CH689336A5

CH689336A5 - Photocell.

Info

Publication number: CH689336A5
Application number: CH297694A
Authority: CH
Inventors: Peter Urs Halter
Original assignee: Baumer Electric Ag
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 1999-02-26
Also published as: DE19533044A1; JPH08194068A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtschranke und auf einen Reflektorteil für dieselbe, gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to a light barrier and to a reflector part for the same, according to the preambles of the independent claims.

Durchlichtschranken dienen hauptsächlich dem Zweck, kleine Objekte innerhalb eines langen Sendestrahles (grosser Abstand zwischen Sender und Empfänger) zu detektieren. Sollen sowohl kleine wie auch grosse unregelmässige Objekte erkannt werden, müssen zwei parallele Durchlichtschranken montiert werden, die eine, dort wo die kleinen Objekte passieren, die andere, dort wo grosse Objekte ihren vordersten Punkt haben. Dies ergibt bei Doppeldurchlichtschranken einen grossen Installationsaufwand, denn es müssen zwei Durchlichtschranken, die aus 4 Teilen und 4 Kabeln bestehen, montiert, bzw. angeschlossen werden. Transmitted light barriers mainly serve the purpose of detecting small objects within a long transmission beam (large distance between transmitter and receiver). If both small and large irregular objects are to be recognized, two parallel light barriers must be installed, one where the small objects pass, the other where large objects have their foremost point. This results in a large installation effort for double light barriers, because two light barriers, which consist of 4 parts and 4 cables, must be installed or connected.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ersatz von zwei parallel arbeitenden Durchlichtschranken durch ein billigeres System mit weniger Montageaufwand aber gleichwertiger Detektionssicherheit zu schaffen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Lichtschranke und den Reflektorteil für dieselbe, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind. It is an object of the invention to provide a replacement of two transmitted light barriers operating in parallel by a cheaper system with less installation effort but equivalent detection reliability. The object is achieved by the light barrier and the reflector part for the same as defined in the independent claims.

Die erfindungsgemässe Lichtschranke besteht aus einem Sender/Empfängerteil und einem Reflektorteil. Der Sender und der Empfänger sind, in eine Ebene weisend, voneinander beabstandet. Der Reflektorteil weist eine Anordnung von reflektierenden Elementen auf, derart, dass ein vom Sender ausgesendeter Lichtstrahl als Sendestrahl so gespiegelt wird, dass ein Rückstrahl entsteht, der parallel zum Sendestrahl verläuft und auf den Empfänger trifft. The light barrier according to the invention consists of a transmitter / receiver part and a reflector part. The transmitter and the receiver are spaced from one another, pointing in one plane. The reflector part has an arrangement of reflecting elements such that a light beam emitted by the transmitter is reflected as a transmission beam in such a way that a return beam is produced which runs parallel to the transmission beam and strikes the receiver.

Die erfindungsgemässe Lichtschranke vermeidet einerseits den oben erwähnten Nachteil durch ihre Bauweise und ergibt andererseits durch die gewählte Lichtführung eine erhöhte Störsicherheit im Vergleich zu gewöhnlichen Polfilter-Reflexlichtschranken auf und zwar: - gegen abzutastende, reflektierende Objekte, die das Licht reflektieren und gleichzeitig noch depolarisieren (beispielsweise ein Spiegel mit einer Kunststoffschicht darüber oder eingepackt in einen transparenten Kunststoffbeutel), und - gegen Fremdreflexe wie beispielsweise einer metallisch glänzenden Förderbahn, über der die Doppellichtschranke montiert ist. The light barrier according to the invention on the one hand avoids the above-mentioned disadvantage due to its construction and, on the other hand, results in increased interference immunity in comparison to conventional polarizing filter light barriers due to the chosen light guidance: - against reflecting objects to be scanned, which reflect the light and at the same time depolarize it (for example a mirror with a plastic layer above it or wrapped in a transparent plastic bag), and - against external reflections such as a shiny metallic conveyor track over which the double light barrier is mounted.

