ITMI20131966A1

ITMI20131966A1 - Sensore di distanza senza contatto e metodo per effettuare una misura di distanza senza contatto

Info

Publication number: ITMI20131966A1
Application number: IT001966A
Authority: IT
Inventors: Salvatore Valerio Cani; Enrico Lorenzoni
Original assignee: Datalogic IP Tech Srl
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-05-27
Also published as: EP2876410A1; US10520304B2; EP2876410B1; US20150153169A1

Description

Sensore di distanza senza contatto e metodo per effettuare una misura di distanza senza contatto

Campo tecnico

La presente invenzione è relativa ad un sensore di distanza senza contatto avente una migliorata accuratezza e precisione, in particolare nella misura della distanza di oggetti target in movimento. Ulteriormente, l'invenzione è relativa ad un metodo di funzionamento di un tale sensore.

Sfondo tecnologico

I dispositivi o sensori di misura della distanza di oggetti vengono denominati "senza contatto" quando, al fine di effettuare la misura anzidetta, non vi è nessun contatto fisico tra l'oggetto di cui si vuole misurare la distanza ed il sensore. Questo tipo di sensori sono generalmente usati in svariate applicazioni dall'automazione di processo, al controllo qualità, nei banchi prova, cilindri pneumatici, in ingegneria, eccetera. Una sottoclasse di questi sensori è denominata sensori di prossimità, essendo solitamente in grado di rilevare la presenza di oggetti nelle immediate vicinanze del "lato sensibile" del sensore stesso, ovviamente anche in questo caso senza che vi sia un effettivo contatto fisico.

I sensori di distanza o prossimità possono utilizzare principi di misura diversi. In ogni caso, generalmente, il sensore emette una radiazione elettromagnetica o onde sonore che incide contro l'oggetto di cui si vuole misurare la distanza o presenza, e il sensore misura delle differenze nella radiazione di ritorno rispetto a quella emessa. Tipici esempi di tali sensori sono sensori basati sulla triangolazione, sensori che si basano sull'effetto Doppler, telemetri laser, sensori capacitivi, eccetera.

In un ulteriore tipo di sensori di distanza, la misura della distanza di un oggetto è ottenuta dalla misura del tempo che un dato segnale impiega a raggiungere l'oggetto e a tornare indietro. Tali sensori sono detti sensori di tempo-di-volo (o TOF, dall'inglese Time Of Flight). Tuttavia, il tempo che impiega la luce a "tornare indietro" non è generalmente misurato direttamente. In genere, vengono mandati impulsi di luce modulati, ad esempio come sinusoide, e la fase del segnale di luce inviato e la fase del segnale di luce riflesso e rilevato vengono entrambe misurate. Questi sensori possono essere molto precisi ed accurati.

La distanza entro cui i sensori di distanza o prossimità sono in grado di rilevare oggetti è definita portata nominale (o campo sensibile). Alcuni sensori dispongono di un sistema di regolazione per poter calibrare la distanza di rilevazione.

II campo applicativo dei sensori di distanza o di prossimità si può differenziare in misure statiche, in cui l'oggetto target di misura permane fermo durante tutto il periodo di osservazione, e in misure dinamiche, in cui l'oggetto target può muoversi durante la misura. In entrambi i casi, il sensore deve fornire una risposta entro dei tempi prefissati. Genericamente, si possono definire statiche quelle misure il cui l'oggetto target permane fermo per tempi superiori al secondo, dinamiche per tempi di permanenza dell'oggetto target molto minore di un secondo.

La misura di oggetti in movimento è particolarmente importante in ambito industriale. E' frequente utilizzare sensori di misura non a contatto per misurazioni di oggetti target in movimento lungo la traiettoria di rilevazione della misura oppure con oggetti target che si inseriscono da lato su un piano ortogonale alla traiettoria di misura. Queste condizioni applicative necessitano di un sensore che abbia un tempo di risposta veloce, atto a rilevare prontamente la nuova posizione ed ad informare il sistema di controllo a cui è connesso.

Difatti, per sua natura, l'informazione di posizione di un oggetto target in movimento è di per sé indeterminata, o meglio, poco serve sapere con precisione la posizione (e quindi la distanza) dell'oggetto target in un certo istante se questo all'istante successivo non si trova più nella stessa posizione. Viceversa è tanto più utile ed apprezzato avere una misura con elevata precisione per oggetti target fermi o lentamente semoventi.

Le misure degli oggetti target in movimento necessitano di prontezza nella risposta in modo che il sistema di controllo associato possa reagire quanto più velocemente possibile. Un tipico esempio nel campo della logistica sono i traslatori o i traslo-elevatori, sistemi mobili di stoccaggio merce che, muovendosi lungo piste rigide, permettono di depositare dei pallet di merce in appositi alloggi dislocati lungo le piste che compongono il magazzino automatico. I sensori di misura sono posizionati lungo la traiettoria del trasloelevatore al fine di rilevare la loro posizione lungo la pista e bloccarli in corrispondenza dell'alloggiamento dove fare il deposito della merce. La necessità di ottimizzare le operazioni di carico e scarico sono tali per cui la velocità di risposta del sensore è una delle caratteristiche di maggior importanza, tuttavia è altrettanto importante garantire un posizionamento preciso davanti alla baia di carico quando questa è identificata.

In alcuni dei sensori comunemente in commercio, viene data all'utente - ovvero a colui che utilizza il sensore - la possibilità di scegliere quale dei due metodi usare, ovvero l'utente può scegliere tipicamente tra una modalità "precisa" adatta ad oggetti fermi o quasi, una modalità "a media precisione", adatta ad oggetti che si muovono lentamente o in un intervallo di distanze limitato, e una modalità "veloce", con tempo di risposta immediato, ma avente precisione scarsa, adatta ad oggetti in forte movimento, al limite che vengono repentinamente immessi o rimossi dal campo di misura.

L'utente non ha di solito il modo di modificare il comportamento del sensore, se non interrompendo la misura e reimpostando la modalità operativa.

In modo da aumentare la precisione della misura in un sensore di distanza o prossimità, è noto nel settore di riferimento effettuare l'acquisizione di un numero quanto più elevato di campioni. In altre parole, non è effettuata un'unica misura della distanza o della presenza di un oggetto nel campo sensibile del sensore, ma ne vengono effettuate N che vengono memorizzate e di cui poi se ne fa la media.

E' noto dalla statistica che il centro della distribuzione statistica dei valori misurati rappresenta il valore medio, o più probabile della misura.

Tuttavia, la Richiedente ha notato come questa soluzione non sia quella ottimale, in particolare per le misure di oggetti target in movimento. Per misure le statiche, a parità di tempi di elaborazione del dispositivo di misura, l'acquisizione di un numero elevato di misure, come sopra descritto, può essere sufficiente ad ottenere la precisione richiesta, in quanto la precisione della misura richiesta può essere ottenuta senza particolari vincoli di tempo, semplicemente ottenendo un numero N di misure con N sufficientemente elevato. Una tale tecnica risulta altresì lenta e imprecisa per un oggetto in moto: per le misure dinamiche dare priorità ad una caratteristica potrebbe presupporre di peggiorare l'altra e spesso non è tollerato; in altri termini dare priorità alla precisione rende il dispositivo lento, dare priorità alla velocità di risposta, ad esempio emettendo nel caso di oggetti in moto come stima della distanza l'ultimo valor di misura acquisito, rende il dispositivo impreciso.

Inoltre, il fatto che il modo di funzionamento del sensore usato per effettuare la misura, per cui il valore di output del sensore sia ad esempio o la media tra N misure, oppure l'ultima misura ottenuta, dipenda dalla scelta dell'utente, può rendere la misura non accurata, in caso di scelta erronea tra i modi di funzionamento disponibili o di un cambiamento della situazione di misura da oggetto fermo a in movimento, o viceversa, senza che l'utente se ne renda conto. Inoltre, il fatto che l'utente debba manualmente effettuare la scelta richiede una supervisione continua del sensore da parte dell'utente, con spreco di tempo e denaro.

Riassunto dell'invenzione

La presente invenzione è relativa ad un sensore di misura senza contatto della distanza di un oggetto target, e di un metodo di funzionamento di tale sensore, atto ad emettere come output un valore di misura di distanza elaborata avente una relativamente alta precisione e/o in modo relativamente rapido.

Uno degli obiettivi principali dell'invenzione è quello di rendere disponibile un sensore di misura della distanza, ed un metodo di operazione dello stesso, capace di auto-adattarsi alla situazione di misura, ovvero in grado di stabilire se viene effettuata una misura di un oggetto o target sostanzialmente stazionario o in movimento, senza intervento manuale dell'utente.

Un ulteriore obiettivo della presente invenzione è quello di rendere disponibile un sensore di misura della distanza, ed un metodo di operazione dello stesso, che consenta di ottenere una precisione superiore e/o un migliore tempo di risposta rispetto gli algoritmi comunemente utilizzati, cioè quelli basati su filtri di media su una popolazione di campioni, minimizzando l'impatto sui tempi di elaborazione e di conseguenza di risposta del dispositivo stesso. La migliore precisione è desiderata in tutte le modalità operative, ovvero sia in misure statiche che in misure dinamiche (di oggetti in movimento), con una maggiore enfasi riguardo queste ultime.

Nella descrizione seguente, nonché nelle rivendicazioni, con "misura della distanza" si intende più genericamente non solo una misura della distanza dell'oggetto dal sensore o da un altro punto di riferimento scelto, ma anche la rilevazione della presenza o assenza dell'oggetto all'interno di un intervallo specificato. In questo caso, informazione relativa alla misura di distanza è sostanzialmente un'informazione binaria di presenza o assenza.

Ulteriormente, con il termine "sensore di distanza", si intende un sensore di distanza nonché un sensore di prossimità, così come una barriera di luce.

Come detto, gli algoritmi comunemente usati nei sensori di distanza, effettuano una media di una pluralità di campioni di misura acquisiti, il numero di campioni rimanendo sempre lo stesso in ogni misura; il valore medio della popolazione per definizione rappresenta statisticamente il valore più stabile e quindi il più ripetitivo. La ripetibilità della misura determina la precisione dello strumento. Quanti più N campioni saranno acquisiti in media, tanto più piccolo sarà lo scarto quadratico medio (anche detto deviazione standard o scarto tipo), e tanto più preciso sarà lo strumento in accordo con la legge dei grandi numeri.

