DE202018103258U1

DE202018103258U1 - Optical sensor for detecting objects

Info

Publication number: DE202018103258U1
Application number: DE202018103258.5U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2028-06-12

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (20), der eine um eine Drehachse (18) bewegliche Abtasteinheit (12) mit mindestens einem Abtastmodul (22) zur Abtastung des Überwachungsbereichs (22) im Verlauf der Bewegung der Abtasteinheit (12) um die Drehachse (18) und zum Erzeugen von entsprechenden Empfangssignalen sowie eine Auswertungseinheit (46) zur Gewinnung von Informationen über die Objekte aus den Empfangssignalen aufweist, wobei das Abtastmodul (22) mindestens einen Lichtsender (24) zum Aussenden eines Lichtstrahls (28) oder mehrerer voneinander separierter Lichtstrahlen (28) und mindestens einen Lichtempfänger (34) zum Erzeugen der Empfangssignale aus den von Objekten remittierten Lichtstrahlen (30) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastmodul (22) eine Verstelleinheit (38, 42) aufweist, mittels derer das Abtastmodul (22) dynamisch innerhalb der Drehbewegung um einen Kippwinkel (β) verkippbar und/oder um einem Drehwinkel (γ) verdrehbar ist.

Optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (20) comprising a scanning unit (12) movable about a rotation axis (18) with at least one scanning module (22) for scanning the surveillance area (22) in the course of Movement of the scanning unit (12) about the axis of rotation (18) and generating corresponding received signals and an evaluation unit (46) for obtaining information about the objects from the received signals, wherein the scanning module (22) at least one light emitter (24) for emitting a light beam (28) or a plurality of light beams (28) separated from each other and at least one light receiver (34) for generating the received signals from the light beams (30) remitted by objects, characterized in that the scanning module (22) comprises an adjusting unit (38, 42 ), by means of which the scanning module (22) can be tilted dynamically within the rotational movement by a tilt angle (β) and / or by a rotation angle (γ) is rotatable.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischer Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area according to the preamble of claim 1.

Viele optoelektronische Sensoren arbeiten nach dem Tastprinzip, bei dem ein Lichtstrahl in den Überwachungsbereich ausgesandt und der von Objekten zurückgeworfene Lichtstrahl wieder empfangen wird, um dann das Empfangssignal elektronisch auszuwerten. Dabei wird oft die Lichtlaufzeit mit einem bekannten Phasen- oder Pulsverfahren gemessen, um den Abstand eines angetasteten Objekts zu bestimmen.Many optoelectronic sensors work according to the scanning principle in which a light beam is emitted into the surveillance area and the light beam reflected by objects is received again, in order then to electronically evaluate the received signal. In this case, the light transit time is often measured by a known phase or pulse method in order to determine the distance of a touched object.

Um den Messbereich eines einstrahligen Lichttasters zu erweitern, kann der Abtaststrahl bewegt werden, wie dies in einem Laserscanner geschieht. Dort überstreicht ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe eines Drehspiegels periodisch den Überwachungsbereich. Zusätzlich zu der gemessenen Abstandsinformation wird aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit auf die Winkellage des Objektes geschlossen, und damit ist der Ort eines Objektes in dem Überwachungsbereich in zweidimensionalen Polarkoordinaten erfasst. Es ist auch bekannt, den Drehspiegel zu verkippen, um die Abtastebene zu wechseln oder einen dreidimensionalen Bereich abzutasten. Die EP 1 965 225 A2 oder auch die DE 10 2014 100 245 B3 offenbaren hierfür eine Reihe von möglichen Mechanismen. Manche Laserscanner verwenden anstelle eines Drehspiegels einen rotierenden Messkopf mit Lichtsendern und Lichtempfängern, wie beispielsweise in DE 197 57 849 B4 .To extend the measuring range of a single-beam light sensor, the scanning beam can be moved, as is done in a laser scanner. There, a light beam generated by a laser periodically sweeps over the monitoring area by means of a rotating mirror. In addition to the measured distance information, it is concluded from the angular position of the deflection unit on the angular position of the object, and thus the location of an object in the monitoring area in two-dimensional polar coordinates is detected. It is also known to tilt the rotating mirror to change the scanning plane or to scan a three-dimensional area. The EP 1 965 225 A2 or even the DE 10 2014 100 245 B3 reveal a number of possible mechanisms for this. Some laser scanners use, instead of a rotating mirror, a rotating measuring head with light emitters and light receivers, such as in DE 197 57 849 B4 ,

Um zusätzliche Messinformation zu erhalten, werden zum Teil Mehrlagenscanner mit mehreren Abtaststrahlen verwendet. Ein Anwendungsbeispiel ist die Steuerung autonomer Flurförderfahrzeuge, die bei der Fahrt durch Hochregallager oder Produktionsflächen zuverlässig Hindernisse wie Stufen, Regale oder Personen erkennen und verfolgen müssen. Um hier Detektionslücken zwischen den einzelnen Lagen oder Abtastebenen zu schließen, kann die Anzahl der Lagen erhöht werden, aber das bedarf komplexerer Geräte und lässt die zu verarbeitende Datenrate ansteigen. Ein weiteres Problem in der Produktion mehrlagiger Systeme ist der Ausgleich von Justagetoleranzen beziehungsweise der Verlust an Genauigkeit durch Justagetoleranzen oder Drehzahlschwankung.In order to obtain additional measurement information, multi-layer scanners with multiple scanning beams are sometimes used. An example of an application is the control of autonomous industrial trucks that must reliably detect and track obstacles such as steps, shelves or people when driving through high-bay warehouses or production areas. In order to close detection gaps between the individual layers or scanning planes, the number of layers can be increased, but this requires more complex devices and increases the data rate to be processed. Another problem in the production of multilayer systems is the compensation of adjustment tolerances or the loss of accuracy due to adjustment tolerances or speed fluctuation.

In der US 8 767 190 B2 ist für jede Abtastebene ein eigener Lichtsender und Lichtempfänger vorgesehen. Damit besteht dann prinzipiell die Möglichkeit, jede einzelne Abtastebene wie gewünscht einzujustieren. Das kostet aber nicht nur einen enormen Aufwand für die Bauteile und die jeweilige individuelle Justage. Die Abtastebenen sind nur statisch ausrichtbar und können im Nachhinein nicht korrigiert werden. Die Flexibilität ist dadurch deutlich eingeschränkt. Verzug durch die Fixierung der Abtastebenen, etwa Klebung der eingestellten Justage, oder Verzug durch Drehzahl muss toleriert werden.In the US 8 767 190 B2 a separate light transmitter and light receiver is provided for each scanning plane. In principle, this makes it possible to adjust each individual scanning plane as desired. But this not only costs an enormous effort for the components and the respective individual adjustment. The scan planes are only statically alignable and can not be corrected afterwards. Flexibility is thus significantly reduced. Distortion due to the fixation of the scanning planes, such as gluing the adjusted adjustment, or distortion due to speed must be tolerated.

