DE2953621C2

DE2953621C2 - Photoelektrische Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE2953621C2
Application number: DE2953621A
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Fukuyama; Norio Kyoto Onji
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1978-06-19
Filing date: 1979-06-19
Publication date: 1987-05-07
Also published as: FR2429442B1; JPS5931814B2; IT1119113B; US4282430A; FR2429442A1; GB2056053B; JPS551517A; DE2924685C2; IT7968294A0; GB2056053A; DE2924685A1

Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Schaltvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Schaltvorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 25 48 465 bekannt. Hinsichtlich des mechanischen Aufbaus dieser bekannten Vorrichtung ergibt sich gesichert jedoch lediglich, daß Lichtprojektionsvorrichtung und Lichtempfängervorrichtung ein gemeinsames Bauteil bilden. Im übrigen bleibt offen, wie die bekannte Schaltvorrichtung im einzelnen montiert wird; das Gehäuse läßt sich offenbar außerhalb der Fensteröffnung öffnen.

Eine photoelektrische Schaltvorrichtung mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, die in einem mit einem Fenster versehenen Gehäuse schwenkbar angebracht sind, ist aus der DE-OS 24 56 248 bekannt. Auch hier ergeben sich keine Einzelheiten hinsichtlich des mechanischen Aufbaus der Schaltvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine photoelektrische Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie leicht montierbar ist, ohne daß ein zerlegbarer Gehäusekörper vorgesehen sein muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine photoelektrische Schaltvorrichtung, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der photoelektrischen Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische teilgeschnittene Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 1 zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Vorrichtung,
Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche den Zusammenhang zwischen dem Abstand von Vorrichtung zu Gegenstand und der Größe des Ausgangssignals der Lichtempfängervorrichtung für einen bestimmten eingestellten Nachweisabstand der Vorrichtung der Fig. 3 zeigt, und
Fig. 5 eine schematische perspektivische Teilansicht der Vorrichtung der Fig. 2 vor dem vollständigen Zusammenbau.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der photoelektrischen Schaltvorrichtung des Reflexionstyps 1, welche von einem lichtundurchlässigen Gehäuse 10 in Form eines einzelnen Kastens umschlossen ist, bei welchem in einer Frontöffnung ein lichtdurchlässiges Fensterelement 48 eingesetzt ist, das projiziertes und reflektiertes Licht durchläßt.
Fig. 2 zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 1. In einem Hohlraum 11 des Gehäuses 10 sind eine Leiterplatte 12, ein Halter 21 für eine Lichtquelle 22, ein Halter 31 für ein Lichtempfängerelement 32 und andere zugeordnete Elemente angeordnet. Wenn auch in der Zeichnung nicht gezeigt, sind auf der Leiterplatte 12 eine Lichtprojektionsschaltung, welche eine Oszillatorschaltung und eine Verstärkerschaltung umfaßt, sowie eine Lichtempfängerschaltung, welche eine Nachweisschaltung, eine Verstärkerschaltung und eine Schaltstufe umfaßt, angebracht. Eine Anzeigelampe 13, die ebenfalls auf der Leiterplatte 12 angebracht ist, dient der Anzeige des Betriebszustands der Schaltvorrichtung 1, beispielsweise leuchtet beim Nachweis eines Gegenstands durch die Vorrichtung 1 die Lampe 13 durch ein Anzeigefenster 15 aus dem Gehäuse 10. Ein veränderbarer Widerstand 14, welcher ebenfalls auf der Leiterplatte 12 angebracht ist, ist mittels eines in das Gehäuse 10 eingebauten drehbaren Knopfes 16 zur Einstellung der Empfindlichkeit der Vorrichtung 1 von außerhalb des Gehäuses einstellbar.
