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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optoelektronischen Überwachung
von Objekten gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Optoelektronische Überwachungen
werden in vielen Bereichen insbesondere zu Sicherheits- und Kontrollzwecken
eingesetzt. Beispielsweise können Raumbereiche
auf das Vorhandensein von Personen oder Gegenständen überwacht werden, z.B. zur Sicherung
von Eingangsbereichen, zur Sicherung von gefährlichen Maschinen. Ebenso
können
Objekte kontrolliert werden, um ein Entfernen oder Bewegen dieser
Objekte zu überwachen.
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Es
sind Vorrichtungen zur optoelektronischen Überwachung bekannt, die nach
dem Scanner-Prinzip arbeiten (z.B.
DE 43 45 446 C2 ). Bei diesen Vorrichtungen überstreicht
ein kollimierter Beleuchtungsstrahl den zu überwachenden Bereich und die
von dem zu überwachenden
Objekt diffus gestreuter Strahlung wird durch eine Empfangseinheit überwacht.
Bei diesen Vorrichtungen werden rotierende optische Systeme verwendet,
die einen hohen mechanischen Herstellungs- und Justageaufwand erforderlich
machen. Auch die Lebensdauer solcher mechanisch rotierender Systeme
ist begrenzt.
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Weiter
sind Vorrichtungen zur optoelektronischen Überwachung gemäß dem Gattungsbegriff
bekannt (z.B.
DE 299
11 390 U1 ), bei welchen eine Sendeeinheit Beleuchtungsstrahlen
in einem strukturierten Beleuchtungsmuster aussendet und das mit
diesem Beleuchtungsmuster beleuchtete Objekt in einem Bildgeber
einer Empfangseinheit abgebildet und überwacht wird.
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Die
bekannten Vorrichtungen können
sowohl zur Überwachung
von Objekten als auch zur Überwachung
von Raumbereichen eingesetzt werden. Bei der Überwachung von Objekten wird
das Vorhandensein des Objektes überwacht,
während
bei der Überwachung
von Raumbereichen das Auftreten eines Objektes in dem überwachten
Raumbereich detektiert wird. Der Ausdruck „Überwachung von Objekten" soll beide Anwendungsmöglichkeiten
umfassen.
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Ein
kompakter Aufbau und eine einfache Installation der Vorrichtung
ergibt sich, wenn die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in einem
gemeinsamen Gehäuse
angeordnet sind. Das Gehäuse
wird durch eine Frontscheibe abgedeckt, durch welche die Beleuchtungsstrahlen
austreten und durch welche die Empfangseinheit das vom Objekt kommende Licht
empfängt.
Bei einer Verschmutzung der Frontscheibe werden die ausgesandten
Beleuchtungsstrahlen und das von dem beleuchteten Objekt kommende
empfangene Licht geschwächt,
wodurch die Funktion der Vorrichtung gestört werden kann. Ebenso ist
eine Manipulation der Überwachung
möglich, indem
die Frontscheibe mehr oder weniger stark abgedeckt wird.
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Bei
der Vorrichtung gemäß
DE 43 45 446 C2 wird
eine Verschmutzung der Frontscheibe dadurch überwacht, dass ein Lichtstrahl
einer zusätzlichen Lichtquelle
durch einen Bereich der Frontscheibe geschickt wird und durch einen
zusätzlichen
Empfänger die
Intensität
des durchtretenden Lichtstrahls gemessen wird. Die Überprüfung der
Verschmutzung erfordert ein zusätzliches
optisches System von Sender und Empfänger. Die Überwachung der Verschmutzung
erfolgt außerdem
nicht in dem gesamten Bereich der Frontscheibe, der für die Strahlung
zur Objektüberwachung
benutzt wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur optoelektronischen Überwachung
von Objekten zur Verfügung
zu stellen, die bei einfachem und robustem Aufbau eine kontinuierliche Funktionskontrolle
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
verwendet das Prinzip der strukturierten Beleuchtung. Eine Sendeeinheit
sendet Beleuchtungsstrahlen in einem strukturierten Beleuchtungsmuster
aus und beleuchtet das zu überwachende
Objekt mit diesem strukturierten Beleuchtungsmuster. Das strukturierte
Beleuchtungsmuster kann eindimensional oder zweidimensional ausgebildet
sein, es kann aus diskreten Beleuchtungspunkten oder einem kontinuierlich
ausgeleuchtetem Muster bestehen, im einfachsten Fall kann es sich
um eine linienförmige
Beleuchtung handeln. Das Objekt wird mit einer Empfangseinheit beobachtet,
die das Beleuchtungsmuster des Objekts empfängt und auf einem Bildgeber
abbildet. Die Empfangseinheit kann insbesondere eine digitale Kamera
sein. Das auf dem Bildgeber empfangene Bildmuster wird entsprechend
der geometrischen Gegebenheiten ausgewertet. Z.B. durch Anwendung der
Triangulation kann aus dem Bildmuster eindeutig bestimmt werden,
ob sich das überwachte
Objekt in dem überwachten
Raumbereich befindet, sich bewegt hat oder entfernt wird oder ob
ein unerwünschtes
Objekt in den überwachten
Raumbereich gelangt.
