DE10313709A1 - Optischer Sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor (1) zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (15) mit einem Sendelichtimpulse emittierenden Sender (3), einem Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger (5) und einer Auswerteeinheit (8), in welcher aus der Laufzeit eines zu einem Objekt geführten und von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger (5) zurückreflektierenden Sendelichtimpulses die Distanz des Objekts bestimmbar ist. Der Auswerteeinheit (8) ist eine Erfassungseinheit (8a) und eine Selektionseinheit (8b) zugeordnet. In der Erfassungseinheit (8a) sind auf jeweils einen ausgesendeten Sendelichtimpuls mehrere Empfangslichtimpulse registrierbar. In der Selektionseinheit (8b) ist aus den jeweils auf einen ausgesendeten Sendelichtimpuls in der Erfassungseinheit (8a) registrierten Empfangslichtimpulsen ein Empfangslichtimpuls auswählbar. In der Auswerteeinheit (8) wird der ausgewählte Empfangslichtimpuls für die Distanzbestimmung herangezogen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optischer Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige optische Sensoren bilden nach dem Laufzeitverfahren arbeitende Distanzsensoren, bei welchen aus der Laufzeit der von dem Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtstrahlen zu einem Objekt und wieder zurück zum Empfänger die Distanz des Objekts zum optischen Sensor berechnet wird.
  • Mit derartigen optischen Sensoren werden im einfachsten Fall eindimensionale Distanzmessungen durchgeführt, d.h. die vom Sender emittierten Sendelichtimpulse werden in eine fest vorgegebene Richtung emittiert. Der Überwachungsbereich ist dann auf den Bereich der Strahlachse der Sendelichtstrahlen begrenzt.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die optischen Sensoren als so genante Flächendistanzsensoren ausgebildet sein. Ein derartiger optischer Sensor ist aus der DE 19 917 509 C1 bekannt.
  • Dieser optische Sensor umfasst einen Distanzsensor, welcher einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweist, sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale und eine Ablenkeinheit, an welcher die Sendelichtstrahlen abgelenkt werden, sodass diese periodisch den Überwachungsbereich überstreichen. In der Auswerteeinheit sind die Abmessungen verschiedener Schutzfelder abgespeichert, welche über eine Anordnung von Schaltern selektiv aktivierbar sind.
  • Die Erfassung von Objekten erfolgt dann nur innerhalb des aktivierten Schutzfeldes. Der Distanzsensor dieses optischen Sensors arbeitet vorzugsweise nach dem Laufzeitprinzip. Durch die Distanzmessung sowie durch die fortlaufende Erfassung der Ablenkpositionen der Sendelichtstrahlen können die Positionen von Objekten innerhalb des aktivierten Schutzfeldes bestimmt werden.
  • Derartige optische Sensoren eignen sich insbesondere für den Einsatz im Personenschutz. Ein typischer Anwendungsfall ist hierbei die Bereichsabsicherung an einem stationären Arbeitsgerät. Das Arbeitsgerät ist insbesondere von einer Maschine wie zum Beispiel einer Werkzeugmaschine oder einer Presse gebildet, in deren Vorfeld gefahrbringende Maschinenoperationen ausgeführt werden. Mittels des als Flächendistanzsensor ausgebildeten optischen Sensors wird dieses Vorfeld fortlaufend überwacht, wobei das Schutzfeld des optischen Sensors an den Gefahrenbereich im Vorfeld angepasst ist. Bei Eindringen einer Person oder eines Objektes in das Schutzfeld wird in dem optischen Sensor eine Objektmeldung generiert. Diese Objektmeldung wird als Steuersignal für die Maschine verwendet, wobei die Maschine deaktiviert, d.h. abgeschaltet wird, sobald ein Objekt im Schutzfeld registriert wird. Dadurch können Gefährdungen von Personen mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden.
