DE202023101662U1 - Optoelectronic sensor - Google Patents
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Abstract
Optoelektronischer Sensor (1), insbesondere Sicherheitslaserscanner, zur fehlersicheren Erfassung und Abstandbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich (ÜB), mit
einem Lichtsender (2) zum Aussenden eines Sendelichtstrahls (2a),
einem Lichtempfänger (3) zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls (2b), der von Objekten in dem Überwachungsbereich (ÜB) remittiertem oder reflektiertem Licht gebildet ist und zum Erzeugen eines Empfangssignals, einer Auswerteeinheit (4) zum Ermitteln eines Vorhandenseins eines Objektes und eines Abstandes zu diesem in dem Überwachungsbereich (ÜB) aus dem Empfangssignal,
einem Feuchtesensor (13) zur Ermittlung der relativen Luftfeuchte (F) im Überwachungsbereich (ÜB),
einem Temperatursensor (12) zur Ermittlung der Lufttemperatur (T),
wobei die Auswerteeinheit (4) ausgebildet ist, einen vom Temperatursensor (12) bereitgestellten Lufttemperaturwert und einen vom Feuchtesensor (13) bereitgestellten relativen Luftfeuchtigkeitswert (F) aus dem Überwachungsbereich (ÜB) zu erhalten, und einen Taupunkttemperaturwert (τ) des Überwachungsbereichs (ÜB) zu berechnen und einen Vergleich zwischen dem erhaltenen Lufttemperaturwert (T) und dem berechneten Taupunkttemperaturwert (τ) durchzuführen, um daraus ein Vorhandensein von Nebel im Überwachungsbereich (ÜB) abzuleiten.
Optoelectronic sensor (1), in particular safety laser scanner, for fail-safe detection and distance determination of objects in a monitoring area (ÜB), with
a light transmitter (2) for emitting a transmitted light beam (2a),
a light receiver (3) for receiving a received light beam (2b) formed by light remitted or reflected by objects in the monitoring area (ÜB) and for generating a received signal, an evaluation unit (4) for determining the presence of an object and a distance to it in the monitoring area (ÜB) from the received signal,
a humidity sensor (13) for determining the relative humidity (F) in the monitoring area (ÜB),
a temperature sensor (12) for determining the air temperature (T),
wherein the evaluation unit (4) is designed to receive an air temperature value provided by the temperature sensor (12) and a relative air humidity value (F) provided by the humidity sensor (13) from the monitoring area (ÜB), and to calculate a dew point temperature value (τ) of the monitoring area (ÜB) and to carry out a comparison between the obtained air temperature value (T) and the calculated dew point temperature value (τ) in order to derive therefrom a presence of fog in the monitoring area (ÜB).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, insbesondere Sicherheitslaserscanner, zur Erfassung und Abstandbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich gemäß dem Anspruch 1.The present invention relates to an optoelectronic sensor, in particular a safety laser scanner, for detecting and determining the distance of objects in a monitoring area according to claim 1.
Ein optoelektronischer Sensor, insbesondere ein Laserscanner, wird in vielen Bereichen des industriellen Alltags eingesetzt und eignet sich besonders gut für Abstandmessungen, die einen großen horizontalen Winkelbereich eines Überwachungsbereiches erforderlich machen. Insbesondere wird der Laserscanner an vorzugsweise autonom fahrenden Fahrzeugen vorgesehen, um Daten bezüglich eines Überwachungsbereiches um das Fahrzeug herum an eine Steuerung des Fahrzeuges zu liefern, so dass ein kollisionsfreies Navigieren des Fahrzeuges möglich ist.An optoelectronic sensor, in particular a laser scanner, is used in many areas of everyday industrial life and is particularly well suited for distance measurements that require a large horizontal angle range of a monitoring area. In particular, the laser scanner is provided on preferably autonomously driving vehicles in order to deliver data regarding a monitoring area around the vehicle to a control system of the vehicle, so that collision-free navigation of the vehicle is possible.
Hierbei überstreicht ein von einem Lichtsender, beispielsweise Laser, erzeugter Lichtstrahl als Sendelicht periodisch den Überwachungsbereich. Der Sendelichtstrahl wird an Objekten im Überwachungsbereich remittiert und von einem Lichtempfänger empfangen. Das empfangene, im Folgenden als Empfangslicht bezeichnete Licht, wird in dem Laserscanner mittels einer Elektronik ausgewertet. Der Lichtsender und der Lichtempfänger bilden zusammen eine Signalerfassungseinheit des Laserscanners.In this case, a light beam generated by a light transmitter, such as a laser, periodically sweeps over the monitoring area as transmitted light. The transmitted light beam is remitted by objects in the monitoring area and received by a light receiver. The received light, referred to below as received light, is evaluated in the laser scanner using electronics. The light transmitter and the light receiver together form a signal detection unit of the laser scanner.
