DE202014100712U1

DE202014100712U1 - Opto-electronic sensor for detecting objects in a surveillance area

Info

Publication number: DE202014100712U1
Application number: DE202014100712.1U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-05-19
Anticipated expiration: 2024-02-19

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (20) mit mehr als einer Abtastebene, der einen Lichtsender (12) zum Aussenden eines Lichtstrahls (16), einen Antrieb (28) zum Erzeugen einer Drehbewegung, eine von dem Antrieb (28) um eine Drehachse (30) drehbare Ablenkeinheit (18) zur periodischen Ablenkung des Lichtstrahls (16), eine an den Antrieb (28) gekoppelte Kippeinheit (42b, 44) zum Verkippen der Ablenkeinheit (18) mit der Drehbewegung, einen Lichtempfänger (26) zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem in dem Überwachungsbereich remittierten oder reflektierten Lichtstrahl (22) sowie eine Auswertungseinheit (52) aufweist, welche für die Erfassung der Objekte anhand des Empfangssignals ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippeinheit (42b, 44) ein Profilrad (44) aufweist, dessen Profil mit einem Führungselement (48) der Ablenkeinheit (18) in Eingriff steht und so die Kippbewegung erzeugt und dass das Profilrad (44) durch ein Getriebe (42) an den Antrieb (28) angekoppelt ist, um so die Drehbewegung des Antriebs (28) mit einer Untersetzung mitzuvollziehen.Optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting objects in a monitoring area (20) with more than one scanning plane, a light emitter (12) for emitting a light beam (16), a drive (28) for generating a rotational movement, a a deflection unit (18) rotatable about an axis of rotation (30) about the drive (28) for periodically deflecting the light beam (16), a tilting unit (42b, 44) coupled to the drive (28) for tilting the deflection unit (18) with the rotational movement , a light receiver (26) for generating a received signal from the reflected or reflected in the monitoring area light beam (22) and an evaluation unit (52), which is designed for the detection of objects based on the received signal, characterized in that the tilting unit (42b , 44) has a profile wheel (44) whose profile is in engagement with a guide element (48) of the deflection unit (18) and thus generates the tilting movement and that the profile wheel (44) is coupled by a gear (42) to the drive (28) so as to follow the rotational movement of the drive (28) with a reduction.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor Erfassung von Objekten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to an optoelectronic sensor detecting objects according to the preamble of claim 1.

Scanner werden für vielfältige Überwachungs- und Vermessungsaufgaben verwendet. Dazu tastet ein Abtast- oder Scanstrahl einen Bereich ab und wertet das remittierte oder reflektierte Licht aus. Um auch Informationen über Objektabstände, Konturen oder Profile zu gewinnen, wird meist nicht nur die Anwesenheit von Objekten, sondern zugleich auch deren Entfernung bestimmt. Derartige entfernungsmessende Laserscanner arbeiten nach einem Lichtlaufzeitprinzip, bei dem die Laufzeit vom Scanner in die Szenerie und zurück gemessen wird und anhand der Lichtgeschwindigkeit Entfernungsdaten berechnet werden. Scanners are used for a variety of monitoring and surveying tasks. For this purpose, a scanning or scanning beam scans an area and evaluates the remitted or reflected light. In order to obtain information about object distances, contours or profiles, not only the presence of objects but also their distance is determined. Such distance-measuring laser scanners operate according to a light transit time principle in which the transit time is measured by the scanner in the scenery and back and distance data are calculated on the basis of the speed of light.

Zwei Arten des Lichtlaufzeitverfahrens sind weit verbreitet. Bei phasenbasierten Verfahren moduliert der Lichtsender den Scanstrahl, und es wird die Phase zwischen einer Referenz und dem empfangenen Scanstrahl ermittelt. Pulsbasierte Verfahren prägen dem Scanstrahl ein signifikantes Muster auf, beispielsweise einen schmalen Puls von nur wenigen Nanosekunden Dauer und bestimmen den Empfangszeitpunkt dieses Musters. In einer als Pulsmittelungsverfahren bezeichneten Verallgemeinerung werden mehrere Pulse oder eine Pulsfolge ausgesandt und die empfangenen Pulse statistisch ausgewertet. Two types of the light transit time method are widely used. In phase-based methods, the light emitter modulates the scan beam and determines the phase between a reference and the received scan beam. Pulse-based methods impose a significant pattern on the scan beam, such as a narrow pulse of only a few nanoseconds in duration, and determine the time of reception of that pattern. In a generalization referred to as the pulse averaging process, a plurality of pulses or a pulse sequence are emitted and the received pulses are statistically evaluated.

Bekannte Laserscanner weisen einen Drehspiegel oder ein Polygonrad auf, um periodisch eine Überwachungsebene oder ein Segment einer Überwachungsebene abzutasten. Viele Anwendungen erfordern aber die Abtastung eines dreidimensionalen Raumbereichs und nicht lediglich einer Fläche. Ein herkömmlicher Ausweg besteht darin, für eine Relativbewegung zwischen Laserscanner und Objekt zu sorgen, wie beispielsweise in der DE 197 41 730 B4 . Dies erfordert erheblichen Aufwand, und zahlreiche Anwendungen eignen sich gar nicht für eine solche kontrollierte Relativbewegung. Known laser scanners have a rotating mirror or a polygonal wheel in order to periodically scan a monitoring plane or a segment of a monitoring plane. However, many applications require the scanning of a three-dimensional space area and not just an area. A conventional way out is to provide for relative movement between the laser scanner and the object, such as in the DE 197 41 730 B4 , This requires considerable effort, and numerous applications are not suitable for such a controlled relative movement.

Um eine Bewegung des Laserscanners gegenüber dem zu vermessenden Objekt zu vermeiden, werden Laserscanner zu einem 3D-Scanner weitergebildet. Als Schritt hin zu einem 3D-Scanner kann eine Mehrebenenabtastung erreicht werden, indem Rasterspiegel mit unterschiedlich geneigten Facetten als Ablenkeinheit verwendet werden. Dadurch entsteht ein Winkelversatz der jeweils zu einer Facette gehörigen Abtastebene. Zugleich wird aber der Scanwinkelbereich der jeweiligen Abtastebene auf den Winkelanteil der Facette von typischerweise weniger als 100° beschränkt. Ein weiterer nachteiliger Effekt ist, dass nur die zentrale Scanebene wirklich eine Ebene ist, denn mit zunehmender Neigung der Facetten werden die Scanebenen aufbaubedingt unsymmetrisch verbogen. Besonders bei einer größeren Auffächerung der Scanebenen entstehen kaum brauchbare bogenförmige Scanlinien. In order to avoid a movement of the laser scanner relative to the object to be measured, laser scanners are developed into a 3D scanner. As a step towards a 3D scanner, multi-level scanning can be achieved by using raster mirrors with differently sloped facets as the deflection unit. This results in an angular offset of each belonging to a facet scan plane. At the same time, however, the scanning angle range of the respective scanning plane is limited to the angular component of the facet of typically less than 100 °. Another disadvantageous effect is that only the central scan plane is really a plane, because with increasing inclination of the facets the scan planes are bent unbalanced due to the construction. Especially with a larger fanning out of the scan lines, hardly any usable arcuate scan lines are created.

