DE202017102965U1 - Optoelectronic sensor for optical monitoring of a protected area - Google Patents

Optoelectronic sensor for optical monitoring of a protected area Download PDF

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    • F16P3/12Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
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    • F16P3/144Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact using light grids

Abstract

Optoelektronischer Sensor zur optischen Überwachung eines im Sichtfeld des Sensors (10) liegenden Schutzbereichs (12) mit einer Lichtquelle (28) zur Beleuchtung der aufzunehmenden Szene, einem Lichtempfänger (24) und einer Auswerteeinheit (26) zur Auswertung der Signale des Lichtempfängers (24) und Erstellung eines Bildes des Sichtbereichs, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (28) als über ihre Länge lichtstreuende Lichtleitfaser (30, 31, 36) ausgebildet ist.Optoelectronic sensor for optically monitoring a protection zone (12) in the field of vision of the sensor (10) with a light source (28) for illuminating the scene to be recorded, a light receiver (24) and an evaluation unit (26) for evaluating the signals of the light receiver (24) and Creation of an image of the field of view, characterized in that the light source (28) as over its length light-scattering optical fiber (30, 31, 36) is formed.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen optoelektronischer Sensor zur optischen Überwachung eines im Sichtfeld des Sensors liegenden Schutzbereichs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optoelectronic sensor for optically monitoring a protection region lying in the field of vision of the sensor according to the preamble of claim 1.
  • Ein gattungsgemäßer Sensor ist beispielsweise aus der DE 199 38 639 A1 bekannt und dient zur optischen Überwachung eines Schutzbereichs. Derartige Sensoren werden zum Beispiel eingesetzt, um Maschinen, von denen potentiell eine Gefahr für Leib und Leben ausgehen kann, wie z.B. Pressen, Stanzen, Schweißroboter und dergleichen, gegen Annährung abzusichern. Der Sensor erkennt eine Verletzung seines Schutzbereichs und kann davon ausgehend ein entsprechendes Signal, wie Warn- oder Nothaltsignal, abgeben.A generic sensor is for example from the DE 199 38 639 A1 is known and serves for optical monitoring of a protected area. Such sensors are used, for example, to hedge machines, which can potentially pose a risk to life and limb, such as pressing, punching, welding robots and the like, against approximation. The sensor recognizes a violation of its protected area and can then emit a corresponding signal, such as a warning or emergency signal.
  • Derartige Sensoren sind somit für die Sicherheit des Bedienpersonals essentiell, so dass die eingesetzten Sensoren besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen, beispielsweise die Norm EN 13849 für Maschinensicherheit und die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS). Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie beispielsweise sichere elektronische Auswertung durch redundante, diversitäre Elektronik, Funktionsüberwachung und/oder Vorsehen von einzelnen Testzielen mit definierten Reflexionsgraden, die unter den entsprechenden Winkeln erkannt werden müssen. Je nach Funktionsprinzip ist dafür unterschiedlicher Aufwand notwendig.Such sensors are thus essential for the safety of the operating personnel, so that the sensors used work very reliably and therefore must meet high safety requirements, such as the standard EN 13849 for machine safety and the device standard EN61496 for non-contact protective devices (ESPE). To meet these safety standards, a number of measures must be taken, such as safe electronic evaluation by redundant, diverse electronics, function monitoring and / or provision of individual test objectives with defined degrees of reflection, which must be detected at the appropriate angles. Depending on the operating principle, different efforts are required.
  • Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Sensor bereitzustellen, der insbesondere eine effizientere Beleuchtung aufweist.Starting from the known state of the art, it is an object of the invention to provide an improved sensor which in particular has a more efficient illumination.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a sensor having the features of claim 1.
  • Der erfindungsgemäße optoelektronischer Sensor zur optischen Überwachung eines im Sichtfeld des Sensors liegenden Schutzbereichs weist eine Lichtquelle zur Beleuchtung der aufzunehmenden Szene, einen Lichtempfänger und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Lichtempfängers und Erstellung eines Bildes des Sichtbereichs auf. Erfindungsgemäß ist die Lichtquelle als über ihre Länge lichtstreuende Lichtleitfaser ausgebildet.The optoelectronic sensor according to the invention for the optical monitoring of a protection region located in the field of view of the sensor has a light source for illuminating the scene to be recorded, a light receiver and an evaluation unit for evaluating the signals of the light receiver and producing an image of the field of view. According to the invention, the light source is designed as light-scattering optical fiber over its length.