Solche Laserscanner werden in der Sicherheitstechnik zur Überwachung einer Gefahrenquelle eingesetzt, wie sie beispielsweise eine gefährliche Maschine darstellt. Ein derartiger Sicherheitslaserscanner ist aus der
Bei einem Einsatz im Außenbereich (Outdoor) stellen die Umwelteinflüsse, insbesondere Nebel, Regen und Schnee, besondere Herausforderungen für die Zuverlässigkeit und den störungsfreien Betrieb dar. Während diese Wettereinflüsse im Innenbereich bestimmungsgemäß ausgeschlossen werden können, sind sie im Außenbereich zwangsläufig vorhanden und nicht kontrollierbar, jedoch sehr relevant für den produktiven Ablauf im Logistik- oder Produktionsumfeld. Eine vollständige Wechselwirkungsfreiheit zwischen dem optischen Sensor und den Wettereinflüssen ist in aller Regel nicht mit vertretbarem Aufwand möglich.When used outdoors, environmental influences, especially fog, rain and snow, pose particular challenges for reliability and trouble-free operation. While these weather influences can be excluded indoors as intended, they are inevitably present outdoors and cannot be controlled, but are very relevant for productive processes in the logistics or production environment. Complete freedom from interaction between the optical sensor and the weather influences is generally not possible with reasonable effort.
Laserscanner für reine Automatisierungs- und Messaufgaben können Nebeleffekte weitestgehend dadurch ausblenden, dass ihre Empfindlichkeit so weit reduziert wird, dass Nebel nur in Extremfällen sehr hoher Dichte störend wird. Selbst dann gibt es allenfalls einen Ausfall von nutzbaren Messdaten, jedoch keine sicherheitsrelevante Detektion, so dass keine weiteren Maßnahmen zur Beherrschung von Nebeldämpfung vorgesehen werden müssen.Laser scanners for pure automation and measurement tasks can largely suppress fog effects by reducing their sensitivity to such an extent that fog only becomes disruptive in extreme cases of very high density. Even then, there is at most a loss of usable measurement data, but no safety-relevant detection, so no further measures to control fog attenuation need to be provided.
Dagegen gibt es bisher keine befriedigenden Konzepte für Sicherheitslaserscanner im Außenbereich und auch keine anderen Sensortechnologien, die für sich allein Daten zur sicheren Überwachung liefern. Herkömmliche Sicherheitslaserscanner sind vielmehr überwiegend im Innenbereich eingesetzt. Der Betrieb unter Einfluss von Regen und Nebel ist hier im Sicherheitskonzept ausgeschlossen. Bei sicheren Anwendungen im Außenbereich, wie dem autonomen oder teilautonomen Fahren, werden Daten verschiedener Sensoren fusioniert.In contrast, there are currently no satisfactory concepts for outdoor safety laser scanners, nor are there any other sensor technologies that provide data for secure monitoring on their own. Conventional safety laser scanners are mainly used indoors. Operation under the influence of rain and fog is excluded from the safety concept. For safe outdoor applications, such as autonomous or semi-autonomous driving, data from different sensors is merged.
Setzt man einfach einen herkömmlichen Laserscanner für den Innenbereich im Außenbereich ein, so ergibt sich bei dichtem Nebel oder starker Beeinträchtigung der Sicht nur ein Verfügbarkeitsproblem. Das Nebelecho ist ausreichend stark, der Nebel wird als sicherheitsrelevantes Objekt behandelt. Deshalb ergibt sich kein sicherheitskritischer Ausfall, sondern nur eine unnötige Abschaltung. Bei mittleren Sichtweiten besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Nebel selbst kein überschwelliges Lichtecho verursacht, aber aufgrund seiner Dämpfungswirkung die Erkennung eines sicherheitsrelevanten Objekts verhindert, weil das Objektecho zu schwach wird. Der Nebel „schluckt“ das Licht. Das ist dann sogar ein gefahrbringender Fehlerfall, da das Lichtecho nicht ausreichend stark ist, auch wenn Objekte im Schutzbereich vorhanden sein sollten. Ein sicherer Laserscanner muss für diesen Fehlerfall eine Fehlerbeherrschungsmaßnahme vorsehen.If you simply use a conventional indoor laser scanner outdoors, the only problem that arises in the event of dense fog or severely impaired visibility is availability. The fog echo is sufficiently strong and the fog is treated as a safety-relevant object. Therefore, there is no safety-critical failure, just an unnecessary shutdown. At medium visibility, however, there is also the possibility that the fog itself does not cause a suprathreshold light echo, but its damping effect prevents the detection of a safety-relevant object because the object echo is too weak. The fog "swallows" the light. This is then even a dangerous error case, as the light echo is not sufficiently strong, even if objects are present in the protection area. A safe laser scanner must provide an error control measure for this error case.