L'acquisizione di N campioni, con N elevato, ha per contro il limite di aumentare il carico computazionale dello strumento che reagisce tanto più lentamente quanto più precisa (ovvero tanto più N elevato) si vuole la misura.

Il sensore e il metodo secondo l'invenzione ottimizzano la prestazione richiesta per la reale necessità. In particolare, nel caso di target fissi, forniscono una misura la cui precisione è la migliore ottenibile in tutte le posizioni del range operativo (campo sensibile) del sensore, e, viceversa, nel caso di target in movimento (ovvero la cui posizione varia nel tempo) privilegiano il minore tempo di risposta ottenibile dal sensore.

La Richiedente ha realizzato che, per ottenere questa precisione diversa a seconda della condizione operativa, e senza intervento dell'utente, è importante che il sensore e il metodo dell'invenzione includano un discriminatore di velocità, ovvero una fase di discriminazione della velocità, per permettere di stabilire se il target od oggetto di cui si vuole misurare la distanza è in movimento nel lasso di tempo in cui il sensore ne acquisisce la posizione per il calcolo della distanza o per determinarne la presenza/assenza all'interno di un intervallo spaziale. Nell'effettuare quest'analisi tramite il discriminatore di velocità, è preferibile tener conto delle fluttuazioni delle misure dell'oggetto o target dovute al rumore intrinseco che si ha nell'effettuare la misura stessa.

In altre parole, la variazione di posizione può essere determinata durante il processo di campionamento delle misure che contribuiscono alla media, tuttavia il metodo ed il sensore dell'invenzione con il quale si stabilisce che l'oggetto è realmente in movimento preferibilmente tiene conto dal rumore associato alla misura stessa e più preferibilmente garantisce che non si consideri l'oggetto target in movimento unicamente a causa della presenza di fluttuazioni della misura all'interno della deviazione standard della stessa.

Secondo un primo aspetto, l'invenzione è relativa ad un sensore di distanza atto a calcolare una distanza elaborata di un oggetto target senza contatto, includente:

o Un circuito di misura senza contatto atto ad emettere un segnale in uscita proporzionale alla distanza di detto oggetto target per una pluralità di intervalli di tempo, così da ottenere una pluralità di misure della distanza di detto oggetto target senza contatto;

o Un primo circuito processore atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detto circuito di misura, così da calcolare una prima distanza media da detto oggetto target basata sulla media di N misure di distanza in uscita provenienti da detto circuito di misura, dette N misure essendo consecutive nel tempo e includendo l'ultima misura di distanza emessa da detto circuito di misura;

o un secondo circuito processore atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detto circuito di misura, così da calcolare una seconda distanza media da detto oggetto target basata sulla media di M misure di distanza in uscita provenienti da detto circuito di misura, dette M misure essendo un sottoinsieme di dette N misure con M < N, consecutive nel tempo e includendo l'ultima misura di distanza emessa da detto circuito di misura;

o un primo circuito comparatore atto a calcolare una prima differenza tra un valore funzione di detta prima distanza media ed un valore funzione di detta seconda distanza media;

o un terzo circuito processore atto a paragonare detta prima differenza con una prima soglia ad emettere in uscita un valore di distanza elaborata, detto valore di distanza elaborata essendo pari a un valore funzione di detta prima distanza media se detta prima differenza è minore o uguale di detta prima soglia, o essendo pari ad un valore funzione di detta ultima misura di distanza emessa da detto circuito di misura altrimenti.

Secondo un secondo aspetto, l'invenzione riguarda un metodo per elaborare una misura di distanza di un oggetto target senza contatto al tempo k-esimo, il metodo includente:

o Effettuare per una pluralità di intervalli di tempo successivi, una pluralità di misure di distanza di detto oggetto target, una misura per ciascun intervallo;

o Calcolare una prima distanza media di N misure di distanza di detto oggetto target, dette N misure essendo successive nel tempo l'una rispetto all'altra ed includendo l'ultima misura effettuata al tempo i-esimo;

o Calcolare una seconda distanza media di M misure di distanza di detto oggetto target, dette M misure essendo un sottoinsieme di dette N misure, ove M < N, successive nel tempo l'una rispetto all'altra ed includendo l'ultima misura di distanza effettuata al tempo i-esimo;

o determinare una prima differenza tra un valore funzione della prima distanza media ed un valore funzione della seconda distanza media;

o paragonare detta prima differenza con una prima soglia;

o emettere in uscita come valore di distanza elaborata di detto oggetto target un valore funzione di detta prima distanza media se detta prima differenza è minore o uguale di una prima soglia, o emettere in uscita come valore di distanza elaborata un valore funzione di detto ultimo segnale emesso da detto circuito di misura altrimenti.

Il sensore secondo l'invenzione può essere un sensore di distanza o prossimità basato su qualunque principio. Esso presenta ad esempio un emettitore e un ricevitore atti ad emettere e ricevere radiazioni elettromagnetiche oppure onde sonore ad una qualunque lunghezza d'onda prestabilita. Genericamente, la misura della distanza dell'oggetto target viene effettuata tramite analisi delle differenze tra le onde elettromagnetiche o sonore inviate all'oggetto target e quelle di ritorno. Analogamente, nel metodo dell'invenzione, la pluralità di misure di distanza è effettuata tramite un qualunque principio noto nel settore tecnico di riferimento.

Il sensore ed il metodo dell'Invenzione, ad ogni tempo k-esimo, forniscono una misura elaborata, in altre parole "migliorata", della distanza dell'oggetto target rispetto a quella ottenibile con un sensore noto in cui viene emessa la misura così come ottenuta tramite la tecnica di misura prescelta oppure elaborata tramite algoritmi noti.

Con distanza dell'oggetto target, si intende o la distanza dell'oggetto target dal sensore stesso o la distanza dell'oggetto target da un punto di riferimento prefissato, che può essere anche distanziato dal sensore stesso che effettua la misura.

Secondo l'invenzione, vengono acquisiti N campioni di misura (o più brevemente "misure") della distanza dell'oggetto target tramite la tecnica di misura prescelta e viene effettuata una media delle stesse calcolando un primo valor medio delle misure di distanza fornite. I campioni di misura, o più brevemente misure, sono ottenuti a seconda del principio di funzionamento del sensore stesso, ovvero facendo una triangolazione nel caso di un sensore ottico, rilevando un eco di ritorno in un sensore ultrasonico, eseguendo un calcolo del ritardo temporale tra fascio emesso e riflesso in un sensore a tempo-di-volo, e così via.

Al fine di ottenere tali N misure, un circuito di misura senza contatto, parte del sensore di distanza dell'invenzione, emette un segnale in uscita proporzionale alla distanza di detto oggetto target per ciascun tempo i-esimo. Questo segnale in uscita proporzionale alla distanza dall'oggetto target è chiamato nel seguito la misura di distanza di detto oggetto target ottenuta senza contatto.

Gli N campioni Xi....xNsono successivi l'uno all'altro, ovvero sono in sequenza temporale dal primo, il più "vecchio", all'ultimo, preso al tempo k-esimo (xN=Xk=Xiast)· Sono pertanto da considerarsi ad esempio alla stregua di un vettore ordinato di N valori in ordine cronologico, in cui l'ultimo valore rappresenta il valore più recente.

Al tempo successivo k+1, le N misure sono x2,....,xk+1=X|ast. Non è detto che il valore del numero N delle misure rimanga lo stesso per la misura effettuata al tempo k-esimo e la misura effettuata al tempo k+1-esimo. In un esempio preferito dell'invenzione, i valori di N possono essere differenti nell'esecuzione di due medie a diversi intervalli di tempo, ovvero possono essere usate un numero di misure differenti per effettuare la media. In altre parole N(k), ovvero il valore di N dipende dall'intervallo di tempo in cui la misura viene fatta. La relazione di questa variazione viene dettagliata nel seguito.

Il principio di funzionamento dei sensori di distanza è dato per noto nel settore tecnico di riferimento e può essere qualunque nella presente invenzione.

La media dei campioni di misura, è, come da definizione statistica, un singolo valore numerico che descrive sinteticamente un insieme di dati. Esistono varie tipologie di media e quelle più comunemente impiegate sono le tre medie pitagoriche (aritmetica, geometrica, e armonica), e la media pesata. Nella presente invenzione preferibilmente con media si intende la media aritmetica, ovvero:

dove con il simbolo μΝla media aritmetica di N misure è indicata ed X| sono le misure di distanza dell'oggetto target.

Tuttavia una qualunque media, come ad esempio una media pesata per tener conto di eventuali diversi errori che possono avere le diverse singole misure, data da

ί^Νφ ond ^

dove fi sono i pesi di ciascuna misura xi#può essere alternativamente usata.

La media delle N misure è calcolata dal primo circuito processore del sensore.

In realtà, poiché il sensore preferibilmente emette continuamente un segnale elaborato di misura per ogni tempo k-esimo, ovvero il metodo dell'invenzione prevede preferibilmente che per ogni nuovo intervallo di tempo k-esimo venga emesso un nuovo valore di misura elaborata, è preferito che la media sia effettuata in ogni intervallo di tempo successivo su un diverso campione di misure.

In altre parole, preferibilmente, se al tempo k-esimo venivano considerate N(k) misure su cui fare la media, tra cui l'ultima misura effettuata al tempo k-esimo, al tempo k+1 vengono considerate N(k+1) misure per effettuare la media, ed in questo caso l'ultima misura di distanza è la misura effettuata al tempo k+l-esimo. Nel caso in cui N(k)=N(k+l), la prima misura (ovvero la misura più "vecchia" temporalmente) utilizzata nel calcolo della media al tempo k-esimo non viene più considerata nel calcolo della media al tempo k+l-esimo.

Statisticamente, la media considerata è pertanto la media troncata al tempo k-esimo, chiamata media mobile. Data una serie di misure dove t=l, 2, .... k contenente i valori osservati di una variabile x dal tempo 1 al tempo k, sia il peso da attribuire all'i-esimo valore osservato, si definisce media mobile al tempo k il valore:

JVOO-I

Una media mobile viene detta semplice se i pesi 3⁄4 sono tutti uguali a 1/N (in tal caso, si tratta di una normale media aritmetica), ovvero la media mobile al tempo k-esimo risulta:

W(k)-1

,it - — V<x>ki=o

Si tratta di una media di una determinata quantità di dati; il termine mobile invece si riferisce al fatto che vengono considerati soltanto le ultime misure.

