DE202020103821U1

DE202020103821U1 - Sensor device

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Publication number: DE202020103821U1
Application number: DE202020103821.4U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2030-07-03

Abstract

Sensorvorrichtung (10), insbesondere Laserscanner oder Radarsensor, die ein Gehäuse (48a-b), einen Lagesensor (44) zur Bestimmung einer Ausrichtung, eine Anzeigeeinrichtung (46a-d) zum Anzeigen einer Ausrichtinformation sowie eine Steuer- und Auswertungseinheit (40) aufweist, die dafür ausgebildet ist, mit Hilfe des Lagesensors (44) eine eigene Ausrichtung der Sensorvorrichtung (10) zu bestimmen, mit einer Sollausrichtung zu vergleichen und ein Vergleichsergebnis durch die Anzeigeeinrichtung (46a-d) anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (46a-d) mindestens drei Lichtquellen (46a-d) an über das Gehäuse (48a-b) verteilten Positionen aufweist, wobei jede Lichtquelle (46a-d) mindestens einen ersten Anzeigezustand für richtige Ausrichtung und einen zweiten Anzeigezustand für noch nicht richtige Ausrichtung einnehmen kann, und dass die Steuer- und Auswertungseinheit (40) dafür ausgebildet ist, das Vergleichsergebnis durch Anzeigezustände der Lichtquellen (46a-d) anzuzeigen.

Sensor device (10), in particular laser scanner or radar sensor, which has a housing (48a-b), a position sensor (44) for determining an alignment, a display device (46a-d) for displaying alignment information and a control and evaluation unit (40) which is designed to use the position sensor (44) to determine its own alignment of the sensor device (10), to compare it with a target alignment and to display a comparison result by the display device (46a-d), characterized in that the display device (46a -d) has at least three light sources (46a-d) at positions distributed over the housing (48a-b), each light source (46a-d) being able to assume at least a first display state for correct alignment and a second display state for not yet correct alignment , and that the control and evaluation unit (40) is designed to display the comparison result by means of display states of the light sources (46a-d) demonstrate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a sensor device according to the preamble of claim 1.

Eine Art von Sensor, deren Ausrichtung in der Praxis immer wieder eine Herausforderung darstellt, ist ein Laserscanner. In einem Laserscanner überstreicht ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe einer Ablenkeinheit periodisch einen Überwachungsbereich. Das Licht wird an Objekten in dem Überwachungsbereich remittiert und in dem Scanner ausgewertet. Aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit wird auf die Winkellage des Objektes und aus der Lichtlaufzeit unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit in einem Phasen- oder Pulsverfahren zusätzlich auf die Entfernung des Objektes von dem Laserscanner geschlossen. Mit den Winkel- und Entfernungsangaben ist der Ort eines Objektes in dem Überwachungsbereich in zweidimensionalen Polarkoordinaten erfasst. Damit lassen sich die Positionen von Objekten ermitteln oder deren Kontur bestimmen. Die Abtastbewegung wird durch einen Drehspiegel oder ein Polygonspiegelrad erreicht, oder es rotiert stattdessen der gesamte Messkopf mit Lichtsendern und Lichtempfängern. Während die meisten bekannten Laserscanner mit einem einzigen Abtaststrahl arbeiten und dementsprechend nur eine zentrale Abtastebene erfassen, gibt es auch Bestrebungen, durch eine Vielzahl von Abtaststrahlen einen Mehrebenenscanner zu realisieren.One type of sensor whose alignment is always a challenge in practice is a laser scanner. In a laser scanner, a light beam generated by a laser periodically sweeps over a monitored area with the aid of a deflection unit. The light is reflected on objects in the monitored area and evaluated in the scanner. The angular position of the deflection unit is used to determine the angular position of the object and the distance of the object from the laser scanner is also deduced from the time of flight using the speed of light in a phase or pulse method. With the angle and distance information, the location of an object in the monitoring area is recorded in two-dimensional polar coordinates. This allows the positions of objects to be determined or their contours to be determined. The scanning movement is achieved by a rotating mirror or a polygon mirror wheel, or the entire measuring head with light transmitters and light receivers rotates instead. While most of the known laser scanners work with a single scanning beam and accordingly only capture a central scanning plane, efforts are also being made to implement a multi-level scanner using a large number of scanning beams.

Laserscanner werden auch in der Sicherheitstechnik zur Überwachung einer Gefahrenquelle eingesetzt, wie sie beispielsweise eine gefährliche Maschine darstellt. Ein derartiger Sicherheitslaserscanner ist aus der DE 43 40 756 A1 bekannt. Dabei wird ein Schutzfeld überwacht, das während des Betriebs der Maschine vom Bedienpersonal nicht betreten werden darf. Erkennt der Laserscanner einen unzulässigen Schutzfeldeingriff, etwa ein Bein einer Bedienperson, so löst er einen Nothalt der Maschine aus. In der Sicherheitstechnik eingesetzte Sensoren müssen besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN13849 für Maschinensicherheit und die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS).Laser scanners are also used in safety technology to monitor a source of danger, such as that represented by a dangerous machine. Such a safety laser scanner is from DE 43 40 756 A1 known. A protective field is monitored, which the operating personnel must not enter while the machine is in operation. If the laser scanner detects an impermissible protective field interference, for example an operator's leg, it triggers an emergency stop of the machine. Sensors used in safety technology must work particularly reliably and therefore meet high safety requirements, for example the EN13849 standard for machine safety and the EN61496 device standard for electro-sensitive protective devices (ESPE).

Die korrekte Position und Lage eines Sensors im Raum ist regelmäßig eine Grundvoraussetzung für dessen Anwendung. Durch eine genaue Ausrichtung werden meist bessere Ergebnisse erzielt, und eine flexible und genaue Ausrichtung erlaubt eine bessere Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten einer Anwendungssituation.The correct position and location of a sensor in space is regularly a basic requirement for its use. A precise alignment usually achieves better results, and a flexible and precise alignment allows better adaptation to the particular circumstances of an application situation.

Durch seine Distanzmessung kann ein Laserscanner seine Position in den drei Raumrichtungen mit recht wenig Aufwand präzise bestimmen. Für die relative Lage oder Orientierung lässt sich das jedoch nicht so einfach lösen. Oft sind Winkelgenauigkeiten unterhalb von 1° gefordert. Selbst wenn eine Wasserwaage zur Hand ist, lässt sich die Winkelgenauigkeit damit häufig nicht oder nicht mit der geforderten Genauigkeit erfassen, weil es keine passenden planen Flächen für deren Auflage gibt. Dabei ist zu beachten, dass nicht unbedingt das Sensorgehäuse auszurichten ist, sondern möglicherweise eine gar nicht sichtbare Referenz wie die Scanebene des Laserscanners. Außerdem gibt es Situationen, in denen die Ausrichtung nicht horizontal erfolgen soll.Thanks to its distance measurement, a laser scanner can precisely determine its position in the three spatial directions with very little effort. However, this is not so easy to solve for the relative position or orientation. Angle accuracies below 1 ° are often required. Even if a spirit level is at hand, the angular accuracy can often not be determined, or not with the required accuracy, because there are no suitable flat surfaces for their support. It should be noted that it is not absolutely necessary to align the sensor housing, but rather an invisible reference such as the scanning plane of the laser scanner. There are also situations when you don't want the alignment to be horizontal.