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Die
Sendeeinheit, die Empfangseinheit und die Frontscheibe sind so in
dem gemeinsamen Gehäuse
der Vorrichtung angeordnet, dass von der Sendeeinheit ausgesandte
Beleuchtungsstrahlen, die direkt reflektiert werden, nicht in die
Empfangseinheit gelangen. Werden Strahlen der Sendeeinheit jedoch
an der Frontscheibe diffus gestreut, so sieht die Empfangseinheit
das Streulicht an der Frontscheibe getrennt von dem vom Objekt kommenden Licht.
Bei der Auswertung der Empfangseinheit kann daher festgestellt werden,
ob eine diffuse Streuung der von der Sendeeinheit ausgesandten Beleuchtungsstrahlen
an der Frontscheibe auftritt. Das Auftreten von diffuser Streuung
an der Frontscheibe ist ein Hinweis auf eine an der Frontscheibe
abgelagerte Verschmutzung. Ebenso kann eine diffuse Streuung an
der Frontscheibe dadurch verursacht werden, dass die Frontscheibe
zum Zwecke einer Manipulation abgedeckt wird. Der Ausdruck „diffuse
Streuung an der Frontscheibe" soll
beide Fälle
umfassen, d.h. eine Streuung an einer unmittelbar an der Frontscheibe
abgelagerten Verschmutzung und ebenso eine Streuung an einer vor
die Frontscheibe gebrachten Abdeckung.
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Da
der Bereich, in welchem die von der Sendeeinheit ausgesandten Beleuchtungsstrahlen
auf die Frontscheibe treffen, für
die Empfangseinheit unter einem anderen Sichtwinkel liegen als der
zu überwachende
Raumbereich, können
vorzugsweise die an der Frontscheibe gestreuten Beleuchtungsstrahlen
auf einem Bildgeber der Empfangseinheit von der Abbildung des zu überwachenden
Bereiches getrennt abgebildet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung,
die sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet, sind
die Beleuchtungsstrahlen in einer Abtastebene fächerförmig aufgespreizte Einzelstrahlen.
Das Objekt wird dadurch in dieser Abtastebene durch eine in einer
Linie angeordnete Punkte beleuchtet. Dementsprechend stellt sich
die Abbildung des Objektes auf dem Bildgeber als eine Reihe von
linear angeordneten Abbildungspunkten dar.
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Die
Empfangseinheit ist gegenüber
dieser Abtastebene versetzt angeordnet, so dass die Empfangseinheit
das von dem Objekt kommende Licht unter einem gegen die Abtastebene
geneigten Sichtwinkel empfängt.
Das gegebenenfalls von einer diffusen Streuung an der Frontscheibe
kommende Licht wird dagegen unter einem anderen Sichtwinkel empfangen
und auf dem Bildgeber als eine Reihe von Bildpunkten abgebildet,
die gegen die Reihe der Abbildungspunkte des Objektes parallel versetzt
ist. Dadurch ergibt sich eine einfache und zuverlässige Signalverarbeitung
für die
Auswertung des Bildgebers. Die Sendeeinheit kann in besonders einfacher
Ausführung
eine Lichtquelle mit Strahlbündelung
und ein diffraktives optisches Element aufweisen. Die Lichtquelle
kann eine punktförmige
Lichtquelle, z.B. eine Laserdiode mit nachgeschalteter Kollimatorlinse sein.
Das diffraktive optische Element spaltet den gebündelten Lichtstrahl der Lichtquelle
in einen Fächer von
Einzelstrahlen auf.
