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Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige optoelektronische Sensoreinrichtungen
werden beispielsweise am Rand eines Schutzbereiches einer Werkzeugmaschine
angeordnet, um Personen beim Zugang in diesen Schutzbereich zu detektieren
und ein Abschaltsignal oder ein Warnsignal auszulösen.
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In den meisten Fällen ist es aufgrund baulicher
Maßnahmen
nur an einzelnen Teilbereichen des Randes möglich, in den Schutzbereich
einzudringen. Diese frei zugänglichen
Teilbereiche werden durch die optoelektronische Sensoreinrichtung,
vergleichbar mit einem optischen Zaun, geschlossen. Nachfolgenden
wird dieser optische Zaun als Überwachungsstrecke
gekennzeichnet.
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Um die Gefahr des Über-/Unterschreitens auszuschließen ist
es darüber
hinaus meist erforderlich, dass in der Überwachungsstrecke zwei oder mehrere
räumlich
versetzte Lichtstrahlen vorhanden sein müssen. Diese zwei- oder mehrstrahligen
Lichtschranken gehören
unter dem Begriff Lichtgitter zum Stand der Technik. Eine häufig zum
Einsatz kommende Ausführungsform
bei der Schutzbereichsüberwachung
ist das zweistrahlige Lichtgitter.
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Bei diesen zweistrahligen Lichtgittern
kommen zwei Anwendungsprinzipien zum Einsatz.
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Das erste Prinzip besteht aus zwei
einzelnen Lichtschranken mit jeweils einem Sender und einem Empfänger. Diese
beiden Lichtschranken werden in zeitlich kur zen Abständen wechselseitig
aktiviert und aus den beiden Statussignalen wird anschließend ein gemeinsames
Ausgangssignal generiert. Bei diesem Anwendungsprinzip zur Erzeugung
eines zweistrahligen Lichtgitters werden sowohl zwei Einweglichtschranken
als auch zwei Autokollimationslichtschranken eingesetzt. Bei der
Einweglichtschranke befindet sich der Sender auf der einen Seite
der Überwachungsstrecke
und der Empfänger
auf der entgegengesetzten Seite. Bei der Autokollimationslichtschranke
befinden sich der Sender und der Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse auf
der einen Seite der Überwachungsstrecke,
während
auf der entgegengesetzten Seite ein Retroreflektor angeordnet ist,
welcher das auftreffende Licht ins sich zurückreflektiert.
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Beim zweiten Prinzip eines zweistrahligen Lichtgitters
wird das Licht des Senders von einer Seite in die Überwachungsstrecke
eingestrahlt und auf der anderen Seite in einer Lichtumkehreinheit
um einen definierten Betrag versetzt wieder zur Ausgangsseite zurückreflektiert.
Auf dieser Seite befindet sich neben dem Sender auch ein Empfänger, welcher
das auftreffende Licht detektiert. Die Überwachungsstrecke wird auf
diesem Wege an zwei räumlich
versetzten Linien überwacht.
Zweistrahlige Lichtgitter nach diesem Anwendungsprinzip haben sowohl
von der wirtschaftlichen Seite als auch beim Montageaufwand wesentliche
Vorteile. Bei der wirtschaftlichen Seite sind die Vorteile darin
begründet,
dass bei diesem zweistrahligen Lichtgitter nur ein Sender, nur ein Empfänger und
damit auch nur eine Signalverarbeitungseinheit, vorzugsweise in
einem gemeinsamen Gehäuse,
erforderlich ist. Da die Lichtumkehreinheit eine elektrisch passive
Komponente ist, wird auf der Seite der Lichtumkehreinheit auch kein
elektrischer Installationsaufwand notwendig, was den Montageaufwand
reduziert.
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Nachteilig bei diesem zweistrahligen
Lichtgitter mit Lichtumkehreinheit ist, dass dieses Anwendungsprinzip
nur bei verhältnismäßig kurzen Überwachungsstrecken
angewendet werden kann. Der Grund liegt darin, dass zur Vermeindung
eines hohen Justageaufwandes von Sender, Empfänger und Lichtumkehreinheit
sowie zur Kompensation von Schwingungen oder Vibrationen am Einsatzort
der Sender und der Empfänger
eine Abstrahl- bzw. Detektionskeule von ca. 2,5 Grad aufweisen müssen. Damit eine
zweifelsfreie Detektion auch von spiegelnden Objekten innerhalb
der Überwachungsstrecke
gewährleistet
ist, dürfen
sich die Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers nicht überschneiden.
Würde sich
ein spiegelndes oder sehr gut reflektierendes Objekt innerhalb dieses Überschnei dungsbereiches
der beiden Keulen befinden, so bestünde das Risiko, dass die optoelektronische
Sensoreinrichtung fälschlicherweise
einen freien Lichtweg signalisiert und Objekte im weiteren Verlauf
der Überwachungsstrecke
nicht erkannt werden. Aus diesem Grunde darf die Lichtumkehreinheit
nur so weit von der Sender-/Empfängereinheit
entfernt sein, dass diese Überschneidung
der beiden Keulen nicht stattfindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
optoelektronische Sensoreinrichtung nach dem Prinzip der aktiven
Sender-/Empfängereinheit
gepaart mit der passiven Lichtumkehreinheit auszubilden, bei der
die wirtschaftlichen Vorteile eines zweistrahligen Lichtgitters
mit nur einem Sender und einem Empfänger genutzt werden können. Dabei
soll gleichzeitig die Überwachungsstrecke
vergrößert werden,
ohne ein Detektionsrisiko bei spiegelnden Objekten eingehen zu müssen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die
Erfindung vor, einen zusätzlichen
Umlenkspiegel zwischen der aktiven Sender-/Empfängereinheit und der Lichtumkehreinheit
einzusetzen, der die Ausbreitungsrichtung der optischen Überwachungsstrecke verändert und
dabei gleichzeitig die Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule
des Empfängers
reduziert.
