KR20210101155A - 안전 레이저 스캐너 및 전방 스크린 모니터링을 위한 방법 - Google Patents

안전 레이저 스캐너 및 전방 스크린 모니터링을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모니터링 존(20)에서 물체들을 감지하기 위한 안전 레이저 스캐너(10)에 관한 것으로, 안전 레이저 스캐너(10)는 스캔 빔(16)을 송신하기 위한 광 송신기(12), 스캔 빔(16)에 의한 모니터링 존(20)의 주기적 스캐닝을 위한 이동식 편향 유닛(18), 물체들에 의해 방출된 스캔 빔(22)으로부터 수신된 신호를 생성하기 위한 광 수신기(26), 전방 스크린(38), 그리고 제어 및 평가 유닛(32)을 포함하며, 제어 및 평가 유닛(32)은 수신된 신호로부터 모니터링 존(20)의 물체들에 대한 정보를 획득하고, 전방 스크린(38)에서 반사에 의해 스캔 빔(16)으로부터 생성된 전방 스크린 반사 빔(54)을 평가하여 전방 스크린 모니터링에서 전방 스크린(38)의 손상된 광 투과율을 인식하도록 구성되며, 적어도 하나의 광 편향 유닛(56, 58)은 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)이 테스트될 영역(60)에서 반사에 의해 발생되도록 테스트될 영역(60)에서 전방 스크린 반사 빔(54)을 다시 전방 스크린(38)으로 안내하는 전방 스크린 반사 빔(54)의 광 경로에 제공된다.

Description

안전 레이저 스캐너 및 전방 스크린 모니터링을 위한 방법 {SAFETY LASER SCANNER AND METHOD FOR FRONT SCREEN MONITORING}
본 발명은 각각, 제1 항 및 제15 항의 전제부들에 따른 안전 레이저 스캐너 및 전방 스크린 모니터링을 위한 방법에 관한 것이다.
레이저 스캐너들은 광학 모니터링을 위해 자주 사용된다. 이와 관련하여, 레이저에 의해 생성된 광 빔은 편향 유닛의 도움으로 모니터링 존을 주기적으로 스위핑한다(sweeps). 광은 모니터링 존의 물체들에서 방출되고 스캐너에서 평가된다. 편향 유닛의 각도 포지션으로부터 물체의 각도 위치에 대한 결론이 도출되고, 추가로, 광의 속도를 사용하면서 비행 시간으로부터 레이저 스캐너로부터 물체까지의 거리에 대한 결론이 도출된다. 이와 관련하여, 비행 시간을 결정하는 2개의 일반적인 원칙들이 공지되어 있다. 위상 기반 프로세스들(phase-based processes)에서, 송신된 광이 변조되고 송신된 광에 대한 수신 광의 위상 변위(phase shift)가 평가된다. 안전 기술에서 바람직하게 사용되는 것과 같은 펄스 기반 프로세스들에서, 레이저 스캐너는 송신된 광 펄스(transmitted light pulse)가 다시 수신될 때까지 비행 시간을 측정한다.
안전 엔지니어링을 위해 구성되는 레이저 스캐너인 안전 레이저 스캐너는, 위험원을 보호하고 무엇보다도 사람들과의 사고들을 피하는 목적을 갖는다. 이와 관련하여, 레이저 스캐너는 기계 작동 중에 작업자에 의해 입력될 수 없는 보호 필드를 모니터링한다. 레이저 스캐너가 각도 및 거리 정보를 획득하기 때문에, 모니터링 존과 이에 따라 보호 필드에서 물체들의 2 차원 포지션들이 또한 판정될 수 있다. 레이저 스캐너가 보호 필드(예를 들어, 작업자의 다리)에 대한 허가되지 않은 침입을 인식하면, 레이저 스캐너는 기계의 비상 정지를 촉발시킨다.
안전 기술에 사용되는 센서들은 특히 신뢰가능하게 작동해야 하며, 이에 따라, 기계의 안전을 위한 EN13849 표준 및 전기 감광성 보호 장비(electrosensitive protective equipment)(ESPE)에 대한 기계 표준 EN61496과 같은 높은 안전 요구 사항들을 충족해야 한다. 중복되고 다양한 전자 장치에 의한 안전한 전자 평가, 기능 모니터링 및/또는 해당 스캔 각도들에서 인식되어야하는 규정된 반사 정도들을 가진 개별 테스트 대상들의 제공과 같은 이러한 안전 표준을 충족하기 위해서는 다수의 조치들이 취해져야 한다.
이러한 안전 요구 사항들 중 또 하나는 감지 능력의 제한에 대한 안전 관련 셧다운에 의해 대응되어야 하는 레이저 스캐너의 전방 스크린의 송신 손상을 인식하는 것이다. 이와 관련하여, 예를 들어, 먼지에 의한 균질한 오염과 이후에 고정되는 최소 크기로부터 작은 간섭 물체들에 의한 스폿(spot)과 같은 손상 둘 모두가 드러나야 한다. 작은 음영 물체들에 의한 전방 스크린 영역들을 덮는 의도적인 조작도 마찬가지로 금지되어야 한다.
레이저 스캐너는 전형적으로 이러한 간섭 영향들을 드러내기 위해 반투명(translumination)을 통해 전방 스크린 영역의 다른 포지션들을 체크하는 광학 테스트 채널들을 사용한다. 예를 들어 DE 43 45 446 C2에서 공지된 해법에서, 복수의 독립적인 광학 테스트 채널들이 전방 스크린의 전체 각도 범위에 걸쳐 분포되어 있으며 이에 따라 전방 스크린의 다른 영역들을 테스트 방식으로 반투명화하며 이에 의해 송신 손상을 인식한다. 테스트 채널들의 분포는, 스폿과 같은 유일한 감지에도 불구하고 모든 곳에서 표준에서 요구하는 작은 오염 또는 조작 물체들을 신뢰 가능하게 감지할 수 있도록 충분히 조밀해야 한다. 다수의 테스트 채널들은 당연히 제조 비용들과 필요한 건설 공간을 증가시킨다. 게다가, 테스트 채널들은 회전 편향 유닛을 피하기 위해 레이저 스캐너의 외부 윤곽에 매우 가깝다. 이에 따라, 테스트 채널들은 외부 광 및 임의적으로 또는 조작을 위해 근접하게 위치된 반사기들로 인해 간섭을 받기 쉽다.
2축 설계를 갖는, 즉 서로 나란히 실행되는 송신 및 수신 광 빔들인 레이저 스캐너를 사용하면, 동축 설계가 갖는 것보다 국부적인 오염 또는 조작들이 더 문제가 된다. 광 수신 경로의 부분들의 이러한 폐색들은, 수신 신호를 감소시키고 감지 손실을 유발할 수 있다. 이들은 상이한 테스트 스폿들에 의해 시뮬레이션되며 표준을 충족하도록 테스트된다. 광 수신 경로의 단지 작은 부분만 영향을 받아 어떠한 장애도 일으키지 않거나 송신된 빔도 차단되고 이를 인식했기 때문에, 문제가 동축 설계와 동일한 정도로 존재하지 않는다. 2축으로 설계된 레이저 스캐너는 이러한 이유로 특히 다수 테스트 채널들을 필요로 한다.