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Die
Empfangseinheit weist insbesondere eine Empfangsoptik auf, die das
Bild des Objektes auf den Bildgeber abbildet. Der Bildgeber ist
vorzugsweise als digitale Kamera mit in einer Matrix angeordneten
fotoelektrischen Elementen ausgebildet, z.B. Fotodioden, CCD oder
CID.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden die von der Sendeeinheit zur Überwachung des Objektes ausgesendeten
Beleuchtungsstrahlen und die zur Überwachung des Objekts verwendete
Empfangseinheit gleichzeitig auch zur Überwachung einer Verschmutzung
oder Manipulation der Frontscheibe verwendet. Diese Überwachung
auf Verschmutzung oder Manipulation führt somit zu keinen zusätzlichen
Herstellungskosten der Vorrichtung. Die Überwachung auf Verschmutzung
oder Manipulation ist insbe sonders zuverlässig, da genau derselbe Bereich
der Frontscheibe überwacht
wird, durch welchen das Licht für
die Objektüberwachung
durchtritt.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann in einfacher Weise und ohne
zusätzlichen
Aufwand auch die Funktion der Vorrichtung überprüft und kontrolliert werden.
Hierzu wird ein Teilstrahl der Sendeeinheit so abgelenkt, dass er
nicht zur Abtastung des zu überwachenden
Objektes verwendet wird, sondern auf eine außerhalb des Abtastbereichs
liegende Stelle der Frontscheibe auftrifft. Diese Stelle ist diffus aufstreuend
ausgebildet, wozu z.B. ein diffus aufstreuendes Element auf die
Frontscheibe aufgebracht wird oder die ansonsten transparente Frontscheibe
mattiert wird. Der auf diese Stelle auftreffende Teilstrahl wird
stets diffus aufgestreut und entsprechend in einem bestimmten Kontrollbildpunkt
der Empfangseinheit, vorzugsweise auf dem Bildgeber abgebildet.
Solange sich dieser Kontrollbildpunkt auf dem Bildgeber an der vorgeschriebenen
Stelle und mit der vorgeschriebenen Intensität befindet, zeigt dies an,
dass die Sendeeinheit und die Empfangseinheit einwandfrei funktionieren
und dass auch die Frontscheibe in der vorgeschriebenen Lage montiert ist.
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Falls
eine noch weiter verbesserte Fehlersicherheit der Vorrichtung angestrebt
wird, kann zusätzlich
auch noch kontrolliert werden, ob sämtliche Pixel des Bildgebers
einwandfrei arbeiten. Hierzu wird in einer Weiterbildung der Erfindung
der gesamte Bildgeber mittels einer Blendungslichtquelle, z.B. einer
Leuchtdiode ausgeleuchtet. Es kann bei dieser vollständigen Ausleuchtung
des Bildgebers überprüft werden,
ob jedes Pixel bzw. jede Pixelgruppe ein entsprechendes Signal liefert.
Diese Prüfung
durch volle Ausleuchtung des Bildgebers kann allerdings nicht kontinuierlich
während
des Betriebs mitlaufen, da die Objektüberwachung bei einer solchen
vollständigen Ausleuchtung
nicht funktionsfähig
ist.
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Zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit
ist es nicht notwendig, dass der Bildgeber der Empfangseinheit auch
für die
Verschmutzungsüberwachung
verwendet wird. Es kann in der Empfangseinheit hierzu auch ein zusätzliches
von dem Bildgeber getrenntes Empfangselement, z.B. eine Fotodiode verwendet
werden. Dabei sind verschiedene Varianten möglich. Das zusätzliche
Empfangselement kann in der oben beschriebenen Weise das infolge
von Verschmutzung oder Manipulation diffus an der Frontscheibe gestreute
Licht der Beleuchtungsstrahlen empfangen. Wird eine Blendungslichtquelle
verwendet, so kann auch das diffuse Streulicht dieser Blendungslichtquelle
zur Überwachung
der Verschmutzung verwendet werden. Dies kann den Vorteil haben,
dass nicht ein Beleuchtungsstrahl des strukturierten Beleuchtungsmusters
verwendet werden muss, das komplette Beleuchtungsmuster daher für die Objektüberwachung
verwendet werden kann. Je nach der Anzahl und dem Winkelabstand
der Beleuchtungsstrahlen und den Dimensionen des Gehäuses ergibt
sich unter Umständen
auch noch keine ausreichende Trennung der Beleuchtungsstrahlen an der
Frontscheibe, um einen dieser Beleuchtungsstrahlen separat zur Funktionskontrolle
zu verwenden.
