DE19951557B4

DE19951557B4 - Optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE19951557B4
Application number: DE19951557A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. Argast (Fh)
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: DE19951557A1

Abstract

Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem von einer Referenzfläche begrenzten Überwachungsbereich mit wenigstens einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, welcher ein Nah- und Fernelement aufweist, wobei die aus großen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Fernelement und die aus geringen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Nahelement geführt sind, und wobei während eines Einlernvorgangs die Sendelichtstrahlen auf die Referenzfläche gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssignale an den Ausgängen des Nahelements (8) und des Fernelements (9) einem Subtrahierer (17) und einem Summierer (18) zugeführt sind, und dass die dort gebildete Differenz und/oder Summe der Empfangssignale auf einen Referenzwert oder auf Referenzwerte Urda, Ursa jeweils innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegend eingestellt wird oder werden, und dass nach Beendigung des Einlernvorgangs bei Abweichen der aktuellen Differenzen Uda und/oder der Summen Usa der Empfangssignale an den Ausgängen des Nahelements (8) und Fernelements (9) von...

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige optoelektronische Vorrichtung ist aus der DE 196 21 120 C1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Sender, einen ersten und einen zweiten Empfänger, welche an einem Rand des Überwachungsbereichs angeordnet sind, sowie einen Reflektor, welcher am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist.

Bei freiem Strahlengang sind die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen über den Reflektor auf die Empfänger geführt. Eine Schwellwerteinheit bewertet am ersten Empfänger die Lichtmenge der auftreffenden Empfangslichtstrahlen.

Der zweite Empfänger ist von einem orstauflösenden Detektor gebildet, welcher ein Maß für die Länge des Lichtwegs vom Sender über ein Objekt im Überwachungsbereich oder über den Reflektor zum zweiten Empfänger ermittelt.

In einer Auswerteinheit werden die an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale zur Bewertung, ob ein Objekt im Überwachungsbereich vorhanden ist, und zur Überwachung der Anordnung des Senders, der Empfänger und des Reflektors, logisch verknüpft.

Der ortsauflösende Detektor kann insbesondere von zwei Empfangselementen gebildet sein, welche ein Nah- und ein Fernelement bilden. In diesem Fall wird das Verhältnis der Ausgangssignale des Nahelements und des Fernelements als Maß für die Objektdistanz ermittelt.

Eine weitere optoelektronische Vorrichtung ist aus der DE 41 19 797 A1 bekannt. Diese Vorrichtung ist als Distanzsensor ausgebildet und weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender sowie einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Während eines Einlernvorgangs wird die Distanz zu einer den Überwachungsbereich begrenzenden Referenzfläche ermittelt und als erster Referenzwert abgespeichert. Zudem wird die dabei erhaltene Amplitude des Empfangssignals am Ausgang des Empfängers erfasst und als zweiter Referenzwert abgespeichert. Während der auf den Einlernvorgang folgenden Betriebsphase werden fortlaufend die aktuellen Distanzwerte und Amplituden der Empfangssignale mit den jeweiligen Referenzwerten verglichen. Stimmen die Distanzwerte oder Amplituden nicht innerhalb vorgegebener Toleranzbänder mit den Referenzwerten überein, so wird eine Objektmeldung generiert.

Nachteilig hierbei ist zum einen, dass die Verwendung eines Distanzsensors zur Objekterfassung relativ aufwendig ist und daher einen unerwünschten Kostenaufwand bedeutet.

Weiterhin ist nachteilig, dass es beim Eindringen eines Objekts in den Überwachungsbereich zu einem Messfehler bei der Distanzmessung kommen kann. Dies beruht darauf, dass beim Eindringen des Objekts in den Überwachungsbereich nur ein Teil der Sendelichtstrahlen auf das Objekt trifft, während der an dere Teil der Sendelichtstrahlen am Objekt vorbei verläuft und auf die Referenzfläche trifft. Auf diese Weise wird im Empfänger nicht allein die Distanz zum Objekt ermittelt, sondern ein Mittelwert aus den Distanzen des Objekts und der Referenzfläche. Das Objekt erscheint somit weiter entfernt als es tatsächlich der Fall ist. Ist diese Messwertverschiebung derart, dass der so ermittelte Distanzwert innerhalb des Toleranzbandes liegt, so wird keine Objektmeldung ausgelöst, obwohl sich tatsächlich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet. Verbleibt das Objekt in dieser Position, so kann es zu dauerhaften Fehldetektionen kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass mit möglichst geringem baulichen Aufwand eine sichere Erfassung von Objekten ermöglicht wird.