Preferibilmente, nella presente invenzione, all'intervallo di tempo k-esimo, viene considerata la media aritmetica mobile al tempo k-esimo come prima distanza media, per cui viene effettuata la media aritmetica delle ultime N(k) misure effettuate dal circuito di misura.

Preferibilmente, la prima distanza media degli N valori cambia all'intervallo di tempo k+l-esimo, sia a causa del nuovo valore aggiunto che viene mediato xk+iall'insieme dei valori di misure su cui viene fatta la media (la media include sempre l'ultima misura effettuata), sia a causa del fatto che lo stesso numero N potrebbe essere differente (ovvero potrebbe essere in un esempio di realizzazione che N(k)<≠>N(k 1).

Nel seguito, poiché in ogni intervallo di tempo k-esimo, la media mobile coincide con la media, il simbolo di media viene utilizzato, omettendo la "m" di mobile.

Per l'attribuzione di un valore al numero di misure N su cui viene effettuata la media, le seguenti considerazioni vengono preferibilmente prese in considerazione dal metodo e dal sensore dell'invenzione.

E' noto che, data una misura, essa è affetta da un determinato errore. Considerando una distribuzione gaussiana delle misure, la deviazione standard è un indice di dispersione delle misure sperimentali, vale a dire una stima della variabilità di una popolazione delle misure. La deviazione standard è uno dei modi per esprimere la dispersione dei dati intorno ad un indice di posizione, quale può essere, ad esempio, il valore atteso o una stima del suddetto valore atteso, dato ad esempio dalla media di cui sopra.

La deviazione standard di una variabile x, nel caso in oggetto x è la misura di distanza, è definita come:

N

Ν

μΝ= (<χ>) =

dove ι=ι è la media aritmetica di N campioni sopra definita.

Esistono argomenti teorici, per usare alternativamente questa seconda definizione:

σ - W)<2>χ

N - 1

Questa correzione al denominatore fa sì che la nuova definizione sia un po' più grande della precedente, correggendo così la tendenza della precedente a sottostimare le incertezze soprattutto nel caso in cui si lavori con pochi dati (N piccolo).

Nella presente invenzione, una qualunque delle due definizioni viene usata.

Nella figura 1 allegata, è mostrato l'andamento della distribuzione (gaussiana) di una pluralità di campioni di N misure di distanza dell'oggetto target effettuata con il sensore o tramite il metodo dell'invenzione, in cui la deviazione standard - come anzidetto - indica la probabilità, o intervallo di confidenza, che una misura stia dentro un intervallo scelto.

Nella figura 1 si vede che la distribuzione gaussiana di un numero elevato di misure singole ha, a parità di distanza, ampiezza massima (deviazione standard massima); la distribuzione gaussiana di una serie di misure mediate su pochi campioni (M) ha una precisione maggiore; la distribuzione di una serie di misure mediate ciascuna su molti campioni (N con N>M) ha precisione maggiore (deviazione standard minore). In Figura 1 sono rappresentate misure aventi un valore in unità di misura arbitrarie unicamente per visualizzare la differenza della distribuzione al variare del numero di misure prese in considerazione.

Pertanto, una misura di distanza accurata di un oggetto target è ottenibile tramite una media su un valore di N campioni, con N elevato (deviazione standard piccola). Ovviamente, il numero N di misure non può essere grande a piacere perché i tempi di risposta del sensore e del metodo dell'invenzione sarebbero troppo lunghi, e pertanto un compromesso deve essere fatto in ogni caso tra tempo di risposta e precisione della misura. Viene pertanto preferibilmente stabilito un Nmaxdi misure utilizzabili.

Preferibilmente, non si desidera fornire come output un valore con deviazione standard "qualunque", ma si fissa un valore di deviazione standard target da ottenere, che risulta la deviazione standard massima accettabile. Preferibilmente, il prefissare il valore massimo della deviazione standard determina anche il numero minimo di misure su cui effettuare la media. Il numero di misure N su cui effettuare la media viene pertanto scelto maggiore o uguale di questo numero minimo, rimanendo più preferibilmente all'interno di

Tuttavia la Richiedente ha osservato che emettere come output del sensore o del metodo dell'invenzione come valore della distanza elaborata questa media calcolata su N campioni non sempre è la soluzione migliore.

Il tempo di risposta del sensore, esclusi i tempi tipici di operatività, è essenzialmente pari al tempo di campionamento dell'ultimo campione acquisito in termini temporali, mediato con la media mobile dei N-l campioni precedenti; tale tempo di risposta dipende sostanzialmente dal tempo intrinseco di elaborazione dell'elettronica. Nel caso in cui l'oggetto target sia sostanzialmente fermo, questa media su N campioni è il migliore risultato in termini di deviazione standard e tempi di risposta (migliore deviazione standard al minor tempo di risposta), ovvero in termini di accuratezza e tempo di risposta.

Tuttavia, se l'oggetto target è in movimento, il meccanismo di media mobile agisce come "filtro integrale" ritardando la risposta effettiva del sensore di un tempo proporzionale al numero di campioni presenti nel vettore che concorrono alla determinazione della deviazione standard target (nel caso peggiore, per target in movimento sulla lunga distanza è pari a TriSp0Sta, dist ma* x Nmaxcampioni).

In altri termini, se viene usata una media mobile su N campioni, ma l'oggetto si sta muovendo rapidamente verso una nuova posizione, la nuova posizione sarà nel peggiore dei casi misurata con precisione pari a quella iniziale solo dopo N misure, cioè quando l'effetto sulla media dell'ultima misura effettuata alla distanza precedente sarà svanito perché solo misure alla nuova distanza vengono usate per calcolare la media. Se poi l'oggetto continua a muoversi, la misura si trascina dietro continuamente un valore di media calcolato su misure effettuate a distanze diverse e quindi un valore con deviazione standard target è sostanzialmente non ottenibile. Pertanto, nel caso di un oggetto in movimento, la media di N misure ha un errore elevato.

Secondo l'invenzione invece, una volta determinata la condizione di oggetto target in movimento, il sensore ed il metodo non considerano la media mobile su N campioni come valore della misura elaborata della distanza da emettere in uscita, ma il valore elaborato di distanza che viene fornito dal sensore e dal metodo dell'invenzione nel caso di oggetto target in movimento è l'ultimo dato acquisito di misura. In questo modo, l'oggetto target viene seguito con un tempo di risposta pari al singolo campionamento, di fatto ottimizzandone la rapidità di inseguimento.

Per determinare se l'oggetto target è in movimento o meno, e quindi determinare se la misura di distanza elaborata in output dal sensore o dal metodo dell'invenzione quale "miglior stima" della misura di distanza dell'oggetto target debba essere la media su N campioni oppure l'ultimo valore di distanza misurato, vengono calcolate due distanze medie.

La prima distanza media è la media sopra descritta su N campioni di misura successivi tra loro nel tempo e includenti l'ultima misura di distanza presa al momento in cui la media stessa viene effettuata. Una seconda distanza media viene calcolata su un sottoinsieme di questi N valori, ovvero viene calcolata una media di M misure, con M < N, in cui le M misure sono consecutive nel tempo ed includenti l'ultima misura temporalmente effettuata.

Preferibilmente il valore di M rimane fisso per tutte le misure, ovvero non dipende da variabili quali l'errore delle misure stesse, ma è costante, per cui rimane sempre lo stesso numero in tutti gli intervalli di tempo in cui la misura viene effettuata.

Questa seconda distanza media su M misure, con M < N ed includente l'ultima misura di distanza, viene calcolata ad esempio da un secondo circuito processore.

Il primo ed il secondo circuito processore possono anche coincidere, in un esempio preferito di realizzazione, ovvero essere il medesimo singolo circuito processore quale ad esempio un circuito integrato.

Tramite una comparazione della prima e della seconda distanza media, o di una funzione della prima e della seconda distanza media, una a relativamente basso numero di campioni M e una a relativamente alto numero di campioni N, la prima sottoinsieme della seconda, viene stabilito dal sensore e dal metodo dell'invenzione se l'oggetto target possa essere definito come stazionario o meno.

Vantaggiosamente, la comparazione viene effettuata tramite un primo circuito comparatore. Il primo circuito comparatore può essere parte del primo e/o del secondo circuito processore, o esterno ad essi.

Definendo con il simbolo μΜla distanza media di M misure e definendo con il simbolo μΝla distanza media di N misure (come detto, benché questo simbolo sia stato utilizzato più sopra per indicare la media aritmetica, nell'invenzione la media può essere di qualunque tipo), dove le M misure sono un sottoinsieme delle N misure, dal circuito comparatore appartenente al sensore ed in una fase del metodo dell'invenzione viene pertanto effettuata la comparazione seguente:

l/few) - 3(MN)\

ove f e g sono funzioni arbitrarie della seconda e prima distanza media, rispettivamente.

In un esempio preferito, la comparazione effettuata è la seguente:

Dal valore del risultato della comparazione, ovvero dalla differenza calcolata tra le due funzioni delle due medie (funzioni che possono essere anche la funzione unitaria e quindi la differenza non è altro che il modulo della differenza tra i due valori di media), il sensore ed il metodo dell'invenzione stabiliscono se l'oggetto target sia o meno in movimento.

In dettaglio viene fissato un primo valore di soglia, indicato con DL1, e nel caso in cui

I/CPAÌ- 5(3⁄40I > DL1

allora l'oggetto target viene considerato in movimento e quindi il valore in uscita dal sensore e dal metodo dell'invenzione come miglior stima della distanza dell'oggetto target al tempo k-esimo è data da una funzione dell'ultimo valore misurato X|3St, ultimo definito in senso temporale, ovvero una funzione dell'ultima misura effettuata.

il paragone della prima differenza con la prima soglia e l'output del sensore è effettuato dal terzo circuito processore.

Indicando con delaboratail valore di distanza elaborato in uscita dal sensore o dal metodo dell'invenzione, si ha quindi che:

1/Cfi.Vf) -<>>ΟΙΛ. =J<>>delaborata (2) dove h è una funzione dell'ultima misura effettuata.