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Weist
die Empfangseinheit ein separates vom Bildgeber getrenntes Empfangselement
auf, so kann auch die direkte Reflexion des Lichtes der Sendeeinheit
an der Frontscheibe mit diesem Empfangselement überwacht werden. Der direkte
Reflex der Strahlen der Sendeeinheit weist bei ungestörter Funktion
eine konstante Lichtintensität
auf. Bei Verschmutzung oder Manipulation der Frontscheibe kommt
zu der Intensität
des direkten Lichtreflexes diffuses Streulicht hinzu, so dass die
Lichtin tensität
zunimmt. Bei einer Funktionsstörung
der Sendeeinheit nimmt dagegen die Intensität des direkt reflektierten Lichtes
ab. Es kann somit durch den Empfang und die Verarbeitung des direkten
Reflexes sowohl eine Überwachung
auf Verschmutzung und Manipulation als auch eine Kontrolle der Funktion
der Sendeeinheit durchgeführt
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
erste Ausführung
der Vorrichtung im ungestörten
Betrieb,
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2 diese
Ausführung
bei Verschmutzung der Frontscheibe,
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3 diese
Ausführung
bei einer Manipulation,
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4 eine
zweite Ausführung
mit Kontrolle der Sendeeinheit,
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5 eine
dritte Ausführung
mit Kontrolle des Bildgebers und
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6 eine
Abwandlung dieser dritten Ausführung.
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In
den 1 bis 6 ist jeweils mit a eine Seitenansicht,
mit b eine Draufsicht und mit c das Bildgeber-Bild bezeichnet.
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Die
in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Vorrichtung weist
ein Gehäuse 10 auf,
in welchem eine Sendeeinheit 12 und eine Empfangseinheit 14 angeordnet
sind. Das Gehäuse 10 ist
durch eine transparente vollständig
lichtdurchlässige
Frontscheibe 16 abgeschlossen.
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Die
Sendeeinheit 12 weist insbesondere eine Lichtquelle 18,
z.B. eine Laserdiode auf, deren Licht mittels einer optischen Strahlbündelung 20 kollimiert
wird. Der kollimierte Lichtstrahl wird mittels eines diffraktiven
optischen Elements 22 aufgefächert. Dadurch werden Beleuchtungsstrahlen 24 in
einem strukturierten Muster erzeugt, die durch die Frontscheibe 16 austreten.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht das strukturierte Beleuchtungsmuster aus in einer Ebene
fächerartig
aufgespreizten Beleuchtungsstrahlen 24. Die Beleuchtungsstrahlen 24 treffen
auf ein zu überwachendes Objekt 26,
das durch die Beleuchtungsstrahlen 24 in diesem strukturierten
Beleuchtungsmuster beleuchtet wird.
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Die
Empfangseinheit 14 weist einen Bildgeber 28, auf
welchen mittels einer Empfangsoptik 30 das Beleuchtungsmuster
des Objektes 26 abgebildet wird. Die Empfangseinheit 14 ist
vorzugsweise als digitale Kamera mit einer Pixel-Matrix-Anordnung
von fotoelektrischen Elementen ausgebildet.
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Die
Sendeeinheit 12 und die Empfangseinheit 14 sind
in dem Gehäuse 10 gegeneinander
versetzt in der Weise angeordnet, dass sich zwischen Sendeeinheit 12,
Empfangseinheit 14 und Objekt 26 eine sogenannte
Triangulationsanordnung ergibt. Bei dieser Anordnung trifft direkt
an der Frontscheibe 16 oder dem Objekt 26 reflektiertes
Licht der Sendeeinheit 12 nicht die Empfangseinheit 14.
Die Empfangseinheit 14 empfängt somit nur das diffus an
dem Objekt 26 gestreute Licht des Beleuchtungsmusters.
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In 1 ist
die Funktion der Vorrichtung im störungsfreien Betrieb dargestellt.
die Sendeeinheit 12 sendet strukturiert aufgefächerte Beleuchtungsstrahlen 24 aus.
Diese Beleuchtungsstrahlen 24 treten ungeschwächt durch
die Frontscheibe 16 aus und treffen teilweise auf das zu überwachende
Objekt 26, welches in dem charakteristischen Beleuchtungsmuster
der strukturierten Beleuchtungsstrahlen, z.B. in einer Linie von
Beleuchtungspunkten beleuchtet wird. Das diffus an diesen Beleuchtungspunkten
gestreute Objektlicht 32 tritt durch die Frontscheibe 16 und
wird in der Empfangseinheit 14 auf dem Bildgeber 28 abgebildet.
