DE2231776A1 - Lichtschranke zur messung der lage oder abmessung von gegenstaenden - Google Patents

Lichtschranke zur messung der lage oder abmessung von gegenstaenden

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DE2231776A1 DE19722231776 DE2231776A DE2231776A1 DE 2231776 A1 DE2231776 A1 DE 2231776A1 DE 19722231776 DE19722231776 DE 19722231776 DE 2231776 A DE2231776 A DE 2231776A DE 2231776 A1 DE2231776 A1 DE 2231776A1
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Description

Licentxa
Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. 6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1 2231776
20.6.1972 F 72/44 (Eb)
Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen, wobei die auf einen ersten photoelektrischen Empfänger auftreffende Strahlung durch die Schatt enwirkung der Gegenstände geändert wird.
Es ist bereits ein Verfahren zur Dicken- bzw. Breitenmessung von Gegenständen bekannt, bei dem die zu prüfenden Gegenstände in den Strahlengang einer Lichtschranke gebracht werden. Dadurch vermindert sich die Beleuchtung des photoelektrischen Empfängers der Lichtschranke. Aus den Unterschieden der Ausgangssignale des photoelektrischen Empfängers bei voller Beleuchtung und bei mehr oder weniger starker Abdunklung durch Gegenstände kann die Dicke bzw. Breite bestimmt werden, da die Ausgangssignale der Dicke bzw. Breite der Gegenstände proportional sind (DBP 871 647).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte Lichtschranke so weiterzuentwiekeln, daß Einflüsse des Umgebungslichts der Lichtschranke oder im Betrieb auftretende Schwankungen der Lampenhelligkeit infolge Nachdunklung oder Verschmutzung auf der Lampenoberflache keine· Wirkung auf das Ausgangssignal ausüben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter photoelektrjscher Empfänger durch von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung beaufschlagt ist, die nicht von zu messenden Gegenständen beeinflußbar ist, und daß die Ausgänge der beiden photoelektrisehen Empfänger an eine Schaltung angeschlossen sind, der ein der Lage oder den Abmessungen proportionales Ausgangs* entnehmbar ist, das dem Quotienten der Signale aus dem
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ersten und zweiten photoelektrischen Empfänger proportional ist.
Die Anordnung ermöglicht eine genaue Messung der Gegenstände. Da Umgebungseinflüsse weitgehend ausgeschaltet sind, lässt sich die Anordnung in unterschiedlichen Einsatzorten verwenden. An-v forderungen an eine bestimmte Helligkeit der Umgebung oder an eine staubfreie Umgebung können entfallen.
Die Anordnung vermeidet ferner die Schwierigkeiten, die sich bei den bekannten Verfahren durch Schwankungen der Versorgungsspannungen ergeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der erste photoelektrische Empfänger an einen Eingang eines Differenzverstärkers mit sehr großem Verstärkungsgrad angeschlossen ist, daß das der Lage oder den Abmessungen der Gegenstände proportionale Ausgangssignal des Differenzverstärkers einer Multiplizierschaltung ztiführbar ist, deren zweiter Eingang an den zweiten photoelektrischen Empfänger angeschlossen ist, und daß der Ausgang der Multiplizierschaltung mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist.
Bei dieser Anordnung wird eine Division mittels eines Differenzverstärkers und einer Multiplizierschaltung durchgeführt» Die Ausfiihrungsform zeichnet sich durch ihren geringen schaltungstechnischen Aufwand aus.
Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß der zweite photoelektrische Empfänger an einen Differenzverstärker mit sehr großem Verstärkungsgrad angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal einerseits über einen dritten photoelektrischen Empfänger auf den zweiten Eingang rückgekoppelt und andererseits einem Differenzverstärker mit sehr großem Vorstärkungsgrad zuführbar ist, dessen zweiter Eingang von einer Referenzspannung beaufschlagbar und dessen Ausgang an lichtemittierende
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Elemente angeschlossen ist, die zur Beleuchtung des dritten und eine; vierten photoelektrischen Empfängers vorgesehen sind, der im Rückkopplungszweig eines weiteren Differenzverstärkers mit sehr hohem Verstärkungsgrad angeordnet ist, dessen erster Eingang an den ersten photoelektrisehen Empfänger angeschlossen und dessen Ausgang das der Lage oder den Abmessungen der Gegenstände proportionale Signal entnehmbar ist.
Obwohl in dieser Ausführungsform nur Differenzverstärker, photo-. olektrische Empfänger und ein lichtemittierendes Element benutzt werden, läßt sich hiermit eine Division der Eingangsgröße durchführen. Besonders vorteilhaft ist der einfache Aufbau der Ausführungsform, der auf der zweckmäßigen Verbindung einfacher Schaltelemente beruht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß an den zweiten photoelektrischen Empfänger eine Schwellwertschaltung angeschlossen ist, deren Ansprech- und/oder Abfallschwelle einstellbar ist.
