die zurück auf den Empfänger geworfen werden. Idealerweise ist die Projektion dieser Spiegelausschnitte auf eine Ebene senkrecht zum Sendestrahl (zumeist identisch mit der Frontscheibe des speziellen Reflektors) gleich groß wie die Austrittsfläche des Senders und die Eintrittsfläche des Empfängers (die eben falls gleich groß gewählt werden), da so die gleichen Eigenschaften wie für zwei parallele Durchlichtschranken mit ihrem typischen, klar begrenzten akti ven Lichtstrahl erreicht werden. Diese Begrenzung des aktiven Lichtstrahles kann bei der Doppeldurchlichtschranke durch Begrenzung der Spiegel oder durch Abdunkelung auf der Frontscheibe erzielt werden.Because of the use of a triple mirror, the reflector does not have to be aligned very precisely, which brings great advantages during assembly. The position of the reflector must be chosen so that the mirror portion (mirror 1, or mirror 2/3) is illuminated well and the second mirror portion (mirror 2/3 or mirror 1) is beam approximately in the axis of reception. The size of the mirror cutouts determines the amount of light that is thrown back onto the receiver. Ideally, the projection of these mirror sections onto a plane perpendicular to the transmission beam (mostly identical to the front window of the special reflector) is the same size as the exit surface of the transmitter and the entrance surface of the receiver (which are also chosen to be the same size), since they have the same properties as for two parallel light barriers with their typical, clearly limited active light beam. This limitation of the active light beam can be achieved in the double light barrier by limiting the mirrors or by darkening the front screen.
Es ist möglich die nutzbare Spiegelfläche kleiner oder größer zu gestalten. Bei kleinerer Fläche nimmt die Lichtausbeute natürlich ab, bei größerer Fläche nimmt sie aber nicht mehr zu, wenn man von ideal gestalteten Spiegel flächen ausgeht, die exakt je 90° zueinander geneigt sind. Ansonsten kann die Lichtausbeute mit größerer Spiegelfläche noch etwas zunehmen. Die Licht ausbeute hängt bei zunehmenden Abständen zwischen Sende/Empfangsteil und speziellem Reflektor von der Winkelgenauigkeit der 90°-Neigungen der Spiegel zueinander ab. Eine Ungenauigkeit der Neigungen der Spiegel zuein ander bewirkt ein "Schielen" des zurückreflektierten Strahles. Eine Winkelge nauigkeit der Spiegelflächen zueinander von beispielsweise 1 mrad ist empfeh lenswert.It is possible to make the usable mirror surface smaller or larger. The luminous efficacy of course decreases with a smaller area, with a larger one However, it no longer increases surface area when looking at ideally designed mirrors surfaces that are exactly 90 ° to each other. Otherwise the Luminous efficacy increase somewhat with a larger mirror surface. The light The yield depends on the increasing distances between the transmitting / receiving part and special reflector on the angular accuracy of the 90 ° inclinations Mirror each other. An inaccuracy of the inclinations of the mirrors the other causes a "squint" of the reflected beam. A Winkelge accuracy of the mirror surfaces to each other of, for example, 1 mrad is recommended worth it.
Beim Einsatz der Doppeldurchlichtschranke bei kleineren Distanzen kann allenfalls als reflektierendes Element ein Doppelspiegel verwendet werden. Auch hier sind die Spiegelflächen 90° zueinander geneigt. Der Nachteil einer solchen Lösung besteht darin, daß hier der Positionswinkel des Reflektors in der Achse parallel zur Lichtablenkung hochgenau justiert werden muß, dies mit zunehmender Distanz immer noch genauer, was zu einem nicht zu ver nachlässigenden Montageaufwand führt.When using the double light barrier at smaller distances at most, a double mirror can be used as a reflecting element. Here, too, the mirror surfaces are inclined at 90 ° to one another. The disadvantage of one Such a solution is that the position angle of the reflector in the axis must be adjusted very precisely parallel to the light deflection, this with increasing distance still more precise, what not to ver ver leads to negligent assembly work.
Als Ersatz für den Tripel- oder Doppelspiegel kann eine Rückreflexion mit seitlicher Auslenkung auf die genau gleiche Weise erreicht werden und zwar mit einem großflächigen, 1-zelligem Retroreflektor-Prisma. Idealerweise be steht ein solches Prisma aus drei reflektierenden Flächen, die auch alle 90° zueinander geneigt sind, allenfalls genügt auch ein Prisma mit zwei reflektie renden Flächen, die ebenso 90° zueinander geneigt sind.A back reflection can be used as a replacement for the triple or double mirror lateral deflection can be achieved in exactly the same way with a large, 1-cell retroreflector prism. Ideally be Such a prism is made up of three reflecting surfaces, which are also every 90 ° are inclined towards each other, at most a prism with two reflectors is sufficient surfaces that are also inclined at 90 ° to each other.
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