Wie die Darstellung in 1c zeigt, ergeben sich somit
auf dem Bildgeber 28 beispielsweise drei Objekt-Bildpunkte 34,
die das Beleuchtungsmuster des Objekts 26 zeigen. Solange sich
diese Objekt-Bildpunkte 34 an derselben Stelle des Bildgebers 28 befinden,
befindet sich das zu überwachende
Objekt 26 an derselben Stelle in dem überwachten Raumbereich.
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Die
Empfangseinheit 14 bildet einen Sichtbereich auf dem Bildgeber 28 ab,
dessen obere und untere Sichtwinkelbegrenzung 26 in 1a gestrichelt eingezeichnet
ist. Dieser Sichtwinkel erfasst nicht nur den zu überwachenden
Raumbereich, in welchem sich das Objekt 26 befindet, sondern
auch den Flächenbereich
der Frontscheibe 16, an welchem die Beleuchtungsstrahlen 24 durch
die Frontscheibe 16 durchtreten. Die Beleuchtungsstrahlen 24 treffen
auf die Frontscheibe 16 in einer zur Frontscheibe 16 im wesentlichen
senkrechten Ebene auf. Auf Grund der versetzten Anordnung von Empfangseinheit 14 und Sendeeinheit 12 ist
die Empfangsebene der Empfangseinheit 14 gegenüber dieser
Ebene der Beleuchtungsstrahlen 24 geneigt, wie 1a zeigt.
Direkt an der Frontscheibe 16 reflektiertes Licht der Beleuchtungsstrahlen 24 gelangt
daher nicht in die Empfangseinheit 14.
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Lagert
sich an der Frontscheibe 16 Verschmutzung ab, so wird hierdurch
die Intensität
der durch die Frontscheibe 16 austretenden Beleuchtungsstrahlen 24 geschwächt, was
zu Fehlern in der Überwachung
des Objektes 26 führen
kann. 2 zeigt die Auswirkungen einer solchen Verschmutzung 38.
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Treffen
die Beleuchtungsstrahlen 24 auf die an der Frontscheibe 16 abgelagerte
Verschmutzung 38, so wird das Licht der Be leuchtungsstrahlen 24 an den
Verschmutzungspartikeln diffus gestreut. Diese diffuse Streuung
erzeugt helle Beleuchtungspunkte auf der Frontscheibe 16,
die die Empfangseinheit 14 auf den Bildgeber 28 abbildet.
Da die Auftreffstelle der Beleuchtungsstrahlen 24 auf die
Frontscheibe 16 für
die Empfangseinheit 14 unter einem anderen Sichtwinkel
liegt als das zu überwachende
Objekt 26 sind die Verschmutzungs-Bildpunkte 40 auf
dem Bildgeber 28 gegenüber
den Objekt-Bildpunkten 34 versetzt, wie 1c zeigt.
Entsprechend den aufgefächerten
Beleuchtungsstrahlen 24 ergibt sich eine lineare Reihe
von Verschmutzungs-Bildpunkten 40, die entsprechend dem
unterschiedlichen Sichtwinkel parallel gegen die lineare Reihe der
Objekt-Bildpunkte 34 versetzt
ist. Das Auftreten und die Intensität der Verschmutzungs-Bildpunkte 40 ist
ein Hinweis und ein Maß für die Verschmutzung
der Frontscheibe 16.
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Eine
Störung
der Funktion der Überwachung kann
sich nicht nur durch Verschmutzung der Frontscheibe 16 ergeben,
sondern auch durch eine vorsätzliche
Manipulation. Hierzu wird eine Abdeckung 42 vor die Vorrichtung
gebracht, um den Lichtweg zwischen der Vorrichtung und dem zu überwachenden
Objekt 26 zu unterbrechen. In 3 ist eine
solche Manipulation durch eine Abdeckung 42 gezeigt, die
vor die Frontscheibe 16 gebracht ist.
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Bei
einer solchen Manipulation wird der Lichtweg der Beleuchtungsstrahlen 24 zu
dem Objekt 26 unterbrochen, so dass das Objekt 26 nicht
beleuchtet wird und der Bildgeber 28 keine Objekt-Bildpunkte 34 zeigt.