Es ist bekannt, in elektronische Geräte wie Smartphones und auch speziell in Laserscanner einen Lagesensor zu integrieren, der die Orientierung zum Schwerkraftfeld misst. Bei einem Smartphone ist die Anzeige dieser Information auf dem integrierten Display unproblematisch. Ein Laserscanner hat keine vergleichbare Anzeige und müsste daher an ein Konfigurationssystem angeschlossen werden, beispielsweise ein Notebook oder Tablet. Zudem sind die Lagesensoren ab Werk nicht kalibriert: Es fehlt der Bezug zwischen der Ausrichtung des Lagesensors und derjenigen des Laserscanners. Das gilt erst recht gegenüber einer Referenz wie der Scanebene, die nicht einmal ein physisches Bauteil betrifft. Damit leistet der Lagesensor keine ausreichende Hilfestellung bei der Ausrichtung am Ort der Anwendung.It is known to integrate a position sensor into electronic devices such as smartphones and also specifically into laser scanners, which measures the orientation to the gravity field. With a smartphone, displaying this information on the integrated display is unproblematic. A laser scanner has no comparable display and would therefore have to be connected to a configuration system, for example a notebook or tablet. In addition, the position sensors are not calibrated at the factory: The relationship between the alignment of the position sensor and that of the laser scanner is missing. This is especially true when compared to a reference such as the scan plane, which does not even affect a physical component. The position sensor therefore does not provide sufficient assistance with the alignment at the place of application.

Die DE 10 2006 053 359 B4 offenbart ein Lichtgitter, in dem ein Neigungssensor dabei hilft, dessen beide gegenüberstehenden Säulen senkrecht auszurichten. Die entsprechende Anzeige ist an die Libelle einer Wasserwaage angelehnt. Lichtgitter benötigen eine recht spezifische Ausrichtung, und das Konzept ist nicht ohne Weiteres auf andere Sensoren übertragbar. Eine elektronische Libelle ist dann auch nicht allzu intuitiv, zumal wenn es um die Einstellung mehrerer Winkel im Raum geht.the DE 10 2006 053 359 B4 discloses a light curtain in which a tilt sensor helps to align its two opposing pillars perpendicularly. The corresponding display is based on the spirit level on a spirit level. Light grids require a very specific alignment, and the concept cannot easily be transferred to other sensors. An electronic level is then not all that intuitive, especially when it comes to setting several angles in space.

Die DE 20 2011 053 212 B3 offenbar einen Laserscanner mit Drehratensensor, der jedoch für die Kompensation von Unwuchten der Scanbewegung genutzt wird. Die DE 10 2013 104 239 B3 erweitert das um eine von der Drehachse abweichende Richtung sowie überlagerte Translationsbewegungen. In der DE 10 2013 110 581 B4 wird eine Inertialmesseinheit verwendet, um die während einer Bewegung des Laserscanners veränderten Zentren der Scans übereinanderzulegen.the DE 20 2011 053 212 B3 apparently a laser scanner with a rotation rate sensor, which is used to compensate for imbalances in the scanning movement. the DE 10 2013 104 239 B3 extends this to include a direction deviating from the axis of rotation and superimposed translational movements. In the DE 10 2013 110 581 B4 an inertial measuring unit is used to superimpose the centers of the scans that have changed during a movement of the laser scanner.

Die EP 1 669 776 A1 beschreibt ein Handgerät mit Laserentfernungsmesser, dessen jeweilige Position und Ausrichtung ein Inertialsensor misst. Damit ist die Ausrichtung bekannt, um dies bei der Messwerterfassung zu berücksichtigen, es wird aber keine spezielle Ausrichtung eingestellt, was auch für ein Handgerät nicht praktikabel wäre.the EP 1 669 776 A1 describes a hand-held device with a laser range finder, the position and orientation of which is measured by an inertial sensor. The alignment is thus known in order to take this into account when recording the measured values, but no special alignment is set, which would also be impractical for a hand-held device.

In der EP 3 176 606 B1 wird ein Laserscanner ausgerichtet, aber das erfolgt anhand eines Referenzziels und nicht eines eigenen Lagesensors. Die EP 2 937 715 B1 ermöglicht es, den Ursprung für den Scanwinkel festzulegen, also den durch die Scanbewegung periodisch veränderten Winkel, indem beim gewünschten Nullwinkel ein Marker auf der Frontscheibe angebracht wird. Das ist aber keine Ausrichtung, und der Laserscanner kennt seine Orientierung mangels Lagesensor gar nicht.In the EP 3 176 606 B1 a laser scanner is aligned, but this is done using a reference target and not its own position sensor. the EP 2 937 715 B1 makes it possible to define the origin for the scan angle, i.e. the angle changed periodically by the scan movement, by attaching a marker to the front screen at the desired zero angle. However, this is not an alignment, and the laser scanner does not even know its orientation due to the lack of a position sensor.

Im Bereich des autonomen Fahrens ist es üblich, das Fahrzeug mit einer Vielzahl von Sensoren auszustatten, zu denen auch Laserscanner und Intertialmesseinheiten zählen. Ein Beispiel hierfür ist die US 8 310 653 B2 . Die Inertialmesseinheit ist dabei kein Teil des Laserscanners, und sie wird auch nicht für dessen Ausrichtung verwendet.In the field of autonomous driving, it is common to equip the vehicle with a large number of sensors, including laser scanners and inertial measuring units. An example of this is the US 8 310 653 B2 . The inertial measuring unit is not part of the laser scanner, nor is it used for its alignment.

Die noch unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE102019110803 beschreibt einen Sicherheitslaserscanner, der mit einem Neigungssensor seine eigene Verkippung bestimmt und ausgibt. Das dient jedoch keiner Ausrichtung, sondern wird damit eine Manipulation aufgedeckt, falls der Sicherheitslaserscanner während des Betriebs aus der vorgesehenen horizontalen Lage gebracht worden ist.The as yet unpublished German patent application with the file number DE102019110803 describes a safety laser scanner that uses a tilt sensor to determine and output its own tilt. However, this is not used for alignment, but rather a manipulation is revealed if the safety laser scanner has been brought out of the intended horizontal position during operation.

Von der Firma Leuze electronic wird unter dem Produktnamen RSL440 und von der Firma Pepperl+Fuchs unter dem Produktname R2000 jeweils ein Laserscanner mit integrierter elektronischer Wasserwaage angeboten. Dazu wird aber in beiden Fällen ein Display am Laserscanner verwendet.Leuze electronic offers a laser scanner with an integrated electronic spirit level under the product name RSL440 and Pepperl + Fuchs under the product name R2000. A display on the laser scanner is used for this in both cases.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Ausrichtung eines Sensors zu verbessern.It is therefore the object of the invention to improve the alignment of a sensor.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Sensorvorrichtung oder kurz der Sensor ist vorzugsweise ein Laserscanner oder ein Radar, und sie ist in einem Gehäuse untergebracht. Ein Lagesensor, der beispielsweise als IMU (Intertial Measurement Unit) ausgebildet ist und als eine Art elektronische Wasserwaage fungiert, misst seine Orientierung bezüglich des Schwerkraftfeldes. Diese Messung erfolgt vorzugsweise in beiden Winkeln zur Horizontalen, also in Rollwinkel und Nickwinkel, oder in einer einfachen Ausführungsform nur für einen dieser Winkel. Der Gierwinkel ist gegen die Schwerkraft nicht messbar und wird beispielsweise durch Konvention wie in EP 2 937 715 B1 kalibriert.This object is achieved by a sensor device according to claim 1. The sensor device, or the sensor for short, is preferably a laser scanner or a radar, and it is accommodated in a housing. A position sensor, which is designed, for example, as an IMU (Intertial Measurement Unit) and functions as a kind of electronic spirit level, measures its orientation with respect to the gravity field. This measurement is preferably carried out at both angles to the horizontal, that is to say at the roll angle and pitch angle, or in a simple embodiment only for one of these angles. The yaw angle cannot be measured against gravity and is determined, for example, by convention as in EP 2 937 715 B1 calibrated.

