DE4238666C2 - Mit einem Sender und einem Empfänger ausgerüstete Einrichtung zum Erfassen von Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Einrichtung dieser Art ist aus der EP 0 418 989 A2 bekannt. Die Einrich­ tung ist als Lichtschranke ausgebildet, bei der die Ausgangsleistung des Senders so geregelt wird, daß die empfangene Lichtleistung konstant bleibt.

Zur Regelung der Empfangslichtleistung ist der Empfänger an einen Eingang eines PLL-IC angeschlossen, an dessen Ausgänge zwei Komparatoren mit jeweils einer nachgeschalteten Schaltstufe angeschlossen sind. Der Ausgang der ersten Schaltstufe ist auf ein RC-Glied geführt, welches über eine Zuleitung mit dem Sender verbunden ist.

In Abhängigkeit der Ausgangsspannung des PLL-IC wechseln die Ausgänge der Komparatoren ihre Schaltzustände und bewirken ein fortlaufendes Entladen bzw. Aufladen des Kondensators des RC-Glieds, wodurch die Sendeleistung so geän­ dert wird, daß sie periodisch um den durch den Schwellwert des ersten Kompa­ rators vorgegebenen Sollwert schwankt.

Bei einer Unterbrechung der Strecke zwischen Sender und Empfänger wird über den zweiten Komparator die Verbindung zwischen dem ersten Komparator und dem Kondensator des RC-Glieds unterbrochen, so daß kein Lade- oder Entlade­ vorgang mehr am Kondensator stattfindet. Auf diese Weise kann die Ladung des Kondensators über mehrere Stunden gespeichert werden.

Mit einer derartigen Einrichtung können durch Dejustierungen oder Verschmut­ zungen hervorgerufene Beeinträchtigungen der Einrichtung automatisch kom­ pensiert werden, jedoch ist der Schaltungsaufwand hierfür beträchtlich.

In der DE-34 09 818 A1 ist eine Abgleichsanordnung für eine Lichtschranke be­ schrieben, die bei Aufruf einer Abgleichsroutine in einem an die Lichtschranke angeschlossenen Mircorechnersystem zum Abgleich der Lichtschranke über de­ ren Ansteuerströme aufgrund vorgebbarer Einstellbedingungen aktiviert wird.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß der Abgleich der Lichtschranke nur während der Abgleichsroutine, nicht jedoch während des Betriebs der Licht­ schranke erfolgen kann. Die Abgleichsanordnung kann demnach nur zum Einju­ stieren einer Lichtschranke für den Betrieb beispielsweise an einer Druckma­ schine verwendet werden, nicht jedoch zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Lichtschranke während des Betriebs der Druckmaschine.

Nachteilig ist ferner, daß die Abgleichsanordnung einen hohen schaltungstechni­ schen Aufwand erfordert. Das Sende- und Empfangselement der Lichtschranke muß durch Parallelschalten von Widerständen über eine Treiberstufe eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemä­ ßen Art so auszubilden, daß Beeinträchtigungen der Funktionsreserve während der gesamten Betriebsdauer der Einrichtung mit möglichst geringem Schaltungs­ aufwand frühzeitig erkannt werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die als Ausfüh­ rungsbeispiel eine Prinzipschaltungsanordnung für eine lichtelektrische Einrich­ tung veranschaulicht, erläutert.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Mikrocontroller beispielsweise in Form und Ausgestaltung eines single chip microcontrollers be­ zeichnet, der einen Speicher 11 mit wahlfreiem Zugriff und einen Oszillator 12 aufweist. Im Speicher 11 ist eine je nach Bedarfs­ fall zweckmäßige Anzahl von Ausgangsimpulsen des Schwellwertschalters 20 als Sollwert gespeichert, und der Oszillator 12 legt die Taktfrequenz des Lichtsenders 13 fest. Der Speicher 11 und der Oszillator 12 können gegebenenfalls auch als separate Bauteile in die Auswerteeinheit 14 integriert sein.

Dem mit einem Widerstand 15 in Reihe liegenden Lichtsender 13 ist ein elektronischer Schalter 16 in Form eines Transistors mit vor- oder nachgeschaltetem Widerstand 17 parallel geschaltet.

