DE3018393C2 - Lichtgitter - Google Patents
LichtgitterInfo
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- G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lichtgitter, welches aus optischen Einrichtungen zur Bildung mehrerer optischer
Kanäle aus einer Lichtquelle, Lichtempfangseinrichtungen, einer im Strahlenpfad der Lichtquelle
angeordneten, von einer elektronischen Steuereinrichtung beaufschlagten optischen Schalteinrichtung, welche
die einzelnen optischen Kanäle zeitlich nacheinander aktiviert, und einer elektronischen Auswertungseinrichtung
besteht.
Lichtgitter dienen dem Zweck, bei einem unerwünschten Eingriff in den Arbeitsraum einer Maschine,
beispielsweise einer Presse, ein Signal auszulösen, mit dessen Hilfe die Maschine zeitweilig oder ganz
stillgesetzt wird. Sie bestehen aus einer Vielzahl den zu kontrollierenden Arbeitsraum erfassenden optischen
Kanälen, die jeweils durch einen Lichtsender und einen Lichtempfänger gebildet werden. Bei einer Unterbrechung
des Lichtganges löst eine Auswertungselektronik das Signal aus. Für Lichtgitter dieser Art sind im
wesentlichen zwei Systeme bekannt. Bei dem einen System hat jeder optische Kanal eine eigene Lichtquelle,
z. B. in Form einer Leuchtdiode, wobei entweder die Lichtquellen gleichzeitig zyklisch angesteuert und die
Signale der Lichtempfänger in einem UND-Glied verknüpft werden (DE-OS 16 16 016), oder die Lichtquellen
werden nacheinander zyklisch angesteuert, wobei die Auswertung der Ausgangssignale im gleichen
Rhythmus gesteuert wird (DE-PS 22 47 053). Bei dem anderen System werden die optischen Kanäle von einer
gemeinsamen Lichtquelle ausgeleuchtet, wobei die Lichtverteilung auf die Kanäle durch ein Linsensystem
to oder mit Hilfe eines Drehspiegels und eines Parabolspiegels erfolgt (DE-OS 14 41 426). Mit Ausnahme der
Drehspiegelausführung ist bei allen Systemen jedem Kanal eine Lichtempfangsdiode zugeordnet. Die Einrichtungen
für den Lichtempfang können entweder auf der den Lichtquellen gegenüberliegenden Seite des zu
kontrollierenden Arbeitsraumes oder auf der gleichen Seite wie die Lichtquellen liegen, wobei im letzteren Fall
an der gegenüberliegenden Seite ein Reflektor angebracht ist und die reflektierten Strahlen mittels
haJbdurcblässiger Spiegel auf die zugehörigen Lichtempfänger
gelenkt werden.
Aus der DE-OS 28 24 583 ist eine Sicherheitslichtschranke bekannt, bei der linear polarisiertes Sendelicht
verwendet wird, dessen Polarisationszustand an einem Reflektor verändert wird, wobei das Empfangslicht vor
dem Auftreffen auf einen photoelektrischen Wandler in
einer um 90° gedrehten Ebene polarisiert wird. In der DE-OS 20 17 400 ist eine Feinmeßanordnung beschrieben,
bei der ein elektrooptischer Lichtablenker den Meßstrahl periodisch auf zwei oder mehrere benachbarte
diskrete Punkte des Meßobjekts richtet. Weiterhin ist in der älteren Patentanmeldung P 29 41 739.8-52 ein
Lichtgitter vorgeschlagen worden, bei dem eine Lichtverteilereinheit eine mit der Anzahl der optischen
Kanäle identische Anzahl optischer Richtkoppler enthält, die jeweiligen sekundären Wellenleiter der
optischen Richtkoppler jeweils am Lichtleiter eines optischen Kanals liegt, die optischen Richtkoppler über
einen weiteren Lichtleiter mit der Lichtquelle und untereinander in Serie gelegt und die Elektroden der
optischen Richtkoppler mit einer aus der Steuei einrichtung und der elektronischen Auswerteschaltung bestehenden
elektronischen Steuer- und Auswerteeinrichtung verbunden sind. Die optischen Richtkoppler bilden
elektronisch steuerbare Lichtweichen, mit deren Hilfe die in einer Lichtquelle erzeugten und durch einen
Lichtleiter geführten Lichtimpulse nacheinander und zyklisch in die optischen Kanäle gesteuert werden.
Allen bekannten Glüh- und Leuchtstofflampen haftet der Nachteil an, daß diese Lichtquellen im Aufbau
aufwendig und außerdem störanfällig sind (niedrige Lebensdauer). Ein zur Störlichtunterdrückung zweckmäßiger
Impulsbetrieb verringert bei den obigen Lichtquellen die Lebensdauer erheblich. Die bekannten
Linsensysteme erlauben nur den gleichzeitigen Betrieb aller Kanäle und bei der Strahlenverteilung mittels eines
Drehspiegels läßt sich weder die Dauer der Lichtimpulse noch deren Folge steuern. Auch die als Lichtempfänger
dienenden Fotodioden stellen eine Störquelle dar.
