DE19707417C2 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Pa­ tent 196 21 120.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Empfänger auf, deren Signale unabhängig voneinander ausgewertet werden. Im ersten Empfänger wird die Amplitude des auftreffenden Empfangslichts mit einer Schwellwerteinheit bewer­ tet. Dadurch können am Ausgang des ersten Empfängers zwei verschiedene Signalwerte "low" und "high" anstehen. Vorteilhafterweise ist das Sen­ der-/Empfängersystem so ausgebildet, daß sich der Signalwert bei freiem Strahlengang von dem Signalwert, wenn ein Objekt im Strahlengang angeordnet ist, in ein­ deutiger Weise und unabhängig von der Materialbeschaffenheit des Objekt unter­ scheidet.

Der zweite Empfänger liefert als Ausgangssignal die Distanz des Reflektors oder eines im Strahlengang angeordneten Objekts zur Vorrichtung.

Die an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale werden in einer gemeinsamen Auswerteeinheit ausgewertet. Hierzu werden die beiden Aus­ gangssignale logisch verknüpft, wodurch eine Bewertung erfolgt, ob im Strah­ lengang der Vorrichtung ein Objekt angeordnet ist oder nicht. Zudem wird da­ durch eine Überwachung der Anordnung des Senders und der Empfänger relativ zum Reflektor ermöglicht.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen getrennt in zwei verschiedenen Empfängern ausgewertet werden, so daß die Vorrichtung empfangsseitig einen zweikanaligen Aufbau aufweist, wodurch die Detektionssicherheit gegenüber einkanaligen Systemen erheblich vergrößert wird. Zudem können auf diese Weise die Si­ cherheitsanforderungen, welche an die Vorrichtung bei einem Einsatz im Perso­ nenschutz gestellt werden, erfüllt werden.

Weiter ist vorteilhaft, daß in den Empfängern unterschiedliche Informationen über die Objekte im Strahlengang gewonnen werden. Während im ersten Empfänger die Amplitude des Empfangslichts ausgewertet wird, werden im zweiten Empfänger Distanzinformationen ausgewertet. Durch die Auswertung beider In­ formationen wird die Detektionssicherheit weiter gesteigert.

Zudem ist die Vorrichtung weitgehend gegen Manipulationen geschützt. Wird beispielsweise ein Reflektor in den Überwachungsbereich eingebracht, so bleibt zwar der Signalwert im ersten Empfänger unverändert, jedoch ändert sich der Distanzwert im zweiten Empfänger, so daß auf diese Weise der Reflektor erkannt wird. Somit kann ausgeschlossen werden, daß eine Person einen Reflektor in den Strahlengang hält, um die Vorrichtung kurzzuschließen um dadurch unbemerkt hinter dem Reflektor in den Strahlengang treten zu können.

Dabei kann vorteilhafterweise die Position des den Überwachungsbereich be­ grenzenden Reflektors als Sollwert in der Auswerteeinheit abgespeichert sein. Während des Betriebs der Vorrichtung wird der Sollwert innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen vorzugsweise zyklisch überwacht.

Um eine besonders kostengünstige Ausgestaltung der Vorrichtung zu erhalten ist der zweite Empfänger als ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender ortsauflösender Detektor ausgebildet.

In diesem ist der Distanzmeßbereich durch den Basisabstand des Senders zum zweiten Empfänger begrenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt in Weiterbildung des Hauptpatents die Aufgabe zugrunde diesen Distanzmeßbereich zu vergrößern.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 Schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder 2 wobei der Reflektor in einer geringeren Distanz als der Mindestabstand zur Vorrichtung an­ geordnet ist.

Fig. 4 Distanzmeßbereiche der Sensoreinheiten der Vorrichtung.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele einer optoelektronischen Vorrichtung 1 zum Erfassen von Objekten, insbesondere auch von Personen, in einem Überwachungsbereich dargestellt. Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist eine erste Sensoreinheit 1a mit einem Sender 2 und zwei Empfängern 3, 4 auf, welche in einem gemeinsamen Gehäuse 5 integriert sind, sowie eine zweite Sensoreinheit 1b mit einem Sender 2a und einem Empfänger 3a, welche in einem zweiten Gehäuse 5b integriert sind. In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform können die Sensoreinheiten 1a, 1b in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Die Sensoreinheiten 1a, 1b sind in vorgegebenem Abstand zueinander nebeneinanderliegend an einem ersten Rand des Über­ wachungsbereichs angeordnet. Zudem weist die Vorrichtung 1 einen Reflektor 6 auf, welcher am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist.

