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Die
Erfindung betrifft einen optischer Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
optische Sensoren bilden nach dem Laufzeitverfahren arbeitende Distanzsensoren, bei
welchen aus der Laufzeit der von dem Sender des optischen Sensors
emittierten Sendelichtstrahlen zu einem Objekt und wieder zurück zum Empfänger die
Distanz des Objekts zum optischen Sensor berechnet wird.
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Mit
derartigen optischen Sensoren werden im einfachsten Fall eindimensionale
Distanzmessungen durchgeführt,
d.h. die vom Sender emittierten Sendelichtimpulse werden in eine
fest vorgegebene Richtung emittiert. Der Überwachungsbereich ist dann
auf den Bereich der Strahlachse der Sendelichtstrahlen begrenzt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können die
optischen Sensoren als so genante Flächendistanzsensoren ausgebildet
sein. Ein derartiger optischer Sensor ist aus der
DE 19 917 509 C1 bekannt.
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Dieser
optische Sensor umfasst einen Distanzsensor, welcher einen Sendelichtstrahlen
emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden
Empfänger
aufweist, sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden
Empfangssignale und eine Ablenkeinheit, an welcher die Sendelichtstrahlen
abgelenkt werden, sodass diese periodisch den Überwachungsbereich überstreichen.
In der Auswerteeinheit sind die Abmessungen verschiedener Schutzfelder
abgespeichert, welche über
eine Anordnung von Schaltern selektiv aktivierbar sind.
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Die
Erfassung von Objekten erfolgt dann nur innerhalb des aktivierten
Schutzfeldes. Der Distanzsensor dieses optischen Sensors arbeitet
vorzugsweise nach dem Laufzeitprinzip. Durch die Distanzmessung
sowie durch die fortlaufende Erfassung der Ablenkpositionen der
Sendelichtstrahlen können
die Positionen von Objekten innerhalb des aktivierten Schutzfeldes
bestimmt werden.
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Derartige
optische Sensoren eignen sich insbesondere für den Einsatz im Personenschutz.
Ein typischer Anwendungsfall ist hierbei die Bereichsabsicherung
an einem stationären
Arbeitsgerät.
Das Arbeitsgerät
ist insbesondere von einer Maschine wie zum Beispiel einer Werkzeugmaschine
oder einer Presse gebildet, in deren Vorfeld gefahrbringende Maschinenoperationen
ausgeführt
werden. Mittels des als Flächendistanzsensor
ausgebildeten optischen Sensors wird dieses Vorfeld fortlaufend überwacht,
wobei das Schutzfeld des optischen Sensors an den Gefahrenbereich
im Vorfeld angepasst ist. Bei Eindringen einer Person oder eines
Objektes in das Schutzfeld wird in dem optischen Sensor eine Objektmeldung
generiert. Diese Objektmeldung wird als Steuersignal für die Maschine
verwendet, wobei die Maschine deaktiviert, d.h. abgeschaltet wird,
sobald ein Objekt im Schutzfeld registriert wird. Dadurch können Gefährdungen
von Personen mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden.
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Bei
derartigen in Industrieumgebungen eingesetzten Arbeitsgeräten treten
unvermeidbar Störeinflüsse wie
zum Beispiel Staub und Nebel auf welche die Distanzmessung mit dem
optischen Sensor beeinträchtigen
können.
Ein Teil des vom Sender emittierten Sendelichts wird von den Staubpartikeln oder
Nebeltröpfchen
zurückreflektiert
und kann zur Generierung einer Objektmeldung im optischen Sensor
führen,
obwohl sich kein Objekt im Schutzfeld befindet. Dadurch wird ein
unnötiges
Abschalten der Maschine verursacht, wodurch deren Verfügbarkeit in
unerwünschter
Weise eingeschränkt
wird.
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Die
US 5,627,511 betrifft ein
Entfernungsmesssystem für
Kraftfahrzeuge, welches einen Flächendistanzsensor
aufweist, welcher einen Laserpuls emittierenden Sender, einen Empfänger sowie einen
Scanner zur periodischen Ablenkung der Laserpulse innerhalb eines Überwachungsbereichs aufweist.
