CN104237962B - 用于使光电屏障的光学单元同步的方法以及光幕 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使光电屏障的光学单元同步的方法，并且涉及这样的光电屏障。该同步方法包括以下步骤：从第一光学单元的第一光学发送器传送形成同步信号的辐射；控制至少一个第二光学单元的多个光学接收器来监视是否已接收到所述同步信号；以及如果已接收到所述同步信号，则执行同步步骤。该方法还执行定义多个光电子部件中的要用于所述同步步骤的至少一个光电子部件的步骤。

Description

用于使光电屏障的光学单元同步的方法以及光幕

技术领域

本发明涉及用于监视保护区的光幕和光电屏障，特别是安全光幕，特别地涉及包括由通信总线互连的多个光电子部件的这种光幕。特别地，本发明涉及使光电屏障的光学单元同步的方法，并且涉及这样的光电屏障。

背景技术

通常，光电屏障——也被称为光幕或光栅——检测物体进入到防护区域中的运动或侵入，并且更具体地，对与机器或其他工业设备一起工作的人类操作者提供保护。

采用红外或可见光光束的光幕用于在各种工业应用中提供操作者的安全。光幕通常用于在机械周围的操作者保护，该机械例如为冲床、制动器、铸模机、自动装配设备、绕线机、机器人操作和铸造操作等。常规光幕通常采用：在沿防护区域一侧的传送器杆的间隔位置处安装的发光二极管(LED)；以及沿该区域相对侧的接收器杆安装的光电晶体管(PT)、光电二极管或光接收器。LED沿单独的平行通道将经调制的红外光束传送至接收器杆处的PT。如果一个或更多个光束被不透明物体例如操作者的手臂阻挡，则控制电路关闭机器、防止机器循环，或者以其他方式防护该区域。

通常，安全光幕包括被形成为两个不同构造单元的两个光学单元(也称为杆、棍、边或条)，这两个光学单元中的一个具有发射器功能而另一个具有接收器功能。然而，发射器和接收器的这种专用架构具有若干缺点。

首先，由于必须不同地制造每种类型的光学单元，所以制造成本较高。此外，由于光学通信为仅单向的即从发送器到接收器的事实，所以光学同步可能较难并且通信信息的传输可能仅沿一个方向。

已经提议将接收器和传送器定位在第一和第二光学单元中的每个光学单元上，如在欧洲专利EP1870734B1中描述的。此处，光幕具有使传送单元和接收单元固定于其的两个相同的传送/接收条。传送/接收条彼此相对放置，其中在条之间形成保护区域。传送/接收条被相同地形成在控制和评估单元中。控制和评估单元具有被形成在一起作为开关通道的安全输出。对所有条设置了相同的电源。

此外，从EP 2511737 A1已知的是针对这样的光幕提供了模块化光幕和光学单元。

当操作光电屏障时，始终需要使形成光幕的光学单元相对于彼此紧密同步。为了建立同步操作，必须区分两种不同的情况。首先，在光幕的两个部分之间的通信初始启动之后或在其完全中断之后，系统完全不同步且两个光学单元必须找到彼此，并且在所述单元中的一个单元上的发射器发送同步信号的情况下，在另一光学单元上的接收器并不一定要准备接收来自相对发射器的信号。

另一方面，同样在系统大体上同步的正常操作期间，该同步由于光学单元内的稍微不同的时钟频率和传播时间而在一段时间后丢失。因此，在正常操作期间，两个光学单元还必须通过几微秒而重新同步。

此外，光电屏障常常具有所谓的消隐功能，这意味着可以停用一个或两个辐射光束以允许较大物体穿过感测区而不会引起警报信号。实际上，所述消隐在中间改变光幕的最小物体分辨率，以例如使供给材料能够进入所保护的区域。除了其中可以关断仅预定固定光束的所谓固定通道消隐之外，所谓浮动消隐允许停用在感测区内任何位置处的最高达两个光幕光束。

在公知系统中，可以看出缺点的事实在于：仅不需要同步的那些区域能够供浮动消隐访问。

根据美国8,058,605B2，已知光电子传感器包括第一传感器部分和第二传感器部分，每个传感器部分包括多个收发模块，所述多个收发模块交换经调制的光束以用于减小例如由于光反射或入射的太阳光而引起的光扰动的影响。两个传感器部分之间的光学通信协议可以用于使传感器部分彼此同步。然而，根据该文献，仅传感器部分的彼此直接相对定位的发射和接收模块可以借助于所传送的光束而彼此光学地进行通信。

发明内容

因此，本发明的目的为克服以上提及的问题，并提供一种光幕和一种用于使至少两个光学模块彼此同步的方法，其减少了装配过程中的花费并且还符合针对可测试性和维护的设计要求。

