DE3109790A1 - In reflexion arbeitendes fotoelektrisches schaltgeraet - Google Patents

Description

Omron Tateisi ... PH/.HP 1187

B ESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein in Reflexion arbeitendes fotoelektrisches Schaltgerät, welches ein Lichtprojektionseleraent, das ein Lichtbündel auf einen Gegenstand einstrahlt, ein Lichtempfängerelement, das am Gegenstand reflektiertes Licht erhält,und eine Schaltungseinheit zur Verarbeitung von durch das Lichtempfängerelement erzeugten Ausgangssignalen umfaßt, und richtet sich insbesondere auf ein verbessertes fotoelektrisches Schaltgerät, das in der Lage ist, ein gleichbleibendes Schaltausgangssignal, unabhängig von einer Änderung der Umgebungsbedingungen des Lichtempfängerelements, zu erzeugen.

Herkömmlicherweise ist ein in Reflexion arbeitendes fotoelektrisches Schaltgerät im wesentlichen so eingerichtet, daß das Vorhandensein eines Gegenstands nachgewiesen wird, indem ein vorgegebener Referenzsignalwert mit dem Ausgangs signalwsrt des am Gegenstand refektiertes Licht erhaltenden Lichtempfängerelements verglichen wird. Der Referenzsignalwert wird unter Berücksichtigung von Farbe bzw. Reflexionsvermögen des Gegenstands und der Umgebung des Gegenstands festgelegt. Wenn das Anwendungsgebiet beispielsweise das Schneiden von Papier auf eine bestimmte Größe ist, wird der Referenzwert entsprechend der Farbe des Papiers eingestellt und das Schaltgerät weist dann die Markierungen, die die zu schneidenden Maße wiedergeben, nach.

Im allgemeinen wird eine LED (Leuchtdiode) oder eine Glühlampe als Lichtquelle für das im Schaltgerät enthaltene Lichtprojektionselement verwendet. Ein solches Lichtprojektionselement hat eine bestimmte Wellenlänqencharakteristik, so daß das auf das Lichtempfängerelement treffende reflektierte Licht eine ähnliche spektrale Wellenlängencharüktsristik hat. Die vom Lichtprojektionselement ausgehende Energieverteilung ist jedoch alterungsabhängig. Forner kann es sein, daß sich

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der Wellenlängenbereich, in dera Jas Lichtempfängerelement auf reflektiertes Licht empfindlich ist, mit der Temperatur des Lichtempfängerelements ändert. Wegen dieser Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen für das Lichtempfängerelement ist die Wellenlängencharak'teristik des am Lichtempfängerelement gewonnenen Ausgangssignals nicht stabil.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines fotoclektrischen Schaltgeräts, welches eine Einrichtung aufweist, mit der alterunqsbedingte Änderungen der Wellenlängencharakteristik von Lichtprojektionselement und Lichtempfängerelement abgeglichen werden können.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, ein fotoelektrisches Schaltgerät zu schaffen, das auch bei einer Temperaturänderung von Lichtprojektions- und -empfängerelement . stabil schaltet.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht, teilweise in Explosionsdarsteilung, einer bevorzugten Ausführungsform des in Reflexion arbeitenden fotoelektrischen Schaltgeräts gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Bezugslichtführeinrichtung zur Führung eines Bezugslichtbündels im Gerät der Figur 1,

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Ausführungsform der Figur 2,

Figur 4 eine im Gerät der Figur 1 verwendete Schaltung.

Figur 1 zeigt als besondere Ausführungsform der Erfindung ein in Reflexion arbeitendes fotoelektrisches Schaltgerät, das in einem lichtundurchlässigen Gehäuse 1 untergebracht ist. Das Licht einer eine Lichtquelle darstellenden Glühlampe 2 durchläuft eine Linse 3, einen Halbspiegel 4 und eine Gegenstandslinse 5 und wird auf einen nachzuweisenden Gegenstand gebündelt. Das am Gegenstand 6 reflektierte Licht durchläuft die.Linse 5, wird am Halbspiogol 4 reflektiert und durchläuft die Linse 7,

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von wo es auf ein auf einer Leiterplatte 17 angebrachtes fotoelektrisches Lichtempfängerelement 8 gelangt. Auf diese Weise ist ein Nachweislichtweg zwischen Lampe 2 und Element 8 über den Gegenstand 6 hergestellt. Andererseits wird von der Lampe 2 ausgehendes Licht durch einen Konkavspiegel 9 reflektiert und konzentriert und über Lichtleitstäbe 10 und 11 an ein fotoelektrisches Referenzlichtempfängerelement 12 geleitet, das auf der Leiterplatte 17 neben dem Element 8 angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Referenzlichtweg zwischen Lampe 2 und Element 12 über die Stäbe 10 und 11 hergestellt.

Wie in Figur 2 im einzelnen dargestellt, tritt das vom Spiegel 9 ausgehende konzentrierte Licht (gestrichelt dargestellt) in den Lichtleitstab 10, der beispielsweise aus lichtdurchlässigem Kunststoff besteht, ein und trifft von dort auf die ebene Oberseite 11a des Lichtleitstabs 11. Das in den Lichtleitstab 11 eingedrungene Licht wird an einer schrägen Fläche 11b in Totalreflexion reflektiert und das reflektierte Licht durch die als Konvexlinse ausgebildete Fläche 11c am anderen Ende auf das Element 12 gebündelt.

Oberhalb des Stabes 10 ist eine mittels eines Justierknopfes 13 in horizontaler Richtung bewegliche Abschattungsplatte 16 angeordnet. Das heißt, der Knopf 13 ist außerhalb des Gehäuses 1 drehbar anqebracht und an einer Schraubenspindel 14 befestigt. Die Schraubenspindel 14 greift in eine bewegliche Mutter 15 ein, welche die Abschattungsplatte 16 trägt. Bei einem Drehen des Knopfes 13 bewegt sich die Mutter 15 zusammen mit der Platte 16 in den bzw. aus dem Referenzlichtweg zwischen Lampe 2 und Stab 10, wodurch sich die auf das Element 12 einfallende Referenzlichtmenge einstellen läßt.

Figur 3 zeigt einen abgewandelten Aufbau für den Referenzlichtweg zwischen Lampe 2 und Lichtempfängerelement 12. Bei dieser Abwandlung wird eine Lichtleitfaser 18 verwendet. Die Faser 18 ist biegsam, wodurch durch die ebene Oberseite 18a eindringendes Licht ohne Verluste nach außen an das Element 12 geleitet werden kann. Das hintere Ende 18b der Faser 18 bildet eine Konvexlinye, die das eingetretene Licht auf das Element 12 bündelt. Das einfallende Licht wird mit der Refle-

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xion an der Innenseite der Faser 18 in dieser gestreut, wodurch das mit der Platte 16 regulierte Licht gleichförmig an das Ende 18b geleitet und die Einstellung der Lichtmenge durch die Platte verbessert wird.

Figur 4 zeigt das Schaltbild einer auf der Leiterplatte montierten Schalt-Schaltung . Die Schalt-Schaltung besteht im wesentlichen aus einer Verstärkereinheit 21, die Ausgangssignale der Lichtempfängerelemente 8 und 12 erhält, einer Schmitt-Triggereinheit 22, die plötzlich ihren Ausgangszustand ändert, wenn eine sich langsam ändernde Ausgangsspannung der Einheit 21 einen bestimmten kritischen Wert erreicht, einer ersten invertereinheit 23, die Ausgangssignale der Einheit 22 invertiert, einer zweiten Invertereinheit 24, die die invertierten Ausgangssignale der Einheit 23 weiter invertiert, einer Schalteinheit 25, die zwischen Ausgangssignalen der Einheiten 23 und 24 auswählt, einer Ausgangsschaltungseinheit 26, welche die vom Schaltgerät abgegebenen Ausgangssignale erzeugt, einer Schutzschaltungseinheit 27, zum Schutz der Einheit 26 und einer Netzteileinheit 28 mit einem Spannungsstabilisierungs-IC 28a. Die Lichtempfärigerelemente 8 und 12 sind in Bezug auf einander und in Bezug auf die Verstärkereinheit 21 entgegengesetzt geschaltet, wobei die Verstärkereinheit so ausgelegt ist, daß, wenn die auf die Elemente 8 und 21 gegebenen Lichtmengen identisch sind,kein Ausgangssignal an der Einheit 21 erscheint.

Wenn beispielsweise gewünscht wird, daß eine auf eine Verpackungsbahn gedruckte Markierung durch das fotoelektrische Schaltcjerät festgestellt wird, muß zunächst der Justierknopf 13 aus Figur 2 oder 3 so eingestellt werden, daß die auf das Referenz lichtempf ängerelement 12 auf treffende Lichtmenge gleich der Lichtmenge wird, die auf das Nachweislichtempfängerelement 8 von der Lampe 2 über die nackte Oberfläche der Bahn gelangt. Anders ausgedrückt wird der Knopf 13 so gedreht, daß die Verstärkereinheit 21 kein Ausgangssignal erzeugt, wenn das aus der Linse 5 austretende Lichtbündel auf die nackte Oberfläche der Verpackungsbahn gebündelt wird. Wenn dann das Schaltgerät die auf die Bahn gedruckte Markierung fest-

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stellt, d.h., wenn das aus der Linse 5 austretende Lichtbündel auf die Markierung gebündelt wird, nimmt die auf das Element 8 qebündelte Lichtmenge ab oder zu, so daß sich das Ausgangssignal der Einheit 21 je nachdem entweder nach einer negativen oder einer positiven Spannung hin ändert.

Wenn dann die Ausgangsspannung der Einheit 21 den oben tjrwähnten bestimmten kritischen Wert erreicht, erzeugt die Schmitt-Triggereinheit 22 ein Ausgangssignal. Das Ausgangssignal der Einheit 22 wird über den Inverter 23 und den Schalter 25 auf die Ausgangsschaltungseinheit 26 gegeben, und die Einheit 26 gibt über ein Kabel 19 ein Nachweissignal nach außen ab. Wenn ^die Schalter einheit 25 in den anderen Zustand, nämlich von Kontakt 25a auf Kontakt 25b, umgelegt wird, kehrt sich die Polarität des Nachweisausgangssignals

Die Schutzschaltungseinheit 27 ist so ausgelegt, daß, wenn der Emitterstrom eines Ausgangstransistors 26a einen bestimmten Punkt überschreitet, ein Thyristor 27a zündet, wodurch der Basisstrom des Transistor 26a vermindert wird.

Auf diese Weise schützt die Einheit 27 die Einheit 26.

Wie oben beschrieben, wird also gemäß der Erfindung ein Teil des von der im fotoelektrischen Schaltgerät enthaltenen Lichtquelle ausgehenden Lichts an ein Referenzlichtempfängerelement 12 geleitet, so daß sich Änderungen an der Lichtquelle gleichermaßen dem Nachweislichtempfängerelement 8 und dem Referenzlichtempfängerelement 12 mitteilen, wodurch erreicht wird, daß die durch das Schaltgerät erzeugten Nachweis-Ausgangssignale durch Änderungen an der Lichtquelle nicht beeinflußt werden. Ferner sind beide Lichtempfängerelemente 8 und 12 auf der gleichen Leiterplatte nahe beieinander angeordnet, wodurch sich Temperaturänderungen innerhalb des Gehäuses 1,etwa ein Temperaturanstieg infolge der Erwärmung durch die Lichtquelle mit zunehmender Zeit oder eine durch Änderung der Umqebungsbedinaunaen des Geräts bewirkte Temperaturänderung, gleichermaßen beiden Lichtempfängerelcmonten 8 und 12 mitteilen, so daß möglicherweise an

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den beiden Elementen auftretende Temperaturänderungen die Ausgangssignale des Geräts nicht beeinflussen, weil die betreffenden Änderungen der Ausgangssignale der Lichtempfängerelemente 8 und 12 in der nachgeschalteten Schaltungseinheit 21 gegeneinander weggehoben werden. Ferner sind das Nachweis- und das Referenzlichterapfängerelement auf der Leiterplatte montiert und benötigen daher keine Verbindungsdrähte zwischen ihnen und ihren Leiterplatten, die beispielsweise notwendig wären, wenn das Referenzlichtempfängerelement neben der Lichtquelle angeordnet wäre. Da das vorliegende Schaltgerät solche Verbindungsdrähte, bei denen außerdem die Gefahr besteht, daß sie Störungen einfangen, nicht benötigt, es nicht nur leicht zu montieren, sondern auch wirkungsvoll hinsichtlich seines Störschutzes.

Ki/sch

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L eerseite

Claims (4)

1. Priorität: 15. März 1980 - JAPAN - Nr. 32878/1980

   PATENTANSPRÜCHE

   1 . In Rtⁱflexion arbeitendes fotoelektrisches Schaltgerät mit einem Lichtprojektionselement zum Einstrahlen von Licht auf einen Gegenstand, einem fotoelektrischen Nachweislichtempfängerelement für den Empfang von am Gegenstand reflektiertem Licht, einer Schaltung zur Verarbeitung von Ausgangssignalen des Nachweislichtempfängerelcments, und einem wenigstens das Lichtprojektionselement, das Nachweislichtempfängerelement und die Schaltung aufnehmenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet , daß ein fotoelektrisches Referenz-1.ichtempfängerelement (12) im Bereich des Nachweislichtempfänger-

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   elements (8) und eine ReferenzlichtleiteinrxGhtung (10, 11; 18) zum Leiten eines Teils des von dem Lichtprojektionselement einqestrahlten Lichts zum Referenzlichtprojektionselement vorgesehen sind.
2. 2. Schaltgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung der durch die Referenzlichtleiteinrichtung geleiteten Lichtmenge auf einen bestimmten Wert.
3. 3. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das fotoelektrische Nachweislichtempfängerelement (8) und das fotoelektrische Referenzlichtempfängerelement (12) nebeneinander auf einer Leiterplatte

   (17) angebracht sind.
4. 4. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Referenzlichtleiteinrichtung eine optische Faser (18) ist.

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