Als weiterer Lösungsansatz ist bekannt, eine zusätzliche Ablenkeinheit meist in Form eines Schwingspiegels zu verwenden, der für eine Ablenkung des Scanstrahls in einer zweiten Richtung sorgt. Dadurch kann die Abtastebene verschwenkt werden. Durch die Verwendung zweier Ablenkeinheiten entstehen aber erhöhte Kosten und ein größerer Bauraumbedarf, somit ein hoher optischer und mechanischer Aufwand, zudem mit zusätzlichen Sende- und Empfangssignalverlusten. In einer speziellen Lösung mit zusätzlichem Schwingspiegel gemäß DE 20 2009 012 114 U1 wird der 360°-Abtastbereich eines Drehspiegels aufgeteilt. In einem vorderen Winkelbereich wird in herkömmlicher Weise eine Fläche abgetastet. In einem hinteren Winkelbereich wird der Abtaststrahl mehrfach umgelenkt und fällt dann auf einen Schwingspiegel, der in einer Richtung quer zu der Ablenkrichtung des Drehspiegels verschwenkt wird. Somit wird über den hinteren Winkelbereich ein Raumausschnitt anstelle einer Fläche abgetastet. As a further approach, it is known to use an additional deflection unit usually in the form of an oscillating mirror, which ensures a deflection of the scanning beam in a second direction. As a result, the scanning plane can be pivoted. However, the use of two deflection units results in increased costs and a larger space requirement, thus a high optical and mechanical complexity, in addition to additional transmission and reception signal losses. In a special solution with additional oscillating mirror according to DE 20 2009 012 114 U1 the 360 ° scanning range of a rotating mirror is divided. In a front angle range, a surface is scanned in a conventional manner. In a rear angle range, the scanning beam is deflected several times and then falls on a vibrating mirror, which is pivoted in a direction transverse to the deflection of the rotating mirror. Thus, a space cut is scanned over the rear angle range instead of a surface.

Die Überwachung dreidimensionaler Abtastbereiche wird auch dadurch erreicht, dass der Drehspiegel und damit die Drehachse und die Abtastebene zusätzlich zu der Drehbewegung verkippt wird. In der DE 10 2008 032 216 A1 beispielsweise wird die gesamte Scaneinheit samt Sender, Empfänger und Drehspiegel auf einem Ablenkteller angeordnet. Durch Verschwenken des Ablenktellers wird dann die Scanebene variiert, um so insgesamt einen dreidimensionalen Raumbereich zu überwachen. Dies erfordert aber erheblichen Zusatzaufwand für den Ablenkteller und den zusätzlichen Verschwenkantrieb. Die EP 1 965 225 A2 offenbart eine weitere Laserradarvorrichtung für die dreidimensionale Erfassung von Objekten, deren Ablenkeinheit durch eine Vielzahl vorgeschlagener Mechanismen zusätzlich verkippt wird. So verwenden einige Ausführungsformen für die Kippbewegung einen zweiten Antrieb zusätzlich zu dem Drehmotor, beispielsweise indem eine rotierende Kurvenscheibe in direkten Kontakt mit dem Drehspiegel gebracht wird. Dementsprechend muss aber der zweite Antrieb vorgesehen, angesteuert und synchronisiert werden. In einer anderen Ausführungsform sind zwei radial um 180 ° gegeneinander versetzt von der Ablenkeinheit nach außen stehende Drehglieder mit Rollen vorgesehen, die in einem Hohlprofil eines Führungspfads laufen. Dadurch wird der Drehbewegung eine Kippbewegung überlagert, die durch die Geometrie des Führungspfades erzwungen wird. Der vorgestellte Führungspfad ist aber ungeeignet, ein Abtastmuster über mehr als eine Umdrehung auszudehnen und beispielsweise einen Mehrebenenscanner auszubilden. The monitoring of three-dimensional scanning regions is also achieved in that the rotating mirror and thus the rotation axis and the scanning plane is tilted in addition to the rotational movement. In the DE 10 2008 032 216 A1 For example, the entire scanning unit including transmitter, receiver and rotating mirror is arranged on a Ablenkkteller. By pivoting the Ablenktellers then the scan plane is varied so as to monitor a total of three-dimensional space area. But this requires considerable additional effort for Ablenkteller and the additional pivot drive. The EP 1 965 225 A2 discloses another laser radar apparatus for the three-dimensional detection of objects whose deflection unit is additionally tilted by a variety of proposed mechanisms. Thus, some embodiments for the tilting movement use a second drive in addition to the rotating motor, for example by bringing a rotating cam into direct contact with the rotating mirror. Accordingly, however, the second drive must be provided, controlled and synchronized. In another embodiment, two radially offset by 180 ° from each other by the deflection outwardly rotating members are provided with rollers which run in a hollow profile of a guide path. As a result, the rotational movement is superimposed by a tilting movement, which is forced by the geometry of the guide path. However, the presented guide path is unsuitable for a scan pattern over more than expand one revolution and form, for example, a multi-level scanner.

Vor diesem Hintergrund ist Aufgabe der Erfindung, die Erweiterung des Überwachungsbereichs eines optoelektronischen Sensors mit einfachen Mitteln zu ermöglichen. Against this background, the object of the invention is to enable the extension of the monitoring range of an optoelectronic sensor by simple means.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten nach Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Sensor überwacht mehr als nur eine Abtastebene, indem dessen Ablenkeinheit zusätzlich zu ihrer Drehbewegung eine Kippbewegung vollzieht, welche die Drehachse und damit die Abtastebene variiert. Dadurch kann mit einfachen Mitteln ein Raumbereich überwacht werden, der größer ist als die durch reine Rotation der Ablenkeinheit entstehende Abtast- oder Scanebene. Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Drehbewegung und die Kippbewegung durch ein Getriebe aneinander zu koppeln. Das Getriebe versetzt ein Profilrad in eine Drehbewegung, die aufgrund einer Untersetzung langsamer ist als diejenige der Ablenkeinheit. Ein Führungselement überträgt die Geometrie des Profils in eine Kippauslenkung der Ablenkeinheit. Aufgrund einer Untersetzung des Getriebes erstreckt sich die Kippbewegung über mehrere Drehungen der Ablenkeinheit, so dass über die Verkippung unterschiedliche Abtastebenen eingestellt werden. Vorzugsweise ist eine Feder oder ein ähnliches Element vorgesehen, um eine Gegenkraft auf das Führungselement auszuüben und dieses stets in engem Eingriff mit dem Profil zu halten. Auch andere Methoden zur spielfreien Führung sind denkbar. This object is achieved by an optoelectronic sensor for detecting objects according to claim 1. The sensor according to the invention monitors more than just one scanning plane in that its deflecting unit performs, in addition to its rotational movement, a tilting movement which varies the axis of rotation and thus the scanning plane. As a result, it is possible by simple means to monitor a spatial area which is larger than the scanning plane or scanning plane which arises as a result of pure rotation of the deflection unit. The invention is based on the basic idea to couple the rotational movement and the tilting movement by a gear to each other. The transmission sets a profile wheel in a rotational movement, which is slower than that of the deflection due to a reduction. A guide transmits the geometry of the profile in a tilting deflection of the deflection. Due to a reduction of the transmission, the tilting movement extends over several rotations of the deflection unit, so that different scanning planes are set via the tilting. Preferably, a spring or a similar element is provided to exert a counterforce on the guide member and to keep this always in close engagement with the profile. Other methods for play-free leadership are conceivable.

