DE2550653A1

DE2550653A1 - Drehstrahl-lichtvorhang

Info

Publication number: DE2550653A1
Application number: DE19752550653
Authority: DE
Inventors: Arthur Dipl Ing Dr Walter
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1977-05-12
Also published as: GB1526987A; FR2331777B1; DE2550653C3; SE410363B; IT1074032B; US4107522A; SE7612494L; DE2550653B2; FR2331777A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstrahl-Lichtvorhang mit einem Licht-Sender-Empfänger, welcher am Rande insbesondere in einer Ecke einer vorzugsweise rechteckigen Öffnung angeordnet.ist und einen die Öffnung abtastenden Drehstrahl erzeugt, wobei an den Rändern der Öffnung Reflektoren angeordnet sind, welche das auffallende Licht zum Sender-Empfänger zurückwerfen, wo es auf einen Photoempfänger fällt, dessen elektrisches Ausgangssignal zur Überwachung der Öffnung auf das Vorliegen von Hindernissen dient.

Es ist bereits bekannt geworden, die nach dem Fahrstrahl-Prinzip arbeitenden Lichtvorhänge (z.B. DT-PS 96Ο 785 und 967 578) durch mit einem Drehstrahl arbeitende Lichtvorhänge zu ersetzen (DT-GbM S 639 701 und DT-OS 2 236 W). Dabei tastet ein von einem Licht-Sender-Empfänger ausgehender Lichtstrahl die Öffnung von einem Rand bis zum darauf senkrecht stehenden Rand stetig ab.

DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L.-ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 CBAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

709819/0195

_ Of _

Die am Rande der Öffnung angeordneten Retroreflektoren reflektieren das auffallende Licht in sich selbst zurück zum Licht-Sender-Empfänger, wo "beispielsweise über einen teildurchlässigen Spiegel ein Photοempfänger beaufschlagt wird, dessen Ausgangssignal ein Maß für das Vorliegen eines Hindernisses oder das Eindringen eines Gegenstandes in die öffnung ist. Die bekannten Retroreflektoren haben Jedoch nur dann einen brauchbaren Reflexionsgrad, wenn der Einfallswinkel des Lichtstrahls zur Normalen einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt. Dieser liegt bei Tripel-Reflektoren etwa bei + 15°» bei Scotchlite je nach Ausführung bei etwa + 4-5°. Soll also nach dem Drehstrahlprinzip eine !fläche überwacht werden, die rechteckig ist und deren Seitenverhältnis wesentlich größer als 1 ist, ergeben sich wegen des bei größeren Einfallswinkeln des Lichtes gegenüber der Normalen Schwierigkeiten, da der zurückkommende Lichtanteil mit zunehmendem Einfallswinkel immer kleiner wird. Man hat schon versucht, dadurch Abhilfe zu schaffen, daß die Reflektoren dort, wo der Lichteintrittswinkel großer als z.B. 4-5° wurde, schräg gestellt werden, so daß der Einfallswinkel gegenüber der Normalen wieder in den Bereich brauchbarer Reflexion fällt. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig, da die Schrägstellung der Reflektoren mit Zunehmen der Einfallswinkel zur Normalen immer größer wird. Der Reflektor muß also in einzelne Reflektorstreifen mit unterschiedlicher Schrägstellung gegenüber der Richtung des betreffenden Randes unterteilt werden. Diese Unterteilung des Reflektors verteuert nicht nur die Herstellung ganz wesentlich, sondern erhöht auch den Platzbedarf, weil die schräggestellten Reflektoren wesentlich weiter in die öffnung vorstehen als flach auf den Rand aufgelegte Reflektoranordnungen. Auch die Reinigung der Reflektoroberflächen wird durch die Unterteilung in verschieden schräggestellte Bereiche wesentlich erschwert.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Drehstrahl-Lichtvorhang der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welcher

709819/0196

für rechteckige öffnungen mit beliebigem Seitenverhältnis und insbesondere mit einem Seitenverhältnis größer als 1 verwendet werden kann, ohne daß aufwendige Schrägstellungen von bestimmten Reflektorbereichen erforderlich sind. Der erfindungsgemäße Drehstrahl-Lichtvorhang soll also die oben erwähnten Schwierigkeiten vermeiden, ohne daß der Aufwand für seine Herstellung vergrößert wird«

