Präzisions-Messlichtschranke 203.2

Die Lichtschranke 203.2 kann zur Geschwindigkeitsmessung bewegter Objekte oder als Lichttaster für Positionierungsaufgaben verwendet werden. Sie ist als Gabel aufgebaut, die von einem Lichtsender und einem Lichtempfänger gebildet wird. Die elektrischen Sende- und Empfangselemente stammen aus der Lichtwellenleitertechnik. Das Infrarotsignal des Senders ist mit 5 MHz moduliert. Das Empfangselement nimmt das modulierte Infrarotlicht auf und führt es auf eine Schaltstufe.

Gestell-Maytec_klein.jpgDoppel-Messlichtschranke 203.2, montiert auf einem Rahmengestell

Der Lichtstrahlquerschnitt wird auf der Sende- und Empfangsseite mit 1 mm Lochblenden gebildet. Mit diesen kleinen Abmessungen von Sende- und Empfangsöffnung ergibt sich eine hohe räumliche Auflösung, die mit etwa 0,5 mm anzusetzen ist.

Es werden keine Optiken eingesetzt, so dass nur die direkte Linie zwischen Sende- und Empfangs-öffnung als Messstrecke dient. Wegen der Halbwertsbreiten von mehr als 3 Grad für die Sendeseite und 10 Grad für die Empfangsseite kann ein präzises axiales Ausrichten, wie es z. B. bei Laser-strecken erforderlich ist, entfallen. An die mechanische Präzision der Gabelhalterung werden daher keine besonderen Anforderungen gestellt. Als Messstrecke gilt die Verbindungslinie zwischen den Lochblendenöffnungen mit 1 mm Durchmesser.

Mit der Modulation von 5 MHz ist die Lichtschranke gegen Fremdlicht nahezu unempfindlich. Ein Betrieb bei mehr als 150.000 Lux Fremdlicht ist möglich. Ein selektiver rauscharmer Verstärker mit einem Quadratur-Demodulator und einer schnellen Schaltstufe ermöglichen eine sehr große zeitliche Auflösung bei Geschwindigkeitsmessungen. Der Messfehler liegt bei richtiger Justierung unter 4 usec effektiv.

Die Spezifikationen gelten für Gabelweiten bis 500 mm.

Die Geschwindigkeitsmessung kann auf drei verschiedene Arten durchgeführt werden:

Start-Stop mit zwei Lichtschranken

Es werden zwei Schranken in genau vermessenem Abstand aufgebaut, die von einem Finger am Messobjekt nacheinander durchfahren werden. Die erste Schranke wird als Startschranke und die zweite als Stopschranke bezeichnet. Die gemessene Zeit zwischen Start und Stop ergibt in Verbindung mit der Distanz die Geschwindigkeit.

Start-Stop mit einer Lichtschranke

Das Messobjekt wird mit einem Start- und einem Stopfinger ausgerüstet, die einen genau vermessenen Abstand haben. Die gemessene Zeit zwischen Passieren von Start- und Stopfinger ergibt in Verbindung mit der Distanz die Geschwindigkeit.

Zeitmessung mit einer Lichtschranke

Das Messobjekt wird mit einer Abdeckblende mit genau vermessener Länge ausgerüstet. Die Abdeckzeit wird mit einer Lichtschranke gemessen und aus Zeit und Länge wird die Geschwindigkeit berechnet.

Für die Auswertung der Lichtschrankensignale kann der Messzähler 373 eingesetzt werden. Als Stromversorgung dienen 12 V Gleichspannung. Als Signalausgang stehen zwei komplementäre TTL-Schaltausgänge zur Verfügung.

Zur Funktionskontrolle wird eine Dreifarben-LED am Empfänger eingesetzt:

  • grünes Licht: Durchgang
  • rotes Licht: Unterbrechung
  • gelbes Licht: Rauschen und kurze Triggerpulse

Die Funktionsanzeigen für Durchgang und Unterbrechung sind jeweils für ca. 200 msec abfallverzögert, so dass auch nur sehr kurze Triggerungen sicher mit Gelblicht angezeigt werden.

Der Schaltpunkt lässt sich mit einem Potentiometer in Verbindung mit der Funktions-LED leicht abgleichen. Zum optimalen Abgleich wird der Selbsttest verwendet, der ein Ergebnis im Bereich von 10000 usec +/- 5 usec ergeben soll.