Eine Steuer- und Auswertungseinheit bestimmt mit Hilfe des Lagesensors die eigene Ausrichtung der Sensorvorrichtung und vergleicht die so gemessene tatsächliche Ausrichtung mit einer Sollausrichtung. Ein daraus resultierendes Vergleichsergebnis wird auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt. Ein Anwender kann daraus erkennen, ob die Ausrichtung der Sollausrichtung entspricht und wie gegebenenfalls die gewünschte Ausrichtung erreicht werden kann.A control and evaluation unit uses the position sensor to determine its own alignment of the sensor device and compares the actual alignment measured in this way with a target alignment. A comparison result resulting therefrom is shown on a display device. A user can see from this whether the alignment corresponds to the target alignment and how, if necessary, the desired alignment can be achieved.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine einfache Anzeigeeinrichtung zu verwenden, die aus wenigen Lichtquellen besteht. Dafür sind mindestens drei Lichtquellen an über das Gehäuse verteilten Positionen nach Art eines Dreibeins vorgesehen. Die Lichtquellen können wenigstens zwei Anzeigezustände einnehmen, von denen einer für eine korrekte Ausrichtung und ein weiterer für eine noch nicht passende Ausrichtung steht. Die Lichtquellen werden entsprechend des Vergleichs zwischen tatsächlicher Ausrichtung und Sollausrichtung in Anzeigezustände gebracht, die gemeinsam das Vergleichsergebnis anzeigen.The invention is based on the basic idea of using a simple display device which consists of a few light sources. For this purpose, at least three light sources are provided at positions distributed over the housing in the manner of a tripod. The light sources can assume at least two display states, one of which stands for a correct alignment and another for a not yet suitable alignment. The light sources are brought into display states according to the comparison between the actual alignment and the target alignment, which together display the result of the comparison.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Ausrichtung der Sensorvorrichtung vor Ort bei der Inbetriebnahme erheblich vereinfacht wird. Der Monteur kann ohne zusätzliche Ausrüstung oder Messung sofort die korrekte Ausrichtung oder Lage erkennen und bei Bedarf korrigieren. Die Anzeigeeinrichtung ist extrem kostengünstig und anspruchslos, aber dennoch intuitiv erfassbar. Sie kann sogar noch sofort vom ungeschulten Monteur erfassbare Hilfestellungen gegeben, in welcher Weise eine Korrektur erfolgen sollte. The invention has the advantage that the on-site alignment of the sensor device is considerably simplified during commissioning. The fitter can immediately identify the correct alignment or position and correct it if necessary without additional equipment or measurement. The display device is extremely inexpensive and undemanding, but can still be grasped intuitively. The untrained fitter can even immediately provide assistance on how a correction should be made.

Die Anzeigezustände beziehen sich vorzugsweise auf eine durch die Position der anzeigenden Lichtquelle repräsentierte Achse. Damit hat der Anzeigezustand der Lichtquelle einen direkten Ortsbezug zu dem Vergleichsergebnis. Der Monteur oder Servicetechniker erkennt sofort, in welcher Achse die gewünschte Ausrichtung erreicht ist und wo und in welcher noch nachjustiert werden muss. Vorzugsweise liegt die Lichtquelle selbst auf der repräsentierten Achse, es ist aber auch ein Versatz denkbar, der dann bevorzugt intuitiv erfassbar ist.The display states preferably relate to an axis represented by the position of the displaying light source. The display status of the light source thus has a direct location reference to the comparison result. The fitter or service technician immediately recognizes in which axis the desired alignment has been achieved and where and in which adjustment still needs to be made. The light source itself preferably lies on the represented axis, but an offset is also conceivable, which can then preferably be grasped intuitively.

Die Lichtquellen können vorzugsweise jeweils drei Anzeigezustände annehmen, wobei die Steuer- und Auswertungseinheit dafür ausgebildet ist, an einer Lichtquelle den zweiten Anzeigezustand bei zu tiefer Ausrichtung und einen dritten Anzeigezustand bei zu hoher Ausrichtung anzuzeigen. Eine Lichtquelle zeigt damit nicht nur binär an, ob der sie betreffende Teil der Ausrichtung in Ordnung ist. Falls vielmehr die Ausrichtung noch nicht stimmt, wird eine Richtung angegeben, in der die Sollausrichtung erreicht werden kann. Damit kann eine Korrektur wesentlich leichter erfolgen. Es wäre denkbar, den zweiten und dritten Anzeigezustand nicht als diskrete Einheit zu begreifen, sondern ihm noch eine Intensitätsinformation zu geben, die vermittelt, wie groß die Abweichung ist. Beispielsweise leuchtet die Lichtquelle dafür heller, blinkt schneller oder zeigt Übergangsfarben an, wie orange für leicht und rot für stark dejustiert.The light sources can preferably each assume three display states, the control and evaluation unit being designed to display the second display state on a light source when the orientation is too low and a third display state when the orientation is too high. A light source thus not only shows in binary form whether the part of the alignment that affects it is correct. Rather, if the alignment is not yet correct, a direction is specified in which the target alignment can be achieved. This means that a correction can be made much more easily. It would be conceivable not to understand the second and third display status as a discrete unit, but rather to give it intensity information that conveys how great the deviation is. For example, the light source shines brighter, flashes faster or shows Transitional colors like orange for light and red for badly misaligned.

Die Lichtquellen sind bevorzugt dafür ausgebildet, Anzeigezustände als unterschiedliche Farben einzunehmen. Beispielsweise entspricht grünes Licht dem ersten Anzeigezustand, blaues Licht dem zweiten Anzeigezustand und rotes Licht dem dritten Anzeigezustand. Die konkret genannten Farben sind natürlich austauschbar, der Anwender muss lediglich über die Bedeutung informiert sein. Auch das Ausschalten einer Lichtquelle kann als Anzeigezustand und insbesondere als Farbe interpretiert werden. Kombiniert oder alternativ können Blinksequenzen eingesetzt werden, oder eine Lichtquelle besteht aus mehreren Lichtpunkten, die Leuchtmuster bilden. Das lässt sich auch kombinieren. Beispielsweise bedeutet dann ein schnelles rotes Blinken, dass die Ausrichtung noch deutlich zu hoch ist, und bei eine Nachjustierung verlangsamt sich dann das Blinken und geht schließlich bei Erreichen der Sollausrichtung in grünes Dauerlicht über.The light sources are preferably designed to assume display states as different colors. For example, green light corresponds to the first display state, blue light corresponds to the second display state, and red light corresponds to the third display state. The specific colors mentioned are of course interchangeable, the user only needs to be informed about the meaning. Switching off a light source can also be interpreted as a display status and, in particular, as a color. Combined or alternatively, flashing sequences can be used, or a light source consists of several light points that form light patterns. That can also be combined. For example, rapid red flashing means that the alignment is still clearly too high, and when readjusting is carried out, the flashing slows down and finally changes to a steady green light when the target alignment is reached.

Die Lichtquellen sind vorzugsweise als mehrfarbige LEDs ausgebildet. Das ist eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung, mit der sich verschiedene Anzeigezustände erreichen lassenThe light sources are preferably designed as multicolored LEDs. This is a particularly simple and inexpensive embodiment with which different display states can be achieved

Das Gehäuse weist bevorzugt eine viereckige Querschnittsfläche auf, und die Lichtquellen sind in den Ecken angeordnet, insbesondere vier Lichtquellen in allen vier Ecken. Die Querschnittsfläche kann über das Gehäuse hin variieren, hier wird erst einmal nur Bezug auf den Bereich in Höhe der Lichtquellen genommen. Außerdem handelt es sich um eine grobe Grundform, die abgerundete Ecken oder Kanten zulässt. Auch bei einer Kreis- oder Ellipsenform ist die analoge Anordnung mit Lichtquellen im 90°-Abstand vorteilhaft.The housing preferably has a square cross-sectional area, and the light sources are arranged in the corners, in particular four light sources in all four corners. The cross-sectional area can vary across the housing, here only reference is made to the area at the level of the light sources. In addition, it is a rough basic shape that allows rounded corners or edges. Even with a circular or elliptical shape, the analogous arrangement with light sources at a 90 ° distance is advantageous.

