CN111226134A - 用于监控监测区域的激光扫描仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监控开口前方的监测区域(36)的激光扫描仪(10，32)，所述开口由闭合机构闭合，通过所述闭合机构的构型来限定所述监测区域(36)中的危险区域(40)。所述监测区域(36)至少在一侧由框架(34)限定，在所述监测区域前方存在边缘区域(38)，所述激光扫描仪包括激光发射和接收单元(12)，还设有渡越时间检测装置(14)，所述渡越时间检测装置通过测量所发出和所接收的激光脉冲的渡越时间来确定物体(22，44，46)在该监测区域(36)中的位置。还设有评估单元(18)，由该评估单元产生第一物体信息，即是否已通过渡越时间测量检测到物体。还设有强度检测装置(16)，通过强度检测来评估所接收的脉冲信号的强度，并将所检测的强度与在存储器单元(24)上所存储的参考强度进行比较，在偏差超过某个阈值的情况下提供第二物体信息，即是否根据强度偏差监测到物体处于危险边缘区域中，并且当第一物体信息或第二物体信息为肯定时，由评估单元(18)产生“安全信号”。

Description

用于监控监测区域的激光扫描仪
技术领域
本发明涉及一种用于监控开口前方的监测区域的激光扫描仪，该开口由闭合机构闭合；以及一种组件，包括至少一个激光扫描仪和限定该监测区域的框架元件。
背景技术
在现有技术中激光扫描仪已用于自动门或窗。这些激光扫描仪包括渡越时间检测装置，用来测定与激光扫描仪的距离，并确定是否在监测区域。在该过程中，由激光扫描仪以不同角度发射的个别激光脉冲被物体反射回来，该反射通过渡越时间测量来评估。因此可以探测到物体在监测区域中的位置，如果该位置位于被限定为危险区域的区域内，则通常向控制单元发出“安全”信号，以防止物体被自动的闭合机构(尤其是门或窗)夹住。通常地，肯定的“安全”信号使闭合机构的控制单元停止或逆转闭合运动。
DE 10 2006 043 615公开了一种激光扫描仪，具有发送单元和接收单元，用于探测监控区域中的物体。将接收到的信号与参考信号进行比较，其中参考信号可与门的运动相关联。分别对渡越时间和反射率进行比较。
发明内容
本发明的目的是，尽可能实现可靠地探测到“安全”危险区域中受危险的物体。即使当危险区域处于限定监测区域的框架附近时，也能确保较高的可靠性，尤其应适用于较小物体。
本发明提供了一种用于监控开口前方的监测区域的激光扫描仪，开口由闭合机构闭合，通过如下技术方案实现。激光扫描仪借助于评估单元，通过测量发射和接收的激光脉冲的渡越时间来测定物体在该监测区域中的位置。监测区域包括至少一个危险区域，当探测到危险区域中有物体时，激光扫描仪发出“安全”信号。如果没有探测到物体处于危险边缘区域之外的危险区域时，则通过渡越时间测量产生第一物体信号，即是否已通过渡越时间测量来检测到有物体处于该危险边缘区域中。此外，还对所接收的激光脉冲的强度进行评估，并且将所检测的强度与在该激光扫描仪的储存器单元上所存储的参考强度进行比较。在偏差超过某个阈值的情况下提供第二物体信息，即是否根据强度偏差来检测有物体处于该危险边缘区域中。在邻近危险边缘区域的监控区域由一个框架限定，邻近危险边缘区域的监控区域又被定义为危险区域。
与框架附近的边缘区域的距离有待测定，框架至少在一侧、尤其在两侧限定监测区域。在边缘区域处存在的问题是，在该边缘区域中的渡越时间测量的精度可能不准确。这对该区域中较小物体的探测比较困难，无法可靠地在较小物体与由框架构成的背景之间进行区分的区域称为灰色区。由所反射的激光脉冲获得的渡越时间测量的准确性也依赖于物体相对于背景的反射率的差异。
根据所接收的强度，也可以对渡越时间测量的误差进行校正，实现对位置更准确地评估。
如果在反射率方面存在大的差异，则产生大的强度偏差，将影响框架的边缘区域的灰色区的大小。
根据本发明，在背景与当前的物体测量之间进行强度比较。如果所测量的强度的偏差超过预先限定的阈值，即使渡越时间测量没有在该框架内产生探测结果时，也会报告探测结果。
强度的偏差是参考强度与物体强度的差值。
以此方式，可以消除边缘区域中的灰色区中的渡越时间测量的不准确性。由此也确保对较小物体进行可靠的探测。
在扫描过程中，激光扫描仪通过分布在扇区中的激光脉冲来扫描平面，该平面在其投影中覆盖有待监测的开口，尤其平行于开口平面。
强度通过对所接收的脉冲宽度的评估来测量，使用雪崩光电二极管作为探测器。
