DE202009015194U1

DE202009015194U1 - security scanners

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Publication number: DE202009015194U1
Application number: DE202009015194U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2009-11-07
Filing date: 2009-11-07
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2019-11-08

Abstract

Sicherheitsscanner (10) zur Überwachung einer Scanebene (18) auf Eintritt von Objekten in die Scanebene (18), mit
– einem Lichtsender (12),
– einer Lichtablenkeinheit (16) zur Ablenkung des Lichtes in die Scanebene (18),
– einem Empfänger (24) zur Bereitstellung von Empfangssignalen in Abhängigkeit von an im Sichtbereich des Scanners (10) vorhandenen Objekten remittiertem Licht,
– einer Auswerteeinheit (32) zur Auswertung der Empfangssignale und zur Bereitstellung eines Sicherheitssignals,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lichtsender (12) Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1200 nm und 1700 nm aussendet.Security scanner (10) for monitoring a scan plane (18) for entry of objects in the scan plane (18), with
A light transmitter (12),
A light deflecting unit (16) for deflecting the light into the scanning plane (18),
A light remitted to a receiver (24) for providing received signals as a function of objects present in the field of vision of the scanner (10),
An evaluation unit (32) for evaluating the received signals and for providing a safety signal,
characterized,
the light transmitter (12) emits light having a wavelength between 1200 nm and 1700 nm.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsscanner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a security scanner according to Preamble of claim 1.

Zur Überwachung von Arbeitsbereichen werden häufig Sicherheitslaserscanner eingesetzt, wie sie beispielsweise aus DE 43 40 756 A1 bekannt sind. Ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl wird über eine Lichtablenkeinheit in einen Schutzbereich gelenkt und dort von einem gegebenenfalls vorhandenen Objekt remittiert. Zumindest ein Teil des remittierten Lichts gelangt wieder zurück zu der Laserscaneinheit und wird dort von einem Empfänger detektiert. Die Lichtablenkeinheit ist in der Regel schwenkbar bzw. drehbar ausgestaltet, so dass der von dem Laser erzeugte Lichtstrahl ein durch die Schwenk- bzw. Drehbewegung erzeugtes Schutzfeld periodisch überstreicht. Wird ein vom Objekt remittiertes Lichtsignal aus dem Schutzbereich empfangen, so kann aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit auf die Winkellage des Objektes im Schutzbereich geschlossen werden. Wird zusätzlich zum Beispiel die Laufzeit von einzelnen Laserlichtpulsen vom Aussenden bis zum Empfang einer Reflexion an dem Objekt überwacht, kann aus der Laufzeit unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit zusätzlich auf die Entfernung des Objektes vom Laserscanner geschlossen werden. Mit den Winkel- und Entfernungsangaben lässt sich der Ort des Objektes ermitteln und die vom Lichtstrahl überstrichene Scanebene vollständig überwachen. Befindet sich in der Scanebene ein un zulässiges Objekt, so kann von der Auswerteeinheit des Scanners ein entsprechendes Warn- oder Stopsignal ausgegeben werden.To monitor workspaces, security laser scanners are often used, such as those from DE 43 40 756 A1 are known. A light beam generated by a laser is directed via a light deflection unit into a protected area and there remitted from an optionally present object. At least part of the remitted light passes back to the laser scanning unit and is detected there by a receiver. As a rule, the light deflecting unit is designed to be pivotable or rotatable so that the light beam generated by the laser periodically sweeps over a protective field generated by the pivoting or rotational movement. If a light signal remitted by the object is received from the protected area, it is possible to deduce the angular position of the deflection unit from the angular position of the object in the protected area. If, in addition, for example, the transit time of individual laser light pulses is monitored from the emission to the reception of a reflection at the object, it is also possible to infer the distance of the object from the laser scanner from the transit time using the speed of light. The angle and distance information can be used to determine the location of the object and to completely monitor the scan plane swept by the light beam. If an unauthorized object is located in the scan plane, then a corresponding warning or stop signal can be output by the evaluation unit of the scanner.

Derartige Systeme werden zum Beispiel an Maschinen eingesetzt, bei denen ein Gefahrenbereich überwacht werden muss, der beim Betrieb der Maschine von einer Bedienperson nicht betreten werden darf. Wird mit Hilfe des Laserscanners die Anwesenheit eines unzulässigen Objektes – also zum Beispiel ein Bein einer Bedienperson – im Gefahrenbereich festgestellt, wird ein Nothalt der Maschine bewirkt. Derartige Scansysteme als Sicherheitssensoren müssen zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen, beispielsweise die Norm EN13849 für Maschinensicherheit und insbesondere die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS), erfüllen.Such systems are used, for example, on machines in which a danger zone must be monitored, which must not be entered by an operator during operation of the machine. If the presence of an impermissible object - for example a leg of an operator - in the danger zone is detected with the aid of the laser scanner, an emergency stop of the machine is effected. Such scanning systems as security sensors must work reliably and therefore high security requirements, such as Standard EN13849 for machine safety and in particular the Device standard EN61496 for non-contact protective devices (ESPE).

Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie z. B. sichere elektronische Auswertung durch redundante, diversitäre Elektronik, Funktionsüberwachung durch beispielsweise Überwachung der Verschmutzung optischer Bauteile, insbesondere einer Frontscheibe und/oder Vorsehen von einzelnen Testzielen mit definierten Reflexionsgraden, die unter den entsprechenden Scanwinkeln erkannt werden müssen.to Fulfillment of these safety standards are a series of To take measures such. B. secure electronic evaluation through redundant, diversified electronics, function monitoring by, for example, monitoring the contamination of optical Components, in particular a windscreen and / or provision of individual test objectives with defined reflectivities, the below the corresponding scan angles must be recognized.

Solche Sicherheitslaserscanner werden auch an sogenannten FTS („fahrerlose Transportsysteme”) eingesetzt, um zu verhindern, dass diese Transportsysteme mit Objekten, die ihren Fahrweg kreuzen, wie z. B. Personen, zusammenstoßen. Da die Zusammenstoßgefahr geschwindigkeitsabhängig ist, weist der Laserscanner anpassbare Schutzfelddimensionen auf, die in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit umschaltbar oder in sonstiger Weise veränderbar sind.Such Safety laser scanners are also used on so-called FTS ("driverless Transport systems ") used to prevent these transport systems with objects that cross their track, such as As people collide. Since the risk of collision is speed-dependent, the laser scanner has adaptable protective field dimensions, the switchable depending on the vehicle speed or otherwise changeable.

Heutige Sicherheitslaserscanner weisen Lichtsender auf, die Licht einer Wellenlänge zwischen 820 nm und 946 nm emittieren. Diese Wellenlängen sind sogar durch die derzeit geltende Norm EN61496-3 für AOPDDRs („Active Optical Protection Devices using Diffuse Reflection”) vorgeschrieben.Today's security laser scanners have light emitters that emit light of a wavelength between 820 nm and 946 nm. These wavelengths are even through the currently applicable Standard EN61496-3 prescribed for AOPDDRs ("Active Optical Protection Devices using Diffuse Reflection").

Obwohl dieser Wellenlängenbereich vorgeschrieben ist, hat er eine Reihe von Nachteilen. Das Tageslicht und künstliche Beleuchtungsquellen in der Industrie sind bei 900 nm noch sehr intensiv. Dadurch ist der Sicherheitslaserscanner in seiner Robustheit gegenüber Fremdlicht reduziert und es müssen gesonderte Maßnahmen ergriffen werden, um den Einfluss des Fremdlichts zu reduzieren und einen möglichst hohen Signal-Rauschabstand zu erhalten. Die Signaldynamik ist entsprechend beschränkt. Mittlerweile werden die eingesetzten Laser bis an die Grenze der Augensicherheit betrieben, um eine möglichst große Reichweite zu erzielen. Dazu werden bevorzugt auch möglichst große optische Aperturen verwendet, denn bei größerer Ausdehnung des Laserstrahls können dann über die Gesamtfläche größere Laserleistungen verwendet werden. Optische Aperturen benötigen aber einen entsprechend großen Platzbedarf, so dass der Scanner insgesamt unerwünscht groß wird. Insbesondere betrifft dies die Frontscheibe, die Empfangslinse und die Spiegelumlenkung. Außerdem bedeuten große optische Aperturen insbesondere bei der Ablenkvorrichtung größere Massen, so dass entsprechend hohe Anforderungen an den Motor, der den entsprechend großen Umlenkspiegel dreht, vorliegen. Eine große Frontscheibe bedeutet für einen Sicherheitslaserscanner, dass die entsprechend große Frontscheibenfläche auch mit einer entsprechenden Vielzahl von Lichtschranken zur Verschmutzungsüberwachung überwacht werden muss.Even though this wavelength range is prescribed, he has one Series of disadvantages. The daylight and artificial lighting sources in the industry are still very intense at 900 nm. This is the safety laser scanner in its robustness Ambient light is reduced and there must be separate measures be taken to reduce the influence of extraneous light and to obtain the highest possible signal-to-noise ratio. The signal dynamics are limited accordingly. meanwhile The lasers are used to the limit of eye safety operated to the greatest possible range to achieve. These are preferably also the largest possible used optical apertures, because at larger Extension of the laser beam can then over the Total area larger laser powers be used. But optical apertures need one correspondingly large footprint, leaving the scanner in total becomes undesirably large. In particular, this concerns the windscreen, the receiving lens and the mirror deflection. Furthermore mean large optical apertures especially in the Deflection device larger masses, so that accordingly high demands on the engine, the correspondingly large Turning mirror rotates, present. A big windshield means for a security laser scanner that the corresponding large windscreen surface also with a corresponding Variety of photocells are monitored for contamination monitoring got to.