Die Durchführung
von Distanzmessungen zur Bestimmung von Positionen von Objekten
im Überwachungsbereich
erfolgt nach einem Laufzeitverfahren.
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Bei
einer Distanzmessung wird die Laufzeit eines vom Sender emittierenden
Laserpulses zu einem Objekt und zurück zum Empfänger bestimmt.
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Bei
Vorhandensein von Störungen
wie Schnee oder Nebel können
auf einen ausgesandten Laserpuls mehrere Empfangspulse am Empfänger registriert
werden, wobei neben einem von dem zu detektierenden Objekt stammenden
Empfangspuls weitere von Wassertröpfchen oder Schneeflocken zurückreflektierten
Laserpulsen stammende Empfangspulse am Empfänger auftreffen.
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In
der Auswerteeinheit des Entfernungsmesssystems werden dann für sämtliche
der auf einen ausgesendeten Laserpuls registrierten Empfangspulse
Distanzwerte berechnet. Zur Unterscheidung von Signalen, die von
einem Objekt oder von Störungen
wie Schnee oder Nebel stammen, werden dann in der Auswerteeinheit
die in verschiedenen Winkelbereichen des Überwachungsbereichs ermittelten
Distanzwerte miteinander verglichen. wenn in einem vorgegebenen
Winkelbereich sich die kürzesten
der auf diesen emittierten Laserpuls registrierten Distanzwerte
nicht signifikant unterscheiden, wird dies dahingehend interpretiert,
dass eine Detektion von Störungen
in Form von Schnee oder Nebel vorliegt. Diese kurzen Distanzwerte
werden dann als Referenzwerte abgespeichert, mit welchem weitere Distanzwerte
zur Ermittlung der Objektdistanz verglichen werden.
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Wenn
die ermittelten kürzesten
Distanzwerte auf jeweils einen emittierten Laserpuls innerhalb des Winkels
jedoch nicht übereinstimmen,
so wird das Resultat direkt als Objektdetektion gewertet.
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Somit
werden bei dem Messsystem sämtliche
für die
einzelnen Ablenkwinkel des Scanners ermittelten Distanzmessungen
für die
weitere Auswertung herangezogen. Dabei wird die Gesamtheit der Distanzwerte über einen
vorgegebenen Winkelbereich des Scanners zur Unterscheidung von Objektsignalen
und Störsignalen
herangezogen.
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Die
DE 101 43 061 A1 betrifft
eine optoelektronische Entfernungsmesseinrichtung, insbesondere
einen Laserscanner, mit wenigstens einer Sendeeinheit zur Aussendung
gepulster elektromagnetischer Strahlung, zumindest einer der Sendeeinheit zugeordneten
Empfangseinheit zum Empfang der reflektierten Strahlung und einer
Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Entfernung von dies ausgesandte
Strahlung reflektierenden Objekten nach einem Pulsaufzeitmessverfahren,
wobei die Auswerteeinrichtung wenigstens zwei parallele Laufzeitmesskanäle umfasst
und derart ausgebildet ist, dass von zwei insbesondere auf derselben
Signalleitung nacheinander einlaufenden Empfangspulsen desselben Sendepulses
der frühere
Empfangspuls in dem einen Messkanal und der spätere Empfangspuls in dem anderen
Messkanal zumindest hinsichtlich der Laufzeit auswertbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen optischen Sensor der
eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem bei geringem
konstruktivem Aufwand eine störungsunauffällige, sichere Objektdetektion
durchgeführt
werden kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße optische
Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
und umfasst einen Sendelichtimpulse emittierenden Sender, einen
Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger sowie eine Auswerteeinheit,
in welcher aus der Laufzeit eines zu einem Objekt geführten und
von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger zurückreflektierten Sendelichtimpulses
die Distanz des Objekts bestimmbar ist. Der Auswerteeinheit ist
eine Erfassungseinheit zugeordnet ist, in welcher auf jeweils einen
ausgesendeten Sendelichtimpuls mehrere Empfangslichtimpulse registriert
werden. Der Auswerteeinheit ist eine Selektionseinheit zugeordnet,
in welcher aus den auf jeweils einen ausgesendeten Sendelichtimpuls
in der Erfassungseinheit registrierten Empfangslichtimpulsen ein
Empfangslichtimpuls ausgewählt
wird, welcher dann in der Auswerteeinheit für die Distanzbestimmung herangezogen
wird, während
die übrigen Empfangslichtspulse
verwerfen werden.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, dass bei der Distanzmessung
nicht nur ein Empfangslichtimpuls sondern mehrere Empfangslichtimpulse
registriert und ausgewertet werden, welche auf das Aussenden eines
Sendelichtimpulses am Empfänger
empfangen werden.