优选地，强度是在一个测量点的连续多个激光脉冲的平均强度，为强度平均值，将该平均值与参考平均值进行比较。
在初始运行期间和循环过程中，如有必要，记录参考强度并将其存储在存储器单元上。参考强度可以用测量时所检测的激光脉冲来进行校正。尤其在没有检测到所测的激光脉冲的情况下，对该次测量进行校正。以此方式可以连续地适应环境变化。
如果提供表示监测区域中的物体的第一物体信息，那么在激光扫描仪输出端输出“安全”信号。
如果同时提供表示物体在监测区域中的第二物体信息，那么将与几乎同时存在的物体信息进行比较。
激光扫描仪包括用于评估渡越时间和强度的电子评估单元，评估单元还包括滤波器，滤波器特性影响灰色区的大小。
还可能的是，除了危险边缘区域之外，该监测区域还包括例如可以触发激活的其他探测区域。针对这些区域，对这些区域内的物体仅需要考虑渡越时间测量。这使得激光扫描仪的探测行为更稳定。因此，如果不涉及边缘区域，那么针对该危险区域不考虑强度测量。
所限定的边缘区域的大小通常为2cm至5cm，这个大小尤其依赖于为了评估渡越时间信息所使用的滤波器。
本发明还提供一种组件，该组件包括至少部分环绕的框架、用于闭合由该框架构成的开口的闭合机构、以及前述激光扫描仪，其中激光扫描仪被安装在框架上，使得框架至少部分地限定激光扫描仪的监测区域。
优选地，激光扫描仪被安装在框架的拐角中。
此外，所述组件还可包括用于控制闭合机构(尤其窗)的控制单元，控制单元与激光扫描仪共同作用。
附图说明
本发明的其他优点、特征和应用可能性可从以下说明中得出，说明结合附图中所示的实施例进行描述。
在说明书、权利要求书和附图中所使用的术语和相关的附图标记列在下文的附图标记列表中。在附图中：
图1为本发明的激光扫描仪。
图2为本发明的组件示意图，在检测区域中没有物体。
图3为本发明的组件的示意图，在检测区域和边缘区域中有物体。
图4为流程示意图。
具体实施方式
图1为本发明所述的激光扫描仪10，该激光扫描仪具有激光扫描发射和接收单元12，其能够在一定角度范围内发出激光脉冲，并且能够接收由物体22反射的激光脉冲。在渡越时间检测装置14和强度检测装置16中分析所接收的激光脉冲。还设有评估单元18，该评估单元基于渡越时间检测装置14和强度检测装置16所产生的值来决定是否应在“安全”输出端20处输出肯定的“安全”信号，由此可以将控制单元置于安全模式。为了评估，评估单元18动用在储存单元24上所存储的参考值。在图4中将进一步描述该评估单元的确切工作方式。
图2为本发明所述的组件30，包括框架34和被设计为激光扫描仪32的激光扫描仪。激光扫描仪32发出激光脉冲，该激光脉冲可以被监测区域36中的物体或限定该监测区域的框架34反射。
从激光脉冲发出至反射检测之间的渡越时间可以被测定。借助于该渡越时间，可以确定框架34内的物体在监测区域36中的位置。鉴于较小物体的渡越时间检测的准确性，在框架34附近的监测区域36的边缘区域38中的检测是其极限。
由虚线限定的边缘区域38从框架34的下边缘延伸到右边缘，右边缘的边缘区域归入危险区域40。在这个区域中，边缘区域38形成危险边缘区域42，危险边缘区域用可靠的方式进行评估。
根据本发明，在危险边缘区域42中，除了渡越时间之外，还对所反射的激光脉冲的强度进行评估。如在图4中进一步描述的，该评估通过在初始化循环中为每个激光脉冲测定框架34的参考值的方式来实现。将所检测的强度与在激光扫描仪32中所存储的参考强度进行比较，如果偏差超过预先限定的阈值，将向用于控制闭合机构(为了清楚起见未显示)的控制单元发送“安全”信号，从而中断潜在的闭合过程。
图3为图2中的组件30，显示了两个物体44、46，其中物体44可以通过渡越时间的测量被探测识别。物体46可以在危险边缘区域评估中通过强度测量来探测识别，即使在灰色区中的渡越时间测量不能明确的评估。为了测量激光脉冲的强度，对所接收的激光脉冲的脉冲宽度进行评估。
图4为用于探测识别物体的流程图，该物体在危险边缘区域中被探测到。进行渡越时间测量，该渡越时间测量也被称为飞行时间(TOF)测量。借助于激光脉冲的渡越时间，将激光脉冲被反射的点的距离与监测区域中的位置相关联。如果处于监测区域之外，则将其弃用。
根据闭合机构的设计结构，监测区域有一个危险区域。因此，在监测区域内定义一个危险区域，如果探测识别到该危险区域中的物体，由评估单元输出“安全”信号。
如果该监测区域在危险区域中由物理框架限定，将产生危险边缘区域。在该边缘区域中无法始终足够准确地对渡越时间测量进行评估来实现较小物体的探测。
