DE202024101465U1

DE202024101465U1 - Optoelectronic sensor

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Publication number: DE202024101465U1
Application number: DE202024101465.0U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2024-03-22
Filing date: 2024-03-22
Publication date: 2024-04-11
Anticipated expiration: 2034-03-23

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (20), wobei der Sensor (10) einen Lichtsender (12) zum Aussenden von Sendelicht (16), eine bewegliche Ablenkeinheit (18) zur periodischen Ablenkung des Sendelichts (16), einen Lichtempfänger (28) zum Erzeugen eines Empfangssignals aus von Objekten in dem Überwachungsbereich (20) remittiertem Sendelicht (Empfangslicht 24), wobei Lichtsender (12) und Lichtempfänger (28) koaxial angeordnet sind und Sendestrahlengang und Empfangsstrahlengang überlappen, und eine Steuer- und Auswertungseinheit (36) zur Erfassung von Informationen über Objekte in dem Überwachungsbereich (20) anhand des Empfangssignals aufweist, wobei um den Strahlengang des Sendelichts (16) eine Abschirmeinrichtung (22) angeordnet ist, um ein Übersprechen des Sendelichts (16) auf den Lichtempfänger (28) zu unterdrücken und im Strahlengang des remittierten Sendelichts (24) ein Umlenkelement (30) angeordnet ist, um einen Anteil des remittierten Sendlichts (24a, 24b) zu dem Lichtempfänger (28) umzulenken, der ohne das Umlenkelement (30) die Abschirmeinrichtung (22) treffen würde, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (30) fokussierend ausgebildet ist, um aus einem Nahbereich (21) remittiertes Empfangslicht (24b) auf den Lichtempfänger (28) zu fokussieren.

Optoelectronic sensor (10), in particular a laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (20), wherein the sensor (10) has a light transmitter (12) for emitting transmitted light (16), a movable deflection unit (18) for periodically deflecting the transmitted light (16), a light receiver (28) for generating a reception signal from transmitted light (received light 24) remitted by objects in the surveillance area (20), wherein the light transmitter (12) and the light receiver (28) are arranged coaxially and the transmitted beam path and the received beam path overlap, and a control and evaluation unit (36) for detecting information about objects in the surveillance area (20) based on the reception signal, wherein a shielding device (22) is arranged around the beam path of the transmitted light (16) in order to suppress crosstalk of the transmitted light (16) to the light receiver (28) and in the beam path of the remitted A deflection element (30) is arranged between the transmitted light (24) in order to deflect a portion of the remitted transmitted light (24a, 24b) to the light receiver (28) which portion would hit the shielding device (22) without the deflection element (30), characterized in that the deflection element (30) is designed to be focusing in order to focus received light (24b) remitted from a close range (21) onto the light receiver (28).

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, insbesondere einen Laserscanner nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an optoelectronic sensor, in particular a laser scanner according to the preamble of claim 1.

Für Abstandsmessungen, die einen großen horizontalen Winkelbereich des Messsystems erforderlich machen, eignen sich optoelektronische Systeme und besonders Laserscanner. In einem Laserscanner überstreicht ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe einer Ablenkeinheit, meist eines Drehspiegels, 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.Optoelectronic systems and especially laser scanners are suitable for distance measurements that require a large horizontal angle range of the measuring system. In a laser scanner, a light beam generated by a laser periodically sweeps over a monitoring area with the help of a deflection unit, usually a rotating mirror. The light is remitted by objects in the monitoring 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 determined from the light travel time using the speed of light in a phase or pulse method.

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 dritte Raumkoordinate kann durch eine Relativbewegung in Querrichtung ebenfalls erfasst werden, beispielsweise durch einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad der Ablenkeinheit in dem Laserscanner oder indem das Objekt relativ zu dem Laserscanner befördert wird. So können auch dreidimensionale Konturen ausgemessen werden.The angle and distance information is used to record the location of an object in the monitoring area in two-dimensional polar coordinates. This allows the positions of objects to be determined or their contours to be determined. The third spatial coordinate can also be recorded by a relative movement in the transverse direction, for example by a further degree of freedom of movement of the deflection unit in the laser scanner or by moving the object relative to the laser scanner. This also allows three-dimensional contours to be measured.

Neben solchen Messanwendungen werden Laserscanner auch in der Sicherheitstechnik zur Überwachung einer Gefahrenquelle eingesetzt, wie sie beispielsweise eine gefährliche Maschine darstellt. Ein derartiger Sicherheitslaserscanner ist aus der DE 43 40756 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).In addition to such measurement applications, laser scanners are also used in safety technology to monitor a source of danger, such as a dangerous machine. Such a safety laser scanner is known from the DE 43 40756 A1 known. A protective field is monitored that the operating personnel must not enter while the machine is in operation. If the laser scanner detects an inadmissible intrusion into the protective field, such as 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 (ESPD).

Es ist bekannt, das Sendelicht mit einem Sendetubus abzuschirmen, um zu verhindern, dass Sendelicht auf den Empfangspfad überspricht. Besonders bei nahen Zielen wird sonst unter Umständen der Signalanteil sogar dominant, der an dem Drehspiegel oder an einer Frontscheibe in den Empfangspfad gelangt, und das verzerrt oder verhindert eine Objekterfassung. Der Sendetubus wird am Drehspiegel befestigt und verschattet unweigerlich einen Teil des Drehspiegels. Die entsprechenden Teile des Drehspiegels und der Empfangsoptik bleiben damit ungenutzt. Ein Teil des Empfangslichts geht deswegen verloren. Es ist bekannt, auch diesen an sich verloren gegangenen Anteil des Empfangslicht durch ein zusätzliches Umlenkelement zu nutzen. Das ist aus der gattungsbildenden EP 3699638 B1 bekannt.It is known to shield the transmitted light with a transmitting tube in order to prevent the transmitted light from spilling over into the receiving path. Especially with close targets, the signal component that reaches the receiving path at the rotating mirror or a front window may otherwise become dominant, and this distorts or prevents object detection. The transmitting tube is attached to the rotating mirror and inevitably shades part of the rotating mirror. The corresponding parts of the rotating mirror and the receiving optics thus remain unused. Part of the received light is therefore lost. It is known to use this otherwise lost part of the received light by means of an additional deflection element. This is from the generic EP3699638B1 known.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung mit einem gattungsgemäßen Sensor zu verbessern.It is the object of the invention to improve the detection with a generic sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor, insbesondere einen Laserscanner, nach Anspruch 1 gelöst. Ein Lichtsender erzeugt Sendelicht und sendet es in den Überwachungsbereich aus. Mit Hilfe einer beweglichen Ablenkeinheit wird eine periodische Scanbewegung des Sendelichts erzeugt. Das Sendelicht wird als remittiertes Sendelicht wieder empfangen (Empfangslicht), nachdem es zumindest teilweise im Überwachungsbereich von einem Objekt zurückgeworfen wurde. Das entsprechende Empfangssignal eines Lichtempfängers wird ausgewertet, um eine optisch erfassbare Information über das Objekt zu gewinnen, wie eine binäre Anwesenheitsinformation, einen Abstand, eine Position oder auch eine Farbe. Eine Abschirmeinrichtung verhindert, dass Sendelicht auf den Lichtempfänger überspricht, also beispielsweise an der Ablenkeinheit oder einer Frontscheibe in den Lichtempfänger reflektiert wird, ohne den Laserscanner verlassen zu haben und dort im Überwachungsbereich auf ein Objekt zu treffen. Die Abschirmeinrichtung ist um den Strahlengang des Sendelichts angeordnet, was aber nur vorzugsweise heißt, dass das Sendelicht in allen und nicht nur einigen Richtungen umgeben ist. Der Anteil des Empfangslichts, der an der Abschirmeinrichtung durch Abschattung durch die Abschirmeinrichtung verlorenginge, wird in dem Bereich des Strahlquerschnitts, der diesen Schatten wirft, durch ein Umlenkelement auf den Empfänger geführt. Damit wird remittiertes Sendelicht, das sonst die Abschirmeinrichtung treffen würde, zumindest teilweise zum Lichtempfänger beziehungsweise zunächst zu einer Empfangsoptik gelenkt. Anzumerken ist, dass es zwei Formen der Abschattung gibt. Einmal fällt ein Teil des remittierten Sendelichts direkt auf die Abschirmeinrichtung und erreicht die Ablenkeinheit gar nicht mehr. Zum zweiten wird aber auch ein Teil des remittierten Sendelichts noch abgelenkt, fällt aber dann auf die Abschirmeinrichtung. Die Umlenkung betrifft vorzugsweise einen möglichst großen Anteil des sonst an der Abschirmeinrichtung verlorenen Lichts.This object is achieved by an optoelectronic sensor, in particular a laser scanner, according to claim 1. A light transmitter generates transmitted light and emits it into the monitoring area. A periodic scanning movement of the transmitted light is generated with the aid of a movable deflection unit. The transmitted light is received again as remitted transmitted light (received light) after it has been at least partially reflected by an object in the monitoring area. The corresponding received signal from a light receiver is evaluated in order to obtain optically detectable information about the object, such as binary presence information, a distance, a position or even a color. A shielding device prevents transmitted light from spilling over into the light receiver, i.e., for example, from being reflected into the light receiver at the deflection unit or a front window without having left the laser scanner and hitting an object there in the monitoring area. The shielding device is arranged around the beam path of the transmitted light, but this only preferably means that the transmitted light is surrounded in all and not just some directions. The portion of the received light that would be lost at the shielding device due to shading by the shielding device is guided to the receiver by a deflection element in the area of the beam cross-section that casts this shadow. This means that remitted transmitted light that would otherwise hit the shielding device is at least partially directed to the light receiver or initially to a receiving optics. It should be noted that there are two forms of shading. Firstly, part of the remitted transmitted light falls directly onto the shielding device and no longer reaches the deflection unit. Secondly, part of the remitted transmitted light is also deflected, but then falls onto the shielding device. The deflection preferably affects as large a portion as possible of the light that would otherwise be lost at the shielding device.

Erfindungsgemäß ist das Umlenkelement fokussierend ausgebildet, um aus einem Nahbereich remittiertes Empfangslicht auf den Lichtempfänger zu fokussieren.According to the invention, the deflection element is designed to focus in order to to focus remitted received light onto the light receiver.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Signalpegel des Sensors insbesondere für Remissionen aus dem Nahbereich erhöht wird. Denn Remissionen aus dem Nahbereich fallen zum großen Teil direkt zurück in die Abschirmeinrichtung, weil die Abschirmeinrichtung eine endliche Querausdehnung hat und die in der Regel bis an eine für das Licht durchlässige Frontabdeckung reicht. Erst wenn das remittierende Objekt weiter entfernt ist, fällt ausreichend Empfangslicht auch an der Abschirmeinrichtung vorbei in den Empfangslichtpfad, um durch den Empfänger nachgewiesen werden zu können.The invention has the advantage that the signal level of the sensor is increased, particularly for remissions from the close range. Remissions from the close range largely fall directly back into the shielding device because the shielding device has a finite transverse extension and usually reaches up to a front cover that is permeable to light. Only when the remitting object is further away does sufficient received light fall past the shielding device into the received light path to be able to be detected by the receiver.

Mit der Erfindung, bei der durch die fokussierenden Eigenschaften des Umlenkelements für Licht aus dem Nahbereich besser auf den Empfänger geführt ist, wird der Singalpegel für Empfangslicht aus dem Nahbereich erhöht. Das verbessert die Nachweiswahrscheinlichkeit von Objekten. Die Aufgabe ist damit gelöst.With the invention, in which the focusing properties of the deflection element for light from the near range are better guided to the receiver, the signal level for received light from the near range is increased. This improves the probability of detecting objects. The task is thus solved.

Das Umlenkelement macht somit nicht nur einen ungenutzten Abschattungsbereich der Abschirmeinrichtung zugänglich, sondern fördert auch die Nachweisempfindlichkeit in einem Nahbereich. Die sonstige Funktion des Sensors wird dabei in keiner Weise beeinträchtigt, insbesondere bleibt die volle Abschirmwirkung gegen Übersprechen von Sendelicht erhalten. Es ist keine Veränderung der Baugröße erforderlich. Das Umlenkelement selbst kann sehr kostengünstig durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei es auch einstückig mit Abschirmeinrichtung ausgebildet sein kann.The deflection element not only makes an unused shading area of the shielding device accessible, but also increases the detection sensitivity in a close range. The other functions of the sensor are not impaired in any way, in particular the full shielding effect against crosstalk of transmitted light is retained. No change in size is necessary. The deflection element itself can be manufactured very inexpensively using an injection molding process, and it can also be formed in one piece with the shielding device.

Das Umlenkelement ist bevorzugt derart angeordnet und ausgebildet, dass der umgelenkte Anteil des remittierten Sendelichts die Ablenkeinheit nicht mehr trifft. Die Umlenkung führt also den umgelenkten Anteil des remittierten Sendelichts an der Ablenkeinheit vorbei.The deflection element is preferably arranged and designed in such a way that the deflected portion of the remitted transmitted light no longer hits the deflection unit. The deflection therefore guides the deflected portion of the remitted transmitted light past the deflection unit.

Die Abschirmeinrichtung ist bevorzugt als ein das Sendelicht umgebender Sendetubus ausgebildet. Der Sendetubus ähnelt einem verkürzten Periskop, das aber nur sendeseitig genutzt wird. In einer L-förmigen Ausführungsform führt der erste Arm vom Lichtsender zu der Ablenkeinheit und der zweite Arm rechtwinklig dazu von der Ablenkeinheit zur Frontabdeckung. Die Abschirmeinrichtung umgibt vorteilhafterweise den gesamten internen Pfad des Sendelichts. Unabhängig von der Ausgestaltung bewegt sich die Abschirmeinrichtung vorzugsweise mit der Ablenkeinheit mit, ist beispielsweise an deren Spiegelfläche befestigt.The shielding device is preferably designed as a transmission tube that surrounds the transmitted light. The transmission tube resembles a shortened periscope, which is only used on the transmission side. In an L-shaped embodiment, the first arm leads from the light transmitter to the deflection unit and the second arm at right angles to this from the deflection unit to the front cover. The shielding device advantageously surrounds the entire internal path of the transmitted light. Regardless of the design, the shielding device preferably moves with the deflection unit, for example, it is attached to its mirror surface.

Das Umlenkelement weist bevorzugt eine Spiegelfläche auf. Damit ist eine Umlenkung um einen gewünschten Winkel besonders einfach möglich und durch Formgebung der Spiegeloberfläche, beispielsweise gebogen, ist die fokussierende Eigenschaft einfach herstellbar.The deflection element preferably has a mirror surface. This makes deflection by a desired angle particularly easy and by shaping the mirror surface, for example by making it curved, the focusing property can be easily achieved.

Das Umlenkelement ist bevorzugt mit der Ablenkeinheit mitbewegt angeordnet. Dazu wird es nochmals bevorzugt mit der Ablenkeinheit verbunden. Ein ruhendes Umlenkelement ist wegen der sich im Verlauf der Bewegung der Ablenkeinheit ändernden Strahlverläufe und Orientierungen nicht ohne Weiteres möglich.The deflection element is preferably arranged so that it moves with the deflection unit. For this purpose, it is preferably connected to the deflection unit. A stationary deflection element is not possible because the beam paths and orientations change during the movement of the deflection unit.

Die Abschirmeinrichtung ist bevorzugt L-förmig ausgebildet, und das erste Umlenkelement ist zwischen den Armen der L-Form angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einem L-förmigen Sendetubus umschließen die beiden Arme der L-Form einen rechten Winkel, und darin sitzt das erste Umlenkelement. Steht ausnahmsweise die Spiegelfläche der Ablenkeinheit nicht im 45°-Winkel, so ergibt sich eine entsprechend verzerrte L-Form.The shielding device is preferably L-shaped, and the first deflection element is arranged between the arms of the L-shape. In a preferred embodiment with an L-shaped transmission tube, the two arms of the L-shape enclose a right angle, and the first deflection element is located in it. If, in exceptional cases, the mirror surface of the deflection unit is not at a 45° angle, a correspondingly distorted L-shape results.

Die bewegliche Ablenkeinheit ist bevorzugt als Drehspiegel mit einer Spiegelfläche ausgebildet. Typischerweise steht der Drehspiegel in einem Winkel von 45°, so dass die Strahlen längs der Drehachse erzeugt beziehungsweise empfangen werden und durch die 90°-Umlenkung mit dem Drehspiegel eine Ebene senkrecht zu der Drehachse abgetastet wird. Die Spiegelfläche ist bevorzugt die einzige Spiegelfläche des Drehspiegels. The movable deflection unit is preferably designed as a rotating mirror with a mirror surface. The rotating mirror is typically at an angle of 45°, so that the beams are generated or received along the axis of rotation and a plane perpendicular to the axis of rotation is scanned by the rotating mirror due to the 90° deflection. The mirror surface is preferably the only mirror surface of the rotating mirror.

Lichtsender und Lichtempfänger sind bevorzugt koaxial angeordnet, insbesondere liegt die Abschirmeinrichtung mittig im Strahlengang des remittierten Sendelichts. Bei koaxialer Anordnung überlappen der Sende- und der Empfangsstrahlengang, und deshalb sind die Abschattungseffekte einer Abschirmeinrichtung für das Sendelicht nicht zu vermeiden. Besonders bevorzugt befindet sich der Sendetubus zentriert im Empfangslichtpfad, um eine symmetrische Anordnung zu erhalten und Übersprechen wirksam zu verhindern.The light transmitter and light receiver are preferably arranged coaxially, in particular the shielding device is located centrally in the beam path of the remitted transmitted light. In a coaxial arrangement, the transmitted and received beam paths overlap, and therefore the shadowing effects of a shielding device for the transmitted light cannot be avoided. The transmitting tube is particularly preferably located centrally in the received light path in order to obtain a symmetrical arrangement and effectively prevent crosstalk.

Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus einer Lichtlaufzeit zwischen Aussenden des Sendelichts und Empfangen des remittierten Sendelichts einen Abstand des Objekts zu bestimmen. Damit entsteht ein entfernungsmessender Sensor, und es wird als Messinformation über das Objekt dessen Abstand bestimmt.The control and evaluation unit is preferably designed to determine a distance of the object from a light travel time between the emission of the transmitted light and the reception of the remitted transmitted light. This creates a distance-measuring sensor, and the distance of the object is determined as measurement information about the object.

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

1 eine schematische Darstellung eines Laserscanners;
2 eine dreidimensionale Darstellung des Strahlengangs.

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

1 a schematic representation of a laser scanner;
2 a three-dimensional representation of the beam path.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor in einer Ausführungsform als Laserscanner 10. Ein Lichtsender 12, beispielsweise mit einer Laserlichtquelle, erzeugt mit Hilfe einer Sendeoptik 14 einen Sendelichtstrahl 16. Der Sendelichtstrahl 16 wird mittels einer Ablenkeinheit 18 in einen Überwachungsbereich 20 ausgesandt. Die Ablenkeinheit 18 ist vorzugsweise als Drehspiegel mit einer einzigen, dem Lichtsender 12 zugewandten Spiegelfläche ausgebildet. Der Sendelichtstrahl 16 ist von einer hier als Sendetubus ausgebildeten Abschirmeinrichtung 22 umgeben, die den Sendekanal abschirmt und ein optisches Übersprechen innerhalb des Laserscanners 10 unterdrückt. 1 shows a schematic sectional view through an optoelectronic sensor according to the invention in an embodiment as a laser scanner 10. A light transmitter 12, for example with a laser light source, generates a transmitted light beam 16 with the aid of a transmitting optics 14. The transmitted light beam 16 is emitted into a monitoring area 20 by means of a deflection unit 18. The deflection unit 18 is preferably designed as a rotating mirror with a single mirror surface facing the light transmitter 12. The transmitted light beam 16 is surrounded by a shielding device 22, designed here as a transmission tube, which shields the transmission channel and suppresses optical crosstalk within the laser scanner 10.

Trifft der Sendelichtstrahl 16 in dem Überwachungsbereich 20 auf ein Objekt, so gelangt remittiertes Sendelicht 24 wieder zu dem Laserscanner 10 zurück und wird über die Ablenkeinheit 18 mittels einer Empfangsoptik 26 von einem Lichtempfänger 28 detektiert, beispielsweise einer Photodiode oder für höhere Empfindlichkeit einer Lawinenphotodiode (APD) beziehungsweise einer Anordnung mit mindestens einer Einzelphotonlawinendiode (SPAD).If the transmitted light beam 16 strikes an object in the monitoring area 20, the remitted transmitted light 24 returns to the laser scanner 10 and is detected by a light receiver 28 via the deflection unit 18 by means of a receiving optics 26, for example a photodiode or, for higher sensitivity, an avalanche photodiode (APD) or an arrangement with at least one single photon avalanche diode (SPAD).

Ein unterer Teil des remittierten Sendelichts 24a würde wegen Abschattungseffekten der Abschirmeinrichtung 22 den Lichtempfänger 28 nicht erreichen, da die Abschirmeinrichtung 22 hier die Ablenkeinheit 18 abschattet.A lower part of the remitted transmitted light 24a would not reach the light receiver 28 due to shadowing effects of the shielding device 22, since the shielding device 22 shadows the deflection unit 18 here.

Deshalb ist ein Umlenkelement 30 vorgesehen, das einen Umgehungspfad erzeugt, auf dem der untere Teil des remittierten Sendelichts 24a unter Umgehung von Abschirmeinrichtung 22 und Ablenkeinheit 18 zur Empfangsoptik 26 und weiter zu dem Lichtempfänger 28 geleitet wird. Eine Oberfläche 31 des Umlenkelements 30 ist vorzugsweise als Spiegel ausgebildet. Das Umlenkelement 30 ist fokussierend ausgebildet, um aus einem Nahbereich 21 remittiertes Empfangslicht 24b zu bündeln und auf den Lichtempfänger 28 zu fokussieren. Dazu ist die spiegelnde Oberfläche 31 des Umlenkelements 30 bevorzugt konvex ausgebildet, wobei die Krümmung derart angepasst ist, dass das Empfangslicht 24b aus dem Nahbereich 21 möglichst gut auf den Empfänger 28, gegebenenfalls über die Empfangsoptik 26, fokussiert wird.Therefore, a deflection element 30 is provided which creates a bypass path on which the lower part of the remitted transmitted light 24a is guided to the receiving optics 26 and further to the light receiver 28, bypassing the shielding device 22 and deflection unit 18. A surface 31 of the deflection element 30 is preferably designed as a mirror. The deflection element 30 is designed to focus in order to bundle received light 24b remitted from a close range 21 and to focus it on the light receiver 28. For this purpose, the reflective surface 31 of the deflection element 30 is preferably convex, the curvature being adapted in such a way that the received light 24b from the close range 21 is focused as well as possible on the receiver 28, if necessary via the receiving optics 26.

Zu beachten ist, dass in der Schnittansicht der 1 die seitlichen Anteile des remittierten Sendelichts 24 oberhalb und unterhalb der Papierebene nicht zu erkennen sind, deren Ausbreitung die Abschirmeinrichtung 22 nicht stört und die davon ungehindert den Lichtempfänger 28 erreichen. Das ist besser in der später erläuterten dreidimensionalen Ansicht der 2 zu erkennen.Please note that in the sectional view of the 1 the lateral parts of the remitted transmitted light 24 above and below the paper plane cannot be seen, the propagation of which is not disturbed by the shielding device 22 and which reach the light receiver 28 unhindered. This is better seen in the three-dimensional view of the 2 to recognize.

Bei dem dargestellten Laserscanner 10 befindet sich der Lichtsender 12 und dessen Sendeoptik 14 in einer zentralen Öffnung der Empfangsoptik 26. Folglich befindet sich die Abschirmeinrichtung 22 mittig im Strahlengang des remittierten Sendelichts 24. Dies ist nur eine beispielhafte Möglichkeit der Anordnung. Die Erfindung umfasst daneben alternative koaxiale Lösungen, auch solche mit einem eigenen Spiegelbereich für den Sendelichtstrahl 16 oder mit Teilerspiegeln. Auch eine biaxiale Anordnung ist denkbar, wobei dort die Möglichkeit besteht, dass Sende- und Empfangsstrahlengang einander geometrisch ausweichen. Soweit sie das nicht tun, ist eine Umlenkung zur Umgehung der Abschirmeinrichtung auch dort denkbar.In the laser scanner 10 shown, the light transmitter 12 and its transmitting optics 14 are located in a central opening of the receiving optics 26. Consequently, the shielding device 22 is located centrally in the beam path of the remitted transmitted light 24. This is only one example of the arrangement. The invention also includes alternative coaxial solutions, including those with a separate mirror area for the transmitted light beam 16 or with splitter mirrors. A biaxial arrangement is also conceivable, in which case it is possible for the transmitting and receiving beam paths to geometrically avoid each other. If they do not do this, a deflection to bypass the shielding device is also conceivable there.

Die Ablenkeinheit 18 wird von einem Motor 32 in eine kontinuierliche Drehbewegung mit einer Scanfrequenz versetzt. Dadurch tastet der Sendelichtstrahl 16 während jeder Scanperiode, also einer vollständigen Umdrehung bei der Scanfrequenz, eine Ebene ab. Am Außenumfang der Ablenkeinheit 18 ist eine Winkelmesseinheit 34 angeordnet, um die jeweilige Winkelstellung der Ablenkeinheit 18 zu erfassen. Die Winkelmesseinheit 34 wird hier beispielhaft von einer Strichscheibe als Winkelmaßverkörperung und einer Gabellichtschranke als Abtastung gebildet.The deflection unit 18 is set into a continuous rotary motion at a scanning frequency by a motor 32. As a result, the transmitted light beam 16 scans a plane during each scanning period, i.e. a complete revolution at the scanning frequency. An angle measuring unit 34 is arranged on the outer circumference of the deflection unit 18 in order to detect the respective angular position of the deflection unit 18. The angle measuring unit 34 is formed here, for example, by a reticle disk as an angle measuring embodiment and a forked light barrier as a scanner.

Eine Steuer- und Auswertungseinheit 36 ist mit dem Lichtsender 12, dem Lichtempfänger 28, dem Motor 32 und der Winkelmesseinheit 34 verbunden. Durch Bestimmen der Lichtlaufzeit zwischen Aussenden des Sendelichtstrahls 16 und Empfang von remittiertem Sendelicht 24 wird unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung eines angetasteten Objektes von dem Laserscanner 10 geschlossen. Die jeweilige Winkelstellung, unter welcher dabei der Sendelichtstrahl 16 ausgesandt wurde, ist der Auswertungseinheit von der Winkelmesseinheit 34 bekannt.A control and evaluation unit 36 is connected to the light transmitter 12, the light receiver 28, the motor 32 and the angle measuring unit 34. By determining the light travel time between the emission of the transmitted light beam 16 and the reception of remitted transmitted light 24, the distance of a scanned object from the laser scanner 10 is determined using the speed of light. The respective angular position at which the transmitted light beam 16 was emitted is known to the evaluation unit from the angle measuring unit 34.

Somit stehen nach jeder Scanperiode über den Winkel und die Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten der Objektpunkte in dem Überwachungsbereich 20 zur Verfügung, und entsprechende Messdaten können über eine Schnittstelle 38 übertragen werden. Bei Anwendungen in der Sicherheitstechnik kann die Schnittstelle 38 sicher ausgebildet, insbesondere ein sicherer Ausgang (OSSD, Output Signal Switching Device) für ein sicherheitsgerichtetes Abschaltsignal bei Erkennen einer Schutzfeldverletzung sein.Thus, after each scan period, two-dimensional polar coordinates of the object points in the monitoring area 20 are available via the angle and the distance, and corresponding measurement data can be transmitted via an interface 38. In applications in safety technology, the interface 38 can be designed to be safe, in particular a safe output (OSSD, Output Signal Switching Device) for a safety-related shutdown signal when a protective field violation is detected.

Der Laserscanner 10 ist von einem Gehäuse 40 umgeben, das im Bereich des Durchtritts von Sendelichtstrahl 16 und remittiertem Sendelicht 24 durch eine lichtdurchlässige Frontabdeckung 42 abgeschlossen ist.The laser scanner 10 is surrounded by a housing 40 which is provided in the area of passage of Transmitted light beam 16 and remitted transmitted light 24 is closed off by a translucent front cover 42.

2 zeigt den Strahlengang im Bereich der Ablenkeinheit 18 des Laserscanners 10 in einer vergrößerten dreidimensionalen Ansicht. Damit soll nochmals erläutert werden, wie die Abschattung durch die Abschirmeinrichtung 22 gemildert wird und das Empfangslicht 24b aus dem Nahbereich fokussiert wird. 2 shows the beam path in the area of the deflection unit 18 of the laser scanner 10 in an enlarged three-dimensional view. This is intended to explain again how the shadowing is mitigated by the shielding device 22 and the received light 24b is focused from the close range.

Zu beiden Seiten neben der Abschirmeinrichtung 22 auf die Ablenkeinheit 18 auftreffendes remittiertes Sendelicht 24 ist von der Abschattung nicht betroffen und gelangt ungehindert zu der Empfangsoptik 26 und weiter zum Lichtempfänger 28. Ein hypothetischer Lichtstrahl 24a' soll den Strahlverlauf ohne die Umlenkung illustrieren. Dieser Lichtstrahl 24a' fiele auf die Abschirmeinrichtung 22 und wäre damit für die Detektion verloren.Remitted transmitted light 24 striking the deflection unit 18 on both sides of the shielding device 22 is not affected by the shadowing and reaches the receiving optics 26 and then to the light receiver 28 without hindrance. A hypothetical light beam 24a' is intended to illustrate the beam path without the deflection. This light beam 24a' would fall on the shielding device 22 and would thus be lost for detection.

Wegen des ersten Umlenkelements 30 wird aber tatsächlich der untere Teil des remittierten Sendelichts 24a auf einen Umgehungspfad geführt, der unter Umgehung von Abschirmeinrichtung 22 und Ablenkeinheit 18 ebenfalls über die Empfangsoptik 26 zu dem Lichtempfänger 28 führt.However, due to the first deflection element 30, the lower part of the remitted transmitted light 24a is actually guided onto a bypass path which, bypassing the shielding device 22 and the deflection unit 18, also leads to the light receiver 28 via the receiving optics 26.

Das Umlenkelement 30 ist dafür im unteren Teil des Strahlengangs des remittierten Sendelichts 24 vor der Ablenkeinheit 18 und der Abschirmeinrichtung 22 angeordnet. Bei der hier verwendeten L-förmigen Abschirmeinrichtung 22 sitzt also das erste Umlenkelement 30 zwischen den Schenkeln der L-Form. Vorzugsweise sind Ablenkeinheit 18, Abschirmeinrichtung 22 und Umlenkelement 30 miteinander verbunden, insbesondere Abschirmeinrichtung 22 und Umlenkeinheit 31 einstückig, vorzugsweise als Kunststoffkörper gespritzt. Jedenfalls sollte vorzugsweise das Umlenkelement 30 und auch die Abschirmeinrichtung 22 die Scanbewegung der Ablenkeinheit 18 mitvollziehen.The deflection element 30 is arranged in the lower part of the beam path of the remitted transmitted light 24 in front of the deflection unit 18 and the shielding device 22. In the L-shaped shielding device 22 used here, the first deflection element 30 is therefore located between the legs of the L-shape. The deflection unit 18, shielding device 22 and deflection element 30 are preferably connected to one another, in particular the shielding device 22 and deflection unit 31 are integrally formed, preferably injection-molded as a plastic body. In any case, the deflection element 30 and also the shielding device 22 should preferably follow the scanning movement of the deflection unit 18.

Als Umlenkelement 30 fungiert hier ein Spiegel mit der spiegelnden Oberfläche 31. Die genaue Form und Ausgestaltung des Umlenkelements 30 hängt vom konkreten Aufbau des Laserscanners 10 und der gewünschten Umlenkwirkung ab. Das Umlenkelement 30 ist erfindungsgemäß fokussierend ausgebildet, so dass aus dem Nahbereich 21 remittiertes Empfangslicht 24b auf den Lichtempfänger 28 fokussiert wird.A mirror with a reflective surface 31 acts as the deflection element 30. The exact shape and design of the deflection element 30 depends on the specific structure of the laser scanner 10 and the desired deflection effect. According to the invention, the deflection element 30 is designed to be focusing, so that received light 24b remitted from the near area 21 is focused on the light receiver 28.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4340756 A1 [0004]
EP 3699638 B1 [0005]

Claims

Optoelectronic sensor (10), in particular a laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (20), wherein the sensor (10) has a light transmitter (12) for emitting transmitted light (16), a movable deflection unit (18) for periodically deflecting the transmitted light (16), a light receiver (28) for generating a reception signal from transmitted light (received light 24) remitted by objects in the surveillance area (20), wherein the light transmitter (12) and the light receiver (28) are arranged coaxially and the transmitted beam path and the received beam path overlap, and a control and evaluation unit (36) for detecting information about objects in the surveillance area (20) based on the reception signal, wherein a shielding device (22) is arranged around the beam path of the transmitted light (16) in order to suppress crosstalk of the transmitted light (16) to the light receiver (28) and in the beam path of the remitted A deflection element (30) is arranged between the transmitted light (24) in order to deflect a portion of the remitted transmitted light (24a, 24b) to the light receiver (28) which would hit the shielding device (22) without the deflection element (30), characterized in that the deflection element (30) is designed to be focusing in order to focus received light (24b) remitted from a close range (21) onto the light receiver (28).

Sensor (10) after Claim 1 , wherein the deflection element (30) is arranged and designed such that the deflected portion of the received light (24a-b) no longer hits the deflection unit (18).

Sensor (10) after Claim 1 or 2 , wherein the shielding device (22) is designed as a transmission tube surrounding the transmission light (16).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the deflection element (30) has a curved mirror surface (31).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the deflection element (30) is arranged to move together with the deflection unit (18).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the deflection element (30) is arranged in the beam path of the received light (24) in front of the deflection unit (18).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the shielding device (22) is L-shaped and the deflection element (30) is arranged between the arms of the L-shape.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the shielding device (22) and the deflection element (30) are formed in one piece, in particular by injection molding.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the movable deflection unit (18) is designed as a rotating mirror with a mirror surface.

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the light transmitter (12) and the light receiver (28) are arranged coaxially, in particular the shielding device (22) is located centrally in the beam path of the remitted transmitted light (24).

Sensor (10) according to one of the preceding claims, wherein the control and evaluation unit (36) is designed to determine a distance of the object from a light travel time between emission of the transmitted light (16) and reception of the remitted transmitted light (24).