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Die
Beleuchtungsstrahlen 24 treffen jedoch auf die Abdeckung 42 und
werden dort diffus gestreut, so dass die Auftreffstellen der Beleuchtungsstrahlen 24 auf
die Abdeckung 42 auf dem Bildgeber 28 als Manipulations-Bildpunkte 44 abgebildet
werden. Wird die Abdeckung 42 unmittelbar auf die Frontscheibe 16 gebracht,
so entsprechen die Manipulations-Bildpunkte 44 den Verschmutzungs-Bildpunkten 40.
Ist die Abdeckung 42 in einem Abstand von der Frontscheibe 16 angeordnet,
so ändert
sich der Sichtwinkel und die Aufspreizung der Beleuchtungsstrahlen 24,
so dass die Linie der Manipulations-Bildpunkte 44 nach
unten wandert und sich der Abstand der einzelnen Manipulations-Bildpunkte 44 vergrößert. Das
Auftreten von Bildpunkten 44 bei gleichzeitigem Verschwinden
der Objekt-Bildpunkte 34 ist somit ein Hinweis auf einen
Manipulationsversuch.
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In 4 ist
eine Weiterbildung der Vorrichtung gezeigt, die eine kontinuierliche
Kontrolle der Funktionsfähigkeit
der Vorrichtung ermöglicht.
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Hierzu
ist die an sich vollständig
lichtdurchlässige
Frontscheibe 16 in einem Bereich 46 diffus streuend
ausgebildet, der von einem Beleuchtungsstrahl 24 getroffen
wird, welcher nicht für
die Beleuchtung des Objektes 26 verwendet wird. Der Bereich 46 kann
beispielsweise oberflächlich
mattiert sein. Dieser diffus aufstreuende Bereich 46 entspricht
somit einer definierten ständigen
punktförmigen
Verschmutzung der Frontscheibe 16. Der Bereich 46 wird
dementsprechend als Bildpunkt 48 auf dem Bildgeber 28 abgebildet
in einer Position, die in der Linie der Verschmutzungs-Bildpunkte 40 liegt.
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Die Überwachung
des Bildpunktes 48 des diffus streuenden Bereiches 46 ermöglicht die
Kontrolle der Funktion der Sendeeinheit 12 und der Empfangseinheit 14.
Solange der Bildpunkt 48 mit konstanter Intensität erscheint
und ein konstantes Signal der Empfangseinheit 14 erzeugt,
arbeiten die Sendeeinheit 12 und die Empfangseinheit 14 einwandfrei. Durch
die Position des Bildpunktes 48 auf dem Bildgeber 28 lässt sich
außerdem
auch kontrollieren, ob die Sendeeinheit 12, die Empfangseinheit 14 und
die Frontscheibe 16 in dem Gehäuse 10 in korrekter
gegenseitiger Zuordnung montiert sind. Schließlich kann durch die Überwachung
des Bildpunktes 48 sichergestellt werden, dass die Sendeeinheit 12 eingeschaltet
wird, um die Überwachung
in Betrieb zu setzen.
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Um
eine noch weitere Fehlersicherheit zu erzielen, kann in einer Weiterbildung
der Vorrichtung auch die Funktion jedes einzelnen Pixels des Bildgebers 28 überprüft werden.
Hierzu wird, wie 5 zeigt, eine zusätzliche
Blendungslichtquelle 50, z.B. eine Leuchtdiode verwendet.
Mit dieser Blendungslichtquelle 50 wird der gesamte Bildgeber 28 vollständig ausgeleuchtet,
wie 5c zeigt. Liefert dabei jedes Pixel bzw. jede
Pixel-Gruppe ein ausreichendes Signal, so zeigt dies auch die Funktionsfähigkeit
des Bildgebers 28 und der Empfangseinheit 14 im
Detail an. Da bei dieser vollständigen
Ausleuchtung selbstverständlich
keine andere Abbildung mehr möglich ist,
kann diese Überprüfung des
Bildgebers 28 nur als Test durchgeführt werden, wenn die Vorrichtung
nicht in Betrieb ist. Eine solche Überwachung kann dabei selbstverständlich auch
automatisch in vorgegebenen Zeitintervallen erfolgen.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 5 bestrahlt die Blendungslichtquelle 50 den
Bildgeber 28 direkt. In dem Ausführungsbeispiel der 6 bestrahlt
die Blendungslichtquelle 50 die Frontscheibe 16,
so dass der Bildgeber 28 von dem reflektierten Licht der
Blendungslichtquelle 50 ausgeleuchtet wird. Die Ausbildung
der 6 kann gegebenenfalls auf Grund der Platzverhältnisse
und Einbaubedingungen in dem Gehäuse 10 vorteilhaft
sein.