Die Ausgangsspannung der aus dem Lichtempfänger 18 mit nachgeschaltetem Wandler 19 bestehenden Empfangsanordnung wird dem Schwellwertschalter 20 (Komparator) als Eingangsspannung U_e zugeführt, die beim Ausführungs­ beispiel an den nicht invertierenden Eingang des Schwellwertschalters 20 angelegt ist. Am invertierenden Eingang des Schwellwertschalters liegt eine über einen an der Speisespannung +U_B--U_B liegenden Spannungs­ teiler 21 wahlweise abgreifbare Referenzspannung U_ref. Eingangsspannung U_e und Referenzspannung U_ref können gegebenenfalls auch vertauscht an die Eingänge des Schwellwertschalters 20 angelegt sein. Die Impulse am Ausgang des Schwellwertschalters 20 (Komparator) gelangen an einen Signaleingang 22 des Mikrocontrollers 10 und eine bestimmte Anzahl hiervon wird digital mit der gespeicherten Sollimpuls-Anzahl in der Weise ver­ glichen, daß der Lichtsender 13 während der jeweils gewählten Impuls­ serie wenigstens einen Impuls bei reduzierter Sendeleistung des Licht­ senders 13 abgibt. Die Leistung des Lichtsenders 13 wird dabei zweck­ mäßigerweise auf einen solchen Wert vermindert, daß die vom Licht­ empfänger 18 empfangene Lichtmenge einen Wert erreicht, wie er an sich für die Funktion der Einrichtung benötigt wird. Als Funktionsreserve wird dabei das Verhältnis der von Lichtempfänger 18 empfangenen Licht­ menge zu der Lichtmenge verstanden, welche zur Funktion der Einrichtung notwendig ist. Grundsätzlich richtet sich die Leistungsverminderung des Lichtsenders nach dem jeweiligen Bedarfsfall.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Verminderung der Sende- bzw. Strahlungs­ leistung des Lichtsenders 13 auf den gewählten Wert dadurch verwirklicht, daß dem Lichtsender 13 durch den elektronischen Schalter 16 getaktet der Widerstand 17 parallel geschaltet wird, der bei eingeprägtem Sendestrom den Stromfluß durch den Lichtsender 13 entsprechend vermindert.

Eine andere Möglichkeit, die Leistung des Lichtsenders 13 zu verringern, besteht z. B. darin, dem Lichtsender mittels eines elektronischen Schalters einen geeignet bemessenen Widerstand vorzuschalten.

Angenommen, die gespeicherte Sollimpulsserie und die gewählte Vergleichsimpulsserie umfasse jeweils fünf Impulse und die Anzahl der Sende­ impulse mit reduzierter Leistung betrage von fünf Impulsen zwei. Steht am Signalausgang des Schwellwertschalters 20 in beiden Fällen noch ein Signalimpuls an, so stimmen Soll- und Ist-Impulszahl überein und die bzw. eine Leistungs- bzw. Funktionsreserve ist noch vorhanden.

Im anderen Fall (Soll-Istwertverhältnis der Impulse größer 1) liegt eine verminderte Empfangsleistung vor, die durch Verschmutzung der Optiken und/oder sonstige Einflüsse verursacht sein kann.

In diesem Fall kann, wie gestrichelt angedeutet ist, durch den Mikro­ controller 10 ein weiterer elektronischer Schalter 24 betätigt werden, der über einen Widerstand 25 einen zweiten Lichtsender 26 zumindest eine zeitlang aktiviert, wodurch die Gesamt-Sendeleistung und damit auch die Empfangsleistung so lange erhöht werden, bis gegebenenfalls Abhilfe geschaffen ist.

Grundsätzlich können die beiden Lichtsender 13 und 26 auch wechselweise oder gleichzeitig beaufschlagt werden.

Bei Nichtübereinstimmung der Ist-Impulszahl mit der Soll-Impulszahl wird durch den Mikrocontroller 10 jeweils ein Zählimpuls ausgelöst, der unmittelbar oder nach Speicherung einer vorgebbaren Anzahl von Verhältniswerten Soll-Impulsanzahl zu Ist-Impulsanzahl größer 1 einen akustischen und/oder optischen Warnvorgang auslöst, letzterer z. B. in Form einer rot blinkenden Leuchtdiode (LED) 28. Als Zähler kann dabei auch ein Vorwärts- Rückwärtszähler verwendet werden.