Eine Erfassung eines Objekts beinhaltet bei Laserscannern zumeist auch eine Positionsbestimmung durch Messen des Abstands mit einem der einleitend genannten Lichtlaufzeitverfahren, Bestimmen des Drehwinkels der Ablenkeinheit über einen Winkelencoder sowie des Kippwinkels anhand des Drehwinkels und dem bekannten winkelabhängigen Verlauf der Kippbewegung. Dadurch sind Radius und beide Winkel dreidimensionaler Kugelkoordinaten bestimmt. A detection of an object in laser scanners usually also includes a position determination by measuring the distance with one of the aforementioned light transit time method, determining the angle of rotation of the deflection over an angle encoder and the tilt angle based on the rotation angle and the known angle-dependent course of the tilting movement. This determines the radius and both angles of three-dimensional spherical coordinates.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass weder ein zusätzlicher Antrieb noch eine zusätzliche Ablenkeinheit erforderlich ist, um die Abtastebene zu variieren. Dadurch können Herstellkosten, Baugröße, mechanische Anfälligkeit und Stromaufnahme reduziert werden. Die Vorgabe der Verkippung ermöglicht dabei eine Anpassung der Abtastung an die jeweilige Anwendung. Das Getriebe und das Profilrad sorgen für eine verlässliche, harmonische Kippbewegung, und die Erzeugung der Kippbewegung ist zugleich robust und wartungsarm gelöst. The invention has the advantage that neither an additional drive nor an additional deflection unit is required to vary the scanning plane. As a result, manufacturing costs, size, mechanical vulnerability and power consumption can be reduced. The specification of the tilting makes it possible to adapt the scanning to the respective application. The gear and the profile wheel ensure a reliable, harmonious tilting movement, and the generation of the tilting movement is at the same time robust and requires little maintenance.

Das Profilrad ist bevorzugt als Kurvenscheibe ausgebildet. Das Führungselement läuft dabei an dessen Außenumfang und überträgt damit die verschiedenen Radien der Kurvenscheibe in entsprechende Kippwinkel der Ablenkeinheit. Die Geometrie der Kurvenscheibe gibt so auf sehr einfache Weise eine gewünschte Kippbewegung und damit ein Abtastmuster vor. The profile wheel is preferably designed as a cam. The guide element runs on its outer circumference and thus transmits the various radii of the cam in corresponding tilt angle of the deflection. The geometry of the cam thus provides in a very simple manner a desired tilting movement and thus a scanning pattern.

Die Kurvenscheibe weist vorzugsweise mehrere Segmente mit jeweils konstantem, aber zwischen den Segmenten unterschiedlichem Radius sowie Verstellbereichen dazwischen auf. In den Bereichen mit konstantem Radius, die also Kreisbögen bilden, ändert sich der Kippwinkel nicht. Jedes Segment legt damit über den Radius eine Abtastebene fest, die zueinander entsprechend der Unterschiede in den Radien zwischen den Segmenten beabstandet sind. So entsteht ein Mehrebenenscanner. Die Verstellbereiche gleichen die unterschiedlichen Radien von Segment zu Segment durch entsprechende Anstiege oder Gefälle aus, und zwar nach Möglichkeit so, dass sich eine glatte Gesamtkontur und damit ruhige Kippbewegung ergibt. Andererseits kann die Kurvenscheibe aber auch eine beliebige Geometrie etwa mit ständig veränderten Radien aufweisen, so dass die Verkippung kontinuierlich variiert und es keine Abtastebene im eigentlichen Sinne mehr gibt, sondern nur noch einen von dem Abtaststrahl durch die Überlagerung der Drehbewegung und der Verkippung erfassten Raumbereich. The cam preferably has a plurality of segments, each with a constant, but between the segments of different radius and adjustment between them. In the areas of constant radius, which thus form circular arcs, the tilt angle does not change. Each segment thus defines over the radius a scanning plane which is spaced from each other according to the differences in the radii between the segments. This creates a multi-level scanner. The adjustment ranges compensate for the different radii from segment to segment by corresponding increases or drops, if possible so that there is a smooth overall contour and thus quiet tilting movement. On the other hand, however, the cam disk can also have any desired geometry with constantly changing radii, so that the tilting varies continuously and there is no longer any scanning plane in the true sense, but only one spatial area covered by the scanning beam through the superimposition of the rotational movement and the tilting.

Das Profilrad ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Höhenprofilrad ausgebildet. Hier läuft das Führungselement nicht wie bei einer Kurvenscheibe am Außenumfang, sondern auf der Radfläche. Diese Radfläche ist nicht eben, sondern weist ein Höhenprofil entsprechend der gewünschten Kippbewegung auf. Hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen des Höhenprofilrads gilt das gleiche wie für eine Kurvenscheibe. Insbesondere kann auch das Profil des Höhenprofilrads in Bereiche jeweils gleicher Höhe segmentiert sein, wobei diese Höhe von Segment zu Segment variiert, um einen Mehrebenenscanner zu realisieren. Zwischen den Segmenten befinden sich dann Anstiege oder Gefälle als Übergangsbereiche, in denen das Führungselement die Höhe wechselt. Dabei findet nur Rollreibung statt, und die Mechanik wird besonders verschleißunanfällig. The profile wheel is formed in a further preferred embodiment as Höhenprofilrad. Here, the guide element does not run like a cam on the outer circumference, but on the wheel surface. This wheel surface is not flat, but has a height profile according to the desired tilting movement. With regard to the possible embodiments of the Höhenprofilrads the same applies as for a cam. In particular, the profile of the height profile wheel can also be segmented into regions of the same height, wherein this height varies from segment to segment in order to realize a multilevel scanner. Between the segments are then climbs or gradients as transitional areas in which the guide element changes the height. Only rolling friction takes place, and the mechanics are particularly susceptible to wear.

Das Getriebe ist bevorzugt als Schneckengetriebe mit einer um die Drehachse angeordneten feststehenden Schnecke und einem seitlich in die Schnecke eingreifenden Zahnrad der Kippeinheit ausgebildet. Die Schnecke sorgt praktisch dafür, dass die Welle einen helixartigen Zahnverlauf aufweist, in welchen das Zahnrad von der Seite her eingreift. Das Zahnrad dreht sich dann vorzugsweise auf einer Achse mit dem Profilrad. The transmission is preferably designed as a worm gear with a fixed to the axis of rotation fixed screw and a laterally engaging in the worm gear of the tilting unit. The worm practically ensures that the shaft has a helical tooth course, in which the gear meshes from the side. The gear then rotates preferably on an axis with the profile wheel.