该目的由独立权利要求的主题解决。本发明的有利实施方式为从属权利要求的主题。

本发明基于如下构思：当使光电屏障的两个光学单元同步时，相对光学单元的光学接收器中多于一个的光学接收器期望由定位在第一光学单元处的一个或更多个发射器发射的同步信号。特别地，该方法包括以下步骤：从第一光学单元的第一光学发送器传送形成同步信号的辐射；以及控制至少一个第二光学单元的多个光学接收器来监视是否已接收到所述同步信号，并且如果检测到所述同步信号，则存储关于何时检测到所述同步信号的时序信息。此外，如果检测到所述同步信号，则控制多个第二光学单元的光学发送器发射形成应答信号的辐射。在接收到所述应答信号时，从第一光学发送器发送回第一启动信号并启动正常扫描过程的监视操作。

根据本发明，构成同步光束的至少一个特定成对的发光元件和响应光接收元件不是预定的而是在同步过程中定义的。任何成对的发光元件和响应光接收元件均可用于同步。特别地，指示至少一个发光元件发射辐射，并且如果结果是其处于可以形成无障碍辐射光束的位置，则将至少一个归属相对方定义为用于执行同步步骤的接收元件。

使两个光学单元同步的该方法的优点首先在于如下事实：即使对于消隐模式下相当大的物体中断光幕的情况，其仍然起作用。此外，光学单元的复杂度较低，原因是不必设置另外的同步发送器和接收器。特别是对于消隐选项，该同步方法是有利的，原因是有效接收器中的至少一个有效接收器识别同步信号的概率非常高。此外，还可以在不放松同步的情况下容易地建立静音。而且，因为可以在丢失同步的情况下在短时间内实现再同步，所以对其他光幕系统、环境光、EMC或其他扰动的鲁棒性较高。由于所发射的辐射还可以以脉冲图案发送并因而形成经编码的辐射光束的事实，所以该系统可以安全地区分要解码的那些信号和要忽视的扰动信号。

根据有利的实施方式，对于传送光学单元未检测到应答信号的情况，从第一光学单元的第二光学发送器重复同步信号的传送。这可以沿光学单元重复进行直到发现用于执行同步的自由区域为止。因此，实现了关于消隐或静音功能的高灵活性。此外，为了符合安全要求，可以定义特定超时，并且在达到该超时之后，可以传送指示未成功地执行同步的警告信号。

必须指出的是，在由多个光电子部件中的每个光电子部件依次传送同步信号直到检测到应答信号或者已达到预定超时为止的情况下，其未必意味着在几何意义上依次激活光电子部件，而是意味着仅在时间顺序意义上依次激活光电子部件。

为了提供用于执行同步的必需时序信息，定义了如下时间窗：在该时间窗内，在第二光学单元处期望同步信号。将所检测的信号的位置存储为时间戳。这使得能够以非常有效且简单的方式来标记各时间帧。

根据又一有利的实施方式，一个光学单元的多个光电子部件同时监视是否接收到同步信号。例如，每个光学单元的光电子部件可以以模块的形式聚集在一起，其中一个模块的光电子部件中的每一个同时监视是否接收到同步信号。

为了提高通信协议的灵活性，并且此外，为了能够更容易地辨别扰动和必须要检测的信号，由具有特定脉冲图案的脉冲式信号形成同步信号、应答信号和启动信号中的一个或更多个。特别地，在其中不同的光幕近距离地操作的应用环境中，经编码脉冲信号的这种使用减少了出错概率。

有利地，还可以使比仅两个光学单元更多的光学单元彼此同步。

对于可以基于完全相同的光学单元的灵活架构，多个光电子部件的控制元件经由通信总线彼此连接并且连接到位于每个光学单元中的控制器模块，并且由从控制模块传送的同步命令发起同步过程。该控制器模块表示用于相应光学单元的总线主控设备。除此之外，光学单元中之一可以被定义成主光学单元，而第二光学单元可以被定义成配对光学单元或从光学单元。

附图说明

附图被并入到说明书中并形成说明书的一部分以示出本发明的若干实施方式。这些附图连同描述用于说明本发明的原理。附图仅用于示出如何可以实现和使用本发明的优选和替选示例的目的，而不应被解释成使本发明限制于仅示出和描述的实施方式。此外，实施方式的若干方面可以单独地或者以不同组合形成根据本发明的方案。根据以下对本发明的各种实施方式(如附图所示)的更加具体的描述，其他特征和优点将变得明显。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且其中：