EP 2 237 065 A1은, 광원과 감지기를 갖는 완전한 측정 유닛이 회전하는 레이저 스캐너를 개시한다. 더욱이, 테스트 광원과 테스트 감지기는 해당 로터에 수용되는 반면, 반사기 요소는 하우징 외부측에 배열된다. 따라서, 테스트 광원과 테스트 감지기는 반사기 요소의 도움으로 회전하는 동안 전방 스크린을 스캔한다. 테스트 광 감지기는 반드시 외측방으로 지향되기 때문에, 이는 외부 광에 의해 비교적 쉽게 방해를 받는다.
DE 10 2015 105 264에서, 테스트 채널들은 회전 미러와 함께 회전된 반사기를 경유하여 전방 스크린을 통해 안내된다. 마지막으로, DE 10 2015 105 264 A1에서는 송신 성능을 체크하기 위한 다양한 개념들을 논의한다. 실제 스캔 빔의 일부를 분기하는 옵션이 여기에 기재된다. 그러나, 실제 측정 채널에서의 누화(crosstalk)가 우려되기 때문에 이러한 접근 방식은 불리한 것으로 간주된다.
DE 2013 102 440 U1에 따른 레이저 스캐너를 사용하는 경우, 오염 측정은 송신식으로 측정하는 것이 아니라 반사식으로 측정하는 테스트 채널들을 기반으로 한다. 그러나, 이는 단일 테스트 채널에 대한 노력을 줄이거나 필요한 테스트 채널들의 수를 줄이고 이에 의해 감소시키지도 않는다.
레이저 스캐너는 전방 스크린의 내부 측에서 반사를 평가하는 것으로 EP 2 482 094 B1로부터 공지되어 있다. 그러나, 이는 측정 시스템의 기능 성능을 체크하기 위해 전방 스크린의 의도적으로 미러 코팅된 부분에서 후방 데드 존(rear dead zone)에서 수행된다. 전방 스크린의 투과율은 미러 코팅으로 인해 전혀 평가되지 않을 수 있으며 이는 추가적으로, 데드 존이 아니라 확보되어야 하는 시야에서의 광 투과율이다.
EP 2 642 314 A1은 전방 스크린 주위에서 외측방에 배열된 테스트 광 송신기들에 의해 테스트 광 경로들에 걸쳐 있으며, 테스트 광 송신기의 테스트 광은 전방 스크린과 추가 반사기들에서 여러 번 편향된 후에 주요(main) 측정 시스템의 광 수신기에 수신된다. 이는, 명백히 테스트 광 수신기를 저장하지만, 여전히 전방 스크린 주위에 분포된 테스트 채널들의 기본 원리이다.
테스트 광 송신기를 사용하여 측정 시스템의 기능적 성능을 체크하는 것이 EP 2 927 711 A1로부터 공지되어 있다. 일 실시예에서, 테스트 광 송신기의 테스트 광 경로는 전방 스크린에서 반사를 통해 이어진다. 이는 전방 스크린에서 오염 물질들에 대한 전방 스크린의 체크를 위한 이중 기능에 사용될 수 있는 것으로 언급되었다. 그러나, 테스트 광 송신기가 단일 스캔 각도를 갖는 지점들에만 제공되기 때문에, 이에 따라 전방 스크린은 제대로 테스트할 수 없으며 어쨌든 테스트 채널들에 대한 하드웨어 노력이 여전히 고려될 수 있도록 추가 테스트 광 센서가 테스트될 전방 스크린의 모든 섹션을 위해서 요구될 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 안전 레이저 스캐너의 전방 스크린의 모니터링을 개선하는 것이다.
이 목적은 각각, 제1 항 및 제15 항에 따른 안전 레이저 스캐너 및 전방 스크린 모니터링을 위한 방법에 의해 충족된다. 레이저 스캐너는 안전 레이저 스캐너이며, 이에 따라 특히 산업 환경의 기계들 또는 자율 주행 차량들에서 사고들을 방지하기 위해 작업자 보호에 사용할 수 있다. 이러한 목적으로 안전 레이저 스캐너를 고장들로부터 보호하거나, 위험이 인식될 때 또는 안전 레이저 스캐너가 그의 기능을 보장할 수 없을 때 적절한 시간에 안전 관련 응답을 개시할 수 있도록 오류들을 드러내는 조치들이 구현되었다. 이러한 조치들은, 일부가 도입부에서 명명된 전기 감광 보호 장비(electrosensitive protective equipment) 또는 기계 안전에 대한 해당 안전 표준들의 특정 안전 수준들에 대해 수정되었다. 전방 스크린 모니터링은 조치들 중 하나이다.
광 송신기는 이동 가능한 편향 유닛의 도움으로 모니터링 존을 주기적으로 스캔하는 스캔 빔을 전송하고, 그리고 광 수신기는 물체에서 방출(remission) 또는 반사(reflection) 후에 복귀하는 스캔 빔으로부터 수신된 신호를 생성한다. 이러한 구성요소들은 레이저 스캐너의 주요 측정 시스템의 핵심이다. 회전 미러는, 바람직하게는 편향 유닛으로서 제공되고 또는 주요 측정 시스템이 회전 측정 헤드에 전체적으로 수용된다.
제어 및 평가 유닛은 스캔된 물체들에 대한 정보를 획득하고, 특히 비행 시간(time of flight) 방법을 사용하여 물체들의 거리들을 측정하도록 광 수신기의 수신 신호를 평가한다. 게다가, 스캔 빔이 전방 스크린에서 내측방으로 반사되어 생성되는 전방 스크린 반사 빔이 평가된다. 충분한 광 투과성을 위한 전방 스크린 모니터링은, 결과적으로 주요 측정 시스템의 광 송신기를 기반으로 한다.
본 발명은, 반드시 스캔 빔의 통과 지점에서 발생되는 전방 스크린 반사 빔을 테스트될 전방 스크린의 추가 영역으로 안내하는 기본 아이디어에서 시작된다. 전방 스크린 반사 빔은 거기에서 한 번 더 반사되고 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔이 발생된다. 미러 또는 프리즘과 같은 적어도 하나의 광 편향 요소는, 이 빔 안내를 위해 전방 스크린 반사 빔의 광학 경로에 배열된다. 테스트될 전방 스크린의 추가 영역에서 반사 및/또는 송신된 전방 스크린 반사 빔의 일부는 전방 스크린의 광 투과성을 평가하는 데 사용된다.
본 발명은, 도입부에서 언급한 단점들을 피하고 전방 스크린 모니터링에 대한 노력을 줄이는 장점이 있다. 실시예에 따라 테스트 채널이 없거나 적어도 더 적은 테스트 채널들이 필요하다. 제조 비용들, 복잡성 및 구조 크기가 감소된다. 기존에는, 안전 레이저 스캐너들에서 반사식 전방 스크린 모니터링을 사용하지 않았는데, 이는 이전에는 어두운 먼지를 충분히 신뢰가능하게 감지할 수 없었기 때문(이는 그렇지 않으면 감지 손실을 초래할 수 있음)이다. 본 발명에 따르면, 평균 방출의 집진들(dust collections)을 대표하는 테스트 및 조작 스폿들, 예를 들어 안전 표준들에 의해 요구되는 조작 라벨들이 인식되고 그리고 필요한 경우 어두운 먼지는 몇 가지 추가 테스트 채널들에 의해 이미 인식된다.