In der
Gemäß der
Die
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Einsatz eines optoelektronischen Sensors im Außenbereich zu ermöglichen.It is an object of the invention to enable the use of an optoelectronic sensor outdoors.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved according to the invention by an optoelectronic sensor having the features of claim 1.
Hierbei umfasst der optoelektronische Sensor, insbesondere Sicherheitslaserscanner, zur fehlersicheren Erfassung und Abstandbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich, einen Lichtsender zum Aussenden eines Sendelichtstrahls, einen Lichtempfänger zum Empfangen eines Empfangslichtstrahls, der von Objekten in dem Überwachungsbereich remittierten oder reflektiertem Licht gebildet ist und zum Erzeugen eines Empfangssignals, eine Auswerteeinheit zum Ermitteln eines Vorhandenseins eines Objektes und eines Abstandes zu diesem in dem Überwachungsbereich aus dem Empfangssignal, einen Feuchtesensor zur Ermittlung der relativen Luftfeuchte im Überwachungsbereich und einen Temperatursensor zur Ermittlung der Lufttemperatur im Überwachungsbereich, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, einen vom Temperatursensor bereitgestellten Lufttemperaturwert und einen vom Feuchtesensor bereitgestellten relativen Luftfeuchtigkeitswert aus dem Überwachungsbereich zu erhalten, und einen Taupunkttemperaturwert des Überwachungsbereichs zu berechnen und einen Vergleich zwischen dem erhaltenen Lufttemperaturwert und dem berechneten Taupunkttemperaturwert durchzuführen, um daraus ein Vorhandensein von Nebel im Überwachungsbereich abzuleiten.Here, the optoelectronic sensor, in particular a safety laser scanner, for the fail-safe detection and distance determination of objects in a monitoring area, comprises a light transmitter for emitting a transmitted light beam, a light receiver for receiving a received light beam formed by light remitted or reflected by objects in the monitoring area and for generating a received signal, an evaluation unit for determining the presence of an object and a distance to it in the monitoring area from the received signal, a humidity sensor for determining the relative humidity in the monitoring area and a temperature sensor for determining the air temperature in the monitoring area, wherein the evaluation unit is designed to receive an air temperature value provided by the temperature sensor and a relative air humidity value provided by the humidity sensor from the monitoring area, and to calculate a dew point temperature value of the monitoring area and to carry out a comparison between the received air temperature value and the calculated dew point temperature value in order to derive therefrom the presence of fog in the monitoring area.
Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass kritischer Nebel mit geringer Sichtweite sicher erkannt wird und ein entsprechendes Nebel-Status-Bit als Ausgangssignal für eine Schutzfeld-Überwachung oder eine Nebel-Warnung gesetzt wird. Bei erkanntem Nebel kann infolgedessen die Fahrzeug-Geschwindigkeit über eine Steuerung des autonom fahrenden Fahrzeugs reduziert und/oder das Schutzfeld entsprechend angepasst werden, so dass die Verfügbarkeit erhöht und die Detektionsfähigkeit nicht eingeschränkt wird. Die Fehlersicherheit wird erhöht, weil der oben erwähnte kritische Fehlerfall, wenn der Nebel das Sendelicht „schluckt“, als solcher erkannt wird.The advantage here is that critical fog with low visibility is reliably detected and a corresponding fog status bit is set as an output signal for protective field monitoring or a fog warning. If fog is detected, the vehicle speed can be reduced via a control of the autonomously driving vehicle and/or the protective field can be adjusted accordingly, so that availability is increased and detection capability is not restricted. The error safety is increased because the critical error case mentioned above, when the fog "swallows" the transmitted light, is recognized as such.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit ausgebildet, Ergebnisse des Vergleichs über eine definierte Zeitspanne oder über eine vorgegebene Anzahl von Messungen des optoelektronischen Sensors zu betrachten, um ein fehlerhaftes Ableiten des Vorhandenseins von Nebel auszuschließen. Durch die Auswertung über eine vorgegebene Zeitdauer ist sichergestellt, dass Nebel stets erkannt wird, um im Bedarfsfall eine Fehlerbeherrschungsmaßnahme einzuleiten.According to a preferred embodiment, the evaluation unit is designed to consider the results of the comparison over a defined period of time or over a predetermined number of measurements of the optoelectronic sensor in order to rule out incorrect deduction of the presence of fog. The evaluation over a predetermined period of time ensures that fog is always detected in order to initiate an error control measure if necessary.
Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinheit ausgebildet, eine Konfiguration des optoelektronischen Sensors entsprechend einem Ergebnis des Vergleichs anzupassen. Insbesondere ist die Auswerteeinheit ausgebildet, den Überwachungsbereich zu verändern und/oder ein Warnsignal auszugeben, wenn nach der definierten Zeitspanne und/oder nach der vorgegebenen Anzahl an Messungen der Lufttemperaturwert kleiner gleich dem Taupunkttemperaturwert ist. Hierdurch kann der Überwachungsbereich des Sensors für eine verbesserte Verfügbarkeit angepasst werden, wenn beispielsweise zwar Nebel vorhanden ist, dieser aber noch nicht zu einer Abschaltung führen muss, sondern eine Größenreduzierung des Überwachungsbereichs ausreichen würde, um den Betrieb aufrechtzuerhalten.The evaluation unit is advantageously designed to adapt a configuration of the optoelectronic sensor according to a result of the comparison. In particular, the evaluation unit is designed to change the monitoring area and/or to issue a warning signal if, after the defined period of time and/or after the specified number of measurements, the air temperature value is less than or equal to the dew point temperature value. This allows the monitoring area of the sensor to be adapted for improved availability, for example if fog is present but this does not yet have to lead to a shutdown, but a reduction in the size of the monitoring area would be sufficient to maintain operation.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit ausgebildet, eine Änderung des Überwachungsbereichs und/oder das Warnsignal aufzuheben, wenn nach der definierten Zeitspanne und/oder nach der vorgegebenen Anzahl an Messungen der Lufttemperaturwert größer als der Taupunkttemperaturwert ist. Das heißt, bei einem großen Temperaturwert kann das Vorhandensein von Nebel ausgeschlossen werden, so dass beispielsweise der Überwachungsbereich dann wieder auf die nebelfrei konfigurierte Größe eingestellt wird.Preferably, the evaluation unit is designed to cancel a change in the monitoring area and/or the warning signal if the air temperature value is greater than the dew point temperature value after the defined period of time and/or after the specified number of measurements. This means that if the temperature value is high, the presence of fog can be ruled out, so that, for example, the monitoring area is then set back to the size configured for fog-free conditions.
Weiterhin sind gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels der Temperatur- und der Luftfeuchtigkeitssensor in einem Thermo-Hygrometer vereint. Der Temperatur- und/oder der Luftfeuchtigkeitssensor oder der Thermo-Hygrometer können in dem optoelektronischen Sensor integriert sein, wobei Temperatur-/Feuchtesensor bzw. Thermo-Hygrometer dabei an das Außenklima, das in dem Überwachungsbereich herrscht, angebunden sein müssen. Dies kann zum Beispiel durch eine Luft- und Feuchte-durchlässige Membran oder ein Gitter erfolgen. Alternativ sind die Sensoren außerhalb des Laserscanners, zum Beispiel an seinem Gehäuse, angeordnet. Beide Anordnungen haben den Vorteil, dass die Umgebungssensoren zusammen mit dem Laserscanner eine kompakte Einheit bilden.Furthermore, according to an alternative embodiment, the temperature and humidity sensors are combined in a thermo-hygrometer. The temperature and/or humidity The temperature sensor or the thermo-hygrometer can be integrated into the optoelectronic sensor, whereby the temperature/humidity sensor or thermo-hygrometer must be connected to the external climate that prevails in the monitoring area. This can be done, for example, by means of an air and moisture-permeable membrane or a grid. Alternatively, the sensors are arranged outside the laser scanner, for example on its housing. Both arrangements have the advantage that the environmental sensors form a compact unit together with the laser scanner.
