DE20317617U1

DE20317617U1 - Optoelektronische Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE20317617U1
Application number: DE20317617U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2013-11-15

Abstract

Optoelektronische Sensoreinrichtung, insbesondere zur Überwachung eines Schutzbereiches (1), welche auf der einen Seite einer optischen Überwachungsstrecke (6, 7) von einer aktiven Sender-/Empfängereinheit (8) begrenzt ist, wobei der Sender das Licht in eine Abstrahlkeule aussendet und der Empfänger das Licht innerhalb einer Detektionskeule aufnimmt und auf der anderen Seite der Überwachungsstrecke (6, 7) eine passive Lichtumkehreinheit (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zusätzlichen Umlenkspiegels (11) zwischen der aktiven Sender/Empfängereinheit (8) und der Lichtumkehreinheit (14) neben der Veränderung der Ausbreitungsrichtung der Überwachungsstrecke auch die Abstrahlkeule des Senders bzw. die Detektionskeule des Empfängers einschränkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige optoelektronische Sensoreinrichtungen werden beispielsweise am Rand eines Schutzbereiches einer Werkzeugmaschine angeordnet, um Personen beim Zugang in diesen Schutzbereich zu detektieren und ein Abschaltsignal oder ein Warnsignal auszulösen.
In den meisten Fällen ist es aufgrund baulicher Maßnahmen nur an einzelnen Teilbereichen des Randes möglich, in den Schutzbereich einzudringen. Diese frei zugänglichen Teilbereiche werden durch die optoelektronische Sensoreinrichtung, vergleichbar mit einem optischen Zaun, geschlossen. Nachfolgenden wird dieser optische Zaun als Überwachungsstrecke gekennzeichnet.
Um die Gefahr des Über-/Unterschreitens auszuschließen ist es darüber hinaus meist erforderlich, dass in der Überwachungsstrecke zwei oder mehrere räumlich versetzte Lichtstrahlen vorhanden sein müssen. Diese zwei- oder mehrstrahligen Lichtschranken gehören unter dem Begriff Lichtgitter zum Stand der Technik. Eine häufig zum Einsatz kommende Ausführungsform bei der Schutzbereichsüberwachung ist das zweistrahlige Lichtgitter.
Bei diesen zweistrahligen Lichtgittern kommen zwei Anwendungsprinzipien zum Einsatz.
Das erste Prinzip besteht aus zwei einzelnen Lichtschranken mit jeweils einem Sender und einem Empfänger. Diese beiden Lichtschranken werden in zeitlich kur zen Abständen wechselseitig aktiviert und aus den beiden Statussignalen wird anschließend ein gemeinsames Ausgangssignal generiert. Bei diesem Anwendungsprinzip zur Erzeugung eines zweistrahligen Lichtgitters werden sowohl zwei Einweglichtschranken als auch zwei Autokollimationslichtschranken eingesetzt. Bei der Einweglichtschranke befindet sich der Sender auf der einen Seite der Überwachungsstrecke und der Empfänger auf der entgegengesetzten Seite. Bei der Autokollimationslichtschranke befinden sich der Sender und der Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse auf der einen Seite der Überwachungsstrecke, während auf der entgegengesetzten Seite ein Retroreflektor angeordnet ist, welcher das auftreffende Licht ins sich zurückreflektiert.
Beim zweiten Prinzip eines zweistrahligen Lichtgitters wird das Licht des Senders von einer Seite in die Überwachungsstrecke eingestrahlt und auf der anderen Seite in einer Lichtumkehreinheit um einen definierten Betrag versetzt wieder zur Ausgangsseite zurückreflektiert. Auf dieser Seite befindet sich neben dem Sender auch ein Empfänger, welcher das auftreffende Licht detektiert. Die Überwachungsstrecke wird auf diesem Wege an zwei räumlich versetzten Linien überwacht. Zweistrahlige Lichtgitter nach diesem Anwendungsprinzip haben sowohl von der wirtschaftlichen Seite als auch beim Montageaufwand wesentliche Vorteile. Bei der wirtschaftlichen Seite sind die Vorteile darin begründet, dass bei diesem zweistrahligen Lichtgitter nur ein Sender, nur ein Empfänger und damit auch nur eine Signalverarbeitungseinheit, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, erforderlich ist. Da die Lichtumkehreinheit eine elektrisch passive Komponente ist, wird auf der Seite der Lichtumkehreinheit auch kein elektrischer Installationsaufwand notwendig, was den Montageaufwand reduziert.