Ferner hat die erfindungsgemässe Lichtschranke keinen Blindbereich, trotz weit auseinanderliegenden Sender und Empfänger und hat ausserdem eine akzeptable Montagetoleranz derart, dass die Ausrichtung von Sender, Empfänger und Reflektor nicht hoch-genau sein müssen. Furthermore, the light barrier according to the invention has no blind area, despite the widely spaced transmitter and receiver, and moreover has an acceptable installation tolerance such that the alignment of the transmitter, receiver and reflector need not be highly precise.

Die erfindungsgemässe Lichtschranke funktioniert wie zwei identische, parallele Lichtschranken, sie besteht jedoch nur aus einer Polfilterreflexlichtschranke mit weit auseinanderliegendem Sender und Empfänger und einem speziellen Reflektor. Sie gibt ein Schaltsignal aus, wenn der eine oder/und der andere Schrankenstrahl unterbrochen wird. The light barrier according to the invention functions like two identical, parallel light barriers, but it only consists of a polarizing filter reflex light barrier with a widely spaced transmitter and receiver and a special reflector. It outputs a switching signal when one or / and the other barrier beam is interrupted.

Der Reflektorteil für eine erfindungsgemässe Lichtschranke weist eine Anordnung von reflektierenden Elementen auf. Diese überbrücken die Distanz zwischen dem Sender und dem Empfänger und bilden einen Tripelspiegel. Sie reflektieren den empfangenen Sendestrahl im entsprechenden Abstand als parallel zum Sendestrahl verlaufenden Rückstrahl. The reflector part for a light barrier according to the invention has an arrangement of reflecting elements. These bridge the distance between the transmitter and the receiver and form a triple mirror. They reflect the received transmission beam at the appropriate distance as a return beam running parallel to the transmission beam.

Anhand der unten aufgeführten Figuren wird die Erfindung nun im Detail diskutiert. The invention will now be discussed in detail with reference to the figures listed below.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemässen Doppellichtschranke mit einem Sende/Empfängerteil und einem Reflektorteil; Fig. 2 zeigt eine Frontansicht des Reflektorteils mit den Spiegeln und dem polarisationsaktiven Element. 1 shows a schematic diagram of a double light barrier according to the invention with a transmitter / receiver part and a reflector part; 2 shows a front view of the reflector part with the mirrors and the polarization-active element.

Fig. 1 zeigt eine Lichtschranke mit Sende/Empfängerteil (SE), speziellem Reflektor (R) und den zwei parallelen Lichtstrahlen (L1, L2), die auf Unterbrechung zu kontrollieren sind. Der Sende/Empfängerteil besteht aus dem Sender (S) mit Linse und Polarisationsfilter, dem Empfänger (E) mit Linse und Polarisationsfilter und der Elektronik (EL). Der spezielle Reflektor besteht aus dem Polarisations-verändernden Element (PE) und dem reflektierenden Element. Dieses letztere ist hier realisiert mit Ausschnitten aus einem grossen Tripelspiegel mit den drei Einzelspiegeln s1, s2 und s3. Die feine Pfeillinie im Reflektor zeigt einen Reflexionspfad des Lichtes. Die Abstandsanga ben zwischen den beiden Lichtstrahlen und zwischen Sende-/Empfängerteil und Reflektor sind beispielsweise Werte. Fig. 1 shows a light barrier with transmitter / receiver part (SE), special reflector (R) and the two parallel light beams (L1, L2), which are to be checked for interruption. The transceiver part consists of the transmitter (S) with lens and polarization filter, the receiver (E) with lens and polarization filter and the electronics (EL). The special reflector consists of the polarization-changing element (PE) and the reflecting element. The latter is realized here with cutouts from a large triple mirror with the three individual mirrors s1, s2 and s3. The fine arrow line in the reflector shows a reflection path of the light. The distance gauges between the two light beams and between the transmitter / receiver part and the reflector are values, for example.