Wenn Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor außerhalb des Gehäuses des Laserscanners angeordnet sind, können die benötigten Temperatur- und relativen Luftfeuchtigkeitswerte eventuell in einem größeren Abstand zum Sensor erfasst werden, wodurch die Umgebungsbedingung des Sensors, insbesondere des Überwachungsbereichs, besser abgebildet werden kann.If the temperature and humidity sensors are located outside the laser scanner housing, the required temperature and relative humidity values may be able to be measured at a greater distance from the sensor, which can better reflect the environmental conditions of the sensor, especially the monitoring area.
Dann sind der Lufttemperatur- und der relative Luftfeuchtigkeitswert des Überwachungsbereichs vorteilhafterweise mittels Funksignals an die Auswerteeinheit übermittelbar. Vorzugsweise ist eine Funkantenne vorgesehen, um den Lufttemperaturwert und den relativen Luftfeuchtigkeitswert an die Auswerteeinheit zu übermitteln und zu empfangen.The air temperature and relative humidity values of the monitoring area can then advantageously be transmitted to the evaluation unit by means of a radio signal. A radio antenna is preferably provided in order to transmit and receive the air temperature value and the relative humidity value to the evaluation unit.
Der optoelektronische Sensor ist bevorzugt als Sicherheitslaserscanner, Solid-State-LIDAR Sensor, Kamera oder Lichtgitter ausgebildet.The optoelectronic sensor is preferably designed as a safety laser scanner, solid-state LIDAR sensor, camera or light grid.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.Preferred embodiments and further developments as well as further advantages of the invention can be found in the dependent claims, the following description and the drawings.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Sensors; und -
2 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des optoelektronischen Sensors.
-
1 a schematic sectional view of a preferred embodiment of an optoelectronic sensor; and -
2 a schematic sectional view of another preferred embodiment of the optoelectronic sensor.
Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 1 einen Lichtsender 2, einen Lichtempfänger 3 und eine Auswerteeinheit 4 auf. Der Lichtsender 2, der vorzugsweise in Form einer Laserdiode oder eines Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) ausgebildet ist, sendet einen Sendelichtstrahl 2a aus, der vorzugsweise periodisch amplitudenmoduliert ist oder vorzugsweise mindestens einen kurzen Lichtpuls aufweist. Der Sendelichtstrahl 2a wird über einen Umlenkspiegel 5 und eine bewegliche Ablenkeinheit 6 als ein ausgesandter Sendelichtstrahl 2a in den Überwachungsbereich ÜB gelenkt und dort von einem gegebenenfalls vorhandenen - in der
Ein Teil des ausgesandten Sendelichtstrahls 2a kehrt als einfallendes remittiertes Sendelicht 2b zum Sensor 1 zurück und wird von der beweglichen Ablenkeinheit 6 zu einer Empfangsoptik 7 umgelenkt. Von der Empfangsoptik 7 wird das remittierte Sendelicht 2b auf den Lichtempfänger 3 gebündelt, wobei der Lichtempfänger 3 beispielsweise aus mindestens einer Photodiode, Avalanche Photo Diode (APD) oder Single-Photon Avalanche Diode (SPAD) gebildet ist.A portion of the emitted transmitted
Die Ablenkeinheit 6 ist in der Regel ein Drehspiegel, der insbesondere durch Antrieb eines Motors 8 kontinuierlich rotiert. Alternativ ist kein Drehspiegel als Ablenkeinheit 6 vorgesehen, sondern die Ablenkeinheit 6 ist als rotierender Messkopf samt Lichtsender 2 und Lichtempfänger 3 ausgebildet.The
Die jeweilige Winkelstellung der Ablenkeinheit 6 wird über einen Encoder 9 erfasst. Der vom Lichtsender 2 erzeugte ausgesandte Sendelichtstrahl 2a überstreicht somit den durch die Bewegung der Ablenkeinheit 6 erzeugten Überwachungsbereich ÜB. Wird von dem Lichtempfänger 3 ein remittiertes Sendelicht 2b aus dem Überwachungsbereich ÜB empfangen, so kann aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit 6 mittels des Encoders 9 auf eine Winkellage des Objektes im Überwachungsbereich ÜB geschlossen werden. Das beschriebene Ausführungsbeispiel basiert auf einer rotierenden signalgebenden Einheit, deren ausgesandter Sendelichtstrahl 2a den Überwachungsbereich ÜB überstreicht.The respective angular position of the
Der Sensor 1 kann auch als ein sogenannter (nicht-dargestellter) Solid-State-Sensor, insbesondere Solid-State-LIDAR-Sensor, ausgebildet sein, bei dem eine Vielzahl Sendelichtstrahlen 2a in verschiedene X- und Y-Richtungen in den Überwachungsbereich ÜB gelenkt werden, die dann das Überstreichen des Überwachungsbereichs mit nur einem Sendelichtstrahl ersetzen. Das remittierte bzw. reflektierte Sendelicht 2b wird von einem als Lichtempfänger 3 ausgebildeten Bildsensor mit zahlreichen Pixeln empfangen. Die Ortsauflösung wird also durch eine Vielzahl von Lichtstrahlen erreicht. Hierdurch kann auf bewegliche Teile im Sensor 1 verzichtet werden.The sensor 1 can also be designed as a so-called (not shown) solid-state sensor, in particular a solid-state LIDAR sensor, in which a large number of transmitted
Zusätzlich wird eine Lichtlaufzeit vom Aussenden des Sendelichtstrahls 2a bis zum Empfang des remittierten Sendelichts 2b nach Reflexion an dem Objekt im Überwachungsbereich ÜB ermittelt. Dazu sind alle Lichtlaufzeitverfahren denkbar, insbesondere Phasenverfahren, Pulsverfahren oder Pulsmittelungsverfahren, wobei in Sicherheitsanwendungen vorzugsweise pulsbasierte Verfahren eingesetzt werden. Aus der Lichtlaufzeit wird unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit auf eine Entfernung des Objektes vom Sensor 1 geschlossen. Die Auswertung erfolgt in der Auswerteeinheit 4, die dafür mit dem Lichtsender 2, dem Lichtempfänger 3, dem Motor 8 und dem Encoder 9 verbunden ist.In addition, a light transit time is determined from the emission of the transmitted
Über den Winkel und die Entfernung stehen dann zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objekte im Überwachungsbereich ÜB zur Verfügung. Im Überwachungsbereich ÜB können somit beispielsweise zweidimensionale Schutzfelder definiert werden, in die unzulässige Objekte wie Bedienpersonen oder deren Körperteile nicht eingreifen dürfen. Erkennt die Auswerteeinheit 4 einen unzulässigen Schutzfeldeingriff, so wird über einen sicheren Ausgang Out (OSSD, Output Signal Switching Device) ein sicherheitsgerichtetes Abschaltsignal ausgegeben, um beispielsweise eine überwachte gefährliche Maschine, zum Beispiel das autonom fahrende Fahrzeug, anzuhalten oder in eine ungefährliche Position zu bringen. Das ist nur eine mögliche Anwendung des Sensors 1. Alternativ werden beispielsweise über den Ausgang Out Messdaten ausgegeben.Two-dimensional polar coordinates of all objects in the monitoring area ÜB are then available via the angle and distance. In the monitoring area ÜB, for example, two-dimensional protective fields can be defined into which unauthorized objects such as operators or their body parts are not allowed to intervene. If the
Alle genannten Funktionskomponenten sind in einem Gehäuse 10 angeordnet, das im Bereich des Lichtaus- und Lichteintritts ein optisches Fenster 11 aufweist. Das optische Fenster 11 ist bei einem Laserscanner häufig, aber nicht zwingend als Rotationskörper ausgebildet und muss sich auch nicht unbedingt über 360° erstrecken, so dass dann ein gewisser Winkelbereich als Totzone verbleibt. Abweichend von
Die Auswerteeinheit 4 ist ausgebildet, einen Lufttemperatur- und einen relativen Luftfeuchtigkeitswert T und F des Überwachungsbereichs ÜB zu erhalten. Der Lufttemperatur- und der relative Luftfeuchtigkeitswert T und F des Überwachungsbereichs ÜB sind durch einen Temperatursensor 12 und einen Luftfeuchtigkeitssensor 13 oder ein Thermo-Hygrometer 14 erfassbar, wobei der Temperatursensor 12 und der Luftfeuchtigkeitssensor 13 oder das Thermo-Hygrometer 14 die erfassten Lufttemperatur- T und relativen Luftfeuchtigkeitswerte F an die Auswerteeinheit 4 übermitteln.The