Alternativ ist das Getriebe als Torusgetriebe mit einem senkrecht zu der Drehachse angeordneten feststehenden Torusrad, das auf einer Radfläche einen spiralförmigen Zahnverlauf aufweist, und einem senkrecht zu dem Torusrad in den Zahnverlauf eingreifenden Zahnrad der Kippeinheit ausgebildet. Statt einer Helix auf einem Zylindermantel um die Antriebswelle bildet hier der Zahnverlauf eine Spirale auf einer Kreisfläche. Von oben her greift das Zahnrad in den Zahnverlauf ein und wird darin gleitend zum Drehen gebracht. Das Torusgetriebe ist besonders kompakt, wartungsarm und laufruhig. Alternatively, the transmission is designed as a toroidal transmission having a stationary torus wheel arranged perpendicular to the axis of rotation and having a spiral tooth course on a wheel surface, and a toothed wheel of the tilting unit engaging perpendicular to the torus wheel in the tooth profile. Instead of a helix on a cylinder jacket around the drive shaft here forms the course of the tooth a spiral on a circular surface. From above, the gear engages the tooth course and is slidably rotated therein. The Torusgetriebe is very compact, low maintenance and smooth running.

Das Profilrad ist in beiden Fällen bevorzugt als Kurvenscheibe ausgebildet und rotiert auf einer Achse mit dem Zahnrad. Schneckengetriebe wie Torusgetriebe übertragen nämlich die Drehbewegung auf eine um 90° verkippte Drehachse, und genau eine in dieser Orientierung rotierende Kurvenscheibe ist geeignet, die Ablenkeinheit über ein gerades Führungselement zu verkippen. The profile wheel is preferably formed in both cases as a cam and rotated on an axis with the gear. Worm gears such as toroidal transmission namely transmit the rotational movement to a tilted by 90 ° rotation axis, and exactly one rotating in this orientation cam is suitable to tilt the deflection via a straight guide element.

In einer weiteren Alternative ist das Getriebe als Stirngetriebe mit einem um die Drehachse angeordneten feststehenden ersten Zahnrad und einem daneben angeordneten zweiten Zahnrad ausgebildet, das durch Eingriff in das erste Zahnrad um eine Achse parallel zu der Drehachse rotiert. Ein solches Getriebe ist besonders einfach. In a further alternative, the transmission is designed as a front transmission with a stationary about the axis of rotation fixed first gear and a second gear arranged adjacent thereto, which rotates by engagement in the first gear about an axis parallel to the axis of rotation. Such a transmission is particularly simple.

In diesem Fall ist das Profilrad bevorzugt als Höhenprofilrad ausgebildet und rotiert auf einer Achse mit dem zweiten Zahnrad. Das Stirngetriebe überträgt die Drehbewegung auf eine parallele statt einer um 90° verkippten Drehachse, und deshalb eignet sich hier nicht eine Kurvenscheibe, sondern ein Höhenprofilrad dazu, über ein gerades Führungselement die Drehbewegung des Profilrads in eine Kippbewegung der Ablenkeinheit zu übersetzen. Das Höhenprofil kann unmittelbar auf dem zweiten Zahnrad vorgegeben werden. Diese einstückige Ausführung ermöglicht den Verzicht auf ein Bauteil. In this case, the profile wheel is preferably designed as Höhenprofilrad and rotates on an axis with the second gear. The face gear transmits the rotational movement to a parallel instead of a tilted by 90 ° rotation axis, and therefore not suitable here a cam, but a height profile wheel to translate a straight guide element, the rotational movement of the profile wheel in a tilting movement of the deflection. The height profile can be specified directly on the second gear. This one-piece design eliminates the need for a component.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in: The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:

1 eine Schnittdarstellung eines Laserscanners mit einem untersetzten Getriebe zum Verkippen der Ablenkeinheit mit der Drehbewegung; 1 a sectional view of a laser scanner with a geared gearbox for tilting the deflection unit with the rotational movement;

2 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform der Kopplung von Dreh- und Kippbewegung über ein Schneckengetriebe; 2 a three-dimensional view of an embodiment of the coupling of rotational and tilting movement via a worm gear;

3 eine Ausschnittvergrößerung der 2 des Eingriffs eines Führungselemente der Ablenkeinheit und einer durch das Schneckengetriebe an die Drehbewegung angekoppelten Kurvenscheibe; 3 a section enlargement of the 2 the engagement of a guide elements of the deflection and a coupled by the worm gear to the rotary cam;

4 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform der Kopplung von Dreh- und Kippbewegung über ein Torusgetriebe; 4 a three-dimensional view of an embodiment of the coupling of rotational and tilting movement via a Torusgetriebe;

5 eine Ausschnittvergrößerung der 4 des Eingriffs eines Führungselemente der Ablenkeinheit und eines durch das Torusgetriebe an die Drehbewegung angekoppelten Höhenprofilrades; 5 a section enlargement of the 4 the engagement of a guide elements of the deflection unit and a height profile wheel coupled to the rotary movement by the toroidal transmission;

6 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform der Kopplung von Dreh- und Kippbewegung über ein Stirngetriebe; und 6 a three-dimensional view of an embodiment of the coupling of rotational and tilting movement via a face gear; and

7 eine Ausschnittvergrößerung der 6 des Eingriffs eines Führungselemente der Ablenkeinheit und einer durch das Stirngetriebe an die Drehbewegung angekoppelten Kurvenscheibe. 7 a section enlargement of the 6 the engagement of a guide elements of the deflection and a coupled by the front gear to the rotary cam.

1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Laserscanners 10. Es sind diverse andere Anordnungen der einzelnen Elemente eines optoelektronischen Sensors zur Erfassung von Objekten denkbar und von der Erfindung umfasst. Insbesondere gibt es eine Vielzahl bekannter Varianten von Laserscannern, aus denen jeweils durch entsprechende Abwandlung erfindungsgemäße Laserscanner entstehen können. Die Darstellung soll also nur beispielhaft zu verstehen sein. 1 shows a sectional view of a laser scanner 10 , Various other arrangements of the individual elements of an optoelectronic sensor for detecting objects are conceivable and encompassed by the invention. In particular, there are a multiplicity of known variants of laser scanners, from which laser scanners according to the invention can arise in each case by appropriate modification. The illustration should therefore be understood only as an example.

Ein Lichtsender 12, beispielsweise eine LED oder eine Laserdiode, sendet über eine Sendeoptik 14 einen Sendelichtstrahl oder Abtaststrahl 16 aus, der nach Ablenkung an einer Ablenkeinheit 18 aus dem Laserscanner 10 in einen Überwachungsbereich 20 austritt. Wird von dem Sendelichtstrahl 16 ein Objekt angetastet, so kehrt reflektiertes oder remittiertes Licht 22 zu dem Laserscanner 10 zurück und wird nach erneuter Ablenkung an der Ablenkeinheit 18 von einer Empfangsoptik 24 auf einen Lichtempfänger 26 gebündelt. Es ist denkbar, eine Kanaltrennung zwischen Sendepfad und Empfangspfad etwa durch einen drehfest mit der Ablenkeinheit verbundenen, nicht dargestellten Tubus um den Sendelichtstrahl 16 vorzunehmen. A light transmitter 12 , For example, an LED or a laser diode, sends via a transmission optics 14 a transmitted light beam or a scanning beam 16 out, after distraction on a deflection unit 18 from the laser scanner 10 into a surveillance area 20 exit. Is from the transmitted light beam 16 an object touched, so reflected or remitted light 22 to the laser scanner 10 back and will be after another distraction at the deflection unit 18 from a receiving optics 24 on a light receiver 26 bundled. It is conceivable, a channel separation between transmission path and reception path, for example, by a non-rotatably connected to the deflection unit, not shown tube to the transmitted light beam 16 make.

