DE19924351C2 - Lichtschranke - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lichtschranke zur Durchführung
des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 196 13 940 C2 bekannt. Die dort be
schriebene Lichtschranke weist zwei Schaltzustände "Lichtweg frei" und
"Lichtweg nicht frei" auf. Der Sender der Lichtschranke sendet periodisch Fol
gen von Lichtimpulsen aus, wobei jeweils innerhalb einer Periode T innerhalb
eines Zeitintervalls TS eine vorgegebenen Anzahl von NS Lichtimpulsen ausge
sendet wird, worauf sich eine Sendepause TP anschließt. In der Auswerteeinheit
der Lichtschranke werden auf den Empfänger auftreffende Lichtimpulse je
weils während vorgegebener Zeitintervalle TE ausgewertet, wobei das Zeitin
tervall TE geringfügig größer als das Zeitintervall TS ist.
Ausgehend vom Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" wird das Zeitintervall TE
erstmals dann geöffnet, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird.
Der Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" wechselt erst dann in den Schaltzu
stand "Lichtweg frei", nachdem NS Lichtimpulse innerhalb eines Zeitintervalls
TE registriert worden sind.
Im Schaltzustand "Lichtweg frei" wird das Zeitintervall TE jeweils nach seiner
Beendigung geöffnet, sobald empfangsseitig ein Lichtimpuls registriert wird.
Dabei verbleibt die Lichtschranke im Schaltzustand "Lichtweg frei" auch dann,
wenn während eines vorgegebenen Zeitintervalls TI, welches größer oder gleich
der Periodendauer T = TS + TP ist, empfangsseitig innerhalb wenigstens eines
Zeitintervalls TE wenigstens Nmin Lichtimpulse registriert werden, wobei 0,5 NS
< Nmin < NS ist.
Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, daß ohne eine Synchronisierung von Sen
der und Empfänger eine weitgehend sichere Detektion von Störsignalen ge
währleistet ist.
Jedoch kann es bei derartigen Lichtschranken insbesondere dann zu Fehlschal
tungen kommen, wenn sich ein Objekt im Strahlengang befindet und gleich
zeitig von einer Störlichtquelle emittierte Lichtimpulse mit sich verändernder
Frequenz auf den Empfänger der Lichtschranke treffen. Aufgrund der sich ver
ändernden Störlichtfrequenz kann es vorkommen, daß innerhalb eines Zeitin
tervalls TE gerade NS Lichtimpulse registriert werden, worauf die Lichtschran
ke fälschlicherweise in den Schaltzustand "Lichtweg frei" wechselt. Wenn
dann die für den Wechsel in den Schaltzustand "Lichtweg nicht frei" geforderte
Anzahl Nmin von Lichtimpulsen erheblich kleiner als der Wert NS ist, kann der
Schaltzustand "Lichtweg frei" sogar über eine längere Zeit erhalten bleiben.
Derartige Fehlerquellen könnten prinzipiell dadurch minimiert werden, daß die
für den Wechsel in den Schaltzustand "Lichtweg frei" geforderte Anzahl von
NS Lichtimpulsen sehr groß gewählt würde. Dies würde jedoch zu einer uner
wünscht niedrigen Schaltfrequenz der Lichtschranke führen.
Ferner ist bei diesem Verfahren nachteilig, daß der Sender eine Folge von kur
zen Lichtimpulsen generieren muß, wobei dabei die Pausen zwischen zwei
Lichtimpulsen ebenfalls sehr kurz sind. Dies führt zu einem relativ großen
schaltungstechnischen Aufwand bei der Pulsformung der Lichtimpulse und zu
einer relativ hohen Belastung des Senders. Zudem ist auch empfangsseitig ein
erhöhter Aufwand notwendig, um die einzelnen Lichtimpulse getrennt vonein
ander zu detektieren. Dies macht den Einsatz von hochwertigen, schnellen
elektronischen Bauteilen notwendig, wodurch die Herstellkosten der Licht
schranke relativ groß sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde auf möglichst einfache Weise einen
störungsfreien Betrieb einer Lichtschranke zu gewährleisten.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 13 vorge
sehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß werden die Empfangslichtimpulse periodisch jeweils inner
halb einer Periodendauer TE registriert, welche zumindest näherungsweise der
Periodendauer TS entspricht, mit welcher der Sender periodisch Sendelichtim
pulse emittiert.
Jede Periodendauer TE ist in gleicher Weise in eine vorgegebene Anzahl von
Zeitfenstern Zn (n = 1 . . . N) unterteilt, wobei für jede Periodendauer TE in jedem
Zeitfenster Zn die Anzahl der am Empfänger auftreffenden Empfangslichtim
pulse registriert wird.
