CN112041609B - 用于监控机器运动的光电安全装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于监控机器运动的光电安全装置(10)，具有检测装置(14)和控制装置(16)，检测装置具有用于发送光学信号(26a，b)的至少一个发送器单元(24a，b)和用于接收光学信号(26a，b)的至少一个接收器单元(28a，b)，控制装置具有用于评估在接收器单元处接收的信号(26a，b)的评估单元(38)，其中控制装置(16)当所接收的信号的强度(52a，b)在允许的强度范围(Ie)内时释放机器运动并且当所接收的信号的强度(52a，b)在允许的强度范围(Ie)之外时输出用于停止机器运动的触发脉冲(54)，其中光学信号(26a，b)具有由多个信号脉冲(36a‑f)组成的序列(34a，b)，其中信号脉冲(36a‑f)具有彼此不同的脉冲强度(50a‑f)，控制装置(16)具有脉冲选择指标(42a，b)，并且控制装置(16)具有脉冲选择单元(40)，其适用于当评估信号脉冲的脉冲强度(52a，b)在最佳强度范围(Iopt)之外时改变脉冲选择指标(42a，b)。

Description

用于监控机器运动的光电安全装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于监控机器的运动、特别是用于监控闸门或门的运动的光电安全装置，其具有检测装置和控制装置，检测装置具有用于发送光学信号的至少一个发送器单元和用于接收光学信号的至少一个接收器单元，控制装置具有用于评估在接收器单元处接收的信号的评估单元，其中当所接收的信号的强度在允许的强度范围内时，控制装置释放机器运动，并且当所接收的信号的强度在允许的强度范围之外时，控制装置输出用于停止机器运动的触发脉冲。本发明还涉及一种用于监控机器运动的方法。
背景技术
这种安全装置经常用于必须监控机器或装置的结构元件的运动区域以避免碰撞的地方。典型的应用领域是具有自动关闭或者电机驱动的工业闸门的通道或通路。
从现有技术中已知很多这样的安全装置。例如DE 20 2008 009 320 U1描述了一种光电安全装置，该光电安全装置包含有检测装置，以便避免例如在闸门区域中由运动的机器部件引起的危险。此外，从DE 37 28 354中已知一种闸门设备处的光电安全装置，其由具有发送器单元和接收器单元的检测装置、控制单元以及光源组成。
光电安全装置大多具有发送器单元和接收器单元，在它们之间传输光学信号、例如光束。由此可以连续地监控其中进行机器运动的危险区域。如果光学信号被危险区域中的障碍物阻挡，则控制装置输出用于停止机器运动的触发脉冲。
这种光电检测装置的已知问题在于，在接收器单元处接收的光学信号的强度一方面取决于接收器单元与发送器单元之间的距离，另一方面受到环境温度的影响。此外，由于磨损还会导致所接收的信号强度的变化。为了能够实现安全装置的有序运行并且为了避免安全装置的频繁的错误触发，检测装置、特别是发送器单元必须专门针对待监控的机器的当前情况进行设计和/或适配。但是，在较大的温差或机器严重磨损的情况下，由于所产生的所接收的信号强度的变化，仍然会出现检测装置的错误触发。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，实现一种用于监控机器运动的光电安全装置，利用该光电安全装置可以克服之前提到的现有技术中的缺点，并且特别是其可以实现可靠地监控危险区域，并且在此容易进行安装。
上述技术问题通过根据本发明的用于监控机器运动的光电安全装置来解决。
根据本发明，光学信号具有由多个信号脉冲组成的序列，其中信号脉冲具有彼此不同的脉冲强度，控制装置具有脉冲选择指标，并且控制装置具有脉冲选择单元，其适用于当评估信号脉冲的脉冲强度在最佳强度范围之外时改变脉冲选择指标。
在此，对信号序列的脉冲强度进行设计，使得其覆盖广泛的强度范围。这使得根据本发明的安全装置即使在所接收的信号强度发生变化的情况下(其例如由强的温度差异引起)也可以有序地监控机器运动。在此，脉冲选择单元适配脉冲选择指标，使得将具有可评估的强度的信号脉冲提供给评估单元。此外，根据本发明的安全装置适用于，通过选择具有合适的脉冲强度的信号脉冲自动地与发送器单元和接收器单元之间的不同距离相匹配，使得不需要对发送器单元进行特别地设计或者不需要复杂地使检测装置适配于待监控的机器。
优选地，序列内的信号脉冲具有从第一信号脉冲到最后的信号脉冲连续增加或连续减小的脉冲强度。这使得脉冲选择单元可以简单地选择具有适当脉冲强度的信号脉冲。如果通过脉冲选择指标预先确定的信号脉冲具有过低的脉冲强度，则脉冲选择单元提高/减小脉冲选择指标，以选择具有下一个较高脉冲强度的信号脉冲。如果通过脉冲选择指标预先确定的信号脉冲具有过高的脉冲强度，则脉冲选择单元减小/提高脉冲选择指标，以选择具有下一个较低脉冲强度的信号脉冲。