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

Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung ist als Lichttaster ausgebildet, deren Empfänger ein Nah- und Fernelement aufweist, wobei die aus großen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Fernelement und die aus geringen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Nahelement geführt sind.

Während des Einlernvorgangs sind die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen auf die Referenzfläche gerichtet. Dabei erfolgt eine Einstellung der Differenz und/oder der Summe der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements auf einen Referenzwert oder auf Referenzwerte Urda, Ursa, welche innerhalb vorgegebener Toleranzbänder liegen.

Nach Beendigung des Einlesevorgangs wird bei einem Abweichen der aktuellen Differenzen Uda und/oder der Summen Usa der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements von dem Referenzwert oder den jeweiligen Referenzwerten Ursa, Urda eine Objektmeldung generiert.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass durch den Vergleich der Differenz und/oder der Summe der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements mit dem jeweiligen Referenzwert oder den jeweiligen Referenzwerten Objekte im Überwachungsbereich sicher erfasst werden können, da sich die entsprechenden Signalwerte von den Referenzwerten signifikant unterscheiden. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass die Referenzwerte in geeigneter Weise einstellbar sind, um eine entsprechend hohe Nachweisempfindlichkeit zu erreichen. Dabei können insbesondere auch Objekte sehr dicht vor der Vorrichtung und dicht vor der Referenzfläche erfasst werden, und zwar unabhängig von deren Reflexionsgrad. Desweiteren ist vorteilhaft, dass die Objekte bereits beim Eindringen in den Überwachungsbereich sicher erfasst werden. Ist beispielsweise das Objekt so angeordnet, dass nur ein Teil der Sendelichtstrahlen auf das Objekt trifft und der restliche Teil am Objekt vorbei auf die Referenzfläche geführt ist, so wird dabei insbesondere eine Differenz der Empfangssignale am Nah- und Fernelement erhalten, welche vom zugehörigen Referenzwert abweicht, so dass eine Objektmeldung generiert wird. Dadurch wird auch eine Objektkante sicher erfasst.