Bei freiem Strahlengang werden die von den Sendern 2 emittierten Sendelicht­ strahlen 7, 7a am Reflektor 6 reflektiert. Ist ein Objekt im Strahlengang angeord­ net, so werden die Sendelichtstrahlen 7 vom Objekt auf die Vorrichtung 1 zurück­ reflektiert.

Der Sender 2 und der erste Empfänger 3 der ersten Sensoreinheit 1a sowie der Sender 2a und der Empfänger 3a der zweiten Sensoreinheit 1b sind jeweils identisch ausgebildet.

Im ersten Empfänger 3 wird die Lichtmenge des auftreffenden Empfangslichts mittels einer Schwellwerteinheit bewertet. Die Sender 2, 2a sind vorzugsweise jeweils von einer Leuchtdiode gebildet. Die Empfänger 3, 3a sind vorzugsweise jeweils von einer Photodiode gebildet.

Mit dem zweiten Empfänger 4 der ersten Sensoreinheit 1a wird die Distanz des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1, oder falls ein Objekt im Strahlengang angeordnet ist, die Distanz des Objekts zur Vorrichtung 1 bestimmt. Demzufolge ist der Emp­ fänger 4 von einem ortsauflösenden Detektor gebildet.

Der ortsauflösende Detektor arbeitet nach dem Triangulationsprinzip. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel besteht der Detektor aus zwei nebeneinanderlie­ gend angeordneten Empfangselementen 9, 10, welche von Photodioden gebildet sind. Die Empfangselemente 9, 10 bilden Nah- und Fernelemente, d. h. bei einem in geringer Distanz von der Vorrichtung 1 entfernten Objekt trifft das Empfangs­ licht nahezu vollständig auf das Nahelement 9, während mit größer werdender Entfernung das Empfangslicht zunehmend auf das Fernelement 10 trifft. Das Verhältnis der Anteile des Empfangslichts, die auf die einzelnen Empfangs­ elemente 9, 10 treffen, liefert somit ein Maß für die Entfernung des jeweils detektierten Objekts zur Vorrichtung 1. Alternativ kann der Empfänger 4 von einem PSD Element gebildet sein.

Die Sender 2, 2a und die Empfänger 3, 4 und 3a sind an eine gemeinsame Aus­ werteeinheit 11 angeschlossen, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Gehäuse 5 der Sensoreinheit 1a integriert ist. Die Auswerteeinheit 11 ist bei­ spielsweise von einem Microcontroller gebildet.

In die Auswerteeinheit 11 werden die an den Ausgängen der Empfänger 3, 4, 3a anstehenden Empfangssignale eingelesen und ausgewertet. Dabei werden die Empfangssignale der Empfänger 3, 4, 3a logisch verknüpft. Als Ergebnis wird dadurch in der Auswerteeinheit 11 als Ausgangssignal ermittelt, ob sich im Über­ wachungsbereich ein Objekt befindet oder nicht. Dieses Ausgangssignal, welches beispielsweise über ein zwangsgeführtes Relais ausgebbar ist, kann zum sicheren Ein- und Ausschalten einer Maschine oder eines Arbeitsmittels verwendet werden.

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist in den Strahlengängen des Senders 2 und des ersten Empfängers 3 der ersten Sensor­ einheit ein Strahlteilerspiegel 12 angeordnet. Der Sender 2 und der erste Empfän­ ger 3 sind so angeordnet, daß deren optische Achsen im rechten Winkel zuein­ ander verlaufen und jeweils in einem Winkel von 45° zur Ebene des Strahlteiler­ spiegels 12 verlaufen.

Die vom Sender 2 emittierten Sendelichtstrahlen 7 durchdringen den Strahlteiler­ spiegel 12 sowie eine in einer Ausnehmung in der Gehäusewand angeordnete Linse 13, welche die Sendelichtstrahlen 7 fokussiert.