Sie können durch Überstrahlung benachbarter optischer Kanäle oder fremde Lichtquellen Fehlsignale
auslösen, die durch eine aufwendige, selbstüberwachende logische Prüfschaltung (Koinzidenzstufe) eliminiert
werden müssen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtgitter der gattungsgemäßen Art
derart auszubilden, daß die den einzelnen optischen Kanälen zyklisch zugeführten und einer Lichtquelle
entstammenden Lichtimpulse in ihrer Dauer und Folge steuerbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Einrichtungen zur Erzeugung von 'inear polarisiertem
Licht vorgesehen und in jedem optischen Kanal 5 eine keramische Kerr-Zelle, dere% Elektroden an die
elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung angeschlossen sind, sowie ein Analysator angeordnet
sind.
Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtgitter bilden die Kerr-Zellen elektronisch steuerbare optische
Schalteinrichtungen, mit deren Hilfe die von einer Lichtquelle erzeugten Lichtimpulse nacheinander und
zyklisch in die optischen Kanäle gesteuert werden. Während bei einer Lichtverteilung mittels eines '5
Drehspiegels die Dauer und Folge der in die optischen Kanäle gelenkten Lichtimpulse im wesentlichen vom
optischen Aufbau und der Drehgeschwindigkeit abhängt, läßt sich erfindungsgemäß die Dauer und die
Folge der Lichtimpulse variieren und unterschiedlichen Verhältnissen anpassen. Dabei sind keine störanfälligen
mechanischen Bauteile erforderlich.
Neben den bekannten Kerr-Zellen, bei denen optisch isotrope Flüssigkeiten oder Gase der Einwirkung eines
elektrischen Feldes ausgesetzt werden und hierdurch durch Ausrichtung der Moleküle im elektrischen Feld
eine optische Anisotrope erzeugt wird, die zur Doppelbrechung führt, sind auch Kerr-Zellen aus einem
Transparenten, polykristallinen, ferroelektrischen Keramikameterial
unter der Bezeichnung PLZT-Keramik bekanntgeworden, die aus Blei-, Lanthan-, Zirkon- und
Titan-Verbindungen bestehen. Wird dieses Keramikmaterial von linear polarisiertem Licht durchstrahlt und
gleichzeitig mit einer elektrischen Spannung, deren Feldrichtung einen Winkel von 45° mit der Polarisationsebene
einschließt, beaufschlagt, so durchlaufen die ordentliche und außerordentliche Lichtwelle die Keramik
mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit. Bei
einer Phasendifferenz von (J = tj- am Ausgang der
Keramik kommt es am nachgeschalteten Analysator, dessen Durchlaßebene um 90° gegenüber der Schwingungsebene
des eingestrahlten Lichtes gedreht ist, durch Interferenz der ordentlichen und außerordentlichen
Lichtwelle zum Durchstrahlen des Analysators. Umgekehrt kommt es bei einer angelegten elektrischen
Spannung gleich Null zu einer Phasenverschiebung ό = 0° und damit zur Auslösung des Lichtes. Die
Kerr-Zelle ist insbesondere zum Betrieb mit monochromatischem Licht im Wellenlängenbereich λ = 0,5 ...
6 μηι geeignet (vgl. »Neue passive elektrooptische Werkstoffe und Anwendungen«, H. Schichl, Forschungsbericht
K 3004,1979).
Zur Erzeugung des erforderlichen polarisierten Lichtes kann entweder eine Lichtquelle Verwendung
finden, welche unmittelbar polarisiertes Licht erzeugt, oder es besteht die Möglichkeit, unpolarisiertes Licht zu
verwenden und vor jeder Kett-Zelle einen Polarisator anzuordnen. In beiden Fällen werden die den optischen
Kanäle zugeordneten Kerr-Zellen mit einem Linear *>o
polarisierten Licht bestrahlt. Das hinter den Kerr-Zellen austretende Licht durchläuft einen Analysator und
koppelt danach in justierte Lichtleiter ein, die jeweils mit den Kerr-Zellen auf einer optischen Achse liegen.
Mit Hilfe der elektronischen Steuer- und Auswer- ^
tungseinrichtung werden sowohl die Lichtquelle als auch die einzelnen Kerr-Zellen derart angesteuert, daß
sie die einzelnen optischen Kanäle zeitlich nacheinander einschalten.
