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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Sensoren haben ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten und werden in vielen Bereichen zur Sicherung von Maschinen und Anlagen eingesetzt.
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Um verschiedene Anforderungen und damit verschiedene Preissegmente eines Sensormarktes, beispielsweise von sichereren Laserscannern bedienen zu können, ist es erforderlich, mehrere Varianten eines Sensors mit unterschiedlichem Funktions- bzw. Leistungsumfang zu entwickeln und anzubieten.
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Dabei soll es möglich sein, dass der Anwender auch nach dem Kauf des Sensors den Funktionsumfang bestimmen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine beliebige Abstufung von einzelnen Funktionsvarianten eines Sensors bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch einen Sensor mit einer ersten Steuer- und Auswerteeinheit, wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit eine Schnittstelle aufweist, wobei die Schnittstelle mit einer zweiten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit räumlich getrennt von dem Sensor in einem zweiten Gehäuse angeordnet ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, aus den Abstandswerten ein Objektfeststellungssignal zur Abschaltung einer Maschine zu bilden.
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Gemäß der Erfindung ist die zweite Steuer- und Auswerteeinheit eine räumlich unabhängige externe zweite Steuer- und Auswerteeinheit. Bei der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit kann es sich beispielsweise um ein zentrales Serversystem einer Automatisierungsanlage handeln.
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Der Sensor weist Sensorelemente auf, bestehend aus mindestens einem Lichtsender, mindestens einem Lichtempfänger, und der ersten Steuer- und Auswerteeinheit in dem ersten Gehäuse. Diese Komponenten bilden das Sensorteil zur physikalischen Erfassung der Roh-Messwerte. Dabei werden von der ersten Steuer- und Auswerteeinheit Messwerte, beispielsweise Abstandswerte gebildet. Diese Messwerte bzw. Abstandswerte oder Abstandsdaten werden von der ersten Steuer- und Auswerteeinheit in einem bestimmten Datenformat in Echtzeit bereitgestellt und auf der Schnittstelle bereitgestellt.
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Bei den Messwerten kann es sich je nach Sensor beispielsweise um Abstandswerte, Rohmesswerte, Remissionswerte, Kamerabilder, Verschmutzungsdaten, Temperaturdaten, Geschwindigkeitsdaten, Beschleunigungsdaten, Neigungsdaten oder ähnliches handeln.
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Es kann auch vorgesehen sein, I/O-Daten, Diagnosedaten, Werte von Aktoren, Konfigurationsdaten, Firmwaredaten oder ähnliches zwischen der ersten Steuer- und Auswerteeinheit und der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit auszutauschen.
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Über die Schnittstelle werden die Messwerte bzw. Abstandswerte an die zweite Steuer- und Auswerteeinheit übertragen. Die zweite Steuer- und Auswerteeinheit verarbeitet die Messwerte nach vordefinierten Funktionsblöcken.
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Ein möglicher Funktionsblock kann beispielsweise eine Schutzfeldauswertung sein, wonach geprüft wird, ob ein Eingriff in das Schutzfeld erfolgte oder nicht. Ein möglicher Funktionsblock kann auch eine reine Messdatenausgabe von Messwerten sein, die eine geglättete Kontur eines Objektes aufweisen.
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Gemäß der Erfindung werden die Messwerte bzw. Abstandswerte für die betreffende Anwendung erst in der zweiten ausgelagerten Steuer- und Auswerteeinheit verarbeitet, gemäß den Vorgaben für die betreffende Anwendung.
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Der Anwender kann dabei den Sensor mit der ersten Steuer- und Auswerteeinheit in dem ersten Gehäuse mit einer beliebigen zweiten Steuer- und Auswerteeinheit in einem zweiten Gehäuse kombinieren, falls die Schnittstellen zwischen der ersten Steuer- und Auswerteeinheit und der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit kompatibel sind, so dass zwischen den Steuer- und Auswerteeinheiten kommuniziert werden kann. So kann der Sensor mit der ersten Steuer- und Auswerteeinheit oder die zweite Steuer- und Auswerteeinheit unabhängig voneinander erworben und ausgetauscht werden. Auch die zweite Steuer- und Auswerteeinheit kann nach Bedarf, beispielsweise bei einer notwendigen Modernisierung ausgetauscht werden, ohne dass die räumlich justierten Sensoren in den ersten Gehäusen ausgetauscht werden müssen. So kann der Anwender die betreffenden Komponenten auch wahlweise anmieten oder kaufen. Auch die Funktionsblöcke können angemietet oder gekauft werden.