Schließlich ist vorteilhaft, dass der Lichttaster einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist. Zur Auswertung müssen lediglich die Summen und/oder Differenzen der Empfangssignale am Nah- und Fernelement ausgewertet werden, was ohne großen Rechenaufwand möglich ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Sender und dem Empfänger ein weiterer Sender vorgesehen. Die beiden Sender werden vorzugsweise alternierend im Pulsbetrieb betrieben. Die dabei erhaltenen Empfangssignale können in eindeutiger Weise einem Objekt zuge ordnet werden, welches sich an einer beliebigen Position im Überwachungsbereich aufhält. Mit dem zweiten Sender ist daher eine besonders sichere Objekterfassung gewährleistet.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit zwei Sendelichtimpulsen emittierenden Sendern.
2: Lage der Sendelichtflecke auf einem im Überwachungsbereich angeordneten Objekt.
3: Impulsdiagramme der von den Sendern der Vorrichtung gemäß 1 emittierten Sendelichtimpulse.
4: Blockschaltbild mit den optoelektronischen Komponenten der Vorrichtung gemäß 1.
5: Diagramm der Empfangssignalpegel am Empfänger der Vorrichtung gemäß 1 in Abhängigkeit der Objektdistanz.
6: Ausschnitt des Diagramms gemäß 5 mit den Toleranzgrenzen für die während eines Einlernvorgangs eingestellten Referenzwerte.
7: Diagramm gemäß 5 mit einem Beispiel für die Änderung der Empfangssignalpegel bei einem Objekteingriff.
8: Diagramm gemäß 5 mit einem Beispiel für die Änderung der Empfangssignalpegel bei einer Veränderung des Reflexionsgrads eines Objekts.
9: Flussdiagramm für die Einstellung und Überwachung der Referenzwerte bei der Vorrichtung gemäß 1.
10: Erstes Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung gemäß 1.
11: Zweites Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung gemäß 1.
12: Drittes Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung gemäß 1.
13: Viertes Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung gemäß 1.
1 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist als Lichttaster ausgebildet und weist einen Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 sowie einen Empfangslichtstrahlen 4 empfangenden Empfänger 5 auf. Der Sender 3 und der Empfänger 5 sind in Abstand nebeneinander liegend angeordnet. Zwischen dem ersten Sender 3 und dem Empfänger 5 ist ein zweiter Sendelichtstrahlen 6 emittierender Sender 7 angeordnet. Die Sender 3, 7 bestehen vorzugsweise aus Leuchtdioden. Der Empfänger 5 weist ein Nahelement 8 und ein Fernelement 9 auf und ist beispielsweise von einer Doppel-Photodiode gebildet.
Dabei treffen Empfangslichtstrahlen 4, die aus großen Distanzen zum Empfänger 5 zurückreflektiert werden, vorwiegend auf das Fernelement 9. Entsprechend treffen Empfangslichtstrahlen 4, die aus geringen Distanzen zum Empfänger 5 zurückreflektiert werden, vorwiegend auf das Nahelement 8.
Somit wird für verschiedene Objektdistanzen eine unterschiedliche Verteilung der auf das Nah- 8 und Fernelement 9 auftreffenden Lichtmengen erhalten. Diese Verteilung kann durch ein Verschieben des Empfängers 5 in Längsrich tung verändert werden. Zur Einstellung der Position des Empfängers 5 ist eine nicht dargestellte Stellvorrichtung vorgesehen.
Den Sendern 3, 7 ist im Strahlengang der Sendelichtstrahlen 2, 6 jeweils eine Sendeoptik 10, 11 nachgeordnet. Dem Empfänger 5 ist im Strahlengang der Empfangslichtstrahlen 4 eine Empfangsoptik 12 vorgeordnet. Die Sendeoptiken 10, 11 und die Empfangsoptik 12 sind jeweils von einer Linse gebildet, welche in Abstand nebeneinander liegend in der Frontwand eines Gehäuses 13 angeordnet sind.
Mit den Sendelichtstrahlen 2, 6 wird ein Überwachungsbereich überwacht, welcher von der Referenzfläche 14¹ eines Referenzobjekts 14 begrenzt ist. Dabei werden mit den Sendelichtstrahlen 2, 6 Objekte 15 erfasst, welche in den Überwachungsbereich zwischen dem Lichttaster und der Referenzfläche 14¹ eindringen.
