Title:
Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters
Kind Code:
A1
Abstract:

Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters zur Unterdrückung von Störeinflüssen durch baugleiche in der Nähe befindliche optische Näherungsschalter mit einem Sender 1 zur Aussendung eines Bitmusters S, einem Empfänger 2 zum Empfang des gesendeten Bitmusters S und einer Steuereinheit 3 zur Steuerung von Sender 1 und Empfänger 2 und zur Erzeugung eines Objektsignals, wobei in der Steuereinheit 3 unterschiedliche Bitmuster S1 und S2 mit je n Bit gespeichert sind, zunächst das Bitmuster S1 gesendet und in den Sendepausen tp das Empfangssignal bezüglich störender Bitmuster ausgewertet wird, wobei bei Übereinstimmung eines in den Sendepausen tp empfangenen Bitmusters mit dem aktuellen Bitmuster S1 der Sender 1 auf das Bitmuster S2 umgeschaltet wird.
Weiterhin wird ein optischer Näherungsschalter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beansprucht.



Inventors:
Kampf, Sabine (88085, Langenargen, DE)
Application Number:
DE102013218460A
Publication Date:
03/19/2015
Filing Date:
09/16/2013
Assignee:
ifm electronic gmbh, 45128 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102008015286A1N/A2009-10-01
DE19926214A1N/A2001-01-11
DE4141469A1N/A1993-06-17
Foreign References:
EP13186062003-06-11
Claims:
1. Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters zur Unterdrückung von Störeinflüssen durch baugleiche in der Nähe befindliche optische Näherungsschalter mit einem Sender (1) zur Aussendung eines Bitmusters S, einem Empfänger (2) zum Empfang des gesendeten Bitmusters S und einer Steuereinheit (3) zur Steuerung von Sender (1) und Empfänger (2) und zur Erzeugung eines Objektsignals, wobei in der Steuereinheit (3) unterschiedliche Bitmuster S1 und S2 mit je n Bit gespeichert sind, zunächst das Bitmuster S1 gesendet und in den Sendepausen das Empfangssignal bezüglich störender Bitmuster ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung eines in den Sendepausen empfangenen Bitmusters mit dem aktuellen Bitmuster S1 der Sender (1) auf das Bitmuster S2 umgeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung eines Sendeimpulses ts eine Zeitmessung gestartet wird, wobei die Zeit tm bis zum Eintreffen eines ersten potentiellen Störimpulses gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Sendepause tp empfangener Impuls nur dann als Störimpuls gewertet wird, wenn sein zeitlicher Abstand von den Sendeimpulsen kleiner als eine vorgegebene Zeit tg ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Senders (1) auf ein zweites Bitmuster eine Übereinstimmung von mindestens 50% mit dem aktuell gesendeten Bitmuster erforderlich ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Senders (1) auf ein zweites Bitmuster der Mittelwert der gemessenen Zeiten tm einen Vorgabewert unterschreiten muss.

6. Optischer Näherungsschalter zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sender (1), einem Empfänger (2) und einer Steuereinheit (3) zur Steuerung des Senders (1) und zur Erzeugung eines Objektsignals mit einem ersten Speicher (4) zur Speicherung unterschiedlicher Bitmuster S1 und S2 und einen zweiten Speicher (5) zur Speicherung empfangener Bitmuster Sx, einer Anordnung (6) zum Vergleich der empfangenen Bitmuster Sx mit einem gesendeten Bitmuster S1 oder S2, wobei die in den Sendeintervallen ts empfangenen Bitmuster Sx zur Erzeugung des Objektsignals verwendet werden, und die in den Sendepausen tp empfangenen Bitmuster als potentielle Störungen erfasst und gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (1) bei Erkennung einer Störung mit mehr als 50% Übereinstimmung mit dem aktuellen Bitmuster (S1) auf ein anderes Bitmuster (S2) umgeschaltet wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines optischen Näherungsschalters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten optischen Näherungsschalter.

Optische Näherungsschalter sind seit langem bekannt und werden auch von der Anmelderin in großer Stückzahl hergestellt und vertrieben.