Vorzugsweise wird jeweils geprüft, in welches Zeitfenster beispielsweise die
Vorderflanke eines Empfangslichtimpulses fällt. In diesem Fall können die
Breiten der Zeitfenster Zn kleiner als die Pulsbreite eines Sende- oder eines
entsprechenden Empfangslichtimpulses sein, wobei dennoch eine eindeutige
Zuordnung des Empfangslichtimpulses zu einem Zeitfenster Zn möglich ist.
Die Auswertung innerhalb einer Periodendauer TE erfolgt derart, daß der einem
Zeitfenster Zn zugeordnete Zählerstand Bn um einen vorgegebenen Wert erhöht
wird, falls ein Empfangslichtimpuls innerhalb dieses Zeitfensters Zn registriert
wird. Andernfalls bleibt der Zählerstand Bn gleich oder wird um einen vorge
gebenen Betrag vermindert.
Die Lichtschranke nimmt dann den Schaltzustand "Lichtweg frei" ein, falls
wenigstens der Zählerstand Bn eines Zeitfensters Zn größer oder gleich als ein
vorgegebener Schwellwert A ist.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Auswertung der Emp
fangslichtimpulse jeweils innerhalb einer Periodendauer TE vorzunehmen, wel
che der Periodendauer TS etwa entspricht.
Für den Fall, daß die Periodendauer TE exakt gleich der Periodendauer TS ist,
fallen bei störungsfreiem Betrieb und freiem Lichtweg der Lichtschranke die
von dem Sender emittierten Sendelichtimpulse und am Empfänger als Emp
fangslichtimpulse für jede Periodendauer TE jeweils in das gleiche Zeitfenster
Zn. Dadurch wird mit jeder Periodendauer TE der Zählerstand Bn des entspre
chenden Zeitfensters Zn erhöht bis der Schwellwert A überschritten wird und
demzufolge der Schaltzustand "Lichtweg frei" eingenommen wird.
Auch wenn die Periodendauer TE geringfügig von der Periodendauer TS ab
weicht, ist gewährleistet, daß bei freiem Strahlengang der Zählerstand Bn eines
Zeitfensters Zn den Schwellwert A erreicht, so daß der Schaltzustand "Licht
weg frei" angenommen wird. Bei etwas größeren Zeitdifferenzen von TE - TS
kann hierzu in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen
sein, daß bei einem in ein Zeitfenster Zn fallenden Empfangslichtimpuls nicht
nur der Zählerstand Bn dieses Zeitfensters sondern auch der Zählerstand des
benachbarten Zeitfensters Bn-1 oder gegebenenfalls Bn+1 erhöht wird.
Asynchron zum Sendetakt des Senders auf den Empfänger auftreffende Stör
lichtimpulse fallen zufällig auf beliebige Zeitfenster Zm innerhalb einer Periode
TE und führen nur zu einem kurzzeitigen, geringfügigen Hochzählen der ent
sprechenden Zählerstände Bm, die nach vorgegebener Zeit wieder auf den Wert
null zurückgesetzt werden und somit nicht zu einem Überschreiten des
Schwellwerts A führen.
Derartige Störlichtimpulse führen somit nicht zu einer Fehlschaltung der Licht
schranke.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird pro Periodendauer TS vom Sender
jeweils ein Sendelichtimpuls emittiert. Je nachdem, ob TE etwas größer oder
kleiner als TS ist, werden dann bei freiem Lichtweg und im störungsfreien Be
trieb der Lichtschranke pro Periodendauer ein oder zwei Empfangslichtimpulse
am Empfänger registriert. Demzufolge kann maximal eine vorgegebene Anzahl
Do von Zeitfenstern Zn Zählerstände Bn aufweisen, die oberhalb des Schwell
werts A liegen.
Werden jedoch für mehr als Do Zeitfenster Zn Zählerstände Bn oberhalb des
Schwellwerts A registriert, so muß ein Störsender vorliegen, welcher mit etwa
derselben Frequenz wie der Sender Störlicht abstrahlt. Dieser Fremdsender
kann beispielsweise von einer zweiten Lichtschranke gebildet sein. In diesem
Fall wird eine Störmeldung abgegeben, so daß auch derartige Störungen die
Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Lichtschranke nicht beeinträchti
gen.
Mit der erfindungsgemäßen Lichtschranke können somit sowohl zufällig auf
tretende Störlichteinstrahlungen als auch synchron zum Sendetakt auftretende
Störlichteinflüsse sicher erkannt und unterschieden werden.
Besonders vorteilhaft dabei ist, daß diese Störungen ohne Zeitverzug erkannt
werden können, wobei insbesondere die asynchron auftretenden Störeinflüsse
beseitigt werden können ohne die Schaltfrequenz der Lichtschranke uner
wünscht zu reduzieren. Der Betrieb der Lichtschranke bleibt somit durch der
artige Störungen völlig unbeeinflußt.
