DE102006032113C5

DE102006032113C5 - Optical triangulation sensor and method for testing an optical triangulation sensor

Info

Publication number: DE102006032113C5
Application number: DE200610032113
Authority: DE
Inventors: Ralph-Rainer Jurgeit; Karl Nutz
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: DE102006032113B3

Abstract

Optischer Triangulationssensor zum Nachweis von Objekten nach dem Prinzip der Hintergrundauswertung, insbesondere zum Einsatz im Sicherheitsbereich,
mit einer Strahlungsquelle (10) zum Aussenden von Licht (12),
mit einer Sendeoptik (14) zum Leiten des Lichts (12) auf ein nachzuweisendes Objekt (20) und einen Hintergrund (30),
mit einem Nahempfänger (60) zum Nachweis von von dem Objekt (20) reflektiertem Licht (22),
mit einem Fernempfänger (50) zum Nachweis von von dem Hintergrund (30) reflektiertem Licht (32) und
mit einer Detektoroptik (40) zum Leiten des von dem Objekt (20) reflektierten Lichts (22) auf den Nahempfänger (60) und zum Leiten des von dem Hintergrund (30) reflektierten Lichts (32) auf den Fernempfänger (50),
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Testen des Nahempfängers (60) eine Testquelle (80) zum Aussenden von Testlicht (82) vorhanden ist,
dass die Testquelle (80) so angeordnet ist, dass das Testlicht (82) sowohl auf den Nahempfänger (60) als auch auf...Optical triangulation sensor for the detection of objects according to the principle of background evaluation, in particular for use in the security sector,
with a radiation source (10) for emitting light (12),
with transmission optics (14) for guiding the light (12) onto an object (20) to be detected and a background (30),
a close-up receiver (60) for detecting light (22) reflected by the object (20),
with a remote receiver (50) for detecting light (32) reflected from the background (30) and
comprising detector optics (40) for directing the light (22) reflected from the object (20) onto the near-end receiver (60) and for directing the light (32) reflected from the background (30) onto the remote receiver (50),
characterized,
in that a test source (80) for emitting test light (82) is present for testing the local receiver (60),
the test source (80) is arranged such that the test light (82) can be applied both to the near receiver (60) and to the ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Triangulationssensor zum Nachweis von Objekten nach dem Prinzip der Hintergrundauswertung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Testen eines optischen Triangulationssensors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.The The present invention relates to an optical triangulation sensor for the detection of objects according to the principle of background evaluation The preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method of testing an optical triangulation sensor according to the preamble of claim 5.

Ein solcher optischer Triangulationssensor ist bekannt und weist folgende Komponenten auf:
Eine Strahlungsquelle zum Aussenden von Licht, eine Sendeoptik zum Leiten des Lichts auf ein nachzuweisendes Objekt und einen Hintergrund, einen Nahempfänger zum Nachweis von von dem Objekt reflektiertem Licht, einen Fernempfänger zum Nachweis von von dem Hintergrund reflektierten Licht und eine Detektoroptik zum Leiten des von dem Objekt reflektierten Lichts auf den Nahempfänger und zum Leiten des von dem Hintergrund reflektierten Lichts auf den Fernempfänger.Such an optical triangulation sensor is known and has the following components:
A radiation source for emitting light, a transmitting optics for directing the light to an object to be detected and a background, a near-field receiver for detecting light reflected from the object, a remote receiver for detecting light reflected from the background, and detector optics for guiding the latter Object reflected light on the near receiver and for guiding the light reflected from the background to the remote receiver.

Bei einem gattungsgemäßen Verfahren wird Licht einer Strahlungsquelle auf ein nachzuweisendes Objekt und einen Hintergrund geleitet, von dem Objekt reflektiertes Licht wird auf einen Nahempfänger und von dem Hintergrund reflektiertes Licht wird auf einen Fernempfänger geleitet und die von dem Nahempfänger und von dem Fernempfänger nachgewiesenen Intensitäten werden nach dem Prinzip der Hintergrundauswertung ausgewertet.at a generic method becomes light of a radiation source on an object to be detected and a background, light reflected from the object becomes a near receiver and reflected light from the background is directed to a remote receiver and those of the near receiver and from the remote receiver proven intensities are evaluated according to the principle of background evaluation.

Bei den nachzuweisenden Objekten kann es sich insbesondere um Personen, Tiere oder Gegenstände handeln.at the objects to be detected may be, in particular, persons, Animals or objects act.

Die genannten optischen Triangulationssensoren können beispielsweise zur Sicherheitsüberwachung von automatischen Türen, beispielsweise Drehflügeltüren, eingesetzt werden, um Verletzungen von Personen zu vermeiden.The mentioned optical triangulation sensors, for example, for security monitoring of automatic doors, For example, swing doors, used to avoid personal injury.

Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass für automatische Türen nunmehr dieselben Sicherheitsanforderungen erfüllt werden müssen wie für Maschinen.in this connection is to take particular account of that for automatic Doors now the same safety requirements as for machines.

Die Verwendung von Triangulationssensoren, bei denen Licht einer Hauptlichtquelle mit Hilfe einer ersten Optik oder Sendeoptik als Lichtfleck auf ein nachzuweisendes Objekt oder einen Hintergrund abgebildet wird, ist grundsätzlich bekannt. Mit Hilfe einer zweiten Optik wird dabei der genannte Lichtfleck auf einem doppelten Lichtempfänger abgebildet. Dieser doppelte Lichtempfänger besteht aus einem Fernempfänger zum Nachweis des vom Hintergrund reflektierten Lichts und aus einem Nahempfänger zum Nachweis von Licht, das von dem nachzuweisenden Objekt reflektiert wurde.The Use of triangulation sensors, where light from a main light source with the help of a first optics or transmission optics as a light spot on is to be detected object or a background is in principle known. With the help of a second optics is the said light spot on a double light receiver displayed. This dual light receiver consists of a remote receiver for Evidence of the light reflected from the background and from a Nahempfänger for detecting light that reflects from the object to be detected has been.