Preferibilmente

S ^ DLÌ dela borata %last .

Ancora più preferibilmente

- HM\ > DII ^ ^elaborato %last .

Se invece

(3) allora l'oggetto target viene considerato sostanzialmente fermo e quindi il valore in uscita dal sensore e dal metodo dell'invenzione come miglior stima della distanza dell'oggetto target al tempo k-esimo è data dalla prima distanza media su N misure di distanza.

Indicando con deiaboratail valore di distanza elaborato in uscita dal sensore o dal metodo dell'invenzione, si ha quindi che:

/(μm) “ 5θ1⁄2)Ι — OLI => delaborata= 1(μw) (4)

dove I è una funzione della media degli N campioni di misura consecutivi.

Preferibilmente

<—>≤ OLI =Φ elaborata<=>MjV .

Più preferibilmente

I 1 d elaborata ί^Ν .

Scegliendo quindi un intervallo opportuno DL1, il sensore ed il metodo dell'invenzione ad ogni intervallo di tempo k-esimo automaticamente stabiliscono se l'oggetto target è in moto oppure fermo ed emettono come valore di distanza elaborata, ovvero come miglior stima della distanza dell'oggetto target, o la prima distanza media su N misure nel caso in cui l'oggetto sia considerato fermo, o l'ultimo valore di distanza al misurato se l'oggetto è da considerarsi in moto.

In uno o entrambi gli aspetti, l'invenzione può includere inoltre, alternativamente o in combinazione, una o più delle seguenti caratteristiche.

Preferibilmente, secondo il primo aspetto, il sensore include una memoria atta a memorizzare almeno Nmaxdi dette misure in uscita da detto circuito di misura successive tra loro nel tempo.

Come anzidetto, preferibilmente viene stabilito un numero Nmaxdi misure massimo sulle quali può essere effettuata la media, anche se la deviazione standard rimane maggiore della deviazione standard target, per non aumentare eccessivamente il tempo di risposta del sensore e del metodo dell'invenzione.

Più preferibilmente, detta memoria è una memoria di tipo Last-ln-First-Out (LIFO).

In questo esempio vantaggioso di realizzazione, i valori delle misure sono salvati consecutivamente in una memoria, più preferibilmente di tipo LIFO, così che possano essere utilizzati in ogni momento per il calcolo della prima o seconda media. In altre parole, uno o più dei circuiti processori del sensore ciclicamente provvede a riempire la memoria, equiparabile ad un vettore di misura V=(*L ■■■■ tfzns*} includente Nmaxelementi ove x sono le misure e X|astcorrisponde all'ultima misura effettuata in ordine cronologico, con la regola della LIFO, (last in, first out, l'ultimo campione acquisito rimane in cima alla memoria, il primo esce dalla memoria) e calcola le medie di due distinti gruppi, uno a M valori e una a N valori, con M < N ≤ Nmax.

In un esempio preferito del primo aspetto, il sensore include:

o un secondo circuito comparatore atto a calcolare una seconda differenza tra un valore funzione di detta seconda distanza media ed un valore funzione di detta ultima misura di distanza se detta prima differenza è maggiore di detta prima soglia.

In un esempio preferito del secondo aspetto, il metodo include:

o calcolare una seconda differenza tra un valore funzione di detta seconda distanza media ed un valore funzione di detta ultima misura di distanza, se detta prima differenza è maggiore di detta prima soglia.

in altre parole, in un vantaggioso esempio di realizzazione, si distinguono ulteriormente le possibilità di moto dell'oggetto target di cui si vuole misurare la distanza.

Difatti, nel caso in cui la differenza in valore assoluto tra le due medie ad N ed M valori sia "grande", cioè superiore a DL1, significa che la media ad M misure si scosta in modo significativo da quella ad N misure e verosimilmente che quindi nel tempo l'oggetto target si sia spostato (la media M include solo i valori "più recenti" rispetto alla media su N valori). Tuttavia, questo effetto invece che un reale spostamento potrebbe essere una fluttuazione statistica, pertanto tramite il sensore ed il metodo dell'invenzione viene verificato effettivamente se l'oggetto target si è spostato di un valore molto elevato. Questo valore molto elevato è identificato tramite il calcolo di una seconda differenza, pari a:

l0fojf)-rGrlaet)|

ove q e r sono funzioni arbitrarie della seconda distanza media e dell'ultima misura di distanza effettuata in ordine cronologico.

In un esempio preferito, la comparazione effettuata è la seguente:

Questa comparazione è preferibilmente effettuata da un secondo circuito di comparazione. Il primo e il secondo circuito di comparazione possono far parte dello stesso singolo circuito.

Più preferibilmente, in detto primo aspetto, detto terzo circuito processore è atto a paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia ed è atto ad emettere in uscita un valore di distanza elaborata funzione di detta ultima misura di distanza se detta seconda differenza è maggiore di detta seconda soglia, detta seconda soglia essendo maggiore di detta prima soglia, ed a cancellare detti valori di N segnali memorizzati in detta memoria.

Più preferibilmente, in detto secondo aspetto, il metodo comprende:

o Memorizzare almeno N successive misure di distanza;

o Paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia;

o emettere in uscita un valore di distanza elaborata funzione di detta ultima misura di distanza se detta seconda differenza è maggiore di detta seconda soglia, detta seconda soglia essendo maggiore di detta prima soglia; e

o cancellare detti valori di N segnali memorizzati.

Pertanto in questo esempio di realizzazione, nel caso in cui Itffevr)<->T<">(X}ast<'>)\ superi una seconda soglia, che viene indicata nel seguito come DL2, ove DL2 > DL1, questo indica molto probabilmente un movimento deciso dell'oggetto target, molto difficilmente frutto di una fluttuazione statistica, che si porta in una posizione molto diversa da quella iniziale; questo caso corrisponde a molte applicazioni industriali, in cui l'oggetto target è semovente lungo la traiettoria di misura o si inserisce ortogonalmente ad essa.

In questo caso non viene unicamente emesso come valore di distanza elaborata l'ultimo valore misurato, ma anche viene cancellata la memoria delle N misure di distanza, ovvero il vettore delle misure ν=(χΐ .... £!Π5*} viene cancellato così da ottenere M-{vuotd\tm modo tale da cancellare ogni riferimento ad una distanza non più attuale. La media mobile viene azzerata e viene fornita la misura di distanza in uscita ultima campionata nel minore tempo possibile.

In breve, in un esempio di realizzazione:

l/(3⁄4vf) - £01⁄2)l > DII &, - r(xlast)l > DL2 => delaborata= & \J={mioto} . (5)

Più preferibilmente,

l/(3⁄4w) - 3(MN)\ > DÌA & |^(μΜ) - r(xl ast)l > DL2 → dglaborata=X|ast& y={mioto}_

Ancor più preferibilmente:

I/1⁄2 - μΛ'Ι > OLI & | μΜ-X|ast| > DL2 => dglabm.ata=X|ast& y={miotó]_

Alternativamente, in un esempio preferito del primo aspetto, detto terzo circuito processore è atto a paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia e ad emettere in uscita un valore di distanza elaborata funzione di detta ultima misura di distanza se detta prima differenza è maggiore di detta prima soglia e detta seconda differenza è minore di detta seconda soglia, detta seconda soglia essendo maggiore di detta prima soglia, ed a mantenere inalterate dette N misure memorizzate in detta memoria.

Alternativamente, in un esempio preferito del secondo aspetto, il metodo include:

o Memorizzare almeno N successive misure di distanza;

o Paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia;

o emettere in uscita un valore di distanza funzione di detta ultima misura di distanza se detta prima differenza è maggiore di detta prima soglia e detta seconda differenza è minore o uguale di detta seconda soglia, detta seconda soglia essendo maggiore di detta prima soglia, e

o mantenere inalterati detti valori di N segnali memorizzati.

Diversamente dall'esempio realizzativo in cui viene soddisfatta l'equazione (5), qui l'ultima misura di distanza non si discosta "eccessivamente" dalla media su M valori. Pertanto l<7(Av) - risulta minore di DL2. Questo, come anticipato, può significare che un evento statistico ha portato allo scostamento della seconda distanza media rispetto alla prima distanza media maggiore di DL1, e non necessariamente un movimento dell'oggetto.

In questo caso in cui la seconda differenza è al di sotto della seconda soglia, preferibilmente il sensore ed il metodo dell'invenzione continuano ad emettere come valore di distanza elaborato l'ultimo valore misurato di distanza, tuttavia le misure presenti nella memoria, più preferibilmente nel vettore memoria, non vengono cancellate in quanto possono ritornare ad essere utilizzate nel caso in cui, al tempo k+l-esimo o anche successivo, l'equazione (3) ritorni ad essere soddisfatta. In questo modo non bisogna riprendere il processo di acquisizione delle misure da zero, nel caso in cui il superamento della soglia DL1 sia stata unicamente una fluttuazione statistica e l'oggetto target sia in realtà fermo, ma l'informazione delle misure precedenti rimane in memoria, potendo quindi aumentare la precisione delle medie di distanza successive rispetto al caso in cui la memoria venga cancellata, se ritorna ad applicarsi l'equazione (3).

In breve, in un esempio preferito

l/(Rw) - 5fev)l > DLl & IqQiff<'>ì - τ(χ1α^)1 ≤ DL2 =* dglaborata= h(pclast) & \J=iinalteratd},(6)

Più preferibilmente,

I ÌM.M) - 3(MN) I > DLl & \η(μΜ) ~ rixlast)\ < DL2 => delabo,,ata=X|ast& \]={inalterato},

Ancora più preferibilmente:

ΙβΜΜΛΊ DLl & | μΜ_X|ast| ≤ DL2 =» dgjaboratB—X|asl&

In una vantaggiosa forma di realizzazione, detto primo valore di soglia e/o detto secondo valore di soglia è funzione di una deviazione standard di detta prima e/o seconda distanza media.

Il valore di prima soglia DLl è preferibilmente scelto in modo tale per cui vi sia attendibilità all'interno di una percentuale prefissata che l'oggetto target di cui si vuole determinare la distanza rimanga quasi stazionario. In altre parole, se la differenza tra la prima e la seconda distanza media, o la differenza tra una funzione della prima distanza media ed una funzione della seconda distanza media, rimangono all'interno della zona DLl in modulo significa che l'oggetto target è sostanzialmente fermo con una percentuale prefissata.