Schließlich ist vorteilhaft, daß die Auswertung der Empfangslichtimpulse di
gital erfolgen kann, wobei die Auswerteeinheit von einem Mikroprozessor oder
ASIC gebildet sein kann und dementsprechend kostengünstig ist. Dabei eignet
sich eine derartige Auswertung insbesondere auch für sicherheitstechnische
Anwendungen, wobei in diesem Fall die Auswerteeinheit vorzugsweise redun
dant aufgebaut ist.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lichtschranke
Fig. 2 Zeitdiagramme für einzelne Komponenten der Lichtschranke gemäß
Fig. 1 für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Fig. 3 Erstes Zeitdiagramm für die Auswertung eines Empfangslichtimpul
ses nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Fig. 4 Zweites Zeitdiagramm für die Auswertung eines Empfangslichtim
pulses nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsge
mäßen Verfahrens.
Fig. 5 Zeitdiagramme für einzelne Komponenten der Lichtschranke gemäß
Fig. 1 für ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Fig. 6 Zeitdiagramme für einzelne Komponenten der Lichtschranke gemäß
Fig. 1 für ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Fig. 7 Schematische Darstellung von Auswerteregeln zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Lichtschranke 1. Die Lichtschranke 1 weist einen Sendelichtimpulse 2 emittie
renden Sender 3 auf, der beispielsweise von einer Leuchtdiode gebildet ist. Der
Sender 3 ist an einen Sendeoszillator 4 angeschlossen, welcher den Sendetakt
1/TS vorgibt, mit welchem die Sendelichtimpulse 2 emittiert werden. Im vor
liegenden Ausführungsbeispiel wird innerhalb einer Periodendauer TS jeweils
ein Sendelichtimpuls 2 mit einer vorgegebenen Pulsdauer emittiert. Der Sender
3 und der Sendeoszillator 4 sind in einem ersten Gehäuse 5 angeordnet, in wel
chem zudem eine nicht dargestellte, dem Sender 3 nachgeordnete Sendeoptik
zur Strahlformung der Sendelichtimpulse 2 vorgesehen sein kann.
Im Abstand zum Sender 3 ist ein Empfänger 6 angeordnet, der von einer Pho
todiode oder dergleichen gebildet ist. Auf den Empfänger 6 treffen vom Sender
3 emittierte Sendelichtimpulse 2 sowie gegebenenfalls von Störsendern emit
tierte Störlichtimpulse als Empfangslichtimpulse auf. Zudem kann dem Emp
fänger 6 eine nicht dargestellte Empfangsoptik vorgeordnet sein. Diese Emp
fangslichtimpulse generieren im Empfänger 6 Empfangssignale, die in einem
am Ausgang des Empfängers 6 angeschlossenen Verstärker 7 verstärkt werden.
Der Ausgang des Verstärkers 7 ist auf einen Eingang eines D-Flip-Flops 8 ge
führt. Der Ausgang Q des D-Flip-Flops 8 ist auf einen Eingang einer Auswer
teeinheit 9 geführt, welche von einem ASIC oder von einem Mikroprozessor
gebildet ist. Von einem Ausgang der Auswerteeinheit 9 ist eine Zuleitung zu
einem Eingang R des Flip-Flops geführt.
An einen weiteren Eingang der Auswerteeinheit 9 ist ein Empfangsoszillator 10
angeschlossen, der insbesondere baugleich wie der Sendeoszillator 4 ausgeführt
sein kann. Vorzugsweise sind der Sende- 4 und Empfangsoszillator 10 jeweils
von einem Quarzoszillator oder einem RC-Oszillator gebildet.
Schließlich sind an jeweils einem Ausgang der Auswerteeinheit 9 ein Schal
tausgang 11 und ein Störmeldeausgang 12 angeschlossen. An einen weiteren
Eingang der Auswerteeinheit 9 ist ein Parametriereingang 13 angeschlossen,
über welchen Parameterwerte zur Einstellung der Betriebsparameter der Licht
schranke 1 einlesbar sind. Die Parameterwerte werden in einem an die Aus
werteeinheit 9 angeschlossenen Parameterspeicher 14 abgespeichert.
Der Empfänger 6 und sämtliche weiteren an die Auswerteeinheit 9 angeschlos
senen Komponenten sind in einem zweiten Gehäuse 15 untergebracht.