  • Bei derartigen in Industrieumgebungen eingesetzten Arbeitsgeräten treten unvermeidbar Störeinflüsse wie zum Beispiel Staub und Nebel auf, welche die Distanzmessung mit dem optischen Sensor beeinträchtigen können. Ein Teil des vom Sender emittierten Sendelichts wird von den Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zurückreflektiert und kann zur Generierung einer Objektmeldung im optischen Sensor führen, obwohl sich kein Objekt im Schutzfeld befindet. Dadurch wird ein unnötiges Abschalten der Maschine verursacht, wodurch deren Verfügbarkeit in unerwünschter Weise eingeschränkt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels dessen eine sichere und zugleich störungsanfällige Objektdetektion durchführbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst einen Sendelichtimpulse emittierenden Sender, einen Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger sowie eine Auswerteeinheit, in welcher aus der Laufzeit eines zu einem Objekt geführten und von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger zurückreflektierenden Sendelichtimpulses die Distanz des Objekts bestimmbar ist. Der Auswerteeinheit ist eine Erfassungseinheit und eine Selektionseinheit zugeordnet. In der Erfassungseinheit sind auf jeweils einen ausgesendeten Sendelichtimpuls mehrere Empfangslichtimpulse registrierbar. In der Selektionseinheit ist aus den jeweils auf einen ausgesendeten Sendelichtimpuls in der Erfassungseinheit registrierten Empfangslichtimpulsen ein Empfangslichtimpuls auswählbar, welcher in der Auswerteeinheit für die Distanzbestimmung herangezogen wird.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, dass bei der Distanzmessung nicht nur ein Empfangslichtimpuls sondern mehrere Empfangslichtimpulse registriert und ausgewertet werden, welche auf das Aussenden eines Sendelichtimpulses am Empfänger empfangen werden.
  • Durch diese Mehrfachauswertung, können Störeinflüsse infolge von Umgebungseinflüssen wie Staub oder Nebel systematisch berücksichtigt werden. Bei Vorhandensein von Staub und Nebel innerhalb des Überwachungsbereichs wird ein Teil der Lichtmenge eines vom Sender emittierten Sendelichtimpulses einfach oder mehrfach an den Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zum Emp fänger zurückreflektiert. Ein Großteil der Lichtmenge des Sendelichtimpulses durchsetzt jedoch den Staub oder den Nebel und wird dann von einem Objekt im Überwachungsbereich zurückreflektiert.
  • Dies hat zur Folge, dass nach Aussenden eines Sendelichtimpulses ein Empfänger nicht nur einen Empfangslichtimpuls sondern eine Folge von Empfangslichtimpulsen registriert wird. Würde wie bei bekannten Distanzmessverfahren nur der zuerst registrierte Empfangslichtimpuls zur Distanzmessung verwendet, so würde das dann zu Fehldetektionen führen, wenn wie in dem erläuterten Beispiel von Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zurückreflektierte Empfangslichtimpulse zuerst an dem Empfänger registriert werden und dann erst der von einem Objekt zurückreflektierte Empfangslichtimpuls auf den Empfänger trifft.
  • In der Selektionseinheit erfolgt eine Bewertung der einzelnen auf einen Sendelichtimpuls empfangenden Empfangslichtimpulse, wodurch von Störungen stammende Empfangslichtimpulse von Empfangslichtimpulsen, die von Objekten zurückreflektiert werden, unterschieden werden können. Durch die in der Selektionseinheit vorgenommene Elimination der durch Störeinflüsse generierten Empfangslichtimpulse wird eine fehlerfreie, störungsunanfällige Objektdetektion erhalten.
  • Im einfachsten Fall erfolgt die Bewertung der Empfangslichtimpulse in der Selektionseinheit derart, dass von den Empfangslichtimpulsen, die auf einem Sendelichtimpuls empfangen werden, nicht der erste sondern der letzte Empfangslichtimpuls zur Distanzmessung herangezogen wird. Dadurch werden die von zwischen dem optischen Sensor und Objekt befindlichen Staubpartikel oder Nebeltröpfchen zurückreflektierten Empfangslichtimpulse in der Selektionseinheit verworfen, sodass diese Empfangslichtimpulse die Distanzmessung nicht beeinträchtigen.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Amplituden der Empfangssignale des Empfängers, die durch die auftreffenden Empfangslichtimpulse generiert wurden, mit mehreren Schwellwerten in der Selektionseinheit bewertet werden, wodurch die einzelnen Empfangslichtimpulse klassifizierbar sind.
  • In einer ersten Ausführungsform emittiert der Sender des optischen Sensors Sendelichtimpulse in einer fest vorgegebenen Richtung.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die vom Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtimpulse mittels einer Ablenkeinheit abgelenkt, sodass mit den Sendelichtimpulsen periodisch ein räumlicher oder flächiger Überwachungsbereich abgetastet wird.