제어 및 평가 유닛은 바람직하게는, 전방 스크린 모니터링을 위해 광 수신기에서 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔에 의해 생성된 수신 신호를 평가하도록 구성된다. 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔은 이로써 주요 측정 시스템에서 평가되는데; 즉, 전방 스크린 모니터링이 주요 측정 시스템에 통합되었다. 수동 광 편향 요소를 제외하고는 추가 하드웨어가 필요하지 않다. 전방 스크린 모니터링을 얻기 위한 추가 노력은, 제어 및 평가 유닛의 해당 평가 기능으로 제한된다.
안전 레이저 스캐너는 바람직하게는, 적어도 하나의 외부 추가 광 수신기를 가지며, 테스트될 영역에서 송신된 전방 스크린 반사 빔의 일부는 상기 외부 추가 광 수신기에 입사되며, 제어 및 평가 유닛은 전방 스크린 모니터링을 위한 추가 조명을 위해 수신기의 수신 신호를 평가하도록 구성된다. 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔을 보완하여, 테스트될 추가 영역에서 송신된 전방 스크린 반사 빔의 부분이 이제 여기에서 평가된다. 둘 다 서로 배제하는 것은 아닌데 즉, 테스트될 영역에 입사하는 전방 스크린 반사 빔의 반사 부분과 송신 부분 둘 모두가 또한 평가된다.
광 송신기 및 광 수신기는 바람직하게는 2축 설계에서 상호 평행한 광축들을 사용하여 나란히 배열된다. 종래에는, 송신된 빔의 더 작은 단면이 수신 빔의 중앙에 배치되는 대신에 동축 설계가 자주 사용된다. 그러나, 2축 배열은 매우 작은 구조로 특히 더 단순하다. 본 발명에 따른 전방 스크린 모니터링은, 또한 통상적으로 특히 다수의 테스트 채널들이 필요한 2 축 배열에 적합하다.
안전 레이저 스캐너는 바람직하게는, 투과 측정에 의한 광 투과성에 대해 전방 스크린의 일부 영역을 체크하기 위해 관통(through) 빔 광 배리어 또는 반사 광 배리어 방식으로 배열되는 추가 전방 스크린 모니터링을 위해 적어도 한 쌍의 테스트 광 송신기들 및 테스트 광 수신기들을 갖는다. 이는 관통 빔 광 배리어 또는 반사 광 배리어의 원리에 따라 기존의 테스트 채널들에 해당한다. 후자는 커넥터가 없는 작은 크기의 반사기가 내부적으로 충분한 한편, 관련 테스트 광 송신기와 테스트 광 수신기 쌍이 외부에 배치될 수 있다는 장점을 갖는다. 전방 스크린 반사 광 빔과 기존 테스트 채널들로부터의 전방 스크린 모니터링의 조합은, 감지될 전방 스크린의 광 투과성에 대한 모든 손상을 신뢰가능하게 감지할 수 있으며 종래 기술과 비교하여 단지 몇 개의 테스트 채널들만이 필요하다. 이는, 특히 조밀한 테스트 채널들이 필요한 이러한 시나리오들은, 적어도 전방 스크린 반사 빔의 평가에 의해 중요해진다는 사실 때문이다.
광 편향 유닛은 바람직하게는, 안전 레이저 스캐너의 시야의 적어도 하나의 부분 영역에만 제공되며 이에 따라 전방 스크린 반사 빔에 기초한 전방 스크린 모니터링만이 부분 영역에 관련된다. 레이저 스캐너의 시야(FOV)는 예를 들어, 180°, 270° 또는 최대 360°를 포함하는 스캔 각도 범위에 의해 표시된다. 전방 스크린 반사 빔을 평가하는 것에 기초한 전방 스크린 모니터링은 특히 중요한 부분 영역들(critical partial regions)로 제한된 채 유지될 수 있으며, 또한 그러한 부분 영역들 또는 각도 간격들은 복수일 수 있다. 나머지 시야는 예를 들어, 기존 테스트 채널들에 의해 커버된다. 테스트 채널들의 목적은 예를 들어, 어두운 먼지를 사용하여 균일한 오염을 감지하는 것일 수 있다. 균일한 분포의 가정으로 인해, 이러한 테스트 채널들은 모니터링 갭들을 남기거나 또는 다른 말로, 전방 스크린 영역들을 무작위로 테스트할 수 있다. 예를 들어, 안전 표준들은 댐핑 필름의 45° 세그먼트를 필요로 하므로 270 °는 이미 6 개의 테스트 채널들에 의해 커버된다. 국부적인 오염 또는 조작을 나타내는 테스트 스폿들의 감지는 대조적으로 갭이 없어야 한다. 그러면, 10 개, 16 개 또는 심지어 그 이상의 테스트 채널들이 이를 위해 요구될 수 있다. 그러나, 이러한 테스트 스폿들은 안전 표준에 따라 어둡지 않고 오히려 20 %의 방출 성능(remission capability)을 갖는다. 이는 추가 테스트 채널들이 제거될 수 있도록 전방 스크린 반사 빔을 평가함으로써 양호하게 감지된다. 따라서, 전방 스크린 모니터링의 2 개의 구성요소들은 서로를 효과적으로 보완하고 필요한 총 테스트 채널들의 수를 상당히 줄일 수 있다. 전체 전방 스크린을 모니터링할 필요는 없지만, 오히려 스캔 빔이 실제로 들어 오거나 나가는 부분만 모니터링할 필요가 있다는 것이 여전히 언급되어야 한다.
부분 영역은 바람직하게는, 시야 또는 시야 밖의 데드 존 사이의 마진 영역이다. 이전의 안전 레이저 스캐너들은 360° 전방위 시야를 갖지 못하며, 비록 원칙적으로 이를 생각할 수는 있지만, 오히려 제한된 범위의 시야각(예를 들어, 270°)일 수 있으며, 이에 따라 말하자면 후방을 향해서 블라인드(blind) 상태가 된다. 270° 내지 360°의 수치 예에서, 이 각도 범위는 그 범위에서 물체가 감지되지 않기 때문에 데드 존이라고 한다. 시야각 범위에서 데드 존으로, 그리고 데드 존에서 시야각 범위로의 전이시 2 개의 마진 영역들이 존재한다(예를 들어, 270° 및 360°). 이러한 마진 영역들은 통상적으로, 특히, 안전 레이저 스캐너의 2축 설계에서, 특히 다수의 테스트 채널들을 필요로 한다.
광 편향 요소는 바람직하게는 데드 존에 제공된다. 안전 표준들의 특정 요구사항은 특정 최소 범위를 가진 테스트 스폿을 감지하는 것이다. 데드 존(예를 들어, 275°)에 있으며, 그 다음, 말하자면, 최대 270°까지 마진 영역을 그리고 이에 상응하여 355°에서 0°로부터 앞으로 마진 영역을 이전에(retroactively) 테스트하는 스캔 각도에서 전방 스크린 반사 빔을 평가하는 것이, 이러한 유한한 범위로 인해 이해될 수 있다.