Per fare questo, in un esempio preferito di realizzazione, il valore della prima soglia è correlato al valore alla deviazione standard delle misure.

Ad esempio, preferibilmente, si desidera che la percentuale prefissata sia all'incirca del 95%, tuttavia qualunque altro valore può essere utilizzato nella presente invenzione, a seconda del campo di applicazione in cui un errore maggiore o minore può essere tollerato.

Pertanto dalla teoria delle probabilità, è noto che la probabilità che una misura x, in questo caso di distanza, cada nell'intervallo P ± dove μ è la media su un certo numero di misure, è pari a circa il 95%.

Posto che l'ampiezza di DL1 può essere scelta con qualsiasi criterio adatto all'applicazione, senza che il metodo generale ne venga alterato, l'ampiezza di DL1 deve tuttavia essere preferibilmente minima, in modo che l'accuratezzal3⁄4 3⁄4 sia grande. Tuttavia, al tempo stesso, si vuole che in DL1 cada il massimo numero di misure (a target fermo), ad esempio come anzidetto pari al 95% ma questa percentuale può essere modificata a seconda dell'applicazione. Poiché la condizione | pM-pN| >DL1 necessità il calcolo dei valori μΜe μΝ, ciascuno dei quali è caratterizzato rispettivamente da oMe oNrispetto al centro della distribuzione statistica, ne consegue che 2 σΜ+ 3oNdescrive il caso specifico (caso peggiore) in cui il modulo | μM-μN raggiunge il valore massimo in corrispondenza di un intervallo di confidenza del 95% nell'intorno del centro della distribuzione statistica.

In altre parole, in un esempio preferito si pone:

DL1<=>2OM 3On.

a a

°Λί — , _ <3⁄4<—>—

Essendo vM e v/V, dove σ è la deviazione standard di una popolazione di singole misure di

distanza, si ottiene che<σΝ>, implicante

L'equazione di DL1 sopra scritta, risulta

£

2OM 3σΝ— 2ο^ 3σΝ= 2σΝ<Μ>+κ (7)

L'ultima uguaglianza è dovuta al fatto che nel caso "peggiore" le due popolazioni di misure, a N ed M componenti, usate per calcolare la prima e la seconda media potrebbero essere totalmente scorrelate; in realtà una correlazione esiste, dovuta al fatto che i campioni M ed N sono il primo sottoinsieme del secondo e quindi appartengono alla stessa popolazione. Questa correlazione fa si che il termine 3oNsia sovrastimato e in realtà dovrebbe essere posto un valore inferiore. La Richiedente ha verificato che preferibilmente tale valore è stimabile con un valore costante K, in questo caso con K fattore costante di correzione empirico, < di 3oN.

La prima soglia DL1 può essere estesa o ridotta, a seconda della percentuale desiderata, tuttavia si ritiene che il 95% sia un valore preferito per l'applicazione.

Pertanto DL1 è la zona in cui l'oggetto target è ritenuto fermo, con una probabilità prestabilita; in questa zona viene fornita come misura di distanza elaborata delaboratala prima distanza media μΝ, o una funzione della prima distanza media, ove N è il numero di misure utilizzato nella media e preferibilmente tale per cui σΝ< oT, ottenendo una migliore ripetibilità, a scapito di una peggiore prontezza rispetto a non calcolare alcuna media ed a fornire come risultato l'ultima misura effettuata.

In un esempio, DL1 può essere pertanto considerato come la zona entro la quale al 95% l'oggetto target si suppone fermo. Statisticamente è possibile che un 5% delle misure di distanza risulti fuori da questa zona anche se l'oggetto target non è in movimento.

In un esempio preferito, viene introdotta la seconda soglia DL2 proprio per differenziare il caso in cui la differenza tra la prima e la seconda distanza media superi la prima soglia DL1 perché l'oggetto è in reale movimento o no. Se questo superamento di DL1 è dovuto a fluttuazioni statistiche, ovvero nel 5% dei casi sopra discussi nel caso in cui venga posta come probabilità nella definizione di DL1 il 95%, non viene pregiudicato il dato di ripetibilità delle misure successive in quanto la memoria, ovvero il vettore della media mobile, non viene azzerata. Pertanto, il superamento o meno della seconda soglia DL2 implica che il superamento della prima soglia DL1 è dovuto o meno a fluttuazioni statistiche (sempre in modo probabilistico); si vedano a proposito le equazioni (7) ed (8).

Allo stesso modo, preferibilmente, anche la seconda soglia DL2 è definita in funzione della deviazione standard delia prima e/o della seconda distanza media, stabilendo a priori una probabilità per cui un valore di misura di distanza al di fuori di tale intervallo dato dalla seconda soglia DL2 sia con una probabilità stabilita in movimento.

In un esempio preferito si pone

DL2 = 4*DL1.

Vantaggiosamente, detto primo valore di soglia e/o detto secondo valore di soglia è funzione della distanza di detto oggetto target.

Vantaggiosamente, nel secondo aspetto, il metodo include:

o Variare detta prima e/o detta seconda soglia in funzione di detta distanza.

Poiché la prima e la seconda soglia sono preferibilmente impostate così da dare una misura di "probabilità" che l'oggetto target sia in moto o fermo, e questa probabilità cambia con la distanza, preferibilmente anche la prima e la seconda soglia cambiano con la distanza.

La deviazione standard è una funzione della distanza, in quanto correlata al rapporto/segnale rumore della catena di ricezione.

Da rilievi sperimentali su sensori di misura, il valore della deviazione standard cresce proporzionalmente al quadrato della distanza dell'oggetto target da misurare, di conseguenza vengono utilizzati nel calcolo della prima media preferibilmente N misure con N "elevato" preferibilmente in corrispondenza della massima distanza del target dal sensore di misura.

Un tipico andamento della deviazione standard in funzione della distanza dell'oggetto target è esemplificato in figura 3.

Il fatto che la deviazione standard dipenda dalla distanza implica che in una realizzazione preferita dell'invenzione, in cui anche la prima e/o la seconda soglia sono funzioni della deviazione standard, a sua volta dipendono anche dalla distanza.

Le equazioni (7) ed (8) pertanto diventano:

DLl(d) = 2oN(d) K, e

DL2(d)= 4* DLl(d).

Preferibilmente, detto sensore è un sensore a tempo-di-volo.

La Richiedente ha analizzato i sensori noti ed ha determinato che quelli basati sulla misura del tempo di volo sono i sensori indicati preferibilmente per la presente applicazione, in particolare a causa dell'accuratezza che garantiscono nell'intervallo di valori delle distanze generalmente richieste in cui deve essere fatta la rivelazione dell'oggetto target.

Preferibilmente, secondo il primo aspetto, il sensore comprende un circuito integrato includente detto primo e/o secondo e/o terzo circuito processore.

Più preferibilmente, secondo il primo aspetto, il sensore comprende un circuito integrato includente detto primo e secondo e terzo circuito processore.

Ancora più preferibilmente, secondo il primo aspetto, il sensore comprende un circuito integrato includente detto primo e secondo circuito comparatore.

Ad esempio, è presente un solo microprocessore che opera per tutti e tre i circuito processori nonché per i due comparatori. In altre parole, in un esempio preferito di realizzazione, tutte le operazioni sono fatte da un singolo microprocessore, per esempio, il terzo processore. In un esempio particolarmente preferito, a parte la digitalizzazione del segnale nativo del circuito sensore, che è fatta da una catena analogica, tutto il resto, cioè il calcolo del tempo di volo nel caso in un sensore a tempo id volo e tutte le operazioni di misura, sono effettuate in un unico componente, che è un microprocessore o ancor più preferibilmente una FPGA (field programmable gate array) che ne svolge le funzioni.

Al fine di limitare i costi del sensore, secondo l'invenzione è preferito integrare il maggior numero di componenti in un unico circuito integrato, ancor più preferibilmente in un unico ASIC (application specific integrated Circuit).

Preferibilmente, secondo il primo aspetto, detto primo o detto terzo circuito processore è atto a calcolare una deviazione standard di detta prima distanza media e a comparare detta deviazione standard di detta prima distanza media con una deviazione standard target, un valore di detto numero N essendo selezionato in modo tale per cui detta deviazione standard di detta prima distanza media sia inferiore o uguale a detta deviazione standard target.

Preferibilmente, secondo detto secondo aspetto, il metodo dell'invenzione include:

o Prefissare un valore di deviazione standard target di detta prima distanza media di N misure di distanza;

o selezionare un valore del numero di misure N così da ottenere un valore di una deviazione standard di detta prima distanza media uguale od inferiore a detta deviazione standard target.

Vantaggiosamente, il numero di misure N in cui la media viene effettuata non è sempre pari a Nmax, ma generalmente è minore di esso, in modo da fornire in uscita un valore di distanza elaborata quanto più accurato possibile nel tempo più breve possibile. In modo da garantire questa accuratezza in un tempo breve, viene stabilito un valore di deviazione standard target per la prima media su N misure. Detta deviazione standard target rappresenta sostanzialmente l'errore che viene considerato accettabile per la prima media, che come visto può essere un valore di output del sensore (= distanza elaborata) o del metodo dell'invenzione, nel caso in cui l'oggetto target possa considerarsi sostanzialmente fermo. La media dei valori quindi, ad ogni successiva acquisizione di una misura, viene computata aggiungendo l'ultima misura stessa fino a che la sua deviazione standard non risulta uguale od inferiore alla deviazione standard target e quindi eventualmente emessa la misura.

Il fatto che la deviazione standard dipenda dalla distanza implica che preferibilmente, maggiore è la distanza dell'oggetto target, maggiore è il valore di N.

Per preferibilmente, il numero di misure N viene settato al suo valore massimo Nmaxquando il sensore sta lavorando alla distanza massima o in prossimità di essa; tuttavia, se l'oggetto viene rilevato fermo (media su pochi campioni M resta stabile) e la distanza risulta minore (ad es. campo vicino o campo intermedio), il numero N viene settato ad un valore inferiore a Nmax, purché tale da mantenere la deviazione standard desiderata).