Die zweite Sensoreinheit 1b weist diesbezüglich einen identischen Aufbau wie die Sensoreinheit 1a auf, wobei auch die Strahlteilerspiegel 12 und 12a sowie die Linsen 13 und 13a jeweils identisch sind. Dem Empfänger 4 der ersten Sensoreinheit 1a ist eine zweite Linse 14 vorgeordnet, welche ebenfalls in einer Ausnehmung der Gehäusewand neben der ersten Linse 13 angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Reflektor 6 vor­ zugsweise aus einer Reflexfolie.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dem Sender 2 der ersten Sensoreinheit 1a ein Polarisator 15 nachgeordnet, welcher das auf den Strahlteiler­ spiegel 12 auftreffende Sendelicht parallel zur Einfallsebene polarisiert. Dem ersten Empfänger 3 ist ein Polarisator 16 vorgeordnet, welcher das am Strahlteiler­ spiegel 12 reflektierte Empfangslicht senkrecht zur Einfallsebene polarisiert. Die Polarisatoren 15, 16 sind von Polarisationsfiltern gebildet. Die zweite Sensoreinheit 1b ist wiederum identisch zur ersten Sensoreinheit 1a aufgebaut, wobei die Polarisatoren 15, 15a bzw. 16, 16a einander entsprechen. Der Reflektor 6 ist in diesem Fall von einem Tripel-Spiegel gebildet.

In den Fig. 1 und 2 ist die Vorrichtung 1 bei freiem Strahlengang dargestellt, wobei die Distanz der Vorrichtung 1 zum Reflektor 6 oberhalb eines Mindesabstands D_min liegt. Somit treffen die Sendelichtstrahlen 7 ungehindert auf den Reflektor 6 und ein Teil der Empfangslichtstrahlen 8 wird auf die Linse 13 zurückreflektiert, wird dort fokussiert und verläuft bis zum Strahlteilerspiegel 12 koaxial zu den Sendelichtstrahlen 7. Die Empfangslichtstrahlen 8 werden am Strahlteilerspiegel 12 reflektiert und gelangen zum ersten Empfänger 3.

Ein anderer Teil der auf den Reflektor 6 auftreffenden Sendelichtstrahlen 7 gelangt zum zweiten Empfänger 4.

Das Verhältnis der Anteile des auf die Empfänger 3, 4 auftreffenden Empfangs­ lichts hängt vom Abstand der Linsen 13, 14 sowie vom Abstand der Vorrichtung 1 zum Reflektor 6 sowie dessen Materialbeschaffenheit ab.

Entsprechend treffen die vom Sender 2a emittierten Sendelichtstrahlen 7a auf den Reflektor 6. Die von dort reflektierten Empfangslichtstrahlen 8a treffen auf den Empfänger 3a.

Die Amplitude des auf den ersten Empfänger 3 auftreffenden Empfangslichts wird mittels der Schwellwerteinheit bewertet, so daß am Ausgang des ersten Empfängers 3 ein binäres Empfangssignal mit den Signalwerten "low" und "high" ansteht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird bei freiem Strahlengang ein großer Anteil des Sendelichts von der Reflexfolie auf den Empfänger 3 bzw. 3a zurückreflektiert, so daß in diesem Fall die Amplitude des Empfangslichts ober­ halb des Schwellwerts liegt und das Empfangssignal den Wert "high" annimmt.

Dasselbe Empfangssignal steht an, wenn im Strahlengang ein spiegelndes Objekt so angeordnet ist, daß das zurückreflektierte Licht auf den Empfänger 3 bzw. 3a trifft.

Dagegen nimmt das Empfangssignal den Wert "low" an, wenn im Strahlengang ein Objekt mit diffus reflektierender Oberfläche angeordnet ist. In diesem Fall liegt die Amplitude des Empfangslichts unterhalb des Schwellwerts. Somit können mit dem Empfänger 3 bzw. 3a diffus reflektierende Objekte erkannt wer­ den. Dagegen liefern spiegelnde Objekte dasselbe Empfangssignal wie bei freiem Strahlengang, so daß alleine mit dem ersten Empfänger 3 bzw. 3a eine Erkennung von spiegelnden Objekten nicht möglich ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch den dem Sender 2 bzw. 2a nachgeordneten Polarisator 15 bzw. 15a und durch den Strahlteiler­ spiegel 12 bzw. 12a das Sendelicht parallel zur Einfallsebene bezüglich des Strahlteilerspiegels 12 bzw. 12a polarisiert. Empfangsseitig gelangt durch den dem ersten Empfänger 3 bzw. 3a vorgeordneten Polarisator 16 bzw. 16a jedoch nur senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Empfangslicht auf den ersten Empfänger 3 bzw. 3a.