제어 및 평가 유닛은 바람직하게는, 광 수신기에서 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔의 감지 감도 및/또는 이에 의해 마진 영역에서 생성된 수신 신호의 평가를 적합화하도록 구성된다. 전방 스크린 모니터링이 마진 영역, 특히 주요 측정 시스템이 필요하지 않은 데드 존에서 이미 전방 스크린 반사 빔을 기반으로 수행되는 경우, 단지 전방 스크린 모니터링의 필요들에 대한 적합화만이 가능하다. 시야 내의 스캔 각도들에서, 물체 인식 및 전방 스크린 모니터링의 요구사항들은 종종 모순되며 물체 감지는 예를 들어, 감도의 판독을 결정한다. 전방 스크린 모니터링을 위한 감도는, 바람직하게는, 오염물질들이 신뢰 가능하게 감지되지만 너무 민감하지는 않도록 설정된다. 감도는 예를 들어, 광 송신기의 출력 전력을 통해 수신 신호를 평가할 때 임계 값들 또는 광 수신기의 증폭을 제어할 수 있다.
전방 스크린은 바람직하게는, 회전 부재의 형상을 가지며 단면이 곡선형 윤곽을 갖는다. 이러한 전방 스크린의 형상에 대한 예들은 절두 원뿔(truncated cone) 또는 구형 단면 또는 바람직하게는 컵 형상으로 만곡되고 곡률이 아래에서 위로 감소하는 윤곽을 갖는 컵이다. 곡률은, 전방 스크린 반사가 광 수신기로 다시 직접 반사되지 않고 눈을 부시게 하는 것을 제공한다. 전방 스크린 반사 빔은 다시, 테스트될 추가 영역에서 제2 반사에 의해 아주 상당히 감쇠된다(attenuated). 회전 부재는 전체 360°를 포함할 필요는 없지만, 예를 들어, 완전한 회전 부재와 함께 270°의 시야만 가지며, 또는 구조 상의 이유로 360° 미만의 시야로 이해될 수 있지만, 또한 똑같이 상이한 형상, 예를 들어 데드 존 영역의 평평한 구조 형상으로 또한 이해될 수 있다.
안전 레이저 스캐너는 바람직하게는 전방 스크린 반사 빔의 광학 경로에 제1 및 제2 광 편향 요소를 가지며, 특히 제1 광 편향 요소는 중앙에 배열된 모터 홀더에 배열되고 제2 광 편향 유닛은 안전 레이저 스캐너의 커버에 배열된다. 따라서, 전방 스크린 반사 빔은 테스트될 전방 스크린의 추가 영역에 입사하기 전에 2회 편향된다. 광 편향 요소들은 특히, 모터 홀더 또는 후드 커버의 반사 표면들로 구성될 수 있다. 광 편향 요소들의 수는, 각각의 고정된 스캔 각도, 즉 동일한 전방 스크린 반사 빔의 빔 경로에 있는 광 편향 요소와 관련된다. 또한, 스캔 방향으로 주변에 링 형상으로 형성되는 총 2 개의 광 편향 요소들만이 있을 수 있거나, 복수의 광 편향 요소들이 상이한 스캔 각도들에 걸쳐 분포된 채 배열된다.
광 편향 요소는 바람직하게는, 빔 감쇠로서 형성된다. 예를 들어, 이러한 목적으로 블랙 아웃이 수행된다. 전방 스크린 반사 빔은, 명백히, 전방 스크린의 반사들로 인해 스캔 빔에 대해 이미 상당히 감쇠되어 있다. 그럼에도 불구하고, 추가 감쇠는 전방 스크린 모니터링의 적절한 감도를 설정하고 그리고 안전 레이저 스캐너에서 불필요한 산란광을 회피하는 데 유리한다. 이미 언급했듯이, 주요 측정 시스템의 감도는 선택적으로 데드 존을 제외하고는 요구사항들에 맞춰져 있으므로 전방 스크린 모니터링을 위한 제어 가능한 매개변수는 아니다. 전방 스크린 반사 빔이 복수의 광 편향 요소들에 의해 수회 편향된다면, 감쇠는 이러한 광 편향 요소들 중 하나 이상에서 발생할 수 있다.
기준 광 수신기는 바람직하게는, 특히 광 편향 요소에서 전방 스크린 반사 빔의 광학 경로에 배열된다. 따라서, 전방 스크린 반사 빔의 측정은 광 수신기 또는 외부 추가 광 수신기에 의해 지원되거나 또한 적어도 일부 스캔 각도들로 대체될 수 있다. 기준 광 수신기는 또한 주요 측정 시스템의 기능을 테스트하는 역할을 할 수 있는데; 이는 예를 들어, 광 송신기의 송신 전력(transmission power)을 모니터링할 수 있으며 또는 기준 광 수신기까지의 비행 시간이 결정된다.
광 편향 요소 및 광 트랩(light trap)은 바람직하게는 각각, 수신된 신호들의 비교에 의해 차동 전방 스크린 모니터링을 가능하게 하기 위해 편향 유닛의 회전 이동 방향으로 부분적으로 배열된다. 배열은 특히 교번식(alternating)이다. 이에 의해, 모니터링 존에 가까운 물체의 보다 신뢰가능한 구별 그리고 전방 스크린 오염의 감지를 할 수 있게 하는 차동 측정이 가능해진다. 따라서, 근거리 존의 측정 결과들이 향상된다.
안전 레이저 스캐너는 바람직하게는, 높이가 분리된 복수의 스캔 빔들을 갖는 다층 스캐너로서 구성되며, 스캔 빔들 중 적어도 하나는 전방 스크린 모니터링을 위해 사용된다. 다층 스캐너는 하나의 스캔 빔을 사용하는 것이 아니라 오히려 복수의 스캔 빔들을 사용하고 이에 따라 복수의 모니터링되는 평면들을 모니터링한다. 스캔 빔들의 충분한 수 또는 밀도를 사용하여, 전방 스크린 모니터링은 이러한 스캔 빔들 중 하나 또는 일부를 기반으로 하는 것으로 충분하다. 높이에서 모니터링 갭이 허용되는 경우, 하나의 스캔 빔은 심지어, 전방 스크린 모니터링 전용 방식으로만 사용될 수 있다.
안전 레이저 스캐너는 바람직하게는, 안전 출력부를 갖고, 안전 출력부의 제어 및 평가 유닛은 감지된 물체들의 포지션을 보호 필드들과 비교하고 그리고 허가되지 않은 보호 필드 침입을 인식할 때 세이프가딩 신호(safeguarding signal)에 의해 안전 출력부를 제어하도록 구성된다. 보호 필드 모니터링은 위험한 기계에서 사고들을 회피하기 위한 입증된 절차이다. 허가되지 않은 보호 필드 침입이 인식된다면, 안전 레이저 스캐너에 의해 모니터링되는 기계의 안전 관련 응답이 안전 출력부(OSSD; output signal switching device)를 통해 시작되며, 선택적으로 세이프가딩 신호를 평가하고 이를 억제하는 안전 제어기가 선택적으로 개재된다.
본 발명에 따른 방법은, 유사한 방식으로 추가로 개량될 수 있고 그렇게하는 것과 유사한 이점들을 나타낸다. 이러한 유리한 특징들은 독립항들에 종속된 종속항들에서 예시적이지만, 배타적이지 않은 방식으로 설명되고 있다.
본 발명은, 실시예들 및 첨부된 도면을 참조하여 예시로서 추가의 특징들 및 이점들과 관련하여 이하에서 또한 더욱 상세히 설명될 것이다. 도면의 도들은 다음과 같다.
도 1은 안전 레이저 스캐너의 단면도이다.
도 2는 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔 평가에 의한 안전 레이저 스캐너의 전방 스크린 모니터링의 단면도이다.