Bei einer häufig gewählten Geometrie der Anordnung ist dabei der Fernempfänger näher an der Hauptlichtquelle positioniert als der Nahempfänger.at one often selected Geometry of the arrangement is the remote receiver closer to the main light source positioned as the near receiver.

Eine aus den Signalen von Nah- und Fernempfänger gebildete Differenz wird verstärkt und in folgender Weise bewertet: Wenn die genannte Signaldifferenz und Fernempfänger größer ist als eine zu setzende Detektionsschwelle, gilt ein nachzuweisendes Objekt als detektiert, andernfalls als nicht detektiert. Hierbei wird auch das Vorzeichen der Signaldifferenz berücksichtigt.A from the signals of local and remote receiver formed difference is reinforced and evaluated in the following way: If said signal difference and remote receiver is larger as a detection threshold to be set, a verweisendes applies Object detected, otherwise not detected. in this connection the sign of the signal difference is also considered.

Wenn die genannte Detektionsschwelle positiv ist, befindet sich der Sensor in der Betriebsart ”Hintergrundausblendung” ansonsten in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung”. Wenn der Detektor kein Licht empfängt, ist die Signaldifferenz 0 und somit größer als eine negative Detektionsschwelle. In der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” geht der Sensor demnach in den Zustand ”Detektion” über, wenn er kein Licht empfängt.If the said detection threshold is positive, the sensor is located in "background suppression" mode otherwise in the operating mode "background evaluation". If the detector receives no light, is the signal difference 0 and thus greater than a negative detection threshold. In the operating mode "background evaluation" the sensor goes therefore in the state "detection" over, if he receives no light.

Bei Ausfall der Hauptlichtquelle oder bei Blockierung des Lichtstrahls, beispielsweise durch Verschmutzung, fällt ein solcher Sensor demgemäß in die sichere Richtung aus.at Failure of the main light source or blocking of the light beam, For example, by contamination, falls such a sensor accordingly in the safe direction.

Hiervon unterscheidet sich die Betriebsart ”Hintergrundausblendung”, bei der der Sensor in den Zustand ”keine Detektion” geht, wenn er kein Licht empfängt, da dann die Detektionsschwelle oberhalb der Signaldifferenz liegt, die 0 ist. Demgemäß werden in der Betriebsart ”Hintergrundausblendung” ein Ausfall der Hauptlichtquelle und eine Blockierung des Lichtwegs nicht erkannt.Of these, differs the operating mode "background suppression", in which the sensor in the state "no Detection "goes, if he does not receive light, because then the detection threshold is above the signal difference, which is 0. Accordingly, become in the operating mode "background suppression" a failure the main light source and a blocking of the light path not recognized.

Bei der Hintergrundausblendung wird demgemäß ein Hintergrund zwar erkannt aber nicht bewertet. Als Schaltsignal wird ein Reflexionssignal von einem Objekt innerhalb eines eingestellten Tastbereichs benötigt. Hieraus ergibt sich die vorteilhafte Anwendung von Lichttastern in der Betriebsart ”Hintergrundausblendung” zur Gewährleistung eines Auffahrschutzes in Dreh- oder Fahrrichtung bei mitfahrender Montage. Ein Hintergrundsignal ist dabei nicht notwendig und das Schaltsignal ist von einer vom Hintergrund zurückgestreuten oder reflektierten Strahlung unabhängig.at Accordingly, a background is recognized by the background suppression but not rated. As a switching signal is a reflection signal required by an object within a set tactile range. From this results in the advantageous use of light sensors in the operating mode "background suppression" to ensure a collision protection in the direction of rotation or travel when moving Assembly. A background signal is not necessary and that Switching signal is from a backscattered or reflected radiation independently.

Dem stehen die genannten Nachteile gegenüber, dass ein Ausfall des Senders zunächst nicht erkannt wird und die Testmöglichkeiten entsprechend eingeschränkt sind.the face the mentioned disadvantages that a failure of the transmitter first is not recognized and the test options restricted accordingly are.

In der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” korrespondiert ein Sender regelmäßig über einen Hintergrund, beispielsweise einen Fußboden, mit dem Empfänger. Der Hintergrund wird dabei als Reflektor verwendet, wobei, wenn der Lichtstrahl von ei nem Objekt unterbrochen wird, ein Schaltsignal ausgelöst wird.In the "background evaluation" mode, a station regularly corresponds to the receiver via a background, for example a floor. The background is used as a reflector, wherein, when the light beam of ei an object is interrupted, a switching signal is triggered.

Bei dieser Betriebsart sind Tastweiten ab etwa 100 mm möglich, so dass diese Sensoren auch für Sicherheitsschleusen eingesetzt werden können. Grundsätzlich können dabei auch spiegelnde Objekte, beispielsweise Fahrzeuge, erfasst werden.at In this mode, scanning ranges from about 100 mm are possible, see above that these sensors are synonymous for Security locks can be used. Basically you can do that also reflecting objects, such as vehicles, are detected.

Im Vergleich zur Betriebsart ”Hintergrundausblendung” können Sensoren in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” im Allgemeinen nicht mitfahrend montiert wird, da ein Signal des Hintergrunds immer notwendig ist. Außerdem kann es abhängig vom Reflexions- oder Rückstreuungsgrad des Hintergrunds, beispielsweise bei schwarzem, nassem Belag oder bei ansonsten spiegelndem Hintergrund zu Fehlschaltungen kommen.in the Compared to the "background suppression" mode, sensors can be used in the operating mode "background evaluation" generally not is mounted driving together, as a signal of the background is always necessary is. Furthermore it can be dependent the degree of reflection or backscattering of the Background, for example, in black, wet surface or at otherwise reflective background will result in faulty circuits.