Die beiden Gehäuse 5, 15 sind in Abstand zueinander angeordnet, wobei der
Zwischenraum zwischen Sender 3 und Empfänger 6 die Überwachungsstrecke
der Lichtschranke 1 bildet. Befindet sich kein Objekt in der Überwachungs
strecke, treffen bei störungsfreiem Betrieb nur die vom Sender 3 emittierten
Sendelichtimpulse 2 auf den Empfänger 6 und über die Auswerteeinheit 9 wird
der Schaltausgang 11 in dem Schaltzustand "Lichtweg frei" gesetzt. Befindet
sich ein Objekt in der Überwachungsstrecke, treffen die Sendelichtimpulse 2
nicht mehr auf den Empfänger 6, so daß der Schaltausgang 11 den Schaltzu
stand "Lichtweg nicht frei" einnimmt.
Zur Unterdrückung von Störsignaleinflüssen erfolgt die Auswertung der Emp
fangssignale am Ausgang des Empfängers 6 mit einem Empfangstakt 1/TE, der
zumindest näherungsweise mit dem Sendetakt 1/TS des Senders 3 überein
stimmt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Vorgabe
des Empfangstakts 1/TE über einen Empfangsoszillator 10 erfolgt, der bau
gleich mit dem Sendeoszillator 4 ist. Somit sind die Abweichungen der Peri
odendauern TS und TE allein durch bauteilbedingte Toleranzen bedingt und
dementsprechend gering.
Jede Periodendauer TE wird in gleicher Weise in eine vorgegebene Anzahl N
von Zeitfenstern Zn (n = 1, 2, . . . . N) unterteilt. Für Sendefrequenzen 1/TS im Be
reich von 0,5 kHz . . . 10 kHz wird eine Periodendauer TE typischerweise in etwa
N = 30 Zeitfenster Zn unterteilt. Die Unterteilung der Periodendauer TE in die
Zeitfenster Zn erfolgt durch eine geeignete Taktvorgabe des Empfangsoszilla
tors 10. Dabei weisen die Zeitfenster Zn jeweils dieselbe Breite auf.
Erfindungsgemäß wird zur Auswertung der Empfangslichtimpulse in der Aus
werteeinheit 9 innerhalb jeder Periodendauer TE registriert, in welches Zeitfen
ster Zn die einzelnen Empfangslichtimpulse fallen.
Vorteilhafterweise wird dabei nicht die gesamte Pulsbreite eines durch einen
Empfangslichtimpuls generierten Empfangssignalimpulses ausgewertet. Viel
mehr wird in der Auswerteeinheit 9 die Vorderflanke eines derartigen Emp
fangssignalimpulses ausgewertet und registriert, in welches Zeitfenster Zn diese
Vorderflanke fällt. Dies hat den Vorteil, daß die Breiten der Zeitfenster Zn er
heblich kleiner als die Pulsbreiten der Empfangslichtimpulse sein können und
dennoch eine genaue Zuordnung eines Empfangslichtimpulses zu einem be
stimmten Zeitfenster Zn möglich ist. Zur Erfassung, ob innerhalb eines Zeitfen
sters Zn ein Empfangslichtimpuls vorliegt, wird nach Ablauf des betreffenden
Zeitfensters Zn jeweils von der Auswerteeinheit 9 der Schaltzustand am Aus
gang Q des D-Flip-Flops 8 abgefragt und danach das D-Flip-Flop 8 über die
Auswerteeinheit 9 am Eingang R zurückgesetzt.
Die Auswertung in der Auswerteeinheit 9 erfolgt derart, daß die in die einzel
nen Zeitfenster Zn fallenden Empfangslichtimpulse fortlaufend gezählt werden.
Dabei wird der Zählerstand Bn eines Zeitfensters Zn um einen Wert, der in den
vorliegenden Ausführungsbeispielen eins beträgt, erhöht, falls innerhalb einer
Periodendauer TE ein Empfangslichtimpuls in dieses Zeitfenster Zn fällt. Fällt
in der darauffolgenden Periodendauer TE in dieses Zeitfenster Zn kein Emp
fangslichtimpuls, so wird der Zählerstand Zn wieder um einen Wert, der in den
vorliegenden Ausführungsbeispielen zwei beträgt, reduziert. Dabei werden die
Zählerstände Zn jeweils nur bis zu einem oberen Grenzwert Bmax erhöht und
jeweils nur bis zu einem unteren Grenzwert Bmin = 0 reduziert.
Alternativ kann, falls nach Erhöhen eines Zählerstands Zn während der näch
sten Periodendauer TE kein Empfangslichtimpuls registriert wird, der Zähler
stand Bn zunächst unverändert bleiben und erst dann reduziert werden, wenn
innerhalb der darauffolgenden Periodendauer TE wieder kein Empfangslich
timpuls in das Zeitfenster Zn fällt.