도 3은 도 2에 따른 빔 범위를 갖는 전방 스크린의 개략적인 3 차원도이다.
도 4는 도 2의 상황에 상보적으로, 전방 스크린 반사 빔의 송신된 부분을 평가하는 전방 스크린 모니터링의 단면도이다.
도 5는 테스트 채널들을 갖는 전방 스크린 모니터링 및 전방 스크린 반사 빔의 평가를 위한 광 편향들의 평면도이다.
도 6은 테스트 채널들을 갖는 전방 스크린 모니터링이 오염을 인식하고 인식하지 않는 상이한 존들을 갖춘 롤업 전방 스크린의 도면이다.
도 7은 경계 영역에서 데드 존까지 더 작은 각도 범위에 대한 도 6에 따른 확대도이다.
도 8은 이제, 전방 스크린 반사 빔을 기반으로 한 추가 전방 스크린 모니터링을 갖는 도 7에 해당하는 도면이다.
도 1은 특히, 안전 레이저 스캐너로서 설계된 레이저 스캐너(10)를 통한 개략적인 단면도를 도시한다. 표준에 따라 구성된 안전 레이저 스캐너와 단순 레이저 스캐너의 차이점은 도입부에서 설명되었다.
광 송신기(12), 예를 들어 에지 에미터(edge emitter) 또는 VCSEL 형태의 레이저는 주기적으로 진폭 변조되거나 바람직하게는 적어도 하나의 짧은 광 펄스를 갖는 광 신호를 송신한다. 송신된 광은 이동식 편향 유닛(18)을 통해 모니터링 존(20)으로 안내되고 존재할 수 있는 물체에 의해 방출되거나(remitted) 반사되는 송신된 광 빔(16)을 형성하기 위해 송신 광학기(14)에 의해 시준된다. 이 광의 일부는 입사 방출 광 빔(incident remitted light beam)(22)으로서 레이저 스캐너(10)로 되돌아가 편향 유닛(18)에 의해 수신 광학 장치(24)로 편향되고 거기에서 광 수신기(26), 예를 들어 포토다이오드(photodiode) 또는 APD(avalanche photodiode) 상에 번들링된다(bundled). 도 1에 따른 레이저 스캐너(10)는 송신된 광 빔(16)이 입사 방출 광 빔(22) 옆에서 진행하는 2 축 배열을 갖는다. 이는, 본 발명의 바람직한 실시예이지만 처음에는 예로서만 이해되어야 한다.
편향 유닛(18)은 진동 미러(oscillating mirror)로서 설계될 수 있지만, 일반적으로 모터(28)의 구동에 의해 연속적으로 회전하는 회전 미러이다. 대안적으로, 회전 미러가 제공되지 않지만, 편향 유닛(18)은 오히려 광 송신기(12) 및 광 수신기(light receiver)(26)와 함께 회전 측정 헤드로서 설계된다. 편향 유닛(18)의 각각의 각도 포지션은 인코더(30)를 통해 감지된다. 따라서, 광 송신기(12)에 의해 생성된 광 빔(16)은 이동에 의해 생성된 모니터링 존(20) 위를 스위핑한다. 방출된 광 빔(22)이 모니터링 존(20)으로부터 광 수신기(26)에 의해 수신되면, 인코더(30)를 통해 편향 유닛(18)의 각도 포지션으로부터 모니터링 존(20) 내의 물체의 각도 포지션에 대한 결론을 도출할 수 있다.
게다가, 광 빔(16)의 송신으로부터 모니터링 존(20)의 물체에 반사된 후 방출된 광 빔(22)의 수신까지의 비행 시간(time of flight)이 결정된다. 이를 위해 모든 비행 시간의 프로세스가 이해 가능하다. 광의 속도를 사용하면서 광의 비행 시간으로부터, 레이저 스캐너(10)로부터 물체까지의 거리에 대한 결론이 도출된다. 이 평가는 이를 위해 광 송신기(12), 광 수신기(26), 모터(28) 및 인코더(30)에 연결된 평가 유닛(32)에서 발생한다.
그 다음, 모니터링 존(20) 내의 모든 물체들의 2 차원 극좌표들이 각도 및 거리를 통해 입수 가능하다. 이에 따라, 작업자들 또는 이들의 신체 부위들과 같은 허가되지 않은 물체들이 침입할 수 없는 2 차원 보호 필드들이 모니터링 존(20)에서 규정될 수 있다. 평가 유닛(32)이 허가되지 않은 보호 필드 침입을 인식하면, 안전 관련 셧다운 신호가 안전 출력부(34)(OSSD, output signal switching device)를 통해 출력되어, 예를 들어 모니터링되는 위험한 기계를 중지시키거나 이를 위험하지 않은 포지션으로 이동시킨다. 대안적으로, 측정 데이터는 무엇보다도 레이저 스캐너(10)가 안전 레이저 스캐너가 아니고 이에 따라 어떠한 보호 필드들도 모니터링하지 않을 때 출력부(34)를 통해 출력된다.
모든 명명된 기능 구성요소들은 광 출구 및 광 입구 영역에서 둘레 전방 스크린(peripheral front screen)(38)을 갖는 하우징(36)에 배열된다. 전방 스크린(38)은 빈번하게 회전 부재로 형성되지만, 반드시 그런 것은 아니며, 두 경우 모두, 360°를 초과하여 연장될 필요가 없으며, 이에 따라 특정 각도 범위가 데드 존으로 유지된다. 전방 스크린(38)은 도 1의 예에서 컵 방식으로 만곡된 단면 윤곽을 갖는다. 그러나, 상이한 곡률과 심지어 직선 윤곽도 이해될 수 있으며, 이는 전체적으로 절두 원뿔(truncated cone) 형상이 된다. 하부 영역에서, 전방 스크린(38)은 베이스(40)에 의해 폐쇄되며; 상부 영역에서는, 후드 커버(42)에 의해 폐쇄된다.
광 투과성을 위해 전방 스크린(38)을 모니터링하기 위해서는, 단면도에서 오직 하나의 테스트 채널만이 인식될 수 있는 둘레부에 분포되는 복수의 테스트 통로들이 제공된다. 테스트 광 송신기(44) 및 테스트 광 수신기(46)가 전방 스크린(38)에 대해 외부에 배열되지만, 그럼에도 불구하고, 레이저 스캐너(10) 내의 베이스(40)에 수용될 수 있다. 테스트 광 송신기(44)의 테스트 광(48)은 먼저, 베이스(40)를 통해 외부측으로 통과한 다음, 전방 스크린(38)을 레이저 스캐너(10)의 내부로 투과(transilluminates)한다. 테스크 광은 후드 커버(42)에 부착된 테스트 광 반사기(50)에서 반사되고 다시 전방 스크린(38)과 베이스(40)를 투과(transilluminates)하면서 테스트 광 수신기(46)로 되돌아간다. 대안적인 실시예에서, 테스트 통로들은 도시된 바와 같이 반사광 배리어의 원리에 따라 설정되지 않고, 오히려 스루-빔 광 배리어(through-beam light barrier)로서 설정되며, 여기서 테스트 광 수신기(46)는 테스트 광 반사기(50)의 포지션에서 내측방으로 부착되고 테스트 광 반사기(50)는 생략된다.