Weiterhin fällt der bekannte Sensor in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” bei Ausfall des Nahempfängers in die gefährliche Richtung aus, das heißt er geht in den Zustand ”keine Detektion” über und ist deshalb als Sicherheitssensor nicht ohne weiteres geeignet.Farther he falls known sensor in the operating mode "background evaluation" in case of failure of the close-up receiver in the dangerous Direction out, that is he goes to the state "no Detection "over and is therefore not readily suitable as a safety sensor.

Aus der DE 101 31 685 A1 ist ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender optoelektronischer Sensor mit einem Sender zum Aussenden von Sendelicht, einem Empfänger zur Ausgabe von wenigstens zwei Empfangssignalen und einer Auswerteeinrichtung für die Empfangssignale bekannt. Zur Feststellung, ob sich ein Objekt in einem Erfassungsbereich des Sensors befindet, wird eine Differenz der Empfangssignale mit einem Schwellenwert verglichen, wobei zur Erzeugung einer Schalthysterese mehrere verschiedene Schwellenwerte vorgesehen sind. Hierdurch kann ein unerwünschtes mehrmaliges Umschalten zwischen einem positiven und einen negativen Gegenstandsfeststellungssignal vermieden werden.From the DE 101 31 685 A1 is an operating according to the principle of triangulation optoelectronic sensor with a transmitter for emitting transmitted light, a receiver for the output of at least two received signals and an evaluation device for the received signals known. In order to determine whether an object is located in a detection range of the sensor, a difference of the received signals is compared with a threshold value, wherein several different threshold values are provided for generating a switching hysteresis. Thereby, an undesired multiple switching between a positive and a negative object detection signal can be avoided.

Eine Selbsttesteinrichtung für einen scannenden Lichttaster mit mindestens einem Testlichtsender ist aus der DE 39 08 273 C1 bekannt.A self-test device for a scanning light scanner with at least one test light transmitter is from the DE 39 08 273 C1 known.

DE 198 10 231 C2 betrifft eine Reflexionslichtschranke, bei der vor dem Reflektor ein Linearpolfilter angeordnet ist und bei der das reflektierte Licht mit zwei Detektoren, vor denen jeweils ein weiterer Linearpolfilter positioniert ist, nachgewiesen wird. Die Linearpolfilter vor den Detektoren weisen dabei einen Winkelversatz von 45 bis 135° auf, wobei die Polarisationsrichtung des Reflektorpolarisators mit einem der Detektionspolarisatoren im Wesentlichen übereinstimmt. Hiermit können Objekte, die das Sendelicht depolarisieren, erkannt werden. Außerdem ist ein Testsender vorgesehen, mit dem die Funktionsfähigkeit des Senders und der Empfänger überprüft werden kann. DE 198 10 231 C2 relates to a reflection light barrier, in which a linear pole filter is arranged in front of the reflector and in which the reflected light is detected with two detectors, in front of which a further linear pole filter is positioned in each case. The linear pole filters in front of the detectors have an angular offset of 45 to 135 °, the polarization direction of the reflector polarizer essentially coinciding with one of the detection polarizers. This allows objects that depolarize the transmitted light to be detected. In addition, a test transmitter is provided with which the functionality of the transmitter and the receiver can be checked.

Gegenstand des Dokuments DE 42 19260 C2 ist ein optischer Sensor, bei dem ein Überwachungsbereich mit einem beweglichen Lichtstrahl abgescannt wird und bei dem Objekte über eine Triangulationsmessung nachgewiesen werden. Zum Testen der Funktionstüchtigkeit des Sensors ist außerhalb des Überwachungsbereichs ein Testobjekt angeordnet.Subject of the document DE 42 19260 C2 is an optical sensor in which a surveillance area is scanned with a moving light beam and objects are detected by a triangulation measurement. To test the functionality of the sensor, a test object is located outside the surveillance area.

DE 196 34 269 A1 bezieht sich auf ein Lichtgitter, bei dem die Entfernung einer Referenzfläche durch Messung einer Phasendifferenz oder einer Pulslaufzeit von Sendelicht bestimmt wird. Zum Testen der Funktionsfähigkeit wird zyklisch ein Testobjekt bestrahlt und das an diesem reflektierte Licht wird detektiert. DE 196 34 269 A1 refers to a light grid in which the distance of a reference surface is determined by measuring a phase difference or a pulse transit time of transmitted light. To test the functionality, a test object is irradiated cyclically and the light reflected on it is detected.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Triangulationssensor der oben genannten Art zu schaffen, der besonders sicher und zuverlässig betrieben und somit auch als Sicherheitssensor eingesetzt werden kann. Außerdem soll ein Verfahren zum Testen eines optischen Triangulationssensors nach dem Prinzip der Hintergrundauswertung angegeben werden, welches den Einsatz dieser Sensoren auch für sicherheitsrelevante Anwendungen ermöglicht.task The invention is an optical triangulation sensor of the above to create said type, which operated particularly safe and reliable and thus can also be used as a security sensor. In addition, should a method of testing an optical triangulation sensor be given the principle of background evaluation, which the use of these sensors also for safety-relevant applications allows.

Diese Aufgabe wird durch den optischen Triangulationssensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.These Task is by the optical triangulation sensor with the features of claim 1 and by the method having the features of the claim 5 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sensors und bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.advantageous Embodiments of the sensor according to the invention and preferred Variants of the method according to the invention are the subject of the dependent Claims.

