DE19907547B4 - Optoelectronic device - Google Patents
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Abstract
Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfangselement, welches ein Nahelement und ein Fernelement aufweist, wobei die vom Objekt reflektierten Empfangslichtstrahlen mit zunehmendem Objektabstand zunächst auf das Nahelement und dann auf das Fernelement treffen, und wobei in einer Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements ein binäres Schaltsignal generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Nahelement (5a) und dem Fernelement (5b) bestehende Empfangselement zunächst aus einer Anzahl von einzelnen Segmenten (6-10) aufgebaut ist, die erst mittels der Auswerteeinheit (12) ausgewählt und aufgrund dieser Auswahl einesteils zum Nahelement (5a) und der verbleibende Teil zum Fernelement (5b) zusammengeschaltet werden.Optoelectronic Device for detecting objects in a surveillance area with a Transmitting light emitting emitter and a receiving light beams receiving receiving element, which is a near element and a remote element wherein the received light beams reflected by the object with increasing object distance first on the Nahelement and then on the Fernelement meet, and where in an evaluation unit depending on the received signals at the outputs of the near and far element generates a binary switching signal is characterized in that the from the Nahelement (5a) and the remote element (5b) existing receiver element first off a number of individual segments (6-10) is constructed, the first selected by the evaluation unit (12) and based on this selection partly to the near element (5a) and the remaining part to the remote element (5b) are interconnected.
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an optoelectronic device according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Vorrichtung stellt der Lichttaster der Baureihe 46 der Firma Leuze electronic dar. Derartige Vorrichtungen werden typischerweise zur Objektdetektion bei der Überwachung von Maschinen oder Anlagen eingesetzt. Durch eine geeignete Auswertung der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements werden unerwünschte Hintergrundeinflüsse eliminiert, welche die Objektdetektion verfälschen würden. Der Lichtfleck der Empfangslichtstrahlen wird auf das Empfangselement so fokussiert, daß ein Lichtanteil auf das Nahelement und ein Anteil auf das Fernelement fällt. Übersteigt die Differenz der Empfangssignale eine Schaltschwelle, so wird eine Objektmeldung generiert. Dabei entspricht das Empfangssignal der Höhe der Schaltschwelle, wenn sich ein Objekt in einem der Tastweite entsprechenden Abstand zur Vorrichtung befindet. Sobald sich das Objekt in geringeren Distanzen zur Vorrichtung befindet, liegt die Differenz der Empfangssignale oberhalb der Schaltschwelle, was einer Objektdetektion entspricht. Vom Hintergrund reflektiertes Licht fällt vorwiegend auf das Fernelement und führt deshalb nicht zu einer Objektmeldung.A Such device is the light sensor of the series 46 of the Leuze electronic. Such devices typically become for object detection during monitoring used by machinery or equipment. Through a suitable evaluation the received signals at the outputs the near and far elements eliminate unwanted background effects, which distort the object detection would. The light spot of the received light beams is applied to the receiving element so focused that one Proportion of light on the Nahelement and a share on the Fernelement falls. exceeds the difference of the received signals a switching threshold, so is a Object message generated. The received signal corresponds to the height of Switching threshold, if an object corresponds to one of the scanning distance Distance to the device is located. Once the object is at shorter distances to the device is the difference of the received signals above the switching threshold, which corresponds to object detection. Light reflected from the background falls predominantly on the remote element and leads therefore not to an object message.
Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß zur Detektion im Nahbereich eine gegenüber dem Fernelement wesentlich größere Nahelementsfläche benötigt wird, was unterschiedlich große Kapazitätswerte der als Fotodioden ausgebildeten Nah- und Fernelemente zur Folge hat. Die großen Kapazitätswerte des Nahelements begrenzen die Signalanstiegszeiten und durch die Kapazitätsunterschiede entstehen unerwünschte Signalüberschwinger bei der Differenzbildung.Of the Disadvantage of this device is that for detection in the vicinity one opposite the Remote element much larger Nahelementsfläche is needed what different sizes capacitance values the trained as photodiodes Nah- and remote elements result Has. The big ones capacitance values of the near element limit the signal rise times and by the Capacity differences arise undesirable Signal overshoots in the difference.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zur Einstellung der Tastweite eine mechanische Verschiebevorrichtung erforderlich ist, wobei der Verschiebeweg nichtlinear zur einzustellenden Tastweite verläuft. Bei größeren Tastweiten wird eine hohe Einstellgenauigkeit und bei kleinen Tastweiten ein großer Verschiebeweg gefordert.One Another disadvantage is that for setting the scanning distance a mechanical displacement device is required, wherein the Movement path is non-linear to the scanning distance to be set. at larger scanning distances becomes a high setting accuracy and with small detection ranges greater Displacement required.
Andere Vorrichtungen nutzen eine CCD-Zeile als Empfangselement. Die Nachteile dabei sind, dass alle Einzelsignale seriell ausgelesen und bearbeitet werden müssen und dadurch Verarbeitungszeiten von mehr als 100μs entstehen. Außerdem ist die Zeilenbreite wesentlich kleiner als 1 mm, wodurch nur ein Teil des Empfangslichtes detektiert werden kann.Other Devices use a CCD line as a receiving element. The disadvantages In this case, all individual signals are read out and processed serially Need to become and thereby processing times of more than 100μs arise. In addition, the Line width is much smaller than 1 mm, which makes only part of the Receiving light can be detected.
