DE10223624A1

DE10223624A1 - Opto-electronic sensor for radiating a range of beams has a group of transmitter components and a source of radiation with a transmitting lens

Info

Publication number: DE10223624A1
Application number: DE2002123624
Authority: DE
Inventors: Martin Borchardt
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: DE10223624B4

Abstract

An LED/semiconductor laser acts as a source (2) of beams to be modulated during operation and to transmit pulses of light. A beam (7) of light emerging from a transmitting lens (3) shines through a receiving lens (RL) (4). As the RL operates altogether on an outer side (5) as a plane face, a flat central area (6) on the RL's inner side is confined to a cross-section of a transmitting beam. An Independent claim is also included for a method for adjusting an opto-electronic sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optoelektronische Sensoren, die in den verschiedensten Ausführungsformen für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden. Derartige optoelektronische Sensoren erzeugen ein optisches Strahlungsfeld und erkennen Veränderungen, die darauf einwirken. Um dieses optische Strahlungsfeld zu erzeugen, wird über eine Sendeoptik die Strahlung einer Strahlungsquelle in eine Beeinflussungszone gesendet und danach einem optoelektronischen Empfänger zugeführt. Diese optoelektronischen Sensoren können dabei, in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabenstellung, als Einwegsysteme, als Reflexionssysteme oder als Tastsysteme ausgeführt sein. The present invention relates to optoelectronic sensors used in the various embodiments used for diverse applications become. Such optoelectronic sensors generate an optical radiation field and recognize changes that affect it. To this optical To generate a radiation field, the radiation of a Radiation source sent into an influence zone and then an optoelectronic Receiver supplied. These optoelectronic sensors can be used in Dependence on the respective task, as one-way systems, as Reflection systems or be designed as touch systems.

Bei den Einwegsystemen ist die optische Strahlungsquelle ggf. mit einer entsprechenden Sendeoptik räumlich getrennt auf einer Seite der optischen Beeinflussungszone angeordnet, während der optoelektronische Empfänger, inklusive seiner die Empfangsstrahlung beeinflussenden Optik, auf der entgegengesetzten Seite der Beeinflussungszone angeordnet ist. Wird nun der Strahlfluss zwischen Strahlungsquelle und Empfänger durch ein Objekt innerhalb der Beeinflussungszone gedämpft, bzw. vollkommen unterbrochen oder anderweitige verändert, so wird dies am optoelektronischen Empfänger erkannt und einer nachfolgenden Auswerteelektronik übermittelt. In the case of one-way systems, the optical radiation source may be one corresponding transmission optics spatially separated on one side of the optical Zone of influence arranged during the optoelectronic receiver, including its optics influencing the reception radiation, on the opposite side of the Control zone is arranged. Now the beam flow between Radiation source and receiver through an object within the zone of influence damped, or completely interrupted or otherwise changed, this is recognized on the optoelectronic receiver and a subsequent one Evaluation electronics transmitted.

Bei den Reflexionssystemen hingegen sind die optische Strahlungsquelle und der optoelektronische Empfänger einschließlich der jeweiligen Optik auf einer Seite der Beeinflussungszone in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst. Am anderen Ende der Beeinflussungszone befindet sich ein Retroreflektor, der die einfallende Strahlung wieder in sich zurückreflektiert und somit dem optoelektronischen Empfänger zuführt. Auch hierbei wird ein Objekt innerhalb der Beeinflussungszone den Strahlfluss verändern. In the reflection systems, however, the optical radiation source and the optoelectronic receiver including the respective optics on one side of the Influence zone combined in a common housing. At the At the other end of the zone of influence is a retroreflector, which the incident radiation is reflected back in itself and thus the optoelectronic Feeds recipient. Here, too, becomes an object within the zone of influence change the beam flow.