Die Sensorvorrichtung weist bevorzugt eine Schnittstelle für die Vorgabe der Sollausrichtung auf. Das kann eine drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle zum Anschluss eines Konfigurationsgerätes sein, oder lediglich ein Bedienelement am Gehäuse. Als Grundeinstellung oder Default-Vorgabe wird bevorzugt eine horizontale Orientierung angenommen, aber über die Schnittstelle kann von einer solchen Grundeinstellung gezielt abgewichen werden.The sensor device preferably has an interface for specifying the target alignment. This can be a wired or wireless interface for connecting a configuration device, or just an operating element on the housing. A horizontal orientation is preferably assumed as the basic setting or default setting, but such a basic setting can be specifically deviated from via the interface.

Die Sensorvorrichtung ist bevorzugt als Laserscanner mit mindestens einer Scanebene ausgebildet und weist mindestens einen Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht, eine bewegliche Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung des Sendelichts und einen Lichtempfänger zum Empfangen des von Objekten in der Scanebene remittiertem Sendelichts auf, wobei die Steuer- und Auswertungseinheit dafür ausgebildet ist, anhand einer Lichtlaufzeit des ausgesandten und wieder empfangenen Sendelichts Entfernungen zu messen. Dafür sind alle bekannten Lichtlaufzeitverfahren denkbar, wie Pulslaufzeitverfahren, Phasenverfahren oder Pulsmittelungsverfahren. Wie einleitend schon erwähnt, kann die periodische Ablenkung mit Hilfe eines Drehspiegels oder dadurch erfolgen, dass ein Messkopf mit Lichtsender und Lichtempfänger rotiert.The sensor device is preferably designed as a laser scanner with at least one scan plane and has at least one light transmitter for emitting transmitted light, a movable deflection unit for periodic deflection of the transmitted light and a light receiver for receiving the transmitted light reflected by objects in the scan plane, the control and evaluation unit is designed to measure distances on the basis of a time of flight of the transmitted and re-received transmitted light. All known time-of-flight methods are conceivable for this, such as pulse time-of-flight methods, phase methods or pulse averaging methods. As already mentioned in the introduction, the periodic deflection can take place with the help of a rotating mirror or by rotating a measuring head with light transmitter and light receiver.

Der Laserscanner ist vorzugsweise als Mehrebenenscanner ausgebildet, bei dem das Sendelicht mehrere voneinander separierte Abtaststrahlen bildet beziehungsweise der Lichtempfänger das remittierte Sendelicht als mehrere voneinander separierte Abtaststrahlen empfängt. Abtaststrahlen sind nicht als Strahlen im Sinne der Strahlenoptik innerhalb eines größeren Lichtbündels zu verstehen, sondern als voneinander separierte Lichtbündel und somit vereinzelte Abtaststrahlen, die im Überwachungsbereich beim Auftreffen auf ein Objekt entsprechend vereinzelte, voneinander beabstandete Lichtflecken erzeugen. Somit tastet jeder Abtaststrahl eine von mehreren Scanebenen ab. The laser scanner is preferably designed as a multi-level scanner, in which the transmitted light forms several separate scanning beams or the light receiver receives the reflected transmitted light as several separate scanning beams. Scanning rays are not to be understood as rays in the sense of ray optics within a larger light bundle, but as separated light bundles and thus isolated scanning beams that generate correspondingly isolated, spaced-apart light spots in the monitored area when they strike an object. Thus, each scanning beam scans one of several scanning planes.

Der Lagesensor ist bevorzugt zu einer Scanebene kalibriert. Diese Kalibrierung erfolgt vorzugsweise ab Werk bei Herstellung des Laserscanners. Der Lagesensor ist nicht zum Gehäuse, sondern zu der für die Erfassungsfunktion des Laserscanners maßgebliche Scanebene kalibriert. Zwar wird typischerweise die Scanebene zum Gehäuse ausgerichtet, aber dabei gibt es gewisse Toleranzen. Bei einem Laserscanner mit nur einer Scanebene bildet natürlich diese einzige Scanebene die Referenz. Bei einem Mehrlagenscanner wird vorzugsweise eine zentrale Ebene bei Elevation 0° herangezogen.The position sensor is preferably calibrated to a scan plane. This calibration is preferably carried out at the factory when the laser scanner is manufactured. The position sensor is not calibrated to the housing, but to the scan plane that is decisive for the detection function of the laser scanner. The scan plane is typically aligned with the housing, but there are certain tolerances. In the case of a laser scanner with only one scan plane, this single scan plane naturally forms the reference. In the case of a multi-layer scanner, a central plane at an elevation of 0 ° is preferably used.

Zum Ausrichten wird mittels des Lagesensors eine tatsächliche Ausrichtung des Sensors bestimmt, mit einer Sollausrichtung verglichen und ein Vergleichsergebnis angezeigt. Das Vergleichsergebnis wird durch drei an über den Sensor verteilten Positionen angeordneten Lichtquellen angezeigt, die jeweils einen ersten Anzeigezustand für eine richtige Position oder einen zweiten Anzeigezustand für eine noch nicht richtige Ausrichtung einnehmen. Der Sensor ist insbesondere eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung.For alignment, an actual alignment of the sensor is determined by means of the position sensor, compared with a target alignment and a comparison result is displayed. The result of the comparison is displayed by three light sources arranged at positions distributed over the sensor, each of which has a first display state for a correct position or a second display state for a not yet correct alignment. The sensor is in particular an embodiment of the sensor device according to the invention.

Dabei ist der Sensor vorzugsweise als Laserscanner mit mindestens einer Scanebene ausgebildet, die von einem Abtaststrahl periodisch abgetastet wird, und der Lagesensor wird vorab, insbesondere schon im Werk, zu der Scanebene kalibriert, indem der Abtaststrahl auf ein kooperatives Ziel geführt und ein Bild des Ziels aufgenommen wird, insbesondere mit einer IR-Kamera, und das Bild ausgewertet wird, um die Ausrichtung der Scanebene zu bestimmen. Um den Sensor so kalibrieren zu können, sollte zuvor auch die Kamera beziehungsweise die im Kamerabild sichtbare Laserlinie der Scanebene zur Aufnahme des Sensors beziehungsweise zur Erdgravitation kalibriert werden. Vor Ort im Feld ist die Scanebene ohne Hilfsmittel nicht erkennbar. Im Werk kann aber das üblicherweise infrarote Licht des Abtaststrahls sichtbar gemacht werden, und dies wird ausgenutzt, um den Lagesensor bezüglich der Scanebene zu kalibrieren.The sensor is preferably designed as a laser scanner with at least one scanning plane that is periodically scanned by a scanning beam, and the position sensor is calibrated to the scanning plane in advance, especially at the factory, by guiding the scanning beam to a cooperative target and an image of the target is recorded, in particular with an IR camera, and the image is evaluated to determine the alignment of the scan plane. In order to be able to calibrate the sensor in this way, the camera or the im Camera image visible laser line of the scan plane for recording the sensor or for earth gravity can be calibrated. The scan plane cannot be seen on site in the field without tools. In the factory, however, the usually infrared light of the scanning beam can be made visible, and this is used to calibrate the position sensor with respect to the scanning plane.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

1 eine Schnittdarstellung eines Laserscanners;
2a-b eine schematische Darstellung eines Laserscanners in Sollausrichtung und mit entsprechender Anzeige der korrekten Ausrichtung durch mehrere LEDs als Draufsicht beziehungsweise Vorderansicht;
3a-b eine schematische Darstellung entsprechend 2a-b bei Verkippung, hier um einen Rollwinkel; und
4a-b eine schematische Darstellung entsprechend 2a-b bei einer weiteren Verkippung nun sowohl im Roll- wie im Nickwinkel.

The invention is explained in more detail below also with regard to further features and advantages by way of example using embodiments and with reference to the accompanying drawings. The figures in the drawing show in:

1 a sectional view of a laser scanner;
2a-b a schematic representation of a laser scanner in the target alignment and with a corresponding display of the correct alignment by several LEDs as a top view or front view;
3a-b a schematic representation accordingly 2a-b when tilted, here by a roll angle; and
4a-b a schematic representation accordingly 2a-b in the event of a further tilt, now both in the roll and in the pitch angle.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen optoelektronischen Sensor 10 in einer Ausführungsform als Mehrebenenlaserscanner. Die hier vorgestellte Ausrichtung ist für einen derartigen Laserscanner besonders vorteilhaft. Sie ist aber ebenso für einen Laserscanner mit nur einer Scanebene geeignet. Auch andere optoelektronische Sensoren sind denkbar, die ohne periodische Scanbewegung arbeiten. Denkbar sind auch nicht-optische Sensoren, insbesondere ein Radar, dessen Funktionsweise dem beschriebenen Laserscanner unter Verwendung eines anderen Bereichs des elektromagnetischen Spektrums ähnelt. 1 shows a schematic sectional illustration through an optoelectronic sensor 10 in one embodiment as a multilevel laser scanner. The alignment presented here is particularly advantageous for such a laser scanner. However, it is also suitable for a laser scanner with only one scanning plane. Other optoelectronic sensors that work without a periodic scanning movement are also conceivable. Non-optical sensors are also conceivable, in particular a radar whose mode of operation is similar to the described laser scanner using a different region of the electromagnetic spectrum.

Der Sensor 10 umfasst in grober Aufteilung eine bewegliche Ablenkeinheit 12 und eine Sockeleinheit 14. Die Ablenkeinheit 12 ist der optische Messkopf, während in der Sockeleinheit 14 weitere Elemente wie eine Versorgung, Auswertungselektronik, Anschlüsse und dergleichen untergebracht sind. Im Betrieb wird mit Hilfe eines Antriebs 16 der Sockeleinheit 14 die Ablenkeinheit 12 in eine Bewegung um eine Drehachse 18 versetzt, um so einen Überwachungsbereich 20 periodisch abzutasten.The sensor 10 roughly divided into a movable deflection unit 12th and a base unit 14th . The deflection unit 12th is the optical measuring head while in the base unit 14th other elements such as a supply, evaluation electronics, connections and the like are housed. In operation, with the help of a drive 16 the base unit 14th the deflection unit 12th in a movement around an axis of rotation 18th offset to such a surveillance area 20th to scan periodically.

In der Ablenkeinheit 12 erzeugt ein Lichtsender 22 mit mehreren Lichtquellen 22a, beispielsweise LEDs oder Laser in Form von Kantenemittern oder VCSELs, mit Hilfe einer gemeinsamen Sendeoptik 24 mehrere Sendelichtstrahlen 26, die in den Überwachungsbereich 20 ausgesandt werden. Im dargestellten Beispiel sind es fünf Sendelichtstrahlen 26 für fünf Abtastebenen, es können mehr, auch deutlich mehr, und ebenso weniger Sendelichtstrahlen 26 sein. Anstelle einer gemeinsamen Sendeoptik 24 sind Einzeloptiken möglich. Die mehreren Sendelichtstrahlen 26 können auch dadurch entstehen, dass das Licht einer Lichtquelle oder einiger Lichtquellen durch ein Strahlteilerelement, ein diffraktives optisches Element oder dergleichen aufgeteilt wird. In einer weiteren Ausführungsform wird flächig oder mit einer Lichtlinie beleuchtet, und das Sendelicht wird erst empfangsseitig in Abtaststrahlen unterteilt.In the deflection unit 12th generates a light transmitter 22nd with multiple light sources 22a , for example LEDs or lasers in the form of edge emitters or VCSELs, with the help of a common transmission optics 24 multiple transmitted light beams 26th that are in the surveillance area 20th be sent out. In the example shown there are five transmitted light beams 26th for five scanning planes, more, also significantly more, and also fewer transmitted light beams can be used 26th be. Instead of a common transmission optics 24 individual optics are possible. The multiple light rays transmitted 26th can also arise from the fact that the light from a light source or some light sources is split by a beam splitter element, a diffractive optical element or the like. In a further embodiment, the area is illuminated over a large area or with a line of light, and the transmitted light is only divided into scanning beams on the receiving side.

Treffen die Sendelichtstrahlen 26 in dem Überwachungsbereich 20 auf ein Objekt, so kehren entsprechende remittierte Lichtstrahlen 28 zu dem Sensor 10 zurück. Die remittierten Lichtstrahlen 28 werden von einer gemeinsamen Empfangsoptik 30 auf einen Lichtempfänger 32 mit mehreren Lichtempfangselementen 32a geführt, die jeweils ein elektrisches Empfangssignal erzeugen. Die Lichtempfangselemente 32a können separate Bauteile oder Pixel einer integrierten Matrixanordnung sein, beispielsweise Photodioden, APDs (Avalanche Diode) oder SPADs (Single-Photon Avalanche Diode). Die Bemerkungen zur Sendeseite gelten sinngemäß auch hier. Es können mehrere Einzeloptiken vorgesehen sein, und mehrere Abtaststrahlen können auf einem gemeinsamen Lichtempfangselement erfasst werden.Hit the transmitted light rays 26th in the surveillance area 20th on an object, the corresponding reflected light rays return 28 to the sensor 10 return. The remitted light rays 28 are from a common receiving optics 30th on a light receiver 32 with multiple light receiving elements 32a out, which each generate an electrical received signal. The light receiving elements 32a can be separate components or pixels of an integrated matrix arrangement, for example photodiodes, APDs (Avalanche Diode) or SPADs (Single-Photon Avalanche Diode). The comments on the transmission side also apply here accordingly. Several individual optics can be provided, and several scanning beams can be detected on a common light receiving element.

Lichtsender 22 und Lichtempfänger 32 sind in dieser Ausführungsform gemeinsam auf einer Leiterkarte 34 angeordnet, die auf der Drehachse 18 liegt und mit der Welle 36 des Antriebs 16 verbunden ist. Dies ist nur beispielhaft zu verstehen, es sind praktisch beliebige Anzahlen und Anordnungen von Leiterkarten denkbar. Auch der optische Grundaufbau mit biaxial nebeneinanderliegendem Lichtsender 22 und Lichtempfänger 32 ist nicht zwingend und durch jede an sich von einstrahligen optoelektronischen Sensoren oder Laserscannern bekannte Bauform ersetzbar. Ein Beispiel dafür ist eine koaxiale Anordnung mit oder ohne Strahlteiler.Light transmitter 22nd and light receivers 32 are in this embodiment together on one printed circuit board 34 arranged on the axis of rotation 18th lies and with the wave 36 of the drive 16 connected is. This is only to be understood as an example; practically any number and arrangement of circuit cards are conceivable. Also the basic optical structure with a biaxially adjacent light transmitter 22nd and light receivers 32 is not mandatory and can be replaced by any design known per se from single-beam optoelectronic sensors or laser scanners. An example of this is a coaxial arrangement with or without a beam splitter.

