DE2265258A1 - Lichtschrankengitter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Lichtschrankengitter mit mehrerer nebeneinander angeordneten Lichtquellen, welche gemeinsam einen vorbestimmten Raumbereich erfassende Lichtbündel aussenden, und mit einer photoempfindlichen Empfangsanordnung, welche die Intensität der aus dem vorbestimmten Raumbereich austretenden Lichtbündel feststellt und bei einem vorbestimmten Intensitätsabfall eines oder mehrerer ankommender Lichtbündel ein Ausgangssignal abgibt. Derartige Lichtschrankengitter sind bekannt (DT-AS 1 170 286) und haben den Zweck, größere Flächenbereiche auf das Eindringen von Gegenständen zu überwachen. Sie werden z. B. als Schutz-Lichtvorhang vor Gefahrenzonen von Maschinen wie Pressen verwendet, um beim Eindringen der menschlichen Hand oder eines anderen Körperteiles ein Ausschaltsignal für die betreffende Maschine abzugeben.

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DR. O. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. G R A M K O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7 2

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtschrankengitter der eingangs genannten Gattung, bei dem der Aufwand für seine praktische Verwirklichung wesentlich herabgesetzt ist, ohne daß die an derartige Gitter gestellten hohen Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen vernachlässigt werden. Das Gitter soll außerdem von kompaktem und übersichtlichem Aufbau und leicht herstellbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die einzelnen Lichtquellen durch eine einzige Energiequelle in schneller Folge zeitlich nacheinander einschaltbar sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Art Fahrstrahlprinzip, ohne daß jedoch mechanisch zu bewegende Teile wie Spiegelräder oder Schwingspiegel verwendet werden müssen. Vorteilhafterweise ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung nur eine einzige Energiequelle für alle Lichtquellen erforderlich, was eine erhebliche Einsparung bedeutet. Zwischen der Energiequelle und den einzelnen Lichtquellen befindet sich erfindungsgemäß ein elektronisch gesteuerter Umschalter, der die Lichtquellen in der vorgegebenen zeitlichen Aufeinanderfolge an die Energiequelle anschließt.

Eine weitere wesentliche Vereinfachung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß für die Auswertung der durch die aus dem Raumbereich austretenden einzelnen Lichtbündel hervorgerufenen elektrischen Signale nur eine einzige Auswerteelektronik vorgesehen ist.

Eine wesentliche weitere Vereinfachung wird dadurch erzielt, daß alle aus dem Raumbereich austretenden Lichtbündel optisch auf einem einzigen Meß-Photoempfanger vereinigt werden, an den die Auswerteelektronik angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform wird also für zahlreiche Lichtquellen nur ein einziger Meß-Photoempfanger benötigt.

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Dabei ist weiter vorzugsweise vorgesehen, daß die von jeder Lichtquelle ausgehenden Vergleichsbündel durch die gleiche Optik wie die Meßbündel auf einen einzigen Vergleichs-Photoempfanger vereinigt werden, der an eine in der Auswerteelektronik vorgesehene Vergleichsschaltung angeschlossen ist. In der Vergleichsschaltung findet wieder eine Quotientenbildung statt. Der Vorteil der Unempfindlichkeit gegen Schwankungen der Lichtquellenhelligkeit wird also bei dieser Ausführungsform mit dem Vorzug erzielt, daß nur ein einziger Vergledchs-Photoempfanger erforderlich ist, wobei auch die für die Meßbündel verwendete Optik doppelt ausgenutzt wird.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lichtquellen lichtemittierende Dioden sind, wobei es sich vorzugsweise um Ga-As-Dioden handelt. Diese Dioden zeichnen sich durch einfache Steuerbarkeit aus. Sie werden erfindungsgemäß durch ein heutzutage sehr preiswert zur Verfugung stehendes Schieberegister nacheinander an die Energiequelle angeschlossen.