Bei den optoelektronischen Tastsystemen hingegen wird Strahlung der optischen Strahlungsquelle an einem Objekt innerhalb der Beeinflussungszone remittiert und diese remittierte Strahlung dann zumindest teilweise über eine Empfangsoptik dem optoelektronischen Empfänger zugeführt. Auf diesem Wege ist es möglich, neben der reinen Anwesenheitskontrolle auch Informationen über die optischen Eigenschaften dieser Objekte zu gewinnen. In contrast, with optoelectronic touch probes, radiation becomes optical Radiation source remitted on an object within the zone of influence and this remitted radiation then at least partially via an optical receiving system optoelectronic receiver supplied. In this way it is possible to next the pure presence control also information about the optical Gain properties of these objects.

Bei allen drei optoelektronischen Sensortypen ist es also notwendig, eine optische Strahlungsquelle inklusive der Sendeoptik in einem Sensorgehäuse gezielt zu positionieren und anschließend seine Lage zu fixieren. Bei den Einwegsystemen deshalb, damit die austretende Strahlachse mit der Gehäuseachse übereinstimmt, während bei den Reflexionssystemen und Tastersystemen zusätzlich noch die Anforderung nach entsprechender Justage zum optoelektronischen Empfänger hinzukommt. With all three optoelectronic sensor types it is therefore necessary to use an optical one Radiation source including the transmitter optics in a sensor housing position and then fix its position. With the one-way systems therefore, so that the emerging beam axis coincides with the housing axis, while in the case of the reflection systems and push button systems the Requirement for appropriate adjustment to the optoelectronic receiver come in addition.

Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass diese Justage, die oft sehr präzise in bis zu drei Dimensionen ausgeführt werden muss, sehr kostenintensiv ist und darüber hinaus relativ viel Platz und Montagezeit beansprucht. A disadvantage of the known prior art is that this adjustment, which often must be carried out very precisely in up to three dimensions, very much is costly and also takes up a lot of space and assembly time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optoelektronischen Sensor der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem ein einfacher Aufbau, eine kompakte Bauweise und eine wirtschaftliche Herstellbarkeit ermöglicht wird. Dies setzt unter anderem voraus, dass die Montage und insbesondere die Justage der Sendebaugruppe, bestehend aus einer Strahlungsquelle mit Sendeoptik, im Gehäuse des Sensors problemlos durchführbar ist. The invention has for its object an optoelectronic sensor to create the type mentioned, in which a simple structure, a compact design and economic manufacturability is made possible. This sets among other things, that the assembly and in particular the adjustment of the Transmitting module, consisting of a radiation source with transmitting optics, in the housing of the sensor can be carried out without problems.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind alle Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. To achieve this object, all features of claim 1 are provided.

Die Erfindung ist also darin zu sehen, dass eine Aufnahmevorrichtung zur Halterung der Sendebaugruppe, bestehend aus der Sendeoptik und der Strahlungsquelle, vorgesehen ist. Auf der, der Sendebaugruppe entgegengesetzten Seite, weist die Aufnahmevorrichtung eine kugelförmige Aushöhlung auf. An der Innenseite des Sensorgehäuse befindet sich eine kugelförmige Auswölbung, die formschlüssig in der Aushöhlung der Aufnahmevorrichtung anliegt. Mittels eines Befestigungselementes, z. B. einer Schraube, ist die Aufnahmevorrichtung im Zentrum der kugelförmigen Auswölbung mit dem Sensorgehäuse verbunden. The invention is therefore to be seen in the fact that a holding device for holding the transmitter assembly, consisting of the transmitter optics and the radiation source, is provided. On the side opposite the transmitter module, the Recording device on a spherical cavity. On the inside of the There is a spherical bulge in the sensor housing the cavity of the receiving device is present. By means of a Fastener, e.g. B. a screw, the receiving device is in the center of the spherical bulge connected to the sensor housing.

Dabei ist in einem ersten Schritt die Befestigungsschraube nur so stark angezogen, dass sich die Aufnahmevorrichtung in ihrer kugelförmigen Kontaktfläche relativ zum Sensorgehäuse bewegen kann. Auf diese Weise wird die Sendestrahlachse zur Gehäuseachse bzw. zur Empfangsachse des optoelektronischen Empfänger justiert und anschließend durch Festziehen der Befestigungsschraube in dieser Position fixiert. In a first step, the fastening screw is only tightened so much that the receiving device is relative to the spherical contact surface Sensor housing can move. In this way, the transmit beam axis becomes Housing axis or to the receiving axis of the optoelectronic receiver adjusted and then by tightening the mounting screw in this position fixed.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Advantageous further developments are described in the subclaims.