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Durch
diese Mehrfachauswertung, können Störeinflüsse infolge
von Umgebungseinflüssen
wie Staub oder Nebel systematisch berücksichtigt werden. Bei Vorhandensein
von Staub und Nebel innerhalb des Überwachungsbereichs wird ein
Teil der Lichtmenge eines vom Sender emittierten Sendelichtimpulses
einfach oder mehrfach an den Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zum
Em fänger
zurückreflektiert.
Ein Großteil
der Lichtmenge des Sendelichtimpulses durchsetzt jedoch den Staub
oder den Nebel und wird dann von einem Objekt im Überwachungsbereich
zurückreflektiert.
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Dies
hat zur Folge, dass nach Aussenden eines Sendelichtimpulses ein
Empfänger
nicht nur einen Empfangslichtimpuls sondern eine Folge von Empfangslichtimpulsen
registriert wird. Würde
wie bei bekannten Distanzmessverfahren nur der zuerst registrierte
Empfangslichtimpuls zur Distanzmessung verwendet, so würde das
dann zu Fehldetektionen führen,
wenn wie in dem erläuterten
Beispiel von Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zurückreflektierte Empfangslichtimpulse
zuerst an dem Empfänger registriert
werden und dann erst der von einem Objekt zurückreflektierte Empfangslichtimpuls
auf den Empfänger
trifft.
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In
der Selektionseinheit erfolgt eine Bewertung der einzelnen auf einen
Sendelichtimpuls empfangenden Empfangslichtimpulse, wodurch von
Störungen
stammende Empfangslichtimpulse von Empfangslichtimpulsen, die von
Objekten zurückreflektiert
werden, unterschieden werden können.
Durch die in der Selektionseinheit vorgenommene Elimination der
durch Störeinflüsse generierten
Empfangslichtimpulse wird eine fehlerfreie, störungsunanfällige Objektdetektion erhalten.
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Im
einfachsten Fall erfolgt die Bewertung der Empfangslichtimpulse
in der Selektionseinheit derart, dass von den Empfangslichtimpulsen,
die auf einem Sendelichtimpuls empfangen werden, nicht der erste sondern
der letzte Empfangslichtimpuls zur Distanzmessung herangezogen wird.
Dadurch werden die von zwischen dem optischen Sensor und Objekt
befindlichen Staubpartikel oder Nebeltröpfchen zurückreflektierten Empfangslichtimpulse
in der Selektionseinheit verworfen, sodass diese Empfangslichtimpulse
die Distanzmessung nicht beeinträchtigen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können die
Amplituden der Empfangssignale des Empfängers, die durch die auftreffenden
Empfangslichtimpulse generiert wurden, mit mehreren Schwellwerten in
der Selektionseinheit bewertet werden, wodurch die einzelnen Empfangslichtimpulse
klassifizierbar sind.
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In
einer ersten Ausführungsform
emittiert der Sender des optischen Sensors Sendelichtimpulse in einer
fest vorgegebenen Richtung.
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden die vom Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtimpulse
mittels einer Ablenkeinheit abgelenkt, sodass mit den Sendelichtimpulsen
periodisch ein räumlicher
oder flächiger Überwachungsbereich abgetastet
wird.
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Besonders
vorteilhaft ist der optische Sensor als Flächendistanzsensor ausgebildet,
der insbesondere im Bereich des Personenschutzes einsetzbar ist.
