DE29715720U1

DE29715720U1 - Elektronisches Erfassungsgerät

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Publication number: DE29715720U1
Application number: DE29715720U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2007-09-03

Description

Elektronisches Erfassungsgerät Beschreibung

Das elektronische Erfassungsgerät erfaßt berührungslos Personen oder Gegenstände. Es hat einen optischen Erfassungsteil, der Fotodioden und lichtaussendende Dioden enthält, wobei das von den Dioden abgestrahlte und von einem oder mehreren Gegenständen, die sich in dem Erfassungsbereich des elektronischen Erfassungsgerätes befinden, reflektierte Licht von einer oder mehreren Fotodioden empfangen und einer auswertenden Elektronik zugeführt ist.

Elektronische Erfassungsgeräte der eingangs genannten Art werden in vielen unterschiedlichen Ausführungen angewendet. Solche Geräte werden als Opto-Sensoren, Näherungsschalter, optische Licht-Reflextaster oder verkürzt Reflextaster bezeichnet .

Solche Reflextaster werden überwiegend in Industriebereichen eingesetzt, um die Automatisierung von Herstellungsabläufen zu realisieren. Insbesondere in der Verpackungsindustrie dienen sie dazu, Produktionsabläufe zu automatisieren. Die Geräte haben den Vorteil, daß sie jeden Werkstoff erfassen, der in der Lage ist Licht zu reflektieren. Die Eigenart dieser Geräte bringt es mit sich, daß sie in trockenen und weitgehend staubfreien Bereichen eingesetzt werden, weil Staub und auch Wasserdampf oder Wassertropfen die Eigenschaft haben, das ausgesendete Licht zu reflektieren und damit ein Erfassungssignal des Reflextasters auslösen.

Solche Störungen werden insbesondere dann hervorgerufen, wenn das optische Erfassungsteil des Reflextasters einen optischen Kurzschluß aufweist, der darin bestehen kann, daß das in dem Reflextaster eingebaute Fotoelement einen von den lichtaussendenden Dioden des Reflextasters angestrahlten Gegenstand, z. B, einen Wassertropfen über dessen reflektierte oder umgeleitete Strahlung sieht.

Um diese Störung zu unterbinden, sind Lösungen bekannt, die eine Trennwand zwischen dem empfangenden und dem sendenden Teil des Reflextasters vorsehen. Eine andere Lösung besteht darin, daß für das Sendesystem und das Empfangssystem je eine separate Linse verwendet ist, die den Strahlengang des jeweiligen optischen Bauelementes bündelt, so daß keine Gegenstände im Nahbereich des Reflextasters erkannt werden können.

Es sind bislang keine Anwendungen bekannt geworden, die ein elektrisches Erfassungsgerät der eingangs genannten Art beschreiben, das geeignet wäre, in sehr nassen Bereichen, z. B. auch unter Wasser, eingesetzt zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, Konstruktionsmerkmale für ein elektrisches Erfassungsgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das auch in nassen Bereichen aber auch unter Wasser einsetzbar ist. Das Gerät soll insbesondere in einer druckfesten und wasserdichten Bauform, vorzugsweise zylindrisch aufgebaut sein und der elektrische Ausgang soll so ausgeführt sein, daß er ebenfalls den Dichtungsansprüchen für einen Einsatz unter Wasser genügt.

Insbesondere soll das Gerät in der Lage sein, Gegenstände nicht nur im Nahbereich sondern bis zu einer Entfernung von 3,00 m und mehr zu erfassen. Es soll insbesondere die Eingenschaft aufweisen, daß der von dem Gerät ausgehende Lichtstrahl kegelförmig ausgebildet ist, so daß sowohl kleine wie große Gegenstände die sich in dem von dem Gerät ausgeleuchteten Kegel befinden, erfaßt werden.

Die Lösung der gestellt Aufgabe ist in den Merkmalen des Anspruchs 1 und der auf ihn bezogenen Unteransprüche beschrieben .

Der Erfassungsteil (7) ist in seiner Aufsicht kreisförmig ausgebildet. Im seinem Zentrum ist ein Fotoelement (8) angeordnet. Auf einem Kreis, in dessen Zentrum das Fotoelement (8) angeordnet ist, sind lichtaussendende Diode (LED) angeordnet. Diese Sendedioden sind in dem Erfassungsteil (7) mit ihren optischen Achsen so ausgerichtet, daß sich ein Lichtkegel ergibt. Der Lichtkegel der einzelnen Sendediode ist so ausgewählt, daß sich aus der Addition der einzelnen Lichtkegel ein Gesamtlichtkegel des Gerätes ergibt, der z. B. in einer Entfernung von 2,00 m zum Erfassungsgerät einen Durchmesser von 1,00 m ergibt, wobei die Lichtintensität in der Ebene dieses Kegelschnittes annähernd gleichmäßig verteilt ist. Es ist z. B. auch möglich, die einzelnen Sendedioden mit einer speziellen Optik zu versehen, um eine gleichmäßige Ausleuchtung des Kegelquerschnittes zu erreichen. Die Empfindlichkeit der verwendeten Fotodiode (8) ist so gewählt, daß sie vorzugsweise ohne zusätzliche Optik betrieben wird, wobei ihr Empfangsbereich dadurch festgelegt ist, daß sie am Boden eines optischen Tubus plaziert ist.