Fig. 2 zeigt ein Frontansicht des Reflektorteils R. Dieser enthält den Tripelspiegel mit den Spiegeln s1, s2, s3 und dem polarisationsaktiven Element PE. Man erkennt den Strahlengang, der vom Sender S zum Spiegel s1 und von dort zum Spiegel s3 verläuft, von wo er über den Spiegel s2 durch den Polarisator PE zum Empfänger gespiegelt wird. FIG. 2 shows a front view of the reflector part R. This contains the triple mirror with the mirrors s1, s2, s3 and the polarization-active element PE. One can see the beam path that runs from the transmitter S to the mirror s1 and from there to the mirror s3, from where it is reflected by the polarizer PE to the receiver via the mirror s2.

Solch eine Lichtschranke besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten bzw. Montageteilen, aus einem Sende-/Empfängerteil SE in einem Gehäuse, der über ein einziges Kabel versorgt wird und das Ausgangssignal liefert und aus einem speziellen Reflektorteil R in einem zweiten Gehäuse, das allenfalls die gleiche Grösse wie das Gehäuse für den Sende-/Empfängerteil aufweist, aber natürlich ohne Kabel auskommt. Der Sendeteil besteht beispielsweise aus einer Leuchtdiode oder Laserdiode, die mit einer Linse gut fokussiert wird, sodass ein paralleler oder mehr oder weniger schwach divergierender Lichtstrahl austritt, der mit einem Linear- oder Zirkular-Polfilter vor dem Austritt polarisiert wird. Bei Laserdioden kann auch die Eigenschaft verwendet werden, dass bereits polarisiertes Licht erzeugt wird. Ein Polfilter kann dann unter Umständen weggelassen werden. Der Empfängerteil besteht beispielsweise aus einer Photodiode mit davorgeschalteter Linse und Polfilter. Die Linse ist so gestaltet und positioniert, dass der Empfangsbereich ("Empfangsstrahl") parallel zum Sendestrahl ausgerichtet ist und möglichst eng (parallel) oder gezielt leicht divergierend ist. Das Polfilter, Linear- oder Zirkularpolfilter, je nachdem was beim Sender gewählt wurde, ist so ausgerichtet, dass das Licht, das von einem normalen Spiegel in den Empfänger reflektiert wird, ausgelöscht wird. Beispielsweise werden bei linearen Polfiltern die beiden Polfilter vor dem Sender/Empfängerteil gegeneinander um 90 DEG verdreht. Die Polfilter bei Sender und Empfänger können vor oder nach der Linse montiert sein. Such a light barrier essentially consists of two components or assembly parts, a transmitter / receiver part SE in a housing, which is supplied via a single cable and supplies the output signal, and a special reflector part R in a second housing, which at most is the same Size as the housing for the transceiver part has, but of course works without cables. The transmission part consists, for example, of a light-emitting diode or laser diode, which is well focused with a lens, so that a parallel or more or less weakly diverging light beam emerges, which is polarized with a linear or circular polarizing filter before the exit. With laser diodes, the property that polarized light is already being generated can also be used. A polarizing filter can then possibly be omitted. The receiver part consists, for example, of a photodiode with an upstream lens and polarizing filter. The lens is designed and positioned so that the reception area ("reception beam") is aligned parallel to the transmission beam and is as narrow as possible (parallel) or deliberately slightly divergent. The polarizing filter, linear or circular polarizing filter, depending on what has been selected at the transmitter, is designed so that the light that is reflected by a normal mirror into the receiver is extinguished. For example, in the case of linear polarizing filters, the two polarizing filters in front of the transmitter / receiver part are rotated against one another by 90 °. The polarizing filters on the transmitter and receiver can be installed before or after the lens.

Im Reflektorteil R befinden sich ein oder mehrere Elemente zur Drehung der Polarisationsebene oder zur Depolarisation des Lichtes und ein spezielles, reflektierendes Element. In the reflector part R there are one or more elements for rotating the plane of polarization or for depolarization of the light and a special, reflective element.