Bei freiem Strahlengang wird das auf den Tripel-Spiegel auftreffende Sendelicht um 90° in der Polarisationsrichtung gedreht depolarisiert und über den Strahl­ teilerspiegel 12 bzw. 12a auf den ersten Empfänger 3 bzw. 3a zurückreflektiert, wobei durch den Polarisator 16 bzw. 16a nur der senkrecht polarisierte Anteil auf den Empfänger 3 bzw. 3a gelangt. Durch die gerichtete Reflexion am Reflektor 6 ist dieser Anteil jedoch so groß, daß die Amplitude des auf den ersten Empfänger 3 bzw. 3a auftreffenden Empfangslichts oberhalb des Schwellwerts liegt und das Empfangssignal den Wert "high" annimmt.

Ist ein spiegelndes Objekt im Überwachungsbereich so angeordnet, daß die Sende­ lichtstrahlen 7 bzw. 7a vom Objekt zum ersten Empfänger 3 bzw. 3a zurückreflek­ tiert werden, so nimmt das Empfangssignal am Ausgang des ersten Empfängers 3 bzw. 3a den Wert "low" an, obwohl ein großer Anteil des Sendelichts in Richtung des Empfängers 3 bzw. 3a zurückreflektiert wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die lineare Polarisation des Sendelichts bei der Reflexion am spiegelnden Objekt im wesentlichen erhalten bleibt, so daß das auf den Strahlteilerspiegel 12 bzw. 12a auftreffende Empfangslicht im wesentlichen parallel zur Einfallsebene polarisiert ist. Da der Polarisator 16 bzw. 16a nur für senkrecht zur Einfallsebene polarisiertes Licht durchlässig ist, gelangt nahezu kein Empfangslicht auf den Empfänger 3 bzw. 3a.

Ist ein diffus reflektierendes Objekt im Überwachungsbereich angeordnet, so wird das am Objekt diffus reflektierte Sendelicht depolarisiert. Der senkrecht polarisier­ te Anteil des Empfangslichts gelangt zwar auf den Empfänger 3 bzw. 3a, jedoch ist die Amplitude des vom Objekt zurückgestreuten Empfangslichts so gering, daß das Empfangssignal wiederum den Wert "low" annimmt.

Somit liefert bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 der erste Empfänger 3 bzw. 3a sowohl für Objekte mit diffus reflektierender Oberfläche als auch für spiegelnde Objekte das Empfangssignal "low" während bei freiem Strahlengang der Empfangssignalwert "high" erhalten wird.

Dies bedeutet, daß mit dem ersten Empfänger 3 bzw. 3a beide Objekte gleicher­ maßen erkannt werden können.

Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich der Reflektor 6 in einer Distanz zur Vorrichtung 1, welcher größer als ein vorgegebener Mindestabstand D_min ist. Vorzugsweise beträgt D_min wenigstens 500 mm.

In diesem Fall treffen die Empfangslichtstrahlen 8a bei freiem Strahlengang vom Sender 2 der ersten Sensoreinheit 1a vollständig auf den Empfänger 4 dieser Sensoreinheit 1a. Entsprechend dem Basisabstand D₁ des Senders 2 zum Empfänger 4 kann mit der Triangulationsmessung ein vorgegebener Entfer­ nungsmeßbereich M(D₁) erfaßt werden. Dieser Entfernungsmeßbereich M(D₁) ist in Fig. 4 dargestellt. Der Basisabstand D₁ liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 30 mm und 70 mm und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 50 mm. Damit liegt der nutzbare Entfernungsmeßbereich zwischen 0,5 m und 3 m, was einem Triangulationswinkelbereich von etwa 0,50 bis 80 entspricht.