Die Strahlachsen der Sendelichtstrahlen 2, 6 verlaufen innerhalb des Überwachungsbereichs parallel in Abstand zueinander. Dementsprechend ergeben sich auf einem Objekt 15 im Überwachungsbereich die in 2 dargestellten Sendelichtflecke. Die Strahldurchmesser der Sendelichtstrahlen 2, 6 sowie deren Abstand d zueinander sind so gewählt, dass sich die Sendelichtflecke nicht überlappen. Dadurch ist gewährleistet, dass bei seitlichem Eintauchen eines Objekts 15 in den Überwachungsbereich das Objekt 15 zuerst von den Sendelichtstrahlen 2 eines Senders 3 erfasst wird, während die Sendelichtstrahlen 6 des anderen Senders 7 noch auf die Referenzfläche 14¹ treffen.
Die Sender 3, 7 werden vorzugsweise im Pulsbetrieb betrieben und emittieren jeweils Sendelichtimpulse mit einem vorgegebenen Puls-Pausen-Verhältnis. Dabei werden, wie in 3 dargestellt, jeweils von einem Sender 3 oder 7 Sendelichtimpulse in den Sendepausen des jeweils anderen Senders 7 oder 3 emittiert. Dadurch können im Empfänger 5 die von den einzelnen Sendern 3, 7 emittierten Sendelichtstrahlen 2, 6 die als Empfangslichtstrahlen 4 auf den Empfänger 5 zurückreflektiert werden, separat ausgewertet werden.
Zur Einstellung der Pegel der Sendelichtstrahlen 2, 6 und damit auch der Pegel der auf den Empfänger 5 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 4 sind die Pulsbreiten der von den einzelnen Sendern 3, 7 emittierten Sendelichtimpulse einstellbar.
4 zeigt ein Blockschaltbild der optoelektronischen Komponenten der Vorrichtung 1 gemäß 1. Die von den Sendern 3, 7 emittierten Sendelichtstrahlen 2, 6 werden von der Referenzfläche 14¹ oder von einem Objekt 15 als Empfangslichtstrahlen 4 auf den Empfänger 5 zurückreflektiert. Die Empfangslichtstrahlen 4 werden in dem Nahelement 8 und dem Fernelement 9 in elektrische Empfangssignale umgesetzt und anschließend in jeweils einem Verstärker 16, 16¹ verstärkt. Zur Weiterverarbeitung werden die Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 einem Subtrahierer 17 und einem Summierer 18 zugeführt. Die Signale an den Ausgängen des Subtrahierers 17 und Summierers 18 werden über weitere Verstärker 19, 19¹ in eine Auswerteeinheit 20 eingelesen. Dabei besteht die Auswerteeinheit 20 vorzugsweise aus einem Microcontroller mit integriertem Analog-Digital-Wandler, mittels dessen die eingelesenen Signale digitalisiert werden. In der Auswerteeinheit 20 wird ermittelt, ob sich ein Objekt 15 im Überwachungsbereich befindet oder nicht. In Abhängigkeit hiervon wird eine Objektmeldung generiert, die als binäres Schaltsignal über einen an die Auswerteeinheit 20 angeschlossenen Schaltausgang 21 ausgegeben wird. Zur Ausgabe von Stör- und Warnmeldungen ist ein Warnausgang 22 an die Auswerteeinheit 20 angeschlossen. Zur Parametrierung bzw. Aktivierung der Vorrichtung 1 werden über einen ebenfalls an die Auswerteeinheit 20 angeschlossenen Parametriereingang 23 Daten eingespeist und in einem Parameterspeicher 24 abgelegt. Zudem kann der Gerätestatus über den Parametriereingang 23 ausgelesen werden.
5 zeigt den typischen Verlauf der Summen und Differenzen der Empfangssignalpegel an den Ausgängen des Summierers 18 und Subtrahierers 17 in Abhängigkeit der Objektdistanz. Dabei ist mit Usa die Summe der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 bei aktiviertem ersten Sender 3 bezeichnet.
Mit Usb ist die Summe der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 bei aktiviertem zweiten Sender 7 bezeichnet.
Entsprechend sind die Differenzen der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 bei aktiviertem Sender 3, 7 und Empfänger 5 mit Uda und Udb bezeichnet. Somit ergeben sich folgende Beziehungen Usa = Un + Uf Uda = Un – Uf wobei U_n, U_f die Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 bei aktivem ersten Sender 3 sind und Usb = Un + Uf Udb = Un – Uf wobei U_n, U_f in diesem Fall die Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 bei aktivem zweiten Sender 7 sind.