In der EP 2 863 176 A2 wird eine rotierende Plattform beschrieben, auf der verschiedene Erfassungsmodule rotieren können. Eine Ausführungsform mit Erfassungsmodulen für optoelektronische Abstandsmessung verwendet lediglich zwei Module mit jeweils einem Abtaststrahl in starrer Ausrichtung auf dieselbe Abtastebene für eine zweikanalige, redundante Messwerterfassung. In einer anderen Ausführungsform werden mehrere abstandsmessende Erfassungsmodule ungefähr in Richtung der Drehachse ausgerichtet und dabei gegeneinander verkippt, aber ebenfalls starr. Somit geben die Erfassungsmodule und deren in der Produktion fixierte Ausrichtung die Konfiguration vor. Eine anwendungsspezifische, flexible Anpassung ist nicht möglich.In the EP 2 863 176 A2 describes a rotating platform on which different acquisition modules can rotate. An embodiment with optoelectronic distance measurement detection modules uses only two modules, each with a scanning beam in a rigid orientation on the same scanning plane for a two-channel, redundant data acquisition. In another embodiment, a plurality of distance-measuring detection modules are aligned approximately in the direction of the axis of rotation and thereby tilted against each other, but also rigid. Thus, the acquisition modules and their production-fixed orientation dictate the configuration. An application-specific, flexible adaptation is not possible.

Die DE 10 2004 014 041 A1 befasst sich mit einem Sensorsystem zur Hinderniserkennung nach Art eines Laserscanners, das eine Laserzeile und eine Reihe von Fotodioden verwendet. Derartige Reihenanordnungen haben den mehrfach genannten Nachteil, dass sie fixe, hier zudem zwingend äquidistante Abstände der Abtastebenen festlegen. In einer Ausführungsform der DE 10 2004 014 041 A1 sind drei Abtastsysteme um jeweils 120° in Drehrichtung gegeneinander versetzt angeordnet, deren Elevationswinkel einmal pro Umlauf durch einen Hubmotor variiert wird. So wird ein Elevationswinkelbereich unter den Abtastsystemen aufgeteilt. Das genannte Zahlenbeispiel sieht vor, dass die drei Abtastsysteme zunächst die Elevationswinkelbereiche {12°, 18°}, {0°, 6°}, {-12°, -6°} und dann nach Umschaltung nach einer Umdrehung die Elevationswinkelbereiche {6°, 12°}, {-6°, 0°}, {-18°, -12°} abdecken. Letztlich wird so eine dichte Schar von Abtastebenen im Elevationswinkelbereich {-18°, 18°} erzeugt, aber keine flexible Anpassung.The DE 10 2004 014 041 A1 deals with a laser scanner obstacle detection sensor system that uses a laser line and a series of photodiodes. Such series arrangements have the disadvantage mentioned several times that they define fixed, here also necessarily equidistant, distances of the scanning planes. In one embodiment of the DE 10 2004 014 041 A1 are three scanning systems offset by 120 ° in the direction of rotation offset from each other, the elevation angle is varied once per revolution by a lifting motor. Thus, an elevation angle range is divided among the scanning systems. The mentioned numerical example provides that the three scanning systems first the elevation angle ranges {12 °, 18 °}, {0 °, 6 °}, {-12 °, -6 °} and then after switching after one revolution the elevation angle ranges {6 ° , 12 °}, {-6 °, 0 °}, {-18 °, -12 °}. Ultimately, this creates a dense group of scanning planes in the elevation angle range {-18 °, 18 °}, but no flexible adaptation.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Abtastung mit einem gattungsgemäßen Sensor zu verbessern.It is therefore an object of the invention to improve the sampling with a generic sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischer Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach Anspruch 1 beziehungsweise 12 gelöst. Der Sensor weist mindestens ein Abtastmodul und vorzugsweise mehrere Abtastmodule auf. Ein Abtastmodul erzeugt und empfängt jeweils mindestens einen Lichtstrahl und weist dafür mindestens einen Lichtsender und mindestens einen Lichtempfänger auf. Sofern ein Abtastmodul mehrstrahlig ist, so sind die mehreren Lichtstrahlen nicht als Strahlen im Sinne der Strahlenoptik innerhalb eines größeren Lichtbündels zu verstehen, sondern als voneinander separierte Lichtbündel und somit vereinzelte Abtaststrahlen, die im Überwachungsbereich beim Auftreffen auf ein Objekt entsprechend vereinzelte, voneinander beabstandete Lichtflecken erzeugen. Die Abtastmodule sind in einer um eine Drehachse rotierenden oder zumindest schwenkbaren Abtasteinheit untergebracht, so dass die Lichtstrahlen den Überwachungsbereich im Verlauf der Bewegung abtasten. Eine Auswertungseinheit gewinnt aus den Empfangssignalen der Lichtempfänger Informationen über die Objekte an den jeweils mit den Lichtstrahlen angetasteten Punkten des Überwachungsbereichs.This object is achieved by an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area according to claim 1 and 12 solved. The sensor has at least one scanning module and preferably several scanning modules. A scanning module generates and receives in each case at least one light beam and has for this purpose at least one light transmitter and at least one light receiver. If a scanning module is multi-beam, so are the multiple light beams not to be understood as rays within the meaning of the ray optics within a larger light beam, but as separated light beam and thus scattered scanning rays that produce in the monitoring area when hitting an object according to individual, spaced-apart light spots. The scanning modules are accommodated in a scanning unit rotating about an axis of rotation or at least pivotable so that the light beams scan the monitoring area in the course of the movement. An evaluation unit obtains information about the objects from the reception signals of the light receivers at the points of the surveillance area which are in each case touched by the light beams.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass mindestens eines der Abtastmodule eine Verstelleinheit aufweist, vorzugsweise alle, und dass durch dynamisches Verkippen der Elevationswinkel variiert wird. Die Lichtstrahlen tasten daher den Überwachungsbereich mit einem Abtastmuster ab, das aus der Überlagerung der Bewegung der Abtasteinheit um die Drehachse und der dynamischen Verkippung der Abtastmodule entsteht. Anstelle einer Verkippung oder zusätzlich dazu ist bei mehrstrahligen Abtastmodulen auch ein Verdrehen um deren Hauptblickrichtung denkbar. Dadurch rücken die mehreren Lichtstrahlen des Abtastmoduls in Elevation näher zusammen oder entfernen sich voneinander. Für ein einstrahliges Abtastmodul ist ein Verdrehen allenfalls sinnvoll, wenn der Drehpunkt exzentrisch liegt. Die Verstelleinheit ist vorzugsweise in der Lage, einzeln auf die Abtastmodule einzuwirken, wobei eine gekoppelte Verstellung für mehrere oder sogar alle Abtastmodule zunächst nicht ausgeschlossen wird.The invention is based on the basic concept that at least one of the scanning modules has an adjusting unit, preferably all, and that the elevation angle is varied by means of dynamic tilting. The light beams therefore scan the monitoring area with a scanning pattern resulting from the superposition of the movement of the scanning unit about the axis of rotation and the dynamic tilting of the scanning modules. Instead of tilting or in addition, in the case of multi-beam scanning modules, twisting about the main direction of view is also conceivable. As a result, the plurality of light beams of the scanning module move closer in elevation or move away from each other. For a single-beam scanning module twisting is at best useful if the fulcrum is eccentric. The adjustment unit is preferably able to act individually on the Abtastmodule, with a coupled adjustment for several or even all scanning modules is not initially excluded.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine hochflexible Einstellung und Veränderung der abgetasteten Bereiche ermöglicht wird. So können auch unterschiedliche Anforderungen wie eine breite Abtastung des dreidimensionalen Raumes und eine schnelle Abtastung insbesondere von Teilbereichen erfüllt werden. Die Abtastung kann insbesondere stetig für einzelne Abtastmodule mit separatem Bewegungsprofil nachgeführt werden. Je nach aktuellem Bedarf an Messdaten lassen sich die passenden Abtastmuster mit hoher Variabilität wählen. So wird auch mit wenigen Abtastmodulen beziehungsweise Lichtstrahlen eine dreidimensionale Raumabtastung in der von der Anwendung benötigten Form möglich. Die Verstellung des Kippwinkels beziehungsweise Drehwinkels kann auch Justagetoleranzen durch entsprechende Ansteuerung ausgleichen, also mittels einer flexiblen Softwarenachstellung anstelle einer fixen Hardwareanpassung. Auf dem gleichen Weg erfolgt bei Bedarf eine Korrekturnachstellung der Ausrichtungen und Abtastmuster bei unterschiedlichen Motordrehzahlen. Die erforderliche genaue Ausrichtung kann eingelernt werden. Das variable Design reduziert die Variantenvielfalt, weil die Flexibilität in der Einstellung zahlreiche Hardwarekonfigurationen ersetzt.The invention has the advantage that a highly flexible adjustment and modification of the scanned areas is made possible. Thus, also different requirements, such as a wide scan of the three-dimensional space and a fast scan, in particular of partial areas, can be fulfilled. The scanning can be updated in particular continuously for individual scanning modules with a separate motion profile. Depending on the current need for measurement data, the appropriate scanning patterns can be selected with high variability. Thus, even with a few scanning modules or light beams, a three-dimensional space scanning in the form required by the application becomes possible. The adjustment of the tilt angle or angle of rotation can also compensate adjustment tolerances by appropriate control, ie by means of a flexible software re-adjustment instead of a fixed hardware adaptation. If necessary, a correction of the alignments and scanning patterns at different engine speeds takes place in the same way. The required exact alignment can be learned. The variable design reduces the variety of variants because the flexibility in the setting replaces numerous hardware configurations.