Dabei kann der optische Sensor vorteilhaft in der Bereichsabsicherung
zur Überwachung
des Vorfelds von stationären
Arbeitsgeräten
wie Maschinen oder Anlagen eingesetzt werden.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des optischen
Sensors.
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2:
Schematische Darstellung eines mittels des optischen Sensors gemäß 1 überwachten
Schutzfelds.
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3:
Zeitdiagramme zur Auswertung von Empfangslichtimpulsen in dem optischen
Sensor gemäß 1 bei
störungsfreiem
Betrieb.
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4:
Zeitdiagramme zur Auswertung von Empfangslichtimpulsen in dem optischen
Sensor gemäß 1 bei
vorhandenen externen Störeinflüssen.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines optischen Sensors 1 zum Erfassen von Objekten. Der optische
Sensor 1 weist als Distanzsensorelement einen Sendelichtstrahlen 2 emittierenden
Sender 3 und einen Empfangslichtstahlen 4 empfangenden
Empfänger 5 auf.
Der Sender 3 besteht vorzugsweise aus einer Laserdiode,
welcher zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 2 eine
Sendeoptik 6 nachgeordnet ist. Der Empfänger 5 ist beispielsweise von
einer Photodiode gebildet, welcher eine Empfangsoptik 7 vorgeordnet
ist.
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Die
Distanzmessung erfolgt nach der Impulslaufzeitmethode. Hierzu werden
vom Sender 3 Sendelichtstrahlen 2 in Form von
kurzen Sendelichtimpulsen emittiert. Dabei emittiert der Sender 3 im
vorliegenden Fall Sendelichtimpulse mit einer fest vorgegebenen
Pulsfolgefrequenz. Die Distanzinformation wird durch direkte Messung
der Laufzeit eines Sendelichtimpulses zu einem Objekt und zurück zum Empfänger 5 gewonnen.
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Diese
Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinheit 8, an welche
der Sender 3 und der Empfänger 5 über nicht
dargestellte Zuleitungen angeschlossen sind. Die Auswerteeinheit 8 ist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
von einem Microcontroller gebildet.
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Die
Sende- 2 und Empfangslichtstrahlen 4 sind über eine
Ablenkeinheit 9 geführt.
Die Ablenkeinheit 9 weist einen Ablenkspiegel 10 auf,
welcher auf einem drehbaren, über
einen Motor 11 angetriebenen Sockel 12 aufsitzt.
Der Ablenkspiegel 10 rotiert dadurch mit einer vorgegebenen
Drehzahl um eine vertikale Drehachse D. Der Sender 3 und
der Empfänger 5 sind
in der Drehachse D oberhalb des Ablenkspiegels 10 angeordnet.
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Der
Ablenkspiegel 10 ist um 45° gegenüber der Drehachse D geneigt,
sodass die am Ablenkspiegel 10 reflektierten Sendelichtstrahlen 2 in
horizontaler Richtung verlaufend aus dem optischen Sensor 1 geführt sind.
Dabei durchdringen die Sendelichtstahlen 2 ein Austrittsfenster 13,
welches in der Frontwand des Gehäuses 14 des
optischen Sensors 1 angeordnet ist. Das Gehäuse 14 ist
im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei sich das Austrittsfenster 13 über einen
Winkelbereich von 180° erstreckt. Dementsprechend
wird, wie insbesondere aus 2 ersichtlich
ist, mit den Sendelichtstrahlen 2 ein Überwachungsbereich 15 in
Form einer halbkreisförmigen ebenen
Fläche
abgetastet, in welcher Objekte detektierbar sind. Der Überwachungsbereich 15 ist
durch die von dem Distanzsensorelement erfassbare Maximaldistanz
begrenzt. Die von den Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 durchsetzen
in horizontaler Richtung verlaufend das Austrittsfenster 13 und
werden über
den Ablenkspiegel 10 zum Empfänger 5 geführt.
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Zur
Erfassung der Positionen der Objekte wird mittels eines nicht dargestellten,
an die Auswerteeinheit 8 angeschlossenen Winkelgebers fortlaufend
die aktuelle Winkelposition der Ablenkeinheit 9 erfasst.