Durch diese erfindungsgemäße Ausführung der Aufnahmevorrichtung sowie der entsprechenden Aufnahme im Sensorgehäuse ist die Justage der Sendebaugruppe in mehreren Dimensionen durchführbar. Nach der Justage ist zur Fixierung der Sendebaugruppe im Sensorgehäuse nur eine Befestigungsschraube anzuziehen und ggf. mit Sicherungskleber zu versehen. Auch kann diese, von Außen leicht zugängliche Befestigungsschraube, nach der Justage durch das Aufbringen eines Typenschildes vor ungewollter Manipulation geschützt werden. Die Anzahl der dafür notwendigen mechanischen Einzelteile ist sehr gering, gleichwohl wird der maximale Freiheitsgrad in der Justage dadurch nicht eingeengt. Diese vorteilhafte Ausführung bietet somit nicht nur einen wirtschaftlichen Vorteil hinsichtlich der Bauteilkosten, sondern gleichzeitig einen minimalen Justage- und Montageaufwand des Sensors. Der reduzierte Justageaufwand ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei dem Sensor um ein Reflexionssystem oder ein Tastsystem handelt, bei dem die Justage der Sendebaugruppe gleichzeitig noch zur Empfangsachse durchgeführt werden muss. Ein besonderer Vorteil dieser mechanisch einfachen Ausführung besteht darin, dass diese Aufnahmevorrichtung sowie das entsprechende Sensorgehäuse als Druckgussteil ausgeführt werden kann. Diese metallische Ausführungsform bietet dann den entscheidenden Vorteil, dass eine größt mögliche Wärmeabfuhr von der Strahlungsquelle an das Gehäuse erreichbar ist. Diese optimale Wärmeableitung ermöglicht natürlich, die Strahlungsquelle elektrisch höher zu belasten, wodurch wiederum eine höhere optische Strahlungsabgabe und damit eine verbesserte Betriebsfunktion des Sensors erreicht wird. Through this inventive design of the receiving device and the The corresponding receptacle in the sensor housing is the adjustment of the transmitter module feasible in several dimensions. After the adjustment is to fix the Tighten the transmitter module in the sensor housing using only one fastening screw and if necessary to be provided with safety adhesive. Also this can be done easily from the outside accessible fastening screw, after adjustment by applying a Nameplate must be protected against unwanted manipulation. The number of for that necessary mechanical parts is very small, nevertheless maximum degree of freedom in the adjustment is therefore not restricted. This beneficial Execution therefore not only offers an economic advantage in terms of Component costs, but at the same time a minimal adjustment and assembly effort of Sensor. The reduced adjustment effort is particularly advantageous if the sensor is a reflection system or a touch system, at which the adjustment of the transmitter module at the same time to the receiving axis must be carried out. A particular advantage of this mechanically simple Execution is that this cradle and the corresponding Sensor housing can be designed as a die-cast part. This metallic Embodiment then offers the decisive advantage that the greatest possible Heat dissipation from the radiation source to the housing can be reached. This Optimal heat dissipation naturally enables the radiation source to be electrically higher strain, which in turn leads to a higher optical radiation emission and thus an improved operating function of the sensor is achieved.

Nachfolgend wird in Fig. 1 die Erfindung an Hand der schematischen Darstellung im Einzelnen erläutert. The invention is explained in detail below in FIG. 1 on the basis of the schematic illustration.