Der optische Triangulationssensor ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass zum Testen des Nahempfängers eine Testquelle zum Aussenden von Testlicht vorhanden ist, dass die Testquelle so angeordnet ist, dass das Testlicht sowohl auf den Nahempfänger als auch auf den Fernempfänger trifft, dass eine Geometrie der Anordnung der Testquelle und eine Intensität des Testlichts so gewählt ist, dass durch auf den Nahempfänger und den Fernempfänger auftreffendes Testlicht bei abgeschalteter Strahlungsquelle ein typisches nachzuweisendes Objekt simulierbar ist und dass zum Auswerten der vom Nahempfänger und vom Fernempfänger im Messbetrieb oder im Testbetrieb nachgewiesenen Intensitäten und zum Steuern und Auswerten von Tests eine Auswerte- und eine Steuereinheit vorhanden ist, die mit der Strahlungsquelle, der Testquelle, dem Nahempfänger und dem Fernempfänger verbunden ist.Of the Optical triangulation sensor according to the invention further developed in that for testing the close-up receiver a test source for emitting test light is present the test source is arranged so that the test light both on the near receiver as well as to the remote receiver that meets a geometry of the arrangement of the test source and a intensity of the test light chosen is that through to the near receiver and the remote receiver incident test light with the radiation source switched off typical object to be detected can be simulated and that for evaluation that of the near receiver and from the remote receiver in the Measuring mode or intensities detected in test mode and For controlling and evaluating tests an evaluation and a control unit present with the radiation source, the test source, the Nahempfänger and the remote receiver connected is.

Das Verfahren der oben genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zum Testen des Nahempfängers Testlicht auf den Nahempfänger und Fernempfänger geleitet wird und dass eine Intensität des Testlichts so eingestellt wird, dass durch das auf den Nahempfänger und den Fernempfänger auftreffende Testlicht bei abgeschalteter Strahlungsquelle ein typisches nachzuweisendes Objekt simuliert wird.The method of the above type according to the invention is characterized in that the Testing the near-end receiver test light is passed to the near-end receiver and remote receiver and that an intensity of the test light is adjusted so that simulated by the test light incident on the close-up receiver and the remote receiver with the radiation source switched off a typical object to be detected.

Als erster Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, eine Testquelle vorzusehen, mit welcher Nah- und Fernempfänger beleuchtet werden können. Die Testquelle ist dabei relativ zu Nah- und Fernempfänger so positioniert und die Intensität des Testlichts ist so gewählt, dass im Testbetrieb bei abgeschalteter Strahlungsquelle durch das auf Nah- und Fernempfänger auftreffende Testlicht ein typisches nachzuweisendes Objekt simuliert werden kann.When The first core idea of the invention can be considered a test source provide with which local and remote receiver can be illuminated. The Test source is relative to local and remote receiver so positioned and the intensity the test light is chosen that in test mode with the radiation source switched off by the incident on local and remote receiver Test light a typical object to be detected can be simulated.

Gemäß einem weiteren Kerngedanken der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine Auswerte- und Steuereinheit vorhanden, mit welcher die von Nah- und Fernempfänger im Mess- oder Testbetrieb nachgewiesenen Intensitäten ausgewertet und beispielsweise auch Test- und Messabläufe gesteuert werden können. Hierzu ist die Auswerte- und Steuereinheit mit der Strahlungsquelle, der Testquelle, dem Nahempfänger und dem Fernempfänger verbunden.According to one Another core idea of the present invention is also a Evaluation and control unit available, with which the local and remote receivers in the measuring or test operation proven intensities evaluated and, for example, test and measurement processes are controlled can. For this purpose, the evaluation and control unit with the radiation source, the test source, the near receiver and the remote receiver connected.

Als erster wesentlicher Vorteil der Erfindung ist anzusehen, dass mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Testquelle eine Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Nahempfängers in einfacher Weise möglich ist. Bei einem solchen Test, der beispielsweise extern ausgelöst werden kann, wird die Hauptlichtquelle abgeschaltet und die Testquelle wird eingeschaltet. Nach Auslösung dieses Tests wird erwartet, dass der Sensor spätestens bis zum Ablauf einer spezifizierten Reaktionszeit in den Zustand ”Detektion” übergeht, da erfindungsgemäß durch das auf den Nah- und Fernempfänger auftreffende Licht ein typisches nachzuweisendes Objekt simuliert wird. Bei Ausfall des Nahempfängers gibt nur der Fernempfänger ein Detektionssignal ab, wodurch der Sensor im Test entgegen der Erwartung im Zustand ”keine Detektion” verbleibt.When First essential advantage of the invention is to be considered that with Help inventively provided Test source a functional check of the close-up receiver in a simple way possible is. In such a test, for example, triggered externally can, the main light source is turned off and the test source becomes switched on. After release This test is expected to be completed by the end of the sensor specified reaction time in the state "detection" passes, since according to the invention by that on the local and remote receiver incident light simulates a typical object to be detected becomes. In case of failure of the receiver is only the remote receiver a detection signal, whereby the sensor in the test against the Expectation in the state "no Detection "remains.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, dass ausgehend von einem Zustand ”keine Detektion” die Strahlungsquelle abgeschaltet und die Testquelle eingeschaltet und sodann überwacht wird, ob der Sensor nach einer Reaktionszeit in den Zustand ”Detektion” übergeht. Auf diese Weise kann die Funktionalität des Nahempfängers zuverlässig getestet werden.One Advantage of the method according to the invention is thus that, starting from a state "no detection" the radiation source turned off and turned on the test source and then monitored If the sensor changes to the "Detection" state after a reaction time. In this way, the functionality of the close-up receiver can be reliably tested become.