Das die Polarisation verändernde Element besteht im Idealfall aus einer Lambda-Halbe-Verzögerungsplatte angepasst an die Wellenlänge des Sendelichtes und ist so ausgerichtet, dass erstens bei linearem Polarisationszustand des Lichtes dieser Zustand um 90 DEG gedreht wird, das bedeutet, dass die optischen Achsen der Verzögerungsplatte 45 DEG zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes geneigt ist und dass zweitens bei zirkularem Polarisationszustand des Lichtes der Polarisationszustand umgekehrt wird. Die abdeckende Frontscheibe, die zur vereinfachten Reinigung verwendet wird, besteht beispielsweise aus Acryl- oder normalem Glas und soll in diesem Fall polarisationserhaltend, also möglichst wenig depolarisierend oder polarisationsverändernd sein, mit andern Worten, sie soll die Polarisation möglichst nicht verändern. Das die Polarisation verändernde Element kann im einfallenden oder ausfallenden Strahl montiert sein, allenfalls in beiden. The element that changes the polarization ideally consists of a lambda half-delay plate adapted to the wavelength of the transmitted light and is oriented such that, firstly, in the case of a linear polarization state of the light, this state is rotated by 90 °, which means that the optical axes of the delay plate 45 DEG is inclined to the direction of polarization of the incident light and that, secondly, in the case of a circular polarization state of the light, the polarization state is reversed. The covering front pane, which is used for simplified cleaning, is made, for example, of acrylic or normal glass and in this case should preserve polarization, i.e. as little depolarizing or polarization changing, in other words, it should not change the polarization if possible. The element that changes the polarization can be mounted in the incident or emerging beam, at most in both.

Ein solches die Polarisation veränderndes Element könnte auch aus einem oder zwei Lambda-Viertel-Verzögerungsplatten bestehen oder ggf. lediglich aus einer ordentlich depolarisierenden Frontscheibe. Eine solche Frontscheibe könnte beispielsweise aus Acrylglas bestehen, das so hergestellt wird, dass starke, örtlich unterschiedliche Doppelbrechung vorhanden ist. Such an element which changes the polarization could also consist of one or two quarter-wave retardation plates or, if appropriate, only of a properly depolarizing windshield. Such a windshield could, for example, consist of acrylic glass, which is manufactured in such a way that there is strong, locally different birefringence.

Besteht das die Polarisation verändernde Element aus einer Lambda-Halbe-Verzögerungsplatte ( lambda /2) so können auch durchsichtige Objekte, die polarisationswirksam sind, also depolarisierend oder polarisationsverändernd wirken, besser erkannt werden. If the polarization-changing element consists of a lambda half-delay plate (lambda / 2), then transparent objects which have a polarization effect, that is to say which have a depolarizing or polarization-changing effect, can be better recognized.

Das spezielle reflektierende Element besteht im Idealfall aus einem grossflächigen, 1-zelligen Tripelspiegel (modifizierter corner-reflector) oder aus geeignet gewählten Ausschnitten davon. Der einfallende Lichtstrahl soll in einem gewissen Abstand und parallel dazu in Rückwärtsrichtung wieder ausgesandt werden, wobei der Abstand dem Abstand zwischen Sender und Empfänger entsprechen soll. Dies wird am einfachsten mit einem grossflächigen, 1-zelligen Tripelspiegel erreicht, der aus drei Spiegelflächen besteht, die alle zueinander 90 DEG geneigt sind (wie die Flächen eines Würfels). Der Tripelspiegel kann symmetrisch eingebaut werden, was bedeutet, dass alle Spiegelflächen gleich stark geneigt (ca. 55 DEG ) sind zum einfallenden Strahl. In diesem Fall sollte das Zentrum des Tripelspiegels mehr oder weniger genau in der Mitte zwischen Sende- und Empfangsstrahl liegen. Aus Platzgründen kann es auch geeignet erscheinen, den Tripelreflektor leicht zu neigen, da sich sonst das Doppelspiegelpaar (Spiegel 2 und 3, bei Verwendung von Ausschnitten aus einem Tripelspiegel) weiter hinten befindet, als Spiegel 1. Der Tripelspiegel kann mit drei einzelnen Planspiegeln oder als Kunststoffspritzteil mit verspiegelten Oberflächen realisiert sein. The special reflective element ideally consists of a large, single-cell triple mirror (modified corner reflector) or of appropriately selected sections. The incident light beam should be emitted again at a certain distance and parallel to it in the reverse direction, the distance corresponding to the distance between the transmitter and the receiver. The easiest way to achieve this is with a large, single-cell triple mirror, which consists of three mirror surfaces, which are all inclined at 90 ° to each other (like the surfaces of a cube). The triple mirror can be installed symmetrically, which means that all mirror surfaces are equally inclined (approx. 55 °) to the incident beam. In this case, the center of the triple mirror should be more or less exactly in the middle between the transmit and receive beam. For reasons of space, it may also seem appropriate to tilt the triple reflector slightly, since otherwise the pair of double mirrors (mirrors 2 and 3, when using cutouts from a triple mirror) is further back, as mirror 1. The triple mirror can be used with three individual plane mirrors or as Plastic injection molding with mirrored surfaces can be realized.