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Damit ist die Funktion der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit jederzeit und unabhängig von dem Sensor anpassbar.
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Weiter kann der Hersteller jederzeit neue Funktionsblöcke anbieten, welche nachträglich auf der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit integriert werden können. So kann eine funktionale Produktpflege durchgeführt werden, ohne die Hardware des Sensors austauschen zu müssen.
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An die zweite Steuer- und Auswerteeinheit können gemäß der Erfindung mehrere Sensoren angeschlossen werden. Dadurch sind die Messwerte von mehreren Sensoren in der Steuer- und Auswerteeinheit verfügbar. Dadurch können die Messwerte, bzw. Sensorwerte, bzw. Abstandswerte von mehreren Sensoren zur Auswertung kombiniert werden, wodurch eine übergreifende Automatisierung möglich wird. So kann beispielsweise eine Objektverfolgung bei mehreren Sensoren durchgeführt werden oder beispielsweise eine Fusion der Messwerte von mehreren Sensoren in einem einzigen gemeinsamen Koordinatensystem erfolgen. Dabei können die Messwerte von unterschiedlichen Sensoren kombiniert werden. So können beispielsweise Abstandsdaten eines Sensors und/oder Kamerabilder einer Kamera und/oder Zustandsdaten eines Türkontaktes und/oder Drehzahldaten eines Motors miteinander kombiniert werden.
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Weiter kann eine statistische Auswertung der Messwerte erfolgen. Beispielsweise kann ein Verschleiß von Sensorkomponenten festgestellt werden, wodurch Wartungsintervalle festgelegt werden können. Weiter kann eine Fehleranalyse unterstützt werden, da historische Messwerte vorliegen und mit aktuellen Messwerten verglichen werden können.
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Weiter können neue Funktionsblöcke zu Testzwecken aktiviert werden und zu Testzwecken neben dem Produktivbetrieb mitlaufen. Dadurch werden Stillstandszeiten verringert und die neuen Funktionsblöcke können an einer echten Produktivanwendung erprobt werden.
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Weiter ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mischung aus neu installierten und bisher installierten Sensoren möglich. Damit ist beispielsweise eine stufenlose Umstellung auf eine neue Gerätegeneration von Sensoren an einer Anlage möglich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor ein Laserscanner mit einem ersten Gehäuse mit mindestens einem Lichtsender zur Aussendung von Lichtstrahlen, mindestens einem Lichtempfänger zum Empfang von Lichtstrahlen, und einer Ablenkeinheit, um die Lichtstrahlen unterschiedlicher Winkelrichtungen abzulenken, wodurch ein Schutzfeld gebildet ist und einer ersten Steuer- und Auswerteeinheit, wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, aus den Signalen des Lichtempfängers Abstandswerte zu bilden,
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Basierend auf dem Prinzip der Lichtlaufzeit-Messung tastet ein Laserscanner wie ein optisches Radar seine Umgebung ab und erkennt zuverlässig Objekte in definierten Überwachungs- oder Schutzfeldern. Das tastende Messprinzip, das nicht auf ein festes externes Referenzziel angewiesen ist, macht Laserscanner äußerst flexibel und insbesondere auch für mobile Applikationen anwendbar.
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Der Laserscanner weist die Sensorelemente auf, bestehend aus dem Lichtsender, dem Lichtempfänger, der Ablenkeinheit und der ersten Steuer- und Auswerteeinheit in dem ersten Gehäuse. Diese Komponenten bilden das Sensorteil zur physikalischen Erfassung der Roh-Messwerte. Dabei werden von der ersten Steuer- und Auswerteeinheit Abstandswerte gebildet. Diese Abstandswerte oder Abstandsdaten werden von der ersten Steuer- und Auswerteeinheit in einem bestimmten Datenformat in Echtzeit bereitgestellt und auf der Schnittstelle bereitgestellt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Schnittstelle eine sichere Schnittstelle. Bei der sicheren Schnittstelle kann es sich beispielsweise um einen sicheren Feldbus handeln, wie beispielsweise die sicheren Varianten von Profinet, Profibus, Devicenet, Interbus usw.
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Derartige sichere Schnittstellen müssen entsprechend von Sicherheitsnormen, wie beispielsweise der Norm IEC61508 oder EN954-1 geprüft sein. Die sicheren Schnittstellen müssen bestimmte Anforderungen erfüllen, nämlich eine bestimmte Fehlersicherheit aufweisen. Diese Anforderungen werden beispielsweise durch einen redundanten Aufbau von Soft- und Hardware der Schnittstelle gelöst und je nach Schnittstelle durch Maßnahmen wie laufende Zähler, zyklische Redundanzprüfung (CRC), Quittierungen, Timeouts, Kennungen für Sender und Empfänger oder Redundanz mit Kreuzvergleich gelöst.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Schnittstelle eine Ethernet-Schnittstelle. Eine Ethernetschnittstelle hat den Vorteil, dass diese vernetzbar ist und sehr preiswert realisierbar ist.
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Die zweite Steuer- und Auswerteeinheit kann auch nur aus Software auf einem ersten Server bestehen. Der Server verfügt dabei bereits über eine Ethernet-Schnittstelle. Eine Redundanz kann ggf. durch einen zweiten Server anderen Typs erzeugt werden, der seine Ergebnisse mit denen des ersten Servers abgleicht. Hierbei ist keine spezielle Hardware nötig. Vielmehr ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass verschiedene Rechner- und µC-Plattformen emuliert eingebunden werden können.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Steuer- und Auswerteeinheit beim Hersteller lokalisiert und die Funktionsblöcke werden von dem Hersteller verwaltet, gewartet, erweitert und vertrieben. D.h. die Applikation aller Sensoren läuft auf diesem Server als zweite Steuer- und Auswerteeinheit. Der Anwender bzw. Kunde kann auf den Teil seiner Sensoren, also der Applikationen, Konfigurationen und Diagnosen zugreifen.
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Es ist auch möglich, dass ein solcher Server beim Anwender bzw. Kunden steht und nicht beim Sensorhersteller.
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Die auf dem Server, also der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit erzeugten Ergebnissignale und -werte (z.B. Abschaltsignal, Meldesignal, Steuerungssignal etc.) werden dann wieder über die beschriebene Schnittstelle zur Anlage, also zur ersten Steuer- und Auswerteeinheit zurückgesendet. Auch hier kann der Empfänger flexibel adressiert werden. D.h. die Ergebnisse gehen entweder an den Ursprungssensor und/oder an einen beliebigen anderen Teilnehmer (Sensor, Aktor-Steuerung, weiteren Server, usw.) zurück.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Steuer- und Auswerteeinheit eine sichere Steuer- und Auswerteeinheit ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit zweikanalig ausgebildet ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann redundant zweikanalig aufgebaut sein, so dass die Kanäle aus identischen Mikrocontrollern oder Mikrorechnern aufgebaut sind. Jedoch kann auch eine diversitäre zweikanalige Struktur gewählt werden, wonach verschiedene Typen von Mikrocontrollern oder Mikrorechnern verwendet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Konfiguration des Schutzfeldes in der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit gespeichert. So kann der Laserscanner bei einer Reparatur ausgetauscht werden, ohne dass eine Konfiguration, die in der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit hinterlegt ist, verloren geht oder zusätzlich gesichert werden muss.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:
- 1 einen schematisch dargestellten Laserscanner und eine zweite Steuer- und Auswerteeinheit.
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In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Sensor 1 mit einer ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8, wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit 8 eine Schnittstelle 10 aufweist, wobei die Schnittstelle 10 mit einer zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 verbunden ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 räumlich getrennt von dem Sensor 1 in einem zweiten Gehäuse 12 angeordnet ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 ausgebildet ist, aus den Abstandswerten ein Objektfeststellungssignal zur Abschaltung einer Maschine zu bilden.
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1 zeigt insbesondere einen Laserscanner 13 mit einem ersten Gehäuse 2 mit mindestens einem Lichtsender 3 zur Aussendung von Lichtstrahlen 6, einem Lichtempfänger 4 zum Empfang von Lichtstrahlen, und einer Ablenkeinheit 5, um die Lichtstrahlen 6 unterschiedlicher Winkelrichtungen abzulenken, wodurch ein Schutzfeld gebildet ist und einer ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8, wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit 8 dazu ausgebildet ist, aus dem Signal des Lichtempfängers 4 Abstandswerte zu bilden, wobei die erste Steuer- und Auswerteeinheit 8 eine Schnittstelle 10 aufweist, wobei die Schnittstelle 10 mit einer zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 verbunden ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 räumlich getrennt von dem Laserscanner 13 in einem zweiten Gehäuse 12 angeordnet ist, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 ausgebildet ist, aus den Abstandswerten ein Objektfeststellungssignal zur Abschaltung einer Maschine zu bilden.