Um die Simulation eines typischen nachzuweisenden Objekts zu verbessern, wird die Intensität der Testquelle bevorzugt so eingestellt, dass die Differenz der von Nah- und Fernempfänger empfangenen Lichtleistung derjenigen Intensität entspricht, die der Nahempfänger von der Strahlungsquelle über die Reflexion eines solchen typischen Objekts mit vorgegebenem Reflexionsgrad in einer ebenfalls vorgegebenen Entfernung empfangen würde.Around to improve the simulation of a typical object to be detected, will the intensity of the Test source preferably adjusted so that the difference of Local and remote receiver received light power corresponds to that intensity that the local receiver of the radiation source over the reflection of such a typical object with a given reflectance would be received in a likewise predetermined distance.

Im Allgemeinen soll dabei der Nahempfänger mehr Licht empfangen als der Fernempfänger. Um dies zu bewerkstelligen, können beispielsweise vor dem Nahempfänger und/oder vor dem Fernempfänger Strahlungsabschwächer, insbesondere verstellbare Blenden, angeordnet sein, zum Variieren des auf den Nahempfänger beziehungsweise den Fernempfänger auftreffenden Lichts oder Testlichts.in the In general, the receiver should receive more light than the remote receiver. Around to accomplish this for example, in front of the near receiver and / or in front of the remote receiver radiation attenuator, In particular, adjustable aperture, be arranged to vary the on the near receiver or the remote receiver incident light or test light.

In einer alternativen Variante kann die genannte Lichtdifferenz aber auch über die Chipflächen der Nah- und Fernempfänger, bei denen es sich beispielsweise um Fotodioden handeln kann, also durch unterschiedliche offene Flächen von Nah- und Fernempfänger, gesteuert werden. Hierbei sind die aktiven Flächen des Fernempfängers und des Nahempfängers zum Einstellen einer Strahlungsdifferenz gezielt unterschiedlich gewählt.In an alternative variant, the said light difference but also over the chip surfaces of the Local and remote receiver, which may be, for example, photodiodes, ie through different open areas from local and remote receiver, to be controlled. Here are the active areas of the remote receiver and of the close-up receiver specifically for setting a radiation difference differently selected.

Als Lichtquelle kommen grundsätzlich die unterschiedlichsten Lichtquellen im Infrarot- und sichtbaren Bereich in Betracht. Bevorzugt werden Leuchtdioden oder Halbleiterlaser eingesetzt.When Light source come in principle the most diverse light sources in the infrared and visible Area into consideration. Preference is given to light-emitting diodes or semiconductor lasers used.

Die Begriffe ”Reflexionslicht” und ”Reflektieren” sollen in diesem Zusammenhang allgemein verstanden werden. Insbesondere soll hierunter auch eine diffuse Reflexion, also eine Streuung oder Rückstreuung, verstanden werden.The Terms "reflection light" and "reflect" are intended be understood in this context in general. Especially should also include a diffuse reflection, ie a scatter or Backscatter be understood.

Die Sendeoptik und die Detektoroptik kann mit bekannten Komponenten, beispielsweise kostengünstigen Kunststofflinsen, realisiert werden.The Transmitting optics and the detector optics can with known components, for example, inexpensive Plastic lenses, be realized.

Die Testquelle wird bevorzugt im selben Gehäuse wie die übrigen Sensorkomponenten angeordnet.The Test source is preferably in the same housing as the other sensor components arranged.

Gegebenenfalls können auch mehrere Testquellen und/oder mehrere Strahlungsquellen, die auch als Hauptlichtquellen bezeichnet werden, vorgesehen sein.Possibly can also multiple test sources and / or multiple radiation sources, too be referred to as main light sources may be provided.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird außerdem die Reaktionszeit des Sensors im Test gemessen und bei der Testauswertung berücksichtigt. Eine Verminderung der Sensorempfindlichkeit auf der Empfangsseite über eine gewisse Grenze hinaus, die dazu führt, dass der Sensor während des Tests weiterhin im Zustand ”keine Detektion” verbleibt oder eine verlängerte Reaktionszeit nach sich zieht, kann auf diese Weise ebenfalls mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden.at the method according to the invention will also the reaction time of the sensor measured in the test and in the test evaluation considered. A Reduction of the sensor sensitivity on the receiving side via a certain limit, which causes the sensor during the test still in the state "no Detection "remains or an extended one Reaction time can also be involved in this way high reliability be recognized.

Darüber hinaus kann zunächst in einem sehr einfachen Test überprüft werden, ob sich der Sensor in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” befindet. Hierzu werden die Strahlungsquelle und die Testquelle abgeschaltet und es wird geprüft, ob der Sensor nach einer Reaktionszeit den Zustand ”Detektion” einnimmt.Furthermore can first be checked in a very simple test whether the sensor is in "background evaluation" mode. For this the radiation source and the test source are switched off and it will be checked whether the sensor assumes the state "detection" after a reaction time.

Da der Sensor im Rahmen des Tests mit eingeschalteter Testquelle auch dann in den Zustand ”Detektion” übergehen würde, wenn er sich infolge eines Fehlers nicht in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” befindet, muss, um den Sicherheitsanforderungen zu genügen, auch dieser Fall abgesichert werden. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierzu nach einem Übergang des Sensors bei eingeschalteter Testquelle in den Zustand ”Detektion” die Testquelle abgeschaltet und es wird überwacht, ob der Sensor im Zustand ”Detektion” verbleibt. Nah- und Fernempfänger empfangen dann kein Licht mehr, so dass erwartet wird, dass der Sensor im Zustand ”Detektion” verbleibt. Wenn sich hieran etwas ändern würde, der Sensor also wieder in den Zustand ”keine Detektion” zurückkehren würde, würde er sich nicht in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” befinden. Ein solcher Fehler kann beispielsweise bei Degradationen des zur Signalauswertung verwendeten Differenzverstärkers auftreten, wenn zum Beispiel eine Offset spannung stark ansteigt.There the sensor as part of the test with test source turned on, too then switch to the "detection" state would, if it is not in background evaluation mode due to an error, In order to meet the safety requirements, this case must also be safeguarded. In a further variant of the method according to the invention is this after a transition of the Sensor with the test source switched to the "Detection" state, the test source shut down and it is monitored whether the sensor remains in the "detection" state. Local and remote receiver then no longer receive light, so it is expected that the sensor remains in the "detection" state. If anything changes would, So the sensor returns to the "no detection" state would, he would are not in background evaluation mode. Such an error can, for example, in degradations of the Signal analysis used differential amplifier occur when, for example an offset voltage rises sharply.