在本发明的优选的实施中，控制装置、评估单元或脉冲选择单元集成在检测装置中。特别地，可以将评估单元或脉冲选择单元集成到接收器单元中。这可以实现安全装置的特别紧凑的结构。
优选地，检测装置具有至少两个发送器单元和至少两个接收器单元。在此，多个发送器单元或接收器单元优选地沿着机器的纵深延展来布置，并且发送/接收平行延伸的光学信号。这可以实现对具有相对较大的纵深延展并且因此利用单个发送器单元/接收器单元只能困难地监控或根本不能监控的机器进行可靠的监控。
特别优选地，发送器单元被设计为，分别发送具有由信号脉冲组成的序列的光学信号，其中各个信号的信号脉冲序列在时间上不重叠。由此，将多个发送器单元的各个信号之间的干涉最小化，并且由此将安全装置的可靠性最大化。
优选地，控制装置具有至少两个脉冲选择指标，其中脉冲选择指标的数量优选地相应于发送器单元/接收器单元的数量，并且因此相应于传输的光学信号的数量。这可以实现针对每个传输的光学信号单独地选择具有合适的脉冲强度的信号脉冲，并且由此能够实现特别可靠地监控机器的整个纵深。
在本发明的有利的实施中，控制装置或评估单元具有时间模块，该时间模块适用于检测不允许的信号强度的持续时间，并且在超过最小持续时间时输出用于停止机器运动的触发脉冲。由此，可以防止在不是由障碍物引起的信号衰减或信号缺失的情况下的错误触发。
在本发明的优选的实施中，接收器单元或评估单元适用于，将输入的模拟信号转换为输出的数字信号。由此可以根据输出侧的数字信号以简单的方式确定是否存在触发脉冲，即信号强度是否位于允许的强度范围之外。例如，当在数字信号中存在不允许的强度时，可以输出逻辑“1”，而对于允许的强度可以输出逻辑“0”。为此，接收器单元或评估单元例如可以具有施密特触发器。这可以实现简单且低成本的安全装置。
有利地，评估单元或脉冲选择单元集成在微处理器中。微处理器可以包括安全装置的整个控制装置，并且此外还可以包括机器驱动器的电机电子器件。由此可以对机器运动进行集中控制。此外，控制装置可以低成本地集成到整个控制系统中。
优选地，接收器单元具有用于进行保护以免受电磁干扰辐射的电磁屏蔽。干扰辐射会干扰接收器单元中的信号检测并且由此引起错误触发。
在本发明的优选的实施中，检测装置安装在闸门上、优选地安装在闸门的关闭边缘上。由此可以将检测装置设计为导引在闸门之前的光栅。在此，发送器单元可以布置在闸门的第一侧上，并且接收器单元可以布置在与第一侧相对的第二侧上。替换地，可以将发送器单元和接收器单元布置在闸门的相同侧上，其中在相对的一侧设置反射器。原则上将闸门理解为任意类型的闸门、特别是组合门(Sektionaltor)、薄板门、滑动门或卷帘门。
根据本发明，在用于监控机器运动的方法中设置以下步骤：
-从发送器单元发送光学信号，其中光学信号具有由具有不同脉冲强度的信号脉冲组成的序列，
-在接收器单元处接收光学信号，
-确定所接收的信号的各个信号脉冲强度，
-在评估单元中评估通过脉冲选择指标预先确定的、所接收的信号的信号脉冲的脉冲强度，其中
○在探测到脉冲强度在允许的强度范围之外时，将用于停止机器运动的触发脉冲输出到控制装置，并且
○在探测到脉冲强度在允许的强度范围之内时，在脉冲选择单元中对脉冲强度进行评估，其中，在探测到脉冲强度在最佳的强度范围之外时，对脉冲选择指标进行改变。
由此，即使在改变的信号强度的情况下也可以对机器进行特别可靠且有效的监控。
优选地，当在评估单元中评估通过脉冲选择指标预先确定的信号脉冲的脉冲强度时，检测不允许的脉冲强度的持续时间，并且在超过预先给定的最小持续时间时，将用于停止机器运动的触发脉冲输出到控制装置。可以计算或者预先给定最小持续时间。
有利地，计算对允许的强度范围进行限定的最小强度值或最大强度值作为平均值的分量。这例如可以实现使允许的强度范围动态地适配于改变的信号强度。此外，允许的强度范围可以通过改变分量以简单的方式例如与机器的不同的运动速度相匹配。
优选地，发送和接收多个光学信号，其中在评估单元中针对每个光学信号单独地评估通过脉冲选择指标预先确定的信号脉冲的脉冲强度。因此，针对每个接收的光学信号设置单独的脉冲选择指标。这可以实现针对每个接收的光学信号单独地选择具有合适脉冲强度的信号脉冲。
有利地，当探测到脉冲强度高于最佳强度范围时，降低脉冲选择指标，并且当检测到脉冲强度低于最佳强度范围时，提高脉冲选择指标。这可以实现对脉冲选择指标的简单调整。
附图说明
下面参照附图来描述根据本发明的用于监控机器运动的光电安全装置的实施例，附图中：