Ein Antrieb 28 versetzt die Ablenkeinheit 18 in eine Drehbewegung bezüglich einer Drehachse 30. Die jeweilige Winkelstellung wird von einem Encoder bestimmt, der beispielsweise eine Gabellichtschranke 32a und eine Strichscheibe 32b aufweist. Im Verlauf der Drehbewegung würde der Abtaststrahl 16 bei konstantem Kippwinkel zwischen Ablenkeinheit 18 und Drehachse 30 eine zu der Drehachse 30 senkrechte Abtastebene periodisch abtasten. A drive 28 displaces the deflection unit 18 in a rotational movement with respect to a rotation axis 30 , The respective angular position is determined by an encoder, for example, a fork light barrier 32a and a slotted disk 32b having. In the course of the rotational movement of the scanning would 16 at constant tilt angle between deflection unit 18 and rotation axis 30 one to the axis of rotation 30 Periodically scan the vertical scanning plane.

Die Ablenkeinheit 18 ist aber an einem Gelenkpunkt 34 wie durch einen Pfeil 36 angedeutet verkippbar gelagert, was zu einer durch einen Pfeil 38 angedeuteten Winkelabweichung des Abtaststrahls 16 führt. Somit wird anstelle einer einfachen Abtastebene ein Raumbereich mit einer Abtastkurve erfasst, die von der überlagerten Dreh- und Kippbewegung abhängt. The deflection unit 18 but is at a pivot point 34 like an arrow 36 implied tilted, resulting in an arrow 38 indicated angle deviation of the scanning beam 16 leads. Thus, instead of a simple scanning plane, a space area is detected with a scanning curve that depends on the superimposed turning and tilting movement.

Die Verkippung der Ablenkeinheit 18 wird ebenso wie die Drehbewegung vom gleichen Antrieb 28 bewirkt. Dazu wird die Drehbewegung einer Welle 40 des Antriebs 28 über ein untersetztes Getriebe 42 auf ein Profilrad 44 übertragen. Das Profilrad 44 dreht sich also wie durch einen Pfeil 46 angedeutet mit der Welle 40, jedoch entsprechend der Untersetzung langsamer. Die Drehachse des Profilrads 44 hängt von der Art des Getriebes 42 ab und kann beispielsweise senkrecht oder parallel zu der Drehachse 30 der Welle 40 liegen. Das Profilrad 44 weist eine namensgebende profilierte Geometrie auf, die dafür sorgt, dass sich ein mit dem Profil des Profilrads 44 in Eingriff stehendes Führungselement 48 wie durch einen Pfeil 50 gezeigt mit der Drehung des Profilrads 44 auf und ab bewegt. Das Führungselement 48 steht andererseits mit der Ablenkeinheit 18 in Eingriff oder ist mit ihr verbunden und bewirkt so entsprechend seiner Auf- und Abwärtsbewegung die Kippbewegung der Ablenkeinheit 18. The tilting of the deflection unit 18 as well as the rotation of the same drive 28 causes. This is the rotational movement of a shaft 40 of the drive 28 over a stocky gearbox 42 on a profile wheel 44 transfer. The profile wheel 44 So it turns like an arrow 46 indicated with the wave 40 , but slower according to the reduction ratio. The axis of rotation of the profile wheel 44 depends on the type of transmission 42 from and can, for example, perpendicular or parallel to the axis of rotation 30 the wave 40 lie. The profile wheel 44 has an eponymous profiled geometry that ensures that the profile of the profile wheel 44 engaged guide member 48 like an arrow 50 shown with the rotation of the profile wheel 44 moved up and down. The guide element 48 on the other hand, with the deflection unit 18 engaged or connected to it and thus causes in accordance with its up and down movement, the tilting movement of the deflection 18 ,

Auf diese Weise genügt ein gemeinsamer Aktor für sowohl die Dreh- als auch die Kippbewegung der Ablenkeinheit 18. Das ist wesentlich kompakter und kostengünstiger als ein prinzipiell denkbarer eigener Antrieb für das Profilrad 44. Dabei zeigt 1 Getriebe 42, Profilrad 44 und Führungselement 48 nur rein schematisch. Weiter unten werden im Zusammenhang mit den 2 bis 7 verschiedene Beispiele vorgestellt, wie dies mit konkreten mechanischen Elementen erreicht werden kann. In this way, a common actuator for both the rotational and the tilting movement of the deflection unit is sufficient 18 , This is much more compact and cost-effective than a conceivable own drive for the profile wheel 44 , It shows 1 transmission 42 , Profile wheel 44 and guide element 48 only purely schematic. Below will be related to the 2 to 7 various examples are presented, as can be achieved with concrete mechanical elements.

Die Kippbewegung ermöglicht verschiedenste Abtastmuster. In einer bevorzugten Ausführung als Mehrebenenscanner sorgt die Kippbewegung für Wechsel der Abtastebene, jeweils gefolgt von einem Intervall ohne Kippbewegung, um eine dem eingestellten Kippwinkel entsprechende Ebene abzutasten. Das Profilrad 44 wird mit jeder Umdrehung der Welle 40 entsprechend der Untersetzung des Getriebes 42 weitergedreht. Für einen 4-Lagen-Scanner beispielsweise wäre eine Untersetzung von 4:1 zu wählen. Damit dreht sich das Profilrad 44 mit jeder Umdrehung der Welle 40 um 90° weiter. Das Profil ist so ausgebildet, dass über einen Großteil dieser 90° der jeweilige Kippwinkel konstant bleibt, während der verbleibende kleinere Teil den neuen Kippwinkel für die nächste Ebene einstellt. Nach vier Umdrehungen der Welle 40 hat sich auch das Profilrad 44 einmal vollständig gedreht, und das Abtastmuster wiederholt sich. The tilting movement allows a wide variety of scanning patterns. In a preferred embodiment as a multilevel scanner, the tilting movement provides for the change of scanning plane, respectively followed by an interval without tilting movement, to scan a plane corresponding to the set tilt angle. The profile wheel 44 will with each revolution of the shaft 40 according to the reduction ratio of the gearbox 42 turned further. For a 4-layer scanner, for example, a reduction ratio of 4: 1 would have to be selected. This turns the profile wheel 44 with every turn of the shaft 40 90 ° further. The profile is designed so that over a majority of these 90 °, the respective tilt angle remains constant, while the remaining smaller part sets the new tilt angle for the next level. After four turns of the shaft 40 also has the profile wheel 44 once fully rotated, and the scanning pattern repeats.

