CN109959973B - 用于运行光栅组件的方法 - Google Patents

Abstract

示出并描述了一种用于运行光栅组件的方法以及一种具有至少一个第一和第二光栅的光栅组件，其中所述第一光栅具有第一发射器单元和接收单元，并且所述第二光栅具有第二发射器单元和接收单元，其中第一光栅的所有发射器都在经过第一周期期间先后得到激活，以发射单光脉冲，并且第二光栅的所有发射器都在经过第二周期期间先后得到激活，以发射单光脉冲，并且所述周期基本上同时进行。根据本发明规定，将所述第一周期的持续时间延长或缩短了第一相位偏移ΔA的持续时间，并且将所述第二周期的持续时间延长或缩短了第二相位偏移ΔB的持续时间。

Description

用于运行光栅组件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行光栅组件的方法。本发明还涉及一种光栅组件和一种光栅。

背景技术

在保护人员或材料资产免受源自自动化工作的设备或机器、诸如自动化工作的机器人的危险的意义上，本发明广泛地涉及安全技术的领域。典型的保护措施在于隔绝这种设备的危险区域，以便防止进入危险区域或导致停止、关闭或以其他方式解除危险的运行情况。为了隔绝这样的危险区域，通常使用机械的防护围栏或防护门。然而在许多情况下，由于操作人员需要定期接近机器或者因为必须将材料运输到危险区域中或从危险区域运出，因此必须接近受到防护的危险区域。对于这种情况，经常使用光电保护装置、特别是光栅，其取决于设计和布置也称为光栅格或光幕。根据要求，应确保光栅符合根据EN/IEC61496-1/-2/-3的手指、手或身体保护标准。

在工业领域中常见的是，在空间上彼此靠近地安装多个光栅。因此，不能总是排除第一光栅的发射器光学地串扰（übersprechen）第二光栅的接收器。但是尽管如此，受影响的光栅必须在这种情况下仍然无干扰地工作。

为此目的，从现有技术中已知各种解决方案。例如，在EP0797109中描述了一种用于运行具有两个同步工作的发射器/接收器对的光栅组件的方法，其中两个发射器中的每个将每个具有特定标识的光信号以双脉冲的形式发射。这种设计决定，必须使得两个发射器/接收器对同步。这实现起来耗费很高。

从EP2230538中已知一种用于运行光电的传感器组件的方法，其中，多个光发射器将光信号发射到监控区域中，其中，至少光信号具有不同的基础调制频率。由此可以实现区分所接收到的光信号是从哪个光发射器发射的。这种设计决定，必须在技术上高耗费地设计发射器单元以及接收单元，以便能够可靠地产生并检测调制。

发明内容

本发明的目的是提供一种替代性的方法和一种替代性地构造的光栅组件，以便能够可靠地、安全地并且无干扰地运行至少两个在空间上彼此靠近地布置的光栅。此外，本发明的目的是提供一种用于该方法的光栅和光栅组件。

本发明的出发点是一种针对光栅组件的用于运行光栅组件的方法，所述光栅组件具有带有第一发射器单元和接收单元的第一光栅并且具有带有第二发射器单元和接收单元的第二光栅，其中第一发射器单元的所有发射器在经过第一周期期间先后得到激活，以便相应地发射单光脉冲，并且第二发射器单元的所有发射器在经过第二周期期间先后得到激活，以便相应地发射单光脉冲，并且所述周期基本上同时进行。根据本发明，现在使得第一周期的持续时间延长或缩短第一相位偏移∆A的持续时间，并且使得第二周期的持续时间延长或者缩短第二相位偏移∆B的持续时间。由此得到针对两个光栅的不同长的周期时间。在相应地选择第一相位偏移∆A和第二相位偏移∆B时，由此可以对于特定数量的周期确保无干涉。两个光栅之间的同步是不必要的。根据本发明的方法确保了，在限定数量的周期中，总是仅仅最高一次，在最小数量的周期期间使得两个光栅的单光脉冲系统性地重叠或干涉。为了阐明而确定如下方面：即，周期或周期时间是指这样的时间，该时间为直至光栅的发射器单元和接收器单元的所有发射器和接收器顺序地得到激活以发射或接收单光脉冲所经过的时间。此外应该阐明，第一和第二光栅的周期基本上同时进行。由此，在时间上看，光栅的周期平行地进行，也就是说，两个光栅基本上在同一时刻开始其相应的周期。