Wie aus 5 ersichtlich ist, nähern sich die einzelnen Signale für große Objektdistanzen dem Wert 0. Mit geringer werdender Distanz steigen die Signale an, bis diese in einem mittleren Distanzbereich eine positive Aussteuergrenze erreichen. Schließlich fallen die Signale im Nahbereich steil bis auf null ab. Dort fallen Differenz- und Summenspannungen zusammen. Die Referenzfläche 14¹ befindet sich in einem Abstand d₁ zur Vorrichtung 1, der so gewählt ist, dass dort die Signale an den Ausgängen des Nah- 8 und Fernelements 9 nicht die Aussteuergrenze erreichen. Bei der Auswertung der einzelnen Empfangssignale wird der Umstand ausgenutzt, dass bei keiner Distanz die gleiche Signalpegelkombination wie für die im Abstand d₁ angeordnete Referenzfläche 14¹ erhalten wird, wodurch die Objekte 15 im Überwachungsbereich eindeutig von der Referenzfläche 14¹ unterschieden werden können.
Erfindungsgemäß werden zur Objekterkennung die Signale Usa, Uda und/oder Udb ausgewertet. Für den Fall, dass die Vorrichtung 1 nur mit einem Sender 3 arbeitet, werden lediglich die Signale Usa und/oder Uda ausgewertet. In einem ersten Schritt wird während eines Einlernvorgangs die Referenzfläche 14¹ bei freiem Strahlengang der Vorrichtung 1 mit den Sendelichtstrahlen 2, 6 der einzelnen Sender 3, 7 beaufschlagt.
Während des Einlernvorgangs wird die Vorrichtung 1 derart eingestellt, dass für die Signale Usa und Udb bestimmte Werte erhalten werden, welche innerhalb vorgegebener Toleranzbänder liegen. Die so erhaltenen Werte bilden Referenzwerte Ursa und Urda und werden in der Auswerteeinheit 20 abgespeichert.
Die Lage dieser Werte und der zugehörigen Toleranzbänder ist in 6 veranschaulicht. Die Differenz Uda der Empfangssignale am Nah- 8 und Fernelement 9 wird dabei auf einen Referenzwert Urda eingestellt, welcher möglichst genau einem Schwellwert S1 entspricht, dessen Höhe in der Auswerteeinheit 20 vorgegeben ist. Der Schwellwert S1 liegt innerhalb eines Toleranzbandes, welches durch die Toleranzgrenzen g1o und g1u begrenzt ist. Die Toleranzgrenzen g1o und g1u sind in der Auswerteeinheit 20 als Parameterwerte abgespeichert. Zudem wird der Referenzwert Ursa für das Summensignal so eingestellt, dass dieser innerhalb eines durch die Toleranzgrenzen g3u und g3o begrenzten Toleranzbandes liegt. Auch diese Toleranzgrenzen sind in der Auswerteeinheit 20 als Parameter abgespeichert, wobei der Wert von g3o der positiven Aussteuergrenze des entsprechenden Summensignals Usa entspricht.
Zum Abgleich der Vorrichtung 1 wird der Empfänger 5 so verschoben, dass von der Referenzfläche 14¹ zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen 4 zu etwa gleichen Teilen auf das Nah- 8 und Fernelement 9 fallen und die Differenzspannung Uda etwa den Schwellwert S1 erreicht. Als Einstellhilfe sind an der Vorrichtung 1 zwei nicht dargestellte verschiedenfarbige Anzeigedioden vorgesehen, von denen eine den Zustand Uda > S1 und die andere den Zustand Uda < S1 signalisiert. Durch diese Einstellhilfe wird der Wert von Uda auf einen Wert eingestellt, der nahezu exakt dem Schwellwert S1 entspricht.
Durch Eingabe eines Teachbefehls, die über eine Taste an der Vorrichtung 1 oder über den Parametriereingang 23 erfolgen kann, werden in der Auswerteeinheit 20 die einzelnen Messwerte über eine definierte Zeit gemittelt und abgespeichert. Die Mittelung der Messwerte erfolgt typischerweise über eine Zeit von z.B. 0,1 s–1 s. Anschließend wird in der Auswerteeinheit 20 geprüft, ob die Referenzwerte Ursa, Ursa innerhalb der jeweiligen Toleranzbänder liegen.