In einem optoelektronischen Sensor sind in einer Aufnahmevorrichtung 1 die Komponenten einer Sendebaugruppe, d. h. eine Strahlungsquelle 2 und eine Sendeoptik 3 eingesetzt. Die Strahlungsquelle 2 ist vorzugsweise als LED oder Halbleiterlaser ausgeführt, der moduliert betrieben wird, und damit Lichtimpulse aussendet. Der aus der Sendeoptik 3 austretende Lichtstrahl 7 durchstrahlt eine Empfangslinse 4. Während die Empfangslinse 4 auf der Außenseite 5 insgesamt als Planfläche ausgeführt ist, beschränkt sich der plane Zentralbereich 6 auf der Innenseite der Empfangslinse 4 auf den Querschnitt des Sendestrahles. Somit ist die optische Wirkung der Empfangsoptik 4 nahezu ohne Auswirkung auf den Sendestrahl. Wenn der Sendestrahl 7, wie dargestellt, auf ein Objekt 8 auftrifft, wird ein Teil der Sendestrahlung zur Empfangslinse 4 zurück remittiert. Die Empfangslinse 4 fokussiert diese Strahlen auf einen optoelektronischen Empfänger 9. Der optoelektronische Empfänger 9 ist, wie die Aufnahmevorrichtung 1 sowie die Empfangslinse 4, in einem gemeinsamen Gehäuse 10 zusammengefasst. Gleichzeitig sind in diesem Gehäuse 10 auch die in dieser Figur nicht im Einzelnen dargestellten Einstell-, Bedienungs- oder Kontaktierungselemente des Sensor, eingebaut. In der Innenwand am Boden des Gehäuses 10 ist eine konvexe kugelförmige Auswölbung 11 angebracht, während auf der konjugierten Außenseite des Gehäuse 10 eine kugelförmige Senkung vorhanden ist. Dabei liegen die Krümmungsmittelpunkte der konvexen Auswölbung auf der Innenseite und die konkave Senkung auf der Außenseite des Gehäuses 10 ineinander. Gleichzeitig ist das Gehäuse in den Scheitelpunkten mit einer Bohrung 13 versehen. An der Aufnahmevorrichtung 1 ist an einer der Sendebaugruppe gegenüberliegenden Seite ebenfalls eine konkave kugelförmige Aushöhlung 12 angebracht, die formschlüssig die konvexe kugelförmige Auswölbung 11 umschließt. Im Scheitelpunkt der Aushöhlung 12 der Aufnahmevorrichtung 1 ist ein Innengewinde eingelassen, in welches eine Befestigungsschraube 14 eingreift. Die Befestigungsschraube 14, deren Gewindedurchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser der Bohrung 13 ist, weist auf seiner dem Gewinde zugeneigten Kopfseite eine kugelförmige Ausführung auf. Diese Kugelfläche der Befestigungsschraube 14 ist so dimensioniert, dass diese ebenfalls formschlüssig mit der Senkung im Gehäuse 10 zusammenwirkt. Zur Justage der Sendebaugruppe wird das Gehäuse auf einer Richtbank fixiert und die Strahlungsquelle 2 in Betrieb genommen. Die Befestigungsschraube 14 ist dabei nur so stark angezogen, dass eine durch die vorhandene Reibung gedämpfte Verdrehung der Aufnahmevorrichtung 1 über der kugelförmigen Auswölbung 11 noch möglich ist. Wenn die Sendebaugruppe sich dann in ihrer Sollposition befindet, wird die Befestigungsschraube 14 fest angezogen. Um danach einen ungewollten Zugang zur Befestigungsschraube 14 zu verhindern, kann z. B. mit einem Typenschild auf der Außenfläche des Gehäuses 10 die Befestigungsschraube überdeckt werden. The components of a transmitter assembly, ie a radiation source 2 and a transmitter optics 3 , are used in an optoelectronic sensor in a receiving device 1 . The radiation source 2 is preferably designed as an LED or semiconductor laser, which is operated in a modulated manner and thus emits light pulses. The light beam 7 emerging from the transmitting optics 3 shines through a receiving lens 4 . While the receiving lens 4 on the outside 5 is designed as a flat surface, the flat central area 6 on the inside of the receiving lens 4 is limited to the cross section of the transmission beam. Thus, the optical effect of the receiving optics 4 has almost no effect on the transmission beam. When the transmitted beam 7 strikes an object 8 , as shown, part of the transmitted radiation is remitted back to the receiving lens 4 . The receiving lens 4 focuses these beams on an optoelectronic receiver 9 . The optoelectronic receiver 9 , like the receiving device 1 and the receiving lens 4 , is combined in a common housing 10 . At the same time, the setting, operating or contacting elements of the sensor, which are not shown in detail in this figure, are also installed in this housing 10 . A convex spherical bulge 11 is provided in the inner wall at the bottom of the housing 10 , while a spherical depression is present on the conjugate outside of the housing 10 . The centers of curvature of the convex bulge lie on the inside and the concave depression on the outside of the housing 10 . At the same time, the housing is provided with a bore 13 in the apex. A concave spherical cavity 12 , which encloses the convex spherical bulge 11 in a form-fitting manner, is likewise attached to the receiving device 1 on a side opposite the transmitter assembly. An internal thread, into which a fastening screw 14 engages, is embedded in the apex of the cavity 12 of the receiving device 1 . The fastening screw 14 , the thread diameter of which is significantly smaller than the diameter of the bore 13 , has a spherical design on its head inclined towards the thread. This spherical surface of the fastening screw 14 is dimensioned such that it also interacts positively with the countersink in the housing 10 . In order to adjust the transmitter assembly, the housing is fixed on a straightening bench and the radiation source 2 is put into operation. The fastening screw 14 is only tightened so much that a rotation of the receiving device 1 above the spherical bulge 11 , damped by the existing friction, is still possible. When the transmitter assembly is then in its target position, the fastening screw 14 is tightened. In order to prevent unwanted access to the fastening screw 14 , z. B. with a nameplate on the outer surface of the housing 10, the fastening screw are covered.