Durch die Erfindung wird somit eine fehlende Leistungs- bzw. Funktionsreserve sofort erkannt, so daß eine optimale Betriebs­ sicherheit der Einrichtung gewährleistet ist.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung werden die Amplituden der Ausgangssignale des Schwellwertschalters 20 mit einem wahlweise vorgebbaren und im Speicher 11 des Mikrocontrollers 10 abgelegten Schwellensollwert verglichen. Die Sendeleistung (Strahlungsleistung) des Senders 13 wird dabei, vom Mikrocontroller 10 gesteuert, bei einem ein- oder mehrfach auftretenden Soll-Istverhältnis der Amplitudenwerte größer 1 selbsttätig erhöht, zweckmäßigerweise bei gleichzeitiger Abgabe eines Warnsignals. Gegebenenfalls kann diese Leistungserhöhung auch durch Zuschalten des weiteren Senders 26 verwirklicht werden. Stimmen, gegebenenfalls nach Beseitigung einer aufgetretenen Störung, die zu vergleichenden Amplitudenwerte unter Berücksichtigung von Toleranzen wieder überein, so wird die Sende­ leistung selbsttätig wieder reduziert. Der Amplitudenvergleich kann dabei taktweise oder jeweils nach einer festlegbaren Taktserie erfolgen.

Die Erfindung eignet sich gleichermaßen für Einweg-Lichtschranken, Lichttaster, Reflexionslichtschranken und Ultraschall-Schranken.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Erfassen von Objekten mit einem in einem Takt Sendeim­ pulse abgebenden Sender und einem den Sendeimpulsen zugeordneten sowie Empfangsimpulse abgeben könnenden Empfänger, bei der die Empfangsim­ pulse einem Schwellwertschalter zugeführt sind, der Auswerteimpulse hinrei­ chender oder nicht hinreichender Amplitude an eine Auswerteeinheit abge­ ben kann, und die Auswerteeinheit einerseits den Sender veranlaßt, zu vor­ gegebenen Zeitpunkten die Sendeleistung des Senders - entsprechend einem Leistungs- bzw. Funktionsreservebereich - zu ändern und andererseits dann ein Warnsignal abzugeben, wenn Auswerteimpulse nicht hinreichender Am­ plitude vorliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit ein Mi­ crocontroller (10) ist, der Sender (13) innerhalb des Taktes eine einer Im­ pulsanzahl entsprechende Sendeimpulsserie abgibt, die mindestens einen einer Sollimpulszahl entsprechenden Sendeimpuls enthält, welchem gegen­ über den übrigen Sendeimpulsen der Sendeimpulsserie eine reduzierte Sen­ deleistung zugeordnet ist, die Sollimpulsanzahl in einem Speicher (11) abge­ legt ist, die innerhalb des Taktes vorliegenden Auswerteimpulse hinreichen­ der Amplitude eine Istimpulsanzahl festlegen und die Abgabe des Warnsig­ nals dann erfolgt, wenn das aus der Sollimpulsanzahl und der Istimpulsan­ zahl gebildete Verhältnis in einem Takt oder in mehreren Takten nacheinan­ der größer als eins ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierung der Sendeleistung des Senders (13) bei eingeprägtem Sendestrom durch Zu­ schalten wenigstens eines zum Sender (13) parallel angeordneten Wider­ stands (17) mittels eines vom Mikrocontroller (10) gesteuerten elektroni­ schen Schalters (16) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendelei­ stung des Senders (13) durch einen diesem mittels eines elektronischen Schalters vorschaltbaren Widerstand verminderbar ist, wobei der Schalter vom Mikrocontroller (10) gesteuert ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speicher (11) Bestandteil des Mikrocontrollers (10) ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Verhältnis aus der gespeicherten Sollimpulsanzahl und der Istimpulsanzahl für die Auswerteimpulse am Ausgang des Schwell­ wertschalters (20) bzw. am Eingang des Microcontrollers (10) größer als eins durch einen vom Microcontroller (10) gesteuerten elektronischen Schal­ ter (24) ein weiterer Lichtsender (26) aktiviert wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Verhältnis größer als eins ein Zahlimpuls ausgelöst wird, wobei unmittelbar danach oder nach Erreichen einer vorwählbaren An­ zahl von Zählimpulsen im Zahlregister des Mikrocontrollers (10) die Abgabe des Warnsignals erfolgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß ein Vorwärts- Rückwärtszählers vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie als Reflexionslichtschranke ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie durch einen Lichttaster verkörpert ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie als Ultraschall-Sende-Empfangsanordnung ausgebildet ist.