Der Schaltausgang 11 der Lichtschranke 1 nimmt den Schaltzustand "Lichtweg
frei" ein, falls wenigstens einer der Zählerstände Bn größer oder gleich als ein
vorgegebener Schwellwert A, die sogenannte Auswertetiefe, ist.
Vorteilhafterweise wird der obere Grenzwert Bmax in Abhängigkeit dieses
Schwellwerts A gewählt. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen beträgt
Bmax = 2A - 1.
Fig. 2 zeigt die Funktionsweise einer ersten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Der Sender 3 emittiert mit der Periodendauer TS periodisch Sende
lichtimpulse 2 zu den Zeiten t1 + NTS (N = 0, 1, 2 . . . .). Da kein Objekt in der
Überwachungsstrecke angeordnet ist, treffen diese Sendelichtimpulse 2 als
Empfangslichtimpulse zu den entsprechenden Zeiten auf dem Empfänger 6 auf.
Zudem treffen zu den Zeiten t2 und t3 Störlichtimpulse auf den Empfänger 6
auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht die Periodendauer TE
exakt der Periodendauer TS. Demzufolge wird für jede Periodendauer TE der
vom Sender 3 emittierte Sendelichtimpuls 2 als Empfangslichtimpuls in dem
selben Zeitfenster, im vorliegenden Fall im Zeitfenster Z8, registriert. Somit
wird von dem Ausgangswert B8 = 0 der Zählerstand B8 für jede Periodendauer
TE um den Wert eins erhöht, bis der Schwellwert A = 3 erreicht wird und die
Lichtschranke 1 in den Schaltzustand "Lichtweg frei" wechselt.
Der erste Störlichtimpuls zur Zeit t2 wird während der ersten Periodendauer TE
im Zeitfenster Zm registriert, so daß der Zählerstand Bm auf den Wert eins er
höht wird. Nachdem während der nächsten Periodendauer TE kein Empfangs
lichtimpuls mehr im Zeitfenster Zm registriert wird, wird der Zählerstand Bm
wieder auf den Wert null zurückgesetzt. Normalerweise würde der Zählerstand
Bm um den Wert 2 vermindert. Jedoch sind die Zählerstände Bn auf den mini
malen Grenzwert Bmin = 0 begrenzt. Dieselbe Auswertung erfolgt auch für den
zur Zeit t3 auftretenden Störlichtimpuls.
Dadurch, daß die Zählerstände Bn der einzelnen Zeitfenster Zn fortlaufend er
höht werden, wenn innerhalb aufeinanderfolgender Periodendauern TE jeweils
im gleichen Zeitfenster Zn ein Empfangslichtimpuls registriert wird, können die
vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 effizient von Störlichtimpulsen,
die zufällig auftreten, getrennt werden.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, daß eine Synchronisation des Empfängers 6
auf den Sender 3 der Lichtschranke 1 nicht notwendig ist. Des weiteren ist vor
teilhaft, daß die Emission der Sendelichtimpulse 2 nicht verzögert werden muß,
um eventuell vorhandenen Störlichtimpulsen auszuweichen. Die Störlichtim
pulse können allein durch eine geeignete Wahl des Schwellwerts A eliminiert
werden, und zwar unabhängig von der Häufigkeit der Störlichtimpulse als auch
unabhängig von der Amplitude der Störlichtimpulse.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Ver
fahrens. Diese Variante ist insbesondere für den Fall geeignet, daß die Peri
odendauer TE nicht exakt mit der Periodendauer TS des Senders 3 überein
stimmt.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird in diesem Fall bei
einem in das Zeitfenster Zn fallenden Empfangslichtimpuls nicht nur der Zäh
lerstand Bn um den Wert eins erhöht sondern auch der Zählerstand Bn-1 des be
nachbarten Zeitfensters Zn-1. Dieser Fall ist in Fig. 3 dargestellt. Nachdem das
Objekt aus dem Überwachungsbereich entfernt wurde, gelangen die Emp
fangslichtimpulse ab dem Zeitpunkt t0 zum Empfänger 6, wo sie im Zeitfenster
Z3 registriert werden, sodaß die Zählerstände B2 und B3 jeweils um 1 erhöht
werden bis der Zählerstand Bmax erreicht wird.
In Fig. 4 sind die Zeitfenster Z1 . . . . Z5 bei freiem Strahlengang der Lichtschran
ke 1 dargestellt. Zum Anfangszeitpunkt B(t) liegen für die Zählerstände B2 und
B3 jeweils die Maximalwerte Bmax = 2A - 1 = 5 vor, nachdem diese gemäß Fig.
3 auf den Maximalwert hochgezählt wurden.
