DE102008053881A1 - Reflection barrier with surveying and / or localization function - Google Patents

Reflection barrier with surveying and / or localization function Download PDF

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung (110) zur Reflexion eines Strahles (LS1, LS2), wie Laser- oder Lichtstrahl, mit wenigstens einer Strahlenquelle (1, 2) zur Überwachung eines Überwachungsbereiches auf das Vorhandensein eines Objektes (101, 102), umfassend einen rotierenden Spiegel (10) je Strahlenquelle (1, 2), katadioptische Reflektoren (3, 4, 5) sowie Lichtsensoren (7, 8, 13, 14), wobei die von den Reflektoren (3, 4, 5) zurückgelenkten Strahlen LSR1, LSR2) über den Spiegel (10) direkt oder über einen weiteren Strahlenteiler (15) zwischen dem Spiegel (10) und den Lichtsensoren (7, 8, 13, 14) auf die Lichtsensoren (7, 8, 13, 14) gelangen. Die Vorrichtung (110) zeichnet sich durch eine einfache Nachrüstbarkeit vor Ort aus.A device (110) is proposed for reflecting a beam (LS1, LS2), such as a laser or light beam, with at least one radiation source (1, 2) for monitoring a surveillance area for the presence of an object (101, 102) comprising a rotating one Mirror (10) per radiation source (1, 2), catadioptic reflectors (3, 4, 5) and light sensors (7, 8, 13, 14), wherein the of the reflectors (3, 4, 5) zurückten beams LSR1, LSR2 ) via the mirror (10) directly or via a further beam splitter (15) between the mirror (10) and the light sensors (7, 8, 13, 14) on the light sensors (7, 8, 13, 14). The device (110) is characterized by a simple retrofitting on site.

Description

Die Erfindung betrifft eine einfach aufgebaute, flächendeckende Reflexionsschranke mit einer Vermessungs- als auch Lokalisierungsfunktion.The The invention relates to a simple design, nationwide Reflection barrier with a surveying and localization function.

Bekannte Reflexionsschaltungen oder -schranken sind beispielsweise Lichtschranken, bestehend aus wenigstens einer Lichtquelle und einem Empfänger, die zudem mehrfach nebeneinander angeordnet sind und punktuell einen Teil einer Fläche/eines Raumes abtasten können, um zum Beispiels das Vorhandensein eines möglichen Gegenstandes innerhalb dieser abgetasteten Gegend bestimmten zu können. Derartige Lichtschranken sind beispielsweise aus der DE 20 2007 005 710 U1 bekannt. Eine auf dieser Basis arbeitende optische Vorrichtung zum Abtasten der Kantenlage von Materialbahnen wird in der DD 36 936 beschrieben. Eine Lichtschranke zum Abtasten durchlaufenden Gutes sowie einen durch eine Lichtschranke steuerbaren akustischen Signalgeber offenbaren die CH 393 537 sowie die CH 475 613 .Known reflection circuits or barriers are, for example, light barriers, consisting of at least one light source and a receiver, which are also arranged several times next to each other and can selectively scan a portion of a surface / a room, for example, to determine the presence of a possible object within this scanned area can. Such light barriers are for example from the DE 20 2007 005 710 U1 known. A working on this basis optical device for scanning the edge layer of webs is in the DD 36 936 described. A photocell for scanning continuous good and controllable by a light barrier acoustic signalers reveal the CH 393 537 as well as the CH 475 613 ,

Eine Reflexionslichtschranke zum optischen Nachweisen eines Kleinteils ist aus der DE 20 2008 004 729 U1 bekannt. Eine Vorrichtung für die konfokale Beleuchtung einer Probe wird in der DE 10 2007 009 551 B3 behandelt.A reflection light barrier for the optical detection of a small part is from the DE 20 2008 004 729 U1 known. A device for confocal illumination of a sample is disclosed in US Pat DE 10 2007 009 551 B3 treated.