图1示出了具有两个光学单元的光幕的示意图；

图2示出了包括两个光学单元的光幕的示意图；

图3示出了根据本发明的光电子部件的电路图；

图4示出了作为光电子部件的一部分的控制元件的框图；

图5示出了图4的集成电路内的时钟信号处理的框图；

图6示出了根据本发明的光学单元的示意图；

图7示出了根据又一实施方式的光学单元的示意图；

图8示出了第一总线结构的示意图；

图9示出了第二总线结构的示意图；

图10示出了第三总线结构的示意图；

图11示出了第四总线结构的示意图；

图12示出了用于说明用于感测脉冲式光束图案的容差的时序图；

图13示出了用于说明同步步骤期间的脉冲图案的时序图；

图14示出了用于说明扫描阶段的采样步骤的时序图；

图15示出了说明检测到完整光束图案的时序图；

图16示出了说明其中所发射的光脉冲过早的情形的时序图；

图17是说明另一正确检测到的光束图案的时序图；

图18是说明其中所感测的光束图案过晚的情形的时序图；

图19是说明其中脉冲缺失的情形的时序图；

图20是说明其中另一脉冲缺失的情形的时序图；

图21是说明其中最后的脉冲缺失的情形的时序图；

图22是说明在图案中检测到另外的光脉冲的情形的时序图；

图23是说明所发射的同步信号的时序图；

图24是说明同步脉冲的感测的时序图；

图25是说明在同步步骤期间控制单元与各控制元件之间的通信的时序图；

图26是说明感测阶段的时序的时序图；

图27示出了说明第一步骤的同步过程的示意图；

图28示出了说明第二步骤的同步过程的示意图；

图29示出了说明第三步骤的同步过程的示意图；

图30示出了光幕的最终同步状态；以及

图31示出了说明图27至图30中所示出的步骤的时序图。

具体实施方式

现在参照图1，示出了包括两个光学单元的光幕的示意图。

在该实施方式中的光幕100包括两个相同的光学单元，即第一光学单元102和第二光学单元104，所述光学单元在彼此之间形成用于监视保护区的多个光屏障。然而，本发明的构思还适用于包括多于两个的光学单元的系统。光学单元102、104可以例如根据欧洲专利申请EP2511737A1的原理形成，并且可以特别地使用用于定义其相应功能的插接式模块106、108。

根据图1示出的实施方式，每个光学单元102、104包括两个相同的模块110，每个模块110具有发光元件和光接收元件。对于光学单元102、104二者，这些光学模块110被相同地构建。光学单元102、104中的每一个还包括至少一个第二光学模块112，该至少一个第二光学模块112还包括向光学单元102、104提供必需智能的微控制器。模块110、112中的每个模块可以例如具有约150mm的高度。然而，每个光学单元102、104内的任何其他大小或数目的模块也可以与本发明一起使用。基本上，除了定义光学单元中的每个光学单元的特定功能的插接式模块106a、106b和108a、108b之外，第一光学单元102和第二光学单元104被相同地构建。

光学模块110中的每一个包括具有相关联电路系统的多个光电子部件以用于发射和感测辐射光束。第二光学模块112包含相同的光学功能，并且另外地包含至少一个微控制器和可选的电子电路系统，例如具有外部连接器的接口。然而，对于使用根据本发明的同步方法，光电子部件不一定必须在光学模块110、112中进行分组。

参照图2给出了两个相对光学模块110的一部分的更详细视图。光幕可以由辐射光束114的线性阵列形成，该辐射光束114可以为波长在约750nm至1000nm之间的红外辐射，或者为波长在约620nm至800nm之间的可见光。

可以例如从每个棍的一个外周端到另一外周端依次激活辐射光束114，每次激活一个光束。由于每个光学单元102、104具有传送光元件和感测光元件，所以通过光幕的扫描依次且以交替的方向激活每个元件，光束从第二光学单元104发送到第一光学单元102并再次返回。在这样的扫描顺序中，各接收棍始终仅依次检测从预定发射元件到对应接收元件的光。为了使这样的复杂扫描过程能够实现，每个光学单元102、104由多个光电子部件116形成，每个光电子部件116包括至少一个发光元件118和至少一个光接收元件120。

光电子部件116中的每一个具有单独控制元件122形式的相当高程度的集成智能，该单独控制元件122可以例如被形成为集成电路如专用集成电路(ASIC)。光电子部件116中的每一个提供用于驱动至少一个发光元件118并用于处理由至少一个光接收元件120生成的信号的电子电路系统。为了与较高层级的控制器通信，光电子部件116中的每一个连接至通信总线124。

根据本发明，提供了需要精确地执行由图1和图2的光幕执行的复杂发射和检测顺序的同步方案。

图3示出了具有互连端子和控制元件122的一个光电子部件116的示意图。特别地，光电子部件116包括：发光元件，具体地为发光二极管(LED)D2；以及光接收元件，具体地为光电二极管D1。根据本发明，控制元件122经由通信总线124连接至下一个紧随的光电子部件，或者在其为紧接光学单元的控制器的控制元件的情况下，控制元件122连接至该控制器。总线包括将信号从微控制器(系统的主控设备)传输至控制元件122的数据输出线。根据图3所示的实施方式，在起主控设备作用的微控制器与多个控制元件122之间的信号总线124为基于如下三条通信线的串行/并行总线：时钟、数据输入线和数据输出线。全局系统时钟126由主控设备控制。该时钟在每个控制元件122上恢复并为控制元件122的运作提供主时钟。

数据传输线(数据输出)被配置成从主控设备到控制元件122的单比特单向连接。特别地，数据输出线为从微控制器到所有控制元件122的共享通信线。换言之，所有的控制元件122是并行连接的，并且如果多个光电子部件在光学模块110中聚集在一起，则传输线在每个模块上被缓冲。