평가 유닛(32)은 테스트 광 수신기(46)의 테스트 신호를 참조하여, 예를 들어 원하는 레벨과의 비교에 의해, 전방 스크린(38)의 광 투과성이 테스트 광(48)의 통과 지점에서 손상되었는지의 여부를 체크할 수 있다. 레이저 스캐너(10)의 안전 기능을 더 이상 보장하지 않는 손상이 인식되면, 안전 관련 응답이 촉발된다.
도 1에 도시된 테스트 채널들은 주로, 균질 오염 인식의 역할을 한다. 예를 들어, 20 %의 특정 방출 성능(specified remission capability)을 갖는 테스트 스폿들에 의해 실제로 표현되는 국부적 오염 또는 조작들을 인식하기 위해, 본 발명에 따라, 송신된 광 빔(16)에 기초한 전방 스크린 모니터링이 제공되고 이제 설명될 것이다. 유리하게는, 필요한 테스트 채널들의 수를 줄이기 위해 둘 모두가 서로 조합될 수 있다. 특정 상황 하에서는 테스트 채널들이 완전히 제거될 수 있다.
도 2는 빔 편향에 의한 전방 스크린(38)의 테스트 및 조작 감지의 기능 원리를 설명하기 위해 레이저 스캐너(10)의 부분 단면도를 도시한다. 전방 스크린 모니터링은 송신된 광 빔(16)이 레이저 스캐너(10)를 빠져 나가는, 전방 스크린(38)의 제1 영역(52)에서 송신된 광 빔(16)의 전방 스크린 반사에 기초한다. 거기에서 반사된 송신된 광 빔(16)의 부분은 전방 스크린 반사 빔(54)으로 불리며, 레이저 스캐너(10) 내에서 제1 광 감지 요소(56) 및 제2 광 편향 요소(58)에서 편향되어 다시 전방 추가 영역(60)에서 스크린(38) 상에 입사된다. 2 개의 광 편향 요소들(56, 58)은 여기서 미러들로서 형성되고 모터 홀더(28) 또는 후드 커버(42)에 부착된다. 대안적으로, 예를 들어, 프리즘들, 상이한 부착 부위들, 및 상이한 수의 광 편향들을 통해 다른 형태들의 광 편향이 또한 이해될 수 있다. 별도의 광 편향 요소들(56, 58) 대신에, 상응하는 반사 또는 광택 표면들이 또한 사용될 수 있으며, 예를 들어 제1 광 편향 요소(56)는 모터 홀더의 흑색 광택 표면일 수 있다.
전방 스크린(38)의 오염 또는 다른 손상이 레이저 스캐너(10)의 기능적 능력과 관련되기 때문에, 추가 영역(60)이 방출 광 빔(22)의 광학 경로에 배치된다. 전방 스크린 반사 빔(54)은 추가 영역(60)에서 추가 시간에 반사되고 발생된 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)은 광 수신기(26)에 입사된다. 이에 따라, 이 전방 스크린 모니터링은 모니터링 존(20)에서 물체들의 거리들을 결정하기 위해 실제 측정 시스템에 통합되며; 이를 위해 추가 능동(active) 구성요소들이 요구되지는 않는다.
예를 들어, 이 전방 스크린 모니터링은 투과가 아닌 반사를 기반으로 하고 이에 따라 어두운 먼지 입자들은 단지 열악하게 인식될 수 있기 때문에, 이는 바람직하게는, 달성될 안전 범주에 따라 도 1에 따른, 테스트 채널들과 결합된다. 그 다음, 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)을 통한 측정은 국부적 손상부들의 인식에 기여하는 한편, 테스트 채널들은 특히 어두운 먼지 입자들을 사용하여 균일한 오염을 담당한다. 도 2에 따른 빔 편향을 통해 신뢰할 수 있는 감지에 충분한 20 %의 방출 능력(remission capability)은, 여기에서 대표로 명명된 안전 표준 IEC/EN 61496-3에 따라 지역적 오염 또는 조작을 시뮬레이션해야 하는 테스트 스폿들을 위해 요구된다. 다른 한편으로, 균일한 오염의 인식은 예를 들어 45°의 비교적 큰 각도 세그먼트들에서 무작위 감지에 의해 발생하므로 이러한 테스트 채널들만을 기반으로 하는 기존의 전방 스크린 모니터링과 관련하여 테스트 채널 수를 크게 감소시킨다. 도 3은 전방 스크린(38)의 대응하는 개략적인 3 차원도에서 상보적인 방식으로 빔 편향들을 도시한다.
전방 스크린 모니터링의 감지 감도는 한편으로는, 미리 규정된 방출 능력을 갖는 상기 테스트 스폿들이 신뢰가능하게 감지되고 그리고 다른 한편으로는, 간섭에 대한 응답에 너무 민감하지 않도록 설정되어야 한다. 후자는 안전 문제는 아닐 수 있지만, 레이저 스캐너(10)는 실제로 전혀 임박하지 않은 기능적 고장을 너무 자주 취할 것이고 따라서 가용성(availability)이 불필요하게 감소될 것이다. 따라서, 예를 들어 광 편향 요소들(56, 58) 중 적어도 하나가 블랙 아웃되거나 마스킹되거나 대응하는 댐핑 재료들이 선택된다는 점에서, 광 편향들에서 전방 스크린 반사 빔(54)을 감쇠(attenuate)시키는 것이 합리적일 수 있다. 이는 일부 실시예들에서, 광 편향 요소들(56, 58) 중 적어도 하나가 모터 홀더 또는 모터(28) 또는 후드 커버(42)의 어둡게 빛나는 표면(dark shining surface)에 의해 형성되면 충분하다.
도 4는, 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(52) 대신에 추가 영역(60)에서 송신되고 그에 상보적인 전방 스크린 반사 빔(64)을 도 2와 유사한 도면으로 도시한다. 이는 측정을 방해하지 않도록 하우징(36)의 베이스에 간단히 흡수될 수 있다. 대신에, 추가 광 수신기(66)가 도 4의 베이스에 제공된다. 이에 따라, 전방 스크린(38)은 추가 영역(60)에서 전방 스크린 반사 빔(54)에 의해 손상에 대해 추가적으로 또는 대안적으로 송신 테스트될 수 있다. 이에 따라, 전방 스크린 반사 빔(54)에 기초하여 어두운 오염이 또한 인식되고 종래의 테스트 채널들이 더 감소되거나 심지어 대체된다. 추가 광 수신기(66)는 또한 광 송신기(12)의 출력 전력을 모니터링하거나 심지어 비행 시간을 측정하여 기준 목표 기능을 만족시키기 위해 사용될 수 있다.
도 5는 후드 커버(42)의 하측면도이다. 이 실시예에서, 레이저 스캐너(10)는 송신된 광 빔(16)의 평면에서 예를 들어 완전한 360° 환경중 270°의 스캔 영역 또는 시야(field of view)(FOV)만을 모니터링한다. 여기서 270° 내지 360°의 나머지 각도 범위는 여기서 모니터링되는 영역(20)에서 물체들이 감지되지 않기 때문에 데드 존(dead zone)이라 한다. 시야(FOV)는 다른 실시예들에서 360°보다 작거나 클 수 있다.