Im konkreten Einsatz des erfindungsgemäßen Sensors, beispielsweise bei einer Drehflügeltür, kann die Prüfung des Nahempfängers mit Hilfe der Testquelle und/oder die Prüfung, ob der Sensor bei abgeschalteter Strahlungsquelle und abgeschalteter Testquelle den Zustand ”Detektion” einnimmt, automatisch vor einem Einschalten der Strahlungsquelle oder der Testquelle erfolgen. Der Sensor prüft dann selbst, ob er sich im Fall, dass kein Licht ausgesendet wird, im Zustand ”Detektion” befindet. Dies kann sowohl im Normal- oder Messbetrieb als auch während des Tests erfolgen. Die Beobachtungsphase des Tests könnte so wegfallen, wodurch sich die Testzeit insgesamt in vorteilhafter Weise verkürzen würde.in the concrete use of the sensor according to the invention, for example at a swing door, can the exam of the close-up receiver using the test source and / or checking if the sensor is turned off Radiation source and switched off test source assumes the state "detection", automatically before switching on the radiation source or the Test source done. The sensor then checks for itself if it is in the case that no light is emitted, is in the state "detection". This can be done in normal or measuring mode as well as during the Tests are done. The observation phase of the test could be so eliminated, making the total test time in an advantageous Shorten way would.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Idee kann außerdem diese Prüfung direkt vor dem Aussenden eines Lichtpulses durch die Strahlungsquelle oder die Testquelle erfolgen. Die jeweiligen Testresultate müssen dann intern geprüft werden, wobei die hierzu verwendete Prüfeinrichtung ebenfalls in ihrer Integrität überprüfbar sein muss.In Another preferred embodiment of this idea may also be this exam just before sending a light pulse through the radiation source or the test source. The respective test results must then internally tested be, with the test device used for this purpose also in their Integrity be verifiable got to.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen optischen Triangulationssensors und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt:Further Features and advantages of the optical triangulation sensor according to the invention and the method according to the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Hereby shows:

1, eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Triangulationssensors; 1 a schematic representation of an optical triangulation sensor according to the invention;

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Triangulationssensors 100, anhand dessen auch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird. Der Sensor 100 weist als wesentliche Komponenten eine Strahlungsquelle 10, eine Sendeoptik 14, eine Detektoroptik 40, einen aus Nahempfänger 60 und Fernempfänger 50 bestehenden Detektor, eine Testquelle 80 sowie eine Steuer- und Auswerteeinheit 70 auf. 1 schematically shows an embodiment of an optical triangulation sensor according to the invention 100 , on the basis of which the inventive method is explained. The sensor 100 has as essential components a radiation source 10 , a transmission optics 14 , a detector optics 40 , one from Nahempfänger 60 and remote receiver 50 existing detector, a test source 80 as well as a control and evaluation unit 70 on.

Bei der Strahlungsquelle 10 und der Testquelle 80 handelt es sich bevorzugt um Leuchtdioden. Als Nahempfänger 60 und Fernempfänger 50 können Fotodioden eingesetzt werden.At the radiation source 10 and the test source 80 these are preferably light emitting diodes. As a close-up receiver 60 and remote receiver 50 Photodiodes can be used.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 70 ist mit der Strahlungsquelle 10, dem Nahempfänger 60, dem Fernempfänger 50 und der Testquelle 80 verbunden. Gegebenenfalls kann diese Verbindung auch drahtlos über eine Funkstrecke ausgebildet sein.The control and evaluation unit 70 is with the radiation source 10 , the close-up receiver 60 , the remote receiver 50 and the test source 80 connected. Optionally, this connection may also be formed wirelessly via a radio link.

Die Menge das auf den Nahempfänger 60 und den Fernempfänger 50 auftreffenden Lichts kann über verstellbare Blenden 54, 64 variiert werden, die vor dem Nahempfänger 60 beziehungsweise dem Fernempfänger 50 angeordnet sind.The amount that on the close-up receiver 60 and the remote receiver 50 incident light can be controlled by adjustable aperture 54 . 64 be varied, in front of the near receiver 60 or the remote receiver 50 are arranged.

Der erfindungsgemäße Sensor 100 arbeitet wie folgt: Die Strahlungsquelle 10 sendet Licht 12, bevorzugt Infrarotlicht, aus, welches über die Sendeoptik 14 auf ein nachzuweisendes Objekt 20 und/oder einen schematisch angedeuteten Hintergrund 30, beispielsweise einen Fußboden, geleitet wird. Von dem Objekt 20 zurückgestreutes oder zurückreflektiertes Licht 22 gelangt auf die Detektoroptik 40, die schematisch durch eine Linse angedeutet ist, und wird von dieser auf dem Nahempfänger 60 abgebildet. Der Nahempfänger 60 gibt sodann ein zur auftretenden Lichtmenge im Wesentlichen proportionales Intensitätssignal 62 aus, welches der Steuer- und Auswerteeinheit 70 zugeführt wird. Weiterhin wird vom Hintergrund 30 zurückgestreutes oder reflektiertes Licht 32 über die Detektoroptik 40 auf den Fernempfänger 50 geleitet und von diesem nachgewiesen. Das entsprechende Intensitätssignal 52, das wiederum im Wesentlichen proportional zur auf den Fernempfänger 50 auftreffenden Lichtmenge ist, wird ebenso der Steuer- und Auswerteeinheit 70 zugeleitet.The sensor according to the invention 100 works as follows: The radiation source 10 sends light 12 , prefers infrared light, off, which via the transmission optics 14 to an object to be detected 20 and / or a schematically indicated background 30 , For example, a floor, is passed. From the object 20 backscattered or reflected light 22 reaches the detector optics 40 , which is schematically indicated by a lens, and is of this on the near-end receiver 60 displayed. The near receiver 60 then gives a substantially proportional to the amount of light intensity signal 62 from which the control and evaluation unit 70 is supplied. Furthermore it is from the background 30 backscattered or reflected light 32 via the detector optics 40 on the remote receiver 50 guided and proven by this. The corresponding intensity signal 52 which, in turn, is substantially proportional to the remote receiver 50 incident light quantity is also the control and evaluation unit 70 fed.