Aus der Winkelposition und dem in dieser Winkelposition registrierten
Distanzwert wird in der Auswerteeinheit 8 die Position
eines Objektes bestimmt.
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Derartige
optische Sensoren 1 werden insbesondere auch im Bereich
des Personenschutzes eingesetzt, wobei zur Erfüllung der sicherheitstechnischen
Anforderungen die Auswerteeinheit 8 einen redundanten Aufbau
aufweist.
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Bei
derartigen sicherheitstechnischen Anwendungen erfolgt typischerweise
die Erfassung von Objekten und Personen nicht innerhalb des gesamten
von den Sendelichtstrahlen 2 überstrichenen Überwachungsbereichs 15,
sondern innerhalb eines begrenzten Schutzfelds 16. Ein
Beispiel für
ein derartiges Schutzfeld 16 ist in 2 dargestellt.
In diesem Fall ist das Schutzfeld 16 von einer rechteckigen
ebenen Fläche
gebildet.
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In
der Auswerteeinheit 8 wird ein binäres Objektfeststellungssignal
generiert, dessen Schaltzustände
angeben, ob sich ein Objekt innerhalb des Schutzfelds 16 befindet
oder nicht. Das Objektfeststellungssignal wird über einen nicht dargestellten Schaltausgang
des optischen Sensors 1 ausgegeben. Bei einem Einsatz im
Personenschutz wird mit dem optischen Sensor 1 insbesondere
das Vorfeld einer Maschine überwacht,
wobei das Schutzfeld 16 des optischen Sensors 1 an
einen im Vorfeld der Maschine liegenden Gefahrenbereich angepasst
ist.
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3 zeigt
schematisch das Funktionsprinzip der Distanzmessung mit dem optischen
Sensor 1 in einer störungsfreien
Umgebung. Dabei sind in 3 die von dem Sender 3 emittierten
Sendelichtimpulse, sowie die durch die entsprechenden Empfangslichtimpulse
generierten Empfangssignale am Ausgang des Empfängers 5 dargestellt.
Von dem Sender 3 des optischen Sensors 1 werden
Sendelichtimpulse mit vorgegebener Pulsdauer und Pulsfolgefrequenz
emittiert. Dabei ist die Periodendauer, innerhalb derer vom Sender 3 jeweils
ein Sendelichtimpuls emittiert wird, in 3 mit T
bezeichnet. Bei der Detektion eines Objektes wird ein Sendelichtimpuls
am Objekt reflektiert und als Empfangslichtimpuls zum Empfänger 5 zurückgeführt. Entsprechend
der Impulslaufzeit trifft der Empfangslichtimpuls gegenüber dem
Sendelichtimpuls um eine Zeit tL verzögert auf
den Empfänger 5.
Wie aus 3 ersichtlich werden die durch
die Empfangslichtimpulse generierten Empfangssignale mit einem Schwellwert bewertet.
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Der
Zeitpunkt, bei welchem die steigende Flanke des Empfangssignals
den Schwellwert S übersteigt,
definiert den Bezugspunkt für
die Messung der Laufzeit tL des Empfangslichtimpulses.
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4 zeigt
den Fall einer Objekterfassung mittels eines optischen Sensors 1,
welcher externen Störeinflüssen ausgesetzt
ist. Derartige Störeinflüsse können insbesondere
von Staub oder Nebel im Überwachungsbereich 15 gebildet
sein. An den Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen wird ein Teil der Lichtmenge
eines Sendelichtimpulses lokal gestreut und in Richtung des Empfängers 5 zurückreflektiert.
Der restliche Teil des Sendelichtimpulses trifft auf das Objekt
und wird von dort auf den Empfänger 5 zurückreflektiert.
Dementsprechend werden wie in 4 dargestellt
auf einen vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpuls am
Empfänger 5 mehrere
Empfangslichtimpulse registriert. Im vorliegenden Beispiel treffen
nach Aussenden des Sendelichtimpulses zum Zeitpunkt t0 drei
Empfangslichtimpulse auf den Empfänger 5 auf. In der
Auswerteeinheit 8 werden sämtliche auf einen Sendelichtimpuls
am Empfänger 5 auftreffenden
Empfangslichtimpulse registriert und ausgewertet.