Die Verstelleinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das Abtastmodul periodisch zwischen zwei Kipp- oder Elevationswinkeln hin und her zu verkippen. Es entsteht eine Art Schwingbewegung, die sich mit der ebenfalls periodischen Bewegung der Abtasteinheit überlagert. Über Phase, Frequenz und Amplitude der periodischen Verkippung des Abtastmusters wird das gewünschte 3D-Abtastmuster eingestellt.The adjustment unit is preferably designed to tilt the scanning module periodically between two tilt or elevation angles back and forth. The result is a kind of oscillatory movement, which overlaps with the likewise periodic movement of the scanning unit. The desired 3D scanning pattern is set via the phase, frequency and amplitude of the periodic tilting of the scanning pattern.

Die Verstelleinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das Abtastmodul periodisch zwischen zwei Drehwinkeln beziehungsweise Drehstellungen hin und her zu verdrehen. Damit wird alternativ oder zusätzlich zu einem Verkippen eines Abtastmoduls dessen Verdrehen um die Hauptblickrichtung zum Einstellen des 3D-Abtastmusters genutzt.The adjustment unit is preferably designed to rotate the scanning module periodically between two angles of rotation or rotational positions back and forth. Thus, as an alternative or in addition to a tilting of a scanning module, its rotation about the main viewing direction is used for setting the 3D scanning pattern.

Die Verstelleinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, den Kippwinkel und/oder den Drehwinkel des Abtastmoduls mit festem Bezug zur Drehbewegung der Abtasteinheit einzustellen. Damit wird ein wohldefiniertes 3D-Abtastmuster erzeugt. Durch vorteilhafte Synchronisation beispielsweise einmal je Umdrehung lässt sich sicherstellen, dass es keine unerwarteten Abweichungen gibt. Die Abtastmodule können einen gemeinsamen oder individuellen Frequenz- und/oder Phasenversatz zu der Drehbewegung der Abtasteinheit aufweisen, um zusätzliche Freiheitsgrade für das Abtastmuster zu schaffen. The adjustment unit is preferably designed to set the tilt angle and / or the rotation angle of the scanning module with a fixed reference to the rotational movement of the scanning unit. This creates a well-defined 3D scan pattern. By advantageous synchronization, for example once per revolution can be sure that there are no unexpected deviations. The scanning modules may have a common or individual frequency and / or phase offset to the rotational motion of the scanning unit to provide additional degrees of freedom to the scanning pattern.

Die Verstelleinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, einen Kipp- und/oder Drehwinkel beziehungsweise eine Kipp- und/oder Drehstellung zu halten. Damit wird eine Abtastebene zumindest für eine gewisse Zeit festgelegt, d.h. für das in seiner Kipp- und/oder Drehstellung gehaltene Abtastmodul auf ein 3D-Abtastmuster zugunsten einer erhöhten Scanfrequenz beziehungsweise zeitlich höher aufgelösten Erfassung dieser Abtastebene verzichtet. Es ist auch möglich, dass mehrere Lichtstrahlen im selben Elevationswinkel gehalten werden, was in einer redundanten oder noch höher zeitlich aufgelösten Abtastung der betreffenden Abtastebenen resultiert.The adjusting unit is preferably designed to hold a tilting and / or rotational angle or a tilting and / or rotational position. Thus, a scanning plane is determined at least for a certain time, i. omitted for the scanning module held in its tilt and / or rotational position on a 3D scanning pattern in favor of an increased scanning frequency or temporally higher resolution detection of this scanning plane. It is also possible for a plurality of light beams to be kept at the same elevation angle, resulting in redundant or even higher temporal resolution scanning of the respective scan planes.

Die Verstelleinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, den Kippwinkelbereich und/oder den Drehwinkelbereich dynamisch auf einen interessierenden Bereich einzuschränken. Dazu wird der Kippwinkel- beziehungsweise Drehwinkelbereich gezielt reduziert und damit ein kleineres 3D-Abtastmuster eingestellt, bis hin zum Anhalten auf einer bestimmten Abtastebene. Beispielsweise werden die Kipp- beziehungsweise Drehwinkel an eine Fahrtgeschwindigkeit angepasst, oder auf einen Bereich eingeschränkt, der für die Anwendung relevant ist, etwa ein Bodenblickwinkel nur in Fahrtrichtung. Die Beschränkung auf einen interessierenden Bereich ist im gesamten Bereich zwischen einer maximalen Fächerung der Abtastung bis hin zur Ausrichtung sämtlicher Lichtstrahlen auf dieselbe Abtastebene denkbar.The adjustment unit is preferably designed to dynamically restrict the tilt angle range and / or the rotation angle range to a region of interest. For this purpose, the tilting angle or rotation angle range is purposefully reduced and thus a smaller 3D scanning pattern is set, up to stopping at a specific scanning level. For example, the tilt or rotation angles are adapted to a driving speed, or limited to an area that is relevant for the application, such as a floor viewing angle only in the direction of travel. The restriction to an area of interest is in the The entire range between a maximum fan-out of the scan up to the alignment of all light beams on the same scanning plane conceivable.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, der Verstelleinheit einen interessierenden Bereich aufgrund von Messdaten vorzugeben. In dieser Ausführungsform erfolgt die Auswahl eines interessierenden Bereichs nicht nur anwendungsspezifisch, sondern sogar dynamisch auf Basis der eigenen Messung. Wird beispielsweise in einer anfänglich noch aufgefächerten Abtastung etwas erfasst, so kann dann ganz gezielt die entsprechende Umgebung genauer abgetastet oder sogar ein Objekt verfolgt werden (Objekttracking).The evaluation unit is preferably configured to predefine an area of interest for the adjustment unit on the basis of measured data. In this embodiment, the selection of a region of interest is not only application-specific but even dynamic based on the own measurement. If, for example, something is recorded in an initially fanned-out scan, the corresponding environment can then be more accurately scanned or even an object can be tracked (object tracking).