Außerhalb der Sicherheitstechnik ist aus der DE 102007032997 A1 ein Laserscanner bekannt, der mit zwei Wellenlängen bei 900 nm und 1550 nm arbeitet, um unterschiedliche Reflexionen erkennen zu können.Outside the security technology is out of the DE 102007032997 A1 a laser scanner known that works with two wavelengths at 900 nm and 1550 nm to detect different reflections can.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Sicherheitsscanner bereitzustellen, mit dem die genannten Nachteile vermieden werden können.outgoing From this prior art, it is an object of the invention to provide a To provide security scanner, with the mentioned disadvantages can be avoided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sicherheitsscanner mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved by a security scanner with the features of claim 1.

Der erfindungsgemäße Sicherheitsscanner zur Überwachung einer Scanebene auf Eintritt von Objekten in die Scanebene umfasst einen Lichtsender, eine Lichtab lenkeinheit zur Ablenkung des Lichtes in die Scanebene, 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 und zur Bereitstellung eines Sicherheitssignals. Erfindungsgemäß sendet der Lichtsender Licht mit einer festen Wellenlänge zwischen 1200 nm und 1700 nm aus und bevorzugt Licht mit etwa 1400 nm.Of the Security scanner according to the invention for monitoring a scan plane includes entry of objects into the scan plane a light emitter, a Lichtab steering unit for deflecting the light in the scan plane, a receiver to provide Received signals depending on in the field of view the scanner existing objects remittierten light and an evaluation unit for Evaluation of the received signals and for providing a security signal. According to the light emitter sends light a fixed wavelength between 1200 nm and 1700 nm and preferably light at about 1400 nm.

Dieser Wellenlängenbereich hat den Vorteil, dass das Sonnenlicht, als eine der am schwierigsten zu beherrschenden Störlichtquellen, genau in diesem Bereich eine breite Absorptionsbande hat. Das hat zur Folge, dass der Signal-Rauschabstand und die Scannerauslegung zur Signaldynamik verbessert werden können. Diese Verbesserung kann bis zu einem Faktor 10 betragen.This wavelength range has the advantage that the sunlight, as one of the most difficult to control Störlichtquellen, exactly in this area has a broad absorption band. As a result, signal-to-noise ratio and scanner design for signal dynamics can be improved. This improvement can be up to a factor 10 be.

In dem Wellenlängenbereich von 1200 nm bis 1700 nm haben heutige Beleuchtungsquellen geringere Emissionen als bei 900 nm. In Zukunft, wenn aufgrund von Energiesparmaßnahmen die Glühlampen verboten werden, wird sich dieser Vorteil noch weiter auswirken, da dann insgesamt die Emissionen im nahen Infrarot weiter reduziert werden.In the wavelength range from 1200 nm to 1700 nm have today Lighting sources lower emissions than at 900 nm. In the future, if due to energy saving the incandescent be banned, this benefit will have even more effect, because then the total emissions in the near infrared further reduced become.

Bezüglich der Augensicherheit können Lichtquellen mit größeren Wellenlängen mit höherer Leistung betrieben werden, da die Fokussierung auf der Netzhaut mit steigender Wellenlänge verschlechtert ist.In terms of Eye safety can be light sources with larger ones Wavelengths are operated at a higher power, because the focus on the retina with increasing wavelength is deteriorating.