Wegen der Verwendung eines Tripelspiegels muss der Reflektor nicht sehr genau im Winkel ausgerichtet werden, was bei der Montage grosse Vorteile bringt. Die Position des Reflektors muss so gewählt werden, dass der eine Spiegelteil (Spiegel 1 oder Spiegel 2/3) gut ausgeleuchtet ist und der zweite Spiegelteil (Spiegel 2/3 oder Spiegel 1) etwa in der Achse des Empfangsstrahles liegt. Die Grösse der Spiegelausschnitte bestimmt die Lichtmenge, die zurück auf den Empfänger geworfen werden. Idealerweise ist die Projektion dieser Spiegelausschnitte auf eine Ebene senkrecht zum Sendestrahl (zumeist identisch mit der Frontscheibe des speziellen Reflektors) gleich gross wie die Austrittsfläche des Senders und die Eintrittsfläche des Empfängers (die ebenfalls gleich gross gewählt werden), da so die gleichen Eigenschaften wie für zwei parallele Lichtschranken mit ihrem typischen, klar begrenzten aktiven Lichtstrahl erreicht werden. Diese Begrenzung des aktiven Lichtstrahles kann bei der Lichtschranke durch Begrenzung der Spiegel oder durch Abdunkelung auf der Frontscheibe erzielt werden. Because of the use of a triple mirror, the reflector does not have to be aligned very precisely, which brings great advantages during assembly. The position of the reflector must be selected so that one mirror part (mirror 1 or mirror 2/3) is well illuminated and the second mirror part (mirror 2/3 or mirror 1) lies approximately in the axis of the reception beam. The size of the mirror cutouts determines the amount of light that is thrown back onto the receiver. Ideally, the projection of these mirror sections onto a plane perpendicular to the transmission beam (mostly identical to the front window of the special reflector) is the same size as the exit surface of the transmitter and the entry surface of the receiver (which are also chosen to be the same size), since they have the same properties as for two parallel light barriers can be reached with their typical, clearly limited active light beam. In the light barrier, this limitation of the active light beam can be achieved by limiting the mirrors or by darkening the front screen.

Es ist möglich, die nutzbare Spiegelfläche kleiner oder grösser zu gestalten. Bei kleinerer Fläche nimmt die Lichtausbeute natürlich ab, bei grösserer Fläche nimmt sie aber nicht mehr zu, wenn man von ideal gestalteten Spiegelflächen ausgeht, die exakt je 90 DEG zueinander geneigt sind. Ansonsten kann die Lichtausbeute mit grösserer Spiegelfläche noch etwas zunehmen. Die Lichtausbeute hängt bei zunehmenden Abständen zwischen Sende/Empfangsteil und speziellem Reflektor von der Winkelgenauigkeit der 90 DEG -Neigungen der Spiegel zueinander ab. Eine Ungenauigkeit der Neigungen der Spiegel zueinander bewirkt ein "Schielen" des zurückreflektierten Strahles. Eine Winkelgenauigkeit der Spiegelflächen zueinander von beispielsweise 1 mrad ist empfehlenswert. It is possible to make the usable mirror surface smaller or larger. The luminous efficacy naturally decreases in the case of a smaller area, but no longer increases in the case of a larger area if one assumes ideally designed mirror surfaces which are inclined at exactly 90 ° to one another. Otherwise, the light output can increase somewhat with a larger mirror surface. With increasing distances between the transmitting / receiving part and the special reflector, the light yield depends on the angular accuracy of the 90 ° inclinations of the mirrors. An inaccuracy of the inclinations of the mirrors to each other causes the reflected beam to be "squinted". An angular accuracy of the mirror surfaces to one another of, for example, 1 mrad is recommended.