图1示出了具有根据本发明的光电安全装置的卷帘门的示意性正视图，
图2示出了安全装置的检测装置的示意性俯视图，
图3示出了检测装置的光学信号的示意性信号曲线，
图4示出了安全装置的控制装置的示意性电路，并且
图5示出了接收的光学信号的允许的强度范围和最佳的强度范围。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的安全装置10的典型应用，其中安全装置10监控自动运行的卷帘门12的运动，该卷帘门12可以电机驱动地上下运动。安全装置10包括检测装置14和控制装置16。卷帘门12由多个闸门片段18组成，这些闸门片段在侧面在引导轨道20中可运动地安装。在卷帘门12的底侧布置有关闭边缘22，该关闭边缘在闭合状态下贴近在地面上。
检测装置14布置在卷帘门12的关闭边缘22的下方，并且包括用于发送光学信号26a、b的两个发送器单元24a、b和用于接收光学信号26a、b的两个接收器单元28a、b。为了在检测装置14与关闭边缘22之间建立限定的距离，将发送器单元24a、b和接收器单元28a、b固定在从关闭边缘22向下突出的壁架或金属板上。由此，检测装置14形成在关闭或向下移动时导引在卷帘门12之前的检测系统，其中相应于在检测到障碍物30之后卷帘门12无碰撞停止所需的延迟时间来设计检测装置14与关闭边缘22之间的距离。发送器单元24a、b和接收器单元28a、b分别固定在卷帘门12的最外侧端，并且至少部分地被卷帘门12的引导轨道20包围，从而可以由检测装置14监控卷帘门12的整个宽度。如图2所示，发送器单元24a、b和接收器单元28a、b在关闭边缘22的纵深方向上布置，其中发送器单元24a和接收器单元28a在关闭边缘22的前侧彼此相对地布置，而发送器单元24b和接收器单元28b在关闭边缘22的后侧彼此相对地布置。为了避免在闸门12完全关闭时检测装置14撞到地面上，在地面中、在闸门引导20的区域中安装有在图1中未示出的、用于没入或容纳检测单元14的凹口。
在当前情况下，检测装置14由两个光栅构成，其中第一光学信号26a从发送器单元24a输出并且由接收器单元28a接收，第二光学信号26b从发送器单元24b输出并且由接收器单元28b接收。在理想情况下(如图1所示)，发送器单元24a、b和接收器单元28a、b相互对齐，使得光学信号26a、b分别沿着相应的发送器单元24a、b与相应的接收器单元28a、b之间的最短连接路径延伸。如图1所示，如果有障碍物30位于卷帘门12的运动区域中，则检测装置14的光学信号26a和/或光学信号26b被中断，从而由相应的接收器单元28a、b接收的光学信号26a、b的信号强度至少明显减少，或者在理想情况下被完全消除。
此外，在光学信号26a、b的传输不受阻碍的情况下由接收器单元28a、b接收的信号强度取决于发送器单元24a、b与相应的接收器单元28a、b之间的距离并且因此取决于卷帘门12的宽度。因此，由发送器单元24a、b发送的光学信号26a、b必须具有与卷帘门12的宽度相匹配的信号强度。此外，还可能由于环境影响、例如由于温度变化或由天气引起的卷帘门12的振动而出现接收器单元28a、b接收的信号强度的变化。
为了能够在信号传输不受阻碍的情况下补偿所接收的信号强度的这些变化，光学信号26a、b分别具有由三个信号脉冲36a-c或27a-c组成的序列34a、b，其中序列34a、b内的信号脉冲分别具有从第一信号脉冲36a、37a到最后的信号脉冲36c、37c连续增加的脉冲强度。在图3中示出了光学信号26a、b的信号曲线32a、b，其中信号曲线32a对应于所发送的光学信号26a的信号强度的时间走向，并且信号曲线32b对应于所发送的光学信号26b的信号强度时间走向。在此，两个光学信号26a、b的序列34a、b时间上交错地发送，以避免干涉。
在该实施例中，控制装置16安装在卷帘门12上，但是在替换实施中，控制装置16也可以位置固定地布置。此外，还可以将控制装置16集成到接收装置14中。控制装置包括评估单元38、脉冲选择单元40和两个脉冲选择指标42a、b。在图4中示意性示出了控制装置16的布线。评估单元38用于评估由接收器单元28a、b接收的光学信号26a、b的强度，其中评估单元38从每个接收的光学信号26a、b中分别对通过脉冲选择指标42a、b预先确定的信号脉冲36a-c、37a-c进行评估。脉冲选择单元40用于相应于所接收的信号脉冲36a-c、37a-c的脉冲强度来适配脉冲选择指标42a、b。评估单元38、脉冲选择单元40和脉冲选择指标42a、b集成在微控制器43中。