Bei einem solchen Mehrebenenscanner gehört der Winkelbereich der Drehbewegung, in dem ein neuer Kippwinkel eingestellt wird, zu keiner Abtastebene. Andererseits haben die meisten Laserscanner ohnehin keine 360°-Erfassung, sondern einen gewissen Totbereich. Vorzugsweise wird dann der Verstellbereich des Kippwinkels in den Totbereich gelegt. So sind Abtastungen in allen Ebenen mit Scanwinkeln von 300° und mehr erreichbar. Je nach Anwendung kann der Verstellbereich auch messtechnisch genutzt und damit eine 360°-Erfassung erreicht werden. In such a multi-level scanner, the angular range of the rotational movement in which a new tilt angle is set does not belong to any scanning plane. On the other hand, most laser scanners anyway have no 360 ° detection, but a certain dead zone. Preferably, the adjustment of the tilt angle is then placed in the dead zone. This makes it possible to obtain scans in all planes with scan angles of 300 ° and more. Depending on the application, the adjustment range can also be used metrologically and thus a 360 ° detection can be achieved.

Die Kippbewegung ist selbstverständlich nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zunächst einmal lassen sich durch eine andere Untersetzung des Getriebes 42 und ein anderes Profil des Profilrads 44 wenige bis sehr viele Abtastebenen anstelle von vier Abtastebenen realisieren. Allgemein sind je nach Anforderung der Anwendung nahezu beliebige Raummuster erreichbar, etwa um gerade Scanlinien auf einer ebenen Wand zu erreichen, einen Doppelkegel helixartig abzutasten und dergleichen. Of course, the tilting motion is not limited to this example. First of all let yourself by another reduction of the transmission 42 and another profile of the profile wheel 44 realize a few to many scan planes instead of four scan planes. Generally, depending on the requirements of the application, almost any spatial pattern can be achieved, for example, to achieve straight scan lines on a flat wall, to helically scan a double cone and the like.

Durch die kontinuierliche Dreh- und Kippbewegung, die sich auch nach einer vollständigen Umdrehung des Profilrads 44 ohne besonderen Rücklauf mit einer Wiederholung fortsetzt, ergibt sich ein harmonischer, ruhiger Lauf von großer Lebensdauer. Alle Reibbewegungen können lediglich abrollend mit robusten, laufruhigen Bauteilen wie Kugellagern ausgelegt werden, beziehungsweise Kippbewegungen mittels Blattfedern. Die Kopplungen, etwa diejenige zwischen Ablenkeinheit 18, Führungselement 48 und Profilrad 44, können vorzugsweise jeweils durch Federn oder ähnliche Elemente spielfrei gehalten werden. Due to the continuous turning and tilting movement, even after a complete revolution of the profile wheel 44 continues without a special return with a repetition, results in a harmonious, quiet run of great life. All rubbing movements can be designed only rolling with robust, quiet components such as ball bearings, or tilting movements by means of leaf springs. The couplings, such as the one between the deflection unit 18 , Guide element 48 and profile wheel 44 , Preferably, each be kept free of play by springs or similar elements.

Bevor nun einige konkretisierte Ausführungsbeispiele erläutert werden, soll noch die Beschreibung des Laserscanners 10 gemäß 1 abgeschlossen werden. Eine Steuer- und Auswertungseinheit 52 ist mit dem Lichtsender 12 und dem Lichtempfänger 26 verbunden, um den Sendelichtstrahl 16 zu erzeugen und ein aus remittiertem Licht 22 in dem Lichtempfänger 26 erzeugtes Empfangssignal auszuwerten. Bei dieser Auswertung wird festgestellt, ob ein Objekt erfasst wurde. Die Steuer- und Auswertungseinheit 52 steuert außerdem den Antrieb 28 und erhält das Winkelsignal des Encoders 32a–b. Before now some concrete embodiments are explained, should still the description of the laser scanner 10 according to 1 be completed. A control and evaluation unit 52 is with the light transmitter 12 and the light receiver 26 connected to the transmitted light beam 16 to generate and a remitted light 22 in the light receiver 26 to evaluate generated received signal. This evaluation determines whether an object has been detected. The control and evaluation unit 52 also controls the drive 28 and receives the angle signal of the encoder 32a b.

Vorzugsweise nimmt die Steuer- und Auswertungseinheit 52 mit der Erfassung der Objekte auch eine Positionsbestimmung vor. Dazu werden die drei Kugelkoordinaten bestimmt. Der Abstand wird mit einem der einleitend genannten Lichtlaufzeitverfahren gemessen. Der erste Winkel bezüglich der Drehbewegung für die Erfassung eines Objekts ist von dem Encoder 32a–b unmittelbar bekannt. Den zweiten Winkel bestimmt die Steuer- und Auswertungseinheit 52 als den Kippwinkel. Der jeweils zu einer Drehstellung des Profilrads 44 gehörige Kippwinkel wird dazu 44 parametriert oder eingelernt. Da die aktuelle Drehstellung des Profilrads 44 über das Getriebe 42 direkt mit der von dem Encoder 32a–b bestimmten Drehstellung der Welle 40 zusammenhängt, kennt die Steuer- und Auswertungseinheit 52 dann auch den zweiten Winkel. Wegen der Untersetzung des Getriebes 42 muss dabei die Drehstellung der Welle 40 über mehr als eine Drehung, also beispielsweise bei einer Untersetzung von 4:1 wie für einen 4-Lagen-Scanner über 4·360° = 1440° erfasst werden. Es ist aber auch denkbar, die Drehstellung des Profilrads 44 oder die Kippstellung der Ablenkeinheit 18 mit weiteren Sensoren beziehungsweise über den Sendestrahl 16 zu bestimmen. Preferably, the control and evaluation unit takes 52 with the detection of the objects also a position determination. For this, the three spherical coordinates are determined. The distance is measured using one of the light-time methods mentioned in the introduction. The first angle with respect to the rotational movement for the detection of an object is from the encoder 32a -B immediately known. The second angle determines the control and evaluation unit 52 as the tilt angle. The each to a rotational position of the profile wheel 44 appropriate tilt angle is added 44 parameterized or taught-in. As the current rotational position of the profile wheel 44 over the transmission 42 directly with the encoder 32a -B certain rotational position of the shaft 40 is related, knows the control and evaluation unit 52 then the second angle. Because of the reduction of the gearbox 42 must be the rotational position of the shaft 40 over more than one turn, that is, for example, at a 4: 1 reduction as for a 4-layer scanner over 4 x 360 ° = 1440 °. But it is also conceivable, the rotational position of the profile wheel 44 or the tilt position of the deflection unit 18 with additional sensors or via the transmission beam 16 to determine.

Das gewünschte Ergebnis der Auswertung wird an einem Ausgang 54 bereitgestellt, sei es beispielsweise als binäres Objektfeststellungssignal insbesondere für sicherheitstechnische Anwendungen, als Objektliste mit Koordinaten der Erfassung oder als zwei- beziehungsweise dreidimensionales Rohbild. The desired result of the evaluation is at an output 54 provided, for example, as a binary object detection signal in particular for safety applications, as an object list with coordinates of the detection or as a two- or three-dimensional raw image.

Der Laserscanner 10 wird von einem Gehäuse 56 geschützt, das im Aus- und Eintrittsbereich der Lichtstrahlen 16, 22 eine Frontscheibe 58 aufweist, die für die jeweilige Wellenlänge transparent ist, also beispielsweise für sichtbares, infrarotes und/oder ultraviolettes Licht. The laser scanner 10 is from a housing 56 protected in the outgoing and incoming area of the light rays 16 . 22 a windshield 58 which is transparent to the respective wavelength, so for example, visible, infrared and / or ultraviolet light.