전방 스크린 모니터링의 종래 부분의 대응하는 테스트 채널들에 속하는 테스트 광 반사기들(50)은 시야에 걸쳐 분포된다. 시야와 데드 존 사이의 전이 영역(transition region)(마진 영역이라고 함)에서, 전방 스크린 반사 빔(54)의 편향을 위해 제2 광 편향 요소들(58)이 각각 제공된다.
따라서, 전방 스크린 반사 빔(54)에 기초한 전방 스크린 모니터링은 본 실시예에서 시야의 일부 영역들, 여기서는 마진 영역들로 제한된다. 특히 많은 수의 기존 테스트 채널이 이와 다른 방식으로 이 영역에 배치되어야 하는데, 이는 이후에 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명될 것이다. 전방 스크린 반사 빔(54)을 사용하는 추가 전방 스크린 모니터링으로 인해, 비교적 거친(coarse) 테스트 채널들의 네트워크는 그와 함께 균질한 어두운 오염물을 인식하기에 충분하다.
언뜻보기에, 제2 광 편향 요소들(58)을 마진 영역에 그러나, 여전히 시야 내에 확실히 배치할 필요가 있는 것으로 보인다. 그러나, 실제로 추정되는 테스트 스폿들 또는 국부적 손상부들은 어느 정도 각도를 갖는다. 이는, 광 편향 요소들(58)을 도 5에서와 같이 부분적으로 또는 심지어 완전히 적어도 몇도만큼 데드 존으로 변위시키는 것을 가능하게 하며, 여기서 광 편향 요소들은 시야에서 전방 스크린(38)의 마진 영역을 똑같이 이전에(retroactively) 또는 사전에(proactively) 테스트한다. 예를 들어, 전방 스크린 모니터링은 0° 내지 270°의 시야, 272.5° 또는 75°에서만 또는 이미 355° 또는 357.5°에서 발생한다. 데드 존은 일반적으로 구조 상의 이유들을 갖기 때문에, 전방 스크린 모니터링을 위한 광 경로들은 그럼에도 불구하고 자연스럽게 상기 각도들에서 적어도 거의 중단되지 않을 수 있다.
데드 존에서 전방 스크린 모니터링의 장점은 주요(main) 측정으로부터 분리된다는 것이다. 이는 또한 주요 측정 시스템의 감도를 전방 스크린 모니터링의 요구사항들로 전환할 수도 있다. 예를 들어, 감지 임계치 및 이에 따른 오염된 전방 스크린(38)에 대한 빔 편향의 감도는 소프트웨어에 의해 개별적으로 데드 존 내에서 설정된다. 비행 시간 측정 및 안전한 물체 감지가 매개변수화를 미리규정하기 때문에, 감지 임계치는 시야 내에서 자유롭게 변하지 않는다.
도 6 내지 도 8 각각은 회전(revolving) 또는 스캔(scan) 각도가 X 방향으로 그리고 높이가 Y 방향으로 도시되어 있는 회색 코딩(gray coding)으로 롤업된 채 도시된 전방 스크린(38)의 상이한 영역들을 도시한다. 도 6은 테스트 채널들(44, 46, 50)만을 사용하는 전방 스크린 모니터링의 경우의 전체 전방 스크린(38)을 도시한다. 이 예에서 280°의 전체 시야는 여기서 대칭으로 인해 Y 축을 경면대칭화(mirroring)하여 상호보완될 수 있다. 도 7은 시야가 데드 존으로 전이되는 대략 140°의 각도 범위의 확대 단면이다. 도 8은, 테스트 채널들(44, 46, 50)이 전방 스크린 반사 빔(54)에 기초한 전방 스크린 모니터링에 의해 보완적인 방식으로 140°에서 이 전이 영역에서 상호보완될 때의 도 7의 상황을 도시한다.
중간-회색 영역(68)에서, 테스트 스폿은 송신된 광 빔(16)을 통해 직접 감지된다. 테스트 스폿은 흑색 영역들(70)에서 감지되지 않지만, 이는 또한 방출된 광 빔(22)의 통과 영역이 아니기 때문에 관련이 없다. 어두운 회색 영역들(72)은 테스트 채널들(44, 46, 50)에 의해 커버된다. 그러나, 테스트 스폿이 눈에 띄지 않는 채로 남아있는 밝은 영역들(74)이 남아있다. 이 갭은 추가 테스트 통로들(44, 46, 60)에 의해 폐쇄될 수 있지만, 이는 테스트 채널들(44, 46, 60)의 조밀한 네트워크에 상응하는 노력을 필요로 한다. 이해를 위해, 레이저 스캐너(10)가 2축 설계(biaxial design)를 갖기 때문에 중간-회색 영역(68)이 상이한 스캔 각도들에 걸쳐 수직 방향으로 진동과 같은 것을 수행한다는 것이 여전히 부가되어야 한다. 이에 의해, 송신된 광 빔(16) 및 방출된 광 빔(22)은, 도 1 및 도 2에서 서로에 대해 180° 만큼 오프셋된 편향들을 보면 쉽게 명확해질 수 있는 바와 같이 편향 유닛(22)의 회전에 걸쳐 서로를 중심으로 한 번 회전한다. 2축 레이저 스캐너(10)의 이러한 거동은 전방 스크린 모니터링을 더 어렵게 만든다.
도 8에서 인식될 수 있는 바와 같이, 전방 스크린 반사 빔(54)에 의해 상호보완된 전방 스크린 모니터링이 테스트 스폿을 감지하는 백색 영역(76)은, 테스트 스폿이 이전에 눈에 띄지 않고 유지된 밝은 영역(74)을 거의 완전히 변위시킨다. 남아있는 나머지는, 레이저 스캐너(10)의 어떠한 검지 손실도 야기하지 않는 방출된 광 빔(22)의 매우 작은 부분만이 이에 의해 커버되기 때문에 관련이 없다.
전방 스크린 반사 빔(54)에 의한 전방 스크린 모니터링의 마진 영역에 대한 제한은, 단지 예일 뿐이며; 대안으로, 더 많은 영역들, 더 큰 영역들 또는 심지어 전체 시야가 커버될 수 있다. 도 8의 백색 영역(76)은 그에 따라 증가할 것이고, 그리고 추가로 또는 심지어 모든 테스트 채널들(44, 46, 50)이 이러한 방식으로 대체될 수 있다.
도시되지 않은 레이저 스캐너(10)의 유리한 실시예에서, 광 편향 요소들(56, 58)은 편향 및 흡수 영역들이 서로 교번하는 일종의 격자 구조(grid structure), 즉 광 트랩들(light traps)로 구성된다. 이에 의해, 모니터링 존(20)의 가까운 영역에 있는 물체와 전방 스크린 모니터링의 중첩을 고려하기 위해 일종의 차동 측정이 수행될 수 있다. 이러한 차동 프로세스 없이는, 매우 가까운 물체들 및 손상된 전방 스크린(38)은 서로 쉽게 분리될 수 없다. 수신된 신호들을 흡수 및 반사된 전방 스크린 반사 빔(54)과 비교하는 것으로 인해, 이는 개선되고 따라서 가용성은 보호 필드에 가까운 물체들을 포함하는 매우 짧은 보호 필드들을 사용하여 증가된다.