在接收器单元26a、b处分别连续地接收由发送器单元24a、b发送的光学信号26a、b，并且在输出端提供电模拟信号44a、b，电模拟信号44a、b反映所接收的光学信号26a、b的信号强度的时间走向。在模数转换器46a、b中，模拟信号44a、b分别被转换为数字信号48a、b。数字信号48a、b针对光学信号26a、b的每个接收的信号脉冲36a-c、37a-c包括强度值49a-c或50a-c，并且将其提供给评估单元38。为了保护接收器单元28a、b和模数转换器46a、b免受电磁干扰辐射设置电磁屏蔽51a、b。
评估单元38为两个数字信号48a、b分别确定评估强度值52a、b，其中由脉冲选择指标42a、b预先确定对所接收的强度值49a-c，50a-c中的哪个进行评估。如果评估强度值52a、b中的一个位于允许的强度范围Ie之外，如图5所示，其由最小强度Imin和最大强度Imax限定，则评估单元38在输出端处将触发信号54提供给电机电子器件56，由此引起驱动电机M立即停止。例如，可以计算最小强度Imin和最大强度Imax作为信号强度的平均值的分量。此外，可以在评估单元38中设置未示出的时间模块，时间模块适用于确定评估强度值52a、b位于允许的强度范围Ie之外的持续时间。在此，仅在超过最小持续时间时才提供触发信号54。
如果评估强度值52a、b位于允许的强度范围Ie内，则将评估强度值52a、b提供给脉冲选择单元40并且在那里进行评估。如果评估强度值52a、b中的一个位于由下强度阈值Iu和上强度阈值Io限定的最佳强度范围Iopt之外，则通过脉冲选择单元40改变相应的脉冲选择指标42a、b。如果评估强度值52a、b低于Iu，则提高相应的脉冲选择指标42a、b，以选择具有较高脉冲强度的信号脉冲36a-c、37a-c。如果评估强度值52a、b高于Io，则减小相应的脉冲选择指标42a、b，以选择具有较低脉冲强度的信号脉冲36a-c、37a-c。因此，如果没有障碍物30中断光学信号26a、b，则将在最佳强度范围Iopt中的评估强度值52a、b提供给评估单元38。
因此，根据本发明的安全装置适用于自动与所接收的信号的改变的强度相匹配。由此，一方面可以补偿在运行中出现的信号强度的变化，另一方面，根据本发明的安全装置允许有序地监控具有不同宽度的卷帘门，而不需要为此手动地调整安全装置。
附图标记列表
10 安全装置
12 卷帘门
14 检测装置
16 控制装置
18 闸门片段
20 引导轨道
22 关闭边缘
24a、b发送器单元
26a、b光学信号
28a、b接收器单元
30障碍物
32a、b信号曲线
34a、b信号序列
36a-c信号脉冲
37a-c信号脉冲
38 评估单元
40 脉冲选择单元
42a、b脉冲选择指标
43微控制器
44a、b模拟信号
46a、b模数转换器
48a、b数字信号
49a-c强度值
50a-c强度值
51a、b电磁屏蔽
52a、b评估强度值
54 触发信号
56 电机电子器件
M电机

Claims (16)

1.一种用于监控机器运动的光电安全装置(10)，所述光电安全装置具有
检测装置(14)，所述检测装置具有用于发送光学信号(26a，b)的至少一个发送器单元(24a，b)和用于接收光学信号(26a，b)的至少一个接收器单元(28a，b)，
和控制装置(16)，所述控制装置具有用于评估在接收器单元处接收的信号(26a，b)的评估单元(38)，
其中，当所接收的信号的强度(52a，b)在允许的强度范围(Ie)内时，所述控制装置(16)释放机器运动，并且当所接收的信号的强度(52a，b)在允许的强度范围(Ie)之外时，所述控制装置(16)输出用于停止机器运动的触发脉冲(54)，
其特征在于，
所述光学信号(26a，b)具有由多个信号脉冲(36a-c，37a-c)组成的序列(34a，b)，其中所述信号脉冲(36a-c，37a-c)具有彼此不同的脉冲强度(49a-c，50a-c)，
所述控制装置(16)具有脉冲选择指标(42a，b)，并且
所述控制装置(16)具有脉冲选择单元(40)，所述脉冲选择单元(40)适用于当评估信号脉冲的脉冲强度(52a，b)在最佳强度范围(Iopt)之外时改变脉冲选择指标(42a，b)。
2.根据权利要求1所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述序列(34a，b)内的信号脉冲(36a-c，37a-c)具有从第一信号脉冲(36a，37a)到最后的信号脉冲(36c，37c)连续增加或连续减小的脉冲强度(49a-c，50a-c)。
3.根据权利要求1所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述控制装置(16)、所述评估单元(38)或所述脉冲选择单元(40)集成在所述检测装置(14)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述检测装置(14)具有至少两个发送器单元(24a，b)和至少两个接收器单元(28a，b)。