  • Solche Lichtleitfasern sind auch unter der Bezeichnung „Fibrance“ von der Firma Versalume LLC bekannt und können im Handel erworben werden. Ein großer Vorteil von deren Einsatz in gattungsgemäßen Sensoren liegt in einer homogeneren Beleuchtung der Szene als dies mit herkömmlichen LEDs möglich ist. Ein weiterer großer Vorteil ist die bessere Beherrschung der Abführung der durch die Beleuchtung erzeugten Wärme. Diese wird nicht mehr am Ort des Lichtaustritts erzeugt, sondern konzentriert an einer Stelle, nämlich bei der Laserdiode, deren Licht in die Faser eingekoppelt wird. Diese Laserdiode kann an beliebigen passenden Orten platziert werden, an denen eine gute Wärmeabfuhr möglich ist.Such optical fibers are also known as "Fibrance" from Versalume LLC and can be purchased commercially. A major advantage of their use in generic sensors is a more homogeneous illumination of the scene than is possible with conventional LEDs. Another great advantage is the better control of the dissipation of the heat generated by the lighting. This is no longer generated at the location of the light emission, but concentrated at one point, namely the laser diode whose light is coupled into the fiber. This laser diode can be placed at any convenient location where good heat dissipation is possible.
  • Wenn die Lichtleitfaser das Licht gleichmäßig über ihre Länge abstrahlt, ist eine besonders homogene Beleuchtung der Szene möglich.If the optical fiber radiates the light evenly over its length, a particularly homogeneous illumination of the scene is possible.
  • In Sicherheitsanwendungen wird häufig IR-Licht eingesetzt, da dann das Licht nicht weiter stört oder auffällt.In security applications, IR light is often used, because then the light does not disturb or attract attention.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Lichtquelle entfernt von dem Lichtempfänger und bildet den Rand des Schutzbereichs. Das ist besonders vorteilhaft, denn dadurch sind in einfachster Weise die verschiedensten Geometrien des Schutzbereichs flexibel möglich. Die Lichtleitfaser muss nur entsprechend platziert werden. Mit besonderem Vorteil sind weitaus höhere Reichweiten als mit den bekannten Systemen (siehe DE 199 38 639 A1 ) möglich, bei denen reflektierende Streifen durch die Szenebeleuchtung beleuchtet werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die einfachere Erfüllung der Sicherheitsnormen. Die Funktionen des erfindungsgemäßen Sensors können nämlich ganz einfach dadurch geprüft werden, ob die Lichtleitfaser im Bild erkannt wird oder nicht. Damit ist alles überprüft, die Lichtquelle, der Lichtweg, der Lichtempfänger und die Auswerteelektronik.In one embodiment of the invention, the light source is remote from the light receiver and forms the edge of the protected area. This is particularly advantageous because in the simplest way, the most diverse geometries of the protected area are possible in a flexible manner. The optical fiber must only be placed accordingly. With particular advantage are far greater ranges than with the known systems (see DE 199 38 639 A1 ) possible, in which reflective strips are illuminated by the scene lighting. Another key advantage is the easier fulfillment of safety standards. Namely, the functions of the sensor according to the invention can be easily checked by detecting whether the optical fiber is recognized in the image or not. Everything is checked, the light source, the light path, the light receiver and the evaluation electronics.
  • Wenn zwei Lichtleitfasern parallel zueinander vorgesehen sind und deren gegenseitiger Abstand bekannt ist, kann sogar eine Abstandsbestimmung der Schutzfeldgrenze erfolgen, beispielsweise durch Auswertung des Kamerabildes und Auswertung der Lage der Lichtleitfasern im Bild. Ebenso ist durch Verwendung zweier Lichtleitfasern möglich, eine Bewegungsrichtung des lichtunterbrechenden Objekts in Richtung der Gefahrenstelle oder entgegen zu erkennen.If two optical fibers are provided parallel to each other and their mutual distance is known, even a distance determination of the protective field boundary can take place, for example by evaluating the camera image and evaluating the position of the optical fibers in the image. Likewise, by using two optical fibers it is possible to detect a direction of movement of the light-interrupting object in the direction of the danger spot or against it.
  • In einer anderen Ausführungsform ist ein Gehäuse vorgesehen zur Aufnahme des Lichtempfängers und der Auswerteeinheit und das empfangene Licht wird durch eine in dem Gehäuse gehaltenen Empfangsoptik eingekoppelt. Die Lichtleitfaser ist um die Empfangsoptik herum angeordnet. Eine solche Anordnung bewirkt eine gleichmäßige Ausleuchtung der Szene ohne eine Serie von LEDs im Kreis um die Optik herum anordnen zu müssen, wie das bisher der Fall war. Dadurch werden insbesondere Aufwand, Bauraum und Kosten gespart.In another embodiment, a housing is provided for receiving the light receiver and the evaluation unit and the received light is coupled by a receiving optics held in the housing. The optical fiber is arranged around the receiving optics. Such an arrangement causes a uniform illumination of the scene without having to arrange a series of LEDs in a circle around the optics, as was previously the case. As a result, in particular effort, space and costs are saved.