송신된 광 빔(16) 그리고 이에 따라 하나의 모니터링된 평면을 갖는 레이저 스캐너(10)가 이전에 설명되었다. 또한, 본 발명에 따른 전방 스크린 모니터링은 다층 스캐너와 함께 사용될 수 있다. 이는, 서로 위의 높이에서 복수의 스캔 빔들을 가지고 있어 이에 따라 복수의 평면을 통해 공간 영역을 모니터링하거나 더 정확히는 안착된 모래시계들과 유사한 구조로 공간 존을 모니터링하는 레이저 스캐너이다. 복수의 스캔 빔들은 복수의 광 송신기들 또는 빔 분할들에 의해 생성되고 그리고 그에 따라 복수의 광 수신기들 또는 복수의 수신 존들 또는 픽셀들을 갖는 광 수신기에서 수신된다.
다층 스캐너가 그의 다수의 평면들에서 물체를 감지하기 때문에, 이는 국부적 또는 균일한 오염물질들로 인한 감지 손실이 발생할 가능성이 통계적으로 적다. 따라서, 훨씬 더 많은 기존의 테스트 채널들이 생략될 수 있고 또는 전방 스크린 모니터링이 비-편향 전방 스크린 반사에만 기초할 수 있다. 더욱이, 복수의 스캔 빔들 중 일부에 의해서만 전방 스크린을 테스트하는 것으로 충분한다. 이러한 종류의 전방 스크린 모니터링의 또 다른 장점은 비교적 적은 노력으로 기존의 다층 스캐너에 보완될 수 있다는 것이다.

Claims (15)

  1. 모니터링 존(monitored zone)(20)에서 물체들을 감지하기 위한, 안전 레이저 스캐너(safety laser scanner)로서,
    스캔 빔(16)을 송신하기 위한 광 송신기(light transmitter)(12), 스캔 빔(16)에 의한 모니터링 존(20)의 주기적 스캐닝을 위한 이동식 편향 유닛(movable deflection unit)(18), 물체에 의해 방출된 스캔 빔(22)으로부터 수신된 신호를 생성하는 광 수신기(light receiver)(26), 전방 스크린(front screen)(38), 그리고 제어 및 평가 유닛(control and evaluation unit)(32)을 포함하며, 상기 제어 및 평가 유닛(32)은 수신된 신호로부터 모니터링 존(20)의 물체에 대한 정보를 획득하고, 전방 스크린(38)에서 반사에 의해 스캔 빔(16)으로부터 생성된 전방 스크린 반사 빔(54)을 평가하여 전방 스크린 모니터링에서 전방 스크린(38)의 손상된 광 투과율을 인식하도록 구성되며,
    적어도 하나의 광 편향 유닛(light deflection unit)(56, 58)을 특징으로 하며, 상기 적어도 하나의 광 편향 유닛(56, 58)은 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)이 테스트될 영역(60)에서 반사에 의해 발생되도록 테스트될 영역(60)에서 전방 스크린 반사 빔(54)을 다시 전방 스크린(38)으로 안내하는 전방 스크린 반사 빔(54)의 광 경로에 있는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 및 평가 유닛(32)은 전방 스크린 모니터링을 위해 상기 광 수신기(26)에서 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)에 의해 생성된 수신 신호를 평가하도록 구성되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    검사될 영역(60)에 송신되는 전방 스크린 반사 빔(54)의 일부(64)가 입사되는 적어도 하나의 외부 추가 광 수신기(66)를 가지며, 상기 제어 및 평가 유닛(32)은 상기 전방 스크린 모니터링을 위해 상기 추가 광 수신기(66)의 수신 신호를 평가하도록 구성되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 송신기(12) 및 상기 광 수신기(26)는 2축 설계에서 상호 평행한 광축들을 사용하여 나란히 배열되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 측정에 의한 광 투과성에 대해 전방 스크린(38)의 일부 영역을 체크하기 위해 빔 광 배리어 또는 반사 광 배리어 방식으로 배열되는 추가 전방 스크린 모니터링을 위해 적어도 한 쌍의 테스트 광 송신기들(44) 및 테스트 광 수신기들(46)를 갖는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 편향 요소(56, 58)는 상기 안전 레이저 스캐너(10)의 시야의 적어도 하나의 부분 영역에만 제공되며 이에 따라 상기 전방 스크린 반사 빔(54)에 기초한 전방 스크린 모니터링만이 상기 부분 영역에 관련되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 부분 영역은 시야와 시야 밖의 데드 존(dead zone) 사이의 마진 영역(marginal region)이고, 특히 상기 광 편향 요소(56, 58)가 상기 데드 존에 제공되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어 및 평가 유닛(32)은 상기 광 수신기(26)에서 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)의 감지 감도 및/또는 그에 의해 마진 영역에서 생성된 수신 신호의 평가를 적합화하도록 구성되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 스크린(38)은 회전체의 형상 및 만곡된 단면 윤곽, 특히 컵 형상의 만곡된 윤곽을 갖는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 스크린 반사 빔(54)의 광학 경로에 제1 및 제2 광 편향 요소(56, 58)를 가지며, 상기 제1 광 편향 요소(56)는 특히 중앙에 배열된 모터 홀더에 배치되고 그리고 상기 제2 광 편향 유닛(58)은 상기 안전 레이저 스캐너(10)의 커버(42)에 배열되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 편향 요소(56, 58)는 빔 감쇠로 구성되고; 그리고/또는 기준 광 수신기는 특히 광 편향 요소(56, 58)에서 상기 전방 스크린 반사 빔(54)의 광학 경로에 배열되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광 편향 요소(56, 58) 및 광 트랩은 각각, 수신된 신호들의 비교에 의해 차동 전방 스크린 모니터링을 가능하게 하기 위해 상기 편향 유닛(18)의 회전 이동 방향으로 부분적으로 배열되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    높이가 분리된 복수의 스캔 빔들을 갖는 다층 스캐너로서 구성되며, 상기 스캔 빔들 중 적어도 하나는 상기 전방 스크린 모니터링을 위해 사용되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    안전 출력부(34)를 갖고, 상기 안전 출력부의 제어 및 평가 유닛(32)은 감지된 물체들의 포지션을 보호 필드들과 비교하고 그리고 허가되지 않은 보호 필드 침입을 인식할 때 세이프가딩 신호(safeguarding signal)에 의해 상기 안전 출력부(34)를 제어하도록 구성되는,
    안전 레이저 스캐너(10).
  15. 안전 레이저 스캐너(10), 특히 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 안전 레이저 스캐너(10)의 전방 스크린(38)의 전방 스크린 모니터링 방법으로서,
    스캔 빔(16)이 송신되고, 상기 모니터링 존(20)은 상기 스캔 빔(16)에 의해 주기적으로 스캔되고, 수신 신호가 상기 모니터링 존(20)에 있는 물체들에 의해 방출된 스캔 빔(22)에서 생성되며 그리고 수신 신호는 물체들에 대한 정보를 획득하고, 상기 전방 스크린(38)에서 반사에 의해 상기 스캔 빔으로부터 생성되는 전방 스크린 모니터링을 위한 전방 스크린 반사 빔을 평가함으로써 상기 전방 스크린(38)의 손상된 투과율을 인식하도록 평가되며,
    상기 전방 스크린 반사 빔(54)은 적어도 하나의 광 편향 요소(56, 58)에 의해 테스트될 영역(60)의 광 경로에서 전방 스크린(38)으로 다시 안내되어, 2회 반사된 전방 스크린 반사 빔(62)이 테스트될 영역(60)에서 반사에 의해 발생되는,
    전방 스크린 모니터링 방법.
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