  • Besonders vorteilhaft ist der optische Sensor als Flächendistanzsensor ausgebildet, der insbesondere im Bereich des Personenschutzes einsetzbar ist. Dabei kann der optische Sensor vorteilhaft in der Bereichsabsicherung zur Überwachung des Vorfelds von stationären Arbeitsgeräten wie Maschinen oder Anlagen eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des optischen Sensors.
  • 2: Schematische Darstellung eines mittels des optischen Sensors gemäß 1 überwachten Schutzfelds.
  • 3: Zeitdiagramme zur Auswertung von Empfangslichtimpulsen in dem optischen Sensor gemäß 1 bei störungsfreiem Betrieb.
  • 4: Zeitdiagramme zur Auswertung von Empfangslichtimpulsen in dem optischen Sensor gemäß 1 bei vorhandenen externen Störeinflüssen.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 1 zum Erfassen von Objekten. Der optische Sensor 1 weist als Distanzsensorelement einen Sendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 und einen Empfangslichtstahlen 4 empfangenden Empfänger 5 auf. Der Sender 3 besteht vorzugsweise aus einer Laserdiode, welcher zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 2 eine Sendeoptik 6 nachgeordnet ist. Der Empfänger 5 ist beispielsweise von einer Photodiode gebildet, welcher eine Empfangsoptik 7 vorgeordnet ist.
  • Die Distanzmessung erfolgt nach der Impulslaufzeitmethode. Hierzu werden vom Sender 3 Sendelichtstrahlen 2 in Form von kurzen Sendelichtimpulsen emittiert. Dabei emittiert der Sender 3 im vorliegenden Fall Sendelichtimpulse mit einer fest vorgegebenen Pulsfolgefrequenz. Die Distanzinformation wird durch direkte Messung der Laufzeit eines Sendelichtimpulses zu einem Objekt und zurück zum Empfänger 5 gewonnen.
  • Diese Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinheit 8, an welche der Sender 3 und der Empfänger 5 über nicht dargestellte Zuleitungen angeschlossen sind. Die Auswerteeinheit 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Microcontroller gebildet.
  • Die Sende- 2 und Empfangslichtstrahlen 4 sind über eine Ablenkeinheit 9 geführt. Die Ablenkeinheit 9 weist einen Ablenkspiegel 10 auf, welcher auf einem drehbaren, über einen Motor 11 angetriebenen Sockel 12 aufsitzt. Der Ablenkspiegel 10 rotiert dadurch mit einer vorgegebenen Drehzahl um eine vertikale Drehachse D. Der Sender 3 und der Empfänger 5 sind in der Drehachse D oberhalb des Ablenkspiegels 10 angeordnet.
  • Der Ablenkspiegel 10 ist um 45° gegenüber der Drehachse D geneigt, sodass die am Ablenkspiegel 10 reflektierten Sendelichtstrahlen 2 in horizontaler Richtung verlaufend aus dem optischen Sensor 1 geführt sind. Dabei durchdringen die Sendelichtstahlen 2 ein Austrittsfenster 13, welches in der Frontwand des Gehäuses 14 des optischen Sensors 1 angeordnet ist. Das Gehäuse 14 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei sich das Austrittsfenster 13 über einen Winkelbereich von 180° erstreckt. Dementsprechend wird, wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, mit den Sendelichtstrahlen 2 ein Überwachungsbereich 15 in Form einer halbkreisförmigen ebenen Fläche abgetastet, in welcher Objekte detektierbar sind. Der Überwachungsbereich 15 ist durch die von dem Distanzsensorelement erfassbare Maximaldistanz begrenzt. Die von den Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 durchsetzen in horizontaler Richtung verlaufend das Austrittsfenster 13 und werden über den Ablenkspiegel 10 zum Empfänger 5 geführt.
  • Zur Erfassung der Positionen der Objekte wird mittels eines nicht dargestellten, an die Auswerteeinheit 8 angeschlossenen Winkelgebers fortlaufend die aktuelle Winkelposition der Ablenkeinheit 9 erfasst. Aus der Winkelposition und dem in dieser Winkelposition registrierten Distanzwert wird in der Auswerteeinheit 8 die Position eines Objektes bestimmt.