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß bis zu einem vorbestimmten Auftreffwinkel des Sende-Lichtstrahls auf dem Rand der öffnung Umkehrreflektoren und oberhalb dieses Winkels Planspiegel vorgesehen sind. Der bestimmte Winkel beträgt dabei bei Tripel-Reflektoren vorzugsweise etwa 15 > bei Scotchlite-Reflektoren etwa h^ °. Die erfindungsgemäße Ausbildung hat zur Folge, daß oberhalb des vorbestimmten Auftreff-7/inkels der Lichtstrahl nicht in sich selbst sondern unter dem Reflexionswinkel zum benachbarten Rand reflektiert wird, wo ein Umkehrreflektor vorhanden ist, auf den aber auf Grund der Reflexionsverhältnisse der Lichtstrahl nunmehr unterhalb des kritischen Winkels auftritft. Es wird also ein Lichtstrahl beträchtlicher Intensität in sich selbst zurück zum Planspiegel und von dort zum Licht-Sender-Empfänger reflektiert. Obwohl die Erfindung bevorzugt bei rechteckigen Öffnungen angewendet wird, kann der Erfindungsgedanke grundsätzlich auch bei sonstwie geformten Öffnungen angewendet werden, wobei jedoch bei der Aufteilung der Randflächen in Umkehrreflektoren und Planspiegel die Reflexionsgesetze angesichts der Umrißform der Öffnung zu berücksichtigen sind.

Falls die öffnungen so schmal sind, daß das am Planspiegel reflektierte Licht nicht auf den Umkehrreflektor der benachbarten Schmalseite fällt, sondern auf die gegenüberliegende lange Randseite, ist erfindungsgemäß auf dem dem Planspiegel gegenüberliegenden Rand in demjenigen Bereich ein weiterer Planspiegel angeordnet,

709&19/0198

- if -

auf dem der vom ersten Planspiegel reflektierte Lichtstrahl auftrifft. Der Sende-Lichtstrahl gelangt so nach ztveimaliger Reflexion zum Urnkehrreflektor und von dort nach abermaliger zweimaliger ebener Reflexion zum Licht-Sender-Empfänger zurück. Dieses Prinzip kann bei sehr schmalen Öffnungen beliebig fortgesetzt werden, indem auf den beiden langen Seiten der Öffnung Planspiegel versetzt angeordnet sind, während lediglich an der einen Schmalseite und im Bereich unmittelbar gegenüber dem Licht-Sender-Empfänger Umkehrreflektoren vorgesehen sind.

Bei einer weiteren Ausführungs-form, sind vor den Umkehrreflektoren periodisch nicht-reflektierende, sich senkrecht zur Abtastrichtung erstreckende Streifen angeordnet. Wesentlich ist also, daß die Streifen sich nicht im Bereich der Planspiegel befinden. Auf diese Weise wird eine Modulation des vom Photoempfänger empfangenen Lichtes erzielt, und es kann durch Auszählung der Streifen ein messender Lichtvorhang geschaffen werden. Auch die Umgehung des Lichtvorhanges durch Eingriff in den Strahlengang wird durch die vorstehend definierte Maßnahme erschwert.

Schließlich ist es auch möglich, als Lichtquelle eine Wechsellichtquelle wie eine mit hoher Frequenz modulierte Leuchtdiode zu verwenden.

Desweiteren können am Anfang und am Ende des Abtastbereiches und vorzugsweise auch noch innerhalb desselben an den Rändern Kontroll-Photo empfänger angeordnet sein.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

709819/019$

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer mit einem erfindungsgemaßen Drehstrahl-Lichtvorhang ausgestatteten öffnung,

Fig. 2 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht, wobei jedoch die zu überwachende öffnung ein wesentlich größeres Seitenverhältnis aufweist,

Fig. 3 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht zur Impulsmodulation des Empfangslichtes,

Fig. if eine Ansicht in Richtung der Linie IV-IV in Fig. 3 und

Fig. 5 eine zu Fig. 1 analoge Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemaßen Drehstrahl-Licht Vorhanges .

Nach der Zeichnung ist in der Ecke einer zu überwachenden öffnung 18 ein Licht-Sender-Empfänger 17 angeordnet, welcher beispielsweise so wie nach Fig. 2 der DT-GbM S 6 930 701 ausgebildet sein kann. Der Licht-Sender-Empfänger 17 enthält eine Lichtquelle, eine Optik und eine Licht-Ablenkvorrichtung, welche einen Sendestrahl 11 erzeugt, der von der Position 11a bis in die dazu senkrechte Position 11b schwenken kann, so daß er im Verlauf einer Schwenkperiode die gesamte Öffnung 18 überstreicht. Die Abtastung kann periodisch so -vorgehen, daß sie jeweils von 11a nach 11b verläuft. Es ist aber auch möglich, daß der Lichtstrahl 11 ständig zwischen den Positionen 11a - 11b 11a hin-und herpendelt.