Beim Einsatz der Lichtschranke bei kleineren Distanzen kann allenfalls als reflektierendes Element ein Doppelspiegel verwendet werden. Auch hier sind die Spiegelflächen 90 DEG zueinander geneigt. Der Nachteil einer solchen Lösung besteht darin, dass hier der Positionswinkel des Reflektors in der Achse parallel zur Lichtablenkung hochgenau justiert werden muss, dies mit zunehmender Distanz immer noch genauer, was zu einem nicht zu vernachlässigenden Montageaufwand führt. If the light barrier is used for smaller distances, a double mirror can at best be used as a reflecting element. Here, too, the mirror surfaces are inclined at 90 ° to one another. The disadvantage of such a solution is that the position angle of the reflector in the axis must be adjusted with great precision parallel to the light deflection, and this more and more precisely with increasing distance, which leads to a not insignificant installation effort.

Als Ersatz für den Tripel- oder Doppelspiegel kann eine Rückreflexion mit seitlicher Auslenkung auf die genau gleiche Weise erreicht werden und zwar mit einem grossflächigen, 1-zelligen Retroreflektor-Prisma. Idealerweise besteht ein solches Prisma aus drei reflektierenden Flächen, die auch alle 90 DEG zueinander geneigt sind, allenfalls genügt auch ein Prisma mit zwei reflektierenden Flächen, die ebenso 90 DEG zueinander geneigt sind. As a replacement for the triple or double mirror, back reflection with lateral deflection can be achieved in exactly the same way, namely with a large, 1-cell retroreflector prism. Ideally, such a prism consists of three reflecting surfaces, which are also inclined to each other at 90 °, at best a prism with two reflecting surfaces, which are also inclined to each other by 90 °, is sufficient.

Claims

1. Light barrier, consisting of a transmitter / receiver part (SE) and a reflector part (R), characterized in that the transmitter (S) and the receiver (E) are spaced from each other in a plane and the reflector part (R) an arrangement of reflecting elements (s1, s2, s3) in such a way that a light beam (L1) emitted by the transmitter (S) is reflected as a transmission beam in such a way that a return beam (L2) is produced which runs parallel to the transmission beam (L1) and onto which Receiver (E) hits.

2. Light barrier according to claim 1, characterized in that the arrangement of the reflecting elements (s1, s2, s3) forms a triple mirror bridging the distance between the transmitter (S) and the receiver (E) and the received transmission beam (L1) in the corresponding Distance is reflected as a return beam (L2) running parallel to the transmission beam (L1).

3. Light barrier according to claim 1 or 2, characterized in that at least one polarization-active element (PE) is arranged in the total light beam (L1, L2).

4. Light barrier according to claim 3, characterized in that polarization-active elements (PE) are arranged in the total light beam (L1, L2) after the transmitter, in the reflector and in front of the receiver.

5. Light barrier according to claim 3 or 4, characterized in that the polarization-active element (PE) in the total light beam (L1, L2) is a lambda / 2 delay plate.

6. Light barrier according to one of claims 1 to 5, characterized in that, by arranging and designing the barrier, the transmitter emits light that is as parallel as possible and the receiver receives only parallel light from the transmitter, if possible, from a direction parallel to the transmission beam.

7. reflector part for a light barrier according to claim 1, characterized in that it has an arrangement of reflecting elements (s1, s2, s3) which bridge the distance between the transmitter (S) and the receiver (E) and form a triple mirror and reflect the received transmission beam (L1) at the appropriate distance as a return beam (L2) running parallel to the transmission beam (L1).

8. reflector part according to claim 7, characterized in that the reflective elements (s1, s2, s3) are reflective surfaces of a prism.