数据输入线130为用于接收从控制元件122发送到主控设备的数据的另一单比特单向线。根据图3所示的实施方式，数据输入线130为从一个控制元件122传递到下一控制元件122的菊花链线。在正常操作期间，控制元件从相邻控制元件接收数据。箭头给出了用于该操作的信号流。在接下来的时钟周期，数据传播到下一控制元件122。

在所示的实施方式中，每个通信均由主控设备发起。然而，对于根据本发明的构思，其不一定是这种情况。特定控制元件122可以仅在由主控设备发起的请求已被识别和验证之后将信息传送到数据输入线130上。然后，在数据输入线130上的响应必须遵循特定的总线协议。此外，从控制元件122到微控制器的通信线为与单个全局系统时钟同步的点对点通信总线。这意味着每个控制元件122从前面的控制元件获取信息，并将该数据与其内部数据的合并结果转发到下一控制元件，其中具有将数据登记在触发器中并在接下来的时钟发送该数据的可配置选项。

每个控制元件122连接至可以例如为12V至15V的电源线的单电源线(V+)。控制元件122还可以包括用于调节其自身电源的内部电源管理块。

光电子部件116的主要功能在于在微控制器的监控下以受控方式感测和发射脉冲式辐射。

光电二极管D1感测来自相对光学单元的辐射特别是光，并生成与集成到控制元件122中的接收放大器连接的模拟输入信号。对于本领域技术人员，理应清楚的是，还可以设置多于一个的光电二极管。

此外，控制元件122控制LED驱动电路使得LED D2向相对光学单元发射辐射光束。驱动电路由控制元件122以所发射的光强具有指定水平的方式控制。当然，还可以在根据图3的电路中设置多于一个的发光二极管D2。如以上已经阐述的，控制元件122可操作成通过两条通信线与微控制器通信。从微控制器到控制元件122的通信线为共享通信线。一个模块中的所有控制元件与将模块中每个模块与下一个模块隔离的数字缓冲器并联连接。

例如，根据一种典型实现，光学模块110具有八个光电子部件116，从而形成总共16个光束，在每个方向上八个。

为了调节二极管D2的驱动器晶体管T1，提供感测输入以用于感测发光二极管D2的发射电流。

图4示出了根据图3的控制元件122的示意性框图。如以上已经提及的，控制元件122可以由集成电路形成，并且特别是可以以专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列设计(FPGA)的形式实现。如本领域技术人员已知的，ASIC具有全定制能力、较低单元成本和小形状因子的优点，而FPGA具有较快的上市时间和较简单的设计周期的优点。在下文中，控制元件将常被称为“ASIC”。然而，这并非将控制元件限制为仅ASIC。

控制元件122具有模拟部和数字部以及接口单元。模拟放大器134可操作成检测由光电二极管测量的信号。此外，逻辑部132包含用于存储特定控制元件122的地址的寄存器。时钟140用于使所有控制元件与微控制器同步、使内部逻辑运行并对通信总线启动器线进行采样。内部LED控制器138通过测量在图3所示的外部电阻器R1两端的电压来控制LED电流值。

电源块136生成用于对内部电路系统供电(例如数字逻辑供电和模拟供电)的电压。用于光电二极管的偏置的辅助电压和模拟接地参考也可以在此处生成。

通信模块142在一侧与如图3所示的外部微控制器串行总线124对接，而在另一侧与内部逻辑132对接。

图5以框图的形式示出了控制元件122的时钟相关细节。特别地，控制元件122经由其输入SYSCLK接收外部时钟频率f_SYSCLK。时钟输入用于：测量并比较所感测的光束图案的时序，以生成正确的光束图案；以及对控制元件122的操作进行排序。功能块“时钟恢复141”恢复时钟输入信号SYSCLK。根据特定实施方式，时钟输入为电流信号。在块“时钟恢复141”中，设置了逻辑元件和模拟元件二者。特别地，设置了跨阻放大器以用于将时钟电流信号转换成电压信号，该电压信号然后被缓冲作为经恢复时钟信号RECCLK。这使得能够通过使用电流信号将时钟输入引脚上随时间的电压变化(dV/dt)最小化。

时钟块140输出与输入频率具有相同频率的经恢复时钟信号RECCLK：f_RECCLK＝f_SYSCLK。

如图5所示，通信接口142以频率f_RECCLK工作。此外，经恢复的时钟信号还是预分频器146的输入。预分频器146可操作成生成具有经恢复时钟频率的一半、四分之一或八分之一的经分频内部时钟频率。然而，预分频器146还可以设置成未使频率分频。预分频器的输出频率f_PSCCLK取决于预分频器的配置。脉冲图案识别、时序测量等是与经分频时钟频率f_PSCCLK成比例地进行计算的，根据有利的实施方式，该经分频时钟频率f_PSCCLK为经恢复时钟频率f_RECCLK的一半。对于0.8MHz至4.8MHz的连续系统时钟，预分频器频率将会在0.4MHz至2.4MHz之间。然而，将清楚的是，当然还可以实现其他值。