Aufgrund der Differenz zwischen TE und TS wandert der Empfangslichtimpuls
innerhalb der fünf dargestellten Perioden TE vom Zeitfenster Z3 zum Zeitfen
ster Z4. Dementsprechend wird der Zählerstand B4 von Z4 fortlaufend erhöht,
während der Zählerstand B2 von Z2 kontinuierlich bis zum unteren Grenzwert
Bmin abnimmt. Da jedoch jeweils für einen in einem Zeitfenster Zn registrierten
Empfangslichtimpuls zwei benachbarte Zählerstände Bn und Bn-1 erhöht wer
den, ist gewährleistet, daß das Zeitfenster Z3 den maximalen Wert B3 = 5 behält
und somit oberhalb von A = 3 liegt. Demzufolge verbleibt die Lichtschranke 1
im Schaltzustand "Lichtweg frei", so daß durch die Differenz zwischen TS und
TE keine Fehlschaltungen der Lichtschranke 1 verursacht werden. Diese Vari
ante des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich prinzipiell auch im Ausfüh
rungsbeispiel gemäß Fig. 2 anwenden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. In die
sem Fall ist ein Objekt in der Überwachungsstrecke angeordnet, so daß die vom
Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 nicht zum Empfänger 6 gelangen.
Jedoch treffen pro Periodendauer TE mehrere Störlichtimpulse auf den Emp
fänger 6. Damit diese Störlichtimpulse nicht zu Fehlschaltungen führen, wird
der Schwellwert A in Abhängigkeit der Anzahl C von Zeitfenster Zn innerhalb
einer Periodendauer TE mit Zählerständen Bn < 0 verändert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist wiederum TS exakt gleich groß wie
TE. Somit kann im störungsfreien Betrieb und bei freiem Lichtweg der Licht
schranke 1 jeweils innerhalb einer Periodendauer TE exakt ein vom Sender 3
emittierter Sendelichtimpuls 2 am Empfänger 6 registriert werden. Dabei wer
den im vorliegenden Beispiel analog zu Fig. 3 und 4 bei einem im Zeitfenster
Zn registrierten Empfangslichtimpuls jeweils die Zählerstände Bn-1 und Bn inkrementiert.
Werden pro Periodendauer TE eine Anzahl C von Zählerständen
mit Bn < 0 registriert, die größer als Co = A ist, so muß zwangsläufig eine Stör
lichteinstrahlung vorliegen. Ist dies der Fall, wird der Schwellwert A jeweils
um den Wert eins erhöht. Sinkt die Anzahl C auf C ≦ A wird der Schwellwert
A wieder um den Wert eins reduziert. Dadurch wird vermieden, daß mehrere in
ein Zeitfenster Zn fallende Störlichtimpulse eine Fehlschaltung durch Erreichen
des Schwellwerts A generieren. Zudem kann über den Störmeldeausgang 12
eine Störmeldung abgegeben werden, falls der Schwellwert A einen oberen
Grenzwert Astör überschreitet. Das signalisiert, daß aufgrund der starken Stör
lichteinstrahlung ein sicherer Betrieb der Lichtschranke 1 nicht mehr möglich
ist.
In Fig. 6 ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens darge
stellt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel entspricht vorzugsweise die Peri
odendauer TE exakt der Periodendauer TS. Zumindest ist TS nahezu gleich groß
wie TE. Wiederum werden analog zu Fig. 3 und 4 bei einem im Zeitfenster Zn
registrierten Empfangslichtimpuls jeweils die Zählerstände Bn-1 und Bn inkre
mentiert.
Bei dem Beispiel gemäß Fig. 6 treffen jeweils zu gleichen Zeitpunkten inner
halb von TE zwei Empfangslichtimpulse in den Zeitfenstern Z8 und Z22 auf den
Empfänger 6, so daß jeweils die Zählerstände B7 und B8 und B21 und B22 hoch
gezählt werden und oberhalb des Schwellwerts A liegen.
Die Empfangslichtimpulse stammen dabei zum einen von Sendelichtimpulsen
2 des eigenen Senders 3 sowie vom Sender einer zweiten Lichtschranke, wel
che mit demselben Sendetakt 1/TS arbeitet.
Da für wenigstens ein Zeitfenster Zn der Zählerstand Bn den Schwellwert A
erreicht, nimmt die Lichtschranke 1 den Schaltzustand "Lichtweg frei" ein.
Gleichzeitig wird in der Auswerteeinheit 9 jedoch die Anzahl D der Zähler
stände Bn, die den Schwellwert A erreichen, ausgewertet. Da die Periodendauer
Ts exakt oder nahezu gleich TE ist, können im störungsfreien Betrieb der Licht
schranke 1 bei freiem Strahlengang nur zwei Zählerstände Bn maximal aber
drei Zählerstände Bn den Schwellwerts A erreichen. Da jedoch dieser Grenz
wert Do = 3 im vorliegenden Fall überschritten wird, wird über den Störmelde
ausgang 12 eine Störmeldung ausgegeben.