  • Wenn Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird, können über das Licht selbst Statusanzeigen erfolgen oder sonstige Information ausgegeben werden. If light with different wavelengths is coupled into the optical fiber, status displays or other information can be output via the light itself.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform.
    In the following the invention will be explained in detail by means of embodiments with reference to the drawing. In the drawing show:
    • 1 a schematic view of a first embodiment of the invention;
    • 2 a schematic view of a second embodiment.
  • Der erfindungsgemäße optoelektronischer Sensor 10 dient zur optischen Überwachung eines im Sichtfeld des Sensors 10 liegenden Schutzbereichs 12. In den Ausführungsbeispielen der Zeichnung ist der Schutzbereich 12 ein Zugang 14 in einer mechanischen Schutzeinrichtung 16. Der Sensor 10 kann also feststellen, ob ein Objekt sich im Schutzbereich 12 befindet oder nicht.The optoelectronic sensor according to the invention 10 is used for optical monitoring of a field of view of the sensor 10 lying protection area 12 , In the embodiments of the drawing is the scope 12 an access 14 in a mechanical safety device 16 , The sensor 10 So it can determine if an object is in the protected area 12 or not.
  • In dem ersten in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Sensor 10 in einem Gehäuse 20 eine Lichtempfangsoptik 22 auf, die ein Bild 23 der Szene auf einen Lichtempfänger 24 abbildet. Die Signale des Lichtempfängers 24 werden mit einer Auswerteeinheit 26 ausgewertet zur Auswertung des Bildes 23 des Sichtbereichs.In the first in 1 illustrated embodiment, the sensor 10 in a housing 20 a light-receiving optics 22 on that one picture 23 the scene on a light receiver 24 maps. The signals of the light receiver 24 be with an evaluation unit 26 evaluated for evaluation of the image 23 of the field of view.
  • Des Weiteren ist eine Lichtquelle 28 vorgesehen, die als über ihre Länge L lichtstreuende Lichtleitfaser 30 ausgebildet ist. Eine LED bzw. Laserdiode, die das Licht erzeugt, das in die Lichtleitfaser 30 eingekoppelt wird, ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Solche Lichtleitfasern 30 können unter der Bezeichnung „Fibrance“ von der Firma Versalume LLC im Handel erworben werden. Die Lichtleitfaser 30 ist derart konzipiert, d.h. weist eine Verteilung von lichtstreuenden Elementen auf, dass das Licht möglichst gleichmäßig über die Länge L abgestrahlt wird.Furthermore, it is a light source 28 provided, as over its length L light-scattering optical fiber 30 is trained. An LED or laser diode that generates the light that enters the optical fiber 30 is coupled, is not shown for simplicity. Such optical fibers 30 can be purchased commercially under the name "Fibrance" from Versalume LLC. The optical fiber 30 is designed in such a way, ie has a distribution of light-scattering elements, that the light is emitted as uniformly as possible over the length L.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Lichtleitfaser 30 selbst ein Teil der aufgenommen Szene und liegt entfernt von dem Lichtempfänger 24 und bildet den Rand des Schutzbereichs 12, der von dem Lichtempfänger 24 eingesehen werden kann. In diesem Beispiel ist das zumindest der untere Rand 32 und aus der Sicht des Betrachters linke Rand 34. Der Lichtempfänger 24 mit seiner Optik 22 schaut hier also von oben rechts auf die Lichtleitfaser 30. Wenn sich ein Objekt in dem Zugang 14 bzw. Schutzbereich 12 befindet, dann verdeckt dieses Objekt einen Teil der Lichtleitfaser 30, was in der Auswerteeinheit als Eingriff in den Schutzbereich 12 erkannt wird. Dementsprechend kann ein Sicherheitssignal an einem Sicherheitsausgang von dem Sensor 10 ausgegeben werden.In this embodiment, the optical fiber is 30 itself a part of the recorded scene and is located away from the light receiver 24 and forms the edge of the protected area 12 that of the light receiver 24 can be viewed. In this example, this is at least the bottom edge 32 and from the viewer's perspective left edge 34 , The light receiver 24 with its optics 22 Look here from the top right to the optical fiber 30 , If there is an object in the access 14 or protected area 12 is located, then this object obscures a part of the optical fiber 30 , which in the evaluation unit as an intervention in the protection area 12 is recognized. Accordingly, a safety signal may be present at a safety output from the sensor 10 be issued.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Lichtleitfasern 30 und 36 parallel zueinander vorgesehen. Mit Bildauswertung des Bildes 23 ist bei bekanntem gegenseitigem Abstand eine Abstandsbestimmung der durch die Lichtleitfasern 30 und 36 gebildeten Schutzfeldgrenze möglich.In the illustrated embodiment, two optical fibers 30 and 36 provided parallel to each other. With image analysis of the image 23 is at a known mutual distance, a distance determination of the optical fibers 30 and 36 Protected field boundary possible.