Eine flächendeckende Messung, die zudem eine Vermessung und/oder Lokalisierung des Gegenstandes im Raum ermöglicht, kann mit derartigen Schranken nicht durchgeführt werden, da unter anderem der Aufwand sehr hoch ist.A nationwide measurement, which also includes a survey and / or Localization of the object in the room allows, can be carried out with such barriers, since among other things, the effort is very high.

Mit der DE 199 22 614 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle von Fertigungsprozessen fein strukturierter Oberflächen in der Halbleiterfertigung publiziert.With the DE 199 22 614 A1 For example, a method and a device for optically controlling production processes of finely structured surfaces in semiconductor production are published.

Die DE 20 2005 020 705 U1 beschäftigt sich mit einer Vorrichtung zum Vermessen und/oder Bearbeiten von dreidimensionalen Objekten mittels Lichtstrahlen wie auch die DE 10 2006 062 447 A1 .The DE 20 2005 020 705 U1 deals with a device for measuring and / or processing of three-dimensional objects by means of light rays as well as the DE 10 2006 062 447 A1 ,

Ein Scanner und ein Verfahren zum Betreiben des Scanners sind Gegenstand der DE 10 2005 002 190 B4 .A scanner and a method for operating the scanner are the subject of DE 10 2005 002 190 B4 ,

In die gleiche technische Richtung bewegen sich die DE 695 31 462 T2 ( EP 0 875 728 B1 ) sowie die DE 695 18 953 T2 ( EP 0 689 032 B1 ), die jeweils ein Vermessungssystem beschreiben, welche sich dadurch vom Stand der Technik unterscheiden, dass neben einem rotierenden Laserstrahl einmal das reflektierende Objekt den Laserstrahl durchlässt und diffus macht und zum anderen eine Positionssteuereinrichtung zum Steuern einer emittierenden Position des Laserstrahls eingebunden ist.In the same technical direction move the DE 695 31 462 T2 ( EP 0 875 728 B1 ) as well as the DE 695 18 953 T2 ( EP 0 689 032 B1 ), each of which describes a surveying system which differs from the prior art in that, in addition to a rotating laser beam, the reflecting object transmits and diffuses the laser beam and the position control means for controlling an emitting position of the laser beam is included.

Ein rotierendes Laser-Strahlungssystem wird zudem in der DE 694 11 102 T2 ( EP 0 643 283 B1 ) angedacht.A rotating laser radiation system is also in the DE 694 11 102 T2 ( EP 0 643 283 B1 ).

Ein opto-elektronischer Scanner zum Abtasten eines Schutzfeldes (Raumes) wird in der DE 20 2007 00 327 U1 näher betrachtet, wobei der Scanner eine zusätzliche Kameraanordnung aufweist. Der Scanner leitet in Auswertung seiner Messergebnisse dann geeignete Schutzmaßnahmen ein, wenn beispielsweise eine Person detektiert wird.An opto-electronic scanner for scanning a protective field (room) is in the DE 20 2007 00 327 U1 considered closer, wherein the scanner has an additional camera arrangement. The scanner then initiates suitable protective measures in evaluation of its measurement results, if, for example, a person is detected.

Die DE 10 2005 002 1879 B4 beansprucht eine Vorrichtung zum Ermitteln der Winkelposition eines Lichtstrahls und ein Verfahren zum Betreiben selbiger Vorrichtung.The DE 10 2005 002 1879 B4 claims a device for determining the angular position of a light beam and a method for operating the same device.

Die vorgenannten Lösungen bzw. Lösungsansätze sind in ihrer Konstruktion teilweise sehr zumindest jedoch aufwändig.The aforementioned solutions or approaches are in their construction sometimes very at least but consuming.

