DE10223624B4 - Gehäuse für optoelektronische Sensoren - Google Patents

Abstract

Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor in dem eine Sendebaugruppe, bestehend aus einer Strahlungsquelle mit Sendeoptik angeordnet ist, wobei die Sendebaugruppe über eine, eine Vertiefung in Form einer konkaven kugelförmigen Aushöhlung aufweisende Aufnahmevorrichtung an einer diese Aushöhlung ergänzenden konvexen kugelförmigen Auswölbung an der Innenwand des Sensorgehäuse justierbar befestigt ist, wobei an einer der konvexen Auswölbung gegenüberliegenden Aussenseite der Wand des Gehäuses eine kugelförmige Senkung vorhanden ist, die den gleichen Krümmungsmittelpunkt wie die konvexe Auswölbung an der Innenwand hat und wobei eine Befestigungsschraube vorgesehen ist, die axial die Scheitelpunkte der konkaven kugelförmigen Aushöhlung der Aufnahmevorrichtung und die konvexe kugelförmige Auswölbung an der Innenwand des Sensorgehäuse durchsetzt und von aussen zugänglich ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gehäuse für 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.
• 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 anderweitig verändert, so wird dies am optoelektronischen Empfänger erkannt und einer nachfolgenden Auswerteelektronik übermittelt.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Aus der DE 27 14 766 A1 ist eine Justiereinrichtung für optoelektronische Sender bekannt, bei der ein optischer Sender in einer kugelförmigen Halterung angeordnet ist, die wiederum innerhalb des Gehäuses in einer entsprechenden Kugelpfanne gelagert ist.
• Aus der DE 30 41 643 A1 ist eine Lichtschranke bekannt, deren Gehäuse mittels eines Kugelgelenkes mit einem Träger verbunden ist.
• Aus der US 4,621,307 und der DE 38 41 632 C2 ist ein Scheinwerfer für Automobile bekannt, bei dem zur Ausrichtung des Scheinwerfers eine Justierschraube über ein Kugelgelenk mit dem Scheinwerfer verbunden ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für 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.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind alle Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.
• 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.
• 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.
• Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• 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 größtmögliche 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.
• Nachfolgend wird in 1 die Erfindung an Hand der schematischen Darstellung im Einzelnen erläutert.
• 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 Sensors 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.
• 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.

Claims (6)

1. Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor in dem eine Sendebaugruppe, bestehend aus einer Strahlungsquelle mit Sendeoptik angeordnet ist, wobei die Sendebaugruppe über eine, eine Vertiefung in Form einer konkaven kugelförmigen Aushöhlung aufweisende Aufnahmevorrichtung an einer diese Aushöhlung ergänzenden konvexen kugelförmigen Auswölbung an der Innenwand des Sensorgehäuse justierbar befestigt ist, wobei an einer der konvexen Auswölbung gegenüberliegenden Aussenseite der Wand des Gehäuses eine kugelförmige Senkung vorhanden ist, die den gleichen Krümmungsmittelpunkt wie die konvexe Auswölbung an der Innenwand hat und wobei eine Befestigungsschraube vorgesehen ist, die axial die Scheitelpunkte der konkaven kugelförmigen Aushöhlung der Aufnahmevorrichtung und die konvexe kugelförmige Auswölbung an der Innenwand des Sensorgehäuse durchsetzt und von aussen zugänglich ist.
2. Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optoelektronischer Empfänger mit optischen Bauelementen zur Beeinflussung der Empfangsstrahlung sowie elektrische und/oder mechanische Einstell-, Bedienungs- oder Kontaktierungselemente in dem Gehäuse vorgesehen sind.
3. Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrung im Sensorgehäuse größer als der Durchmesser der Befestigungsschraube ist.
4. Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschraube auf der am Gehäuse anliegenden Kopfseite eine an die kugelförmige Senkung angepasste Wölbung aufweist.
5. Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung zur Ableitung der in der Strahlungsquelle erzeugten Wärme an das Gehäuse aus wärmeleitendem Material ausgebildet ist.
6. Gehäuse für einen optoelektronischen Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung als Druckgussteil ausgeführt ist.

Images