Wird das erfindungsgemäße Lichtschrankengitter als Schutz-Lichtvorhang vor einer Gefahrenzone bei einer Maschine wie einer Presse verwendet, so ist die Frequenz, mit der die Lichtquellen nacheinander eingeschaltet werden, so hoch, daß im Falle des Eindringens einer menschlichen Hand in den Vorhang das Abschaltsignal vorliegt, bevor die Gefahrenzone von der Hand erreicht ist. Zweckmäßigerweise liegt die Frequenz in der Größenordnung von 5 kHz.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des optischen Teiles einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtschrankengitters,

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Fig. 2 eine um 90° um die optische Achse gedrehte Ansicht des Gegenstandes der Fig. 1 und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Auswerteelektronik für das erfindungsgemäße Lichtschrankengitter.

Nach Fig. 1 und 2 sind sechs Ga-As-Dioden 11, 12, 13, 14, und 16 derart nebeneinander angeordnet, daß das von ihnen ausgesandte Licht jeweils über Linsen 48, 49, 50» 51» 52 und eng aneinanderliegende, im wesentlichen parallele Lichtbündel 18, 19, 20, 21, 22 bzw. 23 ergibt. Die Lichtbündel 18 - 23 werden an einem Tripelspiegel 54 durch natürliche Streuung so reflektiert, daß sie über einen gemäß der Zeichnung angeordneten Keil 62 und einen Hohlspiegel 40 gemeinsam auf einen einzigen Meß-Photoempfanger 38 abgebildet werden, welcher an die in Fig. 4 angedeutete Auswerteelektronik 25 angeschlossen ist.

Die Bündel 18 - 23 erfassen also einen zu überwachenden Raumbereich 24. Wird in diesen Raumbereich ein Hindernis eingebracht, so wird der zu dem Meß-Photoempfänger 38 gelangende Lichtstrom entsprechend geschwächt. Dieser Intensitätsabfall wird für die Auswertung herangezogen.

Erfindungsgemäß sind alle sechs lichtemittierende Dioden 11 16 über einen Umschalter an eine Energiequelle angeschlossen. Der Umschalter sorgt dafür, da3 zu einer Zeit nur eine Diode mit Spannung beaufschlagt wird und daß in schneller Aufeinanderfolge alle Dioden zyklisch nacheinander gezündet werden, wobei sich dieses Arbeitsspiel ständig wiederholt. Verläuft dieser Vorgang mit einer ausreichenden hohen Frequenz in der Größenordnung von 1 bis 10 kHz, so wird in dem Raumbereich 24 ein für praktische Zwecke ununterbrochener Lichtvorhang erzeugt.

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Unterschiedliche Helligkeiten der verwendeten lichtemittierenden Dioden sowie andere die Diodenhelligkeit beeinflussende Störungen können ausgeschaltet werden, indem jeder Diode 11 - 16 vor dem Raumbereich 24, aber neben den Meßstrahlengängen angeordnete Planspiegel 42, 43, 44, 45, 46 und 47 zugeordnet werden, welche von der zugeordneten Lichtquelle ausgehendes Licht auf den Hohlspiegel 40 werfen, der das von allen Spiegeln kommende Licht auf einem einzigen Vergleichs-Photoempfänger 41 vereinigt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Planspiegel 42 - 47 neben den Linsenpaaren 48 - 53 angeordnet, so daß als Vergleichsbündel 39 Licht verwendet wird, das ohnehin nicht in den Meßstrahlengang eintreten würde.

Auch der Vergleichs-Photoempfänger 41 ist an die Auswerteelektronik 25 angeschlossen, in die eine Vergleichsschaltung eingebaut ist, in der der Quotient aus den elektrischen Signalen des Meß-Vergleichs-Photoempfängerpaares gebildet wird. Auf diese Weise machen sich unterschiedliche Grundhelligkeiten der verwendeten Lichtquellen ebenso wenig in der Auswertung bemerkbar wie Alterungserscheinungen oder Temperatureinflüsse auf die Lichtquellen.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur Auswertung der von den Photoempfängern 38 bzw. 41 abgegebenen Signale. Diese werden zunächst in Verstärkern 56, 57 verstärkt und dann an die beiden Eingänge eines Triggers 58 angelegt. Erfindungsgemäß ist der Ausgang des Triggers Null, solange das von der Diode 38 abgeleitete Signal kleiner als das Signal von der Bezugsdiode .41 ist. Der Ausgang des Triggers ist dagegen L,wenn das Signal von der Diode 38 größer als das von der Diode 41 stammende ist.