在该激光扫描仪运行期间在初始化过程中，不仅在该激光扫描仪的位置处通过TOF测量来检测该边缘区域，而且通过所反射的激光脉冲来测量其反射率，该反射率作为对应测量点的参考值被存储在该激光扫描仪的存储器上。
因此，在TOF测量评估时确定TOF间距测量的值是否大于与所限定的危险边缘区域的距离。
如果是的话，那么进行危险边缘区域评估。在进行危险边缘区域评估时，除了通过TOF测量获得的第一物体信息之外，还建立第二物体信息。该第二物体信息反映当前测量的激光脉冲的反射率的偏差是否大于反映框架反射率的相关联的参考反射率的测量值。该反射率根据所接收的激光脉冲的强度来评估并且由脉冲宽度来确定。如果强度与参考强度的差值超过阈值D，那么提供的第二物体信息是肯定的，否则是否定的。
如果反射点的TOF测量值在该危险边缘区域中，那么提供的第一物体信息是肯定的，否则是否定的。
当该第一物体信息或该第二物体信息为肯定时，该评估单元输出肯定的“安全”信号。
以此方式，在边缘区域中，当在该物体的反射率与其后的框架的反射率之间存在较大的差异时，在TOF测量中将出现特别大的不准确性，因此利用信息强度可以达到在很大程度上消除该差异的目的。
因此也可以识别出该危险边缘区域中的较小的物体。
如果强度的偏差小于阈值D，则以这个值来校正所存储的参考反射率。
附图标记清单
10 激光扫描仪
12 激光扫描仪发射和接收单元
14 渡越时间检测装置
16 强度检测装置
18 评估单元
20 “安全”输出端
22 物体
24 存储器
30 组件
32 激光扫描仪
34 框架
36 监测区域
38 边缘区域
40 危险区域
42 危险边缘区域
44 第一物体
46 第二物体
D 阈值

Claims (10)

1.一种用于监控开口前方的监测区域(36)的激光扫描仪(10，32)，所述开口由闭合机构闭合，通过所述闭合机构的构型来限定所述监测区域(36)中的危险区域(40)，所述监测区域(36)至少在一侧由框架(34)限定，在所述监测区域前方存在边缘区域(38)；所述激光扫描仪包括激光发射和接收单元(12)，还设有渡越时间检测装置(14)，所述渡越时间检测装置通过所发出和所接收的激光脉冲的渡越时间测量(TOF(RP))来确定物体(22，44，46)在该监测区域(36)中的位置；设有评估单元(18)，由所述评估单元产生第一物体信息，即是否已通过渡越时间测量检测到有物体处于危险边缘区域(42)中；还设有强度检测装置(16)，通过所述强度检测装置来评估所接收的脉冲信号的强度(I(RP))，并将所检测的强度(I(RP))与在存储器单元(24)上所存储的参考强度(IREF)进行比较；当通过该渡越时间检测装置(14)探测到没有物体处于该危险边缘区域(42)以外的危险区域(40)中时，在偏差超过某个阈值(D)的情况下提供第二物体信息，即是否根据强度偏差检测到有物体处于该危险边缘区域(42)中，并且当第一物体信息或第二物体信息为肯定时，所述评估单元(18)产生“安全信号”。
2.根据权利要求1所述的激光扫描仪，其特征在于，激光发射和接收单元(12)包括雪崩光电二极管。
3.根据前述任意一项权利要求所述的激光扫描仪，其特征在于，强度检测装置(16)通过评估脉冲宽度来进行强度检测。
4.根据前述任意一项权利要求所述的激光扫描仪，其特征在于，设有初始化装置，该初始化装置能够实现激光扫描仪的初始化，在初始化期间将监测区域(36)中的框架(34)的参考强度(IREF)存储在存储器单元(24)上。
5.根据权利要求4所述的激光扫描仪，其特征在于，在初始化期间确定监测区域(36)、危险区域(40)、边缘区域(38)以及危险边缘区域(42)。
6.一种组件(30)，该组件包括至少部分环绕的框架、用于闭合由框架(34)构成的开口的闭合机构、以及根据前述任意一项权利要求所述的激光扫描仪(32)，激光扫描仪(32)被安装在该框架上，使得该框架(34)至少部分地限定激光扫描仪(32)的监测区域(36)。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，激光扫描仪(32)安装在框架(34)的拐角区域中。
8.根据权利要求6或7所述的组件，其特征在于，框架(34)是窗或窗棂的一部分。
9.根据权利要求6至8任意一项所述的组件，其特征在于，闭合机构由与激光扫描仪相连的控制单元来控制。
10.根据权利要求6至9任意一项所述的组件，其特征在于，闭合机构是窗。
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