在讨论关于同步步骤的更多细节之前，在下文中首先给出与根据本发明的有利实施方式所使用的特定脉冲图案有关的一些基本说明。

参照图6，示出了特定光学模块110与控制器模块112之间的通信。在该图以及接下来的图中，考虑使用ASIC作为控制元件122的特定实施方式。然而，如上所概述的，此处还可以采用用于实现控制元件122的任何其他合适的技术。

为了使ASIC能够在这样的多ASIC系统中操作，每个ASIC被分配存储在寄存器组中的唯一识别地址，并且ASIC经由共享串行总线来响应系统命令。响应于所述命令，ASIC以仲裁机制经由共享单比特串行总线进行答复。

此外，多个ASIC借助于至少一个串行菊花链线而互连，该串行菊花链线在图3和图6所示的实施方式中由数据输入总线通信线130提供。

图7示出了提供多个光学模块110来代替图6中示出的单个光学模块的情况。本发明的原理当然可以以与仅一个模块110存在的情况相同的方式用于图7所示的实施方式。

然而，存在将ASIC彼此互连的若干其他可能性，并且图8至图11描绘了替选总线结构。首先，图8基本上概括了用于图7的布置的总线拓扑。特别地，数据输出线128并行地连接至ASIC122，而指向控制器的数据输入线130为穿过所有ASIC122的串行连接。可替选地，还可以选择根据图9的布置，其中数据传送的两个方向均串行通过ASIC122。根据又一可替选方案，ASIC122还可以以基本上表示环形结构总线拓扑的单向菊花链的形式彼此连接，如在图10中描绘的。

至少一个串行连接有利于向ASIC122中的每一个分配单独地址。然而，串行连接不一定必须是数据线128或130中之一，而还可以以仅用于地址分配的另外使能线144的形式实现。图11示出了其中数据输出线128和数据输入线130均为并行的拓扑，并且其中另外的菊花链144将ASIC122串行连接。

根据本发明，在特定时间窗内期望所发射的光脉冲。图12示出了可以例如用于扫描过程或感测过程的特定脉冲图案。

通过测量脉冲图案在特定接收窗内的时序位置，对每个光束的再同步是可行的。通过在每个光束处相应地对同步做出调节，可以补偿由于温度变化和超时引起的时钟差。为此，根据本发明的所发射辐射具有特定脉冲图案结构，并且存在如下不同的图案：这些不同的图案可以用于对常规扫描操作期间的正常扫描脉冲和仅用于使两个光学单元相对于彼此同步的同步图案进行区分。为了经由光学通道来执行通信，不同的脉冲图案还可以用于启动信号或应答信号等。取决于光电子部件所属的特定光学单元，由光电子部件发射的脉冲图案还可以具有特定编码。这是消除由于直接邻近安装的其他光幕引起的扰动的有效方式。

图12的特定实施方式中的图案由在特定时间窗内期望的、具有两个不同时距的三个脉冲形成，该特定时间窗由感测阶段表示。图12给出了必须被观察以正确检测这些脉冲的特定容差。在感测阶段窗内，可以定义两个另外的窗148和150以用于测量来自相对光学单元的第二脉冲和第三脉冲。为了使两个光学单元彼此同步，可以由相应的接收控制元件122确定并存储关于何时接收到脉冲的时序信息。

当然，如果需要，还可以采用任何其他合适的脉冲图案。此外，可以将任何期望数目和类型的信号编码具有特性脉冲图案。

特别地，可以将t_{R_adjustSC}用作在感测窗内感测到脉冲图案时的时间戳信息152。时间跨度t_HL定义对于确保检测到正确脉冲图案所必需的最大容许脉冲宽度。时间戳信息152可以用于使已经接收到这些信号的光学单元的其他操作同步。时间t_{R_P12SC}和t_{R_P13SC}分别定义第一脉冲与第二脉冲之间的距离和第一脉冲与第三脉冲之间的距离。它们可以在使光幕进行操作之前单独地设置。当然还可以使用任何其他合适的光束编码。

在感测阶段内接收到特定脉冲图案之后，接收控制元件122一般具有可以从感测过程提取的至少两段信息。首先，类型识别的结果本身引起状态信息。例如，图12所示的特定脉冲图案可以包含现在正要执行同步步骤的信息。其次，时间戳信息152包含关于发射光电子部件的时序相对于特定检测光电子部件的内部时序的信息。

图13示出用于要发射同步脉冲图案的情况的发射阶段的时序图。图13还示出经恢复的时钟RECCLK和预分频器时钟PSCCLK的两种时钟频率，该预分频器时钟PSCCLK具有与系统时钟相比为一半的频率。对于高信号，所发射光脉冲的脉冲宽度可以例如由所恢复时钟的两个上升沿定义。当然，还可以使用更宽的脉冲。

图14示出了用于对应感测元件的时序图。感测阶段具有通常相当于32个预分频器周期的持续时间t_{R_windowSC}。当感测到第一脉冲时，确定感测窗的开始与经恢复时钟的第一上升沿之间的时间并将其存储为时间戳信息。所感测光脉冲的时序将与存储器组中的所配置参数进行比较，并且所测量的值必须位于指定范围内。

