DE2231776B2

DE2231776B2 - Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen

Info

Publication number: DE2231776B2
Application number: DE19722231776
Authority: DE
Inventors: Tugrul Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Cagil; Felix Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Lentze
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-06-29
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2231776A1; FR2191094A1; FR2191094B3; IT990830B; DE2231776C3

Description

be besteht darin, daß der zweite photaelektrische Empfänger w den ersten Eingang eines ersten pifferenssversterkers mit sehr großem Yepstjirjwngsgrad angeschlossen ist, dessen Ausgangssignaleinerseits Ober einen dritten piezoelektrischen Empfinger aufden zweiten Eingang rückgekoppelt und andererseits dem ersten Eingang eines zweiten Differenzverstärkers mit sehr großem Verstärkungsgrad zuführbar ist, dessen zweiter Eingang von einer Referenzspannung beaufschlagbar und dessen Ausgang an lichtemittierende ιο Elemente angeschlossen ist, die zur Beleuchtung des drittenund eines vierten photoelektrischen Empfängers vorgesehen sind, der zwischen dem Ausgang und dem zweiten Eingang im Rückkopplungszweig eines weiteren Differenzverstärkers mit. sehr hohem Verstärkungs- |5 grad angeordnet ist, dessen erster Eingang an den ersten photoelektrischen Empfänger angeschlossen und dessen Ausgang überdies das der Lage oder den Abmessungen der Gegenstände proportionale Signal entnehmbar ist

Diese Lichtschranke hat in bezug auf die Einflüsse des Umgebungslichts und den im Betrieb auttretenden Schwankungen der Helligkeit die gleichen Vorteile wie die oben erläuterte. Ein besonderer Vorteil ist noch darin zu sehen, daß eine Quotientenbildung der Signale der photoelektrischen Empfänger nur mittels Differenzverstärker, photoelektrischer Empfänger und lichtemittierender Elemente erreicht wird, die in einer einfach aufgebauten Schaltung angeordnet sind. _x

Eine 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, Staubund Raucheinwirkungen, die eine starke Verminderung der Helligkeit an den photoelektrischen Empfängern bewirken, können mit dieser Ausführungsform gemeldet werden, wenn die Helligkeit so stark absinkt, daß eine einwandfreie Messung nicht mehr möglich ist Die Lichtschranke kann aufgrund der Meldung gereinigt und wieder in Betrieb genommen werden. Bei 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 Strahlengängen der Lichtschränken befinden, deren Ausgänge an eine Differenzschaltung angeschlossen sind, deren Ausgangssignale einem Stellglied zur transversalen Verschiebung der Materialbahn zuführbar 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

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. J eine Lichtschranke im Schema mit einem Blockschaltbild der Schaltungsanordnung,

F i g. 2 eine an die photoelektrischen Empfänger angeschlossene Schaltungsanordnung,

Fig.3 eine andere mit den photoelektrischen Empfängern verbundene Schaltungsanordnung,

Fig.4 eine Anordnung zur Mittenregelung einer laufenden Materialbahn.

Von einer länglichen Lichtquelle, z. B. einer Leuchtröhre i, ausgesandte Strahlung wird ober eine Zylinderlinse 2 einem ersten photoelektrischen Empfänger, ζ. Β, einer PhcitozelJe 3, zugeleitet. In den Raum zwischen der Leuchtröhre ί und der Zylinderlinse 2 werden Gegenstände gebracht, deren Kantenlage gemessen werden soll. Ein Gegenstand 4, eine Materialfläche, deckt die von der Leuchtröhre 1 ausgesandte Strahlung teilweise ab.