In der Steuer- und Auswerteeinheit 70 wird aus den Signalen 52, 62 des Fernempfängers 50 beziehungsweise des Nahempfängers 60 eine Differenz gebildet und verstärkt. Nach dem Prinzip der Hintergrundauswertung wird diese Differenz anschließend mit einer negativen Detektionsschwelle verglichen. Liegt die Differenz der Signale 52, 62 dann über dieser Schwelle, geht der Sensor 100 in den Zustand ”Detektion” über, verbleibt ansonsten aber im Zustand ”keine Detektion”.In the control and evaluation unit 70 gets out of the signals 52 . 62 of the remote receiver 50 or the close-up receiver 60 a difference is formed and amplified. According to the principle of the background evaluation this difference becomes closing compared with a negative detection threshold. Is the difference of the signals 52 . 62 then above this threshold, the sensor goes 100 in the state "detection" on, but otherwise remains in the state "no detection".

Ein erster Test des Sensors 100, der beispielsweise über die Steuer- und Auswerteeinheit 70 initiiert werden kann, besteht darin, sowohl die Strahlungsquelle 10 als auch die Testquelle 80 abzuschalten und zu überwachen, ob der Sensor 100, wie für die Betriebsart ”Hintergrundauswertung” erwartet, in den Zustand ”Detektion” übergeht.A first test of the sensor 100 for example via the control and evaluation unit 70 can be initiated, is both the radiation source 10 as well as the test source 80 turn off and monitor if the sensor 100 , as expected for the mode "background evaluation", goes into the state "detection".

Ausgehend von einem Sensorzustand ”keine Detektion” wird die Funktionstüchtigkeit des Nahempfängers 60 dann entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren getestet, indem die Testquelle eingeschaltet und überwacht wird, ob der Sensor 100 nach einer hinreichend kurzen Reaktionszeit in den Zustand ”Detektion” übergeht. Die Testquelle 80 ist erfindungsgemäß dabei relativ zu dem Nahempfänger 60 und dem Fernempfänger 50 so angeordnet und die Intensität der Testquelle ist so gewählt, dass bei abgeschalteter Strahlungsquelle 10 durch die auf den Nahempfänger 60 und den Fernempfänger auftreffende Intensität ein typisches nachzuweisendes Objekt simuliert wird. Gegebenenfalls können hierzu die variablen Blenden 54, 64, die vor dem Fernempfänger 50 beziehungsweise dem Nahempfänger 60 angeordnet sind, geeignet verstellt werden.Starting from a sensor state "no detection", the functionality of the local receiver 60 then tested according to the method of the invention by turning on and monitoring the test source, whether the sensor 100 after a sufficiently short reaction time goes into the state "detection". The test source 80 is according to the invention relative to the close-up receiver 60 and the remote receiver 50 arranged and the intensity of the test source is chosen so that when the radiation source 10 through the on the close receiver 60 and the far receiver incident intensity is simulated a typical object to be detected. Optionally, this can be the variable aperture 54 . 64 that in front of the remote receiver 50 or the near receiver 60 are arranged to be adjusted appropriately.

Im Anschluss an diesen Test kann auch oder nochmals getestet werden, ob sich der Sensor in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” befindet. Hierzu wird bei weiterhin abgeschalteter Strahlungsquelle 10 auch die Testquelle 80 abgeschaltet und es wird geprüft und überwacht, ob der Sensor 100 im Zustand ”Detektion” verbleibt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann sich der Sensor 100 nicht in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” befinden.Following this test, you can also test or recheck whether the sensor is in "background evaluation" mode. This is done with the radiation source still switched off 10 also the test source 80 it turns off and it checks and monitors if the sensor 100 remains in the "detection" state. If this is not the case, the sensor may become 100 not in background evaluation mode.

Sämtliche dieser Tests können prinzipiell extern, beispielsweise von einer Bedienperson, über die Steuer- und Auswerteeinheit 70 ausgelöst werden. Besonders bevorzugt werden diese Tests oder Testabläufe jedoch automatisch von der Steuer- und Auswerteeinheit 70 gesteuert durchgeführt. Besonders bevorzugt kann beispielsweise jedes Mal unmittelbar bevor die Strahlungsquelle 10 oder die Testquelle 80 einen Lichtpuls aussendet getestet werden, ob sich der Sensor 100 im Zustand ”Detektion” und somit in der Betriebsart ”Hintergrundauswertung” befindet.In principle, all of these tests can be performed externally, for example by an operator, via the control and evaluation unit 70 to be triggered. However, these tests or test sequences are particularly preferred automatically by the control and evaluation unit 70 controlled performed. For example, it is particularly preferred that each time immediately before the radiation source 10 or the test source 80 a pulse of light will be tested to see if the sensor 100 in the state "Detection" and thus in the operating mode "Background evaluation".