根据本发明的方法例如能够以有利的方式由此得到实现，其方法是，在一个周期内使得每个光栅的唯一一个发射器的脉冲间隔时间T_Task缩短或者延长相位偏移∆A、∆B的持续时间，其中光栅的所有其余的发射器的脉冲间隔时间T_Task被保持长度相同（gleich）。具体而言，由此可以优选地在周期结束时调整作为最后进行激活的发射器的脉冲间隔时间T_Task。在此应当注意，在具有多个发射器和接收器的光栅中，脉冲间隔时间是指这样的时间，该时间为在通过两个相邻的发射器发射单光脉冲之间所经过的时间。

替代性地也可以实现的是，在光栅的所有发射器中，在一个周期内使得脉冲间隔时间T_Task成比例地缩短或延长相位偏移∆A、∆B的持续时间。这意味着，必须对所有发射器的脉冲间隔时间T_Task略微进行调整。

在单光脉冲的给定的脉冲宽度T_puls并且在给定的平均的脉冲间隔时间T_Task的情况下适用以下不等式以确定第一相位偏移∆A和第二相位偏移∆B：

其中：

=具有编码A的光栅的光束数量

=具有编码B的光栅的光束数量。

在此，

为第一光栅的相位偏移

为第二光栅的相位偏移

T_puls为单光脉冲的脉冲宽度

n_Zyklus为当前的周期

为第一光栅的光束数量（对应于发射器的数量以及由此接收器的数量）

为第一光栅的光束数量（对应于发射器的数量以及由此接收器的数量）

T_Task为两个相邻的单光脉冲的发射之间所经过的时间（脉冲间隔时间）

N_Samples为光束的采样（Abtastung）的数量

特别是必须遵守以下限制：

并且优选地

。

前面所提及的不等式能够以数字的方式求解。如果满足前面所提及的条件并且由此相应地选择相位偏移∆A和相位偏移∆B，则在干涉的周期之后确保接下来的（N_samples-1）周期是无干涉的，也就是说可以排除单光脉冲的重叠。必须如此选择参数T_Puls、T_Task、∆A、∆B和N_Samples，从而得到光栅的所要求的响应时间和稳健性。在所提及的不等式中，考虑到光束的数量N_BeamsA和N_BeamsB。因此，本发明也可以在根据本发明的光栅组件和方法中使用，其中光栅具有不同的长度。例如，第一光栅可以具有第一长度并且与具有第二长度的第二光栅一起运行，其中所述长度优选具有处于150 mm到1800 mm之间的数值并且可以具有150 mm的部分（Stückelung）。

相应的光栅的发射器和接收器优选地在光学上相互同步。因此，在激活发射器同时使得配属于该发射器的接收器得到激活。

针对光栅组件中使用多于两个光栅的情况，根据本发明如此设计所述方法，使得光栅组件的每个光栅带有相位偏移地工作，该相位偏移与光栅组件的其他光栅的所有其他相位偏移不同。

本发明也涉及一种具有至少一个第一和第二光栅的光栅组件，其中第一光栅具有第一发射器单元和接收单元，并且第二光栅具有第二发射器单元和接收单元，其中第一光栅的所有发射器能够在经过第一周期期间先后得到激活，以便发射单光脉冲，并且第二光栅的所有发射器能够在经过第二周期期间先后得到激活，以便发射单光脉冲，并且所述周期基本上同时进行、特别是用在根据本发明的方法中，其中第一光栅被构造用于，使得第一周期的持续时间延长或缩短第一相位偏移∆A的持续时间，并且第二光栅被构造用于，使得第二周期的持续时间延长或缩短第二相位偏移∆B的持续时间。

从现有技术中已知，光栅的发射器被实施为发光二极管、特别是IR发光二极管，并且这些发光二极管中的每一个被分配了脉冲发生器以对其进行操控，以便产生单光脉冲并控制脉冲间隔时间T_Task。在此，根据本发明，脉冲发生器可以被构造用于，在一个周期期间使得两个相邻的发射器之间的脉冲间隔时间T_Task缩短或延长相位偏移∆A、∆B的持续时间，其中脉冲发生器被构造用于，使得相关的光栅的所有其余发射器的脉冲间隔时间T_Task保持长度相同（gleich）。