In vorteilhafter Weise können die einzelnen Kerr-Zellen auch zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden,
indem eine mit einer Vielzahl von Elektroden versehene Kerr-Zelle mit einem Polarisator und einem Analysator
beschichtet ist. Die Elektroden sind so angeordnet, daß sie ein zur Lichtausbreitungsrichtung transversales
elektrisches Feld aufbauen und damit in dem betreffenden Bereich der Kerr-Zelle eine Doppelbrechung
hervorrufen. Die daraus resultierende Phasenverschiebung zwischen der ordentlichen und außerordentlichen
Welle des eingestrahlten Lichtes ermöglicht je nach Anordnung des Analysators durch Interferenz eine
Lichtauslöschung.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert; es
zeigt
F i g. 1 ein Lichtgitter mit einem Reflektor in einem Blockschaltbild,
F i g. 2 eine Kerr-Zelle aus einem Keramikmaterial in einer perspektivischen Darstellung und
F i g. 3 eine schematische Darstellung der Doppelbrechungswirkung einer Kerr-Zelle.
Das in F i g. 1 dargestellte Lichtgitter besitzt eine
Lichtquelle 1, beispielsweise in Form einer Laserdiode. Die Lichtimpulse der Lichtquelle 1 erzeugen mittels
einer Zylinderlinse 2 ein Lichtband auf dem Polarisator 4. Hinter dem Polarisator 4 befinden sich Kerr-Zellen 5a
bis 5n, deren Aufbau weiter unten beschrieben wird. Daran schließt sich ein Analysator 6 an, der ebenso, wie
der Polarisator 4 aus mehreren Bauteilen bestehen kann. Daran anschließend sind jedem optischen Kanal 3a bis
3n Lichtleiter 18 zugeordnet, welche in die Nähe des Brennpunktes der Abbildungsoptiken 7 führen. Die
Lichtimpulse werden von einem Reflektor 8 zurückgeworfen und gelangen jeweils über die zugehörige
Abbildungsoptik 7, den entsprechenden Lichtleiter 18, den Analysator 6, die betreffende Kerr-Zelle 5a bis 5n
und den Polarisator 4 zu einem Strahlungsteiler 9, der sie zu einer Sammellinse 10 reflektiert, welche den
betreffenden Lichtimpuls einer Lichtempfangsdiode 11 zuführt.
Der Strahlungsteiler 9 ist in bekannter Weise so ausgeführt, daß er die von der Zylinderlinse 2
kommenden Lichtimpulse teilweise durchläßt und die vom Polarisator 4 kommenden Lichtimpulse teilweise
reflektiert. Zur Erhöhung der auf die Sammellinse 10 reflektierten Lichtleistung ist es zweckmäßig, die
Durchlaßebene des Analysators 6 parallel zur Einfallsebene des Strahlungsteilers 9 zu legen.
Die von der Lichtempfangsdiode 11 aufgenommenen und umgewandelten Signale werden einer elektronischen
Steuer- und Auswertungseinrichtung zugeführt. Deren Steuerteil ist derart ausgebildet, daß er einerseits
die Lichtquelle 1 und andererseits die einzelnen Kerr-Zellen 5a bis 5n steuert.
Wie Fig. 2 zeigt, besteht die Kerr-Zelle 5 im wesentlichen aus einem einheitlichen Block, der auf der
einen Seite mit mehreren nebeneinander angeordneten positiven Elektroden 15a bis 15J und auf der anderen
Seite mit einer negativen Elektrode 16 ausgerüstet ist. Die positiven Elektroden 15a bis 15c/ sind über die
Leitung 14a bis 14n mit der elektronischen Steuer- und Auswertungseinrichtung 12 verbunden. Weiterhin sind
die Durchstrahlungsflächen der Kerr-Zellen auf der einen Seite mit dem Polarisator 4 und auf der anderen
Seite mit dem Analysator 6 beschichtet.
Die Wirkung des vorstehend beschriebenen Lichteit-
ters ist folgende:
Die von der Lichtquelle 1 erzeugten Lichtimpulse werden mittels der Zylinderlinse 2 zu einem Lichtband
geformt. Das Licht gelangt durch den Strahlungsteiler 9 hindurch zu dem Polarisator 4 und von dort zu den
Kerr-Zellen 5a bis 5n. Die Kerr-Zellen 5a bis 5n werden nacheinander über die Steuerleilungen 14a bis \4n
angesteuert, wobei jeweils aufeinanderfolgend eine Kerr-Zelle, an welcher jeweils die Steuerspannung
ansteht, den zugehörigen optischen Kanal 3a bis 3n für die Lichtimpulse freigibt.