Ist der Reflektor 6 oder ein Objekt außerhalb des Entfernungsmeßbereichs M(D₁) angeordnet, so ist mit der ersten Sensoreinheit 1a keine Distanzmeßung mehr möglich. Zur Erweiterung des Entfernungsmeßbereichs M(D₁) zu größeren Distanzen hin ist die zweite Sensoreinheit 1b vorgesehen. Sobald der Abstand D_{1_max} des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 überschritten wird, gelangt eine regi­ strierbare Menge von Sendelichtstrahlen 7a, welche vom Sender 2a der zweiten Sensoreinheit 1b über den Reflektor 6 zum Empfänger 4 der ersten Sensoreinheit 1a.

Je größer die Distanz des Reflektor 6 zur Vorrichtung 1 wird, desto größer wird der Anteil der Sendelichtstrahlen 7a, die vom Sender 2a zum Empfänger 4 gelangen und desto kleiner wird der Anteil der Sendelichtstrahlen 7, die vom Sender 2 zum Empfänger 4 gelangen. In Fig. 3 ist der Fall dargestellt, daß auf den Empfänger 4 nur noch die vom Sender 2a stammenden Empfangslichtstrahlen 8a des Sender 2a, jedoch nicht mehr die vom Sender 2 stammenden Empfangs­ lichtstrahlen 8 treffen.

Der Sender 2a der zweiten Sensoreinheit 1b und der Empfänger 4 bilden somit einen zweiten nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden Distanzsensor. Der Basisabstand D₂ zwischen dem Sender 2a und dem Empfänger 4 bestimmt den Entfernungsmeßbereich M(D₂). Der Basisabstand D₂ liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 300 mm und 700 mm. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt D₂ = 500 mm, wodurch ein Entfernungsmeßbereich M(D₂) zwischen 3 m und etwa 6 m bzw. ein Triangulationswinkel im Bereich zwischen 40 und 120 erreicht wird.

Die Entfernungsmeßbereiche M(D₁) und M(D₂) ergänzen sich, so daß durch den Einsatz der zweiten Sensoreinheit 1b der nutzbare Entfernungsmeßbereich M(D₁) erheblich vergrößert wird. Prinzipiell können noch weitere Sensoreinheiten 1b zur Vorrichtung 1 hinzugefügt werden, um den Entfernungsbereich M(D₁) noch weiter zu vergrößern.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel überlappen die beiden Entfernungsmeßbereiche M(D₁) und M(D₂) in einem begrenzten Bereich bei Dis­ tanzen um etwa 3 m. Damit eine eindeutige Zuordnung der Distanzwerte ge­ währleistet ist, werden die Sender 2 und 2a im Pulsbetrieb betrieben. Dabei sind die Pulsfolgefrequenzen so gewählt, daß von den Sendern 2, 2b abwechselnd Sendelichtimpulse 7, 7a ausgesendet werden. Somit werden die von den Sendern 2, 2a emittierten Sendelichtimpulse 7, 7a vom Empfänger 4 nacheinander regi­ striert und werden in der Auswerteeinheit 11 sequentiell ausgewertet.

In der Auswerteeinheit 11 werden die Empfangssignale der Empfänger 3, 3a mit den Empfangssignalen des zweiten Empfängers 4 logisch verknüpft. Die Aus­ werteeinheit 11 liefert als Ausgangssignal eine Bewertung, ob ein Objekt im Über­ wachungsbereich angeordnet ist oder nicht. Alternativ können die Emp­ fangssignale 3, 3a separaten Auswerteeinheiten zugeführt werden in welchen die Empfangssignale 3, 3a getrennt ausgewertet werden. Die Verknüpfung der Empfangssignale 3, 3a erfolgt dann über die an die Auswerteeinheiten ange­ schlossenen Ausgangskontakte.

Zusätzlich erfolgt eine Überwachung der Anordnung der Sender 2, 2a und der Empfänger 3, 4 relativ zum Reflektor 6. Dies ist insbesondere dann von Bedeu­ tung, wenn mit der Vorrichtung 1 ein Überwachungsbereich beispielsweise vor einer Maschine, von der eine Gefährdung von Personen ausgehen kann, überwacht wird. Beispielsweise kann mit der Vorrichtung 1 das Vorfeld einer Werkzeugmaschine überwacht werden. Ebenso kann die Vorrichtung 1 zur Zugangskontrolle in Fertigungseinrichtungen eingesetzt werden. Das von der Aus­ werteeinheit 11 gelieferte Ausgangssignal wird dann zum sicheren Ein- und Aus­ schalten dieser Maschine verwendet. Ein Einschalten der Maschine darf nur dann erfolgen, wenn im Überwachungsbereich kein Objekt, insbesondere keine Person, angeordnet ist.