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Hierzu
ist in der Auswerteeinheit 8 eine Erfassungseinheit 8a und
eine Selektionseinheit 8b integriert. Prinzipiell können die
Auswerteeinheit 8 sowie die Erfassungseinheit 8a und
Selektionseinheit 8b auch separate Einheiten bilden.
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Mit
der Erfassungseinheit 8a können sämtliche Empfangslichtimpulse,
die auf die Emission eines Sendelichtimpulses empfangen werden,
registriert werden. Dabei ist die Erfassungseinheit 8a derart
ausgebildet, dass für
jeden Empfangslichtimpuls die auf den Zeitpunkt der Aussendung des
Sendelichtimpulses bezogene Impulslaufzeit ermittelt werden kann.
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Hierzu
weist die Erfassungseinheit 8a vorzugsweise eine Schwellwerteinheit
sowie einen Zähler
auf. In der Schwellwerteinheit wird der Schwellwert S generiert,
mittels dessen die am Ausgang des Empfängers 5 anstehenden
Empfangssignale bewertet werden. Ein Empfangslichtimpuls gilt als
erkannt, wenn das Empfangssignal den Schwellwert überschreitet.
Durch geeignete Wahl des Schwellwerts können Störsignale geringer Amplituden
ausgebildet werden. Wie in 4 dargestellt
liefert wiederum der Zeitpunkt, an welchem die stei gende Flanke
eines einem Empfangslichtimpuls entsprechenden Empfangssignals den
Schwellwert überschreitet, den
Bezugspunkt zur Bestimmung der entsprechenden Impulslaufzeit.
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Der
Zähler
der Erfassungseinheit 8a dient zur Ermittlung der Laufzeiten
der einzelnen Empfangslichtimpulse. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel
werden die Laufzeiten tL1, tL2,
tL3 der drei Empfangslichtimpulse bestimmt,
die nach Aussenden des Sendelichtimpulses bei t0 auf
den Empfänger 5 auftreffen.
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Der
Zähler
der Erfassungseinheit 8a wird jeweils mit Aussenden eines
Sendelichtimpulses neu gestartet. Bei dem Beispiel gemäß 4 wird
der Zähler
zum Zeitpunkt t0 gestartet. Darauf wird
der Zähler
mit einer vorgegebenen Taktrate inkrementiert, d.h. die Inkremente
des Zählers
definieren konstante Zeitstufen. Damit können anhand der Zählerstände des
Zählers
die Laufzeiten der einzelnen Empfangslichtimpulse bestimmt werden.
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Sobald
das Empfangssignal des ersten der in 4 dargestellten
Empfangslichtimpulse den Schwellwert überschreitet, wird der aktuelle
Zählerstand
des Zählers
in der Erfassungseinheit 8a abgespeichert. Dieser Zählerstand
entspricht der Laufzeit tL1 des ersten Empfangslichtimpulses.
Der Zähler wird
nach Registrieren dieses ersten Empfangslichtimpulses nicht zurückgesetzt
sondern wird weiter inkrementiert. Sobald dann das den zweiten und
dritten Empfangslichtimpuls bildende Empfangssignal den Schwellwert überschreitet,
wird der jeweilige Zählerstand,
welcher der Laufzeit tL2 bzw. tL3 des zweiten
bzw. dritten Empfangslichtimpuls entspricht, in der Erfassungseinheit 8a abgespeichert.
Der Zählerstand
des Zählers
wird erst bei Aussenden des nächsten
Sendelichtimpulses zurückgesetzt,
um dann die für
diesen Sendelichtimpuls empfangenden Empfangslichtimpuls zu registrieren.
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In
der Selektionseinheit 8b wird aus den auf einen Sendelichtimpuls
empfangenen und in der Erfassungseinheit 8a registrierten
Empfangslichtimpulsen ein vorgegebener Empfangslichtimpuls ausgewählt, welcher
dann zur Bestimmung der Objektdistanz herangezogen wird. Die übrigen Empfangslichtimpulse
werden verworfen.