Auf der dem Licht-Sender-Empfänger 17 gegenüberliegenden langen Randseite der öffnung 18 ist zunächst ein Umkehr-Reflektor 12 angeordnet, -welcher sich von der unteren rechten

709819/0195

Ecke über einen vorbestimmten Winkel -χ, nach oben erstreckt. Der V/inkel ·α beträgt bei Tripel-Reflektoren etwa I5 °, bei Verwendung von Scotchlite als Umkehrreflektor 12 etwa 1+5 °. Der Winkel α ist durch eine gestrichelte Linie I9 begrenzt. Obwohl die Anordnung des Licht-Sender-Empfängers in einer Ecke der Öffnung 18 bevorzugt ist, kann der Licht- Sender-Empfänger grundsätzlich auch beispielsweise in der Mitte einer Randseite der Öffnung 18 angeordnet werden, so daß der Umkehr-Reflektor bis zu einem Winkel von _+ -Xy überstrichen werden kann. Die Anordnung nach den Fig. bis 5 ist dann um den unteren Rand symmetrisch gespiegelt nach unten erweitert zu denken.

Oberhalb des gegenüber dem Licht-Sender-Empfänger angeordneten Umkehrreflektors 12 erstreckt sich ebenfalls flach auf den Rand aufgesetzt ein Planspiegel 13, welcher auch als Metallspiegel ausgebildet sein kann. An der vom Licht-Sender-Empfänger 17 abgewandten Schmalseite der Öffnung 18 ist ebenfalls ein Umkehr-Reflektor 12 flach angeordnet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird der Sendestrahl 11 nach überschreiten des Grenzvvinkels ν am Planspiegel 13 spiegelnd zum Umkehrreflektor 12 an der Schmalseite reflektiert, so daß er auf den Umkehrreflektor 12 unter einem V/inkel auffällt, der wieder kleiner als -x ist. Vom Umkehrreflektor wird das Licht in sich selbst auf dem gleichen Wege über den Planspiegel 13 wieder zum Licht-Sender-Empfänger 17zurückgelenkt.

Für den Fall, daß das Seitenverhältnis der Öffnung 18 sehr groß ist, kann gemäß Fig. 2 auf der dem Planspiegel 13 gegenüberliegenden Randseite ein ^veiterer Planspiegel I4 vorgesehen sein, damit auch diejenigen Teile des Sendestrahls 11, welche zu diesem Rand gelangen, schließlich zum oben" angeordneten Umkehrreflektor 12 geleitet werden. Bei Öffnung 18 mit noch größerem Seitenverhältnis kann das aus Fig. 2 ersichtlbhe Prinzip der

709819/0196

versetzten Anordnung von Planspiegeln weiter fortgesetzt werden. Die Wirkungsweise der Ausführungsform, nach Fig. 2 ist analog
der nach i^?ig. 1 mit der einen Ausnahme, daß spiegelnde Reflexionen teilweise an beiden Planspiegeln 13, 14 stattfinden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind vor den Umkehrreflektoren 12 quer nicht-reflektierende Streifen 15 angeordnet, welche
zur JJ¹Ol ge haben, ,dal3 ein auf treffender Gleichlicht-Sendestrahl 11 moduliert wird. Durch diese Modulation des Empfangs-Lichtstrahlec ist es schwieriger, das Gerät auf einfache »/eise zu überwinden
bzw. zu manipulieren. Anstelle des Sendegleichlichtes kann auch
ein höherfrequentes Impulslicht verwendet werden, das seinerseits durch den streifenförmigen Reflektor mit einer deutlich niedrigeren Frequenz moduliert wird. Durch beide Maßnahmen wird das Gerät auch unempfindlich gegen Fremdlicht.

Während bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 die Auswertung dadurch erfolgen kann, daß die überwachte Öffnung 18
hindernisfrei ist, wenn zwischen der Anfangsstellung 11a und der Endstellung 11b bei hindernisfreier Fläche stets Licht ausreichender Amplitude empfangen wird, kann bei der Ausführungsform nach
S¹Ig. 3 die Auswertung dadurch erfolgen, daß die Anzahl der empfangenen Impulse zwischen der Anfangsstellung 11a und der Endstellung 11b abgezählt wird. Sie entspricht nur bei hindernisfreier Fläche dem Sollwert und ist kleiner, wenn sich in der überwachten Öffnungsfläche 18 ein Hindernis befindet. Eine Manipulation würde
sich sofort als Änderung der Anzahl derempfangenen Impulse darstellen und ist somit leicht zu erkennen.

Eine Variante der Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 besteht darin, daß nicht mit Gleichlicht sondern mit Wechsellicht gearbeitet wird. Der Sendelichtstrahl 11 kann beispielsweise durch eine mit hoher Frequenz modulierte Leuchtdiode erzeugt werden; hierbei wird vorzugsweise ein selektiver Empfänger verwendet.