Ist ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet, muß über die Vorrichtung 1 die Maschine abgeschaltet werden, um Gefährdungen von Personen auszu­ schließen. Zudem muß dann ein Abschalten der Maschine erfolgen, wenn die Vor­ richtung 1 fehlerhaft arbeitet. Hierzu gehört insbesondere auch der Fall, daß die Sender 2, 2a und die Empfänger 3, 3a, 4 relativ zum Reflektor 6 nicht ordnungsge­ mäß ausgerichtet sind. Diese Fehler können mit der zweikanaligen Empfänger­ struktur der Vorrichtung 1 mit großer Sicherheit erkannt werden.

Wird beispielsweise im Empfänger 3 und/oder 3a gemäß dem Ausführungsbei­ spiel aus Fig. 2 der Signalwert "high" registriert, so würde dies bedeuten, daß ein freier Strahlengang vorliegt. Jedoch ergäbe sich der gleiche Signalzustand auch dann, wenn der Reflektor 6 dejustiert wäre und die Sendelichtstrahlen 7 und/oder 7a auf einen in größerem Abstand angeordneten Reflektor treffen würden. Des­ gleichen ergäbe sich derselbe Signalzustand, wenn innerhalb des Überwachungs­ bereichs ein weiterer Reflektor aufgestellt würde. Dann könnte sich hinter diesem Reflektor eine Person aufhalten, ohne daß diese von der Vorrichtung 1 registriert werden könnte. Derartige Fehlerzustände können durch die Distanzmessung mittels des zweiten Empfängers 4 mit großer Sicherheit aufgedeckt werden.

Die Größe des Überwachungsbereichs oder alternativ die Position des den Über­ wachungsbereich begrenzenden Reflektors 6 können als Sollwerte in der Aus­ werteeinheit 11 registriert sein. Alternativ kann während einer Abgleichphase vor Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 die Distanz des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 bei freiem Strahlengang gemessen werden und als Sollwert in der Auswerteeinheit 11 abgespeichert werden. Eine Ausgabe der Meldung, daß der Strahlengang der Vorrichtung 1 frei ist erfolgt nur, wenn nicht nur das Empfangssignal der Empfänger 3 und/oder 3a den Wert "high" annehmen sondern auch der im zweiten Empfänger 4 registrierte Distanzwert mit dem Sollwert mit hinreichender Genauigkeit übereinstimmt.

Hierzu sind in der Auswerteeinheit 11 vorteilhafterweise Toleranzgrenzen abge­ speichert. Der aktuelle ermittelte Distanzwert wird dann daraufhin überprüft, ob er mit dem Sollwert innerhalb dieser vorgegebenen Toleranzgrenzen übereinstimmt. Die Werte der Toleranzgrenzen können durch die Meßwertstreuungen bei der Distanzbestimmung des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 vorgegeben sein. In diesem Falle werden die Toleranzgrenzen während der Abgleichphase durch Meh­ rfachabtastung des Reflektors 6 und anschließender Berechnung der Streuung der Meßwerte erhalten. Alternativ können die Toleranzgrenzen durch Vorgaben der für die Betriebssicherheit der jeweils zu überwachenden Maschine maßgeblichen Vorschriften vorgegeben sein.

Anstelle der Vorgabe von Toleranzgrenzen kann auch in der Auswerteeinheit 11 ein Mindestabstand des Reflektors 6 zur Vorrichtung 1 vorgegeben sein, welcher in jedem Falle einzuhalten ist.

Durch die zweikanalige Empfängerstruktur wird gegenüber einer einkanaligen Struktur auch eine Erhöhung der Detektionssicherheit der Vorrichtung 1 erreicht. Dies ist dadurch bedingt, daß das vom detektierten Objekt stammende Emp­ fangslicht hinsichtlich der Amplitude und der Distanzinformation ausgewertet wird. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß diese Auswertung in zwei un­ terschiedlichen Kanälen unabhängig voneinander erfolgt. Bei einem in einem Empfangssystem auftretenden Fehler arbeitet das jeweils andere Empfangssystem noch fehlerfrei. Dadurch können auftretende Fehler schnell lokalisiert werden.