Eine berührungslose Versorgungs- und Datenschnittstelle 38 verbindet die bewegliche Ablenkeinheit 12 mit der ruhenden Sockeleinheit 14. Dort befindet sich eine Steuer- und Auswertungseinheit 40, die zumindest teilweise auch auf der Leiterkarte 34 oder an anderem Ort in der Ablenkeinheit 12 untergebracht sein kann. Insbesondere ist vorstellbar, einen Teil der Auswertung schon im Lichtempfänger 32 unterzubringen, etwa durch eine ASIC-Bauweise (Application-Specific Integrated Circuit), wobei einzelne Zellen gleich digital auswertet und weiterverarbeitet werden. Die Steuer- und Auswertungseinheit 40 steuert den Lichtsender 22 und erhält die Empfangssignale des Lichtempfängers 32 zur weiteren Auswertung. Sie steuert außerdem den Antrieb 16 und erhält das Signal einer nicht gezeigten, von Laserscannern allgemein bekannten Winkelmesseinheit, welche die jeweilige Winkelstellung der Ablenkeinheit 12 bestimmt.A contactless supply and data interface 38 connects the movable deflection unit 12th with the stationary base unit 14th . A control and evaluation unit is located there 40 that at least partially also on the circuit board 34 or at another location in the deflection unit 12th can be accommodated. In particular, it is conceivable that part of the evaluation already takes place in the light receiver 32 be accommodated, for example through an ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) design, whereby individual cells are digitally evaluated and further processed. The control and evaluation unit 40 controls the light transmitter 22nd and receives the received signals from the light receiver 32 to the further evaluation. It also controls the drive 16 and receives the signal from an angle measuring unit (not shown), generally known from laser scanners, which determines the respective angular position of the deflection unit 12th certainly.

Zur Auswertung wird die Distanz zu einem angetasteten Objekt gemessen. Zusammen mit der Information über die Winkelstellung von der Winkelmesseinheit stehen nach jeder Scanperiode mit Winkel und Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objektpunkte in einer Abtastebene zur Verfügung. Die jeweilige Abtastebene, sofern es mehrere Abtastebenen gibt, ist über die Identität des jeweiligen Abtaststrahls 26, 28 ebenfalls bekannt, so dass insgesamt ein dreidimensionaler Raumbereich abgetastet wird.For the evaluation, the distance to a touched object is measured. Together with the information about the angular position from the angle measuring unit, two-dimensional polar coordinates of all object points in a scanning plane are available after each scanning period with angle and distance. The respective scanning plane, if there are several scanning planes, is based on the identity of the respective scanning beam 26th , 28 also known, so that a total of a three-dimensional space is scanned.

Damit sind die Objektpositionen beziehungsweise Objektkonturen bekannt und können über eine Sensorschnittstelle 42 ausgegeben werden. Die Sensorschnittstelle 42 oder ein weiterer, nicht gezeigter Anschluss dienen umgekehrt als Parametrierschnittstelle. Der Sensor 10 kann auch als Sicherheitssensor für einen Einsatz in der Sicherheitstechnik zur Überwachung einer Gefahrenquelle ausgebildet sein, wie einleitend kurz vorgestellt.This means that the object positions or object contours are known and can be accessed via a sensor interface 42 are issued. The sensor interface 42 or another connection, not shown, serves as a parameterization interface. The sensor 10 can also be designed as a safety sensor for use in safety technology for monitoring a source of danger, as briefly introduced in the introduction.

Der dargestellte Sensor 10 ist ein Laserscanner mit rotierendem Messkopf, nämlich der Ablenkeinheit 12. Alternativ ist auch eine periodische Ablenkung mittels Drehspiegel oder einem Facettenspiegelrad denkbar. Eine weitere alternative Ausführungsform schwenkt die Ablenkeinheit 12 hin und her, entweder anstelle der Drehbewegung oder zusätzlich um eine zweite Achse senkrecht zur Drehbewegung, um auch in Elevation eine Abtastbewegung zu erzeugen. Weiterhin kann die Scanbewegung zur Erzeugung der Scanebene stattdessen auch mit anderen bekannten Methoden erzeugt werden, beispielsweise MEMS-Spiegeln, optical phased arrays oder akusto-optischen Modulatoren.The sensor shown 10 is a laser scanner with a rotating measuring head, namely the deflection unit 12th . Alternatively, a periodic deflection by means of a rotating mirror or a facet mirror wheel is also conceivable. Another alternative embodiment pivots the deflector 12th back and forth, either instead of the rotary movement or additionally around a second axis perpendicular to the rotary movement, in order to generate a scanning movement in elevation as well. Furthermore, the scanning movement for generating the scanning plane can instead also be generated using other known methods, for example MEMS mirrors, optical phased arrays or acousto-optical modulators.

Während der Bewegung der Ablenkeinheit 12 wird durch jeden der Sendelichtstrahlen 26 jeweils eine Fläche abgetastet. Nur bei einem Ablenkwinkel von 0°, dem mittleren der in 1 gezeigten Sendelichtstrahlen 26, wird dabei eine Abtast- oder Scanebene des Überwachungsbereichs 20 abgetastet. Die übrigen Sendelichtstrahlen tasten die Mantelfläche eines Kegels ab, der je nach Ablenkwinkel unterschiedlich spitz ausgebildet ist. Bei mehreren Sendelichtstrahlen 26, die in unterschiedlichen Winkeln nach oben und unten abgelenkt werden, entsteht insgesamt als Abtastgebilde eine Art Schachtelung von mehreren Sanduhren. Auch diese Flächen werden hier vereinfachend als Abtastebenen bezeichnet.During the movement of the deflection unit 12th is made by each of the transmitted light rays 26th scanned one area at a time. Only at a deflection angle of 0 °, the middle of the in 1 transmitted light rays shown 26th , becomes a scanning or scanning plane of the monitoring area 20th scanned. The remaining transmitted light beams scan the outer surface of a cone, which is designed to be differently acute depending on the deflection angle. With several transmitted light beams 26th that are deflected up and down at different angles, a kind of nesting of several hourglasses is created as a scanning structure. These areas are also referred to here as scanning planes for the sake of simplicity.

In einer praktischen Anwendung muss der Sensor 10 richtig ausgerichtet montiert werden. Deshalb ist ein Lagesensor 44 vorgesehen, der als IMU (Inertial Measurement Unit) ausgebildet sein kann. Die jeweilige Ausrichtinformation des Lagesensors 44 wird von der Steuer- und Auswertungseinheit 40 eingelesen. Über den Sensor 10 verteilt sind außerdem mindestens drei Lichtquellen 46a-b oder LEDs angeordnet, von denen in der Schnittansicht der 1 nur zwei zu erkennen sind. Die Lichtquellen 4ba-b liegen vorzugsweise möglichst weit auseinander und in einer gemeinsamen Ebene. Sie werden von der Steuer- und Auswertungseinheit 40 angesteuert, um anzuzeigen, ob eine Sollausrichtung erreicht ist oder welche Abweichung zwischen der tatsächlichen Ausrichtung gemäß dem Lagesensor 44 und der Sollausrichtung besteht.In a practical application, the sensor must 10 correctly aligned. Therefore is a position sensor 44 provided, which can be designed as an IMU (Inertial Measurement Unit). The respective alignment information of the position sensor 44 is from the control and evaluation unit 40 read in. About the sensor 10 There are also at least three light sources distributed 46a-b or LEDs arranged, of which in the sectional view of the 1 only two can be seen. The light sources 4ba-b are preferably as far apart as possible and in a common plane. They are from the control and evaluation unit 40 controlled to indicate whether a target alignment has been achieved or what deviation between the actual alignment according to the position sensor 44 and the target alignment exists.