Bei korrekter Einstellung des Empfängers 5 mittels der Einstellhilfe ist in jedem Fall gewährleistet, dass der Wert von Urda innerhalb des durch die Toleranzgrenzen g1o, g1u begrenzten Toleranzbandes liegt. Normalerweise liegt dann auch der Wert von Ursa innerhalb des durch die Toleranzgrenzen g3o, g3u liegenden Toleranzbandes.
Nur für den Fall, dass der Überwachungsbereich von einer stark reflektierenden Referenzfläche 14¹ begrenzt ist liegt die Summenspannung Usa über den Grenzwert g3o. Dann werden die Pulsbreiten der vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse schrittweise reduziert, bis der Wert von Usa unter dem Grenzwert g3o liegt. Die Pegelreduzierung wird dadurch erreicht, dass der Empfangspuls bei kürzeren Sendepulsbreiten wegen der vorgegebenen Empfangsbandbreite nicht mehr ganz einschwingt. Liegen die Referenzwerte Ursa, Urda innerhalb der vorgegebenen Toleranzbänder, ist der Einlernvorgang beendet und in einer nachfolgenden Betriebsphase werden Objekte 15 im Überwachungsbereich erfasst. Liegt einer der Referenzwerte Urda, Ursa außerhalb des jeweiligen Toleranzbandes, so wird der Einlernvorgang abgebrochen und eine Warnmeldung über den Warnausgang 22 ausgegeben.
Während der Betriebsphase werden zur Erfassung der Objekte 15 die aktuellen Summen- und Empfangssignale Usa, Uda mit dem jeweiligen Referenzwert Ursa, Urda verglichen. Eine Objektmeldung wird in der Auswerteeinheit 20 dann generiert, wenn das Summensignal Usa wenigstens um einen Betrag Asa vom Referenzwert Ursa abweicht, oder wenn das Differenzsignal Uda wenigstens um einen Betrag Ada vom Referenzwert Urda abweicht. Die Beträge Ada und Asa sind vorzugsweise jeweils so gewählt, dass diese wenigstens gleich groß wie die Breiten der entsprechenden Toleranzbänder für die Referenzwerte Urda, Ursa sind. Weist die Vorrichtung 1 zudem einen zweiten Sender 7 auf, so wird eine Objektmeldung auch dann generiert, wenn der Wert von Udb größer als null ist.
Ein Beispiel für eine Objekterfassung ist in 7 dargestellt. Bei freiem Strahlengang werden die Signalpegel für die in der Entfernung d1 angeordnete Referenzfläche 14¹ erhalten. Tritt ein Objekt 15 bei einer Distanz d2 (d2 < d1) in den Strahlengang, so werden die in 7 dargestellten Pegel erhalten. Da der Pegel von Uda bei einem in der Distanz d2 angeordneten Objekt 15 außerhalb des Toleranzbandes für Urda liegt, erfolgt eine Objektmeldung.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann zudem erfasst werden, ob sich die Reflexionseigenschaften der Referenzfläche 14¹ im Laufe der Zeit, beispielsweise aufgrund von Verschmutzungen, ändern.
8 zeigt ein Beispiel für eine derartige Signalpegeländerung bei Reduzierung des Reflexionsgrades, durch Verschmutzung der Referenzfläche 14¹ . Die gestrichelten Linien repräsentieren die Signalpegel bei unverschmutzter Referenzfläche 14¹ , die durchgezogenen Linien die Signalpegel bei verschmutzter Referenzfläche 14¹ . Der Messwert Usa sinkt mit fortschreitender Verschmut zung und bewirkt eine Objektmeldung, sobald Usa um wenigstens den Betrag Asa unterhalb von Ursa liegt.
9 zeigt das Flussdiagramm für den Abgleich- und Überwachungsmodus für die Referenzwerte Ursa, Urda. Nach dem mechanischen Distanzabgleich durch Verschieben des Empfängers 5 erfolgt die Eingabe des Teachbefehls zur Ermittlung und Kontrolle der Referenzwerte. Liegen die Signale Usa und Uda innerhalb der jeweiligen Toleranzbänder so werden die gemittelten Messwerte als Referenzwerte Ursa und Urda gespeichert und die Vorrichtung 1 geht in die Betriebsphase über. Hier wird zyklisch kontrolliert, ob eine Abweichung der jeweiligen Messwerte bei freiem Strahlengang zu den Referenzwerten vorliegt. Liegen die einzelnen Messwerte an den Rändern der Toleranzbänder, so werden die Referenzwerte in größeren Zeitabschnitten, z.B. 0,1 h–1 h, an die gemittelten Messwerte angeglichen und damit langsame Temperaturdriften oder Verschmutzungen der Sendeoptiken 10, 11, der Empfangsoptik 12 und/oder der Referenzfläche 14¹ kompensiert. Wird trotz dieser Kompensation ein Messwert an der Grenze eines Toleranzbandes erhalten, so wird eine Warnmeldung generiert und über den Warnausgang 22 ausgegeben, um dem Bedienpersonal anzuzeigen, dass die Vorrichtung 1 gewartet werden muss.