在下文中，将关于接收侧的感测时间窗来说明与入射光脉冲的时序有关的若干可能情形。

图15示出了可以感测的最早的正确光束图案的示例。对于这种情况，在相应光电子部件的控制元件中，将会登记图案已被正确识别。在图15中，附图标记154表示实际的入射光脉冲，而附图标记156表示在感测窗的开始处检测到光脉冲时生成的期望光脉冲图案。

图16示出了脉冲图案的第一脉冲的接收比接收窗的开始早的情况。此处，入射脉冲154的仅第二光脉冲引起期望脉冲图案156，然而该期望脉冲图案156不再与实际测量的脉冲一致。具体地，直到登记第二脉冲为止的测量时间t_{R_P12SC}过短，而接收到第三脉冲的时间显著过长，原因是第三脉冲不会到来并且t_{R_P13SC}为由感测窗的结束设置的默认值。

另一方面，图17示出了用于在接收窗的时间帧内检测到完整图案的最晚可能到达的脉冲图案。时间戳信息152由接收窗的开始与检测到第一脉冲之间的时间差确定。

与此相反，对于入射脉冲比图17所示的入射脉冲晚的情况，不能评估完整的脉冲图案，如图18所描绘的。然而，从该测量仍可以得到时间戳信息152并且可以因此执行相应同步。

特定的脉冲图案使得能够区分其中入射光脉冲相对于感测窗仅进行时移的情形和其中脉冲缺失的情形。图19示出了其中第一脉冲缺失并且在感测时间帧内检测到仅第二和第三脉冲的情况。在这种情形下，并非向控制器发送简单的同步信号，而是可能输出错误信息。这对于其中第二脉冲或第三脉冲缺失的情况同样有效，如图20和图21所描绘的。图22示出了其中并非执行简单的时间调节而是登记错误的另一情况，其中检测到如图22所示的另外脉冲即另外的第四脉冲，并且此外，完整的图案、特别是在第一脉冲与第二脉冲之间的时间与期望值不一致。因此，再次生成错误消息。

图23示出了之前在示例性实施方式中也使用过的、针对发射同步脉冲图案而定义的特定时序。当然，还可以使用任何其他合适的脉冲图案作为同步脉冲图案。特别地，可以使用更多脉冲或更少脉冲，并且对于所有脉冲，脉冲宽度可以不同且不必是相同的。

在从控制器111接收到SYNC命令时，特定光电子部件在预定发射阶段发射如图23所示的脉冲图案。具体时间在寄存器的参数中给出。

相对光学单元理想地在其感测阶段窗内对所发射的同步脉冲图案进行采样，如图24所示。不同的所测量时序值用于识别是否已接收到正确图案，如前面所说明的。时间戳信息152可以用于在第一光学单元的时序与第二光学单元的时序之间执行调节，以使第一光学单元的时序和第二光学单元的时序同步。如之前所说明的，这当然仅在感测窗内的某处检测到正确同步图案的情况下进行。下面将参照图25来说明针对同步在一个光学单元内的时序和信号流。作为示例，示出在与两个特定ASIC交互时微控制器的信号的时序。命令被打算用于一个特定ASIC(ASIC#m.n)，而该命令不打算用于另一特定ASIC(ASIC#m.n+1)。

如图25所示，微控制器在总线上发送由连接至总线的所有ASIC接收的SYNC命令。ASIC均处于其正等待新命令的模式，如图25所示。它们均接收到SYNC命令，但只有打算向相对光学单元发送同步信号的ASIC对该命令做出反应。如图25所示，ASIC#m.n+1在过渡时间之后仍停留在等待状态，而有效的ASIC#m.n在过渡阶段已过去之后进入发射阶段。一旦根据所传送的参数和所配置的时序完成SYNC脉冲图案的发射，则ASIC#m.n在另外的指定延迟时间之后向总线主控设备μC发送应答并且然后为新命令做好准备。根据本发明，提供对于每个ASIC唯一的单独地址，并且该单独地址引起如下区分：接收ASIC是对特定SYNC命令解码并相应地做出反应还是仅等待总线上的新命令。

图26涉及在SYNC命令发起感测阶段的感测侧上的信令。如图26所示，ASIC#m.n和ASIC#m.n+1二者从相对光学单元接收到同步信号158。在检测到同步脉冲158的情况下，向微控制器传送同步应答。该特定的同步应答包含是否已接收到正确的脉冲图案以及已测量到何种时间戳信息的信息。另一方面，如果如在图26的最后时间线中针对ASIC#m.n+2所示的那样未检测到脉冲图案，则不将同步应答传送回微控制器。

特别地，可以以广播变体从微控制器传送用于感测同步脉冲的同步子命令，使得所有的ASIC可以执行该命令。另一方面，如果使用直接地址法，则将只有具有匹配地址的ASIC执行该命令。如果地址不匹配，则ASIC等待下一个命令。