2a-b zeigt den Sensor 10 in einer schematischen Darstellung ohne dessen einzelne Elemente, wobei 2a eine Draufsicht und 2b eine Vorderansicht ist. Dargestellt sind lediglich ein Gehäuse mit einem oberen Gehäuseteil 48a und einem unteren Gehäuseteil 48b sowie die Lichtquellen 46a-d. Die beiden Gehäuseteile 48a-b können der Ablenkeinheit 12 und der Sockeleinheit 14 entsprechen, aber dabei kann es auch einen Übergangsbereich geben, in dem diese Zuordnung noch nicht stimmt. Das obere Gehäuseteil 48a ist mindestens teilweise transparent, um die Abtaststrahlen 26, 28 passieren zu lassen, und wird auch als Haube oder Frontscheibe bezeichnet. In 2b ist zur Veranschaulichung die einzige oder die zentrale Scanebene 50 bei Elevation 0° eingezeichnet. 2a-b shows the sensor 10 in a schematic representation without its individual elements, wherein 2a a top view and 2 B is a front view. Only a housing with an upper housing part is shown 48a and a lower housing part 48b as well as the light sources 46a-d . The two housing parts 48a-b can use the deflection unit 12th and the base unit 14th correspond, but there can also be a transition area in which this assignment is not yet correct. The upper part of the case 48a is at least partially transparent to the scanning rays 26th , 28 to let pass, and is also known as a hood or windshield. In 2 B is the only or the central scanning plane for illustration purposes 50 drawn in at elevation 0 °.

In diesem Ausführungsbeispiel werden demnach vier Lichtquellen 46a-d statt der Mindestanzahl von drei Lichtquellen eingesetzt. Sie sitzen an den Ecken des viereckigen beziehungsweise rechteckigen Querschnitts an der Oberseite des unteren Gehäuseteils 48b und damit in größtmöglichem Abstand zueinander und in derselben Ebene.In this embodiment, therefore, there are four light sources 46a-d used instead of the minimum number of three light sources. They sit at the corners of the square or rectangular cross-section on the top of the lower housing part 48b and thus at the greatest possible distance from one another and in the same plane.

In 2a-b ist die Sollausrichtung eine horizontale Orientierung der Scanebene 50 und damit eine aufrechte Lage des Sensors 10. Das kann auch so ausgedrückte werden, dass Nick- und Rollwinkel 0° betragen sollen. Beides kann der Lagesensor 44 bezüglich der Richtung der Schwerkraft messen, den Gierwinkel dagegen in dieser Orientierung des Sensors 10 nicht. Der Gierwinkel entspricht dem jeweiligen Drehwinkel der Ablenkeinheit 12, und dessen Ursprung kann unabhängig von der Ausrichtung des Sensors 10 im Feld festgelegt oder beispielsweise wie in der einleitend genannten EP 2 937 715 B1 vom Benutzer vorgegeben werden. Alternativ zu der Horizontalen als Sollausrichtung kann ein anderer Roll- und Nickwinkel über die Sensorschnittstelle 42 oder ein nicht gezeigtes Bedienelement vorgegeben werden. Bei schräger Ausrichtung verschieben sich die Winkel, die von dem Lagesensor 44 gemessen werden können, und es kann insbesondere auch der Gierwinkel gemessen und angezeigt werden.In 2a-b the target alignment is a horizontal orientation of the scan plane 50 and thus an upright position of the sensor 10 . This can also be expressed in such a way that the pitch and roll angles should be 0 °. The position sensor can do both 44 Measure in relation to the direction of gravity, but measure the yaw angle in this orientation of the sensor 10 not. The yaw angle corresponds to the respective angle of rotation of the deflection unit 12th , and its origin can be independent of the orientation of the sensor 10 specified in the field or, for example, as mentioned in the introduction EP 2 937 715 B1 can be specified by the user. As an alternative to the horizontal as the target alignment, another roll and pitch angle can be used via the sensor interface 42 or a control element (not shown) can be specified. In the case of an inclined alignment, the angles shifted by the position sensor 44 measured can be, and in particular the yaw angle can also be measured and displayed.

Die Lichtquellen 46a-d können von der Steuer- und Auswertungseinheit 40 mit unterscheidbaren Lichtsignalen angesteuert werden. Vorzugsweise handelt es sich um mehrfarbige Lichtquellen 46a-d, insbesondere Multicolor- oder RGB-LEDs. Am Beispiel unterschiedlicher Farben wird die Anzeige der Ausrichtung im Folgenden beschrieben. Das ist eine besonders eingängige und gut erkennbare Anzeigemöglichkeit. Es wäre aber auch eine unterschiedliche Helligkeit oder Abfolge eines Blinksignals denkbar. Mehrere Anzeigemodalitäten lassen sich auch kombinieren, indem beispielsweise schnelles Blinken in einer bestimmten Farbe eine starke Abweichung in einer durch die Farbe codierten Richtung bedeutet. Die verschiedenen Signale der Lichtquellen 46a-d ersetzen ein Display.The light sources 46a-d can from the control and evaluation unit 40 can be controlled with distinguishable light signals. They are preferably multicolored light sources 46a-d , especially multicolor or RGB LEDs. The display of the alignment is described below using different colors as an example. This is a particularly catchy and easily recognizable display option. However, a different brightness or sequence of a blink signal would also be conceivable. Several display modalities can also be combined, for example rapid flashing in a certain color means a strong deviation in a direction coded by the color. The various signals from the light sources 46a-d replace a display.

Der Sensor 10 kann zum Ausrichten in einen entsprechenden Ausrichtmodus versetzt werden, der über die Sensorschnittstelle 42 oder eine Taste am Sensor 10 gestartet wird. Außerhalb des Ausrichtmodus sind die Lichtquellen 46a-d vorzugsweise inaktiv oder werden für andere Zwecke genutzt. Die Steuer- und Auswertungseinheit 40 führt dann einen beispielsweise zyklisch wiederholten Vergleich zwischen der von dem Lagesensor 44 erfassten tatsächlichen Ausrichtung und der fest oder durch den Benutzer vorgegebenen Sollausrichtung durch. An den Lichtquellen 46a-d gibt die Steuer- und Auswertungseinheit 40 Lichtsignale, ob auf der entsprechenden Achse die gewünschte Ausrichtung erreicht ist oder nicht. Vorteilhafterweise wird die Anzeige für eine noch nicht korrekte Ausrichtung noch nach der Richtung differenziert. In einem konkreten Beispiel steht eine grüne Anzeige für eine richtige Ausrichtung, blau für zu tief und rot für zu hoch. Die konkreten Farben sind austauschbar, solange der Anwender die Bedeutung kennt. Für feinere Abstufungen können zusätzliche Modalitäten wie die Helligkeit hinzukommen, die das Ausmaß der Abweichung darstellen.The sensor 10 can be switched to a corresponding alignment mode for alignment via the sensor interface 42 or a button on the sensor 10 is started. The light sources are outside the alignment mode 46a-d preferably inactive or used for other purposes. The control and evaluation unit 40 then performs, for example, a cyclically repeated comparison between that of the position sensor 44 detected actual alignment and the fixed or predetermined target alignment by the user. At the light sources 46a-d gives the control and evaluation unit 40 Light signals indicating whether the desired alignment has been achieved on the corresponding axis or not. The display is advantageously also differentiated according to the direction for a not yet correct alignment. In a specific example, a green indicator stands for correct alignment, blue for too deep and red for too high. The specific colors are interchangeable as long as the user knows the meaning. For finer gradations, additional modalities such as brightness can be added, which represent the extent of the deviation.