Die Verstelleinheit weist vorzugsweise einen Aktor auf, welcher das Abtastmodul entsprechend dem einzustellenden Kippwinkel gegen eine Lagerung radial nach außen drückt. Damit kann durch einen einfachen linearen Aktor das Abtastmodul verkippt werden.The adjusting unit preferably has an actuator, which presses the scanning module according to the tilt angle to be set against bearing radially outward. This can be tilted by a simple linear actuator, the scanning module.

Die Verstelleinheit weist vorzugsweise einen Aktor auf, welcher eine Leiterkarte mit dem Lichtsender und dem Lichtempfänger senkrecht zu deren optischer Achse bewegt. In dieser Ausführungsform wird durch Auf- und Abbewegung der Leiterkarte ein variabler Versatz zu der Sende- und Empfangsoptik erzeugt, der effektiv die Ausrichtung der Lichtstrahlen verkippt. Auf diese Weise müssen nur kleine Massen bewegt werden, und zwar über die Brennweite der Optiken mit vorteilhaftem großem Hebel.The adjusting unit preferably has an actuator, which moves a printed circuit board with the light transmitter and the light receiver perpendicular to the optical axis thereof. In this embodiment, moving the circuit board up and down produces a variable offset to the transmit and receive optics that effectively skews the alignment of the light beams. In this way, only small masses must be moved, through the focal length of the optics with advantageous large lever.

Die Abtastmodule sind bevorzugt untereinander identisch aufgebaut. Das vereinfacht die Entwicklung und Herstellung des Sensors ganz erheblich. Die Flexibilität und Einstellbarkeit ergibt sich durch die Kipp- und Drehwinkel.The scanning modules are preferably constructed identical to one another. This greatly simplifies the development and production of the sensor. The flexibility and adjustability results from the tilt and angle of rotation.

Zumindest einige Abtastmodule sind bevorzugt übereinander und/oder in Drehrichtung der Abtasteinheit zueinander versetzt angeordnet. Es gibt im Grundsatz diese zwei Freiheitsgrade, um mehrere Abtastmodule physisch in der Abtasteinheit unterzubringen. Dabei spielt ein Versatz in Drehrichtung, also im Scanwinkel, bei üblichen Drehzahlen und der dagegen quasi-statischen Szenerie keine Rolle. Ein Höhenversatz von Abtastmodulen kann sich je nach Baugröße geringfügig auf die Abtastebenen auswirken.At least some scanning modules are preferably arranged one above the other and / or offset from one another in the direction of rotation of the scanning unit. There are basically these two degrees of freedom to physically accommodate multiple scan modules in the scan unit. In this case, an offset in the direction of rotation, ie in the scan angle, at normal speeds and the other hand, quasi-static scenery does not matter. A height offset of scanning modules may slightly affect the scanning planes, depending on the size.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus einer Lichtlaufzeit zwischen Aussenden der Lichtstrahlen und Empfangen der remittierten Lichtstrahlen einen Abstand des Objekts zu bestimmen. Der Sensor wird dadurch entfernungsmessend. Alternativ wird lediglich die Anwesenheit eines Objekts festgestellt und beispielsweise als Schaltsignal ausgegeben.The evaluation unit is preferably designed to determine a distance of the object from a light transit time between emission of the light beams and reception of the reflected light beams. The sensor is thereby distance-measuring. Alternatively, only the presence of an object is detected and output, for example, as a switching signal.

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:

1 eine Schnittdarstellung eines als Laserscanner ausgebildeten optischen Sensors;
2 eine Schnittdarstellung eines mehrstrahligen Abtastmoduls für einen Laserscanner;
3a eine Schnittdarstellung eines Abtastmoduls zur Erläuterung des Kippwinkels;
3b eine Draufsicht auf den Ein- und Austrittsbereich der Lichtstrahlen eines Abtastmoduls zur Erläuterung des Drehwinkels;
4 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform als Laserscanner mit alternativer Verstellaktorik;
5 ein beispielhaftes 3D-Abtastmuster eines Laserscanners;
6 ein weiteres beispielhaftes 3D-Abtastmuster mit zusätzlicher fester Abtastebene; und
7 ein weiteres beispielhaftes 3D-Abtastmuster nur noch aus festen Abtastebenen.

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 a sectional view of a designed as a laser scanner optical sensor;
2 a sectional view of a multi-beam scanning module for a laser scanner;
3a a sectional view of a scanning module for explaining the tilt angle;
3b a plan view of the entrance and exit area of the light beams of a scanning module for explaining the rotation angle;
4 a sectional view of another embodiment as a laser scanner with alternative Verstellaktorik;
5 an exemplary 3D scanning pattern of a laser scanner;
6 another exemplary 3D scanning pattern with additional fixed scanning plane; and
7 another exemplary 3D scanning only from fixed scanning planes.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen optoelektronischen Sensor 10 in einer Ausführungsform als zweistrahliger Laserscanner. Der Sensor 10 umfasst in grober Aufteilung eine bewegliche Abtasteinheit 12 und eine Sockeleinheit 14. Die Abtasteinheit 12 ist der optische Messkopf, während in der Sockeleinheit 14 weitere Elemente wie eine Versorgung, Auswertungselektronik, Anschlüsse und dergleichen untergebracht sind. Im Betrieb wird mit Hilfe eines Antriebs 16 der Sockeleinheit 14 die Abtasteinheit 12 in eine Drehbewegung um eine Drehachse 18 versetzt, um so einen Überwachungsbereich 20 abzutasten. 1 shows a schematic sectional view through an optoelectronic sensor 10 in one embodiment as a twin-beam laser scanner. The sensor 10 comprises in rough division a movable scanning unit 12 and a socket unit 14 , The scanning unit 12 is the optical probe while in the socket unit 14 other elements such as a supply, evaluation electronics, connections and the like are housed. In operation, with the help of a drive 16 the base unit 14 the scanning unit 12 in a rotational movement about a rotation axis 18 offset so as to provide a surveillance area 20 scan.