Sie bestehen üblicherweise aus einem Sender, meist einer LED oder einer Laserdiode und einem Empfänger, meist eine Fotodiode oder ein Fototransistor, und optischen Elementen zur Aussendung von moduliertem Licht in einen Überwachungsbereich und zum Empfang der reflektierten oder transmittierten Anteile, sowie einer elektronischen Schaltung zur Modulation des Senders und zum Auswertung des Empfangssignals.

Optische Näherungsschalter sind naturgemäß anfällig gegen Störstrahlung, wobei zwischen mehreren Arten von Störquellen zu unterscheiden ist, die mit unterschiedlichen Maßnahmen zu bekämpfen sind.

Der Einfluss von Gleichlicht, meistens Sonnenlicht, oder niederfrequenter Störstrahlung von Glühlampen, kann mit Blenden, Spektralfiltern, oder durch elektronisch durch Hochpässe reduziert werden.

Schwieriger ist die Bekämpfung hochfrequenter optischer Störstrahlung, wie sie zum Beispiel von Gasentladungslampen ausgesendet wird, oder auch elektromagnetischer Strahlung von anderen elektrischen Störquellen, wie Motoren, Mobiltelefonen oder anderen Sendeanlagen.

Ein weiteres Problem sind Störungen durch benachbart angeordnete Näherungsschalter mit ähnlichen oder gar identischen Sendesignalen.

Neben der geometrisch-optischen Ausblendung kann der Einfluss von Störquellen durch die Wahl geeigneter Sendefrequenzen außerhalb von bekannten Störfrequenzen oder deren Oberwellen und/oder mit kurzen Sendeimpulsen und langen Pausen in Verbindung mit Lock-in-Verstärkern, die nur während der Sendezeit aktiv sind, verringert werden.

Weil diese Störquellen nicht phasenstarr mit dem auszuwertenden Sender gekoppelt sind, kann man solche Störungen durch Integration über einen genügend langen Zeitraum weitgehend ausblenden. Da das aber zu einer erheblichen Verringerung der Schaltfrequenz führt, wurde nach Möglichkeiten gesucht, diesen Störquellen auf andere Art auszuweichen.

So ist aus der DE 4141469 A1 bekannt, das Sendesignal in Abhängigkeit vom Störsignal zu verändern. Der Lichtempfänger wird in den Sendepausen benutzt, um ein eventuell vorhandenes Störsignal zu erfassen und seinen Verlauf annähernd zu bestimmen. So wird weitgehend verhindert, dass ein von außen kommendes Störsignal das Vorhandensein eines Gegenstandes im Überwachungsbereich vortäuscht. Ebenso wird vorgeschlagen, das Sendesignal in seiner Form und/oder seiner Leistung in Abhängigkeit vom Störsignal zu verändern.

Die DE 19926214 A1 verwendet mehrere gespeicherte Chirpfolgen mit guter Autokorrelation.

Die DE 10 2008 015 286 A1 nennt quasi orthogonale Codes, die anhand ihrer geringen, bzw. überhaupt nicht vorhandenen Korrelation unterschieden werden können.

Die EP 1318606 A1 zeigt einen Näherungsschalter mit einem Zufallssignalgenerator, der mit dem Eingang des Impulslichtsenders und auch mit der Empfangssignalauswerteeinrichtung verbunden ist. So sollen die verschiedenen Impulslichtsender desynchronisiert werden

Als nachteilig werden der Schaltungsaufwand und der Zeitbedarf für die Durchführung der Korrelationsuntersuchungen, bzw. die unvollständige Sicherheit bei einer Desynchronisation angesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Störausblendung einfacher und schneller zu gestalten. Insbesondere soll der störende Einfluss benachbart angeordneter Näherungsschalter mit gleichen oder ähnlichen Sendesignalen verringert werden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weiterhin wird ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter optischer Näherungsschalter angegeben.

Der wesentliche Erfindungsgedanke basiert auf der Erkenntnis, dass in der Regel baugleiche oder ähnliche, oft auch vom selben Hersteller stammende Näherungsschalter, nebeneinander angeordnet sind. Bei bekannten Störsignalformen, können sich benachbart angeordnete optische Näherungsschalter deshalb selbsttätig organisieren, d. h. eine freie Sendesequenz aus einer Anzahl von bekannten Sendesequenzen auswählen.