Das Ausgangssignal der Photozelle 3 hängt von der empfangenen Lichtmenge ab, die durch die Schattenwirkung des Gegenstands 4 bestimmt ist

Von der Leuchtröhre ausgehende Strahlung wird femer über eine Optik 5 einem zweiten photoelektrischen Empfänger, einer Photozelle 6, zugeführt Die Optik 5 wählt Licht eines Bereichs der Leuchtröhre 1 aus, der nicht von dem zu messenden Gegenstand 4 abgedeckt wird. Die Ausgänge der PhbtozeUen^, 6 sind mit einer Schaltung 7 verbunden, 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 Ausgang 8 der Schaltung 7 steht ein Signal A zur Verfügung, das unabhängig ist vom Nachlassen der Lampeipelligkeit, von Verschmutzung der Lampenoberfläche oder Rauch- und Stauberscheinungen in der Umgebung. Wird mit U₃ die Ausgangsspannung der Photozelle 3, mit Lfe die Ausgangsspannung der Photozelle 6 und mit ν ein Verstärkungsfaktor bezeichnet dann gilt für A die Beziehung:

Sowohl im Signal U₃ als auch im Signal U_b ist ein Faktor enthalten, der sich auf gleichartig wirkende Umgebungslicht- und Lampenhelligkeitseinflüsse bezieht Anhand der Gleichung (1) ist zu ersehen, daß dieser Faktor auf das Ausgangssignal keinen Einfluß ausübt Das Signal A ist daher der Lage des Gegenstands 4 proportional.

Ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel für eine Schaltung, mit der die Ausgangssignale zweier photoelektrischer Empfänger durcheinander dividiert werden können, zeigt F ig. 2.

Übereinstimmende Elemente in den Fi g. 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 Diifef'jfizverstärkers, an den! ein der Lage zu messender Gegenstände proportionales Signal A zur Verfügung steht, i;>t mit dem ersten Eingang einer Multiplizierschaltung 11 verbunden, deren zweiter Eingang an die Photozelle 6 angeschlossen ist Der Ausgang der Multiplizierschaltung 11 ist auf den anderen Eingang des Differenzverstärkers 9 geführt Die zweite Photozelle 6 speist ferner eine Schwellwertschaltung 12, deren Ansprechschwelle und/oder Abfallschwelle einstellbar ist.

Die Multiplizierschaltung 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:

U_A** (U₃-Z)- V.

(2)

Aus diesem Signal wird die Spannung Z durch Multiplikation mit dem Signal U₆ erhalten. Dabei gilt die Beziehung:

Z=

U₆.

(3)

Durch Einsetzen der Gleichung (3) in die Gleichung (2) ergibt sich die Beziehung:

= (U₃-U₆- Ua)- V.

(4)

to

Nach Division der linken Gleichungsseite durch V. dem sehr großen Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers II, kann der sehr kleine Term— vernachlässigt werden. Die Gleichung (4) läßt sich somit umformen in:

U,

IJ ÄS Ξ_ ( 1 I

U* '

2(1

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 dieses Grenzwerts ist keine einwandfreie jo Messung innerhalb vorgegebener Toleranzen mehr möglich. Aufgrund des Fehlersignals kann die Lichtschranke gereinigt und anschließend wieder in Betrieb genommen werden. Da das Fehlersignal auch bei kurzzeitiger Verminderung der Helligkeit entsteht, läßt es sich zur Unterbrechung der Messung ausnutzen, die nach Wegfall des Signals fortgesetzt werden kann.

Eine weitere Schaltung zur Division der Ausgangssignale zweier photoelektrischer Empfänger ist in Fig.3 dargestellt. Übereinstimmende Elemente in den Fig. 1, 2 und 3 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Die Photozelle 3 ist an den ersten Eingang eines Differenzverstärkers 13 angeschlossen, an dessen Ausgang 14 ein der Lage des zu messenden Gegenstands 4 proportionales Signal zur Verfügung steht Der Ausgang 14 ist über einen vierten photoelektrischen Empfänger 15 mit dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers 13 verbunden.

Die zweite Photozelle 6 ist an den ersten Eingang eines Differenzverstärkers 16 angeschlossen, dessen Ausgang einerseits mit dem ersten Eingang eines Differenzverstärkers 17 und andererseits über einen dritten photoelektrischen Empfänger 18 mit seinem zweiten Eingang verbunden ist Der zweite Eingang des Differenzverstärkers 17 wird von einer Referenzspannung beaufschlagt Der Ausgang des Differenzverstärkers 17 speist lichtemittierende Dioden 19, 20. Die lichtemittierenden Dioden 19, 20 dienen zur Beleuchtung der beiden photoelektrischen Empfänger 15, 18. Als Empfänger 15, 18 werden Photowiderstände benutzt. Die Differenzverstärker 13,16,17 weisen sehr große Verstärkungsgrade auf.