例如，作为替代方案，脉冲发生器可以被构造成，在一个周期期间在光栅的所有发射器单元中使得脉冲间隔时间T_Task成比例地缩短或延长相位偏移∆A、∆B的持续时间。

此外，在光栅组件的一种实施方式中，可以如此设定脉冲发生器的相位偏移∆A（35）和相位偏移∆B（37），使得每个受干涉的周期的最小数量的接下来的周期是无干涉的。

如果在光栅组件中安装两个以上的光栅，则光栅组件的每个光栅被构造成带有相位偏移地工作，该相位偏移不同于光栅组件的其他光栅的所有其他相位偏移。

本发明还涉及一种具有发射器单元和接收单元的光栅、特别是用于执行根据本发明的方法或用于根据本发明的光栅组件中，其中光栅可以至少在以下运行模式中运行：

a）以第一周期运行，所述第一周期缩短或延长了第一相位偏移∆A的持续时间，或者

b）以第二周期运行，所述第二周期缩短或延长了第二相位偏移∆B的持续时间，或者

c）以周期的不变的持续时间进行运行。

如果可以针对各个光栅设定所述运行模式，则这具有以下优点：仅在安装根据本发明的光栅组件时、例如为了固定生产装置，才必须确定各个光栅的运行方式。

在一种有利的实施方式中，光栅具有操作元件，以便由此设定运行模式。替代性地，这可以借助于基于软件的控制命令来完成。

此外有利的是，光栅的发射器与接收器在光学上彼此同步，并且在激活发射器同时激活配属于该发射器的接收器。

根据本发明的方法或根据本发明的光栅组件或根据本发明的光栅尤其具有下面相对于现有技术进行阐述的优点。例如，与其中脉冲组用作束编码的光栅的实施方式相比，每个扫描周期的单光脉冲的发射增加了发射器中的发光二极管的寿命。另外，对用于评估单光脉冲的硬件的要求较低，因为用于发射器和接收器的节拍产生器的精度的影响不太重要，并且因此接收电路的成本也较低。

此外，当使用非编码的单光脉冲时，诸如可能由焊接设备引起的干扰光脉冲破坏光脉冲中的可能出现的编码信息的概率较小。因此与脉冲组相比，单光脉冲更稳健。此外，更简单的算法可用于评估单光脉冲。

更复杂的编码方法通常还需要更多的实现成本，并且因此在关于存储器占用和CPU利用率方面效率较低。

前面提及的可选特征可以以任何组合实现，只要它们不相互排斥即可。本发明的另外的优点和特征在参照示意性图示的情况下从本发明的如下描述中得出。

其中：

图1示出了光栅组件的示意图；

图2是实现相同长度的光栅中的相位偏移的示意图，其中时间绘制在假想的X轴上；

图3是示出单光脉冲的时间上的顺序的图表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的光栅组件。光栅组件防护（absichern）危险区域19，该危险区域一方面由壁21、23限定，并且具有由两个光栅防护的两个入口。第一光栅基本上由第一发射器单元11和第一接收单元15组成，并在第一光栅的主光束方向25上发射光束。类似地，第二光栅基本上由第二发射器单元13和第二接收单元17组成，并在第二光栅的主光束方向27上发射光束。每个发射器单元11、13具有至少一个未示出的发射器，该发射器由同样未示出的脉冲发生器以已知的方式和方法进行操控。在此，可以为每个发射器分配一个脉冲发生器或一个脉冲发生器可以顺序地操控多个发射器。光栅的每个接收单元15、17具有与光栅具有的发射器数量相同的数量的接收器。

由于空间上的接近，不能排除来自第一光栅的发射器单元11的光束串扰第二光栅的接收单元17并导致误检测。

因此为了避免这种情况，第一光栅的周期时间31根据本发明被加载相位偏移∆A35并且第二光栅的周期时间33被加载相位偏移∆B 37。在此应当注意，在图2中示意性地示出了光栅的时间上的情况，其具有相同的长度，更准确地说，其具有相同数量的发射器和接收器，或发射相同数量的光束。

图3示出了阐释单光脉冲在时间上的顺序的图表。在最上面的时间轴上示出了第二光栅在周期n_Zyklus中的单光脉冲41、42、43，并且在下面的时间轴上示出了第一光栅在周期n_Zyklus中的单光脉冲45、46、47。可以看出，单光脉冲41与45、42与46以及43与47同时出现；在所示的周期n_Zyklus中，两个光栅的单光脉冲相互重叠或干涉。另外，单光脉冲41、42和43或45、46和47在时间上彼此间隔开，其中间隔是脉冲间隔时间T_Task。所有单光脉冲具有相同的脉冲宽度T_puls。

在图3中，在下面的两个时间轴上示出了单光脉冲41、42、43或45、46和47在周期n_Zyklus+1中的时间上的位置。在此可以看出，与周期n_Zyklus中的情况相比，单光脉冲45-以及因此单光脉冲46和47以相位偏移∆A 35较早地发射。与周期n_Zyklus中的情况相比，单光脉冲41-以及因此单光脉冲42和43较晚地以相位偏移∆B 37发射。可以看出，两个光栅的单光脉冲41、42、43或45、46和47在该周期期间不重叠。确保了无干扰的运行。