Der Halter 21 für die Lichtquelle 22, welcher durch einen Stift 24 drehbar gehaltert ist, der sich durch Seitenwände 26 und 36 des Fensterelements 48 erstreckt, hält die Lichtquelle 22, etwa eine Leuchtdiode oder dergleichen, und eine Konvexlinse 23, welche das von der Lichtquelle 22 ausgesandte Licht zu einem Lichtbündel mit kleiner Querschnittsfläche sammelt. Der Halter 21 für die Lichtquelle, die Lichtquelle 22 und die Konvexlinse 23 bilden zusammen eine Lichtprojektionsvorrichtung. Der Halter 31 für das Lichtempfängerelement, welcher durch einen Stift 34 drehbar gehaltert ist, der sich ebenfalls durch die Seitenwände 26 und 36 erstreckt, hält das Lichtempfängerelement 32, etwa einen Phototransistor oder dergleichen, und eine Konvexlinse 33, die dafür sorgt, daß nur Licht, das von einem in einem eng begrenzten Nachweisfeld befindlichen Gegenstand reflektiert wird, auf das Lichtempfängerelement 32 gelangt. Der Halter 31 für das Lichtempfängerelement, das Lichtempfängerelement 32 und die Konvexlinse 33 bilden zusammen eine Lichtempfängervorrichtung. Der Halter 21 für die Lichtquelle und der Halter 31 für das Lichtempfängerelement sind je mit einem Gelenkelement 25 bzw. 35 verbunden, wodurch sie mittels einer beweglichen Mutter 41 bewegt werden können.
Das transparente Fensterelement 48 liegt vor den Linsen 23 und 33 und lagert das eine Ende einer drehbaren Welle 42, welche durch einen Lagerständer 45 drehbar gelagert ist, wobei sich das andere Ende der Welle 42 durch das Gehäuse 10 nach außen erstreckt. Die drehbare Welle 42 weist einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 43 auf, in den die bewegliche Mutter 41 eingreift. Das genannte andere Ende der Welle 42 ist an der Rückseite des Gehäuses 10 von außen mit einem E-förmigen Ring 46 so gesichert, daß sie sich drehen kann, und mit einem Knopf 47 versehen. Wenn der Knopf 47 von außerhalb des Gehäuses 10 von Hand gedreht wird, bewegt sich die bewegliche Mutter 41 vorwärts oder rückwärts, wobei die Bewegung durch einen Anschlag 44 und den Lagerständer 45 begrenzt ist. Die mit der Mutter 41 zusammenwirkenden Gelenkelemente 25 und 35 verändern die Winkellage der Halter 21 und 31 um den gleichen Winkel in entgegengesetzten Richtungen.
Um die vollständige Abdichtung der Vorrichtung sicherzustellen, sind Gummidichtungsringe 51, 52 und 53 an einem Auslaß 10 b für ein Kabel 6, das als Versorgungs- und Signalübertragungsleitung dient, am Zusammenstoß zwischen einem zurückgesetzten Abschnitt 10 a des Gehäuses 10 und einem Umfangsabschnitt 48 a des Fensterelements 48 und zwischen dem Gehäuse 10 und der Welle 42 an der Rückseite des Gehäuses, wo die Welle gehaltert ist, vorgesehen. Da bei der beschriebenen Ausführungsform die Lichtprojektionsvorrichtung und die Lichtempfängervorrichtung manuell von außerhalb des Gehäuses ohne Beeinträchtigung der Abdichtung angetrieben werden können, sind die im Inneren liegenden Komponenten, wie die Schaltungsvorrichtungen, die Lichtquelle 22 und das Lichtempfängerelement 32 und die zugehörigen Mechanismen vollkommen geschützt.
Die Vorgänge beim Zusammenbau der Schaltvorrichtung 1 werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 5 erläutert.