10 zeigt ein Applikationsbeispiel, bei welchem die Vorrichtung 1 zu einer Torüberwachung eingesetzt wird. An der Oberkante des Tores 25 montierte Vorrichtungen 1 sind vertikal auf den Boden 26 gerichtet, der als Referenzfläche dient. Objekte 15, die sich zwischen Vorrichtung 1 und Boden 26 schieben, werden von den Vorrichtungen 1 erkannt. Damit können auch hoch glänzende Objekte 15, wie z.B. Pkws sicher erfasst werden.
11 zeigt ein Applikationsbeispiel, bei welchem die Vorrichtung 1 zur Transportgutüberwachung eingesetzt wird. Der Abgleich und Teachvorgang erfolgen auf die Oberfläche eines Transportbandes 28 an einer Transportvorrichtung 27. Objekte 15, die auf dem Transportband 28 liegen, werden sicher detektiert, sobald sie in den Bereich der Sendelichtstrahlen 2, 6 gelangen. Der Vorteil dabei ist, dass die Detektion auch bei sehr kleinen Objekthöhen möglich ist, wenn sich nur die Objektoberfläche im Reflexionsgrad vom Transportband 28 unterscheidet.
12 zeigt ein Applikationsbeispiel, bei welchem die optoelektronische Vorrichtung 1 zur Transportgutsortierung eingesetzt wird. Dabei entspricht die Anordnung gemäß 12 im wesentlichen der Anordnung gemäß 11. Zuerst wird ein zusätzlicher Teachvorgang auf die Objektoberfläche des ordnungsgemäßen Transportgutes 29 vorgenommen. Dann wird ein Objekt 15, welches in der Höhe oder Reflexion von den eingelernten Referenzwerten abweicht, sicher erkannt und kann aussortiert werden. Da mit Hilfe der Abfrage auf Abweichung von der Summendifferenz Ursa die Objektkante erkannt wird, führt diese nicht zum Ansprechen bei einem Transportgut 29.
Der erfindungsgemäße Lichttaster erschließt weitere Anwendungsmöglichkeiten als Sicherheitstaster für die Zugangsabsicherung.
Die Messwerte von der Referenzfläche 14¹ am gegenüberliegenden Ende des Überwachungsraumes werden ständig bezüglich Übereinstimmung mit den gespeicherten Referenzwerten kontrolliert. Durch die zusätzliche Kontrolle des Pegels des Empfangssignals, der in der Sendepause, kurz vor dem folgenden Sendelichtimpuls aufgenommen wird, wird die Schaltung auf ordnungsgemäße Funktion überwacht. Eine ordnungsgemäße Funktion liegt vor, wenn dieser Pegel erheblich unterhalb der Pegel der Empfangssignale bei der Detektion der Referenzfläche 14¹ liegt.
13 zeigt die optoelektronische Vorrichtung 1 mit einer Referenzfläche 14¹ für Sicherheitsanwendungen mit erhöhten Anforderungen. Diese Referenzfläche 14¹ weist zwei Teilflächen 14a, 14b mit unterschiedlicher Reflektivität auf. Die Sendelichtstrahlen 2 des ersten Senders 3 sind auf eine schwach reflektierende Teilfläche 14a gerichtet, während die Sendelichtstrahlen 6 des zweiten Senders 7 auf eine zweite, stark reflektierende Teilfläche 14b gerichtet sind. Ein Referenzwert Urds für die Differenz zwischen den Summen Usa und Usb wird durch den Reflektionsunterschied der Teilflächen 14a, 14b bestimmt. Während des Einlernvorgangs wird hierzu aus den Summensignalen Usa und Usb zur Bestimmung des Referenzwertes Urds die Differenz von Usa und Usb gebildet. Taucht während der Betriebsphase ein Objekt 15 in den Strahlengang der Vorrichtung 1, so werden beide Summenspannungen Usa, Usb ähnliche Werte annehmen und die Differenz Uds = Usa – Usb wird sich deutlich vom Referenzwert Urds unterscheiden. Dadurch kann ein Objekt 15 auch sehr dicht vor der Referenzfläche 14¹ sicher erkannt werden. Die Manipulationssicherheit wird durch die unterschiedlich reflektierenden Teilflächen 14a, 14b deutlich erhöht, da nicht nur die Distanz und der Reflektionsgrad, sondern auch die Position der Kontrastkante der Referenzfläche 14¹ überwacht wird.

1: Vorrichtung
2: Sendelichtstrahl
3: Sender
4: Empfangslichtstrahlen
5: Empfänger
6: Sendelichtstrahl
7: Sender
8: Nahelement
9: Fernelement
10: Sendeoptik
11: Sendeoptik
12: Empfangsoptik
13: Gehäuse
14: Referenzobjekt
14¹: Referenzfläche
14a: Teilfläche
14b: Teilfläche
15: Objekt
16: Verstärker
16¹: Verstärker
17: Subtrahierer
18: Summierer
19: Verstärker
19¹: Verstärker
20: Auswerteeinheit
21: Schaltausgang
22: Warnausgang
23: Parametriereingang
24: Parameterspeicher
25: Tor
26: Boden
27: Transportvorrichtung
28: Transportband
29: Transportgut

Claims

Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem von einer Referenzfläche begrenzten Überwachungsbereich mit wenigstens einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, welcher ein Nah- und Fernelement aufweist, wobei die aus großen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Fernelement und die aus geringen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Nahelement geführt sind, und wobei während eines Einlernvorgangs die Sendelichtstrahlen auf die Referenzfläche gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangssignale an den Ausgängen des Nahelements (8) und des Fernelements (9) einem Subtrahierer (17) und einem Summierer (18) zugeführt sind, und dass die dort gebildete Differenz und/oder Summe der Empfangssignale auf einen Referenzwert oder auf Referenzwerte Urda, Ursa jeweils innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegend eingestellt wird oder werden, und dass nach Beendigung des Einlernvorgangs bei Abweichen der aktuellen Differenzen Uda und/oder der Summen Usa der Empfangssignale an den Ausgängen des Nahelements (8) und Fernelements (9) von dem Referenzwert oder den jeweiligen Referenzwerten Ursa, Urda eine Objektmeldung generiert wird.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Referenzwertes Urda der Empfänger (5) in Abstand neben dem Sender (3) verschiebbar angeordnet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (5) in Längsrichtung verschiebbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Referenzwertes Ursa der Pegel der vom Sender (3) emittierten Sendelichtstrahlen (2) veränderbar ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (3) im Pulsbetrieb betrieben wird, und dass die Pulsbreiten der vom Sender (3) emittierten Sendelichtimpulse einstellbar sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert Urda innerhalb eines durch die Toleranzgrenzen g1o, g1u begrenzten Toleranzbandes liegt.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einlernvorgangs die Differenz Uda der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- (8) und Fernelements (9) mit einem zwischen den Toleranzgrenzen g1o, g1n liegenden Schwellwert S1 bewertet wird, und dass als Einstellhilfe zwei Anzeigedioden vorgesehen sind, wobei jeweils eine der Anzeigedioden signalisiert, ob die Differenz Uda oberhalb oder unterhalb von S1 liegt.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzwert Ursa innerhalb eines durch die die Toleranzgrenzen g3u und g3o begrenzten Toleranzbandes liegt, wobei der Grenzwert g3o im wesentlichen der Summe der Empfangssignale des Nah- (8) und Fernelements (9) an der Aussteuergrenze des Empfängers (5) entspricht.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass bei außerhalb des jeweiligen Toleranzbandes liegendem Referenzwert Urda, Ursa jeweils eine Warnmeldung über einen Warnausgang (22) ausgegeben wird.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektmeldung generiert wird, falls die aktu elle Differenz Uda von dem Referenzwert Urda um wenigstens einen vorgegebenen Betrag Ada abweicht oder falls die Summe Usa von dem Referenzwert Ursa um wenigstens einen vorgegebenen Betrag Asa abweicht.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beträge Ada, Asa wenigstens gleichgroß wie die Breiten der entsprechenden Toleranzbänder für die Referenzwerte Urda, Ursa sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwerte Urda, Ursa innerhalb der jeweiligen Toleranzbänder zur Kompensation interner und/oder externer Störeinflüsse veränderbar sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen zweiten Sendelichtstrahlen (6) emittierenden Sender (7) aufweist, welcher zwischen dem ersten Sender (3) und dem Empfänger (5) liegend angeordnet ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlachsen der Sendelichtstrahlen (6) in Abstand zueinander parallel verlaufen.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (3, 7) jeweils im Pulsbetrieb so betrieben werden, dass die Sendelichtimpulse eines Senders (3 oder 7) jeweils in den Sendepausen des zweiten Senders (7 oder 3) emittiert werden.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektmeldung generiert wird, wenn bei aktivem zweiten Sender (7) das Empfangssignal am Fernelement (9) kleiner ist als das Empfangssignal am Nahelement (8).
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzfläche (14¹ ) zwei Teilflächen (14a, 14b) unterschiedlicher Reflektivität aufweist, wobei die Sendelichtstrahlen (2) eines Senders (3) auf die erste Teilfläche (14a) und die Sendelichtstrahlen (6) des zweiten Senders (7) auf die zweite Teilfläche (14b) ausgerichtet sind.