Nachteilig bei diesem zweistrahligen Lichtgitter mit Lichtumkehreinheit ist, dass dieses Anwendungsprinzip nur bei verhältnismäßig kurzen Überwachungsstrecken angewendet werden kann. Der Grund liegt darin, dass zur Vermeindung eines hohen Justageaufwandes von Sender, Empfänger und Lichtumkehreinheit sowie zur Kompensation von Schwingungen oder Vibrationen am Einsatzort der Sender und der Empfänger eine Abstrahl- bzw. Detektionskeule von ca. 2,5 Grad aufweisen müssen. Damit eine zweifelsfreie Detektion auch von spiegelnden Objekten innerhalb der Überwachungsstrecke gewährleistet ist, dürfen sich die Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers nicht überschneiden. Würde sich ein spiegelndes oder sehr gut reflektierendes Objekt innerhalb dieses Überschnei dungsbereiches der beiden Keulen befinden, so bestünde das Risiko, dass die optoelektronische Sensoreinrichtung fälschlicherweise einen freien Lichtweg signalisiert und Objekte im weiteren Verlauf der Überwachungsstrecke nicht erkannt werden. Aus diesem Grunde darf die Lichtumkehreinheit nur so weit von der Sender-/Empfängereinheit entfernt sein, dass diese Überschneidung der beiden Keulen nicht stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektronische Sensoreinrichtung nach dem Prinzip der aktiven Sender-/Empfängereinheit gepaart mit der passiven Lichtumkehreinheit auszubilden, bei der die wirtschaftlichen Vorteile eines zweistrahligen Lichtgitters mit nur einem Sender und einem Empfänger genutzt werden können. Dabei soll gleichzeitig die Überwachungsstrecke vergrößert werden, ohne ein Detektionsrisiko bei spiegelnden Objekten eingehen zu müssen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, einen zusätzlichen Umlenkspiegel zwischen der aktiven Sender-/Empfängereinheit und der Lichtumkehreinheit einzusetzen, der die Ausbreitungsrichtung der optischen Überwachungsstrecke verändert und dabei gleichzeitig die Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers reduziert.
Mit diesem zusätzlichen Umlenkspiegel kann in vorteilhafter Weise die Überwachungsstrecke nicht nur an die Randkontur des Schutzbereiches angepasst werden, sondern erlaubt durch die Festlegung einer begrenzten Spiegelgröße innerhalb der Überwachungsstrecke eine stufenweise Einschränkung der wirksamen Abstrahlkeule bzw. der Detektionskeule. Durch diese Maßnahme ist es möglich, ohne Einengung des Justagefreiheitsgrades der Sender-/Empfängereinheit den Beginn der Überschneidung der beiden optischen Keulen in einen größeren Abstand zu verlagern. Dadurch ist insbesondere auch unter Berücksichtigung der Sicherheitsrisiken bei der Erkennung von spiegelnden Objekten eine größere Überwachungsstrecke realisierbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zusätzliche Umlenkspiegel nicht aus einem einteiligen Spiegel besteht, sondern auf einem gemeinsamen Träger für jeden einzelnen Lichtstrahl getrennte Spiegelflächen angeordnet sind. Dies ist besonders bei großen Strahlabständen von Vorteil, weil dadurch nur die tatsächlich notwendige Spiegelflächengröße bereitgestellt werden muss, wäh rend die mechanische Verbindung mit preiswerten Metall- oder Kunststoffkomponenten realisiert werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, die wirksamen Spiegelquerschnitte der Umlenkspiegel in horizontaler und vertikaler Ausdehnung unterschiedlich groß auszuführen. Damit ist es möglich, eine Abstrahlkeule mit einem ursprünglich runden Strahlquerschnitt, zum Beispiel in einen rechteckigen oder elliptischen Strahlquerschnitt, zu verändern. Erfindungsgemäß wird bei den mehrstrahligen Lichtgittern dann die kleine Achse des Strahlquerschnittes in die Richtung gelegt, in der die einzelnen Strahlen versetzt angeordnet sind. Die große Achse des Strahlquerschnittes dagegen ist in jener Richtung angeordnet, in der eine Überschneidung der Abstrahlkeule des Senders und die Detektionskeule des Empfängers nicht auftreten kann. Dadurch wird der Freiheitsgrad in der Justage der einzelnen Komponenten deutlich vergrößert.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die 1 erläutert.