Dazu wird der Sender zunächst mit einem ersten Bitmuster moduliert. In den Sendepausen wird nach Bitmustern benachbarter optischer Näherungsschaltern gesucht. Bei Übereinstimmung eines in den Sendepausen empfangenen Bitmusters mit dem aktuell gesendeten Bitmuster wird der Sender auf ein anderes Bitmuster umgeschaltet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nach Beendigung jedes Sendeimpulses eine Zeitmessung gestartet, und die Zeit bis zum Eintreffen eines ersten potentiellen Störimpulses gemessen. Optional wird ein potentieller Störimpuls nur dann als solcher gewertet wenn sein zeitlicher Abstand zu einem Sendeimpuls kleiner als ein vorgegebener Wert ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Aufbau mit beispielhaften Bitmustern S1, S2, sowie einen benachbart angeordneten baugleichen Sender mit dem Bitmuster S1.

Der Sender 1 ist erfindungsgemäß auf das Bitmuster S2 umgeschaltet. Dieses Bitmuster wird u. a. auch vom Empfänger 2 empfangen und als Bitmuster Sx in das Schieberegister 5 eingespeist. Die Vergleichsanordnung 6 vergleicht dieses Bitmuster mit dem aktuell verwendeten Bitmuster S2. Die Taktrate liegt typischerweise zwischen 10 und 100 kHz.

Bei ausreichender, beispielsweise mehr als 80%-iger, Übereinstimmung mit dem gesendeten Bitmuster S2 erzeugt die Steuereinheit 3 ein positives Objektsignal.

In den Pausenzeiten tp wird ebenfalls gemessen und die empfangenen Signale mit den gespeicherten Bitmustern verglichen. Bei Übereinstimmung mit dem aktuell gesendeten Bitmuster kann zwischen den gespeicherten Bitmustern umgeschaltet werden, beispielsweise auch auf ein weiteres, hier nicht dargestelltes Bitmuster S3. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass alle Bitmuster die gleiche Anzahl von „1“-Bits und „0“-Bits haben.

Bei der in 2 gezeigten vorteilhaften Ausgestaltung wird der zeitliche Abstand zwischen den aktuell gesendeten Impulsen und den gemessenen potentiellen Störimpulsen zur Bewertung der Störung verwendet. Die Umschaltung erfolgt erst dann, wenn Störungen in der Nähe der Sendepulse gemessen werden.

Alternativ kann auch der Mittelwert der gemessenen Abstände berechnet werden. Die Umschaltung erfolgt in diesem Fall, wenn der Mittelwert einen Vorgabewert unterschreitet.

Wie man sieht, bleibt der Empfänger 2 bei Nichtauftreten eines Störimpulses während der ganzen Sendepause tp aktiv.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Zeitintervall tg, in welcher ein fremder Impuls als Störimpuls gewertet wird, begrenzt. Folglich muss auch der Empfänger 2 nur während dieses Intervalls tg aktiv bleiben.

3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, bei der das Zeitintervall tg, in dem ein fremder Impuls als Störimpuls gewertet wird, begrenzt ist.. In diesem Fall ist also auch der Empfänger 2 nur während des Zeitintervalls tg aktiv. So wird lediglich der zweite der beiden Fremdimpulse als Störimpuls gewertet.

Bezugszeichenliste

1
Sender
2
Empfänger
3
Steuereinheit
4
Erster Bitmusterspeicher
5
Zweiter Bitmusterspeicher
6
Anordnung zum Vergleich von Bitmustern
S1
Erstes Bitmuster
S2
Zweites Bitmuster
Sx
Empfangenes Bitmuster
tm
Zeit bis zum Eintreffen eines potentiellen Störimpulses
tp
Sendepause
ts
Sendeintervall
tg
Zeitintervall für einen gültigen Störimpuls

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 4141469 A1 [0010]
  • DE 19926214 A1 [0011]
  • DE 102008015286 A1 [0012]
  • EP 1318606 A1 [0013]