2 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine Ausführungsform der Kopplung von Dreh- und Kippbewegung über ein Schneckengetriebe. Im unteren Teil befindet sich der statische Teil, der nur als fester Sockel gezeigt und stellvertretend mit dem Bezugszeichen des Antriebs 28 versehen ist. Im oberen Teil ist die hier als Drehspiegel ausgebildete Ablenkeinheit 18 gezeigt, die samt einem Spiegelhalter 60 durch die im Inneren verlaufende und daher nicht sichtbare Welle 40 in Drehbewegung versetzt wird. Das Schneckengetriebe umfasst eine ruhende, am statischen Teil fixierte Schnecke 42a mit einer inneren Bohrung für die Welle 40 und ein in die Schnecke 42a eingreifendes, mit dem Spiegelhalter 60 mitbewegtes Zahnrad 42b. Das Profilrad 44 dreht sich auf einer Achse mit dem Zahnrad 42b oder ist damit ein gemeinsames Bauteil und hier als Kurvenscheibe ausgebildet. Das Führungselement 48 liegt mit einem Laufrad 62 auf dem Umfang des Profilrads 44 auf und drängt somit die Ablenkeinheit 18 je nach Radius des Profilrads 44 an der Berührungsstelle in eine definierte Kippposition bezüglich dem Gelenkpunkt 34. Gegenüber dem Zahnrad 42b weist der Spiegelhalter 60 noch ein Wuchtgewicht 64 auf, um die rotierende Masse bezüglich der Drehachse auszubalancieren. 2 shows in a three-dimensional view of an embodiment of the coupling of rotational and tilting movement via a worm gear. In the lower part is the static part, shown only as a solid base and by the reference number of the drive 28 is provided. In the upper part is designed here as a rotating mirror deflection unit 18 shown with a mirror holder 60 through the inside running and therefore not visible wave 40 is set in rotary motion. The worm gear comprises a stationary, fixed to the static part screw 42a with an inner bore for the shaft 40 and one in the snail 42a engaging, with the mirror holder 60 moving gear 42b , The profile wheel 44 turns on an axle with the gear 42b or is thus a common component and designed here as a cam. The guide element 48 lies with an impeller 62 on the circumference of the profile wheel 44 on and thus pushes the deflection unit 18 depending on the radius of the profile wheel 44 at the point of contact in a defined tilting position with respect to the hinge point 34 , Opposite the gear 42b has the mirror holder 60 another balancing weight 64 on to balance the rotating mass with respect to the axis of rotation.

3 zeigt eine Ausschnittvergrößerung der Kopplung von Profilrad 44 und Führungselement 48 gemäß 2. Durch den Eingriff des Zahnrads 42b in die Schnecke 42a wird das Profilrad 44 in eine Drehbewegung um eine Achse senkrecht zur Drehachse der Ablenkeinheit 18 versetzt. Entsprechend der Untersetzung des Getriebes dreht sich das Profilrad 44 langsamer, beispielsweise nur einmal je drei oder vier Umdrehungen der Ablenkeinheit 18. Dadurch überlagert sich der Drehbewegung der Ablenkeinheit 18 eine entsprechend verlangsamte Kippbewegung, die sich erst nach mehreren Umdrehungen wiederholt. 3 shows a section enlargement of the coupling of profile wheel 44 and guide element 48 according to 2 , Through the engagement of the gear 42b in the snail 42a becomes the profile wheel 44 in a rotational movement about an axis perpendicular to the axis of rotation of the deflection unit 18 added. According to the reduction of the gear, the profile wheel rotates 44 slower, for example, only once every three or four revolutions of the deflection unit 18 , As a result, the rotational movement of the deflection unit is superimposed 18 a correspondingly slowed tilting movement, which repeats itself after several revolutions.

Das Profilrad 44 weist bevorzugt mehrere Kreissegmente mit jeweils konstantem Radius auf. Während das Laufrad 62 auf einem solchen Teil des Profilrads 44 abläuft, wird so der Kippwinkel konstant gehalten und eine bestimmte Ebene abgetastet. Zwischen den Kreissegmenten befinden sich Bereiche mit positiver oder negativer Steigung, welche zwischen den jeweiligen konstanten Radien ausgleichen und dadurch einen neuen Kippwinkel einstellen. Die Kippbewegung und damit auch die Gesamtbewegung der Ablenkeinheit 18 kann sehr ruhig gehalten werden, indem die jeweiligen Hübe in den Verstellbereichen klein bleiben. Beispielsweise werden vier Abstastebenen mit einem Kippwinkel von jeweils 2,5° eingestellt. The profile wheel 44 preferably has a plurality of circle segments each having a constant radius. While the impeller 62 on such a part of the profile wheel 44 expires, so the tilt angle is kept constant and scanned a certain level. Between the circle segments are areas with positive or negative slope, which compensate between the respective constant radii and thereby set a new tilt angle. The tilting movement and thus also the total movement of the deflection unit 18 can be kept very quiet by the respective strokes in the adjustment areas remain small. For example, four Abstastebenen be set with a tilt angle of 2.5 °.

Um den Kippwinkel auch im Rücklauf klein zu halten, können die Abtastebenen in einer versetzten Auf- und Abwärtstreppe eingestellt werden. Dazu werden beispielsweise bei sieben Abtastebenen nacheinander die Winkel –7,5 °, –2,5°, +2,5°, +7,5°, 5°, 0°, –5° eingestellt. Auf diese Weise wird ein abschließender Rücklauf über die maximale Verkippung von 7,5° zu –7,5°, also insgesamt 15° vermieden, und kein Hub ist größer als 5°. In order to keep the tilt angle even in the return small, the scanning levels can be adjusted in an offset up and down stairs. For this purpose, for example, the angles -7.5 °, -2.5 °, + 2.5 °, + 7.5 °, 5 °, 0 °, -5 ° are set in succession at seven scanning planes. In this way, a final return over the maximum tilt of 7.5 ° to -7.5 °, thus a total of 15 ° is avoided, and no stroke is greater than 5 °.

4 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Kopplung von Dreh- und Kippbewegung über ein Torusgetriebe, und 5 ist eine zugehörige Ausschnittvergrößerung der Kopplung von Profilrad 44 und Führungselement 48 gemäß 4. Wie in der gesamten Beschreibung, bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder einander entsprechenden Merkmale. 4 shows in a three-dimensional view, another embodiment of the coupling of rotational and tilting movement via a Torusgetriebe, and 5 is an associated section enlargement of the coupling of profile wheel 44 and guide element 48 according to 4 , As throughout the description, like reference numerals designate the same or corresponding features.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 2 und 3 ist hier der fixe Teil des Getriebes 42 eine Torusscheibe 42a, die einen spiralförmigen statt eines helixartigen Zahnverlauf aufweist. Im Prinzip ist der dreidimensionale Zahnverlauf auf einem Zylindermantel einer Schnecke von oben her auf eine Kreisfläche der Torusscheibe zusammengestaucht. Ein Torusgetriebe ermöglicht eine geringere Bauhöhe und einen besonders ruhigen, eng gekoppelten Lauf. Von den unterschiedlichen Getrieben abgesehen, entsprechen sich die beiden Ausführungsformen gemäß 2 und 3 beziehungsweise gemäß 4 und 5 weitgehend. Insbesondere dreht sich das Zahnrad 42b auch bei einem Torusgetriebe um eine Achse senkrecht zu der Drehachse der Welle 44, und das Profilrad 44 ist ebenfalls eine Kurvenscheibe mit allen dazu denkbaren geometrischen Ausgestaltungen. Unlike the embodiment according to 2 and 3 Here is the fixed part of the transmission 42 a torus disk 42a which has a helical rather than a helical tooth course. In principle, the three-dimensional tooth profile on a cylinder jacket of a screw is compressed from above onto a circular surface of the torus disc. A Torusgetriebe allows a lower height and a particularly quiet, closely coupled barrel. Apart from the different gears, the two embodiments correspond according to 2 and 3 or according to 4 and 5 largely. In particular, the gear rotates 42b also at one Toroidal transmission about an axis perpendicular to the axis of rotation of the shaft 44 , and the profile wheel 44 is also a cam with all conceivable geometric configurations.