在指定时间(t_{SET_S})之后，执行ASIC使能感测窗并尝试根据所传送的参数和所配置的时序来检测正确的同步图案。如果ASIC未能检测到正确的光束图案，则将不向微控制器发送应答。一旦完成，ASIC就在指定时间之后向总线主控设备发送应答。ASIC对微控制器的应答包含所感测的同步图案和ASIC现在正为新命令做准备的信息。图26还示出：用于不同ASIC的延迟时间t_{DELAY_COUNTER}是不同的；以及特别是具有较高优先级的ASIC——此处为位于离微控制器较远处的ASIC——将赢得仲裁阶段。

图27至图30示出了根据本发明在第一光学单元102与第二光学单元104之间的同步过程。

根据该特定实施方式，光学单元102被定义成主光学单元(主控设备)并且光学单元104具有配对的功能(从动设备)。

在同步过程的第一步骤中，主光学单元102的微控制器111在通信总线124上传送同步命令，该同步命令使一个特定光电子部件116以特定的同步图案发射红外辐射114。在所示的实施方式中，最接近控制器111的ASIC即122-1被寻址并使其发光元件118发射辐射114。

根据本发明，红外辐射以如下方式进行传送：该红外辐射并非到达相对侧的仅一个特定接收器，而是到达相对侧接收器中的至少两个接收器。因此，在配对光学单元104侧，ASIC122’-1和ASIC122’-2二者均接收到同步脉冲图案。根据本发明的有利实施方式，总线访问受控于所谓的载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)，使得多个ASIC可以在总线上发送。执行由具有最高优先级的ASIC赢得的仲裁阶段。在图27所示的实施方式中，始终是距离微控制器较远的ASIC赢得仲裁阶段。现在指示控制元件122’-2向主光学单元102回传应答脉冲。

该步骤在图28中示出。再次，光辐射并非仅朝向一个接收元件发送，而是朝向多于一个的接收元件发送，这意味着总共三个光电子部件接收到应答信号。所属的ASIC122-1、122-2和122-3向其控制器111发送相应消息。再次，仲裁阶段由距离控制器111最远的光电子部件赢得。在预定时间之后未接收到应答信号的情况下，主光学单元102将同步信号的发送重复若干次。然后，用下一个光电子部件启动相同的过程直到接收到应答脉冲为止。在应答信号到达主光学单元102的情况下，测量接收时间并且朝向配对光学单元104发射在良好定义时间窗内的启动脉冲。

这在图29中示出。根据此处所示的实施方式，ASIC#122-3指示其发射元件传送启动脉冲。尽管主光学单元102的控制器111可以指示任何其他ASIC122来传送启动脉冲，但使用已经证明可以朝向配对光学单元104建立不间断光路径的那些光电子部件中之一是有利的。

特别地，如图30所示，测量已经示出：在主光学单元102的光电子部件116-3与配对光学单元104的光电子部件116’-2之间，存在着两个光学单元之间的无扰动光学路径，对于未来操作，该无扰动光学路径可以在必要时用于使两根棍再同步。

作为由配对光学单元104接收的图案的启动脉冲直接触发正常扫描操作，其因此直接与主光学单元102同步。

通过使用多于一个的接收器并且随后在所有发送元件上进行尝试以建立同步过程，可以确保的是：不论何处存在光路径的中断，光幕内的任何自由区域均引起成功同步。归因于一个或更多个同步光束，该特征对于在无任何限制的情况下允许整个保护区上的浮动消隐是特别有利的。

图31针对四个相关ASIC的示例以用于两个光学单元102和104的时序图的形式概括了该同步方案。微控制器为每个棍中的总线主控设备。配对光学单元104的总线主控设备传送广播命令以使所有接收元件进入等待同步图案的接收状态。如图31所示，主光学单元的总线主控设备指示ASIC#n发射同步图案。在已发射同步图案之后，ASIC#n经由应答消息向总线主控设备通知已经执行了发送，并且总线主控设备随后指示所有ASIC切换到接收模式使得将对入射应答信号进行检测。

配对ASIC中的一个或更多个ASIC在其接收窗内接收同步脉冲，并且该一个或更多个ASIC均对总线主控设备做出回应。

归因于仲裁阶段，指示仅具有最高优先级的一个ASIC——此处为ASIC n——向主光学单元回传应答脉冲。由于此处所有光电子部件均被使能为从配对侧接收应答图案，所以所有光电子部件均向其主总线主控设备发回应答。再次，指示具有最高优先级的ASIC发射启动脉冲，根据有利的实施方式，该启动脉冲仅由已发送应答图案的特定光电子部件接收。这引起最精确的结果。在接收到启动图案时，配对光学单元中的ASIC n向其总线主控设备传送应答，这引起正常扫描操作的启动。此外，两个光学单元现在知道还可用于交换数据的自由光束对，并且其二者在任何情况下同时知道如下时刻：在该时刻处，必须启动用于正常扫描操作的通过光幕的依次扫描。