Bei Zu- oder Abnahme des Signals U₆ wird über den Differenzverstärker 17 die Helligkeit der Dioden 19,20 so verändert, daß über eine entsprechende Änderung des Photowiderstands 18 die Spannung am Ausgang des Verstärkers 16 nahezu konstant bleibt. Mit der aus den Elementen 16 bis 20 bestehenden Schaltungsanordnung wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 geregelt.

Wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 16 mit L/i β und die am Photowiderstand 18 abfallende Spannung mit L/te bezeichnet, dann gilt die Beziehung:

(6)

Da die Spannung U\₆ nahezu konstant ist, ergibt sich hieraus, daß die Spannung Um der Spannung L4 proportional ist.

Die Spannung L/15 am Photowiderstand 15 wird in gleicher Weise verändert wie die Spannung U\%. Daher ist die Spannung Un am Ausgang 14 des Differenzverstärkers 13 dem Quotienten der Spannungen L/3 und U₆ proportional.

In Fig.4 ist eine Materialbahn 21 dargestellt, deren Lage geregelt werden soll. Die Bahn 21 soll symmetrisch zu einer Mittellinie transportiert werden. Die Bahn 21 ist zwischen einer Leuchtröhre 22 und zwei Lichtschranken 23,24 angeordnet, die gemäß einer in den F i g. 2 bis 3 gezeigten Schaltungen aufgebaut sind. Die Lichtschranken 23,24 werden jeweils durch Ränder der Bahn 21 teilweise abgedunkelt Die Ausgänge der Lichtschranken 23, 24 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 überein. 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 den Ausgangssignalen der Lichtschranken 23,24, die je nach positiver oder negativer Polarität zu einer Betätigung des Stellglieds 26 führt, das die Bahn 2¹ über die Walze 27 nach rechts oder links verschiebt, bis die Ausgangssignale der Lichtschranken 23, 24 wieder übereinstimmen. Die in Fig.4 gezeigte Schaltung bewirkt auch dann eine Mittenpositionierung der Bahn 21, wenn die Bahn 21 symmetrische Breitenänderungen aufweist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2231 77G

Patentansprüche;

h lichtschranke zur Messung cjer Lage oder Abmessung yon Gegenständen mit einem ersten photoelektrischen Empfänger, 4er mit you einer Lichtquelle ausgesandter Strahlung beaufschlagt wird, die sich entsprechend der Abdunklung durch die Gegenstände ändert, und nut einem zweiten photoelektrischen Empfänger, der ebenfalls von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung empfängt, die jedoch nicht von den zu messenden Gegenständen ι ο beeinflußbar ist, 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 Abmessungen der is Gegenstände (4) proportionale Ausgangssignal des Differenzverstärkers (9) dem ersten Eingang einer Multiplizierschaltung (11) zuführbar ist, dpren zweiter Eingang an den zweiten photoelektrischen Empfänger!-^6) angeschlossen ist. und daß der Ausgang der Multiplizierschaltung mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (9) verbunden ist
2. Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen mit einem ersten photoelektrischen Empfänger, der mit von einer Lichtquelle ausgesandter Strahlung beaufschlagt wird, die sich entsprechend der Abdunklung durch die Gegenstände ändert, und mit einem zweiten photoelektrischen Empfänger, der ebenfalls von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung empfängt, die jedoch nicht von den zu messenden Gegenständen beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite piezoelektrische Empfänger (6) an den ersten Eingang eines ersten B .Terenzverstärkers (16) mit sehr großem Verstärkungsgrad angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal einerseits über einen dritten photoelektrischen Empfänger (18) auf den zweiten Eingang rückgekoppelt und andererseits dem ersten Eingang eines zweiten Differenzverstärkers (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 photoelektrischen Empfängers (15) vorgesehen sind, der zwischen dem Ausgang und dem zweiten Eingang im Rückkopplungszweig eines weiteren Differenzverstärkers (13) mit sehr hohem Verstärkungsgrad angeordnet ist, dessen erster Eingang an den ersten photoelektrischen Empfänger (3) angeschlossen und dessen Ausgang (14) überdies das der Lage oder den Abmessungen der Gegenstände (4) proportionale Signal entnehmbar ist.
3. Lichtschranke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den zweiten photoelektrl· sehen Empfänger (6) eine Schwellwertschaltung (12) angeschlossen ist, deren Ansprech- und/oder Abfallschwelle einstellbar ist
4. Lichtschranke nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verweiidüng je an beiden 6ö einander gegenüberliegenden Rändern einer laufenden Materialbahn (21), wobei sich die Ränder in den Strahlengängen der Lichtschranken (23, 24) befinden, deren Ausgänge an eine Differenzschaltung (25) angeschlossen sind, deren Ausgangssignale einem Stellglied (26, 27) zur transversalen Verschiebung der Materialbahn (21) zuführbar sind.