In dem Beispiel der 2a-b ist der Sensor bereits korrekt horizontal ausgerichtet. Alle vier Lichtquellen 46a-d zeigen deshalb dieselbe Farbe an, beispielsweise grün, die für richtige Ausrichtung steht.In the example of the 2a-b the sensor is already correctly aligned horizontally. All four light sources 46a-d therefore show the same color, for example green, which stands for correct alignment.

3a-b zeigt ein weiteres Beispiel, in dem der Sensor 10 im Rollwinkel verkippt ist. Die Definition des Rollwinkels ist eine Konvention, die hier so gewählt ist, dass der Rollwinkel in der einen vertikalen Symmetrieebene und der Nickwinkel in der anderen vertikalen Symmetrieebene gemessen wird. Die Lichtquellen 46a,d an der linken Seite leuchten blau, diejenigen an der rechten Seite rot, um anzuzeigen, dass der Sensor 10 links relativ zu rechts angehoben werden beziehungsweise umgekehrt rechts relativ zu links abgesenkt werden muss. 3a-b shows another example in which the sensor 10 is tilted in the roll angle. The definition of the roll angle is a convention that is chosen here so that the roll angle is measured in one vertical plane of symmetry and the pitch angle is measured in the other vertical plane of symmetry. The light sources 46a , d on the left side light up blue, those on the right side red to indicate that the sensor is 10 the left must be raised relative to the right or, conversely, the right must be lowered relative to the left.

4a-b zeigt nochmals ein Beispiel, in dem der Sensor 10 nun im Rollwinkel und im Nickwinkel verkippt ist. Zu beachten ist, dass in 4b die Darstellung gegenüber den 2b und 3b um 90° aus der Zeichenebene herausgedreht ist. Da der Sensor 10 in diesem Beispiel gerade bezüglich der Diagonalen zur Grundfläche verkippt ist, zeigen die Lichtquellen 46b,d grün, da auf dieser Achse die Ausrichtung bereits stimmt. Auf der Gegendiagonalen muss korrigiert werden, indem bezogen auf die Zeichnung der Sensor links relativ zu rechts angehoben beziehungsweise umgekehrt rechts relativ zu links abgesenkt wird. So können in diesem konkreten Beispiel Roll- und Nickwinkel gleichzeitig korrigiert werden. Im Allgemeinen würde der Sensor 10 unterschiedliche Roll- und Nickwinkel aufweisen, und dazu würden auch die Lichtquellen 46b,d rot beziehungsweise blau aufleuchten. 4a-b shows another example in which the sensor 10 is now tilted in the roll angle and in the pitch angle. It should be noted that in 4b the representation compared to the 2 B and 3b rotated 90 ° out of the plane of the drawing. Because the sensor 10 in this example is just tilted with respect to the diagonal to the base, the light sources show 46b , d green, because the alignment is already correct on this axis. Corrections must be made on the opposite diagonal by raising the sensor on the left relative to the right or, conversely, lowering it on the right relative to the left, in relation to the drawing. In this specific example, roll and pitch angles can be corrected at the same time. Generally the sensor would 10 have different roll and pitch angles, and that would include the light sources 46b , d light up red or blue.

Je nach Form und Größe des Sensors 10 können die Positionen und Anzahl der Lichtquellen 46a-d variiert werden, solange es mehr als drei Lichtquellen sind, die nicht kollinear angeordnet sind und somit eine Ebene im Raum definieren. Die Anzeige kann auch akustisch unterstützt werden.Depending on the shape and size of the sensor 10 can change the positions and number of light sources 46a-d can be varied as long as there are more than three light sources that are not arranged collinear and thus define a plane in space. The display can also be supported acoustically.

Der Lagesensor 44 wird vorzugsweise ab Werk kalibriert ausgeliefert. Die Kalibrierung muss nicht unbedingt im Bezug zu einer Fläche des Gehäuses 48a-b erfolgen. Für einen Laserscanner ist häufig die Scanebene die bessere Referenz, da hier die Messwerte erfasst werden. Aufgrund von Toleranzen ist nicht gewährleistet, dass die Scanebene zu einer Gehäusefläche parallel ist.The position sensor 44 is preferably delivered calibrated from the factory. The calibration does not necessarily have to be in relation to a surface of the housing 48a-b take place. The scan plane is often the better reference for a laser scanner, as this is where the measured values are recorded. Due to tolerances, it cannot be guaranteed that the scanning plane is parallel to a housing surface.

Die Kalibrierung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass in der Fertigung zunächst der Lagesensor 44 zu einer oder mehreren bekannten Ausrichtungen des Laserscanners kalibriert wird. Dann wird die Scanebene zu einer dieser Ausrichtungen vermessen. Eine praktische Möglichkeit dafür ist, ein weißes Ziel in der Scanebene anzuordnen und während des Scannens des Laserscanners ein Bild dieses Ziels mit einer IR-Kamera aufzunehmen. Im Kamerabild ist die Laserscanlinie auf dem Ziel zu sehen, und über Bildverarbeitungsalgorithmen kann die Lage als Winkel bestimmt werden. Daraus lässt sich dann ein Korrekturwert berechnen, der die die Messdaten des Lagescanners 44 auf die Scanebene und nicht mehr auf das Gehäuse 48a-b referenziert.The calibration can be carried out, for example, by first using the position sensor in production 44 is calibrated to one or more known orientations of the laser scanner. Then the scan plane is measured for one of these alignments. A practical option for this is to place a white target in the scan plane and take an image of this target with an IR camera while the laser scanner is scanning. The laser scan line on the target can be seen in the camera image, and the position can be determined as an angle using image processing algorithms. A correction value can then be calculated from this, which contains the measurement data of the position scanner 44 on the scan plane and no longer on the housing 48a-b referenced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims

Sensor device (10), in particular laser scanner or radar sensor, which has a housing (48a-b), a position sensor (44) for determining an alignment, a display device (46a-d) for displaying alignment information and a control and evaluation unit (40) which is designed to use the position sensor (44) to determine its own alignment of the sensor device (10), to compare it with a target alignment and to display a comparison result by the display device (46a-d), characterized in that the display device (46a -d) has at least three light sources (46a-d) at positions distributed over the housing (48a-b), each light source (46a-d) being able to assume at least a first display state for correct alignment and a second display state for not yet correct alignment , and that the control and evaluation unit (40) is designed to display the comparison result by means of display states of the light sources (46a-d) u show.

Sensor device (10) according to Claim 1 wherein the display states relate to an axis represented by the position of the displaying light source (46a-d).

Sensor device (10) according to Claim 1 or 2 , wherein the light sources (46a-d) can each assume three display states, and wherein the control and evaluation unit (40) is designed to use the second display state at a light source (46a-d) when the orientation is too low and a third display state when too high orientation display.

Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the light sources (46a-d) are designed to assume display states as different colors.

Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the light sources (46a-d) are designed as multicolored LEDs.

Sensor device (10) according to one of the preceding claims, wherein the housing (48a-b) has a square cross-sectional area and the light sources (46a-d) are arranged in the corners, in particular four light sources (46a-d) in all four corners.

Sensor device (10) according to one of the preceding claims, which has an interface (42) for specifying the target alignment.

Sensor device (10) according to one of the preceding claims, which is designed as a laser scanner with at least one scanning plane (50) and at least one light transmitter (22) for emitting transmitted light (26), a movable deflection unit (12) for periodic deflection of the transmitted light (26) ) and a light receiver (32) for receiving the transmitted light (28) remitted by objects in the scanning plane (50), the control and evaluation unit (40) being designed to use a light transit time of the transmitted and re-received transmitted light (26, 28) Measure distances.

Sensor device (10) according to Claim 8 , wherein the position sensor (44) is calibrated to a scan plane (50).