Verschmutzungen der Lampe oder der Optik, Staub- und Raucheinwirkungen, die eine starke Verminderung der Helligkeit an den photoelektrischen Empfängern bewirken, .können mit dieser Avisführungsform gemeldet werden, wenn die Helligkeit so stark absinkt, daß eine einwandfreie Messung nicht mehr möglich ist. Bie Lichtschranke kann aufgrund der Meldung gereinigt und wieder in Betri eb genommen werden. B^i nur kurzzeitigen Verminderungen der Helligkeit läßt sich die Lichtschranke sperren, bis die Störung verschwunden ist.
Bei einer bevorzugten Verwendung sind je an beiden einander gegenüberliegenden Rändern einer laufenden 'Materialbahn Lichtschranken angeordnet, wobei sich die Ränder in den Strahlen-
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gangen der Lichtschranken befinden, deren Ausgänge an eine Differenzschaltungen angeschlossen sind, deren Ausgangssignale einem Stellglied zur transversalen Verschiebung der Materialbahn zufüTirbar sind.
Diese Anordnung dient zur Mittenregelung von laufenden Materialbahnen. Auch wenn sich die Breite der laufenden Materialbahn ändert, findet eine genaue Einstellung der Lage statt.
Ausführungsbeispile der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Lichtschranke im Schema mit einem Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,
Fig. 2 eine an die photoelektrischen Empfänger angeschlossene Schaltungsanordnung ,
Fig. 3 eine andere mit den photoelektrischen Empfängern verbundene Schaltungsanordnung,
Fig. k eine Anordnung zur Mittenregelung einer laufenden Materzalbahn.
Von einer länglichen Lichtquelle, z.B. einer Leuchtröhre 1, ausgesandte Strahlung wird über eine Zylinderlinse 2 einem ersten photoelektrischen Empfänger, z.B. einer Photozelle 3i zugeleitet. In den Raum zwischen der Leuchtröhre 1 und der Zylinderlinse 2 werden Gegenstände gebracht, deren Kantenlage gemessen werden soll. Ein Gegenstand k, eine Materialfläche, deckt die von der Leuchtröhre 1 ausgesandte Strahlung teilweise ab.
Das Ausgangssignal der Photozelle 3 foängt von der empfangenen Lichtmenge ab, die durch die Schatte η wirkung des Gegenstands k bestimmt ist.
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Von der Leuchtröhre ausgehende Strahlung wird ferner über eine Optik 5 einem zweiten photoelektrischen Empfänger, einer Photozelle 6, zugeführt. Die Optik 5 wählt Licht eines IJereichs der Leuchtröhre 1 aus, der nicht von dem zu messenden Gegenstand 4 abgedeckt wird. Die Ausgänge der Phtozellen 3» 6 sind mit einer Schaltung 7 verbupden, mittels der das von der Photozelle 3 abgegebene Signal durch das von der Photozelle 6 abgegebene Signal dividiert wird. Das so erhaltene, dem Quotienten beider Signale proportionale Signal kann anschließend verstärkt werden. Am Avisgang ß der Schaltung 7 steht ein Signal A zur Verfügung, das unabhängig ist vom Nachlassen der Lampenhelligkeit, von Verschmutzung der Lampenoberfläche oder Rauch- und Stauberscheinungen in der Umgebung. Wird mit U die Ausgangsspannung der Photozelle 3) mit XL· die Ausgangsspannung der Photozelle 6 und mit ν ein Verstärkungsfaktor bezeichnet, dann gilt für A die Beziehung: U„
A - v,-— (l).
Sowohl im Signal U als auch im Signal IL- ist ein Faktor enthalten, der sich auf gleichartig wirkende Umgebungslicht- und Lampenhelligkeitseinflüsse bezieht.Anhand der Gleichung (l) ist zu ersehen, daß dieser Faktor auf das Ausgangssignal keinen Einfluß ausübt. Das Signal A ist daher der Lage des Gegenstands 4 proportional.
Eine andere Schaltung, um die Ausgangssignale zweier photoelektrischer Empfänger miteinander zu dividieren, zeigt Fig. 2. Übereinstimmende Elemente in den Figuren 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Photozelle 3 ist an einen Eingang eines Differenzverstärkers 9 angeschlossen, der einen sehr hohen Verstärkungsgrad aufweist. Der Ausgang 10 des Differenzverstärkers an dem ein der Lage zu messender Gegenstände proportionales Signal A zur Verfügung steht, ist mit einem Eingang einer Multiplizierschaltung 11 verbunden,
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deren zweiter Eingang an die Photozelle 6 angeschlossen ist. Der Ausgang der Multiplizierschaltung 11 ist auf den zweiten Eingang des Differenzverstärkers 9 geführt. Die Photozelle 6 speist ferner eine Schwellwertschaltung 12, deren Ansprechschwelle und/oder Abfallschwelle einstellbar ist.