709819/0195

- gr -

In diesem Fall würde die Vorrichtung praktisch nicht durch Fremdlicht beeinflußt werden können, da dieses in dem selektiven Empfänger ausgesiebt werden würde. Diesen Vorteil hätte bei Verwendung eines selektiven Empfängers im Anschluß an den Photoempfänger im Licht-Sender-Ernpfänger 17 auch das Gerät nach Fig.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind auf den Reflektorseiten Phot ο eEip fänger 16 vorgesehen. Auf diese Weise kann bei geringem Mehraufwand eine Erhöhung der Sicherheit gegen Manipulationen erreicht werden. Wird der Drehstrahl 11 beispielsweise durch einen Motor erzeugt, so trifft der Sendestrahl am Beginn des Abtastzyklus in der Pos. 11a auf den ersten Empfänger 16. Hierdurch kann elektronisch die Anfangslage definiert werden. Durch den oben links vorgesehenen Photoempfänger 16 kann in gleicher V/eise die Endposition 11b des Sendelichtstrahles 11 während des Abtastvorganges definiert werden. Zusätzlich kann noch beispielsweise in der Diagonale ein weiterer Photοempfänger 16 angeordnet sein, der ebenfalls eine Meldung abgeben kann, \venn versucht werden sollte, das Gerät durch Einbringen irgendwelcher Reflektoren zu manipulieren.

Wird an Stelle eines Motors zur Erzeugung des ßende-Drehstrahles ein Schwinger benutzt, so wird entsprechend der Bewegungsrichtung des Schwingers die Drehrichtung einmal im Uhrzeigersinn und einmal entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgen. In diesem Falle wurden sich Anfangs- und Endposition des Abtastvorganges periodisch vertauschen. Vorzugsweise bewegt sich der den Sendelichtstrahl erzeugende Schwing- oder Drehspiegel so, daß der Sendelichtstrahl einen größeren Bereich als die zu überwachende Fläche abtastet. Dabei wird der Empfänger nur während derjenigen Zeit empfindlich gemacht, während der sich der Sendelichtstrahl im gewünschten Abtastbereich befindet. Der Abtastbereich wird bei dieser vorteilhaften Ausführungsform also elektronisch definiert.

- Patentansprüche 09819/0198

Claims

- 0 - Patentansprüche

Drehstrahl-Lichtvorhang siit einem Licht-Sender-Smpfänger, welcher am Rande insbesondere in einer Ecke einer vorzugsweise rechteckigen Öffnung angeordnet ist und einen die Öffnung abtastenden Drehstrahl erzeugt, wobei an den Rändern der Öffnung Reflektoren angeordnet sind, welche das auffallende Licht zum Sender-Empfänger zurückwerfen, wo es auf einen Photοempfänger fällt, dessen elektrisches Ausgangosignal zur überwachung der öffnung auf das Vorliegen von Hindernissen dient, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu einem vorbestimmten Auftreffwinkel des Sendelichtstrahls (11) auf dem Rand der Öffnung Umkehrreflektoren (12) und oberhalb dieses V/inkels Planspiegel (13) vorgesehen sind.

2. Lichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte 7/inkel bei Tripelreflektoren etwa 13 , bei Scot chlit ere flektoren etwa if 5 ° beträgt.

3. Lichtvorhang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem dea Planspiegel (13) gegenüberliegenden Rand in demjenigen Bereich ein weiterer Planspiegel (IZf) angeordnet ist, auf dem der vom ersten Planspiegel (13) reflektierte Lichtstrahl auftrifft.

if. Lichtvorhang nacheinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Winkeireflektoren (12) periodisch nicht-reflektierende, sich senkrecht zur Abtastrichtung erstreckende Streifen (15)angeordnet sind.

709819/0195

5. Lichtvorhang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Wechsellichtquelle vjie eine Kit hoher Frequenz modulierte Leuchtdiode verwendet aird.

6. Lichtvorhan." nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und am Ende des Abtastbereiches und vorzugsweise auch noch innerhalb desselben an den Bändern Kontroll-Photo-Ifeipfänger (16) angeordnet sind.

7- Lichtvorhang nach einem der vorhergehenden Αηε vrüclie, daäu:.. .:·! t&kennzeiciinet , dn£ der den ^endelichtstrahl erzeagende Schwing- oder !Drehspiegel einen derartigen .Bevegungsbereich aufweist, daß der Eendeliclitstralil einen größeren Bereich als die zu überdach ende x^läche abtastet, und daß der Empfänger mir während derjenigen Zeit auf elektronische Weise empfindlich gemacht ist, rährend der sich der Lichtstrahl im gewünschten Äbtastbereich befindet.

709819/0195