Durch die vorliegende Erfindung wird ein optischer Triangulationssensor bereitgestellt, der mit Hilfe einer geeigneten Testeinrichtung gegen einen gefährlichen Ausfall abgesichert wird. Darüber hinaus wird ein Verfahren bereitgestellt zum Testen eines solchen optischen Triangulationssensors, so dass dieser im Grundsatz auch für Sicherheitsanwendungen verwendet werden kann.By The present invention will be an optical triangulation sensor provided by means of a suitable test device against a dangerous one Failure is hedged. About that In addition, a method is provided for testing such optical triangulation sensor, so this in principle, too for security applications can be used.

Bei der Erfindung kann außerdem eine Verringerung der Sensorempfindlichkeit mit der möglichen Folge einer Reaktionszeitverlängerung erkannt werden.at The invention may also a reduction in sensor sensitivity with the possible Result of a reaction time extension be recognized.

Darüber hinaus kann erkannt werden, ob die Betriebsart ”Hintergrundauswertung” tatsächlich gegeben ist, oder ob aufgrund eines Fehlers sich der Sensor in der Betriebsart ”Hintergrundausblendung” befindet. Auch ein Ausfall der Hauptlichtquelle oder Strahlungsquelle und eine Blockierung des Lichtwegs kann abgesichert werden.Furthermore can be detected whether the operating mode "background evaluation" is actually given or if, due to an error, the sensor is in "background suppression" mode. Also a failure of the main light source or radiation source and a blockage of the light path can be secured.

Insgesamt weist der erfindungsgemäße Triangulationssensor eine hohe Integrität der funktionalen Sicherheit auf.All in all has the triangulation sensor according to the invention a high integrity functional safety.

Claims

Optical triangulation sensor for the detection of objects according to the principle of background evaluation, in particular for use in the security sector, with a radiation source ( 10 ) for emitting light ( 12 ), with a transmission optics ( 14 ) for guiding the light ( 12 ) to an object to be detected ( 20 ) and a background ( 30 ), with a near receiver ( 60 ) for the detection of the object ( 20 ) reflected light ( 22 ), with a remote receiver ( 50 ) for the detection of the background ( 30 ) reflected light ( 32 ) and with a detector optics ( 40 ) for guiding the object ( 20 ) reflected light ( 22 ) on the near receiver ( 60 ) and to guide you from the background ( 30 ) reflected light ( 32 ) to the remote receiver ( 50 ), characterized in that for testing the close-up receiver ( 60 ) a test source ( 80 ) for emitting test light ( 82 ) that the test source ( 80 ) is arranged so that the test light ( 82 ) on both the receiver ( 60 ) as well as to the remote receiver ( 50 ) meets that a geometry of the arrangement of the test source ( 80 ) and an intensity of the test light ( 82 ) is selected so that by on the Nahempfänger ( 60 ) and the remote receiver ( 50 ) incident test light ( 82 ) with the radiation source switched off ( 10 ) a typical object to be detected can be simulated and that for the evaluation of the Nahempfänger ( 60 ) and the remote receiver ( 50 ) intensities detected during measuring operation or in test mode and for controlling and evaluating tests an evaluation and control unit ( 70 ) is present with the radiation source ( 10 ), the test source ( 80 ), the Nah receiver ( 60 ) and the remote receiver ( 50 ), wherein starting from a state "no detection" the radiation source ( 10 ) and the test source ( 80 ) is turned on and then monitored whether the sensor after a reaction time in the state "detection" passes, and wherein the reaction time is measured and taken into account in the test evaluation.

Sensor according to claim 1, characterized in that in front of the close-up receiver ( 60 ) and / or in front of the remote receiver ( 50 ) Radiation attenuator, in particular adjustable diaphragms ( 54 . 64 ) are arranged to vary the on the Nahempfänger ( 60 ) or the remote receiver ( 50 ) incident light ( 22 . 32 ) or test light ( 82 ).

Sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the active surfaces of the remote receiver ( 50 ) and the close-up receiver ( 60 ) are selectively selected differently for setting a radiation difference.

Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation source ( 10 ) and the test source ( 80 ) Are semiconductor lasers or LEDs.

Method for testing an optical triangulation sensor ( 100 ), in particular a sensor according to one of claims 1 to 4, in which light ( 12 ) of a radiation source ( 10 ) to an object to be detected ( 20 ) and a background ( 30 ), where the object ( 20 ) reflected light ( 22 ) to a near receiver ( 60 ) and from the background ( 30 ) reflected light ( 32 ) to a remote receiver ( 50 ) and at which by the Nahempfänger ( 60 ) and the remote receiver ( 50 ) detected intensities according to the principle of background evaluation, characterized in that for testing the close-up receiver ( 60 ) Test light ( 82 ) on the near receiver ( 60 ) and remote receiver ( 50 ), that an intensity of the test light ( 82 ) is adjusted so that by the on the Nahempfänger ( 60 ) and the remote receiver ( 50 ) incident test light ( 82 ) with the radiation source switched off ( 10 ) a typical object to be detected ( 20 ) is simulated that starting from a state "no detection" the radiation source ( 10 ) and the test source ( 80 ) is switched on and then monitored whether the sensor after a reaction time in the state "detection" passes and that the reaction time is measured and taken into account in the test evaluation.

Method according to claim 5, characterized in that after a transition of the sensor ( 100 ) with the test source switched on ( 80 ) in the state "detection" the test source ( 80 ) and monitors whether the sensor ( 100 ) remains in the "detection" state.

Method according to one of claims 5 to 6, characterized in that the radiation source ( 10 ) and the test source ( 80 ) and it is checked whether the sensor ( 100 ) assumes the state "detection".

Method according to one of Claims 5 to 7, characterized in that a check is made as to whether the sensor ( 100 ) with the radiation source switched off ( 10 ) and switched off test source ( 80 ) assumes the state "detection", automatically before switching on the radiation source ( 10 ) or the test source ( 80 ) he follows.