6 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Kopplung von Dreh- und Kippbewegung über ein Stirngetriebe, und 7 ist eine zugehörige Ausschnittvergrößerung der Kopplung von Profilrad 44 und Führungselement 48 gemäß 4. Erneut entspricht diese Ausführungsform weitgehend den früher beschriebenen Ausführungsformen. 6 shows in a three-dimensional view of another embodiment of the coupling of rotational and tilting movement via a front gear, and 7 is an associated section enlargement of the coupling of profile wheel 44 and guide element 48 according to 4 , Again, this embodiment largely corresponds to the earlier described embodiments.

Das Getriebe 42 ist aber in diesem Fall ein Stirngetriebe mit einem ersten Zahnrad 42a auf der Welle 40, das in 6 innen liegt, daher nicht erkennbar ist und dessen Bezugszeichen nur die Position markiert, und einem mit dem ersten Zahnrad 42a in Stirneingriff stehenden zweiten Zahnrad 42b, das die Bewegung der Ablenkeinheit 18 mitvollzieht. Aufgrund des Stirneingriffs rotiert das zweite Zahnrad 42b um eine Achse parallel zu der Drehachse 30. Deshalb ist in dieser Ausführungsform das Profilrad 44 vorzugsweise nicht als Kurvenscheibe, sondern als Höhenprofilrad ausgebildet. Das bedeutet, dass das Profil nicht durch unterschiedliche Radien am Außenumfang, sondern als Höhenprofil auf einer Fläche des Profilrads angeordnet ist. Wie in 7 leicht erkennbar, sorgt unter den geometrischen Gegebenheiten dieses Höhenprofil für die gewünschte Auf- und Abbewegung des Führungselements 48. Das Höhenprofil kann unmittelbar auf dem zweiten Zahnrad 42b ausgebildet sein, so dass kein zusätzliches Bauteil benötigt wird. The gear 42 but in this case is a spur gear with a first gear 42a on the wave 40 , this in 6 is inside, therefore, is not recognizable and its reference only marks the position, and one with the first gear 42a in prone engagement second gear 42b that the movement of the deflection unit 18 responding to excursions. Due to the abutment, the second gear rotates 42b about an axis parallel to the axis of rotation 30 , Therefore, in this embodiment, the profile wheel 44 preferably not as a cam, but designed as Höhenprofilrad. This means that the profile is not arranged by different radii on the outer circumference, but as a height profile on a surface of the profile wheel. As in 7 easily recognizable, ensures under the geometric conditions of this height profile for the desired up and down movement of the guide element 48 , The height profile can be directly on the second gear 42b be formed so that no additional component is needed.

Wie die drei Beispiele eines Schneckengetriebes, Torusgetriebes und Stirngetriebes zeigen mit Kurvenscheibe oder Höhenprofilrad, gibt es zahlreiche Möglichkeiten, die in 1 schematisch gezeigte erfindungsgemäße Konfiguration umzusetzen. Auch andere Getriebe, wie etwa Maltesergetriebe insbesondere bei langsamer Drehbewegung und damit geringer Scanfrequenz, sind möglich. As can be seen from the three examples of a worm gear, a torus transmission and a front transmission with a cam or height profile wheel, there are numerous possibilities that can be found in 1 implement schematically shown inventive configuration. Other transmissions, such as Maltese transmission in particular at slow rotational movement and thus low scanning frequency, are possible.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19741730 B4 [0004]
DE 202009012114 U1 [0006]
DE 102008032216 A1 [0007]
EP 1965225 A2 [0007]

Claims

Optoelectronic sensor ( 10 ), in particular laser scanners, for detecting objects in a surveillance area ( 20 ) with more than one scanning plane, a light emitter ( 12 ) for emitting a light beam ( 16 ), a drive ( 28 ) for generating a rotational movement, one of the drive ( 28 ) about a rotation axis ( 30 ) rotatable deflection unit ( 18 ) for the periodic deflection of the light beam ( 16 ), one to the drive ( 28 ) coupled tilting unit ( 42b . 44 ) for tilting the deflection unit ( 18 ) with the rotary movement, a light receiver ( 26 ) for generating a received signal from the light beam reflected or reflected in the surveillance area (US Pat. 22 ) as well as an evaluation unit ( 52 ), which is designed for the detection of the objects on the basis of the received signal, characterized in that the tilting unit ( 42b . 44 ) a profile wheel ( 44 ), whose profile with a guide element ( 48 ) of the deflection unit ( 18 ) engages and thus produces the tilting movement and that the profile wheel ( 44 ) by a transmission ( 42 ) to the drive ( 28 ) is coupled to the rotational movement of the drive ( 28 ) with a reduction.

Sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the profile wheel ( 44 ) is designed as a cam.

Sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the cam disc ( 44 ) has a plurality of segments, each with a constant, but between the segments of different radius and adjustment between them.

Sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the profile wheel ( 44 ) is designed as a height profile wheel.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the transmission ( 44 ) as a worm gear with a about the axis of rotation ( 30 ) arranged fixed screw ( 42a ) and one side into the snail ( 42a ) engaging gear ( 42b ) of the tilting unit ( 42b . 44 ) is trained.

Sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the transmission ( 42 ) as a torus transmission with a perpendicular to the axis of rotation ( 30 ) fixed torus wheel ( 42a ), which has a spiral tooth course on a wheel surface, and one perpendicular to the torus wheel ( 42a ) in the tooth course engaging gear ( 42b ) of the tilting unit ( 42b . 44 ) is trained.

Sensor ( 10 ) according to claim 5 or 6, wherein the profile wheel ( 44 ) is formed as a cam and on an axis with the gear ( 42b ) rotates.

Sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the transmission ( 42 ) as a face gear with a about the axis of rotation ( 30 ) arranged fixed first gear ( 42a ) and a second gear ( 42b ) formed by engagement in the first gear ( 42a ) about an axis parallel to the axis of rotation ( 30 ) rotates.

Sensor ( 10 ) according to claim 8, wherein the profile wheel ( 44 ) is designed as height profile wheel and on an axis with the second gear ( 42b ), in particular the height profile wheel and the second gear ( 42b ) are integrally formed.