Die Multipiizierschaltung 11 gibt ein Signal Z ab, das dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 11 zugeführt wird, Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 ergibt sich aus der Beziehung:
UA = (U - Z). V (2).
Aus diesem Signal wird die Spannung Z durch Multiplikation mit dem Signal U/. erhalten. Dabei gilt die Beziehung:
z = uA . U6 (3).
Durch Einsetzen der Gleichung (3) in die Gleichung (2) ergibt sich die Beziehung:
UA = (U3 - U6 * V · V (/l)·
Nach Division der linken Gleichungsseite durch V, dem sehr großen Verstärkungsfaktor des Dxfferenzverstärkers 11, kann der sehr kleine Faktor U. vernachlässigt werden. Die Gleichung (k)
V~~
läßt sich somit umformen in:
UA. ^ C5).
U6
Das Ausgangssignal U. entsteht demnach mit hinreichender Genauigkeit als Quotient der von den Photozellen 3 und 6 abgegebenen Signale.
Sobald die Spannung an der Photozelle 6 einen Grenzwert unterschreitet, gibt die Schwellwertschaltung 12 ein Fehlersignal ab. Die An- bzw. Abfallschwelle der Schaltung 12 ist auf einen Grenzwert der von der Leuchtröhre 1 ausgehenden Helligkeit abgestimmt. Unterhalb diese Grenzwerts ist keine einwandfreie Messung innerhalb vorgegebener Toleranzen mehr möglich. Auf-
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grnnd des Felllersignals kann die Lichtschranke gereinigt und anschließend wieder in netrieb genommen werden. Da das Fehlersignal auch bei kurzzeitiger Verminderung der Helligkeit entsteht, läßt es sich zu Unterbrechung der Messung ausnutzen, die nach Wegfall des Signals fortgesetzt werden kann.
Eine weitere Schaltung zur Division der Ausgangssignale zweier photoelektrischor Empfänger ist in Fig. 3 dargestellt. Übereinstimmende Elemente in den Figuren 1, 2 und 3 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Photozelle J ist an einen Eingang eines Differenzverstärkers 13 angeschlossen, an dessen Ausgang 1h ein der Lage des zu messenden Gegenstands k proportionale Signal zur Verfügung steht. Dfir Ausgang l'l ist über einen dritten photoelektrischen Empfänger
15 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 13 verbunden.
Die Photozelle 6 ist an einen Eingang eines Differenzverstärkers
16 angeschlossen, dessen Ausgang einerseits mit einem Eingang eines weiteren Differenzverstärkers 17 und andererseits über einen vierten photoolektrisehen Empfänger 18 mit dem zweiten Eingang verbunden ist. Der zweite Eingang des Differenzverstnrkcrs 17 wird von einer Referenzspannung beaufschlagt. Der Ausgang des Differenzverstarkers 17 speist lichtemittierende Dioden 19, 20. Die lichtemittierenden Dioden 19i 20 dienen'zur Beleuchtung der beiden photoelektrischen Empfänger 15 > l8. Als Empfänger 151 "IB werden Photowiderstände benutzt. Die Differenzverstärker 13, l6, 17 weisen sehr große Verstärkungsgrade auf.
Bei Zti- oder Abnahme des Signals U^ wird über den Differenzverstärker 17 die Helligkeit der Dioden 19, 20 so verändert, daß über eine entsprechende Änderung des Photowiderstands l8 die Spannung am Ausgang des Verstärkers l6 nahezu konstant blebt. Mit der axis den Elementen l6 bis 20 bestehenden Schaltxtngsanordnung wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 geregelt.
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SAD
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Wird die AusgangsSpannung des Verstärkers l6 mit U r und die am Photowiderstand 18 abfallende Spannung mit U1O bezeichnet, dann gilt die Beziehung:
u l6 = Zi -<6>. ■
Ul8
Da die Spannung U ς nahezu konstant ist, ergibt sich hierauf, daß die Spannung, U « der Spannung UV proportional ist.
Die Spannung U am Photowiderstand 15 wird in gleicher Weiso verändert wie die Spannung Up. Daher ist die Spannung U am Ausgang l4 des Differenzverstärkers 13 dem Quotienten der Spannungen U und U/- proportional.