  • Derartige optische Sensoren 1 werden insbesondere auch im Bereich des Personenschutzes eingesetzt, wobei zur Erfüllung der sicherheitstechnischen Anforderungen die Auswerteeinheit 8 einen redundanten Aufbau aufweist.
  • Bei derartigen sicherheitstechnischen Anwendungen erfolgt typischerweise die Erfassung von Objekten und Personen nicht innerhalb des gesamten von den Sendelichtstrahlen 2 überstrichenen Überwachungsbereichs 15, sondern innerhalb eines begrenzten Schutzfelds 16. Ein Beispiel für ein derartiges Schutzfeld 16 ist in 2 dargestellt. In diesem Fall ist das Schutzfeld 16 von einer rechteckigen ebenen Fläche gebildet.
  • In der Auswerteeinheit 8 wird ein binäres Objektfeststellungssignal generiert, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt innerhalb des Schutzfelds 16 befindet oder nicht. Das Objektfeststellungssignal wird über einen nicht dargestellten Schaltausgang des optischen Sensors 1 ausgegeben. Bei einem Einsatz im Personenschutz wird mit dem optischen Sensor 1 insbesondere das Vorfeld einer Maschine überwacht, wobei das Schutzfeld 16 des optischen Sensors 1 an einen im Vorfeld der Maschine liegenden Gefahrenbereich angepasst ist.
  • 3 zeigt schematisch das Funktionsprinzip der Distanzmessung mit dem optischen Sensor 1 in einer störungsfreien Umgebung. Dabei sind in 3 die von dem Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse, sowie die durch die entsprechenden Empfangslichtimpulse generierten Empfangssignale am Ausgang des Empfängers 5 dargestellt. Von dem Sender 3 des optischen Sensors 1 werden Sendelichtimpulse mit vorgegebener Pulsdauer und Pulsfolgefrequenz emittiert. Dabei ist die Periodendauer, innerhalb derer vom Sender 3 jeweils ein Sendelichtimpuls emittiert wird, in 3 mit T bezeichnet. Bei der Detektion eines Objektes wird ein Sendelichtimpuls am Objekt reflektiert und als Empfangslichtimpuls zum Empfänger 5 zurückgeführt. Entsprechend der Impulslaufzeit trifft der Empfangslichtimpuls gegenüber dem Sendelichtimpuls um eine Zeit tL verzögert auf den Empfänger 5. Wie aus 3 ersichtlich werden die durch die Empfangslichtimpulse generierten Empfangssignale mit einem Schwellwert bewertet.
  • Der Zeitpunkt, bei welchem die steigende Flanke des Empfangssignals den Schwellwert S übersteigt, definiert den Bezugspunkt für die Messung der Laufzeit tL des Empfangslichtimpulses.
  • 4 zeigt den Fall einer Objekterfassung mittels eines optischen Sensors 1, welcher externen Störeinflüssen ausgesetzt ist. Derartige Störeinflüsse können insbesondere von Staub oder Nebel im Überwachungsbereich 15 gebildet sein. An den Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen wird ein Teil der Lichtmenge eines Sendelichtimpulses lokal gestreut und in Richtung des Empfängers 5 zurückreflektiert. Der restliche Teil des Sendelichtimpulses trifft auf das Objekt und wird von dort auf den Empfänger 5 zurückreflektiert. Dementsprechend werden wie in 4 dargestellt auf einen vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpuls am Empfänger 5 mehrere Empfangslichtimpulse registriert. Im vorliegenden Beispiel treffen nach Aussenden des Sendelichtimpulses zum Zeitpunkt t0 drei Empfangslichtimpulse auf den Empfänger 5 auf. In der Auswerteeinheit 8 werden sämtliche auf einen Sendelichtimpuls am Empfänger 5 auftreffenden Empfangslichtimpulse registriert und ausgewertet.
  • Hierzu ist in der Auswerteeinheit 8 eine Erfassungseinheit 8a und eine Selektionseinheit 8b integriert. Prinzipiell können die Auswerteeinheit 8 sowie die Erfassungseinheit 8a und Selektionseinheit 8b auch separate Einheiten bilden.
  • Mit der Erfassungseinheit 8a können sämtliche Empfangslichtimpulse, die auf die Emission eines Sendelichtimpulses empfangen werden, registriert werden. Dabei ist die Erfassungseinheit 8a derart ausgebildet, dass für jeden Empfangslichtimpuls die auf den Zeitpunkt der Aussendung des Sendelichtimpulses bezogene Impulslaufzeit ermittelt werden kann.