Die
nachveröffentlichte
In
der
Die
Jede Empfangseinheit ist an ein steuerbares Umschaltelement angeschlossen, welche mit einer Steuerschaltung in Verbindung steht. Zur Abdeckung eines großen Messbereichs kann bei dieser Anordnung die Zahl der Empfangseinheiten ohne großen Schaltungsaufwand erhöht werden.each Receiving unit is connected to a controllable switching element, which is in communication with a control circuit. To cover a huge Measuring range in this arrangement, the number of receiving units without great circuit complexity elevated become.
In der WO 93/00 568 A1 ist eine nach dem Triangulationsprinzip arbeitende Distanzmessvorrichtung beschrieben. Diese Distanzmessvorrichtung weist eine lineare Anordnung von mehreren Empfangselementen auf. Die Auswertung der Empfangssignale der Empfangselemente erfolgt im Zeitmultiplexbetrieb, wobei jeweils die Empfangssignale zweier Empfangselemente gleichzeitig ausgewertet werden.In WO 93/00 568 A1 is a Triangulationsprinzip working Distance measuring device described. This distance measuring device has a linear array of multiple receiving elements. The evaluation the received signals of the receiving elements are time multiplexed, wherein in each case the received signals of two receiving elements simultaneously be evaluated.
In
der
In Messen/Steuern/Regeln 103, 10, 1995 Seiten 640, 641 ist ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender Lichttaster beschrieben. Der Empfänger dieses Lichttasters besteht aus einem PSD-Element.In Measuring / Controlling / Rules 103, 10, 1995, pages 640, 641 is one after describes the triangulation principle working light sensor. Of the receiver This light button consists of a PSD element.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu auszubilden, dass eine möglichst einfache genaue und flexible Tastweiteneinstellung ermöglicht wird.Of the Invention is the object of a device of the initially so-called type so that the simplest possible and accurate flexible range adjustment is possible.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution This object, the features of claim 1 are provided. advantageous embodiments and appropriate training The invention are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß weist die optoelektronische Vorrichtung ein in mehrere Segmente untergliedertes Empfangselement auf, wobei eine vorgegebene Anzahl dieser Segmente zum Nahelement und eine vorgegebene Anzahl der übrigen Segmente zum Fernelement verknüpfbar sind.According to the invention the optoelectronic device is divided into several segments Receiving element, wherein a predetermined number of these segments to the Nahelement and a predetermined number of remaining segments to the remote element linkable are.
Durch eine Anpassung der Breiten der einzelnen Segmente an die abstandsabhängige Verschiebung des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen kann die elektronische Tastweitenumschaltung weitgehend linearisiert werden.By an adaptation of the widths of the individual segments to the distance-dependent displacement the light spot of the received light beams, the electronic Scanning range largely linearized.
Durch die Auswertung mehrerer Empfangssegmente können die Gültigkeit des Schaltsignals auf Plausibilität geprüft und Störungen erkannt werden.By the evaluation of multiple receive segments can the validity of the switching signal on plausibility checked and disorders be recognized.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die einzelnen Segmente jeweils im Wesentlichen flächengleich ausgebildet. Dabei ist jedem Segment ein separater Verstärker nachgeordnet, wobei die Ausgangssignale der Verstär ker in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Durch die Entkoppelung über die Verstärker weisen die flächengleichen Segmente im wesentlichen dieselben Kapazitätswerte auf, so daß diese jeweils dieselben geringen Signalanstiegszeiten aufweisen.In a particularly advantageous embodiment, the individual Segments each formed substantially the same area. there each segment is followed by a separate amplifier, wherein the Output signals of the ampli ker be evaluated in an evaluation unit. By decoupling over the amplifier have the same area Segments on substantially the same capacity values, so that this each have the same low signal rise times.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Die
von einem Objekt
Die
Empfangssignale an den Ausgängen des
Nah- und Fernelements
In
einer ersten Ausführungsform
wird in der Auswerteeinheit die Differenz der Empfangssignale des
Nah- und Fernelements
In
einer zweiten Ausführungsform
wird der Quotient der Empfangssignale gebildet. Dieser Quotient
wird mit einem die Schaltschwelle bildenden Schwellwert S2 bewertet.
Das Objekt
Zweckmäßigerweise
wird der Quotient aus der Differenz und der Summe der Empfangssignale des
Nah- und Fernelements
Erfindungsgemäß ist die
lichtempfindliche Fläche
des Empfangselements
Die
Segmente
Die
abstandsabhängige
Fleckposition wird dazu ausgenutzt, das zu detektierende Objekt
Durch
eine Änderung
der Verknüpfung
der einzelnen Segmente
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
besteht die Auswerteeinheit
Der
Prozessor mit Analog-Ditigal-Wandler erlaubt außerdem die Erkennung von Meßwertfehlern
oder Störungen
durch Analyse der Pegelverteilung über den einzelnen Segmenten
Mit
Hilfe der Schalter s1-s5 können
Empfangssignale verschiedener Segmente
Zusätzlich wird über den
Summierer
Die
an dem Differenzsignal-Ausgang
Ein
weitere Ausführungsform
des Empfangselementes
Eine
weitere Ausführungsform
ist in
Diese Möglichkeit kann ausgenutzt werden, um Plausibilitätskontrollen, wie z.B.:
- – Umspiegelung
durch seitliche Objekte
11 , - – seitlich einfallendes Fremdlicht,
- – Verzerrungen durch Objekt-Oberflächenstrukturen
- - Reflection by lateral objects
11 . - Lateral incident light,
- - Distortions by object surface structures
Die
Längsteilung
der Segmente
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