  • In einer zweiten Ausführungsform ist in dem Gehäuse 20 wiederum der Lichtempfänger 24 mit Empfangsoptik 22 und die Auswerteeinheit 26 angeordnet. Die die Lichtquelle 28 bildende Lichtleitfaser 31 ist jetzt aber ebenfalls in bzw. an dem Gehäuse 20 angeordnet, und zwar um die Empfangsoptik 22 herum. Die Lichtleitfaser 31 beleuchtet von dem Gehäuse 20 aus die Szene, also den Schutzbereich 12. In der 2 ist auch eine LED bzw. Laserdiode 38 dargestellt, die das Licht erzeugt, was in die Lichtleitfaser 31 eingekoppelt wird.In a second embodiment is in the housing 20 in turn, the light receiver 24 with receiving optics 22 and the evaluation unit 26 arranged. The the light source 28 forming optical fiber 31 is now also in or on the case 20 arranged, namely the receiving optics 22 around. The optical fiber 31 illuminates from the housing 20 from the scene, so the protection area 12. In the 2 is also an LED or laser diode 38 shown, which generates the light, resulting in the optical fiber 31 is coupled.
  • In allen Ausführungsformen ist es möglich, Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen in die Lichtleitfasern 30, 31 bzw. 36 einzukoppeln, so dass mittels der Farbe des Lichts Statusanzeigen erfolgen können oder sonstige Information ausgegeben werden.In all embodiments, it is possible to have light of different wavelengths in the optical fibers 30 . 31 respectively. 36 to couple in, so that by means of the color of the light status displays can be made or other information is output.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
    • DE 19938639 A1 [0002, 0010]DE 19938639 A1 [0002, 0010]

Claims (7)

  1. Optoelektronischer Sensor zur optischen Überwachung eines im Sichtfeld des Sensors (10) liegenden Schutzbereichs (12) mit einer Lichtquelle (28) zur Beleuchtung der aufzunehmenden Szene, einem Lichtempfänger (24) und einer Auswerteeinheit (26) zur Auswertung der Signale des Lichtempfängers (24) und Erstellung eines Bildes des Sichtbereichs, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (28) als über ihre Länge lichtstreuende Lichtleitfaser (30, 31, 36) ausgebildet ist.Optoelectronic sensor for optically monitoring a protection zone (12) in the field of vision of the sensor (10) with a light source (28) for illuminating the scene to be recorded, a light receiver (24) and an evaluation unit (26) for evaluating the signals of the light receiver (24) and Creation of an image of the field of view, characterized in that the light source (28) as over its length light-scattering optical fiber (30, 31, 36) is formed.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitfaser das Licht gleichmäßig über ihre Länge abstrahlt.Sensor after Claim 1 , characterized in that the optical fiber emits the light uniformly over its length.
  3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht im infraroten Spektralbereich liegt.Sensor after Claim 1 , characterized in that the light is in the infrared spectral range.
  4. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle entfernt von dem Lichtempfänger liegt und den Rand des Schutzbereichs bildet.Sensor according to one of the preceding Claims 1 to 3 , characterized in that the light source is remote from the light receiver and forms the edge of the protected area.
  5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Lichtleitfasern parallel zueinander vorgesehen sind.Sensor after Claim 4 , characterized in that at least two optical fibers are provided parallel to each other.
  6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse vorgesehen ist zur Aufnahme des Lichtempfängers und der Auswerteeinheit und dass das empfangene Licht durch eine in dem Gehäuse gehaltenen Empfangsoptik eingekoppelt wird und die Lichtleitfaser um die Empfangsoptik herum angeordnet ist.Sensor according to one of the preceding Claims 1 to 3 , Characterized in that a housing is provided for receiving the light receiver and the evaluation unit and that the received light is coupled through a receiving optical system held in the housing and the optical fiber is arranged around the receiving optical system around.
  7. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mit verschiedenen Wellenlängen in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird.Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that light with different wavelengths is coupled into the optical fiber.
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