Für einen Aufbau zur Geschwindigkeitsmessung mit einer Start- und einer Stopschranke wird ein Kabelsatz 203.24 geliefert, der alle erforderlichen Verbindungen enthält und an einem Verteilergehäuse einen gemeinsamen Zentralsteckverbinder für die Start- und Stopschranken zur Verfügung stellt.

Selbsttest und Funktionsprüfung

Für einen schnellen Funktionstest ist der Lichtschrankensender mit einer Selbsttest-Einrichtung ausgerüstet:

LS_Diagramm_Sendeleistung_203_2.jpg

zeitlicher Verlauf der Sendeleistung beim Selbsttest


Mit dem Selbsttest kann die richtige Justierung vor einem Versuch schnell überprüft werden. Die Testzeit von 10,000 msec wird quarzgenau erzeugt. Bei einer Konfiguration mit Start- und Stopschranke werden beide Schranken separat vermessen und am Messzähler 373 angezeigt.

Zum Auslösen des Selbsttests muss der Messzähler 373 messbereit gemacht werden, und es muss die Taste "T" gedrückt werden. Der Test läuft dann wie eine normale Messung ab mit einem akustischen Signal und der Sollanzeige "TEST A 10000 usec". Bei Verwendung von zwei Lichtschranken für den Start-Stopbetrieb wird das Messergebnis für die Stopschranke mit "TEST B 10000 usec" in der zweiten Zeile angezeigt. Ansonsten kommt "TEST B 0 usec". Die Toleranz sollte bei richtiger Justierung im Bereich von +/- 5 usec liegen.

Die Testzeit von 10,000 msec in Bild 1 lässt sich mit einem Zähler am Lichtschrankensender kontrollieren. Hierzu ist dieser mit einem zweipoligen LEMO-Steckverbinder ausgerüstet, und es wird ein passendes Kabel mit einer BNC-Buchse als Zähleranschluss mitgeliefert.

Das 100 Hz Signal wird unabhängig von der gerade aktiven Betriebsart kontinuierlich ausgegeben und muss innerhalb der Toleranz von +/- 0,01 Hz liegen. Nach Abnehmen des oberen Abdeckblechs des Lichtschrankensenders ist ein Trimmer zugänglich, an dem das 100 Hz Signal justiert werden kann.

Technische Daten

Gabelweite

min. 100 mm, max. 500 mm
Öffnung Lichtaustritt 1 mm Durchmesser
Halbwertsbreite Lichtaustrittca. 3 grad
Öffnung Lichtempfänger1 mm Durchmesser
Halbwertebreite des Eingangsca. 10 grad
Wellenlänge860 nm
Sendeleistungca. 250 uW
minimale Empfangsleistungca. 10 nW
Festigkeit gegen Fremdlicht150 000 Lux
Modulationsfrequenz5 MHz
Empfängerbandbreiteca. 0,5 MHz
Schaltsignal-Jittern bei optimaler Justierung5 usec effektiv bei 500 mm Gabelweite, 1 usec effektiv bei 500 mm
Stromversorgung Sender12 V +0,5V/-1,0V DC, ca. 150 mA, interne Längsdiode gegen Falschpolung
Stromversorgung Empfänger12 V +0,5V/-1,0V DC, ca. 60 mA, interne Längsdiode gegen Falschpolung
Schaltausgänge TTL für 2 Standardlasten normal und invertiert
Gehäuseabmessungen50 x 58 x 24 mm, Sender = Empfänger
Schutzart
spritzwasserdicht, wenn Poti-Öffnung am Empfänger mit M3-Schraube verschlossen
Elemente an der Frontplatte des SendersAustrittsfenster und Gabelbefestigung
Elemente an der Rückwand des SendersSteckverbinder Stromversorgung und 5 MHz Referenzsignal, Steckverbinder 100 Hz Testsignal
Elemente an der Frontplatte des EmpfängersEintrittsfenster und Gabelbefestigung
Elemente an der Rückwand des EmpfängersSteckverbinder Stromversorgung, 5 MHz Referenzsignal,
Schaltsignale, Dreifarben-LED für Funktionskontrolle,
Potentiometer für Justierung des Schaltpunktes
Temperaturbereich
- 20 ... + 60 grad



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