  • Hierzu weist die Erfassungseinheit 8a vorzugsweise eine Schwellwerteinheit sowie einen Zähler auf. In der Schwellwerteinheit wird der Schwellwert S generiert, mittels dessen die am Ausgang des Empfängers 5 anstehenden Empfangssignale bewertet werden. Ein Empfangslichtimpuls gilt als erkannt, wenn das Empfangssignal den Schwellwert überschreitet. Durch geeignete Wahl des Schwellwerts können Störsignale geringer Amplituden ausgebildet werden. Wie in 4 dargestellt liefert wiederum der Zeitpunkt, an welchem die stei gende Flanke eines einem Empfangslichtimpuls entsprechenden Empfangssignals den Schwellwert überschreitet, den Bezugspunkt zur Bestimmung der entsprechenden Impulslaufzeit.
  • Der Zähler der Erfassungseinheit 8a dient zur Ermittlung der Laufzeiten der einzelnen Empfangslichtimpulse. Bei dem in 4 dargestellten Beispiel werden die Laufzeiten tL1, tL2, tL3 der drei Empfangslichtimpulse bestimmt, die nach Aussenden des Sendelichtimpulses bei t0 auf den Empfänger 5 auftreffen.
  • Der Zähler der Erfassungseinheit 8a wird jeweils mit Aussenden eines Sendelichtimpulses neu gestartet. Bei dem Beispiel gemäß 4 wird der Zähler zum Zeitpunkt t0 gestartet. Darauf wird der Zähler mit einer vorgegebenen Taktrate inkrementiert, d.h. die Inkremente des Zählers definieren konstante Zeitstufen. Damit können anhand der Zählerstände des Zählers die Laufzeiten der einzelnen Empfangslichtimpulse bestimmt werden.
  • Sobald das Empfangssignal des ersten der in 4 dargestellten Empfangslichtimpulse den Schwellwert überschreitet, wird der aktuelle Zählerstand des Zählers in der Erfassungseinheit 8a abgespeichert. Dieser Zählerstand entspricht der Laufzeit tL1 des ersten Empfangslichtimpulses. Der Zähler wird nach Registrieren dieses ersten Empfangslichtimpulses nicht zurückgesetzt sondern wird weiter inkrementiert. Sobald dann das den zweiten und dritten Empfangslichtimpuls bildende Empfangssignal den Schwellwert überschreitet, wird der jeweilige Zählerstand, welcher der Laufzeit tL2 bzw. tL3 des zweiten bzw. dritten Empfangslichtimpuls entspricht, in der Erfassungseinheit 8a abgespeichert. Der Zählerstand des Zählers wird erst bei Aussenden des nächsten Sendelichtimpulses zurückgesetzt, um dann die für diesen Sendelichtimpuls empfangenden Empfangslichtimpuls zu registrieren.
  • In der Selektionseinheit 8b wird aus den auf einen Sendelichtimpuls empfangenen und in der Erfassungseinheit 8a registrierten Empfangslichtimpulsen ein vorgegebener Empfangslichtimpuls ausgewählt, welcher dann zur Bestimmung der Objektdistanz herangezogen wird. Die übrigen Empfangslichtimpulse werden verworfen.
  • Im einfachsten Fall wird mittels der Selektionseinheit 8b der Empfangslichtimpuls ausgewählt, der auf einen ausgesendeten Sendelichtimpuls zuletzt am Empfänger 5 auftrifft. Diesem Auswerteverfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass bei Störungseinflüssen wie Staub und Nebel ein Sendelichtimpuls von Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen nur teilweise zurückreflektiert wird und der den Staub oder Nebel durchdringenden Teil der Sendelichtimpulses dann auf das Objekt auftrifft und an diesem vollständig zurückreflektiert wird. Demzufolge treffen die von Staubpartikeln oder Nebeltröpfchen zurückreflektierten Empfangslichtimpulse vor dem von dem Objekt zurückreflektierten Empfangslichtimpuls auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann in der Selektionseinheit 8b eine Schwellwerteinheit integriert sein, mittels derer mehrere Schwellwerte erzeugt werden. Mittels dieser Schwellwerte können die Amplituden der einzelnen Empfangslichtimpulse analysiert und klassifiziert werden. Beispielsweise kann die Klassifikation derart erfolgen, dass von den in der Erfassungseinheit 8a registrierten Empfangslichtimpulse, der Empfangslichtimpuls ausgewählt wird, welcher die größte Empfangssignalamplitude aufweist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 liefern beide Auswerteverfahren dasselbe Ergebnis, dass der zuletzt registrierte Empfangslichtimpuls zur Distanzbestimmung herangezogen wird.