Die Lichtimpulse gelangen weiter zum Reflektor 8, werden von diesem zurückgeworfen und gelangen über
die vorgenannten Bauteile zum Strahlungsteiler 9 zurück, von welchem sie über die Sammellinse 10 zur
Lichtempfangsdiode 11 gelenkt werden. Durch diese Wirkung und die aufeinanderfolgende Ansteuerung der
Kerr-Zellen 5a bis 5n werden die einzelnen optischen Kanäle 3a bis 3n aufeinanderfolgend zyklisch angesteuert.
Die Kerr-Zellen wirken hierbei als optische Lichtschalter.
In Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1 besteht auch die Möglichkeit, anstelle des Reflektorsystems am Ende eines jeden optischen Kanals 3a bis 3n eine einzelne Lichtempfangsdiode 11 vorzusehen, welche an die elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung angeschlossen sind.
In Abwandlung der Ausführung nach Fig. 1 besteht auch die Möglichkeit, anstelle des Reflektorsystems am Ende eines jeden optischen Kanals 3a bis 3n eine einzelne Lichtempfangsdiode 11 vorzusehen, welche an die elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung angeschlossen sind.
ίο Weiter besteht die Möglichkeit, die vom Reflektor 8
zurückgeworfenen Lichtimpulse in der Abbildungsoptik über einen Lichtleitfaserabzweig bzw. Sternteiler (ntz
Bd. 31, 1978, 423-425) direkt für alle optischen Kanäle 3a bis 3n einer Lichtempfangsdiode 11 zuzuführen. In
allen Fällen ist eine übliche Ausgangssignalleitung 17 vorgesehen, weiche ein Störsignai beispielsweise an die
Antriebseinheit der überwachten Maschine weiterleitet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Lichtgitter, bestehend aus optischen Einrichtungen zur Bildung mehrerer optischer Kanäle aus einer
Lichtquelle, Lichtempfangseinrichtungen, einer im Strahlenpfad der Lichtquelle angeordneten, von
einer elektronischen Steuereinrichtung beaufschlagten optischen Schalteinrichtung, welche die einzelnen
optischen Kanäle zeitlich nacheinander aktiviert, und einer elektronischen Auswertungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Erzeugung von linear polarisiertem
Licht vorgesehen und in jedem optischen Kanal (3a bis 3n) eine kramische Kerr-Zelle (5a bis 5n), deren
Elektroden (15a bis 15n, 16) an die elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtimg (12) angeschlossen
sind, sowie ein Analysator (6) angeordnet sind.
2. Lichtgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerr-ZeJlen (5a bis Sn) aus einem
transparenten, polykristallinen, ferroelektrischen Keramikmaterial bestehen.
3. Lichtgitler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß vor jeder Kerr-Zelle (5a bis 5n) ein Polarisator (4) angeordnet ist.
4. Lichtgitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Vielzahl von Elektroden
(15a bis \5n) versehene Kerr-Zelle (5) mit einem Polarisator (4) und einem Analysator (6) beschichtet
ist.
5. Lichtgitter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Analysator (6) eine
Lichtleiterhalterung angeordnet ist, deren Längsachse der Bohrung zur Aufnahme des Lichtleiters (18)
durch die Lichtausbreitungsrichtung in dem optischen Kanal (3a bis 3n) und die seitliche Lage durch
die Mitte der positiven Elektrodenbreite (15a bis 15n) bestimmt wird.
6. Lichtgitter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Lichtleiter (18) in
der Nähe des Brennpunktes der Abbildungsoptik (7) justiert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803018393 DE3018393C2 (de) | 1980-05-14 | 1980-05-14 | Lichtgitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803018393 DE3018393C2 (de) | 1980-05-14 | 1980-05-14 | Lichtgitter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3018393A1 DE3018393A1 (de) | 1981-11-19 |
DE3018393C2 true DE3018393C2 (de) | 1982-02-04 |
Family
ID=6102375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803018393 Expired DE3018393C2 (de) | 1980-05-14 | 1980-05-14 | Lichtgitter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3018393C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5944431A (en) * | 1997-02-26 | 1999-08-31 | Heidelberger Druckmaschinen Ag | Sheet sensor device with light curtain |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2824583C3 (de) * | 1978-06-05 | 1985-10-03 | Erwin Sick Gmbh Optik-Elektronik, 7808 Waldkirch | Reflexionslichtschranke zum Erkennen auch stark reflektierender Gegenstände innerhalb einer von einem Strahlenbündel durchsetzten Überwachungsstrecke |
-
1980
- 1980-05-14 DE DE19803018393 patent/DE3018393C2/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5944431A (en) * | 1997-02-26 | 1999-08-31 | Heidelberger Druckmaschinen Ag | Sheet sensor device with light curtain |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3018393A1 (de) | 1981-11-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SPRATTE, HANS-HERMANN, DIPL.-ING., 7312 KIRCHHEIM, |
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