5.根据权利要求4所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述发送器单元(24a，b)被设计为分别发送具有由信号脉冲(36a-c，37a-c)组成的序列(34a，b)的光学信号(26a，b)，其中各个信号(26a，b)的信号脉冲序列(34a，b)在时间上不重叠。
6.根据权利要求3所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述控制装置(16)具有至少两个脉冲选择指标(42a，b)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述控制装置(16)或者所述评估单元(38)具有时间模块，所述时间模块适用于检测不允许的信号强度的持续时间，并且在超过最小持续时间时输出用于停止机器运动的触发脉冲(54)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述接收器单元(28a，b)或者所述评估单元(38)适用于将输入的模拟信号(44a，b)转换为输出的数字信号(48a，b)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述评估单元(38)或者所述脉冲选择单元(40)集成在微处理器(43)中。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述接收器单元(28a，b)具有电磁屏蔽(51a，b)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的光电安全装置(10)，其特征在于，所述检测装置(14)或者所述控制装置(16)安装在闸门(12)上。
12.一种用于监控机器运动的方法，所述方法具有以下步骤：
-从发送器单元(24a，b)发送光学信号(26a，b)，其中所述光学信号(26a，b)具有由具有不同的脉冲强度(49a-c，50a-c)的信号脉冲(36a-c，37a-c)组成的序列(34a，b)，
-在接收器单元(28a，b)处接收所述光学信号(26a，b)，
-确定所接收的信号(26a，b)的各个信号脉冲强度(49a-c，50a-c)，
-在评估单元(38)中评估通过脉冲选择指标(42a，b)预先确定的、所接收的信号(26a，b)的信号脉冲(36a-c，37a-c)的脉冲强度(52a，b)，其中
○在探测到脉冲强度(52a，b)在允许的强度范围(Ie)之外时，将用于停止机器运动的触发脉冲(54)输出到控制装置(56)，并且○在探测到脉冲强度(52a，b)在允许的强度范围(Ie)内时，在脉冲选择单元(40)中对所述脉冲强度(52a，b)进行评估，其中在探测到脉冲强度(52a，b)在最佳强度范围(Iopt)之外时，对脉冲选择指标(42a，b)进行改变。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当在所述评估单元(38)中评估通过所述脉冲选择指标(42a，b)预先确定的信号脉冲(36a-c，37a-c)的脉冲强度(52a，b)时，检测不允许的脉冲强度(52a，b)的持续时间，并且在超过预先给定的最小持续时间时，将用于停止机器运动的触发脉冲(54)输出到所述控制装置(56)。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，计算对允许的强度范围(Ie)进行限定的最小强度值(Imin)或最大强度值(Imax)作为平均值的分量。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，发送和接收多个光学信号(26a，b)，其中在所述评估单元(38)中针对每个光学信号(26a，b)单独评估通过脉冲选择指标(42a，b)预先确定的信号脉冲(36a-c，37a-c)的脉冲强度(52a，b)。
16.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，当探测到脉冲强度(52a，b)高于最佳强度范围(Iopt)时，减小所述脉冲选择指标(42a，b)，并且
当探测到脉冲强度(52a，b)低于最佳强度范围(Iopt)时，提高所述脉冲选择指标(42a，b)。
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