Zunächst wird die Leiterplatte 12, auf welcher bereits die gewünschten Schaltungen einschließlich des Kabels 6 vorgesehen sind, mit den Haltern 21 und 31 für die Lichtquelle und das Lichtempfängerelement, dem Fensterelement 48, der drehbaren Welle 42 und anderen zugehörigen Komponenten zu einer Vormontageeinheit zusammengefaßt. Danach werden das Kabel 6 in den Auslaß 10 b des Gehäuses 10 und die Leiterplatte 12 der Vormontageeinheit in den Hohlraum 11 durch die Frontöffnung 2 eingesetzt, welche eine für den Durchtritt der Vormontageeinheit ausreichende Querschnittsfläche aufweist und der Umfangskante 48 a angepaßt ist. Wenn sich die Welle 42 durch die Öffnung 10 c in der Rückwand des Gehäuses 10 erstreckt hat und der daraus herausragende Teil der Welle mit Hilfe des E-förmigen Rings 46 gesichert worden ist, ist der Montagevorgang beendet. Es ist klar, daß der Montagevorgang nur aus dem Einsetzen der vormontierten Einheit durch die Frontöffnung 2 und dem Sichern des herausragenden Endes der Welle 42 von außen besteht. Der Auslaß 10 b ist unter einem Winkel angeordnet, so daß das Kabel 6 durch diesen leicht eingesetzt oder herausgezogen werden kann.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist bei der Vorrichtung 1 mit ihren Konvexlinsen 23 und 33 ein bestimmter Lichtweg vorgegeben, in welchem zwei Lichtbündel 26 und 36 verlaufen können. Die beiden Bündel 26 und 36 haben entsprechende optische Achsen 26 c und 36 c, die unter einem Winkel A verlaufen. Das Bündel 26 ist das Projektionsbündel, das durch die Linse 23 konvergent gemacht ist, und Bündel 36 das Reflexionsbündel, welches auf die Linse 33 einfällt. Die Form des Bündels 36 entspricht der Form eines Lichtbündels, wie es von der Linse 33 ausgehen würde, wenn man annimmt, daß das Empfängerelement 32 Licht durch die Linse aussendet. Die Bündel 26 und 36 haben jeweils einen kleinen Querschnitt und sind so eingerichtet, daß sie einander in einem bestimmten kleinen Feld F (schraffiert angedeutet) kreuzen, das gleich dem Nachweisfeld der Vorrichtung 1 ist. Wenn der Knopf 47 von Hand gedreht wird, bewegen sich die Halter 21 und 31 für Lichtprojektions- und Lichtempfängerelement gleichzeitig und ändern die Winkel A der optischen Achsen 26 c und 36 c, so daß der Nachweisabstand L zwischen Vorrichtung 1 und Nachweisfeld F, d. h., der Überkreuzungsbereich der beiden Bündel 26 und 36, auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Das Nachweisfeld F bewegt sich dabei auf der Mittellinie 18 zwischen den Haltern 21 und 31.
Fig. 4 zeigt die Ausgangssignalamplitude des Lichtempfängerelements 32 als Funktion des Abstandes zwischen der Schaltvorrichtung 1 und einem vor der Vorrichtung vorhandenen Gegenstand 71 für einen bestimmten eingestellten Nachweisabstand L. Wenn durch den über den Knopf 16 betätigbaren veränderbaren Widerstand 14 ein Nachweispegel 49 eingestellt wird, ist das Nachweisfeld, in welchem die Vorrichtung 1 einen Gegenstand 71 nachzuweisen in der Lage ist, auf eine Länge Δ L um die Mitte des Nachweisfeldes F beschränkt. Es ist offensichtlich, daß die Länge Δ L und damit das Nachweisfeld F minimal ist, wenn die Schnittflächen der Bündel 26 und 36 in der Überkreuzungszone minimal sind.
Wenn der Nachweisabstand L, welcher mittels des Knopfes 47 eingestellt werden kann, auf einen gewünschten Wert eingestellt ist, wird allein der Gegenstand 71 nachgewiesen, während sonstige Dinge, die nicht innerhalb des Feldes F vorhanden sind, beispielsweise eine Rückwand 72, durch die Vorrichtung 1 nicht nachgewiesen werden. Dies gilt selbst dann, wenn der Gegenstand 71 und die Wand den gleichen optischen Reflexionsfaktor haben. Wenn es notwendig ist, den Nachweisabstand Leinzujustieren, ist eine Markierung 17 auf der seitlichen Außenwand, welche die Mittellinie 18 angibt, für den manuellen Einstellvorgang zum genauen Auffinden der Lage, in der sich das Nachweisfeld befinden sollte, nützlich.