In der Abtasteinheit 12 sind mehrere Abtastmodule 22a-b vorgesehen. Im dargestellten Beispiel sind es zwei Abtastmodule 22a-b, die bezüglich der Drehbewegung um die Drehachse 18 um 180° zueinander versetzt sind, allgemein sind bis zu zehn und im Einzelfall auch mehr Abtastmodule denkbar, beispielsweise drei Abtastmodule im 120°-Versatz oder vier Abtastmodule im 90°-Versatz, wobei auch ein ungleichmäßiger Winkelversatz nicht ausgeschlossen ist und weiterhin Abtastmodule im gleichen Winkel bezüglich der Drehbewegung übereinander angeordnet werden können.In the scanning unit 12 are several scanning modules 22a-b intended. In the example shown, there are two scanning modules 22a-b related to the rotational movement about the axis of rotation 18 are offset by 180 ° to each other, in general up to ten and in individual cases, more scanning modules are conceivable, for example, three scanning modules in the 120 ° offset or four scanning modules in the 90 ° offset, with a nonuniform angular offset is not excluded and continue scanning modules in the same Angle with respect to the rotational movement can be arranged one above the other.

Die Abtastmodule 22a-b weisen jeweils einen Lichtsender 24 auf, beispielsweise mit LEDs oder Lasern in Form von Kantenemittern oder VCSELs, die mit Hilfe einer stellvertretend als einfache Linse dargestellten Sendeoptik 26 einen Sendelichtstrahl 28 in den Überwachungsbereich 20 aussenden. Treffen die Sendelichtstrahlen 28 in dem Überwachungsbereich 20 auf ein Objekt, so kehren entsprechende remittierte Lichtstrahlen 30 zu dem Sensor 10 zurück. Die remittierten Lichtstrahlen 30 werden von einer Empfangsoptik 32 auf einen Lichtempfänger 34 geführt, beispielsweise eine Photodiode, eine APD (Avalanche Photodiode) oder auch einen SPAD-Empfänger (Single-Photon Avalanche Diode) mit einer Vielzahl von SPADs, der darauf ein jeweiliges elektrisches Empfangssignal erzeugt.The scanning modules 22a-b each have a light transmitter 24 on, for example, with LEDs or lasers in the form of edge emitters or VCSELs, which by means of a transmitting lens represented as a simple lens 26 one Transmitted light beam 28 in the surveillance area 20 send out. Meet the transmitted light rays 28 in the surveillance area 20 on an object, so return remitted light rays 30 to the sensor 10 back. The remitted light rays 30 be from a receiving optics 32 on a light receiver 34 led, for example, a photodiode, an APD (avalanche photodiode) or a SPAD receiver (single-photon avalanche diode) with a plurality of SPADs, which generates a respective electrical received signal thereon.

Lichtsender 24 und Lichtempfänger 34 sind auf einer Leiterkarte 36 angeordnet. Die Leiterkarte 36 wiederum ist an einer Stelle über ein Halteelement 38 in einem radialen Abstand zu einer Welle 40 des Antriebs 16 fixiert. An einer dazu versetzten Position ist ein Aktor 42 vorgesehen, der den radialen Abstand zu der Welle 40 entsprechend einer dynamischen Ansteuerung variiert. Dadurch wird das jeweilige Abtastmodul 22a-b um einen dynamisch veränderlichen Winkel β verkippt. Diese Verstelleinheit 38, 42 für den Kippwinkel β ist nur ganz schematisch erläutert, da es für das Prinzip nicht darauf ankommt, wie die konkrete Umsetzung erfolgt. Beispiele für Aktoren 42 sind Tauchspulen, Zahnstangen oder Piezomotoren, und es kann ein aufwändigerer mechanischer Aufbau etwa mit einem Feder- beziehungsweise Dämpfersystem zum Vorspannen vorgesehen sein.light source 24 and light receiver 34 are on a circuit board 36 arranged. The circuit board 36 in turn is at one point via a retaining element 38 at a radial distance to a shaft 40 of the drive 16 fixed. At an offset position is an actuator 42 provided, which is the radial distance to the shaft 40 varies according to a dynamic control. As a result, the respective scanning module 22a-b tilted by a dynamically varying angle β. This adjustment unit 38 . 42 for the tilt angle β is only explained very schematically, since it does not matter for the principle how the concrete implementation takes place. Examples of actuators 42 are plunger coils, racks or piezomotors, and it can be provided a complex mechanical structure such as with a spring or damper system for biasing.

Der in 1 gezeigte optische Aufbau ist rein beispielhaft zu verstehen. So wäre alternativ jede andere an sich beispielsweise von eindimensionalen optoelektronischen Sensoren oder Laserscannern bekannte Anordnung wie etwa eine koaxiale Anordnung, die Verwendung eines Umlenk- oder Strahlteilerspiegels oder die Anordnung von Lichtsender 24 und Lichtempfänger 34 auf separaten Leiterkarten möglich.The in 1 shown optical structure is to be understood as an example only. As an alternative, any other arrangement known per se, for example, by one-dimensional optoelectronic sensors or laser scanners, such as a coaxial arrangement, the use of a deflection or beam splitter mirror or the arrangement of light emitters would be alternative 24 and light receiver 34 possible on separate circuit boards.

Eine berührungslose Versorgungs- und Datenschnittstelle 44 verbindet die bewegliche Abtasteinheit 12 mit der ruhenden Sockeleinheit 14. Dort befindet sich eine Steuer- und Auswertungseinheit 46, die zumindest teilweise auch auf der Leiterkarte 36 oder an anderem Ort in der Abtasteinheit 12 untergebracht sein kann. Die Steuer- und Auswertungseinheit 46 steuert den Lichtsender 24 und erhält das Empfangssignal des Lichtempfängers 34 zur weiteren Auswertung. Sie steuert außerdem den Antrieb 16, den Aktor 42 und erhält das Signal einer nicht gezeigten, von Laserscannern allgemein bekannten Winkelmesseinheit, welche die jeweilige Winkelstellung der Abtasteinheit 12 bestimmt.A non-contact supply and data interface 44 connects the movable scanning unit 12 with the dormant base unit 14 , There is a control and evaluation unit 46 that at least partially also on the circuit board 36 or elsewhere in the scanning unit 12 can be accommodated. The control and evaluation unit 46 controls the light transmitter 24 and receives the received signal of the light receiver 34 for further evaluation. It also controls the drive 16 , the actor 42 and receives the signal from an angle measuring unit, not shown, which is generally known by laser scanners, which detects the respective angular position of the scanning unit 12 certainly.

Zur Auswertung wird vorzugsweise mit einem an sich bekannten Lichtlaufzeitverfahren die Distanz zu einem angetasteten Objekt gemessen. Aus der Information über die Winkelstellung von der Winkelmesseinheit sowie der Einstellung des Aktors 42 ist jeweils bekannt, in welche Raumrichtung die jeweilige Entfernung gemessen wurde. Somit wird im Verlauf der Dreh- und Kippbewegungen ein dreidimensionaler Überwachungsbereich 20 abgetastet, und es werden entsprechende 3D-Messpunkte erzeugt. Die Erfassungsdaten können über eine Sensorschnittstelle 48 ausgegeben werden. Die Sensorschnittstelle 48 oder ein weiterer, nicht gezeigter Anschluss dienen umgekehrt als Parametrierschnittstelle.For evaluation, the distance to a touched object is preferably measured by a known light transit time method. From the information about the angular position of the angle measuring unit and the setting of the actuator 42 it is known in each case in which spatial direction the respective distance was measured. Thus, in the course of the turning and tilting movements, a three-dimensional monitoring area 20 sampled and corresponding 3D measurement points are generated. The acquisition data can be transmitted via a sensor interface 48 be issued. The sensor interface 48 or another, not shown connection vice versa serve as a parameterization interface.