Hier stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung anzugeben, die in einfacher Art und Weise nicht nur das Lokalisieren sondern auch ein Vermessen eines Objektes in Raum und/oder Ebene ermöglicht.Here the object of the invention is to specify a device in a simple way not just locating but also allows a measurement of an object in space and / or level.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsformen.Solved The object is achieved by the features of claim 1. subclaims contain preferred embodiments.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die konstruktiv einfach ist und eine einfache Nachrüstung (Montage/Demontage) auch vor Ort ermöglicht. Grundlegend ist vorgesehen, dass zumindest ein rotierender Lichtstrahl von einem katadioptrischen Reflektor in die Ausgangsstellung zurückgestrahlt und über einen weiteren Spiegel auf wenigstens einen Lichtsensor geleitet wird. Dabei wird das Prinzip der Retro-Reflektion an gewandt. Dieses Prinzip basiert darauf, dass spiegelnde und brechende Elemente (= katadioprische Elemente) das Licht umkehren und es in Richtung der Lichtquelle zurücksenden. Die Retro-Reflexion ist die Reflexion, bei der das auftreffende Licht eng gebündelt zur jeweils anleuchtenden Lichtquelle zurückgestrahlt wird. Erreicht werden kann diese Art der Reflexion, mit Hilfe einer großen Anzahl sehr kleiner katadioptrischer Teile (z. B. halb verspiegelter Glaskugeln).Of the Invention is based on the idea to provide a device which is structurally simple and easy to retrofit (Assembly / disassembly) also possible on site. Fundamental is provided that at least one rotating beam of light from a catadioptric reflector returned to the initial position and via a further mirror on at least one light sensor is directed. The principle of retro-reflection is applied. This principle is based on the fact that reflective and refractive elements (= catadioprische elements) turn the light and turn it in the direction of Return the light source. The retro reflection is the reflection, in which the incident light is tightly bundled to each illuminated light source is reflected back. Reached This kind of reflection can be done with the help of a big one Number of very small catadioptric parts (eg semi-mirrored glass spheres).

Retro-reflektierende Stoffe sind u. a. Reflexfolien, Reflexgewebe oder auch Reflexfarben, die bei Tageslicht eine normale Aufsichtfarbe zeigen, bei Anfeuchtung mit künstlichem Licht jedoch den Charakter eines Reflexstoffes aufweisen. Derartige Folien sind u. a. aus der CA 2 376 812 C , DE 10 2007 009 013 A1 , DE 10 2007 006 405 A1 sowie DE 10 2004 025 325 A1 bekannt.Retro-reflective fabrics include reflective tapes, reflective fabrics or even reflective paints, which show a normal spotlight in daylight, but have the character of a reflective fabric when moistened with artificial light. Such films are inter alia from the CA 2 376 812 C . DE 10 2007 009 013 A1 . DE 10 2007 006 405 A1 such as DE 10 2004 025 325 A1 known.

Eine Überwachung eines Überwachungsbereiches mit einer Reflektorfolie ist des Weiteren der DE 10 2006 046 152 A1 entnehmbar. Die Reflektorfolie weist eine Reflexionsschicht auf, die in Teilbereichen in einem Winkel zur Reflektorfolienebene steht.A monitoring of a surveillance area with a reflector foil is further the DE 10 2006 046 152 A1 removable. The reflector film has a reflection layer, which stands in partial regions at an angle to the reflector film plane.

Aufbauend auf diese Funktionsweise wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit einem rotierenden Lichtstrahl als Messeinrichtung in ein vorhandenes System eingebunden, wobei die Lichtstrahlen vom Reflektor in die Ausgangsstellung zurückgestrahlt werden. Befindet sich in diesem Lichtstrahl ein Objekt, erfolgt keine Reflektion und die (der) Lichtsensoren empfangen kein zurückgestrahltes Licht. Die Anzahl bzw. der Bereich der ausfallenden Strahlen ergibt die äußeren Umrisse des Gegenstandes.Building this mode of operation is inventively a Device with a rotating light beam as a measuring device integrated into an existing system, the light beams from Reflector are returned to the starting position. If there is an object in this light beam, no reflection takes place and the light sensor (s) do not receive a reflected light Light. The number or range of the outgoing beams gives the outer outlines of the object.

In einer bevorzugten Ausführung werden wenigstens zwei rotierende Lichtstrahlen so platziert, dass Lage und Ort des Gegenstandes bestimmbar sind. Dabei werden die Lichtquellen so angeordnet, dass sich deren Strahlenbereiche beim Abscannen überschneiden.In a preferred embodiment, at least two rotating Light beams placed so that location and location of the object can be determined. The light sources are arranged so that their radiation areas overlap when scanning.

Der mit dieser Idee verbundene Vorteil liegt in einer genaueren sowie schnelleren Messung des Vorhandenseins eines Objektes als auch dessen örtlicher Lage, wobei auch ein gewünschter mobiler Einsatz dieser Vorrichtung als so genannte Reflexionslichtschranke möglich ist.Of the advantage associated with this idea lies in a more accurate as well faster measurement of the presence of an object as well as its local Location, with a desired mobile use of this Device as a so-called reflection light barrier possible is.

Verwendung findet diese Schranke u. a. überall dort, wo das Erfassen von Objekten auch bezüglich der Lage und Ort mit einfachen Mitteln erwünscht wird. Die Wahl des Winkelmessers in Genauigkeit und Auflösung und damit in Hinblick auf seinen Preis ist abhängig von der gewünschten Qualität der Messung.use finds this barrier u. a. everywhere, where the grasping objects also in terms of location and location with simple Means is desired. The choice of the protractor in accuracy and resolution and thus in terms of its price depending on the desired quality of Measurement.

Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.Based an embodiment with drawing, the invention be explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

1 in einer Seitendarstellung eine mögliche Anordnung für eine Überwachung in einem Produktionsprozess (vereinfacht dargestellt), 1 in a page presentation a possible arrangement for monitoring in a production process (shown in simplified form),

2 eine verallgemeinerte Darstellung der Anordnung wenigsten zweier so genannter Licht- oder Laserscanner im Produktionsprozess, 2 a generalized representation of the arrangement of at least two so-called light or laser scanners in the production process,

3 einen Aufriss einer ersten Variante, 3 an elevation of a first variant,

4 einen Aufriss einer weiteren Variante. 4 an outline of another variant.

Mit 100 ist beispielsweise eine Stahlplatte gekennzeichnet, aus welcher beispielsweise Quadrate 101 oder Kreise 102 herausgetrennt werden (beispielsweise mittels Laser). In einigen Fällen bleiben diese Teile 101, 102 jedoch hängen, was zum Blockieren bzw. Unterbrechen des weiteren Produktionsablaufs führt. Daher ist vorgesehen, eine Vorrichtung 110 hier unterhalb der Stahlplatte 100 anzuordnen, die ein Vermessen in einem Überwachungsbereich vornehmen kann, wodurch bestimmt werden kann, ob sich noch Teile 101, 102 an der Stahlplatte 100 befinden.With 100 For example, a steel plate is marked, from which, for example, squares 101 or circles 102 be separated out (for example by means of laser). In some cases, these parts remain 101 . 102 however, which leads to blocking or interrupting the further production process. Therefore, it is provided a device 110 here below the steel plate 100 which can perform a survey in a surveillance area, which can be used to determine whether there are still parts 101 . 102 on the steel plate 100 are located.

Die einzubindende Vorrichtung 110 besteht dabei aus wenigstens einer Strahlenquelle 1, (2) sowie Reflektoren (3), 4, 5 und einem verstellbaren Spiegel 10. Die Reflektoren (3), 4, 5 sind in leichter Form aufbaubar. Auf diese ausgerichtet werden die Strahlenquelle 1 (2) und der den aussendenden Strahl ablenkende Spiegel 10.The device to be incorporated 110 consists of at least one radiation source 1 , ( 2 ) as well as reflectors ( 3 ) 4 . 5 and an adjustable mirror 10 , The reflectors ( 3 ) 4 . 5 are easy to build up. The radiation source is aligned with them 1 ( 2 ) and the mirror deflecting the emitting beam 10 ,

Bevorzugt werden zwei Strahlenquellen 1, 2 (Lichtquelle, Laser) unterhalb der Stahlplatte 100 im vorderen, seitlichen oder hinteren Bereich 104 angeordnet, wobei sich bei einer späteren Rotation der Strahlen LS1, LS2, beide Strahlenfächer überstreichen. Begrenzt wird der Strahlenbereich durch die so genannten katadioptrischen Reflektoren 3, 4, 5 an denen die rotierenden Lichtstrahlen LS1 und LS2 in die Ausgangsrichtung als Lichtstrahlen LSR1, LSR2 zurückgestrahlt werden können. Die Lichtstrahlen LS1 und LS2 überstreichen einen Messbereich LM1 sowie LM2. Treffen die Lichtstrahlen LS1 und LS2 auf ein Objekt 101, 102, ergibt sich in diesem Messbereich ein Winkelsegment W1 bzw. W2, in dem keine Reflektion erfolgt, wodurch die Lichtsensoren 7, 8 (3, 4) keinen Lichtstrahl empfangen. Aus dieser Information kann dann durch eine nicht näher dargestellte Auswerteelektronik ein Objektgrö ßenwinkel OGW1 sowie OGW2 und ein Objektlagewinkel OLW1 und OLW2 aus den Übergängen hell/dunkel, dunkel/dunkel sowie dunkel/hell ermittelt werden. Diese Information wird dann in Weiterführung die genaue Lage und Größe der Objekte 101, 102 (hier in einer Ebene unterhalb der Stahlfläche) bestimmt werden (2).Preference is given to two radiation sources 1 . 2 (Light source, laser) below the steel plate 100 in the front, side or rear area 104 arranged, wherein sweep in a later rotation of the beams LS 1 , LS 2 , both beam fans. The radiation area is limited by the so-called catadioptric reflectors 3 . 4 . 5 where the rotating light beams LS 1 and LS 2 can be reflected back in the output direction as light beams LS R1 , LS R2 . The light beams LS 1 and LS 2 pass over a measuring range LM 1 and LM 2 . Meet the light beams LS 1 and LS 2 on an object 101 . 102 , results in this measuring range an angle segment W 1 or W 2 , in which no reflection takes place, whereby the light sensors 7 . 8th ( 3 . 4 ) receive no light beam. From this information, a Objektgrö ßenwinkel OGW 1 and OGW 2 and an object position angle OLW 1 and OLW 2 from the transitions light / dark, dark / dark and dark / light can then be determined by an evaluation, not shown. This information will then continue the exact location and size of the objects 101 . 102 (here in a plane below the steel surface) 2 ).

In 3 ist eine erste Variante eines rotierenden Strahls LS1 dargestellt. Von der Lichtquelle 1 wird ein Ls1 ausgesandt und auf einen verstellbaren Spiegel 10 gerichtet. Dieser kann über einen Antrieb 11 in Kombination mit einem Winkelsensor 12 zu einem rotierenden Strahl LS1 umgewandelt werden. Der Strahl LS1 wird an den Reflektoren 4, 5 als Lichtstrahl LSR1 reflektiert und vorzugsweise über denselben Spiegel 10 wieder in Richtung der Lichtquelle 1 auf die Lichtsensoren 13, 14 gelenkt bzw. zurückgesandt.In 3 a first variant of a rotating beam LS 1 is shown. From the light source 1 an Ls 1 is sent out and onto an adjustable mirror 10 directed. This can be via a drive 11 in combination with an angle sensor 12 be converted to a rotating beam LS 1 . The beam LS 1 is at the reflectors 4 . 5 reflected as light beam LS R1 and preferably over the same mirror 10 again in the direction of the light source 1 on the light sensors 13 . 14 directed or returned.