Vorteilhaft ist es, wenn bei derart großen Wellenlängen zur Funktionsüberwachung des Scanners die optische Leistung des Lichtsenders direkt durch einen in dem Laserscanner vorgesehenen Kontrollempfänger gemessen und damit überwacht wird. Der Kontrollempfänger ist in einem Winkelbereich angeordnet, der außerhalb des dem Scanbereich entsprechenden Winkelbereichs gelegen ist. So kann die Lichtquelle bei jedem Scan kontrolliert werden.Advantageous is it, if at such large wavelengths to Function monitoring of the scanner's optical performance the light transmitter directly through a provided in the laser scanner control receiver measured and thus monitored. The control receiver is arranged in an angular range outside the located in the scanning area corresponding angle range. So can the light source is checked every scan.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:in the The invention is based on an embodiment explained in detail with reference to the drawing. In the drawing show:

1 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsscanners gemäß der Erfindung 1 a schematic representation of a security scanner according to the invention

2 eine schematische Darstellung eines Schnitts II-II aus 1. 2 a schematic representation of a section II-II 1 ,

Der im Folgenden beschriebene Sicherheitsscanner dient zur Überwachung einer Scanebene auf Eintritt von Objekten in die Scanebene.Of the The safety scanner described below is used for monitoring a scan plane for objects entering the scan plane.

1 zeigt schematisch den Aufbau eines solchen Sicherheitsscanners 10. Ein von einem Lichtsender, z. B. Laser 12, erzeugter Lichtstrahl 14, der aus einzelnen Lichtimpulsen besteht, wird über eine Lichtablenkeinheit 16 in eine Scanebene 18 gelenkt und dort von einem gegebenenfalls vorhandenen Objekt remittiert. Das remittierte Licht 20 gelangt wieder zurück zum Laserscanner 10 und wird dort über die Ablenkeinheit 16 und mittels einer Empfangsoptik 22 von einem Empfänger 24 detektiert. Die Lichtablenkeinheit 16 ist in der Regel drehbar ausgestaltet, wobei ein Motor 26 einen Drehspiegel 28 kontinuierlich rotiert. Die jeweilige Winkelstellung des Drehspiegels 28 wird über einen Encoder 30 erfasst. Der von dem Laser 12 erzeugte Lichtstrahl 14 überstreicht somit die durch die Rotationsbewegung erzeugte Scanebene 18. Wird ein vom Empfänger 24 empfangenes reflektiertes Lichtsignal 20 aus der Scanebene 18 empfangen, so kann aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit 30 auf die Winkellage des Objektes in der Scanebene 18 geschlossen werden. Zusätzlich wird die Laufzeit der einzelnen Laserlichtpulsen des Sendelichts 14 vom Aussenden bis zum Empfang einer Reflexion an dem Objekt überwacht und aus der Lichtlaufzeit unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung des Objektes vom Laserscanner 10 geschlossen. Diese Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinheit 32, die dafür mit dem Laser 12, dem Empfänger 24, dem Motor 26 und Encoder 30 verbunden ist. 1 schematically shows the structure of such a security scanner 10 , One from a light emitter, z. B. lasers 12 , generated light beam 14 , which consists of individual light pulses, is transmitted via a light deflection unit 16 in a scan plane 18 steered and there remitted from any existing object. The remitted light 20 returns to the laser scanner 10 and will be there via the deflection unit 16 and by means of a receiving optics 22 from a receiver 24 detected. The light deflection unit 16 is usually designed rotatable, with a motor 26 a rotating mirror 28 continuously rotated. The respective angular position of the rotating mirror 28 is via an encoder 30 detected. The one from the laser 12 generated light beam 14 thus sweeps over the scan plane generated by the rotational movement 18 , Will be one from the recipient 24 received reflected light signal 20 from the scan plane 18 received, so can from the angular position of the deflection 30 on the angular position of the object in the scan plane 18 getting closed. In addition, the duration of the individual laser light pulses of the transmitted light 14 from the emission to the reception of a reflection on the object and from the light transit time using the speed of light on the distance of the object from the laser scanner 10 closed. This evaluation takes place in an evaluation unit 32 that with the laser 12 , the recipient 24 , the engine 26 and encoders 30 connected is.

Alle genannten Funktionskomponenten sind in einem Gehäuse 34 angeordnet, das frontseitig, also im Bereich des Lichtaus- und Lichteintritts, eine Frontscheibe 36 aufweist. Die Frontscheibe 36 ist zur Vermeidung von direkten Reflexionen in den Empfänger schräg gestellt, so dass der Winkel zwischen Lichtstrahl 14 und Frontscheibe 36 ungleich 90° beträgt. Mehrere über die Frontscheibe in Scanrichtung verteilte Lichtschranken mit jeweils Lichtsender 50 und Lichtempfänger 52 dienen zur Verschmutzungsüberwachung der Frontscheibe 36.All mentioned functional components are in one housing 34 arranged, the front side, so in the area of Lichtaus- and light entry, a windscreen 36 having. The windscreen 36 is tilted to avoid direct reflections in the receiver so that the angle between light beam 14 and windscreen 36 is not equal to 90 °. Several light barriers distributed via the front screen in the scanning direction, each with a light transmitter 50 and light receiver 52 serve to monitor the contamination of the windscreen 36 ,

In Auswerteeinheit 32 werden alle Daten verarbeitet, um letztendlich ein Sicherheitssignal an einem Ausgang 54 auf einer Leitung 33 bereitstellen zu können.In evaluation unit 32 All data is processed to finally receive a safety signal at an output 54 on a wire 33 to be able to provide.