Das Gehäuse 10 und die Aufnahmevorrichtung 1, welche auch die Strahlungsquelle 2 aufnimmt, können sowohl als Kunststoffspritzteil oder als Druckguss hergestellt werden. Besonders dann, wenn eine gute Wärmeleitung von der Strahlungsquelle 2 zur Oberfläche des Gehäuse 10 gewährleistet sein muss, ist die Druckgussvariante zu wählen. The housing 10 and the receiving device 1 , which also receives the radiation source 2 , can be produced either as a plastic injection-molded part or as a die-cast. The die-cast variant should be selected in particular when good heat conduction from the radiation source 2 to the surface of the housing 10 must be ensured.

Claims

1. Optoelectronic sensor with a housing in which a transmitter assembly consisting of a radiation source with transmitter optics is arranged, characterized in that the transmitter assembly is connected to a convex spherical bulge that complements this cavity via a receptacle having a recess in the form of a concave spherical cavity the inner wall of the sensor housing is adjustably attachable.

2. Optoelectronic sensor according to claim 1, characterized in that an optoelectronic receiver with optical components for Influencing the received radiation as well as electrical and / or mechanical setting, operating or contacting elements in the housing are provided.

3. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a fastening screw is provided, which is essentially axially the apex of the concave spherical Hollow the cradle and the convex spherical Bulge penetrates on the inner wall of the sensor housing and thus the Connects the receiving device positively with the sensor housing.

4. Optoelectronic sensor according to claim 3, characterized in that the diameter of the hole in the sensor housing is larger than that The diameter of the fastening screw is.

5. Optoelectronic sensor according to claim 4, characterized in that the sensor housing is spherical on the outside of the bore Countersink that has the same center of curvature as the convex spherical bulge on the inside of the sensor.

6. Optoelectronic sensor according to claim 5, characterized in that the fastening screw on the head side lying against the housing has a curvature adapted to the spherical depression.

7. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device for deriving the heat generated in the radiation source to the housing thermally conductive material is formed.

8. Optoelectronic sensor according to claim 7, characterized in that the receiving device is designed as a die-cast part.

9. Method for adjusting an optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that before Tighten the mounting screw over the transmitter assembly Recording device in the sensor housing is adjusted so that the sensor emerging beam direction with the housing axis and / or the optical Axis of the received radiation coincides.

10. A method for adjusting an optoelectronic sensor according to claim 9, characterized in that after the adjustment of the transmitter assembly Pick-up device with a fastening screw on the sensor housing is fixed.

11. A method for adjusting an optoelectronic sensor according to claim 10, characterized in that after the adjustment of the transmission module and Fix the mounting screw on the outer surface of the sensor housing secured in the area of the head of the fastening screw and / or is covered.