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Mit diesem zusätzlichen Umlenkspiegel kann in
vorteilhafter Weise die Überwachungsstrecke
nicht nur an die Randkontur des Schutzbereiches angepasst werden,
sondern erlaubt durch die Festlegung einer begrenzten Spiegelgröße innerhalb
der Überwachungsstrecke
eine stufenweise Einschränkung der
wirksamen Abstrahlkeule bzw. der Detektionskeule. Durch diese Maßnahme ist
es möglich,
ohne Einengung des Justagefreiheitsgrades der Sender-/Empfängereinheit
den Beginn der Überschneidung
der beiden optischen Keulen in einen größeren Abstand zu verlagern.
Dadurch ist insbesondere auch unter Berücksichtigung der Sicherheitsrisiken bei
der Erkennung von spiegelnden Objekten eine größere Überwachungsstrecke realisierbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
ist vorgesehen, dass der zusätzliche
Umlenkspiegel nicht aus einem einteiligen Spiegel besteht, sondern
auf einem gemeinsamen Träger
für jeden
einzelnen Lichtstrahl getrennte Spiegelflächen angeordnet sind. Dies
ist besonders bei großen
Strahlabständen
von Vorteil, weil dadurch nur die tatsächlich notwendige Spiegelflächengröße bereitgestellt
werden muss, wäh rend die
mechanische Verbindung mit preiswerten Metall- oder Kunststoffkomponenten
realisiert werden kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, die wirksamen Spiegelquerschnitte
der Umlenkspiegel in horizontaler und vertikaler Ausdehnung unterschiedlich
groß auszuführen. Damit
ist es möglich,
eine Abstrahlkeule mit einem ursprünglich runden Strahlquerschnitt,
zum Beispiel in einen rechteckigen oder elliptischen Strahlquerschnitt,
zu verändern.
Erfindungsgemäß wird bei
den mehrstrahligen Lichtgittern dann die kleine Achse des Strahlquerschnittes
in die Richtung gelegt, in der die einzelnen Strahlen versetzt angeordnet
sind. Die große
Achse des Strahlquerschnittes dagegen ist in jener Richtung angeordnet,
in der eine Überschneidung
der Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers nicht
auftreten kann. Dadurch wird der Freiheitsgrad in der Justage der
einzelnen Komponenten deutlich vergrößert.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter
Bezugnahme auf die 1 erläutert.
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In dieser 1 ist eine optoelektronische Sensoreinrichtung
am Rand eines Schutzbereiches angeordnet.
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Im Schutzbereich 1 befindet sich
beispielsweise eine nicht dargestellte Werkzeugmaschine. Der Schutzbereich
1 ist teilweise durch die festen Absperrungen 2, 3, 4 und 5 gegen
unbefugten Zutritt abgesichert. Die verbleibende freie Überwachungsstrecke
setzt sich aus den beiden Teilstrecken 6 und 7 zusammen.
Am Rande der Teilstrecke 6, ist in einem gemeinsamen Gehäuse 8 eine
aktive Sender/Empfängereinheit
angeordnet. Durch eine im Gehäuse 8 angebrachte
Sendeöffnung 9 tritt
ein Lichtbündel 10 mit
einem Abstrahlwinkel α in
die Überwachungsstrecke
ein. Nach Durchlaufen der Teilstrecke 6 gelangt das Lichtbündel 10 auf
den Umlenkspiegel 11. Aufgrund der geöffneten Abstrahlkeule ist das
Lichtbündel 10 am
Ort des Umlenkspiegel 11 auf einen Querschnitt 12 angewachsen.
Am Umlenkspiegel 11 ist innerhalb des Querschnitts 12 eine
optisch wirksame Reflexionsfläche 13 vorhanden,
welche das Lichtbündel 10 umlenkt
und zu einer Lichtumkehreinheit 14 weiterleitet. Da die
Reflexionsfläche 13 nur
einen Ausschnitt des gesamten Querschnittes 12 erfasst, wird
nur ein im Querschnitt reduziertes Lichtbündel 10' unter einem Winkel α' zur Lichtumkehreinheit 14 geleitet.
Durch eine Eintrittsöffnung 15 gelangt
eine Teilmenge des Lichtbündels 10' in die Lichtumkehreinheit 14 ein.
In der Lichtumkehreinheit 14 wird das eintretende Licht
mit Hilfe optischer Komponenten um einen Strahlabstand A versetzt
und anschließend durch
eine Austrittsöffnung 16 wieder
in die Überwachungsstrecke
zurückreflektiert.
Analog dem vom Sender ausgestrahlten Lichtbündel 10 sind die Verhältnisse
beim Empfangsstrahlengang. Durch eine im Gehäuse 8 angebrachte
Empfangsöffnung 17 kann
der Empfänger
das unter einem Winkel β auf die
Empfangsöffnung 15 auftreffende
Licht detektieren. Das Licht, dessen Ursprung vom Empfänger aus nur über den
Umlenkspiegel detektiert wird, kann wegen der dafür relevanten
Reflektionsfläche 18 auf dem
Umlenkspiegel 11 nur aus dem reduzierten Detektionswinkel β' erfasst werden.
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Bei Betrachtung von 1 ist somit erkennbar, dass durch den
Einsatz eines zusätzlichen
Umlenkspiegels, mit dem gleichzeitig die Abstrahlkeule bzw. die
Detektionskeule eingeschränkt
werden, bei gegebenem Strahlabstand A eine Überscheidung der beiden Keulen
erst in einem deutlich größeren Abstand
von der Sender-/Empfängereinheit
auftreten wird.