  • Somit wird aus der für diesen Empfangslichtimpuls registrierten Laufzeit tL3 in der Auswerteeinheit 8 die Objektdistanz berechnet. Anhand dieses Distanzwerts wird dann in der Auswerteeinheit 8 abgeprüft, ob sich das Objekt innerhalb des Schutzfelds 16 befindet. Ist dies der Fall nimmt das Objektfeststel lungssignal den Schaltzustand „Objekt erkannt" ein, worauf die mit dem optischen Sensor 1 überwachte Maschine deaktiviert, d.h. abgeschaltet wird.
  • Liegt der Distanzmesswert jedoch außerhalb des Schutzfelds 16 unterbleibt ein Abschalten der Maschine.
  • Für diesen Fall wird der Effekt der Unterdrückung der beiden zuerst in der Erfassungseinheit 8a registrierten Empfangslichtimpulse deutlich. Selbst für den Fall, dass die Laufzeiten tL1, tL2 Distanzwerten entsprechen, die innerhalb des Schutzfeldes 16 liegen, wird durch die Unterdrückung dieser Empfangslichtimpulse in der Selektionseinheit 8b verhindert, dass eine Objektmeldung generiert wird. Somit führen die durch Störeinflüsse bedingten Empfangslichtimpulse nicht zu einem unnötigen Abschalten der Maschine.
  • Die Erfassungseinheit 8a und die Selektionseinheit 8b eignen sich selbstverständlich auch für die Registrierung der Empfangslichtimpulse im störungsfreiem Betrieb des optischen Sensors 1 wie in 3 veranschaulicht. In diesem Fall wird nach Aussenden eines Sendelichtimpulses nur ein Empfangslichtimpuls in der Erfassungseinheit 8a registriert. Demzufolge wird über die Selektionseinheit 8b dieser Empfangslichtimpuls ausgewählt und zur Distanzmessung herangezogen.
  • 1
    optischer Sensor
    2
    Sendelichtstrahlen
    3
    Sender
    4
    Empfangslichtstrahlen
    5
    Empfänger
    6
    Sendeoptik
    7
    Empfangsoptik
    8
    Auswerteeinheit
    8a
    Erfassungseinheit
    8b
    Selektionseinheit
    9
    Ablenkeinheit
    10
    Ablenkspiegel
    11
    Motor
    12
    Sockel
    13
    Austrittsfenster
    14
    Gehäuse
    15
    Überwachungsbereich
    16
    Schutzfeld

Claims (15)

  1. Optischer Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, mit einem Sendelichtimpulse emittierenden Sender, einem Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger und mit einer Auswerteeinheit, in welcher aus der Laufzeit eines zu einem Objekt geführten und von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger zurückreflektierenden Sendelichtimpulses die Distanz des Objekts bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswerteeinheit (8) eine Erfassungseinheit (8a) und eine Selektionseinheit (8b) zugeordnet sind, wobei in der Erfassungseinheit (8a) auf jeweils einen ausgesendeten Sendelichtimpuls mehrere Empfangslichtimpulse registrierbar sind, und wobei in der Selektionseinheit (8b) aus den auf jeweils einen ausgesendeten Sendelichtimpuls in der Erfassungseinheit (8a) registrierten Empfangslichtimpulsen ein Empfangslichtimpuls auswählbar ist, und dass in der Auswerteeinheit (8) der ausgewählte Empfangslichtimpuls für die Distanzbestimmung herangezogen wird.
  2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (8a) eine Schwellwerteinheit aufweist, mittels derer die an dem Ausgang des Empfängers (5) anstehenden Empfangssignale bewertet werden.
  3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schwellwerteinheit ein Schwellwert generiert wird, und dass ein Empfangslichtimpuls als erkannt gilt, falls das Empfangssignal den Schwellwert überschreitet.