Preferibilmente, si può usare la formula: N(d)=[ o(d) / στ]<Λ>2

In un esempio di realizzazione, secondo il secondo aspetto, il metodo include:

o Aggiornare i valori di detta prima e seconda distanza media, di detta prima e seconda differenza e di detta distanza elaborata all'intervallo di tempo k+1 successivo all'intervallo di tempo k.

In altre parole, preferibilmente il valore di distanza elaborata viene emesso non una unica volta, ma in una sequenza di intervalli di tempo, pertanto al successivo intervallo di tempo i+l-esimo, un nuovo valore di misura di distanza viene salvato all'interno della memoria ed una nuova prima distanza media di N misure di distanza ed una nuova seconda distanza media di M misure di distanza, entrambe includendo questo nuovo valore di distanza k+l-esima, vengono calcolate, così come viene calcolata una nuova differenza che viene paragonata ad una nuova prima soglia così da dare un nuovo valore per la misura di distanza elaborata.

Difatti, siccome la deviazione standard dipende dalla distanza, dipenderanno dalla distanza anche le ampiezze di DL1 e DL2.

Breve descrizione dei disegni

Questi ed ulteriori vantaggi dell'invenzione saranno maggiormente evidenti da una sua descrizione dettagliata con riferimento agli uniti disegni, in cui:

la figura 1 è un grafico rappresentante una pluralità di distribuzioni gaussiane di dati aventi diversa deviazione standard;

la figura 2 è una rappresentazione semplificata del principio di funzionamento del sensore secondo la presente invenzione;

la figura 3 è un grafico relativo ad un andamento empirico della deviazione standard in funzione della distanza di un oggetto target basato su dati sperimentali;

la figura 4 è uno schema di una fase del metodo secondo l'invenzione;

la figura 5 è uno schema di una ulteriore fase del metodo secondo l'invenzione;

la figura 6 è uno schema di una ancora ulteriore fase del metodo dell'invenzione;

la figura 7 è uno schema a blocchi di un esempio preferito del metodo dell'invenzione in cui alcune fasi sono omesse per chiarezza; e

la figura 8 è un diagramma esemplificativo di un esempio preferito di un sensore realizzato in accordo con la presente invenzione.

Descrizione dettagliata di un esempio preferito di realizzazione

Con iniziale riferimento alle figure 2 ed 8, con 1 viene globalmente indicato un sensore per la misura di una distanza elaborata realizzato in accordo con la presente invenzione.

Il sensore di distanza 1 è atto a calcolare la distanza di un oggetto target O che entra all'interno di un intorno del sensore 1, l'interno essendo il campo d'azione, o sensibile, del sensore 1. Il calcolo della distanza dell'oggetto target 0 viene effettuato tramite una qualunque tecnica nota nel settore di riferimento che non comprenda il contatto fisico tra il sensore e l'oggetto target. Nel seguito come esempio realizzativo viene descritto un sensore 1 utilizzante la tecnica del tempo-di-volo (o, in inglese, TOF) che si basa ad esempio su un calcolo del ritardo temporale tra un treno di impulsi inviato verso l'oggetto target 0 ed uno ricevuto dal sensore 1 riflesso dall'oggetto target 0. Tuttavia una qualunque tecnica di misura differente, purché sia senza contatto, può essere utilizzata.

Il sensore 1, preferibilmente, include un emettitore di radiazione elettromagnetica 4 atto ad emettere un treno di impulsi luminosi TI (si veda la figura 2). Nel caso in cui l'oggetto target 0 si trovi lungo il cammino ottico del treno di impulsi emesso Tl, una parte del treno di impulsi viene riflesso generando un treno di impulsi riflesso T2 diretto indietro verso il sensore 1.

Preferibilmente, il sensore 1 include un primo gruppo ottico 5 posizionato in fronte all'emettitore 4. Il gruppo ottico 5 è atto a rendere il treno di impulsi Tl emesso dall'emettitore 4 collimato o focalizzato. Ulteriormente, il gruppo ottico 5 può essere utilizzato per rendere uniforme la radiazione di più emettitori, se presenti, o correggere eventuali distorsioni della radiazione emessa dall'emettitore.

Il sensore 1 include inoltre un ricevitore di radiazione elettromagnetica 6 atto a ricevere il treno di impulsi riflesso T2 dall'oggetto 0.

In fronte al ricevitore di radiazione 6, è preferibilmente posto un ulteriore gruppo ottico 3, atto a raccogliere e focalizzare la radiazione elettromagnetica riflessa dall'oggetto 0 verso il ricevitore 6.

Preferibilmente, il sensore 1 include un circuito di misura 11 ed un primo ed un secondo circuito processore del segnale 8a, 8b. Più preferibilmente, il sensore 1 include un circuito integrato, che a sua volta comprende il ricevitore di radiazione elettromagnetica 6, il primo circuito di misura 11 nonché il primo ed il secondo circuito processore del segnale 8a,8b montati monoliticamente sullo stesso.

Il circuito di misura 11 è atto ad emettere segnali in uscita proporzionali alla distanza d tra l'oggetto target 0 e il sensore, o tra l'oggetto target ed un punto di riferimento prefissato. Nelle figure 2 ed 8 (no) viene indicata con d la distanza tra il sensore 1 e l'oggetto target 0. In altre parole, in uscita dal circuito 11 si ottengono delle misure della distanza d dell'oggetto target 0. Queste misure sono indicate con xkove k rappresenta la misura all'intervallo di tempo (o, brevemente, tempo) k-esimo.

Un terzo circuito processore, ad esempio un microcontrollore o microprocessore 9, elabora i segnali in uscita provenienti dal primo e dal secondo circuito processore 8a, 8b. La comunicazione tra primo/secondo circuito processore 8a,8b e il terzo circuito processore 9 avviene ad esempio, ma non esclusivamente o necessariamente, tramite una porta seriale.

Il sensore 1 ulteriormente comprende un primo ed un secondo circuito comparatore 20, 21, che possono nell'esempio illustrato di figura 8 essere parte del terzo circuito processore 9, atti a comparare tra loro dei valori numerici, come meglio dettagliato nel seguito.

Il funzionamento del sensore 1 è ora esemplificato con riferimento alle figure da 4 a 7.

In una fase opzionale, l'inizio della misura e l'inserimento di eventuali parametri per il funzionamento ottimale del sensore, avviene tramite comando del terzo circuito processore 9, il quale a sua volta è collegato ad un dispositivo o periferica di input/output 10 mediante la quale l'utente o un altro computer può introdurre i parametri desiderati relativi alla misura che dipendono dall'effettiva localizzazione ed utilizzo del sensore 1.

Dal circuito di misura 11 viene emessa ad ogni tempo k-esimo una misura xkdi distanza d dell'oggetto 0. La misura di distanza d viene preferibilmente memorizzata, ad esempio in una memoria 15 visibile unicamente in figura 4. La memoria 15 è più preferibilmente una memoria LIFO e può memorizzare almeno un numero pari ad N misure.

Il valore del numero N di misure viene preferibilmente stabilito in base al valore di deviazione standard che si vuole ottenere (deviazione standard target oT), in particolare in base al valore di deviazione standard che si vuole ottenere per una media delle N misure. A parità di altre condizioni, maggiore è N, minore è la deviazione standard.

Pertanto fissata la deviazione standard target desiderata, si seleziona il valore del numero N. Un esempio di N può essere qualche decina di misure.

Poiché come visibile dalla figura 3, la deviazione standard dipende anche dalla distanza, il numero di misure N, e quindi la dimensione della memoria 15, dipendono anche dalla distanza d dell'oggetto target 0. Pertanto, al variare della distanza dell'oggetto target O, per mantenere la stessa deviazione standard target per la media delle N misure quando la distanza d dell'oggetto target 0 nel tempo si è modificata, potrebbe essere preferibilmente necessario modificare N. Preferibilmente, la dimensione della memoria 15 è pari o superiore al massimo valore del numero N, Nmai<, utilizzato nel normale funzionamento del sensore 1.

In particolare, in un esempio realizzativo, si trova che la deviazione standard varia con la distanza proporzionalmente al quadrato di quest'ultima ^Cd) κ d<T>. in un esempio preferito realizzativo si è trovato che una relazione sperimentale tra la deviazione standard e la distanza è data dalla curva di regressione Y = w*X<2>+ r*X q ove w = 1,4 E-8, r- -1,2 E-4, q =5,4E-1, X= distanza in mm.

Come visibile in figura 4, la memoria 15 può preferibilmente considerarsi come un vettore νίχ!....^} di N misure ordinato in sequenza temporale, in altre parole la memoria 15 include almeno N celle ciascuna delle quali include una misura di distanza in uscita dal circuito di misura 11 e le celle sono ordinate temporalmente. Al tempo k-esimo si ha un determinato vettore Vkincludente N misure identificate con Xi, x2...xN=Xiast in sequenza temporale dalla più "vecchia" alla più recente. Al tempo k+l-esimo, quando dal circuito di misura 11 viene effettuata una nuova misura xkdi distanza d, il vettore delle misure si modifica: la misura effettuata al tempo k+l-esimo diventa l'ultima misura X|astdel nuovo vettore Vk+1dal quale viene rimossa la prima misura (la precedente Xi), la più vecchia in ordine temporale. La prima misura del vettore Vk+iè ora la misura x2.

In altre parole per ogni intervallo di tempo successivo, vi è un aggiornamento della memoria 15 poiché vi viene salvata una nuova misura. Questo comporta preferibilmente una modifica del vettore V il cui primo ed ultimo elemento sono stati modificati, Questa modifica del primo ed ultimo elemento del vettore V si ripete ad ogni intervallo di tempo successivo fino a che il sensore non viene spento o interrotta la misurazione.

La memoria 15, ovvero preferibilmente il vettore V, è riempita dopo N intervalli di tempo dall'inizio del funzionamento del sensore 1. Prima che siano trascorsi N intervalli di tempo, alcune celle sono ancora vuote. Tuttavia il metodo ed il sensore dell'invenzione opera anche in una fase transitoria prima che il vettore V sia completo di N dati, calcolando una media parziale, come dettagliato nel seguito. Nello schema a blocchi di figura 7, l'acquisizione delle misure xke la preferibile memorizzazione di almeno N delle stesse, ad esempio nella memoria 15 sotto forma di vettore V, sono due fasi identificate rispettivamente come lf e 2f.

