DE102021115198B4 - security scanner - Google Patents

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Abstract

Verwendung eines Sicherheitsscanners (10) zur Absicherung der Umgebung eines Fahrzeugs eines fahrerlosen Transportsystems, mit- einem Lichtsender (14) zur Aussendung von Sendelichtstrahlen (16) in Form von Lichtimpulsen,- einer Lichtablenkeinheit (18) zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen, (16) die ein zu überwachendes Schutzfeld (22) überstreichen,- einem Empfänger (30) zur Bereitstellung von Empfangssignalen in Abhängigkeit von an im Sichtbereich (23) des Scanners (10) vorhandenen Objekten (24, 36) remittiertem Licht,- einer Auswerteeinheit (32) zur Auswertung der Empfangssignale, wobei über die Laufzeit der reflektierten Lichtimpulse und einem Winkel, in den ein reflektierter Lichtimpuls ausgesandt wurde, der Ort der Reflexion bestimmbar ist und wobei die Auswerteeinheit (32) weiter ausgebildet ist zur Bereitstellung eines Sicherheitssignals, wenn ein Objekt (24) im Schutzbereich (22) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzfeld (22), zumindest über einen Winkelabschnittsbereich die Mantelform eines geraden Kreiskegels aufweist und dass ein Öffnungswinkel (φ) des Kreiskegels (50) im Bereich von 176° bis 179° liegt, wobei eine Drehachse (17) der Lichtablenkeinheit vertikal ausgerichtet ist und die Spitze des Kreiskegels (50) zum Boden (60) zeigt und zumindest ein Teil des Winkelabschnittsbereichs in Fahrtrichtung liegt und wobei der Sicherheitsscanner (10) bodennah in einer Höhe zwischen 10 cm und weniger als 20 cm montiert ist.Use of a security scanner (10) for protecting the surroundings of a vehicle of a driverless transport system, with- a light transmitter (14) for emitting transmitted light beams (16) in the form of light pulses, - a light deflection unit (18) for periodically deflecting the transmitted light beams, (16) which cover a protective field (22) to be monitored, - a receiver (30) for providing received signals depending on the light reflected from objects (24, 36) present in the field of view (23) of the scanner (10), - an evaluation unit (32) for evaluating the received signals, the location of the reflection being able to be determined via the propagation time of the reflected light pulses and an angle at which a reflected light pulse was emitted, and the evaluation unit (32) being further developed to provide a safety signal if an object (24 ) In the protected area (22) is detected, characterized in that the protective field (22), at least one Angle section area has the shape of a right circular cone and that an opening angle (φ) of the circular cone (50) is in the range from 176° to 179°, with an axis of rotation (17) of the light deflection unit being aligned vertically and the tip of the circular cone (50) facing the ground (60) and at least part of the angular section area is in the direction of travel and the security scanner (10) is mounted close to the ground at a height of between 10 cm and less than 20 cm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsscanner zur Absicherung der Umgebung eines Fahrzeugs eines fahrerlosen Transportsystems, mit einem Lichtsender zur Aussendung von Sendelichtstrahlen in Form von Lichtimpulsen, einer Lichtablenkeinheit zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen, die ein zu überwachendes Schutzfeld überstreichen, einem Empfänger zur Bereitstellung von Empfangssignalen in Abhängigkeit von an im Sichtbereich des Scanners vorhandenen Objekten remittiertem Licht und einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Empfangssignale, wobei über die Laufzeit der reflektierten Lichtimpulse und einem Winkel, in den ein reflektierter Lichtimpuls ausgesandt wurde, der Ort der Reflexion bestimmbar ist und wobei die Auswerteeinheit weiter ausgebildet ist zur Bereitstellung eines Sicherheitssignals, wenn ein Objekt im Schutzbereich detektiert wird.The invention relates to a safety scanner for protecting the surroundings of a vehicle of a driverless transport system, with a light transmitter for emitting transmitted light beams in the form of light pulses, a light deflection unit for periodically deflecting the transmitted light beams, which cover a protective field to be monitored, a receiver for providing received signals as a function of light reflected from objects present in the field of vision of the scanner and an evaluation unit for evaluating the received signals, the location of the reflection being able to be determined via the propagation time of the reflected light pulses and an angle at which a reflected light pulse was emitted, and the evaluation unit being further developed to provide a safety signal when an object is detected in the protected area.

Ein derartiger Sicherheitsscanner überstreicht mit seinem Lichtstrahl eine parallel zur Fahrbahn verlaufende ebene Fläche, so dass Objekte innerhalb eines definierten Schutzbereichs innerhalb des Sichtbereichs ortsaufgelöst detektiert werden können. Die ebene Scanfläche wird erzeugt durch einen Umlenkspiegel in exakt 45° um die Sendelichtstrahlen exakt um 90° abzulenken. Abweichungen davon würden zu einem Scankegel führen und damit zu Sendelichtstrahlen, die nicht in einer Ebene liegen, sondern nach unten Richtung Boden oder nach oben Richtung Himmel gerichtet wären.Such a security scanner scans a flat surface running parallel to the roadway with its light beam, so that objects within a defined protection area can be detected with spatial resolution within the field of vision. The flat scanning surface is generated by a deflection mirror at exactly 45° in order to deflect the transmitted light beams by exactly 90°. Deviations from this would lead to a scan cone and thus to transmitted light beams that are not in one plane, but would be directed downwards towards the ground or upwards towards the sky.

Bei der Anwendung solcher Sicherheitsscanner am Fahrzeug eines fahrerlosen Transportsystems besteht bei horizontalem Einsatz zumeist die Aufgabe, eine auf dem Boden liegende Person erfassen zu können. Dies bedeutet, dass der Scanner tief montiert werden muss, um im gesamten Schutzfeld knapp über dem Boden messen zu können. Dieses ‚knapp‘ ist normativ so definiert, dass ein Objekt (zum Beispiel eine liegende Person) mit einer Höhe von 200 mm im Schutzfeld detektiert werden muss. Hinzu kommt eine Zusatzfunktion, die in dieser Applikation viel genutzt wird. Die Scandaten werden auch für die Navigation der Fahrzeuge verwendet. Raumkonturen oder sogenannte Reflektormarken sollen auch in sehr viel größerer Entfernung als der Schutzfeldreichweite, also über das Schutzfeld hinaus, erfasst werden (typische Werte sind: 20 m bis 40 m Navigationsreichweite versus 3 m bis 5 m Schutzfeldreichweite). Auch hier muss sichergestellt sein, dass der Scanner in jeder Scanrichtung nicht den Boden trifft, sondern parallel dazu misst oder wenigstens die ‚Blickrichtung‘ nur leicht nach oben geneigt ist.When using such security scanners on the vehicle of a driverless transport system, when used horizontally, the task is usually to be able to detect a person lying on the ground. This means that the scanner must be mounted low in order to be able to measure just above the ground in the entire protective field. This 'near' is normatively defined in such a way that an object (e.g. a person lying down) with a height of 200 mm must be detected in the protective field. There is also an additional function that is used a lot in this application. The scan data is also used for vehicle navigation. Spatial contours or so-called reflector marks should also be detected at a much greater distance than the protective field range, i.e. beyond the protective field (typical values are: 20 m to 40 m navigation range versus 3 m to 5 m protective field range). Here, too, it must be ensured that the scanner does not hit the ground in any scanning direction, but measures parallel to it or at least the 'viewing direction' is only slightly inclined upwards.

Weiter ist eine genaue Ausrichtung der Scanebene parallel zur Fahrbahn wichtig, da ansonsten bei Verkippung der Ebene, z.B. durch Nickbewegungen des Fahrzeugs während der Fahrt entweder die Fahrbahn detektiert würde, was unnötige Abschaltung zur Folge haben könnte oder die Sendelichtstrahlen sind „in den Himmel“ gerichtet, so dass Objekte verfehlt werden könnten.Furthermore, an exact alignment of the scanning plane parallel to the roadway is important, otherwise if the plane tilts, e.g. due to pitching movements of the vehicle while driving, either the roadway would be detected, which could result in unnecessary shutdown, or the transmitted light beams are directed "into the sky". , so that objects could be missed.

Aus diesen Gründen spezifiziert die Anmelderin in ihren Datenblättern für solche Sicherheitsscanner eine sogenannte ‚Scanfeldebenheit‘, die besagt, wie gut‘ bzw. ,eben‘ die Scanfeldebene ist. Die Abweichungen von der idealen, horizontalen Scanebene können auch mit folgenden Parametern beschrieben werden: Öffnungswinkel/Höhe eines Scankegels (eine ideale Ebene hätte einen Öffnungswinkel von 180° bzw. eine Höhe des Scankegels von 0 mm, wäre also gar kein Kegel) und Verkippung der Scanebene/Scankegel nach vorne oder zur Seite.For these reasons, the applicant specifies a so-called 'scan field flatness' in its data sheets for such security scanners, which states how good 'or 'even' the scan field plane is. The deviations from the ideal, horizontal scan plane can also be described with the following parameters: opening angle/height of a scan cone (an ideal plane would have an opening angle of 180° or a height of the scan cone of 0 mm, i.e. it would not be a cone at all) and tilting of the Scan plane/scan cone to the front or to the side.

Die Scanebene kann weiterhin durch Justagetoleranzen verkippt sein, was die gleichen Probleme verursacht. Es ist also notwendig einen hohen Justageaufwand zu betreiben. Die Anforderungen an die Opto-Mechanik sind sehr hoch, um eine optimale Scanebene zu erreichen. Problematisch ist dies insbesondere in mobilen Applikationen, in denen der Scanner die Neig- und Kippbewegungen des Fahrzeugs ausführt. Um beispielsweise bei 200 mm Anbauhöhe in 20 m Entfernung noch über den Boden zu schauen (für die Erkennung von Navigationsmarken) ist eine Genauigkeit von 0,03° bei dem Neigungswinkel des Scanspiegels nötig. Die gleiche Anforderung muss aber auch an die Ausrichtung bei der Montage des Geräts in der Aufnahme am fahrerlosen Fahrzeug gestellt werden.The scan plane can also be tilted due to adjustment tolerances, which causes the same problems. It is therefore necessary to operate a high adjustment effort. The demands on the opto-mechanics are very high in order to achieve an optimal scan level. This is particularly problematic in mobile applications in which the scanner performs the tilting and tipping movements of the vehicle. For example, in order to still look over the ground at a distance of 20 m at a mounting height of 200 mm (for the detection of navigation marks), an accuracy of 0.03° is required for the inclination angle of the scanning mirror. However, the same requirement must also be placed on the alignment when mounting the device in the receptacle on the driverless vehicle.

Aus Choi, H., Kim, W.C.: Optical system design for light detection and ranging sensor with an ultra-wide field-of-view using a micro actuator. Microsystem Technologies. 2020. Vol. 26, no. 11, S. 3561-3567. DOI: 10.1007/300542-020-04997-1 ist ein Lidar Scanner bekannt, bei dem zwar eine sogenannte Fischaugenoptik eingesetzt wird, aber der Scanbereich weiterhin in bekannter Weise in einer horizontalen Ebene liegt.From Choi, H., Kim, W.C.: Optical system design for light detection and ranging sensor with an ultra-wide field-of-view using a micro actuator. Microsystems Technologies. 2020. Vol. 26, no. 11, pp. 3561-3567. DOI: 10.1007/300542-020-04997-1 discloses a lidar scanner in which a so-called fish-eye optic is used, but the scanning area continues to lie in a known manner in a horizontal plane.

Aus der DE 10 2019 125 684 A1 ist ein Lidar Scanner bekannt, bei dem sich Sender und Empfänger und die gesamte Optik drehen und wobei zusätzlich im Sendepfad mittels eines mikromechanischen Elements der Lichtstrahl quer zur Scanrichtung abgelenkt werden kann.From the DE 10 2019 125 684 A1 a lidar scanner is known in which the transmitter and receiver and the entire optics rotate and the light beam can also be deflected transversely to the scanning direction in the transmission path by means of a micromechanical element.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Einsatzmöglichkeit eines Sicherheitsscanners bereitzustellen, mit dem die genannten Probleme gelöst oder zumindest reduziert sind.Proceeding from this state of the art, it is the object of the invention to provide an improved possibility of using a security scanner with which the problems mentioned are solved or at least reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verwendung eines Sicherheitsscanner mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by using a security scanner with the features of claim 1.

In der erfindungsgemäßen Verwendung umfasst der Sicherheitsscanner zur Absicherung der Umgebung eines Fahrzeugs eines fahrerlosen Transportsystems

  • - einen Lichtsender zur Aussendung von Sendelichtstrahlen in Form von Lichtimpulsen,
  • - eine Lichtablenkeinheit zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen, die ein zu überwachendes Schutzfeld überstreichen,
  • - einen Empfänger zur Bereitstellung von Empfangssignalen in Abhängigkeit von an im Sichtbereich des Scanners vorhandenen Objekten remittiertem Licht und
  • - eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Empfangssignale, wobei über die Laufzeit der reflektierten Lichtimpulse und einem Winkel, in den ein reflektierter Lichtimpuls ausgesandt wurde, der Ort der Reflexion bestimmbar ist und wobei die Auswerteeinheit weiter ausgebildet ist zur Bereitstellung eines Sicherheitssignals, wenn ein Objekt im Schutzbereich detektiert wird.
In the use according to the invention, the safety scanner includes for securing the surroundings of a vehicle of a driverless transport system
  • - a light transmitter for emitting transmitted light beams in the form of light pulses,
  • - a light deflection unit for the periodic deflection of the transmitted light beams that sweep over a protective field to be monitored,
  • - A receiver for providing received signals as a function of light remitted to objects present in the field of view of the scanner and
  • - an evaluation unit for evaluating the received signals, the location of the reflection being determinable via the propagation time of the reflected light pulses and an angle at which a reflected light pulse was emitted, and the evaluation unit being further developed to provide a safety signal when an object is in the protected area is detected.

Es ist vorgesehen, dass das Schutzfeld, zumindest über einen Winkelabschnittsbereich, die Mantelform eines geraden Kreiskegels aufweist und dass ein Öffnungswinkel des Kreiskegels im Bereich von 176° bis 179° liegt. Dabei ist eine eine Drehachse der Lichtablenkeinheit vertikal ausgerichtet und die Spitze des Kreiskegels zeigt zum Boden. Zumindest ein Teil des Winkelabschnittsbereichs liegt in Fahrtrichtung und der Sicherheitsscanner (10) ist bodennah in einer Höhe zwischen 10 cm und weniger als 20 cm montiert.Provision is made for the protective field to have the envelope shape of a right circular cone, at least over a section of an angle, and for the opening angle of the circular cone to be in the range from 176° to 179°. In this case, an axis of rotation of the light deflection unit is aligned vertically and the tip of the circular cone points to the ground. At least part of the angular section area is in the direction of travel and the safety scanner (10) is mounted close to the ground at a height of between 10 cm and less than 20 cm.

Die Erfindung bricht also mit der bisherigen Sichtweise, dass ein Scanbereich möglichst eben sein sollte, also der Öffnungswinkel so gut es geht 180° betragen sollte und eine Verkippung der Ebene möglichst vermieden werden sollte. Es wird also mit dem Dogma gebrochen, dass Sicherheitsscanner eine möglichst perfekte Scanebene aufspannen. Nach der Erfindung wird nämlich jetzt bewusst ein echter Scankegel mit einem Öffnungswinkel kleiner 180° vorgesehen.The invention therefore breaks with the previous view that a scanning area should be as flat as possible, ie the opening angle should be 180° as much as possible and tilting of the plane should be avoided as far as possible. This breaks with the dogma that security scanners open up a scanning plane that is as perfect as possible. According to the invention, a real scan cone with an opening angle of less than 180° is now deliberately provided.

Ein solcher Sicherheitsscanner sollte relativ tief montiert werden und der Scankegel sollte sich nach oben öffnen, so dass die Sendelichtstrahlen des Sicherheitsscanners in alle Richtungen leicht schräg nach oben blicken. So werden niedrige Objekte, wie liegende Personen weiterhin erkannt, aber auch Messdaten in größerer Entfernung (zur Navigation) garantiert. Zudem hat es der Anwender einfacher bei der Montage. Der Scanner muss nicht auf Bruchteile von einem Grad bzgl. Verkippung genau ausgerichtet werden, um möglichst parallel zum Boden zu blicken.Such a safety scanner should be mounted relatively low and the scanning cone should open upwards so that the transmitted light beams of the safety scanner look slightly obliquely upwards in all directions. In this way, low objects, such as people lying down, are still recognized, but measurement data at a greater distance (to the navigation) are also guaranteed. In addition, the user has it easier during assembly. The scanner does not have to be aligned to fractions of a degree in terms of tilt in order to look as parallel as possible to the ground.

Werden zum Beispiel die Geräte gezielt tief montiert mit einem Sendelichtstrahlaustritt von ca. 100 mm über dem Boden, so sorgt der nach oben gerichtete Öffnungskegel dafür, dass in größer werdender Entfernung in einem größeren Abstand vom Boden gemessen wird. Mit 50 mm Kegelhöhe (bezogen auf die maximale Schutzfeldreichweite) und 100 mm Höhe des Strahlaustritts ergibt sich trotzdem noch eine ‚sichere‘ Detektionshöhe von max. 150 mm innerhalb der Schutzfeldreichweite. Es besteht sogar noch eine Sicherheitsmarge von 50 mm, um Verkippungen auszugleichen. Es müssen somit bei der Montage keine außergewöhnlichen kleinen Toleranzen eingehalten werden. Bis zu einem gewissen Grade sind Verkippungen tolerierbar. Insgesamt gibt es drei Freiheitsgrade, mit denen eine Abweichung von der idealen Scanebene beschreiben werden können: Verkippung zur horizontalen in x- und y-Richtung, sowie die Höhe bzw. Öffnungswinkel des Scankegels.For example, if the devices are mounted low with a transmitted light beam exiting approx. 100 mm above the floor, the aperture cone pointing upwards ensures that measurements are taken at a greater distance from the floor as the distance increases. With a cone height of 50 mm (related to the maximum protective field range) and a 100 mm height of the beam exit, there is still a 'safe' detection height of max. 150 mm within the protective field range. There is even a safety margin of 50 mm to compensate for tilting. Therefore, no exceptionally small tolerances have to be observed during assembly. Tilting is tolerable to a certain degree. There are a total of three degrees of freedom with which a deviation from the ideal scan plane can be described: tilting to the horizontal in the x and y directions, and the height or opening angle of the scan cone.

Mit dieser im Rückblick recht einfach erscheinenden Maßnahmen wird ein sehr altes Problem im Bereich der Sicherheitsscanner gelöst.With these measures, which in retrospect appear quite simple, a very old problem in the field of security scanners is solved.

So werden liegende Personen weiterhin erkannt, aber auch Messdaten in größerer Entfernung garantiert. Zudem hat es der Anwender einfacher bei der Montage, denn der Scanner muss nicht auf Bruchteile von einem Grad bzgl. Verkippung genau ausgerichtet werden, um möglichst parallel zum Boden zu blicken.In this way, lying people are still detected, but measurement data is also guaranteed at a greater distance. In addition, the user has it easier during assembly, because the scanner does not have to be aligned to a fraction of a degree with regard to tilting in order to look as parallel as possible to the ground.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Öffnungswinkel durch die Schutzfeldreichweite bestimmt und zwar so, dass die Kegelhöhe bezogen auf die maximale Schutzfeldreichweite 50 mm beträgt. Der Öffnungswinkel ϕ erfüllt dann die Gleichung φ = 180 ° 2 arctan ( 0,05   m S m a x [ m ] )

Figure DE102021115198B4_0001
wobei Smax die maximale Schutzfeldreichweite ist.In a development of the invention, the opening angle is determined by the protective field range in such a way that the cone height is 50 mm in relation to the maximum protective field range. The opening angle ϕ then satisfies the equation φ = 180 ° 2 arctan ( 0.05 m S m a x [ m ] )
Figure DE102021115198B4_0001
where Smax is the maximum protective field range.

Vorteilhafterweise beträgt der Winkelabschnittsbereich wenigstens 270°.The angular section range is advantageously at least 270°.

In bekannter und damit bewährter Weise ist die Lichtablenkeinheit von einem Drehspiegel gebildet, dessen ebene Spiegelfläche ungleich 45° zur Drehachse angeordnet ist.In a known and thus proven manner, the light deflection unit is formed by a rotating mirror, the flat mirror surface of which is arranged at a different angle than 45° to the axis of rotation.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Lichtablenkeinheit gebildet ist durch eine rotierende Messeinheit, die den Lichtsender und den Empfänger trägt.Alternatively, it is also possible for the light deflection unit to be formed by a rotating measuring unit that carries the light emitter and the receiver.

Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsscanners nach dem Stand der Technik mit einem schematisch dargestellten Schutzfeld;
  • 3 eine schematische Darstellung wie in 2 eines erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners;
  • 4 eine schematische Darstellung ähnlich wie 3 mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners mit Verkippung;
  • 5 eine schematische Darstellung wie 4 in der Anwendung mit zu detektierendem Objekt.
The invention is explained in detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawing. Show in the drawing:
  • 1 a schematic structure of a security scanner according to the invention;
  • 2 a schematic representation of a security scanner according to the prior art with a protective field shown schematically;
  • 3 a schematic representation as in 2 a security scanner according to the invention;
  • 4 a schematic representation similar to 3 with an embodiment of the security scanner according to the invention with tilting;
  • 5 a schematic representation of how 4 in the application with an object to be detected.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, optoelektronischen Sicherheitsscanners 10 dargestellt. Dieser arbeitet nach dem bekannten Lichttaster-Betrieb, in dem ein Lichtsender 14 Sendelichtstrahlen 16 in Form von Lichtpulsen aussendet. Die Sendelichtstrahlen 16 werden über eine um eine Rotationsachse 17 rotierende Ablenkeinheit 18 mittels eines Spiegels 20 ausgesandt.In 1 an exemplary embodiment of an optoelectronic security scanner 10 according to the invention is shown. This works according to the known light scanner operation, in which a light transmitter 14 transmits light beams 16 in the form of light pulses. The transmitted light beams 16 are emitted via a deflection unit 18 rotating about an axis of rotation 17 by means of a mirror 20 .

Wenn ein Objekt 24 sich in einem Sichtbereich 23 des Sicherheitslaserscanner 12 befindet, werden die Sendelichtstrahlen 16 an diesem Objekt 24 reflektiert. Die Reflexionen der Sendelichtstrahlen 16 werden als Empfangslichtstrahlen 26 auf gleichem Weg über die Ablenkeinheit 18 und eine Empfangsoptik 28 einem Lichtempfänger 30 zugeführt und dort in Empfangssignale umgewandelt.If an object 24 is in a field of view 23 of the safety laser scanner 12 , the transmitted light beams 16 are reflected on this object 24 . The reflections of the transmitted light beams 16 are fed as received light beams 26 on the same path via the deflection unit 18 and receiving optics 28 to a light receiver 30 and converted there into received signals.

Die Empfangssignale werden einer Auswerteeinheit 32 zugeführt zur Auswertung der Empfangssignale und zum Ausgeben eines Sicherheitssignals an einem Sicherheitsausgang 34-1 und möglicher anderer Signale, die beispielsweise zur Navigation benutzt werden, an einem zweiten Ausgang 34-2. In der Auswerteeinheit 32, die auch den Lichtsender 14 ansteuert, wird die Pulslaufzeit der Sendelichtpulse erfasst und daraus der Abstand des Sicherheitslaserscanner 12 zum Objekt 24 bestimmt. Zusätzlich wird die Drehstellung der Ablenkeinheit 18 zum Zeitpunkt des Lichtaussendens über einen Encoder 19 erfasst, so dass insgesamt aus der Kenntnis des Ablenkwinkels und der Entfernung zum Objekt 24 der Ort des Objekts 24 bekannt ist. Auf diese Weise kann geprüft werden, ob sich das Objekt 24 in einem innerhalb des Sichtbereichs 23 definierten, bestimmten Schutzbereichs 22 befindet. Der Schutzbereich 22 mit einer Schutzfeldreichweite Smax wird auch Schutzfeld genannt. Durch Überstreichen der Sendelichtstrahlen 16 über den Schutzbereich 22 erfolgt also eine Überwachung des Schutzbereichs 22 daraufhin, ob sich Objekte 24 in dem Schutzbereich 22 befinden oder nicht. Abhängig davon, ob sich ein Objekt 24 in dem Schutzbereich 22 befindet, kann das Sicherheitssignal an dem Sicherheitsausgang 34-1 ausgegeben werden. In gleicher Weise werden auch andere Reflexionen aus dem Sichtbereich 23, von zum Beispiel ortsfesten Reflektoren 36, ortsaufgelöst detektiert und zum Beispiel für eine Navigation ausgewertet. Signale solcher Reflexionen werden an dem zweiten Ausgang 34-2 ausgegeben.The received signals are fed to an evaluation unit 32 for evaluating the received signals and for outputting a safety signal at a safety output 34-1 and possible other signals, which are used for example for navigation, at a second output 34-2. The pulse propagation time of the transmitted light pulses is recorded in the evaluation unit 32, which also controls the light transmitter 14, and the distance between the safety laser scanner 12 and the object 24 is determined therefrom. In addition, the rotary position of the deflection unit 18 at the point in time at which the light is emitted is detected via an encoder 19, so that overall the location of the object 24 is known from the knowledge of the deflection angle and the distance from the object 24. In this way it can be checked whether the object 24 is located in a specific protected area 22 defined within the field of view 23 . The protective area 22 with a protective field range Smax is also called a protective field. By scanning the transmitted light beams 16 over the protected area 22, the protected area 22 is monitored to determine whether objects 24 are located in the protected area 22 or not. Depending on whether an object 24 is located in the protection area 22, the safety signal can be output at the safety output 34-1. In the same way, other reflections from the field of view 23, for example from stationary reflectors 36, are detected in a spatially resolved manner and evaluated, for example, for navigation. Signals from such reflections are output at the second output 34-2.

Der erfindungsgemäße Sicherheitsscanner dient zur Absicherung der Umgebung eines Fahrzeugs 40 eines fahrerlosen Transportsystems. Ein solches Fahrzeug 40 ist in 2 gezeigt, dort allerdings mit einem Sicherheitsscanner 100 nach dem Stand der Technik. Dieser hat nämlich ein Schutzfeld 122, das im Wesentlichen eben ausgebildet ist und durch die periodisch in einer Horizontalen zum Boden 60 um eine Drehachse 117 umlaufenden Sendelichtstrahlen 116 gebildet wird.The safety scanner according to the invention is used to protect the surroundings of a vehicle 40 of a driverless transport system. Such a vehicle 40 is in 2 shown, but there with a security scanner 100 according to the prior art. This is because it has a protective field 122 , which is essentially flat and is formed by the transmitted light beams 116 circulating periodically in a horizontal line to the floor 60 about an axis of rotation 117 .

Nach der Erfindung ist jetzt vorgesehen, dass die Sendelichtstrahlen 16 nicht exakt in der Horizontalen verlaufen, sondern in der Ablenkeinheit zum Beispiel um einen Winkel ungleich 90° umgelenkt werden, so dass ein Scankegel 50 mit einer Mantelform in Form eines geraden Kreiskegels gebildet ist, wie dies in 3 dargestellt ist. Da ein Scanner in der Regel einen Scanbereich hat, der weniger als 360° umfasst, ist ein solcher Scankegel 50 zumindest über einen Winkelabschnittsbereich, der bevorzugt mindestens 270° beträgt, gebildet. Das Schutzfeld 22 hat nach der Erfindung also die Form eines Abschnitts eines Scankegels 50. Der Öffnungswinkel des Scankegels 50 liegt erfindungsgemäß im Bereich von 176° bis 179°. Die Spitze des Scankegels 50 zeigt zum Boden 60, wie dies beispielsweise in 3 und 4 gezeigt ist, wobei die Umlenkung der Sendelichtstrahlen 16 durch die Ablenkeinheit 18 je nach Anbauweise des Sicherheitsscanners 10 an das Fahrzeug 40 angepasst sein muss, damit der Scankegel 50 vom Boden 60 weg geöffnet ist, also seine Kegelspitze zum Boden 60 zeigt und somit der Öffnungswinkel weg vom Boden 60. Die 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsbeispiele, bei denen die Anbauweise an das Fahrzeug 40 um 180° verdreht ist.According to the invention, it is now provided that the transmitted light beams 16 do not run exactly horizontally, but are deflected in the deflection unit, for example by an angle that is not equal to 90°, so that a scanning cone 50 is formed with a jacket shape in the form of a right circular cone, such as this in 3 is shown. Since a scanner generally has a scanning area that covers less than 360°, such a scanning cone 50 is formed at least over an angular section area that is preferably at least 270°. According to the invention, the protective field 22 therefore has the shape of a section of a scan cone 50. According to the invention, the opening angle of the scan cone 50 is in the range of 176° to 179°. The tip of the scan cone 50 points to the bottom 60, as is shown, for example, in 3 and 4 is shown, whereby the deflection of the transmitted light beams 16 by the deflection unit 18 must be adapted depending on how the safety scanner 10 is mounted on the vehicle 40, so that the scanning cone 50 is open away from the floor 60, i.e. its cone tip points to the floor 60 and thus the opening angle away from floor 60. The 3 and 4 show two exemplary embodiments in which the method of attachment to the vehicle 40 is rotated by 180°.

Der erfindungsgemäße Sicherheitsscanner 10 sollte relativ tief montiert sein, weil die Sendelichtstrahlen des Sicherheitsscanners 10 in alle Richtungen leicht schräg nach oben blicken. Da es eine Sicherheitsnorm gibt, die vorschreibt, dass Objekte mit einer Höhe von 20 mm über dem Boden 60 erkannt werden müssen, hat sich herausgestellt, dass zum Beispiel eine Montage an dem Fahrzeug 40, bei dem die Spitze des Scankegels ca. 100 mm über dem Boden 60 liegt, vorteilhaft ist. Dann werden auch in größerer Entfernung solche minimalen Objekte noch detektiert. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass es besonders bevorzugt ist, wenn der Öffnungswinkel durch die Schutzfeldreichweite Smax bestimmt ist, und zwar so, dass die Kegelhöhe h bezogen auf die maximale Schutzfeldreichweite 50 mm beträgt. Der Öffnungswinkel ϕ erfüllt dann die Gleichung φ = 180 ° 2 arctan ( 0,05   m S m a x [ m ] ) .

Figure DE102021115198B4_0002
The security scanner 10 according to the invention should be mounted relatively low, because the transmitted light beams of the security scanner 10 look slightly obliquely upwards in all directions. Since there is a safety norm that stipulates that objects with a height of 20 mm above the floor 60 must be recognized, it has been found that, for example, mounting on the vehicle 40 in which the tip of the scan cone is approximately 100 mm above the floor 60 is advantageous. Such minimal objects will then still be detected even at a greater distance. In particular, it has been found that it is particularly preferred if the opening angle is determined by the protective field range Smax, specifically in such a way that the cone height h is 50 mm in relation to the maximum protective field range. The opening angle ϕ then satisfies the equation φ = 180 ° 2 arctan ( 0.05 m S m a x [ m ] ) .
Figure DE102021115198B4_0002

Bei einer Montage mit der Spitze des Scankegels 100 mm über dem Boden ergibt sich trotzdem noch eine ‚sichere‘ Detektionshöhe von max. 150 mm innerhalb der Schutzfeldreichweite. Es besteht sogar noch eine Sicherheitsmarge von 50 mm, um Verkippungen auszugleichen. Dies ist in 5 verdeutlicht, in der eine Verkippung des Sicherheitsscanners 10 und damit des Scankegels 50 dargestellt ist und deutlich wird, dass einerseits Objekte 24 noch detektiert werden können und andererseits außerhalb des Schutzbereichs 22 gelegene Objekte, also Objekte, die weiter entfernt sind als die Schutzfeldreichweite Smax, wie Navigationsmarken in Form von Reflektoren 36, ebenfalls erkannt werden können, weil die Sendelichtstrahlen 16 nicht im Boden 60 enden.When mounted with the tip of the scanning cone 100 mm above the floor, there is still a 'safe' detection height of max. 150 mm within the protective field range. There is even a safety margin of 50 mm to compensate for tilting. this is in 5 clarifies, in which a tilting of the safety scanner 10 and thus of the scanning cone 50 is shown and it becomes clear that on the one hand objects 24 can still be detected and on the other hand objects located outside of the protective area 22, i.e. objects that are further away than the protective field range Smax, such as Navigation markers in the form of reflectors 36 can also be recognized because the transmitted light beams 16 do not end in the ground 60.

Claims (5)

Verwendung eines Sicherheitsscanners (10) zur Absicherung der Umgebung eines Fahrzeugs eines fahrerlosen Transportsystems, mit - einem Lichtsender (14) zur Aussendung von Sendelichtstrahlen (16) in Form von Lichtimpulsen, - einer Lichtablenkeinheit (18) zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen, (16) die ein zu überwachendes Schutzfeld (22) überstreichen, - einem Empfänger (30) zur Bereitstellung von Empfangssignalen in Abhängigkeit von an im Sichtbereich (23) des Scanners (10) vorhandenen Objekten (24, 36) remittiertem Licht, - einer Auswerteeinheit (32) zur Auswertung der Empfangssignale, wobei über die Laufzeit der reflektierten Lichtimpulse und einem Winkel, in den ein reflektierter Lichtimpuls ausgesandt wurde, der Ort der Reflexion bestimmbar ist und wobei die Auswerteeinheit (32) weiter ausgebildet ist zur Bereitstellung eines Sicherheitssignals, wenn ein Objekt (24) im Schutzbereich (22) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzfeld (22), zumindest über einen Winkelabschnittsbereich die Mantelform eines geraden Kreiskegels aufweist und dass ein Öffnungswinkel (φ) des Kreiskegels (50) im Bereich von 176° bis 179° liegt, wobei eine Drehachse (17) der Lichtablenkeinheit vertikal ausgerichtet ist und die Spitze des Kreiskegels (50) zum Boden (60) zeigt und zumindest ein Teil des Winkelabschnittsbereichs in Fahrtrichtung liegt und wobei der Sicherheitsscanner (10) bodennah in einer Höhe zwischen 10 cm und weniger als 20 cm montiert ist.Use of a security scanner (10) for protecting the surroundings of a vehicle of a driverless transport system, with - a light transmitter (14) for emitting transmitted light beams (16) in the form of light pulses, - a light deflection unit (18) for periodically deflecting the transmitted light beams, (16) which sweep over a protective field (22) to be monitored, - a receiver (30) for providing received signals depending on light reflected from objects (24, 36) present in the field of view (23) of the scanner (10), - an evaluation unit (32) for evaluating the received signals, the location of the reflection being able to be determined via the propagation time of the reflected light pulses and an angle at which a reflected light pulse was emitted, and the evaluation unit (32) being further developed to provide a safety signal if an object (24 ) In the protected area (22) is detected, characterized in that the protective field (22), at least over an angular section area has the envelope shape of a right circular cone and that an opening angle (φ) of the circular cone (50) is in the range from 176° to 179°, with an axis of rotation (17) of the light deflection unit being oriented vertically and the tip of the circular cone (50) at the Ground (60) and at least part of the angular section area is in the direction of travel and wherein the security scanner (10) is mounted close to the ground at a height of between 10 cm and less than 20 cm. Verwendung eines Sicherheitsscanners nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel φ die Gleichung erfüllt φ = 180° - 2 ∗ arctan ( 0,05 S m a x [ m ] ) ,
Figure DE102021115198B4_0003
wobei Smax die maximale Schutzfeldreichweite ist.
using a security scanner claim 1 , characterized in that the aperture angle φ satisfies the equation φ = 180° - 2 ∗ arctan ( 0.05 S m a x [ m ] ) ,
Figure DE102021115198B4_0003
where Smax is the maximum protective field range.
Verwendung eines Sicherheitsscanners nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabschnittsbereich wenigstens 270° beträgt.using a security scanner claim 1 or 2 , characterized in that the angular section range is at least 270°. Verwendung eines Sicherheitsscanners nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtablenkeinheit von einem Drehspiegel gebildet ist, dessen ebene Spiegelfläche ungleich 45° zur Drehachse angeordnet ist.Use of a security scanner according to one of the preceding claims, characterized in that the light deflection unit is formed by a rotating mirror, the flat mirror surface of which is arranged at a different angle than 45° to the axis of rotation. Verwendung eines Sicherheitsscanners nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtablenkeinheit gebildet ist durch eine rotierende Messeinheit, die den Lichtsender und den Empfänger trägt.Use of a security scanner according to any of the preceding Claims 1 or 2 , characterized in that the light deflection unit is formed by a rotating measuring unit which carries the light transmitter and the receiver.
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CHOI, H., KIM, W.C.: Optical system design for light detection and ranging sensor with an ultra-wide field-of-view using a micro actuator. Microsystem Technologies. 2020. Vol. 26, no. 11, S. 3561-3567. DOI 10.1007/s00542-020-04997-1

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