4 zeigt eine weitere Variante. Entgegen der Variante I weist die Variante II einen Strahlenteiler 15 auf, über welchen die reflektierten Lichtstrahlen an bzw. auf die unabhängig von der Ausrichtung der Lichtquelle 101 angeordneten Lichtsensoren 16, 17, beispielsweise zwei, gelenkt werden. 4 shows another variant. Contrary to variant I, variant II has a beam splitter 15 on which the reflected light rays on and on regardless of the orientation of the light source 101 arranged light sensors 16 . 17 . for example, two, to be steered.

Beide Varianten sind auch für die weiteren Lichtquellen 2 (n) zu berücksichtigen, so dass jeder Lichtquelle ein eigener rotierender Spiegel sowie entsprechende Lichtsensoren zuzuordnen sind.Both variants are also suitable for the other light sources 2 (n) to be considered, so that each light source, a separate rotating mirror and corresponding light sensors are assigned.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Vorrichtung (110) zur Reflexion eines Strahles (LS1, LS2), wie Laser- oder Lichtstrahl, mit wenigstens einer Strahlenquelle (1, 2) zur Überwachung eines Überwachungsbereiches auf das Vorhandensein eines Objektes (101, 102), umfassend • einen rotierenden Spiegel (10) je Strahlenquelle (1, 2), • katadioptische Reflektoren (3, 4, 5), sowie • Lichtsensoren (5, 6, 13, 14), • wobei die von den Reflektoren (3, 4, 5) zurück gelenkten Strahlen (LSR1, LSR2) über den Spiegel (10) direkt oder über einen weiteren Strahlenteiler (15) zwischen dem Spiegel (10) und den Lichtsensoren (7, 8, 13, 14) auf die Lichtsensoren (7, 8, 13, 14) gelangen.Contraption ( 110 ) for reflecting a beam (LS 1 , LS 2 ), such as laser or light beam, with at least one radiation source ( 1 . 2 ) for monitoring a surveillance area for the presence of an object ( 101 . 102 ) comprising • a rotating mirror ( 10 ) per radiation source ( 1 . 2 ), • catadioptic reflectors ( 3 . 4 . 5 ), as well as • light sensors ( 5 . 6 . 13 . 14 ), Whereby those of the reflectors ( 3 . 4 . 5 ) steered beams (LS R1 , LS R2 ) over the mirror ( 10 ) directly or via a further beam splitter ( 15 ) between the mirror ( 10 ) and the light sensors ( 7 . 8th . 13 . 14 ) on the light sensors ( 7 . 8th . 13 . 14 ) reach. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Spiegel (10) über einen Antrieb (11) in Kombination mit einem Winkelsensor (12) verfügt.Device according to claim 1, characterized in that the rotating mirror ( 10 ) via a drive ( 11 ) in combination with an angle sensor ( 12 ). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierende Lichtstrahl (LS1, LS2) der Strahlenquelle (1, 2) einen Messbereich (LM1, LM2) überstreicht, wobei, wenn sich ein Objekt (101, 102) im Strahlengang befindet, sich in diesem Messbereich (LM1, LM2) ein Winkelsegment (W1, W2) ergibt, in dem keine Reflektion erfolgt, wodurch die Lichtsensoren (7, 8, 13, 14) keinen Lichtstrahl (LSR1, LSR2) empfangen.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the rotating light beam (LS 1 , LS 2 ) of the radiation source ( 1 . 2 ) sweeps over a measuring area (LM1, LM2), whereby, when an object ( 101 . 102 ) is in the beam path, in this measuring range (LM1, LM2) results in an angle segment (W 1 , W 2 ), in which no reflection takes place, whereby the light sensors ( 7 . 8th . 13 . 14 ) receive no light beam (LS R1 , LS R2 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Strahlenquellen (1, 2) verwendet werden.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that two radiation sources ( 1 . 2 ) be used. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unterhalb oder oberhalb einer Platte (100).Use of the device according to one of claims 1 to 4 below or above a plate ( 100 ). Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Erfassen von Objekten auch bezüglich der Lage und des Ortes mit einfachen Mitteln.Use of the device according to one of the claims 1 to 4 for detecting objects also in terms of location and the place with simple means.
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