Aus den erhaltenen Lufttemperaturwerten T und relativen Luftfeuchtigkeitswerten F berechnet die Auswerteeinheit 4 einen im Überwachungsbereich ÜB vorherrschenden Taupunkttemperaturwert τ. Die Auswerteeinheit 4 führt einen Vergleich zwischen dem erhaltenen Lufttemperaturwert T und dem berechneten Taupunkttemperaturwert τ durch. Aus dem Vergleich leitet die Auswerteeinheit 4 ein Vorhandensein von Nebel im Überwachungsbereich ÜB ab. Das heißt, wenn der im Überwachungsbereich ÜB erfasste Lufttemperaturwert T unterhalb des errechneten Taupunkttemperaturwerts τ liegt, wird dies als Nebelerkennung in der Auswerteeinheit 4 bewertet und das Vorhandensein von Nebel im Überwachungsbereich ÜB als geeignetes Signal ausgegeben. Ist der erfasste Lufttemperaturwert T größer als der errechnete Taupunkttemperaturwert τ, liegt kein Nebel im Überwachungsbereich ÜB vor.From the obtained air temperature values T and relative air humidity values F, the
Ist ein Vorhandensein von Nebel im Überwachungsbereich ÜB abgeleitet, weil der Taupunkttemperaturwert τ unterschritten ist, ist die Auswerteeinheit 4 ausgebildet, beispielsweise ein Warnsignal für vorhandenen Nebel für alle Schutzfelder auszugeben. Zusätzlich oder alternativ kann die Geschwindigkeit des autonom fahrenden (nicht dargestellten) Fahrzeugs reduziert werden. Hierbei ist die Auswerteeinheit 4 insbesondere ausgebildet, eine Konfiguration des optoelektronischen Sensors 1 entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs anzupassen, indem beispielsweise die Schutzfelder entsprechend des Vorhandenseins von Nebel verkleinert werden. Bei autonom fahrenden Fahrzeugen wäre dies typischerweise eine Verkleinerung der Überwachungsbereichsgrenze auf zum Beispiel kleiner oder gleich 2 m. Hierdurch ist die sichere Abtastung des Überwachungsbereichs ÜB durch den Sensor 1 und die Verfügbarkeit des Sensors 1 verbessert, da die Auswirkung der Signaldämpfung durch den Nebel auf das Empfangslicht 2b erkannt wird und durch die entsprechenden Maßnahmen, wie Verlagerung der Überwachungsbereichsgrenze, ein komplettes Abschalten verhindert werden kann.If the presence of fog in the monitoring area ÜB is inferred because the dew point temperature value τ is undershot, the
Da Nebel grundsätzlich ein träges Wetter-Phänomen ist, ist die Auswerteeinheit 4 vorteilhafterweise ausgebildet, Ergebnisse des Vergleichs über eine definierte Zeitspanne oder über eine vorgegebene Anzahl von Messungen des optoelektronischen Sensors 1 zu betrachten, um ein fehlerhaftes Ableiten des Vorhandenseins von Nebel auszuschließen. Mit anderen Worten, die Auswerteeinheit 4 umfasst insbesondere einen auf eine Zeitdauer eingestellten Tiefpass-Filter, mit dem eine Temperaturdifferenz zwischen dem erhaltenen Lufttemperaturwert T und dem errechneten Taupunkttemperaturwert τ über die definierte Zeitspanne von beispielsweise größer gleich eine Sekunde betrachtet wird. Ist in dieser gesamten Zeitspanne der Lufttemperaturwert T bei dem erfassten relativen Luftfeuchtigkeitswert F niedriger als der errechnete Taupunkttemperaturwert τ, dann kann die Auswerteinheit 4 mit hoher Sicherheit auf das Vorhandensein von Nebel schließen.Since fog is basically a slow weather phenomenon, the
Alternativ hierzu, kann der Tiefpass-Filter auch derart eingestellt sein, dass der Vergleich über eine vorgegebene Anzahl an Messungen des Sensors 1 betrachtet wird. Wenn der Lufttemperaturwert T beispielsweise über 100 Messungen des Sensors 1 oder beispielsweise über 100 von 200 Messungen des Sensors 1 im Durchschnitt unterhalb des errechneten Taupunkttemperaturwerts τ liegt, dann kann die Auswerteeinheit 4 mit Sicherheit auf das Vorhandensein von Nebel im Überwachungsbereich ÜB schließen. Dies hat den Vorteil, dass bei einer kurzzeitigen fehlerhaften Bestimmung eines Nicht-Vorhandenseins von Nebel der Sensor 1 trotzdem sichere Schutzfelder für den Überwachungsbereich ÜB vorsehen kann.Alternatively, the low-pass filter can also be set in such a way that the comparison is considered over a predetermined number of measurements from sensor 1. If the air temperature value T is, for example, below the calculated dew point temperature value τ over 100 measurements from sensor 1 or, for example, over 100 of 200 measurements from sensor 1, on average, then the