Insbesondere können bei der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 durch die zusätzliche Auswertung der Distanzwerte im zweiten Empfänger 4 sowohl diffus reflek­ tierende als auch spiegelnde Objekte erkannt werden. Würden allein die Emp­ fangssignale der Empfänger 3 und 3a ausgewertet, so könnten alleine diffus re­ flektierende Objekte erkannt werden, da diese den Signalwert "low" am Ausgang des Empfängers 3 liefern. Spiegelnde Objekte liefern dagegen ebenso wie bei freiem Strahlengang das Empfangssignal "high". Durch die mit dem zweiten Empfänger 4 zusätzlich gewonnene Distanzinformation kann jedoch ein von einem spiegelnden Objekt stammendes Signal von einem von dem Reflektor 6 stammenden Signal unterschieden werden.

Die Bewertung der Empfangssignale in der Auswerteeinheit 11 liefert als Aus­ gangssignal die Signalzustände "Strahlengang frei" und "Strahlengang nicht frei". Der Signalzustand "Strahlengang frei" liegt dann vor, wenn wenigstens an einem der Empfänger 3 oder 3a das entsprechende Empfangssignal, in den Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 1 und 2 der Signalwert "high", vorliegt, und wenn der Distanzwert am Ausgang des zweiten Empfängers 4 mit dem Sollwert für die Reflektorposition hinreichend genau übereinstimmt. In allen anderen Fällen, insbesondere auch dann, wenn aufgrund einer nicht ordnungsgemäßen räumlichen Zuordnung des Reflektors 6 den Sendern 2, 2a und zu den Empfängern 3, 3a, 4 Fehlsignale registriert werden, liegt der Signalzustand "Strahlengang nicht frei" vor.

Diese Signale werden zum sicheren Ein- und Ausschalten einer Maschine oder Arbeitsmittels, welches mit der Vorrichtung 1 überwacht wird, verwendet. Dabei erfolgt ein Einschalten der Maschine oder des Arbeitsmittels nur dann, wenn der Signalzustand "Strahlengang frei" vorliegt. Demgegenüber erfolgt ein Abschalten bei Vorliegen des Signalzustands "Strahlengang nicht frei".

Zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen für den Einsatz im Personenschutz weist die Auswerteeinheit 11 zweckmäßigerweise einen redundanten Aufbau auf.

Claims (16)

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Über­ wachungsbereich mit
einem Sender (2),
einem ersten und einem zweiten Empfänger (3, 4), welche an einem Rand des Überwachungsbereichs - eine erste Sensoreinheit (1a) bildend - angeordnet sind,
einem Reflektor (6), welcher am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs ange­ ordnet ist, wobei
bei freiem Strahlengang die vom Sender (2) emittierten Sendelichtstrahlen (7) über den Reflektor (6) auf die Empfänger (3, 4) geführt sind,
eine Schwellwerteinheit am ersten Empfänger (3) die Lichtmenge der auftreffenden Empfangslichtstrahlen (8) bewertet,
der zweite Empfänger (4) von einem ortsauflösenden Detektor gebildet ist, welcher ein Maß für die Länge des Lichtwegs vom Sender (2) über ein Objekt im Überwachungsbereich oder über den Reflektor (6) zum zweiten Empfänger (4) ermittelt,
und in einer Auswerteeinheit (11) die an den Ausgängen der Empfänger (3, 4) anstehenden Empfangssignale zur Bewertung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich vorhanden ist, und zur Überwachung der Anordnung des Senders (2), der Empfänger (3, 4) und des Reflektors (6) logisch verknüpft sind, nach Patent 196 21 120, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem einen Rand des Überwachungsbereichs neben der ersten Sensoreinheit (1a) im Abstand zu dieser wenigstens eine zweite Sensoreinheit (1b) angeordnet ist, welche einen Sender (2a) und einen ersten Empfänger (3a) aufweist,
daß bei freiem Strahlengang auch die von letzterem Sender (2a) emittierten Sendelichtstrahlen (7, 7a) auf den Reflektor (6) geführt sind,
daß unterhalb eines Abstands D_{1_max} des einen Randes zu dem Reflektor (6) oder zu einem Objekt die daran reflektierten und vom Sender (2 oder 2a) einer Sensoreinheit (1a oder 1b) emittierten Sendelichtstrahlen (7a oder 7b) auf die bzw. den Empfänger (3, 4 oder 3a) derselben Sensoreinheit (1a oder 1b) treffen,
daß bei größeren Di­ stanzwerten die vom Sender (2a) der zweiten Sensoreinheit (1b) emittierten Sendelichtstrahlen (7a) auf den ortsauflösenden Detektor der ersten Sensoreinheit (1a) treffen, und
daß beide Sensoreinheiten (1a, 1b) an die Auswerteeinheit (11) angeschlossen sind, in welcher die an den Ausgängen sämtlicher Empfänger (3, 3a, 4) anstehenden Empfangssignale zur Bewer­ tung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich angeordnet ist, und zur Über­ wachung der Anordnung der Sender (2, 2a), der Empfänger (3, 3a, 4) und des Reflektors (6) logisch verknüpft sind.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (2, 2a) der Sensoreinheiten (1a, 1b) im Pulsbetrieb betrieben werden, so daß diese abwechselnd Sendelichtimpulse (7, 7a) aussenden, und daß die von den Sendern (2, 2a) emittierten Sendelichtimpulse (7, 7a) sequentiell in der Auswerteeinheit (11) ausgewertet werden.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Distanzbereiche, in welchen die vom Sender (2) der ersten Sensoreinheit (1a) emittierten Sendelichtstrahlen (7) und die vom Sender (2a) der zweiten Sensoreinheit (1b) auf den ortsauflösenden Detektor tref­ fen, teilweise überlappen.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisabstand D₁ des Senders (2) der ersten Sensoreinheit (1a) zum ortsauflösenden Detektor der ersten Sensoreinheit (1a) im Bereich zwischen 30 mm und 70 mm liegt, und daß der Basisabstand D₂ des Sender (2a) der zweiten Sensoreinheit (1b) zum ortsauflösenden Detektor der ersten Sensoreinheit (1a) im Bereich zwischen 300 mm und 700 mm liegt.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite Sensoreinheiten (1b) jeweils in vorgegebenen Abständen zueinander zur ersten Sensoreinheit (1a) an­ geordnet sind.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (2, 2a) und die ersten Empfänger (3, 3a) der Sensoreinheiten (1a, 1b) jeweils identisch ausgebildet sind.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsauflösende Detektor der ersten Sensoreinheit (1a) zwei nebeneinander liegend angeordnete, ein Nah- und ein Fernelement bildende Empfangselemente (9, 10) aufweist.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangselemente (9, 10) jeweils von einer Photodiode gebildet sind.

9. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten und zweiten Sensoreinheit jeweils (1a, 1b) dem Sender (2) und dem ersten Empfänger (3) ein Strahlteilerspiegel (12) so zugeordnet sind, daß die vom Sender (2) emittierten Sendelichtstrahlen (7) den Strahlteilerspiegel (12) durchdringen und die Empfangslichtstrahlen (8) am Strahlteilerspiegel (12) reflektiert und von dort zum Empfänger (3) geführt werden.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (6) von einer Reflexfolie gebildet ist.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sender (2) ein Polarisator (15) nachgeordnet ist, welcher das auf den Strahlteilerspiegel (12) geführte Sendelicht parallel zu dessen Einfalls­ ebene polarisiert.

12. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Empfänger (3) ein Polarisator (16) vorgeordnet ist, welcher das am Strahlteilerspiegel (12) reflektierte Empfangslicht senkrecht zur Einfallsebene polarisiert.

13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reflektor (6) von einem Tripel-Spiegel gebildet ist.

14. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ortsauflösenden Detektor die Position des Re­ flektors (6) innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen überwacht wird.

15. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese den Signalzustand "Strahlengang frei" annimmt, falls das Dis­ tanzsignal im ortsauflösenden Detektor der Sollposition des Reflektors (6) innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen entspricht, und falls die an den Empfängern (3, 3a) anstehenden Signale jeweils oberhalb des Schwellwerts liegen, und daß ansonsten die Vorrichtung (1) den Signalzustand "Strahlen­ gang nicht frei" einnimmt.

16. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (11) einen redundanten Aufbau aufweist.