Bei der beschriebenen Ausführungsform erhält das Lichtempfängerelement 32 Licht, welches direkt am Gegenstand 71 reflektiert worden ist. Als weitere Möglichkeit kann die Vorrichtung 1 einen Aufbau haben, bei welcher das Element 32 Streulicht vom Gegenstand 71 erhält. Bei einem solchen Aufbau kann der Halter 31 für das Lichtempfängerelement so fixiert sein, daß die optische Achse 36 c in Fig. 3 horizontal, d. h., der Winkel A der Achse 36 c Null ist, und nur der Halter 21 für das Lichtprojektionselement mittels des Knopfes 47 bewegt werden. Das Nachweisfeld F bewegt sich bei einem solchen Aufbau in der Achse 36 c entsprechend der Bewegung des Bündels 26, wobei die Markierung 17 auf der Seitenwand so vorgesehen sein kann, daß sie die Lage der Achse 36 c angibt. Das für den Empfang von Streulicht so eingerichtete Element 32 ist in der Lage, Farbschattierungen auf einer glänzenden Oberfläche eines Gegenstandes nachzuweisen.
Als weitere Ausführungsform kann die drehbare Welle 42 vertikal angeordnet sein, und einen rechtsgängigen sowie einen linksgängigen Gewindeabschnitt aufweisen, wobei zwei bewegliche Muttern, die in die beiden Gewindeabschnitte eingreifen, die Winkellagen der Halter 21 und 31 verändern.
Als weitere Ausführungsform kann die Vorrichtung 1 einen Aufbau haben, bei welchem beide Winkellagen der Bündel 26 und 36 feststehen und wenigstens eine der optischen Achsen 26 c und 36 c ohne jede Änderung der Winkellage entsprechend der Drehbewegung der Welle 42 in vertikaler Richtung bewegt wird. Ferner kann der Mechanismus zur Einstellung der optischen Achsen der beiden Bündel 26 und 36 einen Aufbau haben, bei welchem ein Nocken für jeden der Halter 21 und 31 verwendet wird, oder bei welchem die Halter anstatt mit dem Knopf 47 und dem zugehörigen Mechanismus durch einen elektrischen Servomotor bewegt werden, der seinerseits durch ein externes elektrisches Steuersignal betrieben wird.

Claims

1. Photoelektrische Schaltvorrichtung mit einer Lichtprojektionsvorrichtung zum Austrahlen von Licht und einer neben der Lichtprojektionsvorrichtung angeordneten photoelektrischen Lichtempfängervorrichtung für den Empfang von zurückgeworfenem Licht der Lichtprojektionsvorrichtung, wobei mindestens eine von Lichtprojektionsvorrichtung und Lichtempfängervorrichtung zur Einstellung ihrer optischen Achse beweglich angebracht ist, mit einer Einstelleinrichtung zum Einstellen der mindestens einen optischen Achse von Lichtprojektionsvorrichtung oder Lichtempfängervorrichtung, einem auf ein Ausgangssignal der Lichtempfängervorrichtung ansprechenden Schaltungsteil und einem Gehäusekörper mit einer von einem Fensterelement verschließbaren ersten Öffnung, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtprojektionsvorrichtung (22, 23) und Lichtempfängervorrichtung (32, 33) Einstelleinrichtung, Schaltungsteil und Fensterelement (48) eine durch die erste Öffnung (2) in den Gehäusekörper (10) einsetzbare Baueinheit bilden, daß der Gehäusekörper eine zweite Öffnung (10 c) und die Einstelleinrichtung eine drehbare Welle (42) aufweist, welche beim Einsetzen der Baueinheit in den Gehäusekörper aus der zweiten Öffnung austritt und herausragt, wenn die erste Öffnung durch das Fensterelement verschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle in der zweiten Öffnung (10 c) dichtend gehaltert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (10) einen zurückgesetzten Abschnitt (10 a) um die erste Öffnung (2) herum aufweist und daß der zurückgesetzte Abschnitt einer Umfangskante des Fensterelementes (48) zur dichtenden Festlegung desselben angepaßt ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusekörper (10) eine dritte Öffnung (10 b) aufweist, durch welche bei der Fertigmontage ein Kabel (6) des Schaltungsteils unter dichtender Festlegung führbar ist.