  4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erfassungseinheit (8a) ein Zähler zur Ermittlung der Laufzeiten für die auf einen Sendelichtimpuls empfangenen Empfangslichtimpulse integriert ist.
  5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler jeweils durch einen von dem Sender (3) emittierten Sendelichtimpuls gestartet wird.
  6. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Selektionseinheit (8b) jeweils der letzte auf einen Sendelichtimpuls registrierte Empfangslichtimpuls ausgewählt wird.
  7. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Selektionseinheit (8b) eine Schwellwerteinheit integriert ist, mittels derer mehrere Schwellwerte zur Klassifikation der in der Erfassungseinheit (8a) registrierten Empfangslichtimpulse generiert werden.
  8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (8a) und die Selektionseinheit (8b) in der Auswerteinheit (8) integriert sind.
  9. Optischer Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (8) einen redundanten Aufbau aufweist.
  10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Ablenkeinheit (9) aufweist, mittels derer die Sendelichtimpulse abgelenkt werden, sodass diese periodisch den Überwachungsbereich (15) überstreichen.
  11. Optischer Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich (15) von einer in einer Ebene liegenden Fläche gebildet ist.
  12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) wenigstens ein Schutzfeld (16) abgespeichert ist, welches einen Teil des Überwachungsbereichs (15) bildet und innerhalb dessen die Detektion von Objekten erfolgt.
  13. Optischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) ein binäres Objektfeststellungssignal generiert wird, welches angibt, ob sich ein Objekt innerhalb des Schutzfeldes (16) befindet oder nicht.
  14. Optischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem das Vorfeld eines stationären Arbeitsgeräts überwacht wird, wobei das Schutzfeld (16), an einen Gefahrenbereich im Vorfeld des Arbeitsgeräts angepasst ist.
  15. Optischer Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Objektfeststellungssignals das Arbeitsgerät aktivierbar oder deaktivierbar ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006005978U1 (de) * 2006-03-10 2007-07-19 Pepperl + Fuchs Gmbh Optoelektronischer Sensor
EP2287630A1 (de) * 2009-08-20 2011-02-23 Sick Ag Optoelektronische Erfassungsvorrichtung
EP4258022A1 (de) * 2022-04-08 2023-10-11 Leuze electronic GmbH + Co. KG Optischer sensor zur erfassung von objekten in einem überwachungsbereich

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057104B4 (de) 2009-12-04 2014-05-28 Sick Ag Entfernungsmessender Laserscanner

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4119797A1 (de) * 1991-06-15 1993-01-07 Leuze Electronic Gmbh & Co Einen sender, einen empfaenger und eine schaltungsanordnung zur signalauswertung aufweisende ueberwachungseinrichtung
US5627511A (en) * 1994-08-30 1997-05-06 Nippondenso Co., Ltd. Distance measuring apparatus for automotive vehicles that compensates for the influence of particles floating in the air
DE19917509C1 (de) * 1999-04-17 2000-05-25 Leuze Electronic Gmbh & Co Optoelektronische Vorrichtung
DE10143061A1 (de) * 2001-09-03 2003-03-20 Sick Ag Optoelektronische Entfernungsmeßeinrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4119797A1 (de) * 1991-06-15 1993-01-07 Leuze Electronic Gmbh & Co Einen sender, einen empfaenger und eine schaltungsanordnung zur signalauswertung aufweisende ueberwachungseinrichtung
US5627511A (en) * 1994-08-30 1997-05-06 Nippondenso Co., Ltd. Distance measuring apparatus for automotive vehicles that compensates for the influence of particles floating in the air
DE19917509C1 (de) * 1999-04-17 2000-05-25 Leuze Electronic Gmbh & Co Optoelektronische Vorrichtung
DE10143061A1 (de) * 2001-09-03 2003-03-20 Sick Ag Optoelektronische Entfernungsmeßeinrichtung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006005978U1 (de) * 2006-03-10 2007-07-19 Pepperl + Fuchs Gmbh Optoelektronischer Sensor
EP2287630A1 (de) * 2009-08-20 2011-02-23 Sick Ag Optoelektronische Erfassungsvorrichtung
EP4258022A1 (de) * 2022-04-08 2023-10-11 Leuze electronic GmbH + Co. KG Optischer sensor zur erfassung von objekten in einem überwachungsbereich

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