Während der Rotation des Sensors 10 wird durch jeden der Sendelichtstrahlen 28 jeweils eine Fläche abgetastet. Nur bei einem fixen Elevationswinkel von β=0°, also einem horizontalen Sendelichtstrahl 28 wie in 1, wird dabei eine Ebene des Überwachungsbereichs 20 abgetastet. Bei Variation des Elevationswinkels β entsteht ein dreidimensionales Abtastmuster.During the rotation of the sensor 10 is through each of the transmitted beams 28 each sampled an area. Only at a fixed elevation angle of β = 0 °, ie a horizontal transmitted light beam 28 as in 1 , becomes a level of the surveillance area 20 sampled. Variation of the elevation angle β produces a three-dimensional scanning pattern.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Abtastmoduls 22, das im Gegensatz zu den einstrahligen Abtastmodulen 22a-b der 1 mehrstrahlig ausgebildet ist. Der Sensor 10 kann je nach Ausführungsform einstrahlige Abtastmodule 22 oder mehrstrahlige Abtastmodule 22 oder eine Mischung aus beidem aufweisen. 2 shows an alternative embodiment of a scanning module 22 unlike the single-beam scanning modules 22a-b of the 1 is designed multi-beam. The sensor 10 may, depending on the embodiment einstrahlige scanning modules 22 or multi-beam scanning modules 22 or a mixture of both.

Das Abtastmodul 22 erzeugt mit mehreren Lichtquellen des Lichtsenders 24 mehrere voneinander räumlich separierte Sendelichtstrahlen 28. Alternativ wird eine Lichtquelle durch Strahlteiler, ein diffraktives optisches Element oder dergleichen in mehrere Sendelichtstrahlen 28 geteilt. Im dargestellten Beispiel sind es vier Sendelichtstrahlen 28, allgemein sind typischerweise zwei bis zehn Sendelichtstrahlen je Abtastmodul 22 möglich, unter Umständen auch mehr. Der Winkelversatz der Sendelichtstrahlen 28 ist vorzugsweise, aber nicht notwendig gleichmäßig.The scanning module 22 generated with multiple light sources of the light emitter 24 several spatially separated transmitted light beams 28 , Alternatively, a light source is split into a plurality of transmitted light beams by a beam splitter, a diffractive optical element or the like 28 divided. In the example shown, there are four transmitted light beams 28 In general, typically two to ten transmitted light beams are per scanning module 22 possible, possibly more. The angular offset of the transmitted light beams 28 is preferably but not necessarily uniform.

Dementsprechend entstehen mehrere remittierte Lichtstrahlen 30, die auf dem Lichtempfänger 34 räumlich separierte Empfangslichtflecken erzeugen. Der Lichtempfänger erzeugt je ein Empfangssignal pro remittiertem Lichtstrahl 30. Dazu kann der Lichtempfänger 34 mehrere Lichtempfangselemente aufweisen, oder es werden Bereiche eines ortsaufgelösten Lichtempfängers 34 einem remittierten Lichtstrahl 30 zugeordnet.Accordingly, several remitted light beams 30 on the light receiver 34 generate spatially separated received light spots. The light receiver generates one received signal per remitted light beam 30 , For this purpose, the light receiver 34 have multiple light receiving elements, or there are areas of a spatially resolved light receiver 34 a remitted light beam 30 assigned.

Der optische Aufbau des Abtastmoduls 22 unterscheidet sich von der 1. Auch dieser nun koaxiale statt biaxiale Aufbau mit einer separaten Leiterkarte 36a für den Lichtsender 24 soll lediglich ein weiteres Beispiel geben, denn wie schon ausgeführt können erfindungsgemäß Abtastmodule 22 mit jeglichem an sich bekannten optischen Aufbau verwendet werden.The optical design of the scanning module 22 is different from the 1 , Also this now coaxial instead of biaxial construction with a separate printed circuit board 36a for the light transmitter 24 is merely intended to give a further example, because as already mentioned, scanning modules according to the invention can be used 22 be used with any known optical design.

3a ist eine Schnittdarstellung eines Abtastmoduls 22, bei dem der interne Aufbau zur vereinfachten Darstellung weggelassen wurde und nur noch die Sendelichtstrahlen 28 eingezeichnet sind. Wie schon erläutert, werden die Abtastmodule 22 dynamisch verkippt. 3a erläutert nochmals den Kippwinkel β, der beispielsweise gegen eine Senkrechte zu der Drehachse 18 gemessen wird. Die Hauptblickrichtung oder Mittelachse des Abtastmoduls 22 wird also um den Kippwinkel β aus einer zentralen Scanebene β=0 verkippt. Die Nullstellung ist eine austauschbare Konvention. Die einzelnen Abtaststrahlen eines mehrstrahligen Abtastmoduls 22 weichen von dem Kippwinkel β noch entsprechend ihrem gegenseitigen Winkelabstand ab. Bei einem einstrahligen Abtastmodul 22a-b entspricht die Hauptblickrichtung dem einzigen Sendelichtstrahl 28 und dem Kippwinkel β. 3a is a sectional view of a scanning module 22 in which the internal structure for the sake of simplicity was omitted and only the transmitted light rays 28 are drawn. As already explained, the scanning modules 22 dynamically tilted. 3a explains again the tilt angle β for example, against a perpendicular to the axis of rotation 18 is measured. The main view direction or center axis of the scan module 22 So it's about the tilt angle β tilted from a central scan plane β = 0. Zeroing is an exchangeable convention. The individual scanning beams of a multi-beam scanning module 22 deviate from the tilt angle β still according to their mutual angular distance. In a single-beam scanning module 22a-b The main view direction corresponds to the single transmitted light beam 28 and the tilt angle β.