在未示出的周期n_Zyklus+2中，单光脉冲41、42和43以及第二光栅的其他未示出的单光脉冲又被以相位偏移∆A 35提早地发射，并且单光脉冲45、46和47以及第一光栅的其余未示出的单光脉冲以相位偏移∆B 37稍后发射。这导致单光脉冲在时间上不同的散射，但是再次排除重叠，具体而言直至达到在计算中假定的最小数量的周期。

因此，根据本发明的方法或根据本发明的光栅组件确保始终系统化地干涉限定数量的周期中的至多一个。这尤其通过第一和第二光栅格中的不同长的周期时间来实现。

根据本发明的方法或根据本发明的光栅组件针对两个可能相互影响的光栅示出。然而，在根据本发明的构思的范围内，也可以选择更高数量的光栅。

通常应该注意，在说明书中总是使用一般性的术语光栅或光栅组件。在本发明的范围内，该术语也包括光栅格和光幕或光栅格组件和光幕组件。还应注意，已经基于单光脉冲解释了本发明。然而不言而喻的是，本发明也可以应用于具有多重光脉冲、诸如双脉冲的光栅。根据本发明，在此必须注意，所述多重光脉冲不重叠。在最简单的情况下，这意味着在计算相位偏移时，对于具有单光脉冲的光栅而言，多重光脉冲的发射的持续时间等于单光脉冲的脉冲宽度T_puls。

附图标记列表

11 第一光栅的发射器单元

13 第二光栅的发射器单元

15 第一光栅的接收单元

17 第二光栅的接收单元

19 危险区域

21 壁

23 壁

25 第一光栅的主光束方向

27 第二光栅的主光束方向

31 第一光栅的周期时间

33 第二光栅的周期时间

35 第一光栅的相位偏移∆A

37 第二光栅的相位偏移∆B

38 第一光栅的脉冲间隔时间T_Task

39 单光脉冲的脉冲宽度T_puls

41 第二光栅的第一发射器单元的单光脉冲

42 第二光栅的第二发射器单元的单光脉冲

43 第二光栅的第三发射器单元的单光脉冲

45 第一光栅的第一发射器单元的单光脉冲

46 第一光栅的第二发射器单元的单光脉冲

47 第一光栅的第三发射器单元的单光脉冲。

Claims (19)

1.用于运行具有至少一个第一和第二光栅的光栅组件的方法，其中所述第一光栅具有第一发射器单元（11）和接收单元（15），并且所述第二光栅具有第二发射器单元（13）和接收单元（17），其中所述第一发射器单元（11）和接收单元（15）的所有发射器都在经过第一周期（31）期间先后得到激活，以发射单光脉冲（45、46、47），并且第二发射器单元（13）和接收单元（17）的所有发射器都在经过第二周期（33）期间先后得到激活，以发射单光脉冲（41、42、43），并且所述周期（31、33）基本上同时进行，

将所述第一周期（31）的持续时间延长或缩短了第一相位偏移∆A（35）的持续时间，并且

将所述第二周期（33）的持续时间延长或缩短了第二相位偏移∆B（37）的持续时间，

其特征在于，

在单光脉冲（41、42、43；45、46、47）的给定的脉冲宽度T_puls（39）的情况下并且在给定的平均的脉冲间隔时间T_Task（38）的情况下，以下不等式适用于确定第一相位偏移∆A（35）和第二相位偏移∆B（37）：