除非本文另有说明或者与上下文明显矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其在所附权利要求的上下文中)使用的术语“一”、“一个”和“该”以及类似参引被解释成覆盖单数和复数二者。除非另有说明，否则术语“包括(comprising)”、“具有”、“包含(including)”和“含有(containing)”被解释成开放式术语(即，意味着“包括但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文中列举的值的范围仅意在用作分别引用落入该范围的每个单独值的快捷方法，并且每个单独值被并入本说明书就好像其在本文中被单独列举一样。除非本文另有说明或者与上下文在其他方面明显矛盾，否则本文所描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另有要求，否则在本文中使用所提供的任意示例或所有示例或者示例性语言(如“例如”)仅意在更好地示出本发明，而并不对本发明的范围构成限制。说明书中的语言不应被解释成将任何未要求保护的元件表示为实现本发明的基本要素。

本文描述了示例性实施方式。在阅读前述描述时，那些实施方式的变型对于本领域技术人员将变得明显。发明人期望技术人员适当采用这样的变型，并且发明人旨在本发明可以以除本文具体描述之外的方式实现。因此，本发明包括所附权利要求中列举的主题的所有修改方案和等同物，如适用法律所允许的。此外，除非本文另有说明或者在其他方面与上下文明显矛盾除外，否则本发明涵盖上述元件处于其所有可能变型的任意组合。

附图标记

附图标记	描述
		100	光幕
102	第一光学单元
		104	第二光学单元
106	第一插接式模块
		108	第二插接式模块
110	第一光学模块(不具有控制器)

111、111’	控制器
		112	第二光学模块(具有控制器)、控制器模块
114	辐射光束
		116	光电子部件
118	发光元件
		120	光接收元件
122、122’	控制元件/ASIC
		124	通信总线
126	系统时钟
		128	数据输出
130	数据输入
		132	内部逻辑
134	放大器
		136	电源
138	发射器驱动
		140	时钟
141	时钟恢复
		142	通信
144	菊花链
		146	预分频器
148	用于第二脉冲的时间窗
		150	用于第三脉冲的时间窗
152	时间戳信息
		154	入射脉冲
156	期望脉冲

Claims (14)

1.一种使光电屏障的至少两个光学单元同步的方法，所述屏障监视监控区域并且所述屏障包括至少一个第一光学单元和至少一个第二光学单元，每个光学单元包括具有至少一个光学发送器、至少一个光学接收器和控制元件的多个光电子部件，其中所述第一光学单元和所述第二光学单元中的每个包括控制器模块，所述光电子部件的所述控制元件经由通信总线彼此连接并且连接至所述控制器模块，以及其中，所述同步由从所述控制器模块传送的同步命令发起，所述方法包括以下步骤：

从所述第一光学单元的第一光学发送器传送形成同步信号的辐射，使得所述辐射到达在相对侧的所述第二光学单元的至少两个光电子部件的光学接收器，

控制所述至少一个第二光学单元的多个光学接收器来监视是否已接收到所述同步信号，以及

如果已接收到所述同步信号，则控制所述第二光学单元的接收到所述同步信号的所述至少两个光电子部件中的、距离所述第二光学单元的控制器模块最远的光电子部件中的光学发送器发射形成应答信号的辐射以执行同步步骤；

其中，所述方法还执行定义所述多个光电子部件中的要用于所述同步步骤的至少一个光电子部件的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如果检测到所述同步信号，则存储关于何时检测到所述同步信号的时序信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在预定时间窗内，在所述第二光学单元处期望所述同步信号，并且其中，将所检测信号在所述时间窗内的位置存储为时间戳以提供所述时序信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在接收到所述应答信号时，从所述第一光学单元的第一光学发送器传送启动信号以用于启动监视操作。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述同步信号、所述应答信号和所述启动信号中的至少一个信号为具有特定脉冲图案的脉冲式信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在从所述第一光学单元的第一光学发送器传送所述同步信号的步骤之后没有检测到应答信号，则从所述第一光学单元的第二光学发送器重复对所述同步信号的传送。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述多个光电子部件中的每个光电子部件依次传送所述同步信号直到检测到应答信号或者达到预定超时为止。

8.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，一个光学单元的多个光电子部件同时监视是否接收到所述同步信号。

9.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，多个光学单元被彼此同步。

10.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，每个光电子部件均能够用于所述同步操作。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述通信总线的访问受控于确保仅具有最高优先级的所述光电子部件经由所述通信总线来传送数据的总线访问方案。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述通信总线的访问受控于载波侦听多路访问/冲突避免访问方案。

13.一种用于监视监控区域的光电屏障，所述屏障包括至少一个第一光学单元和至少一个第二光学单元，每个光学单元包括具有至少一个光学发送器、至少一个光学接收器和控制元件的多个光电子部件，

其中，所述第一光学单元和所述第二光学单元能操作成通过执行根据前述权利要求中的一项所述的方法而彼此同步。

14.根据权利要求13所述的光电屏障，其中，所述光学单元中的至少一个光学单元包括用于监控所述控制元件的操作的控制器模块，和/或其中，所述光学单元中的至少一个光学单元具有用于将所述光学单元电连接至外部电路的接口元件。