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1 zeigt einen Laserscanner 13 nach einem Lichtlaufzeitprinzip mit dem Lichtsender 3, der aufeinanderfolgende Lichtimpulse in einen Messbereich bzw. Überwachungsbereich aussendet und mit dem Lichtempfänger 4, welcher die an einem Objekt 9 im Messbereich zurückgeworfenen Lichtimpulse aufnimmt und in Form von elektrischen Empfangssignalen der ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8 zuführt, die unter Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeit aus der Zeit zwischen Aussendung und Empfang des Lichtimpulses für den Abstand des Objektes 9 zum Laserscanner repräsentative Abstandswerte ermittelt sowie einer zwischen dem Lichtsender 3 und dem Messbereich angeordneten Ablenkeinheit 5 bzw. Lichtablenkeinheit, welche die Lichtimpulse in sich fortlaufend verändernden Richtungen in den Messbereich umlenkt.
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Gemäß 1 ist die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 eine räumlich unabhängige externe zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11. Bei der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 kann es sich beispielsweise um ein zentrales Serversystem einer Automatisierungsanlage handeln.
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Der Laserscanner 13 weist die Sensorelemente auf, nämlich den Lichtsender 3, den Lichtempfänger 4, die Ablenkeinheit 5 und die erste Steuer- und Auswerteeinheit 8 in dem ersten Gehäuse 2. Diese Komponenten bilden das Sensorteil zur physikalischen Erfassung der Roh-Messwerte. Dabei werden von der ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8 Abstandswerte gebildet. Diese Abstandswerte oder Abstandsdaten werden von der ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8 in einem bestimmten Datenformat in Echtzeit bereitgestellt und auf der Schnittstelle 10 bereitgestellt.
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Über die Schnittstelle 10 werden die Abstandswerte an die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 übertragen. Die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 verarbeitet die Abstandswerte nach vordefinierten Funktionsblöcken.
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Gemäß 1 werden die Abstandswerte für die betreffende Anwendung erst in der zweiten ausgelagerten Steuer- und Auswerteeinheit 11 verarbeitet, gemäß den Vorgaben für die betreffende Anwendung.
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Der Anwender kann dabei den Laserscanner 13 mit der ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8 in dem ersten Gehäuse 2 mit einer beliebigen zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 in einem zweiten Gehäuse 12 kombinieren, da die Schnittstelle 10 zwischen der ersten Steuer- und Auswerteeinheit 8 und der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 kompatibel ist, so dass zwischen den Steuer- und Auswerteeinheiten 8 und 11 kommuniziert werden kann.
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An die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 können gemäß der Erfindung mehrere Laserscanner 13 angeschlossen werden.
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Gemäß 1 ist die Schnittstelle 10 eine sichere Schnittstelle 10. Bei der sicheren Schnittstelle 10 kann es sich beispielsweise um einen sicheren Feldbus handeln. Gemäß 1 ist die Schnittstelle 10 eine Ethernet-Schnittstelle.
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Gemäß 1 ist die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 eine sichere Steuer- und Auswerteeinheit 11, wobei die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 zweikanalig ausgebildet ist. Die zweite Steuer- und Auswerteeinheit 11 kann redundant zweikanalig aufgebaut sein, so dass die Kanäle aus identischen Mikrocontrollern oder Mikrorechnern aufgebaut sind.
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Gemäß 1 ist eine Konfiguration des Schutzfeldes in der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 gespeichert. So kann der Laserscanner 13 bei einer Reparatur ausgetauscht werden, ohne dass eine Konfiguration, die in einem Speicher 7 der zweiten Steuer- und Auswerteeinheit 11 hinterlegt ist, verloren geht oder zusätzlich gesichert werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor
- 2
- erstes Gehäuse
- 3
- Lichtsender
- 4
- Lichtempfänger
- 5
- Ablenkeinheit
- 6
- Lichtstrahlen
- 7
- Speicher
- 8
- erste Steuer- und Auswerteeinheit
- 9
- Objekt
- 10
- Schnittstelle
- 11
- zweite Steuer- und Auswerteeinheit
- 12
- zweites Gehäuse
- 13
- Laserscanner