In dieser 1 ist eine optoelektronische Sensoreinrichtung am Rand eines Schutzbereiches angeordnet.
Im Schutzbereich 1 befindet sich beispielsweise eine nicht dargestellte Werkzeugmaschine. Der Schutzbereich 1 ist teilweise durch die festen Absperrungen 2, 3, 4 und 5 gegen unbefugten Zutritt abgesichert. Die verbleibende freie Überwachungsstrecke setzt sich aus den beiden Teilstrecken 6 und 7 zusammen. Am Rande der Teilstrecke 6, ist in einem gemeinsamen Gehäuse 8 eine aktive Sender/Empfängereinheit angeordnet. Durch eine im Gehäuse 8 angebrachte Sendeöffnung 9 tritt ein Lichtbündel 10 mit einem Abstrahlwinkel α in die Überwachungsstrecke ein. Nach Durchlaufen der Teilstrecke 6 gelangt das Lichtbündel 10 auf den Umlenkspiegel 11. Aufgrund der geöffneten Abstrahlkeule ist das Lichtbündel 10 am Ort des Umlenkspiegel 11 auf einen Querschnitt 12 angewachsen. Am Umlenkspiegel 11 ist innerhalb des Querschnitts 12 eine optisch wirksame Reflexionsfläche 13 vorhanden, welche das Lichtbündel 10 umlenkt und zu einer Lichtumkehreinheit 14 weiterleitet. Da die Reflexionsfläche 13 nur einen Ausschnitt des gesamten Querschnittes 12 erfasst, wird nur ein im Querschnitt reduziertes Lichtbündel 10' unter einem Winkel α' zur Lichtumkehreinheit 14 geleitet. Durch eine Eintrittsöffnung 15 gelangt eine Teilmenge des Lichtbündels 10' in die Lichtumkehreinheit 14 ein. In der Lichtumkehreinheit 14 wird das eintretende Licht mit Hilfe optischer Komponenten um einen Strahlabstand A versetzt und anschließend durch eine Austrittsöffnung 16 wieder in die Überwachungsstrecke zurückreflektiert. Analog dem vom Sender ausgestrahlten Lichtbündel 10 sind die Verhältnisse beim Empfangsstrahlengang. Durch eine im Gehäuse 8 angebrachte Empfangsöffnung 17 kann der Empfänger das unter einem Winkel β auf die Empfangsöffnung 15 auftreffende Licht detektieren. Das Licht, dessen Ursprung vom Empfänger aus nur über den Umlenkspiegel detektiert wird, kann wegen der dafür relevanten Reflektionsfläche 18 auf dem Umlenkspiegel 11 nur aus dem reduzierten Detektionswinkel β' erfasst werden.
Bei Betrachtung von 1 ist somit erkennbar, dass durch den Einsatz eines zusätzlichen Umlenkspiegels, mit dem gleichzeitig die Abstrahlkeule bzw. die Detektionskeule eingeschränkt werden, bei gegebenem Strahlabstand A eine Überscheidung der beiden Keulen erst in einem deutlich größeren Abstand von der Sender-/Empfängereinheit auftreten wird.

Claims

Optoelektronische Sensoreinrichtung, insbesondere zur Überwachung eines Schutzbereiches (1), welche auf der einen Seite einer optischen Überwachungsstrecke (6, 7) von einer aktiven Sender-/Empfängereinheit (8) begrenzt ist, wobei der Sender das Licht in eine Abstrahlkeule aussendet und der Empfänger das Licht innerhalb einer Detektionskeule aufnimmt und auf der anderen Seite der Überwachungsstrecke (6, 7) eine passive Lichtumkehreinheit (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zusätzlichen Umlenkspiegels (11) zwischen der aktiven Sender/Empfängereinheit (8) und der Lichtumkehreinheit (14) neben der Veränderung der Ausbreitungsrichtung der Überwachungsstrecke auch die Abstrahlkeule des Senders bzw. die Detektionskeule des Empfängers einschränkbar ist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Umlenkspiegel (11) zwischen der aktiven Sender-/Empfängereinheit (8) und der Lichtumkehreinheit (14) aus mehreren, mechanisch miteinander verbundenen Einzelumlenkspiegeln (13, 18) besteht.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des wirksamen Strahlquerschnittes am Umlenkspiegel (11) in vertikaler und horizontaler Ausdehnung unterschiedlich beeinflussbar ist.