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Im
einfachsten Fall wird mittels der Selektionseinheit 8b der
Empfangslichtimpuls ausgewählt, der
auf einen ausgesendeten Sendelichtimpuls zuletzt am Empfänger 5 auftrifft.
Diesem Auswerteverfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass bei
Störungseinflüssen wie
Staub und Nebel ein Sendelichtimpuls von Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen nur
teilweise zurückreflektiert
wird und der den Staub oder Nebel durchdringenden Teil der Sendelichtimpulses
dann auf das Objekt auftrifft und an diesem vollständig zurückreflektiert
wird. Demzufolge treffen die von Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zurückreflektierten
Empfangslichtimpulse vor dem von dem Objekt zurückreflektierten Empfangslichtimpuls
auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann in der Selektionseinheit 8b eine Schwellwerteinheit
integriert sein, mittels derer mehrere Schwellwerte erzeugt werden.
Mittels dieser Schwellwerte können die
Amplituden der einzelnen Empfangslichtimpulse analysiert und klassifiziert
werden. Beispielsweise kann die Klassifikation derart erfolgen,
dass von den in der Erfassungseinheit 8a registrierten
Empfangslichtimpulse, der Empfangslichtimpuls ausgewählt wird,
welcher die größte Empfangssignalamplitude aufweist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 4 liefern
beide Auswerteverfahren dasselbe Ergebnis, dass der zuletzt registrierte
Empfangslichtimpuls zur Distanzbestimmung herangezogen wird.
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Somit
wird aus der für
diesen Empfangslichtimpuls registrierten Laufzeit tL3 in
der Auswerteeinheit 8 die Objektdistanz berechnet. Anhand
dieses Distanzwerts wird dann in der Auswerteeinheit 8 abgeprüft, ob sich
das Objekt innerhalb des Schutzfelds 16 befindet. Ist dies
der Fall nimmt das Objektfeststel lungssignal den Schaltzustand „Objekt
erkannt" ein, worauf
die mit dem optischen Sensor 1 überwachte Maschine deaktiviert,
d.h. abgeschaltet wird.
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Liegt
der Distanzmesswert jedoch außerhalb des
Schutzfelds 16 unterbleibt ein Abschalten der Maschine.
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Für diesen
Fall wird der Effekt der Unterdrückung
der beiden zuerst in der Erfassungseinheit 8a registrierten
Empfangslichtimpulse deutlich. Selbst für den Fall, dass die Laufzeiten
tL1, tL2 Distanzwerten entsprechen,
die innerhalb des Schutzfeldes 16 liegen, wird durch die
Unterdrückung
dieser Empfangslichtimpulse in der Selektionseinheit 8b verhindert, dass
eine Objektmeldung generiert wird. Somit führen die durch Störeinflüsse bedingten
Empfangslichtimpulse nicht zu einem unnötigen Abschalten der Maschine.
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Die
Erfassungseinheit 8a und die Selektionseinheit 8b eignen
sich selbstverständlich
auch für
die Registrierung der Empfangslichtimpulse im störungsfreiem Betrieb des optischen
Sensors 1 wie in 3 veranschaulicht.
In diesem Fall wird nach Aussenden eines Sendelichtimpulses nur
ein Empfangslichtimpuls in der Erfassungseinheit 8a registriert.
Demzufolge wird über
die Selektionseinheit 8b dieser Empfangslichtimpuls ausgewählt und
zur Distanzmessung herangezogen.
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- 1
- optischer
Sensor
- 2
- Sendelichtstrahlen
- 3
- Sender
- 4
- Empfangslichtstrahlen
- 5
- Empfänger
- 6
- Sendeoptik
- 7
- Empfangsoptik
- 8
- Auswerteeinheit
- 8a
- Erfassungseinheit
- 8b
- Selektionseinheit
- 9
- Ablenkeinheit
- 10
- Ablenkspiegel
- 11
- Motor
- 12
- Sockel
- 13
- Austrittsfenster
- 14
- Gehäuse
- 15
- Überwachungsbereich
- 16
- Schutzfeld