Über die Winkel- und Entfernungsdaten berechnet die Auswerteeinheit 32 den Ort eines Objektes in der Scanebene 18, so dass auf diese Weise zweidimensionale Schutzfelder 56 innerhalb der Scanebene 18 des Sicherheitsscanners 10 vollständig daraufhin überwacht werden können, ob sich ein unzulässiges Objekt in dem Schutzbereich 56 befindet oder das Schutzfeld frei ist. Das jeweilige Schutzfeld 56 ist in seinen Abmessungen durch entsprechende Parameter definiert, die in der Auswerteeinheit 32 in einem Speicher abgelegt sind. Abhängig vom Sicherheitssignal an dem Ausgang 54 des Laserscanners 10 kann somit letztendlich zum Beispiel ein Nothalt einer Maschine und/oder eine Warnung oder eine bestimmte Ansteuerung herbeigeführt werden.The evaluation unit calculates the angle and distance data 32 the location of an object in the scan plane 18 , so that in this way two-dimensional protective fields 56 within the scan plane 18 of the security scanner 10 Completely can be monitored to see if an illegal object in the protected area 56 or the protective field is free. The respective protective field 56 is defined in its dimensions by appropriate parameters that in the evaluation unit 32 stored in a memory. Depending on the safety signal at the output 54 of the laser scanner 10 Thus, for example, an emergency stop of a machine and / or a warning or a specific control can ultimately be brought about.

Erfindungsgemäß ist der Lichtsender dafür ausgelegt, Licht mit einer Wellenlänge zwischen 1200 nm und 1600 nm auszusenden. Bevorzugt beträgt die Wellenlänge des Sendelichts etwa 1400 nm.According to the invention the light emitter is designed to light one wavelength between 1200 nm and 1600 nm. Preferred is the wavelength of the transmitted light about 1400 nm.

Um die Funktionsfähigkeit des Lichtsenders 12 nach jedem Scan kontrollieren zu können, ist ein Kontrollempfänger 60 in dem Gehäuse 34 angeordnet. Dieser Kontrollempfänger wird von dem Sendelichtstrahl 14 getroffen, wenn der Drehspiegel 28 während seiner Drehung den Lichtstrahl nach „hinten” in das Gehäuse ablenkt. In 2 ist der erfindungsgemäße Sicherheitsscanner 10 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt, um die Winkelposition des Kontrollempfängers 60 darzustellen. Der Kontrollempfänger 60 ist in einem Winkelbereich angeordnet, der außerhalb des dem Überwachungsbereich 56 entsprechenden Winkelbereichs gelegen ist. So kann die Lichtquelle bei jedem Scan kontrolliert werden.To the functioning of the light transmitter 12 Being able to check after every scan is a control receiver 60 in the case 34 arranged. This control receiver is controlled by the transmitted light beam 14 hit when the rotating mirror 28 during its rotation deflects the light beam "backwards" into the housing. In 2 is the security scanner according to the invention 10 shown in a schematic sectional view to the angular position of the control receiver 60 display. The control receiver 60 is located in an angular range outside of the surveillance area 56 appropriate angle range is located. This allows the light source to be checked with every scan.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 4340756 A1 [0002]
- DE 102007032997 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- standard EN13849 [0003]
- Device standard EN61496 [0003]
- Standard EN61496-3 [0006]

Claims

Security scanner ( 10 ) for monitoring a scan plane ( 18 ) on entry of objects into the scan plane ( 18 ), with - a light transmitter ( 12 ), - a light deflection unit ( 16 ) for deflecting the light into the scan plane ( 18 ), - a recipient ( 24 ) for providing received signals as a function of in the visible range of the scanner ( 10 ) existing objects remitted light, - an evaluation unit ( 32 ) for evaluating the received signals and for providing a security signal, characterized in that the light emitter ( 12 ) Emits light with a wavelength between 1200 nm and 1700 nm.

Security scanner according to claim 1, characterized in that the light transmitter ( 12 ) Emits light at about 1400 nm.

Security scanner according to one of the preceding claims, characterized in that the optical power of the light emitter ( 12 ) by one in the laser scanner ( 10 ) ( 60 ) which is arranged in an angular range which is outside of the scanning range ( 18 ) Corresponding angular range is located.