Vorteilhafterweise sind der Temperatursensor 12 und der Luftfeuchtigkeitssensor 13 an dem Sensor 1 vorgesehen, wobei der Temperatursensor 12 den Lufttemperaturwert T und der Luftfeuchtigkeitssensor 13 den relativen Luftfeuchtigkeitswert F des Überwachungsbereichs ÜB erfasst und an die Auswerteeinheit 4 übermittelt. Insbesondere können der Temperatursensor 12 und der Luftfeuchtigkeitssensor 13 in dem Sensor 1 integriert angeordnet sein. Hierbei sind der Temperatursensor 12 und der Luftfeuchtigkeitssensor 13 durch eine (nicht dargestellte) Membrane mit dem Überwachungsbereich ÜB in Kontakt, wobei die Membrane semipermeabel ausgebildet ist, um Wasser am Eindringen in den optoelektronischen Sensor 1 zu hindern. Alternativ zu einer Membrane wäre auch ein mechanisches Gitter zum Schutz von Temperatur- und Feuchte im Sensor denkbar. Ebenso können in einer Alternative diese Sensoren ungeschützt am Außengehäuse liegen. Über Verbindungsdrähte, die in das Gehäuseinnere abgedichtet geführt sind, können die Sensoren ausgelesen werden.The temperature sensor 12 and the humidity sensor 13 are advantageously provided on the sensor 1, with the temperature sensor 12 recording the air temperature value T and the humidity sensor 13 recording the relative humidity value F of the monitoring area ÜB and transmitting it to the
Der Temperatur- 12 und der Luftfeuchtigkeitssensor 13 können, wie in
Der Thermo-Hygrometer 14 kann vorzugsweise auch am optoelektronischen Sensor 1 angeordnet und mittels einer elektrischen Leitung mit der Auswerteeinheit 4 verbunden sein.The thermo-
Ferner ist der optoelektronische Sensor 1 mit einem zusätzlichen Sensor, wie beispielsweise einem Drucksensor oder einem optischen Sensor zur Bestimmung einer Sichtweite, verbindbar, so dass das abgeleitete Ergebnis des optoelektronischen Sensors 1 unter Berücksichtigung eines Messergebnisses des zusätzlichen Sensors verifiziert bzw. auf Plausibilität geprüft werden kann. Hierdurch ist die Nebelerkennung des optoelektronischen Sensors 1 noch sicherer und genauer.Furthermore, the optoelectronic sensor 1 can be connected to an additional sensor, such as a pressure sensor or an optical sensor for determining visibility, so that the derived result of the optoelectronic sensor 1 can be verified or checked for plausibility taking into account a measurement result of the additional sensor. This makes the fog detection of the optoelectronic sensor 1 even more reliable and precise.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- optoelektronischer Sensoroptoelectronic sensor
- 22
- LichtsenderLight transmitter
- 2a2a
- SendelichtstrahlTransmitted light beam
- 2b2 B
- Empfangslicht bzw. remittiertes SendelichtReceived light or remitted transmitted light
- 33
- LichtempfängerLight receiver
- 44
- AuswerteeinheitEvaluation unit
- 55
- UmlenkspiegelDeflecting mirror
- 66
- bewegliche Ablenkeinheitmovable deflection unit
- 77
- EmpfangsoptikReception optics
- 88th
- Motorengine
- 99
- EncoderEncoders
- 1010
- GehäuseHousing
- 1111
- optisches Fensteroptical window
- 1212
- TemperatursensorTemperature sensor
- 1313
- relativer Luftfeuchtigkeitssensorrelative humidity sensor
- 1414
- Thermo-HygrometerThermo-hygrometer
- 14a14a
- FunksignalRadio signal
- 1515
- Funkantenne Radio antenna
- FF
- relativer Luftfeuchtigkeitswertrelative humidity value
- TT
- LufttemperaturwertAir temperature value
- ττ
- TaupunkttemperaturwertDew point temperature value
- OutOut
- sicherer Ausgangsafe exit
- ÜBÜB
- ÜberwachungsbereichMonitoring area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4340756 A1 [0004]DE 4340756 A1 [0004]
- EP 2541273 A1 [0009]EP 2541273 A1 [0009]
- EP 1980871 B1 [0010]EP1980871B1 [0010]
- EP 3588139 B1 [0011]EP 3588139 B1 [0011]
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP3588139B1 (en) | 2018-06-26 | 2020-06-03 | Sick Ag | Optoelectronic sensor and distance measurement method |
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2023
- 2023-03-31 DE DE202023101662.6U patent/DE202023101662U1/en active Active
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |