DE10313194A1 - Optical sensor for detecting objects e.g. for protecting personnel around machine tool, detects object if distance values lying within protection field are registered in all angle segments of resolution region - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor sowie ein Verfahren zur Erfassung von Objekten mittels eines optischen Sensors.The The invention relates to an optical sensor and a method for Detection of objects using an optical sensor.
Ein
derartiger optischer Sensor ist aus der
Bei derartigen optischen Sensoren werden für die jeweils aktuellen Ablenkpositionen der Sendelichtstrahlen die Distanzen eines Objektes zu dem optischen Sensor bestimmt. Wird für eine Distanzmessung ein Distanzwert registriert, der innerhalb des Schutzfeldes liegt, so erfolgt unmittelbar die Generierung einer Objektmeldung. Damit können Objekte innerhalb des Schutzfeldes schnell, d.h. mit geringen Ansprechzeiten detektiert werden.at Such optical sensors are used for the current deflection positions the transmitted light rays the distances of an object to the optical one Sensor determined. Is for a distance measurement registers a distance value that is within the Protective field, the generation of a Object message. So that can Objects within the protective field quickly, i.e. with short response times can be detected.
Derartige optische Sensoren werden insbesondere im Bereich des Personenschutzes eingesetzt. Beispielsweise wird mit dem optischen Sensor das Vorfeld eines Arbeitsgerätes wie zum Beispiel einer Werkzeugmaschine oder einer Presse überwacht. Um Gefährdungen von Personen auszuschließen wird das Arbeitsgerät durch die Generierung einer Objektmeldung deaktiviert, d.h. abgeschaltet. Dadurch wird gewährleistet, dass eine Person, die in das Vorfeld der Maschine eingreift, keinen Gefährdungen ausgesetzt ist.such Optical sensors are used particularly in the area of personal protection used. For example, the apron is used with the optical sensor of an implement such as a machine tool or a press. About threats excluded from people becomes the implement deactivated by generating an object message, i.e. off. This ensures that a person who intervenes in the apron of the machine is not at risk is exposed.
Im Vorfeld derartiger Arbeitsgeräte können je nach den Bearbeitungsprozessen, die mit den Arbeitsgeräten durchgeführt werden, kleine Objekte wie zum Beispiel Späne oder Kleinteile in den vom optischen Sensor überwachten Bereich eindringen. Treffen die Sendelichtstrahlen auf derartige innerhalb des Schutzfeldes angeordnete kleine Objekte werden diese als innerhalb des Schutzfelds liegend erkannt, d.h. es wird eine Objektmeldung generiert, die zum Abschalten des Arbeitsgeräts führt, obwohl keine Person oder ein zu schützendes Objekt in das Schutzfeld eingedrungen ist.in the Apron of such tools can depending on the machining processes that are carried out with the tools, small objects such as chips or small parts in the optical Monitored the sensor Penetrate area. The transmitted light beams hit such Small objects arranged within the protective field become these recognized as lying within the protective field, i.e. it will be one Object message generated, which leads to the shutdown of the implement, though no person or one to be protected Object has entered the protective field.
Durch derartige Abschaltvorgänge wird die Verfügbarkeit des Arbeitsgerätes in unerwünschter Weise herabgesetzt.By such shutdowns becomes availability of the implement in an undesirable way reduced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor bereitzustellen, mit welchem eine möglichst sichere und störungsunempfindliche Detektion von Objekten ermöglicht wird.The The object of the invention is to provide an optical sensor, with which one if possible safe and interference-insensitive detection of objects becomes.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Ansprüche 1 und g vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution this object, the features of claims 1 and g are provided. Advantageous embodiments and appropriate further training the invention are described in the subclaims.
Der erfindungsgemäße optische Sensor weist ein Distanzsensorelement mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Weiterhin weist der optische Sensor eine Ablenkeinheit, mittels derer die Sendelichtstrahlen periodisch innerhalb eines einen Überwachungsbereich definierenden Winkelbereichs geführt sind, auf. Zudem ist eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale vorgesehen. Der Winkelbereich ist in eine vorgegebene Anzahl von Winkelsegmenten unterteilt, wobei für jedes Winkelsegment in der Auswerteeinheit aus den Empfangssignalen jeweils wenigstens ein Distanzwert abgeleitet wird. In der Auswerteeinheit ist wenigstens ein Schutzfeld abgespeichert. Weiterhin sind in der Auswerteeinheit winkelabhängige Auflösungsbereiche vorgegeben, deren Größen an die Breite eines in der jeweiligen Winkelposition am Rand des Schutzfelds angeordneten Referenzobjekts angepasst sind. In der Auswerteeinheit wird nur dann eine Objektmeldung generiert, wenn in sämtlichen Winkelsegmenten wenigstens eines Auflösungsbereiches innerhalb des Schutzfelds liegende Distanzwerte registriert werden.The optical according to the invention Sensor has a distance sensor element with a transmitted light beam emitting transmitter and a receiving light beam receiver on. Furthermore, the optical sensor has a deflection unit, by means of which the transmission light beams periodically within a monitoring area defining angular range are on. In addition, an evaluation unit for evaluating the am Output of the recipient pending receive signals provided. The angular range is in divided a predetermined number of angle segments, each for Angle segment in the evaluation unit from the received signals in each case at least one distance value is derived. In the evaluation unit at least one protective field is stored. Furthermore, in the Evaluation unit depending on the angle resolution ranges given their sizes to the width one arranged in the respective angular position on the edge of the protective field Reference object are adjusted. Then only in the evaluation unit generates an object message if at least in all angular segments a resolution area distance values lying within the protective field are registered.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Vorgabe der winkelabhängigen Auflösungsbereiche derart, dass deren Größe jeweils dem Ausschnitt des Winkelbereichs entspricht, über welchen sich ein dort am Rand des Schutzfeldes angeordnetes Referenzobjekt vorgegebener Breite erstreckt.According to the method according to the invention the specification of the angle-dependent resolution ranges such that their size each corresponds to the section of the angular range over which a there Reference object of a given width arranged at the edge of the protective field extends.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, dass durch die Definition der auf ein vorgegebenes Referenzobjekt am Schutzfeldrand bezogenen Auflösungsbereiche nur Objekte mit einer vorgegebenen Mindestgröße erfasst werden.The The basic idea of the invention is therefore that through the definition that refer to a given reference object at the edge of the protective field resolution ranges only objects with a specified minimum size are recorded.
Das Referenzobjekt besteht dabei vorzugsweise aus einem zylindrischen Körper, dessen Durchmesser in Relation zu den typischen Abmessungen eines menschlichen Beines steht.The reference object preferably consists of a cylindrical body, the diameter of which is in relation to the typical dimensions of a human leg.
Durch diese Definition des Referenzobjekts eignet sich der erfindungsgemäße optische Sensor besonders für Einsätze im Bereich des Personenschutzes. Insbesondere eignet sich dabei der erfindungsgemäße optische Sensor für Anwendungen der Bereichsüberwachung an gefahrbringenden Arbeitsgeräten wie zum Beispiel Werkzeugmaschinen und Pressen. Mit dem optischen Sensor wird dann das Eindringen von Personen und Objekten in ein Schutzfeld überwacht, dessen Abmessungen an den Gefahrenbereich vor dem Arbeitsgerät angepasst sind.By this definition of the reference object is suitable for the optical device according to the invention Sensor especially for Calls in the field of personal protection. It is particularly suitable the optical according to the invention Sensor for Area monitoring applications on dangerous work equipment such as machine tools and presses. With the optical The sensor is then used to monitor the intrusion of people and objects into a protective field Dimensions are adapted to the danger area in front of the implement.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Objektmeldung durch den optischen Sensor, die zu einem Abschalten des Arbeitsgeräts führt, nur dann, wenn für sämtliche innerhalb eines Auflösungsbereichs liegende Winkelsegmente ein innerhalb des Schutzfelds liegender Distanzwert ermittelt wird.According to the invention an object message by the optical sensor that leads to a shutdown of the implement leads, only if for everyone within a resolution range lying angle segments lying within the protective field Distance value is determined.
Die Auflösungsbereiche sind dabei winkelabhängig definiert, d.h. die Größen der Auflösungsbereiche hängen von der Winkelposition, bei welcher das jeweilige Objekt erfasst wird ab.The resolution ranges are angle-dependent defined, i.e. the sizes of the resolution ranges hang from the angular position at which the respective object is detected will start.
Dabei ist vorzugsweise für jedes Winkelsegment die Größe des Auflösungsbereichs individuell vorgegeben. Die Definition des Auflösungsbereichs für ein Winkelsegment erfolgt in Abhängigkeit der Lage des Randes des Schutzfelds in diesem Winkelbereich, der vorzugsweise als Distanz-Grenzwert in der Auswerteeinheit des optischen Sensors abgespeichert ist. Aus diesem Distanz-Grenzwert und der vorgegebenen Breite des Referenzobjektes wird dabei in der Auswerteeinheit errechnet, über wie viele Winkelsegmente sich ein dort am Schutzfeldrand angeordnetes Referenzobjekt erstreckt. Die so ermittelte Zahl der Winkelsegmente entspricht der Größe des Auflösungsbereichs. Auf diese Weise werden für die einzelnen Winkelsegmente die Größen der Auflösungsbereiche definiert.there is preferred for each angular segment the size of the resolution area individually specified. The definition of the resolution range for an angle segment takes place depending the position of the edge of the protective field in this angular range, the preferably as a distance limit in the evaluation unit of the optical Sensor is stored. From this distance limit and the specified width of the reference object is calculated in the evaluation unit via how many angular segments are arranged there at the edge of the protective field Reference object extends. The number of angle segments determined in this way corresponds to the size of the resolution area. This way, for the individual angle segments the sizes of the resolution ranges Are defined.
Die so ermittelten Auflösungsbereiche sind umso kleiner, je größer der Distanz-Grenzwert für das jeweilige Winkelsegment ist. Die führt zu einer winkelabhängigen, von der jeweiligen Lage des Schutzfeldrandes abhängigen Definition der Auflösungsbereiche und damit der Mindestgrößen von Objekten, deren Erfassung zu einer Objektmeldung führt.The resolution ranges determined in this way the smaller the bigger the Distance limit for that respective angle segment is. Which leads to an angle-dependent, definition of the resolution areas depending on the respective position of the protective field edge and thus the minimum sizes of objects, their entry leads to an object message.
Wird ein Objekt in einem Ausschnitt des von den Sendlichtstahlen überstrichenen Winkelbereichs erfasst, in welchem ein großer den Schutzfeldrand reprä sentierender Distanz-Grenzwert vorliegt, so ist der Auflösungsbereich entsprechend klein. Dies bedeutet, dass die Zahl der in den Auflösungsbereich fallenden Winkelsegmente entsprechend klein ist. Dies wiederum bedeutet, dass in diesem eine geringe Anzahl von Objektdetektionen in diesen Winkelsegmenten ausreicht, um eine Objektmeldung zu generieren.Becomes an object in a section of the one swept by the transmitted light beams Angle range detected in which a large representative of the protective field edge Distance limit is present, the resolution range is correspondingly small. This means that the number of angular segments falling within the resolution range is correspondingly small. This in turn means that in this one small number of object detections in these angular segments is sufficient, to generate an object message.
Dementsprechend ist in Winkelsegmenten des Überwachungsbereichs, in welchen kleine Werte für die Distanz-Grenzwerte vorliegen, der Auflösungsbereich entsprechend größer. Demzufolge müssen dort innerhalb einer großen Anzahl aufeinanderfolgender Winkelsegmente, die den jeweiligen Auflösungsbereich bilden, Objekteingriffe in das Schutzfeld registriert werden, um eine Objektmeldung auszulösen.Accordingly is in angular segments of the surveillance area, in which small values for the distance limit values are available, the resolution range is correspondingly larger. Accordingly, there must be within a large Number of successive angular segments that cover the respective resolution range form, object interventions in the protective field are registered in order trigger an object message.
Durch diese winkelabhängige Vergabe der Auflösungsbereiche ist einerseits gewährleistet, dass überall im Schutzfeld Objekte deren Breiten größer oder gleich der Breite des Referenzobjektes sind, sicher erfasst werden.By this angle dependent Allocation of the resolution areas is guaranteed on the one hand that everywhere in the protective field, objects whose widths are greater than or equal to the width of the reference object are securely recorded.
Weiterhin ist durch die winkelabhängige Vorgabe der Auflösungsbereiche gewährleistet, dass diese Auflösungsbereiche abhängig von der Lage des Schutzfeldrandes die geringst mögliche Ausdehnung aufweisen um sicherheitskritische Objekte, dessen Breiten größer oder gleich dem Referenzobjekt sind, sicher zu erfassen.Farther is due to the angle Specification of the resolution areas guaranteed that these resolution areas dependent have the smallest possible expansion from the position of the protective field edge around safety-critical objects whose widths are larger or are the same as the reference object.
Dadurch wird erreicht, dass im Schutzfeld angeordnete Kleinpartikel nicht zu einer unnötigen Generierung einer Objektmeldung und damit zu einem unnötigen Abschalten des Arbeitsgeräts führen.Thereby it is achieved that small particles arranged in the protective field do not to an unnecessary generation an object message and thus lead to an unnecessary shutdown of the implement.
Somit wird mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor eine gleichermaßen sichere und störungsunempfindliche Objektdetektion gewährleistet.Consequently is with the optical according to the invention Sensor one alike safe and insensitive to interference Object detection guaranteed.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The Invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Die
Distanzmessung kann zum einen nach dem Prinzip der Phasenmessung
erfolgen. In diesem Fall wird die Laserdiode im CW-Bereich betrieben, wobei
den Sendelichtstrahlen
Diese
Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinheit
Alternativ
kann die Distanzmessung auch nach der Impulslaufzeitmethode erfolgen.
In diesem Fall werden vom Sender
Die
Sende-
Der
Ablenkspiegel
Zur
Erfassung der Positionen der Objekte wird mittels eines nicht dargestellten,
an die Auswerteeinheit
Derartige
optische Sensoren
Bei
derartigen sicherheitstechnischen Anwendungen erfolgt typischerweise
die Erfassung von Objekten und Personen nicht innerhalb der gesamten
von den Sendelichtstrahlen
Die
Abmessungen des Schutzfeldes
Wie
aus
Zur
Erfassung von in das Schutzfeld
Prinzipiell
könnte
in der Auswerteeinheit
Zur
Vermeidung unnötiger
Objektmeldungen und damit verbundener Abschaltungen der Maschine,
deren Vorfeld mit dem optischen Sensor
Für den Einsatz
im Bereich des Personenschutzes ist es zur Einhaltung des erforderlichen
Sicherheitsniveaus erforderlich, dass mit dem optischen Sensor
Zur
Erfüllung
dieser Anforderung sind die Daten des Körpers, insbesondere dessen
Durchmesser als Referenzobjekt in der Auswerteeinheit
Die
Vorgabe der Auflösungsbereiche
Ai ist in
Aus
dem Distanz-Grenzwert D; eines Winkelsegments wi und
dem bekannten Durchmesser des Referenzobjekts wird in der Auswerteeinheit
Vorteilhaft besteht jeder Auflösungsbereich Ai aus einer ganzen Zahl von Winkelsegmenten wi, wi+1,....Each resolution area A i advantageously consists of an integer number of angle segments w i , w i + 1 , ....
Wie
in
Auf
diese Weise wird erreicht, dass Objekte, deren Größen größer oder
gleich der Größe des Referenzobjekts
sind an beliebigen Orten des Schutzfelds
Dabei
sind die maximalen Größen der
Objekte, für
welche eine Objektmeldung unterdrückt wird, abhängig von
deren Positionen im Schutzfeld
Dies
ist anhand der in
Wie
aus
Demgegenüber führt die Detektion des Gegenstandes G' nicht zu einer Objektmeldung, obwohl dieser dieselbe Breite wie der Gegenstand G aufweist.In contrast, the Detection of object G 'is not to an object message, although this is the same width as the object G.
Wie
aus
Daher umfasst der Auflösungsbereich Aj, der ausgehend von dem Winkelsegment wj definiert ist, in welchem der Gegenstand G' zum ersten Mal detektiert wird, eine größere Anzahl von Winkelsegmenten wj, wj+1, ... als der Auflösungsbereich Aj.Therefore, the resolution range A j , which is defined on the basis of the angle segment w j in which the object G 'is detected for the first time, comprises a larger number of angle segments w j , w j + 1 , ... than the resolution range A j ,
Dies beruht darauf, dass dem Winkelsegment wj ein Distanz-Grenzwert Dj zugeordnet ist, der erheblich kleiner ist als der dem Winkelsegment wi zugeordnete Distanz-Grenzwert Di. Demzufolge umfasst der Auflösungsbereich Aj größere Anzahl von Winkelsegmenten wi, wi+1, ... als der Auflösungsbereich Ai. Im vorliegenden, wiederum nicht maßstäblichen Beispiel umfasst der Auflösungsbereich Ai fünf Winkelsegmente wj, wj+1, ..., wj+4 während der Auflösungsbereich Ai nur drei Winkelsegmente wi, wi+1, wi+2 umfasst.This is due to the fact that the angular segment w j is associated with a distance limit value D j, which is considerably smaller than that of the angular segment w i associated with distance-limit value D i. Accordingly, the resolution range A j comprises a larger number of angle segments w i , w i + 1 , ... than the resolution range A i . In the present example, which is again not to scale, the resolution range A i comprises five angle segments w j , w j + 1 , ..., w j + 4, while the resolution range A i only comprises three angle segments w i , w i + 1 , w i + 2 includes.
Wie
aus
- (1)(1)
- Optischer Sensoroptical sensor
- (2)(2)
- SendelichtstrahlenTransmitted light beams
- (3)(3)
- SenderChannel
- (4)(4)
- EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
- (5)(5)
- Empfängerreceiver
- (6)(6)
- Sendeoptiktransmission optics
- (7)(7)
- Empfangsoptikreceiving optics
- (8)(8th)
- Auswerteeinheitevaluation
- (9)(9)
- AblenkeinheitDeflector
- (10)(10)
- Ablenkspiegeldeflecting
- (11)(11)
- Motorengine
- (12)(12)
- Sockelbase
- (13)(13)
- Austrittsfensterexit window
- (14)(14)
- Gehäusecasing
- (15)(15)
- Überwachungsbereichmonitoring area
- (16)(16)
- Schutzfeldprotection field
Claims (11)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
R010 | Appeal proceedings settled by withdrawal of appeal(s) or in some other way | ||
R071 | Expiry of right |