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In
der Ausführung
der 1 bis 4 wird der für die Objektüberwachung
mit strukturierter Beleuchtung verwendete Bildgeber 28 auch
zur Abbildung und Auswertung der Verschmutzungs-Bildpunkte 40, der Manipulations-Bildpunkte 44 und
des Funktions-Kontroll-Bildpunktes 48 verwendet. Es ist ohne
weiteres ersichtlich, dass die Überwachung
auf Verschmutzung, Manipulation oder Funktionsstörungen nicht notwendig mittels
desselben Bildgebers 28 erfolgen muss, mit welchem die
Objekt-Bildpunkte 34 erfasst werden. Es kann hierzu ein
zusätzliches
separates Empfangselement verwendet werden. Dieses Empfangselement übernimmt
dann die Funktion des Bereichs des Bildgebers 28, der die
Verschmutzungs-Bildpunkte 40, die Manipulations-Bildpunkte 44 bzw.
den Kontroll-Bildpunkt 48 auswertet.
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Ist
ein separates Empfangselement vorgesehen, so kann dieses das Streulicht
der Beleuchtungsstrahlen 24 empfangen und auswerten, welches
von diffuser Streuung durch Verschmutzung der Frontscheibe 16 oder
durch diffuse Streuung einer Manipulations-Abdeckung 42 erzeugt
wird. Ebenso kann die diffuse Streuung des Lichtes einer separaten Lichtquelle
an Verschmutzungen der Frontscheibe oder einer Abdeckung durch das
separate Empfangselement empfangen und ausgewertet werden. Dies ist
insbesondere dann möglich,
wenn eine solche separate Lichtquelle als Blendungslichtquelle 50 vorgesehen
ist.
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Ein
separates Empfangselement kann auch so angeordnet und eingesetzt
werden, dass es direkt reflektiertes Licht der Sendeeinheit empfängt, wie dies
in 5 mit dem Empfangselement 52 dargestellt
ist. Ein direkt reflektierter Beleuchtungsstrahl 24 trifft
auf das Empfangselement 52. Dabei ergibt sich eine zweifache Überwachungsmöglichkeit.
Trifft auf das Empfangselement 52 das Licht eines direkt
an der Frontscheibe 16 reflektierten Strahls der Sendeeinheit
mit gleichbleibender Intensität
auf, so bedeutet dies, dass die Sendeeinheit 12 ordnungsgemäß arbeitet
und die Frontscheibe 16 nicht verschmutzt oder manipuliert
ist. Bei einer Verschmutzung der Frontscheibe 16 oder einer
Manipulation trifft in das Empfangselement 52 zusätzlich zu
der direkt reflektierten Strahlung noch diffuses Streulicht auf.
Die in dem Empfangselement 52 registrierte Lichtintensität nimmt
daher zu. Treten dagegen Fehler in der Sendeeinheit 12 auf,
so nimmt deren Lichtintensität
und damit die Intensität
des direkt in das Empfangselement 52 reflektierten Lichtes
ab. Eine Zunahme des Signals des Empfangselements 52 weist
somit auf eine Verschmutzung oder Manipulation hin, während eine
Abnahme des Signals des Empfangselements 52 auf einen Fehler
der Sendeeinheit 12 hinweist.
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Sendeeinheit
- 14
- Empfangseinheit
- 16
- Frontscheibe
- 18
- Lichtquelle
- 20
- Strahlbündelung
- 22
- diffraktives
optisches Element
- 24
- Beleuchtungsstrahlen
- 26
- Objekt
- 28
- Bildgeber
- 30
- Empfangsoptik
- 32
- Objektlicht
- 34
- Objekt-Bildpunkte
- 36
- Sichtwinkelbegrenzung
- 38
- Verschmutzung
- 40
- Verschmutzungs-Bildpunkte
- 42
- Abdeckung
- 44
- Manipulations-Bildpunkte
- 46
- streuender
Bereich
- 48
- Bildpunkt
zu 46
- 50
- Blendungslichtquelle
- 52
- Empfangselement