其中：

=具有编码A的光栅的光束数量

=具有编码B的光栅的光束数量。

2.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

在周期（31、33）期间，每个光栅的唯一一发射器的脉冲间隔时间T_Task（38）被缩短或延长了所述相位偏移∆A、∆B（35、37）的持续时间，并且

相应光栅的所有其余发射器的脉冲间隔时间T_Task（38）具有相同长度。

3.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，其特征在于，

在周期（31、33）期间，对于光栅的所有发射器来说，所述脉冲间隔时间T_Task（38）被成比例地缩短或延长了所述相位偏移∆A、∆B（35、37）的持续时间。

4.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

其中以下限制适用于确定所述第一相位偏移∆A（35）和所述第二相位偏移∆B（37）：

。

5.根据权利要求4所述的用于运行光栅组件的方法，其特征在于，

其中以下另外的限制适用于确定所述第一相位偏移∆A（35）和所述第二相位偏移∆B（37）：

。

6.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

所述光栅能够在以下运行模式下运行：

- 以第一周期（31）运行，所述第一周期缩短或延长了第一相位偏移∆A（35）的持续时间，或者

- 以第二周期（33）运行，所述第二周期缩短或延长了第二相位偏移∆B（37）的持续时间，或者

以周期的不变的持续时间进行运行。

7.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

所述发射器与所述接收器在光学上彼此同步，并且在激活发射器同时激活配属于所述发射器的接收器。

8.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

如此选择所述相位偏移∆A（35）和所述相位偏移∆B（37），使得每个受干涉的周期的最小数量的接下来的周期是无干涉的。

9.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

获取用于一光栅组件的所述第一相位偏移∆A（35）和所述第二相位偏移∆B（37），其中发射器的数量以及由此光束的数量是大小相同的。

10.根据权利要求1所述的用于运行光栅组件的方法，

其特征在于，

光栅组件的每个光栅带有相位偏移地工作，该相位偏移不同于所述光栅组件的其他光栅的所有其他相位偏移。

11.具有至少一个第一和第二光栅的光栅组件，其中所述第一光栅具有第一发射器单元和接收单元，并且所述第二光栅具有第二发射器单元和接收单元（11、13），其中第一光栅的所有发射器都能够在经过第一周期（31）期间先后得到激活，以发射单光脉冲（45、46、47），并且第二光栅的所有发射器都能够在经过第二周期（33）期间先后得到激活，以发射单光脉冲（41、42、43），并且所述周期（31、33）基本上同时进行，用在根据前述权利要求所述的方法中，

所述第一光栅被构造用于，将所述第一周期（31）的持续时间延长或缩短第一相位偏移∆A（35）的持续时间，并且

所述第二光栅被构造用于，将所述第二周期（33）的持续时间延长或缩短第二相位偏移∆B（37）的持续时间，

其特征在于，

在单光脉冲（41、42、43；45、46、47）的给定的脉冲宽度T_puls（39）的情况下并且在给定的平均的脉冲间隔时间T_Task（38）的情况下，以下不等式适用于确定第一相位偏移∆A（35）和第二相位偏移∆B（37）：

其中：

=具有编码A的光栅的光束数量

=具有编码B的光栅的光束数量。

12.根据权利要求11所述的光栅组件，

其中光栅的每个发射器具有发光二极管，并且脉冲发生器被分配给所述发光二极管以对其进行操控，以便产生单光脉冲（41、42、43；45、46、47）并控制所述脉冲间隔时间T_Task（38），其特征在于，

每个光栅的脉冲发生器被构造用于，在一个周期内将两个相邻的发射器之间的脉冲间隔时间T_Task（38）缩短或延长所述相位偏移∆A、∆B（35、37）的持续时间，

并且所述脉冲发生器被构造用于，使得所述光栅的所有其他发射器的脉冲间隔时间T_Task（38）都保持相同的长度。

13.根据权利要求11所述的光栅组件，其特征在于，

所述脉冲发生器被构造用于，在周期（31、33）期间，在光栅的所有发射器中的所述脉冲间隔时间T_Task（38）成比例地缩短或延长所述相位偏移∆A、∆B（35、37）的持续时间。

14.根据前述权利要求12所述的光栅组件，其特征在于，

如此设定所述脉冲发生器的相位偏移∆A（35）和相位偏移∆B（37），使得每个受干涉的周期的最小数量的接下来的周期是无干涉的。

15.根据前述权利要求11所述的光栅组件，其特征在于，

所述光栅组件的每个光栅被构造成带有这样的相位偏移工作，该相位偏移不同于光栅组件的其他光栅的所有其他相位偏移。

16.具有发射器单元和接收单元的用于执行根据前述权利要求1至10中任一项所述的方法的或用在根据前述权利要求11至15中任一项所述的光栅组件中的光栅，其特征在于，

所述光栅能够在以下运行模式下运行：

- 以第一周期（31、33）运行，所述第一周期缩短或延长了第一相位偏移∆A（35）的持续时间，或者

- 以第二周期（31、33）运行，所述第二周期缩短或延长了第二相位偏移∆B（37）的持续时间，或者

以周期的不变的持续时间进行运行。

17.根据权利要求16所述的光栅，其特征在于，

能够借助于安置在所述光栅处的操作元件来设定运行模式。

18.根据权利要求16所述的光栅，其特征在于，

能够借助于基于软件的控制命令来设定运行模式。

19.根据权利要求16所述的光栅，其特征在于，

所述发射器与所述接收器在光学上彼此同步，并且在激活发射器同时激活配属于所述发射器的接收器。

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