Al tempo k-esimo, viene quindi calcolata una distanza media delle N misure, chiamata prima distanza media μΝ. Preferibilmente tale prima distanza media è una media aritmetica e include l'ultima misura in ordine cronologico effettuata all'istante considerato, che è indicata in figura 4 come X|ast. Il calcolo della prima distanza media preferibilmente è fatto dal primo circuito processore 8a del sensore 1, che emette il valore della prima distanza media come output, preferibilmente come input al terzo circuito processore 9. Sempre in figura 4, in cui il valore di N è pari a 16, tre vettori V di memoria e tre valori della prima distanza media per N=16 sono indicati in tre diverse righe per tre intervalli di tempo consecutivi chiamati TO, TI e T2.

Il calcolo della prima media μΝè indicato con 3f nello schema a blocchi di figura 7.

Nel caso in cui la memoria non sia ancora occupata da N misure, ma ve ne siano di meno, preferibilmente fino a che non si raggiungono N misure vengono effettuate delle medie parziali sui valori disponibili in memoria.

Vantaggiosamente, è quindi selezionato un sottoinsieme delle N misure consecutive prese contenente M misure. Le M misure, essendo preferibilmente un sottoinsieme delle N misure mantenente l'ordine di queste ultime, sono anch'esse consecutive tra loro ed includono l'ultima misura temporalmente acquisita

Secondo l'invenzione, viene calcolata una seconda distanza media μΜ, ad esempio tramite il secondo circuito processore 8b del sensore 1, in questo caso media delle M misure. Preferibilmente, tale media μΜè una media aritmetica. Questa fase di calcolo della seconda media è rappresentata dal blocco 4f dello schema a blocchi di figura 7.

Preferibilmente, questa seconda distanza media è calcolata dal secondo circuito processore 8b.

Da una comparazione della prima e della seconda distanza media, o da una comparazione di un valore funzione della prima distanza media ed un valore funzione della seconda distanza media, le due funzioni non dovendo essere necessariamente uguali, viene stabilito il tipo di output del sensore come valore della distanza dell'oggetto target 0 elaborata, vale a dire un valore migliorato, o in precisione o in tempo di risposta o in entrambi, rispetto al valore della misura della distanza d ottenuto in uscita tramite il circuito di misura 11.

La comparazione è effettuata dal primo circuito di comparazione 20.

Il valore della distanza elaborata derrataemesso come output dal sensore 1 e dal metodo dell'invenzione dipende dal fatto che l'oggetto target O sia in moto (come visualizzato ad esempio in figura 2) oppure sia fermo (come in figura 8).

Con riferimento alla figura 5, è rappresentato il sensore 1 ed l'oggetto target 0 separati da una distanza d. Quanto ora esemplificato si applica anche al caso in cui la distanza d misurata non sia quella tra il sensore 1 e l'oggetto target, ma tra l'oggetto target 0 ed un punto di riferimento prefissato.

Vengono preferibilmente definiti i seguenti intervalli in relazione all'oggetto target 0:

DL1 = definisce la zona in cui l'oggetto target 0 è ritenuto fermo;

A = definisce la zona in cui l'oggetto target è ritenuto in probabile movimento lento; e

B = definisce la zona in cui l'oggetto target è ritenuto in sicuro movimento.

Se la differenza sopra menzionata tra la prima e la seconda distanza media, o tra un valore funzione della prima distanza media ed un valore funzione della seconda distanza media, ricade in modulo all'interno di DL1, il valore fornito in uscita è Vout= deiaborata= Ι(μΝ), ove I è una funzione della prima media. Preferibilmente, il valore fornito in uscita è Vout= deiaborata= PN- In altre parole, se la differenza tra la prima e la seconda distanza media ricade all'interno di DL1, il valore della distanza elaborata è preferibilmente pari alla distanza media delle N misure, in questo modo assicurando migliore ripetibilità, poiché la prima distanza media ha un errore relativamente basso.

Il raffronto tra la differenza calcolata dal circuito di comparazione 20 e il valore DL1, chiamato prima soglia, nonché il conseguente output del valore di distanza elaborata del sensore, è effettuato preferibilmente dal terzo circuito processore 9 del sensore 1.

Questo raffronto tra le due medie o tra valori funzioni della prima e della seconda media è indicato con 5f nello schema a blocchi di figura 7. Come anzidetto, nel caso in cui la differenza non superi DL1, quindi il blocco 5f riceve risposta negativa, l'output del sensore o del metodo dell'invenzione è preferibilmente pari al valore medio delle N misure di distanza, come evidenziato nel blocco 7f.

Questa situazione in cui la differenza tra la prima e la seconda distanza media è in modulo all'interno di DL1, include anche il caso in cui μΜsi trova al di fuori di DL1, come rappresentato nella figura 6.

Altrimenti, in un aspetto preferito dell'invenzione, se la differenza supera DL1, si procede a confrontare il valore medio μΜcon l’ultima misura singola di distanza effettuata xLastjoppure a confrontare un valore funzione della prima distanza media e un valore funzione dell'ultima misura di distanza effettuata, calcolandone la differenza. Se il valore assoluto della differenza sta dentro quello che è indicato come intervallo A in figura 5, significa che l’oggetto target è in moto lento, o che il fatto che la prima differenza sia risultata superiore a DL1 potrebbe essere dovuto alla presenza di una oscillazione statistica. In questo caso, l'output del sensore 1 o del metodo dell'invenzione è l’ultimo valore singolo acquisito di misura, Vout= ^elaborata = ^Last/ma non vengono cancellate le rimanenti misure in memoria. In altre parole, preferibilmente in memoria sono ancora presenti i valori delle N misure, per esempio il vettore Vk=[x1(x2, ... XN=Xiast] rimane memorizzato.

In questo modo preferibilmente si ottiene una miglior prontezza del sensore e del metodo rispetto al caso in cui venga fornito come output, ovvero come distanza elaborata, il valore della prima distanza media.

Come anzidetto, preferibilmente si desidera che la prima distanza media abbia come deviazione standard un valore uguale o al di sotto della deviazione standard target prefissata. Pertanto, se l'oggetto fosse in reale movimento, la precisione iniziale si ottiene di nuovo dopo Nmaxmisure e quindi questo aumenterebbe enormemente i tempi di risposta del sensore. La deviazione standard target pertanto non viene considerata e quindi non si attende una pluralità di misure successive così da ottenere una prima distanza media con deviazione standard al di sotto della deviazione standard target, ma non appena si evidenzia il superamento della prima soglia DL1, viene emessa l'ultima misura effettuata come output. Il tempo di risposta del sensore e del metodo è pertanto particolarmente aumentato. Vi è una peggiore ripetibilità istantanea, ma non cancellando le misure precedenti, c'è possibilità di recupero dello storico in modo da riadeguare la ripetibilità in caso si ritorni nell'ipotesi di oggetto target fermo. In altri termini, se in una delle misure successive la differenza tra la prima e la seconda distanza media rientra dentro DL1, si recuperano i valori delle misure in memoria, ritornando immediatamente alla precisione/ripetibilità precedente all'uscita da DL1 poiché il valore seguente di output di distanza elaborata è una distanza media di N misure.

Per verificare se la differenza tra la seconda media μΜe l'ultima misura di distanza X|aststia dentro A, si calcolano due differenze e le si paragonano con due distinti valori di soglia. La prima differenza è già ottenuta, è la differenza della prima e della seconda media che è paragonata in modulo con DL1 e risulta esterna a DL1, e la seconda differenza è tra la seconda distanza media e l'ultima misura di distanza effettuata (o tra un valore funzione della seconda distanza media ed un valore funzione dell'ultima misura di distanza effettuata, con funzioni non necessariamente uguali) e viene paragonata con un secondo valore di soglia indicato con DL2. Se questa seconda differenza minore in modulo di DL2, allora ci si trova nella zona A indicata in figura 5.

Questa comparazione e calcolo della differenza tra la seconda media μΜe l'ultima misura di distanza effettuata X|astè preferibilmente effettuata dal secondo circuito comparatore 21. Preferibilmente, il secondo circuito comparatore 21 è parte del terzo circuito processore 9. Ulteriormente, il paragone di questa seconda differenza con la soglia DL2 è preferibilmente fatta dal terzo circuito processore 9, che inoltre emette l'output della distanza elaborata pari all'ultima misura di distanza effettuata.

Questa fase di determinare la seconda differenza e di paragonarla con la seconda soglia DL2 è globalmente indicata con 6f in figura 7. L'output deiaborata = Xiastnel caso di negazione del paragone di cui al blocco 7f è dato nel blocco 8f.

Se il valore assoluto della seconda differenza sta fuori anche di A, cioè anche la seconda soglia DL2 è superata dalla seconda differenza, ci si trova nella zona indicata con B in figura 5, e questo significa che l'oggetto target si è spostato di "molto". Pertanto, preferibilmente l'output del sensore e del metodo dell'invenzione, cioè la distanza elaborata, è pari all'ultima misura di distanza singola acquisita, Vout= d elaborata = ><Last· Ulteriormente, poiché la nuova distanza dell'oggetto target 0 non è correlata con la distanza precedente, preferibilmente si cancella la serie di misure in memoria 15, ponendo V=[0]. Questa cancellazione è dovuta al fatto che a questo punto l'oggetto target potrebbe essersi fermato o essere ancora in movimento, per cui si ritorna all'inizio della procedura e si ricomincia ad accumulare campioni. Ciò garantisce una miglior prontezza, ovvero anche in questo caso non si attende il raggiungimento di una deviazione standard al di sotto di un target, ma a scapito di una peggiore ripetibilità.

Questa emissione dell'output e la cancellazione della memoria sono indicati nel blocco 9f di figura 7.

Preferibilmente le due soglie DL1 e DL2 identificanti le zone A e B in figura sono dati da:

DLl(d) ≡ 2oN(d) K

DL2(d)= 4* DLl(d).

Preferibilmente, al tempo successivo k+1, una nuova misura viene effettuata dal circuito di misura 11.

Viene quindi preferibilmente verificato se la deviazione standard della media si mantiene al di sotto o uguale della deviazione standard target. Se così non fosse si modifica il numero di N, aumentandolo. In realtà, essendo sigma(d) tabulata in memoria (secondo la relazione sperimentale vista sopra), alla misura k+1, DL1, DL2 e N vengono ricalcolati.

Pertanto una nuova misura è inserita nella memoria ed un nuovo valore di ultima misura è presente. I valori della prima e della seconda media sono quindi ricalcolati. Poiché il processo si ripete ad ogni intervallo di tempo successivo, la prima e la seconda media sono effettivamente delle medie mobili troncate ad un prefissato valore.

Esempio

Un sensore a tempo di volo è selezionato ed i seguenti valori sono stati impostati :

M=3

NMAX<=>32

oN(d=20m)=l,6 mm = oTè la deviazione standard target,

si usa quindi la formula N(d)=[ o(d) / στ]<Λ>2

da cui si ottiene

DL1 = ± 5mm ; DL2 = ± 20mm per d = 0,2 m

DL1 = ±14mm ; DL2 = ± 56mm per d = 20 m

Claims

Rivendicazioni 1. Sensore di distanza (1) atto a calcolare una distanza elaborata (d) di un oggetto target (0) senza contatto, includente: o Un circuito di misura (11) senza contatto atto ad emettere un segnale in uscita proporzionale a una distanza (d) di detto oggetto target (0) per una pluralità di intervalli di tempo (ti), così da ottenere una pluralità di misure della distanza (xk) di detto oggetto target senza contatto; o Un primo circuito processore (8a) atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detto circuito di misura (11), così da calcolare una prima distanza media (μΝ) da detto oggetto target (0) basata sulla media di N misure di distanza in uscita provenienti da detto circuito di misura (11), dette N misure essendo consecutive nel tempo e includendo l'ultima misura di distanza (x(ast) emessa da detto circuito di misura (11); o un secondo circuito processore (8b) atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detto circuito di misura (11), così da calcolare una seconda distanza media (μΜ) da detto oggetto target (O) basata sulla media di M misure di distanza in uscita provenienti da detto circuito di misura, dette M misure di distanza essendo un sottoinsieme con M < N di dette N misure di distanza, consecutive nel tempo e includendo l'ultima misura di distanza (xiast) emessa da detto circuito di misura (11); o un primo circuito comparatore (20) atto a calcolare una prima differenza ( | f&iM D<_>8(βι.Ν ) I ) tra un valore funzione di detta prima distanza media (3(β·ιΝ )) e un valore funzione di detta seconda distanza media (f(3⁄4«)); o un terzo circuito processore (9) atto a paragonare detta prima differenza con una prima soglia (DL1) e ad emettere in uscita un valore di distanza elaborata (deiab0rata)i detto valore di distanza elaborata essendo pari a un valore funzione di detta prima distanza media ( ) se detta prima differenza ( | ) - gfjiiN)<'>| > è minore o uguale di detta prima soglia (DL1), o essendo pari a un valore funzione di detta ultima misura di distanza (hiXilast 3⁄4 emessa da detto circuito di misura (11) altrimenti.
2. Sensore (1) di distanza secondo la rivendicazione 1, includente una memoria (15) atta a memorizzare almeno NMAx di dette misure (xi), ove ΝΜΑχ≥ N, in uscita da detto circuito di misura (11) successive tra loro nel tempo.
3. Sensore (1) di distanza secondo la rivendicazione 1 o 2, includente: o un secondo circuito comparatore (21) atto a calcolare una seconda differenza (kU M) — K^!ast)l ) tra un valore funzione di detta seconda distanza media [QtPrffì )] e un valore funzione di detta ultima misura di distanza (IK3⁄4! ast )D se detta prima differenza ( | fiPiM 3 - β(βιΝ ) I ) è maggiore di detta prima soglia (DL1).
4. Sensore (1) di distanza secondo la rivendicazione 3 quando dipendente dalla rivendicazione 2, in cui detto terzo circuito processore (9) è atto a paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia (DL2) e ad emettere in uscita un valore di distanza elaborata (deiaborata) pari a un valore funzione di detta ultima misura di distanza (Λ(ΧιίαϊίΊ) se detta seconda differenza (kC^Af)<->r(xiast)\ ) è maggiore di detta seconda soglia (DL2), detta seconda soglia (DL2) essendo maggiore di detta prima soglia (DL1), ed a cancellare dette N misure memorizzate in detta memoria (15).
5. Sensore (1) di distanza secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detto terzo circuito processore (9) è atto a paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia (DL2) e ad emettere in uscita un valore di distanza elaborata (deiaborata) pari a un valore funzione di detta ultima misura di distanza (h^xjast ))sedetta prima differenza ( | /G3⁄4ftO - 5(ÌÌ|AO | 3 è maggiore di detta prima soglia (DL1) e detta seconda differenza 0<- r>(xlast)l) è minore o uguale di detta seconda soglia (DL2), detta seconda soglia (DL2) essendo maggiore di detta prima soglia (DL1), ed a mantenere inalterate dette N misure memorizzate in detta memoria (15).
6. Sensore (1) di distanza secondo una o più delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui detta memoria (15) è una memoria di tipo Last-ln-First-Out (LIFO).
7. Sensore (1) di distanza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima soglia (DL1) e/o detta seconda soglia (DL2) è funzione della distanza (d) di detto oggetto target (O).
8. Sensore (1) di distanza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima soglia (DL1) e/o detta seconda soglia (DL2) è funzione di una deviazione standard (σΝ, oM) di detta prima e/o detta seconda distanza media (μΝ, μΜ).
9. Sensore (1) di distanza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo (8a) o detto terzo circuito processore (9) è atto a calcolare una deviazione standard (oN) di detta prima distanza media e a comparare detta deviazione standard di detta prima distanza media con una deviazione standard target (oT), un valore di detto numero N essendo selezionato in modo tale per cui detta deviazione standard di detta prima distanza media sia inferiore o uguale a detta deviazione standard target.
10. Sensore (1) di distanza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore è un sensore a tempo-di-volo.
11. Sensore (1) di distanza secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, includente un circuito integrato comprendente detto primo (8a) e/o secondo (8b) e/o terzo circuito (9) processore.
12. Metodo per elaborare una misura di distanza (d) di un oggetto target (O) senza contatto al tempo k-esimo, il metodo includente: o Effettuare per una pluralità di intervalli di tempo (tk) successivi una pluralità di misure (xk) di distanza (d) di detto oggetto target (O); o Calcolare una prima distanza media (μΝ) di N misure di distanza (xk) di detto oggetto target (0), dette N misure essendo successive nel tempo l'una rispetto all'altra ed includendo l'ultima misura di distanza (xlast) effettuata al tempo i-esimo; o Calcolare una seconda distanza media (μΜ) di M misure di distanza (xk) di detto oggetto target (0), dette M misure essendo un sottoinsieme di dette N misure con M < N, successive nel tempo l'una rispetto all'altra ed includendo l'ultima misura di distanza (xiast) effettuata al tempo i-esimo; o determinare una prima differenza ( | )<->| } tra un valore funzione della prima distanza media (#(/1⁄2)) ed un velore funzione della seconda distanza media (/(μιΜ )) ; o paragonare detta prima differenza con una prima soglia (DL1); o emettere in uscita come valore di distanza elaborata (delaborata) di detto oggetto target (0) un valore funzione di detta prima distanza media (^ΑΓ) ) se detta prima differenza ( | I ) è minore od uguale di detta prima soglia (DL1), o emettere in uscita come valore di distanza elaborata (deiaborata) di detto oggetto target (0) un valore funzione di detta ultima misura di distanza altrimenti.
13. Metodo secondo la rivendicazione 12, includente: o Prefissare un valore di deviazione standard target (oT) di detta prima distanza media (μΝ) di N misure (xk) di distanza; o selezionare un valore del numero di misure N così da ottenere un valore di una deviazione standard (oN) di detta prima distanza media (μΝ) uguale od inferiore a detta deviazione standard target (oT).
14. Metodo secondo la rivendicazione 12 o 13, includente: o calcolare una seconda differenza (Iflfevr) — K^ast3l) tra un valore funzione di detta seconda distanza media Af3⁄4 ed un valore funzione di detta ultima misura di distanza (rfx; Bst^), se detta prima differenza SiPiN] | ] è maggiore di detta prima soglia (DL1).
15. Metodo secondo la rivendicazione 14, includente: o Memorizzare almeno N misure di distanza (xk) consecutive temporalmente; o Paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia (DL2); o emettere in uscita come valore di distanza elaborata (de|aborata) di detto oggetto target (0) un valore funzione di detta ultima misura di distanza (3⁄4(XI2GTS£ ]0 se detta seconda differenza (fàCfei)<—>xCxiosbD è maggiore di detta seconda soglia (DL2), detta seconda soglia (DL2) essendo maggiore di detta prima soglia (DL1); e o cancellare dette N misure di distanza (xk) memorizzate.
16. Metodo secondo la rivendicazione 14 o 15, includente: o Memorizzare almeno N misure di distanza (xk) consecutive temporalmente; o Paragonare detta seconda differenza con una seconda soglia (DL2); o emettere in uscita come valore di distanza elaborata (deiaborata) di detto oggetto target (0) un valore funzione di detta ultima misura di distanza h^xjast ))sedetta prima differenza d ÌOÌ-LM Ì - MW/O b è maggiore di detta prima soglia (DL1) e detta seconda differenza (lq(f1⁄2) - r(x,w)|) è minore od uguale di detta seconda soglia (DL2), detta seconda soglia (DL2) essendo maggiore di detta prima soglia (DL1), e o mantenere inalterate dette N misure di distanza memorizzate.
17. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 12 a 16, includente: o Variare detta prima e/o detta seconda soglia (DL1; DL2) in funzione di detta distanza (d).
18. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 12 a 17, includente: o Variare detta prima e/o detta seconda soglia (DL1; DL2) in funzione del valore di detto numero N di misure (xk).
19. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 12 a 18, includente: o Aggiornare i valori di detta prima e seconda distanza media (μΝ, μΜ), di detta prima e seconda differenza ( | ί(βι.Μ ] - β(βχΝ } | ) - rixjast 3 I 3 e di detta distanza elaborata (de|aborata) all'intervallo di tempo k+1 successivo all'intervallo di tempo k.