Sendedioden und Fotoelement oder Fotodiode sind durch eine gemeinsame Scheibe (1) gegen Feuchtigkeit geschützt. Diese Scheibe ist für das von den Sendedioden ausgesendete Licht durchlässig und besteht vorzugsweise aus einer getönten Glaskeramik. Der als Bohrung in Erfassungsteil (7) ausgebildete Tubus des Fotoelementes (8) ist bis dicht an die Scheibe (1) herangeführt und durch einen O-Ring (10) gegen Umwelteinflüsse und eindringendes Wasser abgedichtet. Dieser O-Ring unterbindet auch das Überkoppeln der von den Sendedioden ausgehenden Lichtstrahlen auf das Fotoelement (8). Der O-Ring (10) ist in der Weise in den Erfassungsteil (7) eingebracht, daß beim Andrücken der Scheibe (1) an den Erfassungsteil (7) ein mechanischer Anschlag an den Erfassungsteil (7) eintritt, so daß eine normgerechte Anpressung des O-Rings (10) gegeben ist. Durch diesen Anschlag ist auch gewährleistet, daß der O-Ring (2) beim Anpressen der Scheibe durch den Aufschraubring (4) nicht überlastet ist. Zur Erzeugung eines gleichmäßig ausleuchtenden Lichtkegels durch die Sendedioden (9) ist vorgesehen, daß die optischen Achsen dieser Sendedioden nicht parallel zur optischen Achse der Fotodiode (8) geführt sind, sondern daß ihre optischen Achsen zur Wandung des Gehäuses (15) hin abgewinkelt sind. Ein günstiger Winkel für diese Anordnung ist abhängig von den optischen Vorgaben der Sendedioden und deren Optik und beträgt vorzugsweise 10°. Ein besonderer Vorteil dieser kreisförmigen Anordnung besteht darin, daß zur Erreichung großer Tastabstände die Sendeleistung der einzelnen Sendedioden addiert wird, so daß durch die Erhöhung der auf dem Kreis angeordneten Sendedioden die Lichtsendeenergie je nach vorliegender Anwendung wesentlich gesteigert werden kann, so daß die Ausleuchtung großer Flächen mit hoher Lichtleistung möglich ist.

Ein besonderer Vorteil besteht zudem darin, daß trotz einer Vielzahl von Sendedioden nur eine Fotodiode erforderlich ist, so daß für die Detektion der von Gegenständen reflektierten Strahlung eine einfache aber wirksame elektronische Auswerteschaltung aufgebaut werden kann.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

In das mit einem Gewinde versehene metallische und zylindrisch ausgeführte Gehäuse (15) ist ein Erfassungsteil (7) eingesetzt. Der Erfassungsteil enthält optische Sendedioden (9) und ein oder mehrere Fotoelemente (8). Diese sind in einer mittigen Bohrung des Erfassungsteils (7) eingesetzt, in der Weise, daß die als Tubus wirkende Bohrung den Blickwinkel des Fotoelementes oder Fotoelementanordnung (8) begrenzt. Die Bohrung ist von einem O-Ring (10) umfaßt, der in der Weise in einer umlaufenden Nut eingebracht ist, daß beim Anpressen der Scheibe (10) an den Erfassungsteil der O-Ring vollständig im verformten Zustand in der Nut verschwindet und die Scheibe (1) an der Umrandung der umlaufenden Nut anschlägt. Der Blickwinkel des Fotoelementes ist so gewählt, daß er etwas größer ist als der von den Sendedioden gebildete Lichtkegel. Dies geschieht in der Weise, daß die Fotodiode (8) in ihrem Tubus in Richtung des Steckanschlusses verschoben ist bis der Blickwinkel erreicht ist. Zwischen Erfassungsteil und Abdeckscheibe ist ein weiterer O-Ring (2) eingebracht, der eine Abdichtung zwischen Scheibe und Erfassungsteil herstellt. Die Scheibe (1) ist vorzugsweise aus Glaskeramik hergestellt, die eingefärbt ist, und die das Licht der Sendedioden, jedoch nicht das störende Tageslicht durchläßt. Diese Scheibe ist mit dem aufschraubbaren Anpreßring (4) gegen die O-Ringe anpreßbar.

Die optischen Achsen der Sendedioden (9) bilden einen in Richtung des Gehäuses (15) abgewinkelten Sendestrahl, wobei die Addition aller in den Erfassungsteil eingebrachten Sendedioden einen Lichtkegel mit demselben Öffnungswinkel, vorzugsweise 10° bilden. Die optische Achse des Fotoelementes (8) fällt zusammen mit der Zentralachse des Gehäuses (15). Die Sendedioden (9), in dieser Darstellung sechs Stück sind mit einer kreisrunden Platine (5) verbunden, die ihrerseits mit einer die Sendedioden ansteuernden Elektronik aufnehmenden Platine (11) verbunden ist. Die Sendedioden sind um einen zentrischen Kreis zum Fotoelement (8) angeordnet. Jeweils zwei Sendedioden sind elektrisch in Serie geschaltet und die sich ausbildenden drei Sendediodenpaare sind elektrisch parallel geschaltet. Die Leiterplatte (5), an die die Sendedioden (9) angeschlossen sind, weist eine mittige Bohrung auf, in die ein metallischer Zylinder (6) eingeführt ist. Dieser metallische Zylinder gewährleistet die elektrische Abschirmung der von den Sendedioden ausgehenden elektrischen und magnetischen Felder. Die Anschlüsse der Fotodiode sind im Inneren des Zylinders (6) an die Leiterplatte (12) angeschlossen, die die elektrische Auswertung des von der Fotodiode (8) empfangenen reflektierten Sendesignals vornimmt und in ein geeignetes Analog- oder Digitalsignal wandelt. Die Leiterplatte (12) ist mit einem Steckanschluß (20) verbunden, dessen Gehäuse durch einen O-Ring (21) gegen das Anschlußteil (19) abgedichtet ist. Der Erfassungsteil (7), wie auch der Anschlußteil (19) sind mit zwei O-Ringen versehen, wobei der dem Gehäuseinneren zugewandte O-Ring dazu vorgesehen ist, daß in den Innenraum (15) des Gehäuses eingebrachte, flüssige Harz abzusperren, so daß der vor ihm liegende zwei O-Ring seine volle Beweglichkeit erhält.

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Die Leiterplatte (12) ist mit einer elastisch federnden Schicht, die vorzugsweise elektrisch leitend ist,bedeckt oder durch Zwischenbringen einer Haftschicht mit der Leiterplatte (12) zusammengefügt. Der Abgleich des Reflextasters wird durch ein Potentiometer vorgenommen, das nach Entfernen einer abdichtenden Schraube (16) von außen zugänglich ist. Der Verguß des Innenraumes des Gehäuses erfolgt durch eine Öffnung (17), die nach dem Verguß mit einem einpreßbaren Stift verschlossen ist.

Die Erfindung ist nicht auf hier dargestellte Ausführungsform des Reflextasters eingeschränkt, sondern es sind auch andere geometrische Ausbildungen denkbar, die die hier dargestellten entsprechenden Merkmale aufweisen.

Claims

Elektronisches Erfassungsgerät Patentansprüche

Elektronisches Erfassungsgerät zur berührungslosen Erfassung von Personen oder Gegenständen, mit einem optischen Erfassungsteil, das Fotodioden und lichtaussendende Dioden (LED) enthält, wobei das von den Dioden abgestrahlte und von einem oder mehreren Gegenständen zurückgeworfene Licht von einen oder mehreren Fotodioden empfangen und einer auswertenden Elektronik zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungsteil (7) in seiner Aufsicht kreisförmig ausgebildet ist, mit einem in seinem Zentrum angeordneten Fotoelement (8) mit LED's (9), die auf einem Kreis angeordnet sind, in dessen Zentrum sich das Fotoelement (8) befindet, mit einer für das LED-Licht durchlässigen Scheibe (1), die Fotoelement (8) und LED's (9) gemeinsam überdeckt, mit einem O-Ring (10), der die Scheibe (1) gegen den Erfassungsteil (7) im Bereich des Fotodioden-Lichteintrittes (8) abdichtet, mit einem O-Ring (2), der die Scheibe (1) gegen den Erfassungsteil (7) abdichtet, mit LED's, deren optischen Achsen gegenüber derjenigen des Fotoelementes in Richtung der Gehäusewandung (15) abgewinkelt sind.

Elektronisches Erfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (1) mit einem Gewindering (4) gegen die O-Ringe (2, 10) gepreßt ist.

Elektronisches Auswertegerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die LED's mit ihren optischen Achsen in einem Bereich von 5 - 15° abgewinkelt sind.

Elektronisches Erfassungsgerät nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erfassungsteil (7) mit ein oder mehreren O-Ringen (3) gegen das Gehäuse (15) abgedichtet ist.

Elektronisches Erfassungsgerät nach mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sechs LED's verwendet sind, wovon je 2 LED's elektrisch in Serie geschaltet und diese drei Paare parallel geschaltet sind.

Elektronisches Erfassungsgerät nach mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die LED's an eine separate Leiterplatte (11) angeschlossen sind.

Elektronisches Erfassungsgerät nach mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Fotodiode verbundene Leiterplatte (12) mit einer federnden Schicht (14), die vorzugsweise elektrisch leitfähig ist, bedeckt ist.

Elektronisches Erfassungsgerät nach mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) mit einem Gewinde versehen ist und daß an seinem anschlußseitigen Teil ein Steckanschluß (20) angebracht ist, der über eine O-Ring-Abdichtung (21) in ein Anschlußteil (19) dichtend eingebracht ist.

Elektronsiches Erfassungsgerät nach mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußteil (19) mit einem oder mehreren O-Ringen (18) gegen das Gehäuse (15) abgedichtet ist.