3b zeigt eine Draufsicht auf den Ein- und Austrittsbereich eines Abtastmoduls 22. Die Perspektive dieser Draufsicht ist in 3a durch einen Pfeil 50 angedeutet. Mit 3b soll eine alternative oder zusätzliche dynamische Veränderung der Abtastung durch Verdrehen eines Abtastmoduls 22 illustriert werden. Das Abtastmodul 22 ist hier gegen die mit gepunkteten Linien gezeigte aufrechte Orientierung um einen Drehwinkel γ verdreht. Der Drehwinkel γ misst demnach eine Verdrehung des Abtastmoduls 22 um dessen eigene Hauptblickrichtung. Mit zunehmendem Drehwinkel rücken effektiv, nämlich in Elevations- oder Höhenrichtung, die Sendelichtstrahlen 28 dichter zusammen, bis bei auf der Seite liegendem Abtastmodul 22 mit γ=90° alle Sendelichtstrahlen 28 dieselbe Elevation aufweisen und dadurch nur noch dieselbe Abtastebene in Hauptblickrichtung abgetastet wird, diese dafür mehrfach. 3b shows a plan view of the entrance and exit area of a scanning module 22 , The perspective of this plan view is in 3a through an arrow 50 indicated. With 3b is an alternative or additional dynamic change of the scan by rotating a scan module 22 to be illustrated. The scanning module 22 is here twisted against the upright orientation shown by dotted lines by a rotation angle γ. The rotation angle γ therefore measures a rotation of the scanning module 22 around its own main view direction. With increasing angle of rotation move effectively, namely in elevation or height direction, the transmitted light beams 28 closer together, except for lying on the side scanning module 22 with γ = 90 ° all transmitted light rays 28 have the same elevation and thus only the same scanning plane is scanned in the main direction, this multiple times.

4 zeigt eine weitere Schnittdarstellung durch einen optoelektronischen Sensor 10 in einer Ausführungsform als zweistrahliger Laserscanner. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 durch ihre Verstelleinheit. Statt eines Aktors 42 wie in 1, der die Leiterkarte 36 gegen eine Lagerung radial nach außen drückt, wirkt hier ein Aktor 42 senkrecht zur optischen Achse oder parallel zur Drehachse 18 und bewegt die Leiterkarte 36 auf und ab. Durch dieses Verschieben der Leiterkarte 36 verändert sich die relative Position von Lichtsender 24 und Lichtempfänger 34 zu deren Sendeoptik 26 beziehungsweise Empfangsoptik 32 und damit effektiv der Kippwinkel β der Ausrichtung der Lichtstrahlen 28, 30. So muss nicht das ganze Abtastmodul 22a-b gekippt werden, sondern es wird nur eine möglichst geringe Masse bewegt. Über den Hebel der Brennweite ist diese Verstellung besonders effizient, und das Trägheitsmoment der Anordnung ändert sich durch die Verstellung praktisch nicht. 4 shows a further sectional view through an optoelectronic sensor 10 in one embodiment as a twin-beam laser scanner. This embodiment differs from that according to FIG 1 through their adjustment unit. Instead of an actor 42 as in 1 who has the circuit board 36 presses against storage radially outward, acts here an actuator 42 perpendicular to the optical axis or parallel to the axis of rotation 18 and moves the circuit board 36 back and forth. By moving the circuit board 36 the relative position of light emitter changes 24 and light receiver 34 to the transmission optics 26 or receiving optics 32 and thus effectively the tilt angle β of the alignment of the light beams 28 . 30 , So does not have the whole scanning module 22a-b be tilted, but it is only the smallest possible mass moves. With the lever of the focal length, this adjustment is particularly efficient, and the moment of inertia of the arrangement practically does not change as a result of the adjustment.

Über Kippwinkel β und/oder Drehwinkel y, die vorzugsweise individuell je Abtastmodul 22 eingestellt werden können, lassen sich nun flexibel je nach Anwendung und momentaner Situation dreidimensionale Abtastmuster des Sensors 10 vorgeben. Einige dieser Abtastmuster sollen nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 vorgestellt werden. Dabei sind rein beispielhaft vier einstrahlige Abtastmodule 22 vorgesehen, die individuell verkippt werden können.About tilt angle β and / or rotation angle y, which is preferably individually per scanning module 22 can be adjusted, now flexible depending on the application and current situation three-dimensional scanning pattern of the sensor 10 pretend. Some of these scanning patterns will now be described by way of example with reference to FIGS 5 to 7 to be introduced. Here are purely exemplary four single-beam scanning modules 22 provided that can be tilted individually.

5 zeigt eine sägezahnartige lineare Variation des Kippwinkels β über die auf der X-Achse aufgetragene Drehstellung der Abtasteinheit 12 im auf der Y-Achse aufgetragenen Bereich von ±2°, wobei nicht nur der Zahlenwert austauschbar ist, sondern auch die lineare Variation durch andere Funktionen wie einen Sinus ersetzt werden kann. In dieser Konfiguration variieren alle vier Abtastmodule 22 ihren Kippwinkel β. Die Verstellung erfolgt mit zeitlich festem Bezug zur Rotation bei gleicher Frequenz, jedoch unterschiedlichem Phasenversatz je Abtastmodul 22. Außerdem ist die Frequenz so gewählt, dass ein Abtastmodul 22 eine komplette Auf- und Abbewegung über einen Scanbereich nicht von 360°, sondern beispielsweise schon von 350° vollzieht, so dass sich bei der nächsten Umdrehung ein zusätzlicher Phasenversatz von 10° ergibt. Somit werden bei der nächsten Umdrehung andere Punkte im Raum abgetastet, und durch den gegenseitigen Phasenversatz unter den Abtastmodulen 22 nochmals andere Punkte. Insgesamt wird durch Wahl eines geeigneten Abtastmusters eine nahezu lückenlose Abtastung in einer für die Anwendung geeigneten Wiederholfrequenz erreicht. Unvorhergesehene Ereignisse, wie etwa das Hervorstehen einer dünnen Stange aus einem Regal, werden erkannt. Könnte man dagegen die vier verfügbaren Lichtstrahlen 28 nur in festem Winkelabstand anordnen, so entstünden unweigerlich Detektionslücken zwischen den Lagen oder Abtastebenen. 5 shows a sawtooth-like linear variation of the tilt angle β about on the X -Axis applied rotary position of the scanning unit 12 im on the Y -Axis applied range of ± 2 °, whereby not only the numerical value is interchangeable, but also the linear variation can be replaced by other functions like a sine wave. In this configuration, all four scan modules vary 22 their tilt angle β , The adjustment takes place with a fixed time reference to the rotation at the same frequency, but different phase offset per scanning module 22 , In addition, the frequency is chosen so that a sampling module 22 a complete up and down movement over a scanning range of not 360 °, but for example already by 350 °, so that there is an additional phase offset of 10 ° at the next revolution. Thus, in the next revolution, other points in the space are scanned, and by the mutual phase offset among the scan modules 22 again other points. Overall, by choosing a suitable scanning pattern, an almost complete scanning is achieved in a suitable for the application repetition frequency. Unforeseen events, such as the appearance of a thin rod from a shelf, are detected. Could you mind the four available beams of light 28 Arrange only at a fixed angular distance, so would inevitably detection gaps between the layers or scanning planes.