An den Ausgang des Verstärkers 57 ist eine Differenzierungsstufe 59 angeschlossen, die einen Ausgang nur für die positive

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Flanke eines bei 41 ankommenden Impulses abgibt. Auch der Ausgang des Triggers 58 ist an eine Differenzierungsstufe 60 angeschlossen, welche jedoch nur bei Vorliegen der negativen Flanke eines am Trigger 58 erscheinenden Impulses einen Ausgangsimpuls abgibt.

Die beiden Differenzierungsstufen sind an die Eingänge eines setzbaren Flip-Flops 61 angelegt.

Bei normalem Betrieb erscheinen am Ausgang des Triggers in regelmäßiger Folge Ausgangsimpulse, so daß am Ausgang des Flip-Flops 61 eine Wechselspannung erscheint. Sinkt jedoch das Signal an der Empfangsdiode 38 aufgrund des Einbringens eines Hindernisses in den Raumbereich 24 unter einen vorbestimmten Wert ab, verschwindet wenigstens einer der Impulse am Ausgang des Triggers 58 und das Flip-Flop 61 verharrt etwas länger in der durch die Differenzierungsstufe 59 bestimmten Stellung. An den Ausgang des Flip-Flops 61 ist erfindungsgemäß eine sehr schnelle, auf jeden einzelnen Impuls ansprechende, sich selbsthaltende Schaltung wie ein Relais angelegt, die beim Ausbleiben nur eines Impulses der Serie abfällt und somit zur Auslösung eines Warnsignals oder zur Unterbrechung des Maschinenbetriebes herangezogen werden. Die Schaltung nach Fig. 3 ist auch in sich sicher, weil beim Ausfall irgendeines der Schaltelemente die gleiche Wirkung beim Einbringen eines Hindernisses in den zu überwachenden Raumbereich 24 erzielt wird.

Patentansprüche:

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Leerseite

Claims (8)

S 3275 -T- Patentanspruch e

1. Lichtschrankengitter mit mehreren -nebeneinander angeordneten Lichtquellen, welche gemeinsam einen vorbestimmten Raumbereich erfassende Lichtbündel aussenden, und mit einer photoempfindlichen Empfangsanordnung, welche die Intensität der aus dem vorbestimmten Raumbereich austretenden Lichtbündel feststellt und bei einem vorbestimmten Intensitätsabfall eines oder mehrerer ankommender Lichtbündel ein Ausgangssignal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lichtquellen (11 - 16) durch eine einzige Energiequelle (17) in schneller Folge zeitlich nacheinander einschaltbar sind.

2. Lichtschrankengitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für die Auswertung der durch die aus dem Raumbereich (24) austretenden einzelnen Lichtbündel (18 - 2J) hervorgerufenen elektrischen Signale nur eine einzige Auswerteelektronik (25) vorgesehen ist.

3. Lichtschrankengitter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle aus dem Raumbereich (24) austretenden Lichtbündel (18-23) optisch auf einem einzigen Meß-Photoempfanger (38) vereinigt werden, an den die Auswerteelektronik (25) angeschlossen ist.

4. Lichtschrankengitter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die von jeder Lichtquelle (11 - 16) ausgehenden Vergleichsbündel (39) durch die gleiche Optik (40) wie die Meßbündel auf einen einzigen Vergleichs-Photoempfanger (41) vereinigt werden, der an eine in der Auswerteelektronik (25) vorgesehene Vergleichsschaltung angeschlossen ist.

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S 3275 -4S-

5. Lichtschrankengitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquellen lichtemittierende Dioden (11-16) sind.

6. Lichtschrankengitter nach Anspruch i>, dadurch gekennzeichnet , daß es sich um Ga-As-Dioden handelt.

7. Lichtschrankengitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, als Schutz-Lichtvorhang vor einer Gefahrenzone bei einer Maschine wie einer Presse, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz, mit der die Lichtquellen (11 - 16) nacheinander eingeschaltet werden, so hoch ist, daß im Falle des Eindringens einer menschlichen Hand in den Vorhang das Abschaltsignal vorliegt, bevor die Gefahrenzone von der Hand eiSeicht ist.

8. Lichtschrankengitter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz in der Größenordnung von kHz liegt.

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