Fig. 7 zeigt schließlich eine Zusammenfassung der vorgenannten Auswertun
gen, die in der Software der Auswerteeinheit 9 nacheinander abgearbeitet wer
den. In Abhängigkeit dieser Auswerteregeln nehmen der Schaltausgang 11 und
der Störmeldeausgang 12 definierte Schaltzustände ein.
Dabei bedeuten in Fig. 7
A = Schwellwert (Auswertetiefe)
C = Anzahl der Zählerstände Bn pro Periodendauer TE mit Bn < 0
D = Anzahl der Zählerstand Bn pro Periodendauer TE mit Bn ≧ A
Co = Grenzwert für C
Do = Grenzwert für D
AStör = Grenzwert für A
A = Schwellwert (Auswertetiefe)
C = Anzahl der Zählerstände Bn pro Periodendauer TE mit Bn < 0
D = Anzahl der Zählerstand Bn pro Periodendauer TE mit Bn ≧ A
Co = Grenzwert für C
Do = Grenzwert für D
AStör = Grenzwert für A
Schließlich können die Schaltzustände der Lichtschranke 1 zusätzlich durch
Plausibilitätsprüfungen festgelegt werden.
So kann bei freiem Strahlengang der Lichtschranke 1 die Nummer n des Zeit
fensters Zn registriert und gespeichert werden, für welches der Zählerstand
Bn ≧ A registriert wurde. Bei einem Objekteingriff treffen die entsprechenden
Sendelichtimpulse 2 nicht mehr auf den Empfänger 6, so daß der Wert Bn bis
auf null reduziert wird.
Wird das Objekt nach kurzer Unterbrechungszeit aus der Überwachungsstrecke
entfernt, so muß die 1 dummer des Zeitfensters Zm, dessen Zählerstand Bm dann
bei freiem Strahlengang der Lichtschranke 1 den Schwellwert A erreicht, zumindest
näherungsweise mit der Nummer n übereinstimmen, da auch TS und
TE näherungsweise übereinstimmen.
Demzufolge wird dann eine Störmeldung ausgegeben, falls der Betrag |n - m|
einen vorgegebenen Sollwert no überschreitet.
1
Lichtschranke
2
Sendelichtimpuls
3
Sender
4
Sendeoszillator
5
Erstes Gehäuse
6
Empfänger
7
Verstärker
8
D-Flip-Flops
9
Auswerteeinheit
10
Empfangsoszillator
11
Schaltausgang
12
Störmeldeausgang
13
Parametriereingang
14
Parametrierspeicher
15
Zweites Gehäuse
Claims (19)
1. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke, welche einen Sender auf
weist, der jeweils innerhalb einer Periodendauer TS periodisch Sende
lichtimpulse emittiert, sowie einen Empfangslichtimpulse empfangenden
Empfänger, der an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (9) die Auswertung von Emp
fangssignalen am Ausgang des Empfängers (6) mit einem Empfangstakt
1/TE erfolgt, der zumindest näherungsweise mit dem Sendetakt 1/TS
übereinstimmt, dass jede Periodendauer TE auf gleiche Weise in eine
vorgegebene Anzahl von Zeitfenstern Zn (1 < n ≦ N) unterteilt ist, wobei
für jede Periodendauer TE in jedem Zeitfenster Zn die Anzahl der am
Empfänger (6) auftreffenden Empfangslichtimpulse registriert wird, in
dem ein in einem Zeitfenster Zn zugeordneter Zählerstand Bn um einen
vorgegebenen Wert erhöht wird, falls ein Empfangslichtimpuls innerhalb
des Zeitfensters Zn registriert wird und andernfalls der Zählerstand Bn
gleichbleibt oder um einen vorgegebenen Wert vermindert wird, und daß
die Lichtschranke 1 den Schaltzustand "Lichtweg frei" einnimmt, falls
wenigstens der Zählerstand Bn eines Zeitfensters Zn größer oder gleich als
ein vorgegebener Schwellwert A ist.
2. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinheit (9) registriert wird, in wel
ches Zeitfenster Zn die Vorderflanke eines Empfangslichtimpulses fällt.
3. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breiten der Zeitfenster Zn je
weils gleich groß sind.
4. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 2
oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (3) innerhalb einer Peri
odendauer Ts einen Sendelichtimpuls (2) emittiert, dessen Pulsbreite et
was größer oder kleiner als die Pulsbreite eines Zeitfensters Zn ist.
5. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer TE im Bereich von
0,1 ms bis 2 ms liegt und die Anzahl N der Zeitfenster Zn innerhalb einer
Periodendauer TE etwa 30 beträgt.
6. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand Bn bei Registrieren eines
Empfangslichtimpulses im Zeitfenster Zn jeweils um den Wert 1 bis zu
einem oberen Grenzwert Bmax = 2A - 1 erhöht wird.
7. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Registrieren eines Empfangslichtim
pulses im Zeitfenster Zn außer dem Zählerstand von Bn auch der Zähler
stand eines benachbarten Zeitfensters Bn-1 erhöht wird.
8. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerstand Bn um den Wert 2 bis zu
einem unteren Grenzwert Bmin = 0 reduziert wird, falls innerhalb einer
Periodendauer TE im Zeitfenster Zn kein Empfangslichtimpuls registriert
wird.
9. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert A in Abhängigkeit der
Anzahl C von Zeitfenstern Zn innerhalb einer Periodendauer TE mit Zäh
lerständen Bn < 0 veränderbar ist.
10. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Störmeldung generiert wird, falls der Schwell
wert A einen oberen Grenzwert Astör überschreitet.
11. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Störmeldung generiert wird, falls
für mehr als eine vorgegebene Anzahl D0 von Zeitfenstern Zn, Zm . . . die
zugehörigen Zählerstände Bn, Bm . . . oberhalb des Schwellwerts A liegen.
12. Verfahren zum Betrieb einer Lichtschranke nach einem der Ansprüche 1-
11, dadurch gekennzeichnet, daß bei freiem Strahlengang die Nummer n
des Zeitfensters Zn registriert wird, dessen Zählerstand Bn oberhalb des
Schwellwerts A liegt, und daß nach einem kurzzeitigen Objekteingriff ei
ne Störmeldung generiert wird, falls die Nummer m des Zeitfensters Zm,
für welches nach dem Objekteingriff ein Zählerstand Bm < A erhalten
wird, mehr als einen vorgegebenen Betrag no von der Nummer n ab
weicht.
13. Lichtschranke zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprü
che 1-12 mit einem periodisch Sendelichtimpulse (2) emittierenden Sen
der, einem Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger sowie einer
daran angeschlossenen Auswerteeinheit (9), dadurch gekennzeichnet, daß
zur Vorgabe des Sendetakts 1/Ts ein Sendeoszillator (4) an den Sender
(3) angeschlossen ist und ein Empfangsoszillator (10) zur Vorgabe eines
Empfangstakts 1/TE an die Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist, wobei
die der Periodendauer Ts zumindest näherungsweise entsprechende Peri
odendauer TE über den Empfangsoszillator (10) in eine vorgegebene An
zahl von Zeitfenstern Zn unterteilt ist, daß in der Auswerteeinheit (9) ein
Zähler vorgesehen ist, mit welchem fortlaufend die in die einzelnen Zeitfenster
Zn fallenden Empfangslichtimpulse gezählt werden, und daß ein
an die Auswerteeinheit (9) angeschlossener Schaltausgang (11) den
Schaltzustand "Lichtweg frei" einnimmt, falls wenigstens ein einem Zeit
fenster Zn zugeordneter Zählerstand Bn größer oder gleich als ein vorge
gebener Schwellwert A ist.
14. Lichtschranke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an die
Auswerteeinheit (9) ein Störmeldeausgang (12) angeschlossen ist.
15. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß an die Auswerteeinheit (9) ein Parametriereingang (13) an
geschlossen ist.
16. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfangsoszillator (10) an einen Eingang der Auswerteeinheit
(9) angeschlossen ist.
17. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13-16, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Ausgang des Empfängers (6) ein Verstärker (7) angeschlossen
ist, dessen Ausgang auf einen Eingang eines D-Flip-Flops (8) geführt ist,
wobei ein Ausgang Q des Flip Flops (8) an einen Eingang der Auswerte
einheit (9) angeschlossen ist und ein Ausgang der Auswerteeinheit (9) auf
einen Eingang R des D-Flip-Flops (8) geführt ist.
18. Lichtschranke nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß nach
Ablauf eines vom Empfangsoszillator (10) generierten Zeitfensters Zn
jeweils von der Auswerteeinheit (9) der Schaltzustand am Ausgang Q des
D-Flip-Flops (8) abgefragt und danach das D-Flip-Flop (8) über die
Auswerteeinheit (9) am Eingang R zurückgesetzt wird.
19. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13-18, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sende- 4 und der Empfangsoszillator (10) jeweils von einem
Quarzoszillator oder einem RC-Oszillator gebildet sind.
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- 1999-05-27 DE DE19924351A patent/DE19924351C2/de not_active Expired - Fee Related
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