6 zeigt das Abtastmuster einer Mischform, in dem zwei Abtastmodule 22 ähnlich wie in 5 einen dreidimensionalen Raumbereich abtasten. Zwei weitere Abtastmodule 22 messen bei einem konstanten Kippwinkel β=0 nur auf der zentralen Abtastebene. Die Verwendung mehrerer Abtastmodule 22 für dieselbe Abtastebene führt effektiv zu einer Erhöhung der Scanfrequenz, da je einzelnem Umlauf schon eine mehrfache Abtastung erfolgt. Insbesondere bei einem 180°-Versatz der beiden Abtastmodule wie in 6 ergeben sich Messdaten, die in jeglicher Hinsicht der doppelten Scanfrequenz entsprechen. Dieses Abtastmuster ist ein Beispiel, wie zugleich weit gefächert ein großer Raumbereich und ein Ausschnitt mit höherer Auflösung abgetastet werden kann. 6 shows the scanning pattern of a mixed form in which two scanning modules 22 similar to in 5 to scan a three-dimensional space area. Two more scanning modules 22 measure at a constant tilt angle β = 0 only on the central scanning plane. The use of multiple scanning modules 22 for the same scanning plane effectively leads to an increase in the scanning frequency, since a single scan already takes place a multiple scan. In particular, at a 180 ° offset of the two Abtastmodule as in 6 result in measurement data that correspond in all respects to the double scanning frequency. This scanning pattern is an example of how, at the same time, a large spatial area and a section with higher resolution can be scanned at the same time.

7 zeigt ein Abtastmuster, bei dem alle vier Abtastmodule 22 auf einem festen Kippwinkel β gehalten werden und folglich eine Ebene erfassen. In diesem Beispiel wird erneut die zentrale Ebene bei β =0 doppelt abgetastet, zwei weitere Abtastmodule 22 sind auf die Ebene bei β=-1° und β =-2° eingestellt. Da vorzugsweise jedes Abtastmodul 22 mit einem eigenen variablen Bewegungsprofil ansteuerbar ist, sind je Abtastmodul 22 praktisch beliebige Abtastmuster wie in 5, feste Kippwinkel β wie in 7 oder Mischformen wie in 6 möglich. Die Auswahl der Bewegungsprofile kann für eine bestimmte Anwendung festgelegt werden, aber auch situationsabhängig erfolgen. Beispielsweise passen sich Bewegungsprofile an Fahrzeugparameter wie die Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs mit dem Sensor 10 an. Ein anderes Beispiel ist eine Drehzahländerung der Abtasteinheit 12, die andere Bewegungsprofile erfordert, oder der Ausgleich von Toleranzen, wenn insbesondere anhand der Messdaten festgestellt wird, dass die eingestellten Kippwinkel β nicht den gewünschten Kippwinkel β entsprechen, oder sogar zum Ausgleich eines Taumelns der Abtasteinheit 12. In bevorzugten Ausführungsformen werden Bewegungsprofile anhand der Auswertung bisheriger Messdaten verändert, um einen interessierenden Bereich innerhalb des Raumbereichs genauer aufzulösen und beispielsweise ein Objekt zu verfolgen, das bei herkömmlichen starren Abtastebenen in Abtastlücken verschwinden könnte. 7 shows a scanning pattern in which all four scanning modules 22 be kept at a fixed tilt angle β and thus detect a plane. Again in this example, the central plane is scanned twice at β = 0, two more scan modules 22 are set to the plane at β = -1 ° and β = -2 °. Since preferably each scanning module 22 can be controlled with its own variable motion profile are per sampling module 22 virtually any scanning pattern as in 5 , fixed tilt angle β as in 7 or mixed forms as in 6 possible. The selection of the motion profiles can be defined for a specific application, but also depending on the situation. For example, motion profiles match vehicle parameters such as the speed or direction of movement of a vehicle with the sensor 10 at. Another example is a speed change of the scanning unit 12 which requires different motion profiles, or the compensation of tolerances, if it is determined in particular from the measurement data that the set tilt angle β not the desired tilt angle β correspond, or even to compensate for a wobbling of the scanning unit 12 , In preferred embodiments, motion profiles are altered based on the evaluation of previous measurement data to more accurately resolve a region of interest within the spatial region and, for example, track an object that might disappear into sampling gaps in conventional rigid scan planes.

Auch wenn sich die Erläuterungen zu den 5 bis 7 exemplarisch auf den Kippwinkel β beziehen, kann alternativ oder zusätzlich auch ein Bewegungsprofil für den Drehwinkel γ verwendet werden. Jedenfalls entsteht erfindungsgemäß die Möglichkeit eines weitgehend frei gestaltbaren Abtastmusters oder Scanraums. Je mehr Abtastmodule 22 vorgesehen sind, umso dichter kann der Raum abgetastet werden beziehungsweise umso größer kann der umfasste Elevationswinkelbereich sein, und umso mehr kleinere Teilausschnitte oder Abtastebenen können darin sogar mehrfach mit erhöhter Auflösung erfasst werden.Even if the explanations to the 5 to 7 exemplarily on the tilt angle β Alternatively, or additionally, a motion profile for the rotation angle γ can be used. In any case, according to the invention, the possibility arises of a largely freely designable scanning pattern or scanning space. The more scanning modules 22 are provided, the denser the space can be scanned, or the larger the included elevation angle range can be, and the more smaller subsections or scan planes can even be detected therein multiple times with increased resolution.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1965225 A2 [0003]
DE 102014100245 B3 [0003]
DE 19757849 B4 [0003]
US 8767190 B2 [0005]
EP 2863176 A2 [0006]
DE 102004014041 A1 [0007]

Claims

Optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (20) comprising a scanning unit (12) movable about a rotation axis (18) with at least one scanning module (22) for scanning the surveillance area (22) in the course of Movement of the scanning unit (12) about the axis of rotation (18) and generating corresponding received signals and an evaluation unit (46) for obtaining information about the objects from the received signals, wherein the scanning module (22) at least one light emitter (24) for emitting a light beam (28) or a plurality of light beams (28) separated from each other and at least one light receiver (34) for generating the received signals from the light beams (30) remitted by objects, characterized in that the scanning module (22) comprises an adjusting unit (38, 42 ), by means of which the scanning module (22) can be tilted dynamically within the rotational movement by a tilt angle (β) and / or by a rotation angle (γ) is rotatable.

Sensor (10) after Claim 1 wherein the adjusting unit (38, 42) is adapted to tilt the scanning module (22) periodically between two tilt angles (β) back and forth.

Sensor (10) after Claim 1 or 2 wherein the adjusting unit (38, 42) is adapted to rotate the scanning module (22) periodically between two angles of rotation (γ) back and forth.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting unit (38, 42) is adapted to the tilt angle (β) and / or the rotation angle (γ) of the scanning module (22) with fixed reference to the rotational movement of the scanning unit (12). adjust.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting unit (38, 42) is adapted to hold a tilt angle (β) and / or rotation angle (γ).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting unit (38, 42) is adapted to the tilt angle range (β) and / or the rotation angle range (γ) dynamically restrict to a region of interest.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (46) is adapted to the adjustment unit (38, 42) to specify a region of interest based on measurement data.

Sensor (10) according to any one of the preceding claims, wherein the adjusting unit (38, 42) has an actuator (42) which pushes the scanning module (22) radially outwardly against a bearing (38) in accordance with the tilt angle (β) to be set.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the adjusting unit (38, 42) comprises an actuator (42) which moves a printed circuit board (36) with the light emitter (24) and the light receiver (36) perpendicular to the optical axis thereof.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of scanning modules (22) are provided, which are constructed identical to one another and / or wherein at least some scanning modules (22) are arranged one above the other and / or offset in the direction of rotation.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (46) is adapted to determine a distance of the object from a light transit time between emitting the light beams (28) and receiving the remitted light beams (30).