In Fig. 4 ist eine Materialbahn 21 dargestellt, deren Lage geregelt werden soll. Die Bahn 21 soll symmetrisch zu einer Mittellinie transportiert Airerden. Die Bahn 21 ist zwischen einer Leuchtröhre 22 tind zwei Lichtschranken 23, 24 angeordnet, die gemäß einer in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Schaltungen aufgebaut sind. Die Lichtschranken 23, 24 werden jeweils durch Ränder der Bahn 21 teilweise, abgedunkelt. Die Ausgänge der Lichtschranken 23» 2'l sind mit einer Differenzschaltung 25 verbunden, an die ein Stellglied 26 angeschlossen ist, durch das eine Verstellung einer die Bahn 21 transportierenden Walze 27 erfolgt.
Solange die Bahn 21 symmetrisch zur gewünschten Mittellinie liegt, stimmen die Ausgangssignale der Lichtschranken 23, 24 iiberoin. Die Schaltung 25 gibt deshalb kein Steuersignal ab und die Walze 27 verharrt in ihrer Lage. Bei Abweichung der Bahn 21 von der Symmetrielinie entsteht eine Spannungsdifferenz zwischen dan Ausgangssignalen der Lichtschranken 23, 2^, die je nach positiver oder negativer Polarität zu einer Betätigung des Stellglieds 26 führt, das die Bahn 21 über die Walze 27 nach rechts odor links verschiobt, bis die Ausgangssignale der Lichtschranken 231 2't wieder übereinstimmen. Die in Fig. 4 f^oi r;te Schaltung bewirkt auch dann oi no Mi. ttenpositioniorung dor 'Jahn 2! , wonn die Bn'm 21 symmetrische Breiten.'indorungen aufweist.
3 O 9 8 8 U I O 6 8 3 - g&& QmaiHAL

Claims (1)

  1. 20.6.1972 . F 72/Vl (Eb)
    Patentansprüche
    Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen, wobei die auf einen ersten photoeloktrischen Empfänger auftretende Strahlung durch die Schaf, t en wirkung der Gegenstände geändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein'zweiter photooloktrischer Empfänger (6) durch von der Lichtquelle (l) ausgesandte Strahlung beaufschlagt ist, die nicht von zu messenden Gegenständen (4) beeinflußbar ist, un daß die Ausgänge der beiden photoelektrischen Empfänger (3» 6) an eine Schaltung (7) angeschlossen sind, der ein der Lage oder den Abmessungen proportionales Ausgangssignal entnehmbar ist, das dem Quotienten der Signale aus dem ersten ,und zweiten photoelektrischen Empfänger (3» 6) proportional ist»
    2. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste photoelektrische Empfänger (3) an einen Eingang eines Differenzverstärkers (9) mit sehr großem Verstärkungsgrad angeschlossen ist, daß das der Lage oder den Abemssungen der Gegenstände (4) proportionale Ausgangssignal des Differenz-· Verstärkers (9) einer Multiplizierschaltung Cll) zuführbar ist, deren zweiter Eingang an den zweiten photoelektrischen Empfänger (6) angeschlossen ist, und daß der Ausgang der Multiplizierschaltung mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers (9) verbunden ist.
    3. Lichtschranke nach Anspruch 1, dadurch'gekennzeichnet, daß der zweite photoelektrische Empfänger (6) an einen Differenzverstärker (l6) mit sehr großem Verstärkungsgrad angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal einerseits über einen dritten j>hotoelektrisehen Empfänger (l8) auf den zweiten Eingang rückgekoppelt und andererseits einem Differenzverstärker (17) mit sehr großem Verstärkungsgrad zuführbar ist, dessen zweiter Eingang von einer Referenzspannung beaufschlagbar und dessen Ausgang an lichtemittierende Elemente (19» 20) angeschlossen ist, die zur Beleuchtung des dritten und eines vierten photo-
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    - ιυ -
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    elektrischen Empfängers (15) vorgesehen sind, der im Rückkopplungszweig eines weiteren Di fferenzvor.stärkers (13) mit sehr hohem Vorstärkungsgrad angeordnet ist, dessen erster Eingang an den ersten photoelektrIschen Empfänger (3) angeschlossen und dessen Ausgang (l'O das der Lage oder den Abmessungen der Gegenstände (k) proportionale Signal entnehmbar ist.
    'jl·, Lichtschranke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an den zweiten photoelektrischen Empfänger (6) eine Schwellwertschaltung (l2) angeschlossen ist, deren Ansprech- und/oder Abfallschwelle einstellbar ist.
    5. Lichtschranke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,gekennzeichnet durch die Verwendung je an beiden einander gegenüberliegenden Rändern einer laufenden Materialbahn (21), wobei sich die Ränder in den Strahlengängen der Lichtschranken (23i 2'±) befinden, deren Ausgänge an eine Differenzschaltung (25) angeschlossen sind, deren Ausgangssignale einem Stellglied (26, 27) zur transversalen Verschiebung der Materialhahn (21) zuführbar sind.
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