Pie Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke zur Messung der Lage oder Abmessung von Gegenständen mit einem ersten photoelektriscben Empfänger, der mit von einer Lichtquelle ausgesandter Strahlung beaufschlagt wird, die sich entsprechend der Abdunklung durch die Gegenstände ändert, und mit einem zweiten photoelektrischen Empfänger, der ebenfalls von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung empfängt, du jedoch nicht von den zu messenden Gegenständen beeinflußbar ist

Eine derartige Lichtschranke ist bereits bekannt (DD-PS 40 879> Die beiden photoelektrischen Empfänger sind bei dieser Lichtschranke in Differenzschaltung miteinander verbunden. Damit lassen sich die Wirkungen von Schwankungen der Versorgungsspannung der lichtquelle auf die Messung bis zu einem gewissen Grad ausgleichen. Bei von Versorgungsspannungsschwankungen hervorgerufenen Helligkeitsänderungen der Lichtquelle ändern sich nämlich die Spannungen beider photoelektrischer Empfänger, wobei sich der Ausgleich ergibt

Es ist auch eine photoelektrisch arbeitende Abtastvorrichtung für eine auf einer bewegten Bahn angeordnete Kontrastlinie bekannt Diese Abtastvorrichtung enthält zwei Photozellen, die auf Stellglieder einwirken, mit denen bei Abweichung einer Trennvorrichtung für die Bahn von einer transversalen Sollage eine Verschiebung in die richtige Stellung durchgeführt wird(DE-PatentanmeldungL 11 554VIIIb/21c).

Bekannt sind ferner Quotientenphotometer, bei denen jeweils der Quotient der Intensitäten eines Meß- und eines Vergleichsstrahlenganges angezeigt wird. Durch die Quotientenbildung wird eine Unabhängigkeit des Meßergebnisses von der Lampenemission erreicht In Verbindung mit Zweizellenphotometern ist es noch bekannt, die Quotientenbildung über eine Differenzbildung vorher logarithmierter Photoströme zu erzeugen (Henstenberg, J. et al.: »Messen und Regeln in der chemischen Technik«, Springer-Verlag, 1964, S. 478, 479).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke der eingangs erläuterten Gattung derart weiter zu entwickeln, daß für die Bildung des Quotienten der Signale des ersten und zweiten photoelektrischen Empfängers einfache, Differenzverstärker enthaltende Schaltungsanordnungen ausreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste phoioelektrische 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 dem ersten Eingang einer Multiplizierschaltung zuführbar ist, deren zweiter Eingang an den zweiten photoelektrischen Empfänger angeschlossen ist, und daß der Ausgang der Multiplizierschaltung mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers verbunden ist

Diese Lichtschranke ermöglicht eine genaue Messung der Gegenstände, wobei Einflüsse des Umgebungslichtes der Lichtschranke oder im Betrieb auftretende Schwankungen der Helligkeit der Lichtquelle infolge Nachdunklung oder Verschmutzung der Lichtquellenoberfläche keine Wirkung auf das Ausgangssignal ausüben. Die Quotientenbildung wird hierbei mittels eines Differenzverstärkers und einer Multiplizierschaltung durchgeführt. Der schaltungstechnische Aufwand ist daher gering,

Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufga-