WO2015097040A2 - Einrichtung zur übertragung von energie mittels laserstrahlung - Google Patents

Einrichtung zur übertragung von energie mittels laserstrahlung Download PDF

Info

Publication number
WO2015097040A2
WO2015097040A2 PCT/EP2014/078261 EP2014078261W WO2015097040A2 WO 2015097040 A2 WO2015097040 A2 WO 2015097040A2 EP 2014078261 W EP2014078261 W EP 2014078261W WO 2015097040 A2 WO2015097040 A2 WO 2015097040A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transmitting
energy
laser beam
unit
space
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/078261
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015097040A3 (de
Inventor
Adolf Giesen
Stephan Anders
Hans-Albert Eckel
Erik JÄGER
Marko Pfeifer
Tim Sterzik
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Publication of WO2015097040A2 publication Critical patent/WO2015097040A2/de
Publication of WO2015097040A3 publication Critical patent/WO2015097040A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
    • H04B10/806—Arrangements for feeding power
    • H04B10/807—Optical power feeding, i.e. transmitting power using an optical signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20—Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting energy by means of laser radiation, comprising a transmitting unit, from which a selectively directed to a receiving unit energy-transmitting laser beam propagates, wherein the transmitting unit and the receiving unit are aligned relative to each other so that the emanating from the transmitting unit laser beam always impinges on the receiving unit.
  • a foreign object is any object, be it a living being or an object, to be understood, which is not part of the device for the transmission of energy by means of laser radiation.
  • the invention is therefore based on the object to improve the reliability of such devices.
  • This object is achieved in one embodiment of the invention in that a Hüllraumbergerwachung is provided, which checks a running around the energy-transmitting laser beam around enveloping space with respect to an existing in Hüllraum foreign object and that the Hüllraumüberwachung generates a signal when detecting such a foreign object in the envelope space which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
  • the Hüllraumüberwachung can be designed in a variety of ways.
  • the envelope monitoring thus determines whether a foreign object-free initial state has been changed, and this change in the initial state is assigned to the occurrence of a foreign object.
  • the envelope space monitoring detects the envelope space with regard to a foreign object moving in the envelope space, that is to say that the envelope space monitoring primarily focuses on the fact that the foreign object moves.
  • the envelope could extend only over a portion of the longitudinal extent of the laser beam.
  • a particularly secure solution provides that the enveloping space extends along the entire course of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit to the receiving unit.
  • the Hüllraumüberwachung monitors the envelope space along an entire course of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit to the receiving unit.
  • the Hüllraumraumintuitung could be done in different ways.
  • a particularly favorable solution which ensures in particular a precisely evaluable and rapid detection of a foreign object, provides that the Hüllraumüberwachung visually monitors the envelope space.
  • a particularly expedient manner of monitoring the enveloping space provides that the enveloping space monitoring detects electromagnetic radiation propagating through the enveloping space with a detector, wherein in particular a foreign object prevents or alters the propagation of the electromagnetic radiation, which is detected by the detector.
  • the Hüllraumüberwachung comprises at least one of the transmitting unit and / or the receiving unit associated detector element which detects coming from the receiving unit and / or the transmitting unit electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation can be generated by a backlight or an external light source.
  • the radiation field to be detected is a non-coherent radiation field.
  • the radiation field to be detected is a coherent radiation field.
  • the radiation field can be realized in a variety of ways.
  • the radiation field could be a radiation field penetrating the enveloping space, in particular in its longitudinal direction extending approximately parallel to the energy-transmitting laser beam, which radiation field is continuous, that is, uninterrupted, transversely to the longitudinal direction.
  • the radiation field comprises individual radiation field bundles penetrating the envelope space in its longitudinal direction extending approximately parallel to the energy-transmitting laser beam.
  • each radiation field bundle is formed by a laser radiation field.
  • An approximately parallel to the energy-transmitting laser beam parallel course of the longitudinal direction is to be understood a course that includes at most an angle of 10 ° with the laser beam.
  • An advantageous solution provides that a radiation source is assigned to the transmitting unit and / or the receiving unit.
  • a radiation outlet unit is rigid with the
  • a solution which is particularly expedient with respect to the monitoring of the enveloping space provides that the receiving unit and / or the transmitting unit is assigned a reflector for electromagnetic radiation coming from the transmitting unit and / or the receiving unit and passing through the enveloping space, which reflects them back parallel to the direction of incidence.
  • Such a reflector has the advantage that both the radiation source and the at least one detector can be arranged either on the transmitting unit or the receiving unit and the respective other unit, that is, the receiving unit or the transmitting unit has only the reflector, so that the electromagnetic radiation passes through the envelope space in the longitudinal direction twice.
  • the reflector unit may be formed as a simple mirror.
  • Retroreflektoren includes that reflect back from any direction of incidence of the electromagnetic radiation opposite to their direction of incidence.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the device is provided with a target monitoring, which ensures that the energy-transmitting laser beam always the receiving unit, in particular the beam receiving optics of the receiving unit, so that misalignments of the energy-transmitting laser beam relative to the receiving unit detected at least quickly , or even better, can be avoided.
  • Intensity of the energy-transmitting laser beam in the transmitting unit proportional intensity signal with an intensity of the energy-transmitting laser beam in the receiving unit proportional intensity signal compares and determines a target orientation of the energy-transmitting laser beam and thus detects in this comparison whether a misalignment is present or not.
  • the target detection generates a shutdown signal in the event of a misalignment, which causes the transmitting unit to perform the shutdown
  • a target detection described in this way serves to operate the device according to the invention with the greatest possible safety.
  • a further advantageous solution of the object which can be used as an alternative or in addition to the solutions described above, and contributes to the increase of safety, provides that an operating space receiving the device is monitored by an operating room monitoring detecting a moving foreign object.
  • Such operation space monitoring can also be done in a variety of ways.
  • a solution which more precisely monitors the operating room with regard to a foreign object provides that the operating room monitoring system comprises a camera system detecting the operating room, so that the images captured by the camera system can be identified by means of image evaluation on the one hand to identify foreign objects and on the other hand
  • the camera system captures the operating room as a whole. Another procedure provides that the camera system records individual sections of the operating room in chronological succession.
  • the operating room monitoring can be operated in such a way that when a foreign object moving in the operating room is detected, it generates a switch-off signal which prevents an exit of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
  • Receiving unit moves.
  • the operating room monitoring could take place after defined time intervals or individually specifiable time intervals.
  • the operating room monitoring constantly monitors the operating room during the energy transmission by the laser beam.
  • Receiving unit are arranged in an operating room, which is enclosed by an active laser protection wall system.
  • An active laser protection wall system is to be understood as meaning that such an active laser protection system actively generates a signal indicating this application when acted upon by a high-energy laser beam.
  • such a laser protective wall system comprises several
  • the laser protective wall system upon exposure of one of the wall elements of the laser protective wall system by a high-energy laser beam, the laser protective wall system generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
  • An energy-rich laser beam is a laser beam, the by misalignment or any kind of deflection, such. B. reflection, diffraction, etc., of the energy-transmitting laser beam is formed.
  • the laser protective wall system encloses the entire operating space.
  • the laser protective wall system encloses the operating space with approximately vertically extending wall elements.
  • the laser protective wall system additionally encloses the operating room with horizontally extending wall elements, in particular with ceiling elements and / or floor elements.
  • the object mentioned at the outset is also achieved in a device for energy transmission according to the invention by arranging the operating room with the transmitting unit and the receiving unit in an enclosure.
  • Such an enclosure for example, is designed so that it includes building conventional partitions.
  • the housing surrounds a laser protective wall system on a side facing away from the operating room, so that between the operating room and the enclosure, the laser protective wall system is effective.
  • the enclosure is to be provided with a monitored access.
  • Such access control detects each foreign object moving through the access.
  • an advantageous solution provides that the access control in energy transmission by means of the energy-transmitting laser beam and a detected by the access control, by the Access by moving foreign object generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
  • an expedient solution provides that, in the presence of a switch-off signal, a control unit assigned to the transmission unit is the further one
  • Such a prevention of the emission of the energy-transmitting laser beam can be carried out in various ways.
  • control unit to switch off a pump unit for the laser radiation source.
  • control unit causes an optical detuning of the laser radiation source.
  • control unit causes by an optical element, the back reflection of the energy-transmitting laser beam or a deflection of the energy-transmitting laser beam in a sump, so that it can not leave the transmitting unit.
  • the object mentioned above is also in a method for transmitting energy by means of laser radiation, in which, starting from a transmitting unit, a targeted directed to a receiving unit energy-transmitting laser beam propagates, wherein the transmitting unit and the receiving unit are aligned relative to each other, that of the Transmitting unit outgoing laser beam always impinges on the receiving unit, achieved by a Hüllraumüberwachung is performed, which checks a running around the energy-transmitting laser beam around enveloping space with respect to an existing in Hüllraum foreign object and that the Hüllraumbergerwachung upon detection of such a foreign object in the envelope space a shutdown signal generates, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
  • the envelope monitoring prefferably monitors the envelope space with regard to a foreign object that has entered the envelope space.
  • the enveloping space monitoring detects the enveloping space with regard to a foreign object moving in the enveloping space.
  • An expedient solution provides that the enveloping space along the entire course of the energy-transmitting laser beam of the
  • Transmitter unit extends to the receiver unit.
  • Laser beam from the transmitting unit to the receiving unit monitors.
  • the envelope space monitoring detects electromagnetic radiation propagating through the envelope space with at least one detector.
  • the enclosure monitoring comprises at least one detector element associated with the transmission unit and / or the reception unit, which detects electromagnetic radiation coming from the reception unit and / or the transmission unit.
  • the Hüllraumüberwachung generates the electromagnetic radiation in the form of a radiation field.
  • the radiation field to be detected is a non-coherent radiation field.
  • the radiation field to be detected is a coherent radiation field.
  • An expedient realization provides that the radiation field comprises individual radiation field bundles that pass through the enveloping space in its longitudinal direction.
  • each radiation field bundle is formed by a laser radiation field.
  • a radiation source is assigned to the transmitting unit and / or the receiving unit.
  • a radiation outlet unit is rigidly connected to an abstraction of the transmitting unit and / or the beam receiving optics of the receiving unit.
  • the receiving unit and / or the transmitting unit a reflector for coming from the transmitting unit and / or the receiving unit and passing through the envelope space
  • An advantageous development provides that the device is provided with a target monitoring.
  • the target monitor compares one of the intensity of the
  • Intensity signal with an intensity of the energy-transmitting laser beam in the receiving unit proportional intensity signal and determines therefrom a target orientation of the energy-transmitting laser beam.
  • the target monitor prefferably to generate a switch-off signal in the event of a misalignment, which prevents an exit of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
  • a further solution provides for the task that an operating room receiving the device is detected by a moving foreign object
  • the operating room monitoring the operating room is detected by a camera system.
  • the operating room as a whole is expediently recorded with the camera system.
  • the camera system records individual subarea of the operating room in chronological succession.
  • Shutdown signal generated which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
  • One type of monitoring provides that the operating room monitoring constantly monitors the operating room during the energy transmission by the laser beam.
  • the transmitting unit, the energy-transmitting laser beam and the receiving unit work in an operating room, which is enclosed by an active laser protection wall system and in particular the active laser protective wall system more
  • the laser protective wall system upon exposure of one of the wall elements by a high-energy laser beam, the laser protective wall system generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
  • the active laser protective wall system comprises several components
  • the laser protective wall system when one of the wall elements is energized by a high-energy laser beam, the laser protective wall system generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitter unit.
  • the operating room with the transmitting unit For example, the operating room with the transmitting unit and the
  • Receiving unit arranged in a housing.
  • the enclosure comprises building-standard partitions, wherein in particular the enclosure surrounds a laser protection wall system on a side remote from the operating room.
  • the access is assigned an access control which detects a foreign object moving through the access.
  • the access monitoring during energy transmission by means of the energy-transmitting laser beam and a detected by the access monitoring, passing through the access foreign object generates a shutdown signal, which prevents leakage of the energy-transmitting laser beam from the transmitting unit.
  • Transmission unit associated with the control unit further sending the
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention for the transmission of energy by means of laser radiation.
  • Fig. 2 is a section along line 2-2 in Fig. 1;
  • Fig. 3 is a section along line 3-3 in Fig. 1;
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a first embodiment of a wall element of an active laser protective wall system
  • Fig. 5 is an illustration of another embodiment of a
  • Wall element of an active laser protection wall system 6 is a view similar to FIG. 3 of a second
  • FIG. 7 shows a representation similar to FIG. 1 of a third embodiment of a device according to the invention for the transmission of energy by means of laser radiation;
  • Fig. 8 is a section along line 8-8 in Fig. 7 and
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device 10 according to the invention for transmitting energy by means of laser radiation, comprising a transmitting unit designated as a whole by 12, starting from which an energy-transmitting laser beam 14 propagates in the direction of a receiving unit designated as a whole by 16, wherein the distance between the transmitting unit 12 and the receiving unit 10 may be in the range of several meters to several hundred meters.
  • the transmitting unit 12 in turn comprises, for example, a laser radiation source 22, which may be designed as a laser resonator or laser resonator coupled to a laser amplifier and generates high-energy laser radiation, from which one likewise encompassed by the transmitting unit 12
  • Abstrahloptik 24 forms the high-energy laser beam 14, which leaves the transmitting unit 12.
  • At least the radiation optics 24 in space can be aligned to the energy-transmitting laser beam 14 relative to
  • Receiver unit 16 align, so that the energy-transmitting laser beam 14 is incident optimally on the receiving unit 16.
  • the laser radiation source 22 may be arranged stationary.
  • Abstrahloptik 24 align form, so that the unit of laser radiation source 22 and radiation 24 is optimally aligned relative to the receiving unit 16.
  • the receiving unit 16 in turn comprises a beam-receiving optical system 32 for the energy-transmitting laser beam 14, which is coupled to a likewise included by the receiving unit converter 34, which can convert the energy-transmitting laser beam 14 in a variety of ways.
  • the energy-transmitting laser beam 14 can be used directly for laser processing.
  • the converter 34 for converting the energy-transmitting laser beam 14 into another form of energy, for example electrical energy, in which case the converter 34 comprises photovoltaic cells for converting the laser beam 14 into electrical energy.
  • the converter 34 may be arranged stationary or it may be provided to form the beam-receiving optical system 32 with the converter 34 so that it can be aligned relative to the transmitting unit 12.
  • a device for transmitting energy by means of laser radiation is exemplary in the German patent application 10 2012 111 978
  • Target detection unit 36 which compares a proportional to the intensity of the incident on the beam receiving optics 32 energy transmitting laser beam 14 ISE signal with one of the intensity of the energy-transmitting laser beam 14 in the Abstrahloptik 24 signal ISS and generates at different values, a shutdown signal AS1, which transmits a control unit 40 is, which causes an immediate no longer emitting the energy-transmitting laser beam 14 either by switching off the laser radiation source 22 or by changing the Abstrahloptik 24, in particular beam deflection in the Abstrahloptik 24th
  • the signals ISE and ISS can be transmitted to the target detection unit 36 in a wired or wireless manner.
  • the envelope monitoring 44 comprises a laser radiation source 52, which preferably operates at an eye-safe wavelength and generates laser radiation, which is supplied by one or more beam splitter 54 radiation heads 56 of Hüllraumbergerwachung 44, of which with its longitudinal direction L approximately parallel to the energy-transmitting laser beam 14, that is, parallel or at an angle of at most 20 ° to the energy-transmitting laser beam 14, propagating sensor laser beams 58 of Hüllraumbergerwachung 44 go out, wherein the sensor laser beams 58 are arranged so that a transverse distance A, the A distance in a circumferential direction U of the enveloping space 42 running around the laser beam 14 is transverse to a propagation direction or longitudinal direction L of the sensor laser beams 58, which is smaller than the size of at least one e
  • a hand of an operator moving in the direction of the energy transmitting laser beam 14 does not pass between two adjacent sensor laser beams 58, for example, to
  • the emitting heads 56 are in particular rigidly connected to the abstraction 24, so that movement thereof also results in movement of the enveloping space 42.
  • the entirety of the sensor laser beams 58 forms a sensor radiation field 62, which extends substantially parallel to the energy-transmitting laser beam 14 over its entire extent between the transmitting unit 12 and the receiving unit 16 and to one of the receiving unit 16
  • associated reflector unit 64 of Hüllraumbergerwachung meets, which, for example, extends annularly around the receiving unit, for example, around the beam-receiving optical system 32 around.
  • the reflector unit 64 may be a simple mirror unit or formed as a retroreflector unit, which slightly offset the individual incident sensor laser beams 58 a and parallel to the respective incident sensor laser beam 58 a , so that the envelope 42 is also penetrated by a reflected sensor laser beam 58 b , the propagates in the direction of the respective radiation head 56.
  • a separate retroreflector unit 68 may be provided for each of the incident sensor laser beams 58a.
  • the reflector unit 64 of the Hüllraumüberwachung 44 is particularly rigidly coupled to the beam receiving optics 32 and aligned so that it optimally aligned with the energy transmitting laser beam 14 beam receiving optics 32, the reflected sensor laser beams 58 b parallel to the incident sensor laser beams 58 a aligns.
  • the sensor laser beams 58 are reflected back from the reflector unit 64 to the receiving unit 16 to the transmitting unit 12, wherein in the region of the transmitting unit 12 each sensor laser beam 58, a decoupling unit 72, for example in the form of a partially transparent mirror is assigned, on the one hand a part of the respective radiation head 56 coupled sensor laser beam 58 to a detector 74 and on the other hand decouples a reflected from the reflector unit 64 sensor laser beam 58 b to a detector 76.
  • An evaluation unit 82 which is coupled to the detectors 74 and 76, can be identified by comparing the intensity value, measured in the detector 74, of the
  • Intensity value relative to the detected by the detector 76 intensity value to generate a shutdown signal AS2, which is the control unit 40 of the transmitting unit 12 and causes the control unit 40 to prevent the presence of the turn-off AS2, a transmission of the energy-transmitting laser beam l4 immediately.
  • monitoring of the enveloping space 42 by the Hüllraumüberwachung 44 thus there is the possibility to prevent contact of the energy-transmitting laser beam 14 approaching foreign object with the laser beam 14 and thus either damage to the foreign object or unwanted by this foreign object reflection of the energy-transmitting laser beam 14 prevent.
  • monitoring of an operating space 102 in which the transmitting unit 12, the energy-transmitting laser beam 14 and the receiving unit 16 and the enveloping space 42 are arranged is provided ,
  • the operating room 102 encloses in particular the enveloping space 42 and the transmitting unit 12 as well as the receiving unit 16.
  • This entire operating room 102 is thereby monitored by a motion monitoring system designated as a whole by 104, wherein the motion monitoring 104 has, for example, a camera system 106 which either detects the operating room 102 as a whole at the respective time or records individual partial areas 108 of the operating room 102 successively in time, wherein Detecting all sub-areas 108 of the entire
  • Operating room 102 can be detected, and thus together with an image analysis software is able to recognize any, moving in the operating room 102 foreign object.
  • a switch-off signal AS3 is generated, which causes the control unit 40 to prevent the transmission of the energy-transmitting laser beam 14.
  • the operating room 102 could, in principle, be surrounded by dividing walls which are customary in building technology, but which can only withstand the energy-transmitting laser beam 14 for a very limited time.
  • a further protective measure of the first exemplary embodiment provides that the operating space 102 is surrounded by an active laser protective wall system 112.
  • an active laser protective wall system 112 is an active system which, upon striking high-energy laser radiation, for example above a definable intensity threshold, triggers a shutdown signal AS4 of the active laser protective wall system 112 on one of its wall elements, causing the control unit 40 to emit the energy-transmitting laser beam 14 to prevent the transmitting unit 12.
  • a first embodiment of a wall element 122 of such active laser protective wall system 112 provides that this on his the
  • Operating space 102 facing side has a planar thermistor layer 124 which changes its conductivity upon impact of a high-energy laser beam, for example, the deflected by reflection energy-transmitting laser beam 14 (Fig. 4).
  • the conductivity of the thermistor 124 is detected by an evaluation unit 126, an impact of a high-energy laser beam on the planar thermistor can be detected by the evaluation unit 126 and the shutdown signal AS4 generated.
  • a second embodiment of a wall element 132 of the active laser protective wall system 112 envisages that an incident high-energy laser beam, when it has destroyed an outer skin 134 of the active laser protective wall 132 facing the operating space 102, enters a light-conducting layer 136 which is covered by the outer skin 134 and propagates in the photoconductive layer 136, the photoconductive layer 136 being penetrated by a
  • Detector 138 is monitored, which generates upon detection of laser radiation of the shutdown signal AS4 '(Fig. 5).
  • the operating space 102 at least in the area of vertical walls, preferably on all sides, is enclosed by the active laser protective wall system 112 with its wall elements which generates the shutdown signal AS4 when an energy-rich laser beam strikes.
  • the operating room 102 in particular together with the laser protective wall system 112 enclosing it, is arranged in a housing 142, which comprises standard building walls and has an access 144 which is provided with an access control 146 which, if an energy transmission takes place by the energy-transmitting laser beam 14 and when a foreign object passes the access monitor 146, a shutdown signal AS5 generated, which also causes the control unit 40 to prevent a transmission of the energy-transmitting laser beam 14.
  • Embodiments related to the first embodiment reference.
  • a third embodiment of a device according to the invention for the transmission of energy by means of laser radiation shown in Fig. 7 to 9, those elements which are identical to those of the first embodiment of the device according to the invention, provided with the same reference numerals, so that with respect to the description thereof in full the comments on the first embodiment can be made reference.
  • the envelope space monitoring 42 has a ring 162 of individual pixel arrays 164 assigned to the transmitting unit 12, as shown in FIG.
  • Target pattern 174 has.
  • the target pattern 174 may be a through a third light source
  • the shutdown signal AS2 is generated by the evaluation unit 82 ', which evaluates the signals of the pixel arrays 164 and uses changes in the detection of the target 174 as an incentive to generate the shutdown signal AS2 ,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Um bei einer Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfassend eine Sendeeinheit, von welcher ausgehend sich ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft, die Betriebssicherheit zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass eine Hüllraumüberwachung vorgesehen ist, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.

Description

EINRICHTUNG ZUR ÜBERTRAGUNG VON ENERGIE MITTELS
LASERSTRAHLUNG
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, umfassend eine Sendeeinheit, von welcher ausgehend sich ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft.
Derartige Einrichtungen zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung sind bekannt.
Das Problem derartiger Einrichtungen besteht darin, diese ausreichend sicher betreiben zu können, da jeder Kontakt eines Fremdobjekts mit dem energieübertragenden Laserstrahl entweder zur Schädigung des Fremdobjekts oder zu einer Schädigung anderer Fremdobjekte führen kann.
Unter einem Fremdobjekt ist dabei jedes Objekt, sei es ein Lebewesen oder ein Gegenstand, zu verstehen, welches nicht Teil der Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit derartiger Einrichtungen zu verbessern. Diese Aufgabe wird bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Hüllraumüberwachung vorgesehen ist, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Signal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass somit ein Kontakt zwischen dem Fremdobjekt und dem energieübertragenden Laserstrahl verhindert werden kann und somit daraus resultierende Schäden nicht entstehen können.
Die Hüllraumüberwachung kann dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein.
Eine Art der Hüllraumüberwachung sieht vor, dass diese den Hüllraum im Hinblick auf ein in den Hüllraum eingetretenes Fremdobjekt überwacht.
Dabei ist es insbesondere unerheblich, in welcher Weise das Fremdobjekt in den Hüllraum eingetreten ist.
Die Hüllraumüberwachung stellt in diesem Fall somit fest, ob ein fremd- objektfreier Ausgangszustand verändert wurde und diese Veränderung des Ausgangszustands wird einem Eintreten eines Fremdobjekts zugeordnet.
Eine andere Möglichkeit der Konzeption der Hüllraumüberwachung sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum bewegendes Fremdobjekt erfasst, das heißt, dass die Hüllraumüberwachung primär darauf abstellt, dass sich das Fremdobjekt bewegt.
Hinsichtlich der Ausbildung des Hüllraums wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen keine näheren Angaben gemacht. So könnte der Hüllraum sich nur über einen Teilbereich der Längserstreckung des Laserstrahls ausdehnen.
Eine besonders sichere Lösung sieht jedoch vor, dass der Hüllraum sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfängereinheit erstreckt.
Damit ist der gesamte Verlauf des Laserstrahls durch die Überwachung des Hüllraums abgesichert.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfangseinheit überwacht.
Die Hüllraumüberwachung könnte dabei in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen.
Beispielsweise wäre eine Hüllraumüberwachung mit Ultraschall denkbar.
Eine besonders günstige Lösung, die insbesondere eine präzise auswertbare und schnelle Erfassung eines Fremdobjekts gewährleistet, sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum optisch überwacht.
Eine besonders zweckmäßige Art der Überwachung des Hüllraums sieht vor, dass die Hüllraumüberwachung sich durch den Hüllraum hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit einem Detektor detektiert, wobei insbesondere ein Fremdobjekt die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung verhindert oder verändert, was durch den Detektor erfasst wird . Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung mindestens ein der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnetes Detektorelement umfasst, welches von der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit kommende elektromagnetische Strahlung detektiert.
Das heißt, dass die elektromagnetische Strahlung zumindest den Hüllraum von der Empfangseinheit zur Sendeeinheit oder von der Sendeeinheit zur
Empfangseinheit durchläuft.
Dabei kann die elektromagnetische Strahlung durch eine Hintergrundbeleuchtung oder eine externe Lichtquelle erzeugt werden.
Eine besonders zweckmäßige Lösung sieht jedoch vor, dass die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes erzeugt.
Bei diesen vorstehend beschriebenen Lösungen kann dabei das zu
detektierende Strahlungsfeld unterschiedlich ausgebildet sein.
Eine Möglichkeit sieht vor, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist.
Das Strahlungsfeld lässt sich dabei in unterschiedlichster Art und Weise realisieren.
Beispielsweise könnte das Strahlungsfeld ein den Hüllraum insbesondere in seiner näherungsweise parallel zum energieübertragenden Laserstrahl verlaufenden Längsrichtung durchsetzendes Strahlungsfeld sein, welches quer zur Längsrichtung zusammenhängend, das heißt unterbrechungsfrei, ausgebildet ist. Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum in seiner näherungsweise parallel zum energieübertragenden Laserstrahl verlaufenden Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst.
In diesem Falle ist insbesondere vorgesehen, dass jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet ist.
Unter einem näherungsweise zum energieübertragenden Laserstrahl parallelen Verlauf der Längsrichtung ist dabei ein Verlauf zu verstehen, der mit dem Laserstrahl maximal einen Winkel von 10° einschließt.
Hinsichtlich der Anordnung der Strahlungsquelle zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung sind die unterschiedlichsten Lösungen denkbar.
Eine vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, dass eine Strahlungsquelle der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnet ist.
Vorzugsweise ist dabei eine Strahlungsaustrittseinheit starr mit der
Abstrahloptik der Sendeeinheit und/oder der Strahlaufnahmeoptik der
Empfangseinheit verbunden.
Eine hinsichtlich der Überwachung des Hüllraums besonders zweckmäßige Lösung sieht vor, dass der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit ein Reflektor für von der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit kommende und den Hüllraum durchsetzende elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert.
Ein derartiger Reflektor hat den Vorteil, dass sowohl die Strahlungsquelle als auch der mindestens eine Detektor entweder an der Sendeeinheit oder der Empfangseinheit angeordnet werden können und die jeweils andere Einheit, das heißt die Empfangseinheit oder die Sendeeinheit lediglich den Reflektor aufweist, so dass die elektromagnetische Strahlung den Hüllraum in der Längsrichtung zweifach durchsetzt.
Dabei kann die Reflektoreinheit als einfacher Spiegel ausgebildet sein.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Reflektoreinheit
Retroreflektoren umfasst, die aus jeder Einfallsrichtung die elektromagnetische Strahlung entgegengesetzt zu ihrer Einfallsrichtung zurückreflektieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, dass die Einrichtung mit einer Zielüberwachung versehen ist, welche sicherstellt, dass der energieübertragende Laserstrahl stets die Empfangseinheit, insbesondere die Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit, trifft, so dass Fehlausrichtungen des energieübertragenden Laserstrahls relativ zur Empfangseinheit zumindest schnell erkannt, oder noch besser vermieden werden können.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Zielüberwachung ein der
Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Sendeeinheit proportionales Intensitätssignal mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Empfangseinheit proportionalen Intensitätssignal vergleicht und daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls ermittelt und folglich bei diesem Vergleich erkennt, ob eine Fehlausrichtung vorliegt oder nicht.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zielerfassung bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal erzeugt, welches die Sendeeinheit veranlasst, das
Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls zu unterbinden.
Somit dient auch eine derart beschriebene Zielerfassung dazu, die erfindungsgemäße Einrichtung mit größtmöglicher Sicherheit zu betreiben. Eine weitere vorteilhafte Lösung der Aufgabe, die alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Lösungen eingesetzt werden kann, und zur Erhöhung der Sicherheit beiträgt, sieht vor, dass ein die Einrichtung aufnehmender Betriebsraum durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende Betriebsraumüberwachung überwacht ist.
Mit einer derartigen Betriebsraumüberwachung besteht die Möglichkeit, Fremdobjekte zu erkennen und deren Bewegungen in dem Betriebsraum zu erfassen.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, mit einer derartigen Betriebsraumüberwachung zu erfassen, ob sich beispielsweise ein Fremdobjekt in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls oder in Richtung der Sendeeinheit oder in Richtung der Empfangseinheit oder von diesen weg bewegt.
Eine derartige Betriebsraumüberwachung kann ebenfalls in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen.
Beispielsweise sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Betriebsraumüberwachung in herkömmlicher weise mit Ultraschall arbeitet und dadurch den Betriebsraum überwacht.
Eine, den Betriebsraum im Hinblick auf ein Fremdobjekt präziser überwachende Lösung, sieht vor, dass die Betriebsraumüberwachung ein den Betriebsraum erfassendes Kamerasystem umfasst, so dass mittels einer Bildauswertung der von dem Kamerasystem aufgenommenen Bildern die Möglichkeit besteht, einerseits Fremdobjekte zu identifizieren und andererseits
Bewegungen der Fremdobjekte zu erfassen.
Dabei ist es denkbar, dass das Kamerasystem den Betriebsraum als Ganzes erfasst. Eine andere Vorgehensweise sieht vor, dass das Kamerasystem einzelne Teilbereiche des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst.
Dabei besteht beispielsweise die Möglichkeit, selektiv sicherheitsrelevante Teilbereiche des Betriebsraums zu erfassen und andere Teilbereiche zu ignorieren.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, sicherheitsrelevante Teilbereiche mit höherer Präzision oder mit größerer Häufigkeit zu erfassen als andere, weniger sicherheitsrelevante Teilbereiche.
Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, den gesamten Betriebsraum dadurch zu erfassen, dass sämtliche Teilbereiche des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst werden.
Vorzugsweise lässt sich die Betriebsraumüberwachung derart betreiben, dass sie beim Erkennen eines sich im Betriebsraum bewegenden Fremdobjekts ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Es ist aber auch möglich, beim Erfassen eines Fremdobjekts im Betriebsraum dessen Bewegungsprofil zu ermitteln und das Abschaltsignal nur dann zu erzeugen, wenn sich das Fremdobjekt in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls oder in Richtung der Sendeeinheit oder in Richtung der
Empfangseinheit bewegt.
Die Betriebsraumüberwachung könnte dabei nach definierten Zeitintervallen oder nach einzeln vorgebbaren Zeitintervallen erfolgen.
Um ein möglichst hohes Sicherheitsniveau zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebsraumüberwachung den Betriebsraum während der Energieübertragung durch den Laserstrahl ständig überwacht. Alternativ oder ergänzend zu den eingangs beschriebenen Ausführungsformen sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zur Lösung der Aufgabe vor, dass die Sendeeinheit, der energieübertragende Laserstrahl und die
Empfangseinheit in einem Betriebsraum angeordnet sind, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem umschlossen ist.
Unter einem aktiven Laserschutzwandsystem ist dabei zu verstehen, dass ein derart aktives Laserschutzsystem bei Beaufschlagung durch einen energiereichen Laserstrahl aktiv ein diese Beaufschlagung anzeigendes Signal erzeugt.
Insbesondere umfasst ein derartiges Laserschutzwandsystem mehrere
Wandelemente, wobei bei Beaufschlagung eines der Wandelemente des Laserschutzwandsystems durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Ein energiereicher Laserstrahl ist dabei ein Laserstrahl, der durch Fehlausrichtung oder jede Art von Umlenkung, wie z. B. Reflexion, Beugung etc., des energieübertragenden Laserstrahls entsteht.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Laserschutzwandsystem den gesamten Betriebsraum umschließt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Laserschutzwandsystems mit ungefähr vertikal verlaufenden Wandelementen den Betriebsraum umschließt.
Es ist aber auch denkbar, dass das Laserschutzwandsystem den Betriebsraum zusätzlich mit horizontal verlaufenden Wandelementen, insbesondere mit Deckenelementen und/oder Bodenelementen, umschließt. Alternativ oder ergänzend zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die eingangs genannte Aufgabe auch bei einer Einrichtung zur Energieübertragung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Betriebsraum mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit in einer Einhausung angeordnet ist.
Eine derartige Einhausung ist beispielsweise so ausgebildet, dass sie gebäudeübliche Trennwände umfasst.
Eine derartige Einhausung kann jedoch in der Regel nicht dazu dienen, energiereiche Laserstrahlung über längere Zeiträume aufzunehmen und zu absorbieren, sondern lediglich dazu, ein Eintreten von Fremdobjekten in den Betriebsraum zu verhindern.
Um jedoch auch das Auftreffen von energiereicherer Laserstrahlung auf der Einhausung zu verhindern ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einhausung ein Laserschutzwandsystem auf einer dem Betriebsraum abgewandten Seite umgibt, so dass zwischen dem Betriebsraum und der Einhausung das Laserschutzwandsystem wirksam ist.
Damit mit der Einhausung die Möglichkeit besteht, das Eintreten von
Fremdobjekt in den Betriebsraum zu erfassen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Einhausung mit einem überwachten Zugang zu versehen ist.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass sich durch den Zugang hindurchbewegende Fremdobjekte durch eine Zugangsüberwachung erfasst werden.
Eine derartige Zugangsüberwachung erfasst jedes sich durch den Zugang hindurchbewegende Fremdobjekt.
Insbesondere sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Zugangsüberwachung bei Energieübertragung mittels des energieübertragenden Laserstrahls und einem sich von der Zugangsüberwachung erfassten, durch den Zugang hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Hinsichtlich der Umsetzung der Abschaltsignale bei allen vorstehend
beschrieben Ausführungsbeispiel wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine zweckmäßige Lösung vor, dass bei Vorliegen eines Abschaltsignals eine der Sendeeinheit zugeordnete Steuereinheit das weitere
Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls durch die Sendeeinheit verhindert.
Ein derartiges Verhindern des Aussendens des energieübertragenden Laserstrahls kann dabei auf unterschiedlichste Art und Weise erfolgen.
So sieht eine Möglichkeit vor, dass die Steuereinheit eine Pumpeinheit für die Laserstrahlungsquelle abschaltet.
Alternativ oder ergänzend sieht eine andere Möglichkeit vor, dass die Steuereinheit eine optische Verstimmung der Laserstrahlungsquelle veranlasst.
Eine weitere alternativ oder ergänzende Lösung sieht vor, dass die Steuereinheit durch ein optisches Element die Rückreflexion des energieübertragenden Laserstrahls oder eine Umlenkung des energieübertragenden Laserstrahls in einen Sumpf veranlasst, so dass dieser die Sendeeinheit nicht verlassen kann .
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem bei einem Verfahren zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, bei welchem sich ausgehend von einer Sendeeinheit, ein gezielt auf eine Empfangseinheit ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl ausbreitet, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit relativ zueinander so ausgerichtet werden, dass der von der Sendeeinheit ausgehende Laserstrahl stets auf die Empfangseinheit auftrifft, dadurch gelöst, dass eine Hüllraumüberwachung durchgeführt wird, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufenden Hüllraum im Hinblick auf ein im Hüllraum vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Weitere Ausbildungen des Verfahrens weisen Merkmale auf, die bereits im Zusammenhang mit der voranstehend erläuterten Einrichtung beschrieben wurden.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in den Hüllraum eingetretenes Fremdobjekt überwacht.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum bewegendes Fremdobjekt erfasst.
Eine zweckmäßige Lösung sieht vor, dass der Hüllraum sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls von der
Sendeeinheit bis zur Empfängereinheit erstreckt.
Damit ist es insbesondere möglich, dass die Hüllraumüberwachung den Hüllraum längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden
Laserstrahls von der Sendeeinheit bis zur Empfangseinheit überwacht.
Zweckmäßig ist es, wenn die Hüllraumüberwachung den Hüllraum optisch überwacht.
Insbesondere ist dies dadurch möglich, dass die Hüllraumüberwachung sich durch den Hüllraum hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Detektor detektiert. Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung mindestens ein der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnetes Detektorelement umfasst, welches von der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit kommende elektromagnetische Strahlung detektiert.
Insbesondere erzeugt die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes.
Dabei ist es möglich, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist.
Alternativ dazu ist es möglich, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist.
Eine zweckmäßige Realisierung sieht vor, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum in seiner Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst.
Insbesondere ist dabei jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet.
Bei einer günstigen Realisierung ist vorgesehen, dass eine Strahlungsquelle der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit zugeordnet ist.
Insbesondere ist eine Strahlungsaustrittseinheit starr mit einer Abstrahloptik der Sendeeinheit und/oder der Strahlaufnahmeoptik der Empfangseinheit verbunden.
Bei einer günstigen Lösung ist vorgesehen, dass der Empfangseinheit und/oder der Sendeeinheit ein Reflektor für von der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit kommende und den Hüllraum durchsetzende
elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Einrichtung mit einer Zielüberwachung versehen wird.
Insbesondere vergleicht die Zielüberwachung ein der Intensität des
energieübertragenden Laserstrahls in der Sendeeinheit proportionales
Intensitätssignal mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls in der Empfangseinheit proportionalen Intensitätssignal und ermittelt daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls.
Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Zielüberwachung bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Alternativ oder ergänzend zum vorstehend beschriebenen Verfahren sieht eine weitere Lösung der Aufgabe vor, dass ein die Einrichtung aufnehmender Betriebsraum durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende
Betriebsraumüberwachung überwacht wird.
Insbesondere wird mit der Betriebsraumüberwachung der Betriebsraum durch ein Kamerasystem erfasst.
Dabei wird zweckmäßigerweise mit dem Kamerasystem der Betriebsraum als Ganzes erfasst.
Es ist aber auch denkbar, dass das Kamerasystem einzelne Teilbereich des Betriebsraums zeitlich aufeinanderfolgend erfasst.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Betriebsraumüberwachung beim Erkennen eines sich im Betriebsraum bewegenden Fremdobjekts ein
Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet. Eine Art der Überwachung sieht vor, dass die Betriebsraumüberwachung den Betriebsraum während der Energieübertragung durch den Laserstrahl ständig überwacht.
Eine weitere alternative oder ergänzende Lösung zu den vorstehend
erläuterten Verfahren sieht vor, dass die Sendeeinheit, der energieübertragende Laserstrahl und die Empfangseinheit in einem Betriebsraum arbeiten, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem umschlossen wird und dass insbesondere das aktive Laserschutzwandsystem mehrere
Wandelemente umfasst und dass bei Beaufschlagung eines der Wandelemente durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Beispielsweise umfasst das aktive Laserschutzwandsystem mehrere
Wandelemente und bei Beaufschlagung eines der Wandelemente wird durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Laserschutzwandsystem den gesamten Betriebsraum umschließt.
Beispielsweise werden der Betriebsraum mit der Sendeeinheit und der
Empfangseinheit in einer Einhausung angeordnet.
Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Einhausung gebäudeübliche Trennwände umfasst, wobei insbesondere die Einhausung ein Laserschutzwandsystem auf einer dem Betriebsraum abgewandten Seite umgibt.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Einhausung mit einem
überwachten Zugang versehen wird . Zur Verbesserung der Sicherheit wird dem Zugang eine Zugangsüberwachung zugeordnet, welche ein sich durch den Zugang hindurchbewegendes Fremdobjekt erfasst.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Zugangsüberwachung bei Energieübertragung mittels dem energieübertragenden Laserstrahl und einem sich von der Zugangsüberwachung erfassten, durch den Zugang hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls aus der Sendeeinheit unterbindet.
Zweckmäßigerweise wird bei Vorliegen eines Abschaltsignals eine der
Sendeeinheit zugeordnete Steuereinheit das weitere Aussenden des
energieübertragenden Laserstrahls durch die Sendeeinheit verhindert.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger
Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig . 1;
Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig . 1;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Wandelements eines aktiven Laserschutzwandsystems;
Fig. 5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines
Wandelements eines aktiven Laserschutzwandsystems; Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig . 3 eines zweiten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung;
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung;
Fig. 8 einen Schnitt längs Linie 8-8 in Fig . 7 und
Fig. 9 einen Schnitt längs Linie 9-9 in Fig . 7.
Ein in Fig . 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung 10 zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfasst eine als Ganzes mit 12 bezeichnete Sendeeinheit, von welcher ausgehend ein energieübertragender Laserstrahl 14 sich in Richtung einer als Ganzes mit 16 bezeichneten Empfangseinheit ausbreitet, wobei die Entfernung zwischen der Sendeeinheit 12 und der Empfangseinheit 10 im Bereich von mehreren Metern bis mehreren hundert Metern liegen kann.
Die Sendeeinheit 12 umfasst ihrerseits beispielsweise eine Laserstrahlungsquelle 22, welche als Laserresonator oder Laserresonator gekoppelt mit einem Laserverstärker ausgebildet sein kann und hochenergetische Laserstrahlung erzeugt, aus welcher eine ebenfalls von der Sendeeinheit 12 umfasste
Abstrahloptik 24 den hochenergetischen Laserstrahl 14 bildet, welcher die Sendeeinheit 12 verlässt.
Bei der Sendeeinheit 12 ist mindestens die Abstrahloptik 24 im Raum ausrichtbar, um den energieübertragenden Laserstrahl 14 relativ zur
Empfangseinheit 16 auszurichten, so dass der energieübertragende Laserstrahl 14 optimal auf die Empfangseinheit 16 auftrifft. Dabei kann beispielsweise die Laserstrahlungsquelle 22 stationär angeordnet sein.
Es ist aber auch denkbar, die Laserstrahlungsquelle 22 mitsamt der
Abstrahloptik 24 ausrichtbar auszubilden, so dass die Einheit aus Laserstrahlungsquelle 22 und Abstrahloptik 24 relativ zur Empfangseinheit 16 optimal ausrichtbar ist.
Die Empfangseinheit 16 umfasst ihrerseits eine Strahlaufnahmeoptik 32 für den energieübertragenden Laserstrahl 14, welche gekoppelt ist mit einem ebenfalls von der Empfangseinheit umfassten Konverter 34, welcher den energieübertragenden Laserstrahl 14 auf unterschiedlichste Art und Weise konvertieren kann.
Beispielsweise kann der energieübertragende Laserstrahl 14 direkt zu einer Laserbearbeitung eingesetzt werden.
Es ist aber auch denkbar, den Konverter 34 zur Umwandlung des energieübertragenden Laserstrahls 14 in eine andere Energieform, beispielsweise elektrische Energie, einzusetzen, wobei in diesem Fall der Konverter 34 foto- voltaische Zellen zur Umwandlung des Laserstrahls 14 in elektrische Energie umfasst.
Auch bei der Empfangseinheit 16 ist mindestens die Strahlaufnahmeoptik 32 im Raum relativ zur Sendeeinheit 12, insbesondere zur Abstrahloptik 24, ausrichtbar, um eine optimale Aufnahme des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu gewährleisten .
Dabei kann der Konverter 34 stationär angeordnet sein oder es kann vorgesehen sein, die Strahlaufnahmeoptik 32 mit dem Konverter 34 relativ zur Sendeeinheit 12 ausrichtbar auszubilden. Eine derartige Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung ist beispielhaft in der deutschen Patentanmeldung 10 2012 111 978
beschrieben, wobei in dieser Anmeldung auch beschrieben ist, wie ein exaktes Auftreffen des energieübertragenden Laserstrahls 14 auf der Empfangseinheit 16 realisiert werden kann .
Um sicherzustellen, dass der energieübertragende Laserstrahl 14 stets in gewünschter Weise auf der Empfangseinheit 16 auftrifft, insbesondere die Strahlaufnahmeoptik 32 in der vorgesehenen Weise trifft, ist eine
Zielerfassungseinheit 36 vorgesehen, welche ein der Intensität des auf der Strahlaufnahmeoptik 32 auftreffenden energieübertragenden Laserstrahls 14 proportionales Signal ISE mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls 14 in der Abstrahloptik 24 proportionalen Signal ISS vergleicht und bei abweichenden Werten ein Abschaltsignal AS1 erzeugt, welches einer Steuereinheit 40 übermittelt wird, welche ein sofortiges nicht mehr Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 entweder durch Abschalten der Laserstrahlungsquelle 22 oder durch Verändern der Abstrahloptik 24, insbesondere Strahlumlenkung in der Abstrahloptik 24, veranlasst.
Die Signale ISE und ISS können der Zielerfassungseinheit 36 leitungsgebunden oder leitungslos übertragen werden.
Wird eine derartige Einrichtung 10 zur Energieübertragung derart eingesetzt, dass Fremdobjekte, insbesondere Gegenstände oder Personen, mit dem energieübertragenden Laserstrahl 14 in Berührung kommen können, so sind Schutzmaßnahmen erforderlich, da die Fremdobjekte entweder aufgrund der hochenergetischen Laserstrahlung selbst Schaden nehmen können oder Umlenkungen, z. B. Reflexe, der Laserstrahlung erzeugen können, die wiederum andere Objekte, insbesondere Gegenstände oder Personen, schädigen können. Aus diesem Grund ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ein um den energieübertragenden Laserstrahl herum verlaufender Hüllraum 42, welcher in Fig. 1 und Fig . 2 gestrichelt gekennzeichnet ist, durch eine Hüllraumüberwachung 44 überwacht.
Bei dem ersten dargestellten Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfasst die Hüllraumüberwachung 44 eine Laserstrahlungsquelle 52, die vorzugsweise bei einer augensicheren Wellenlänge arbeitet und Laserstrahlung erzeugt, die durch einen oder mehrere Strahlteiler 54 Abstrahlköpfen 56 der Hüllraumüberwachung 44 zugeführt wird, von welchen sich mit ihrer Längsrichtung L ungefähr parallel zum energieübertragenden Laserstrahl 14, das heißt parallel oder in einem Winkel von maximal 20° zu dem energieübertragenden Laserstrahl 14, ausbreitende Sensorlaserstrahlen 58 der Hüllraumüberwachung 44 ausgehen, wobei die Sensorlaserstrahlen 58 so angeordnet sind, dass ein Querabstand A, das heißt ein Abstand in einer um den Laserstrahl 14 herum verlaufenden Umfangsrichtung U des Hüllraums 42 quer zu einer Ausbreitungsrichtung oder Längsrichtung L der Sensorlaserstrahlen 58, derselben kleiner ist als die Größe eines mindestens zu erfassenden Fremdobjekts, beispielsweise kleiner ist als 2 cm, noch besser kleiner als 1 cm, um beispielsweise sicherzustellen, dass eine, erfindungsgemäß ein Fremdobjekt darstellende, Hand einer Bedienungsperson, die sich in Richtung des energieübertragenden Laserstrahls 14 bewegt, nicht zwischen zwei benachbarten Sensorlaserstrahlen 58 hindurch bewegt werden kann und somit zumindest einen der Sensorlaserstrahlen 58 tangiert und somit diesen beeinflusst.
Um den Hüllraum 42 stets definiert zu dem energieübertragenden Laserstrahl 14 ausgerichtet zu halten, sind die Abstrahlköpfe 56 insbesondere starr mit der Abstrahloptik 24 verbunden, so dass eine Bewegung derselben auch eine Bewegung des Hüllraums 42 zur Folge hat. Die Gesamtheit der Sensorlaserstrahlen 58 bildet ein Sensorstrahlungsfeld 62, welches sich im Wesentlichen parallel zum energieübertragenden Laserstrahl 14 über dessen gesamte Ausdehnung zwischen der Sendeeinheit 12 und der Empfangseinheit 16 erstreckt und auf eine der Empfangseinheit 16
zugeordnete Reflektoreinheit 64 der Hüllraumüberwachung trifft, welche sich beispielsweise ringförmig um die Empfangseinheit, beispielsweise um die Strahlaufnahmeoptik 32 herum, erstreckt.
Die Reflektoreinheit 64 kann dabei eine einfache Spiegeleinheit sein oder als Retroreflektoreinheit ausgebildet sein, welche die einzelnen einfallenden Sensorlaserstrahlen 58a geringfügig versetzt und parallel zum jeweils einfallenden Sensorlaserstrahl 58a zurückreflektiert, so dass der Hüllraum 42 auch von einem reflektierten Sensorlaserstrahl 58b durchsetzt wird, der sich in Richtung des jeweiligen Abstrahlkopfes 56 ausbreitet.
Beispielsweise kann für jeden der einfallenden Sensorlaserstrahlen 58a eine eigene Retroreflektoreinheit 68 vorgesehen sein.
Die Reflektoreinheit 64 der Hüllraumüberwachung 44 ist insbesondere starr mit der Strahlaufnahmeoptik 32 gekoppelt und so ausgerichtet, dass sie bei optimal zum energieübertragenden Laserstrahl 14 ausgerichteter Strahlaufnahmeoptik 32 die reflektierten Sensorlaserstrahlen 58b parallel zu den einfallenden Sensorlaserstrahlen 58a ausrichtet.
Damit werden die Sensorlaserstrahlen 58 von der Reflektoreinheit 64 zu der Empfangseinheit 16 zur Sendeeinheit 12 zurückreflektiert, wobei im Bereich der Sendeeinheit 12 jedem Sensorlaserstrahl 58 eine Auskoppeleinheit 72, beispielsweise in Form eines teildurchlässigen Spiegels, zugeordnet ist, die einerseits einen Teil des von den jeweiligen Abstrahlkopf 56 kommenden Sensorlaserstrahls 58 zu einem Detektor 74 auskoppelt und andererseits einen von der Reflektoreinheit 64 zurückreflektierten Sensorlaserstrahl 58b zu einem Detektor 76 auskoppelt. Eine mit den Detektoren 74 und 76 gekoppelte Auswerteeinheit 82 ist durch Vergleich des im Detektor 74 gemessenen Intensitätswert des vom
Abstrahlkopf 56 ausgesandten Sensorlaserstrahls 58 mit dem Intensitätswert des zurückreflektierten Sensorlaserstrahls 58b in der Lage, jede, eine durch ein sich bewegendes oder eindringendes Fremdobjekt erfolgende Abschattung im Bereich zwischen der Auskoppeleinheit 72 und der Reflektoreinheit 64 zu erfassen und im Fall einer derartigen Abschattung, erkennbar durch einen sich veränderten Differenzwert zwischen dem vom Detektor 74 erfassten
Intensitätswert relativ zu den vom Detektor 76 erfassten Intensitätswert, ein Abschaltsignal AS2 zu erzeugen, welches der Steuereinheit 40 der Sendeeinheit 12 übermittelt wird und die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, bei Vorliegen des Abschaltsignals AS2 ein Aussenden des energieübertragenden Laserstrahlsl4 sofort zu verhindern.
Dies kann beispielsweise durch Abschalten der Laserstrahlungsquelle 22 und/oder durch eine Strahlumlenkung zu einem Sumpf und/oder eine Strahlrückreflexion in der Abstrahloptik 24 erfolgen.
Da die vorstehend beschriebene Überwachung des jeweiligen Sensorlaserstrahls 58 mit dem einfallenden und dem zurückreflektierten Sensorlaserstrahls 58b bei jedem der Sensorlaserstrahlen 58 und somit im gesamten Sensorstrahlungsfeld 62 erfolgt, wird ein in den Hüllraum 42 eindringendes Fremdobjekt oder ein sich in diesem bewegendes Fremdobjekt sofort zu einem nicht mehr erfolgenden Aussenden des energieübertragenden Laserstrahles 14 führen.
Mit der Überwachung des Hüllraums 42 durch die Hüllraumüberwachung 44 besteht somit die Möglichkeit, einen Kontakt eines sich dem energieübertragenden Laserstrahls 14 nähernden Fremdobjekts mit dem Laserstrahl 14 zu verhindern und somit entweder eine Beschädigung des Fremdobjekts oder eine durch dieses Fremdobjekt unerwünschte Reflexion des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu verhindern. Alternativ oder ergänzend zur Überwachung des Hüllraums 42 ist beim ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung noch eine Überwachung eines Betriebsraums 102, in welchem die Sendeeinheit 12, der energieübertragende Laserstrahl 14 und die Empfangseinheit 16 sowie der Hüllraum 42 angeordnet sind, vorgesehen.
Der Betriebsraum 102 umschließt insbesondere den Hüllraum 42 und die Sendeeinheit 12 sowie die Empfangseinheit 16.
Dieser gesamte Betriebsraum 102 wird dabei überwacht durch eine als Ganzes mit 104 bezeichnete Bewegungsüberwachung, wobei die Bewegungsüberwachung 104 beispielsweise ein Kamerasystem 106 aufweist, welches entweder den Betriebsraum 102 zum jeweiligen Zeitpunkt als Ganzes erfasst oder zeitlich aufeinanderfolgend einzelne Teilbereiche 108 des Betriebsraums 102 erfasst, wobei durch Erfassen aller Teilbereiche 108 der gesamte
Betriebsraum 102 erfasst werden kann, und somit zusammen mit einer Bildauswertesoftware in der Lage ist, jegliches, sich im Betriebsraum 102 bewegende Fremdobjekt zu erkennen.
Erkennt die Betriebsraumüberwachung 104 ein sich bewegendes Fremdobjekt im Betriebsraum 102 so wird ein Abschaltsignal AS3 erzeugt, welches die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, das Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu unterbinden.
Der Betriebsraum 102 könnte prinzipiell von in der Gebäudetechnik üblichen Trennwänden umgeben sein, die jedoch dem energieübertragenden Laserstrahl 14 nur sehr begrenzte Zeit standhalten können.
Um jedoch den Schutz zu verbessern, sieht alternativ oder ergänzend zu den bisherigen Schutzmaßnahmen eine weitere Schutzmaßnahme des ersten Ausführungsbeispiels vor, dass der Betriebsraum 102 durch ein aktives Laserschutzwandsystem 112 umgeben ist. Ein derartiges aktives Laserschutzwandsystem 112 ist ein aktives System, welches bei einem Auftreffen energiereicher Laserstrahlung, beispielsweise oberhalb einer definierbaren Intensitätsschwelle, auf einem seiner Wandelemente ein Abschaltsignal AS4 des aktiven Laserschutzwandsystems 112 auslöst, welches die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, das Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 durch die Sendeeinheit 12 zu unterbinden.
Eine erste Ausführungsform eines Wandelements 122 des derartigen aktiven Laserschutzwandsystems 112 sieht vor, dass dieses auf seiner dem
Betriebsraum 102 zugewandten Seite eine flächige Heißleiterschicht 124 aufweist, die beim Auftreffen eines energiereichen Laserstrahls, beispielsweise des durch Reflexion abgelenkten energieübertragenden Laserstrahls 14, ihre Leitfähigkeit ändert (Fig . 4).
Wird die Leitfähigkeit des Heißleiters 124 durch eine Auswerteeinheit 126 erfasst, so kann ein Auftreffen eines energiereichen Laserstrahls auf dem flächenhaften Heißleiter durch die Auswerteeinheit 126 erkannt und das Abschaltsignal AS4 erzeugt werden.
Eine zweite Ausführungsform eines Wandelements 132 des aktiven Laserschutzwandsystems 112 sieht vor, dass ein auftreffender energiereicher Laserstrahl dann, wenn er eine dem Betriebsraum 102 zugewandte Außenhaut 134 der aktiven Laserschutzwand 132 zerstört hat, in eine lichtleitende Schicht 136 eintritt, die von der Außenhaut 134 abgedeckt ist und sich in der lichtleitenden Schicht 136 ausbreitet, wobei die lichtleitende Schicht 136 durch einen
Detektor 138 überwacht wird, welcher bei Erkennen von Laserstrahlung des Abschaltsignal AS4' generiert (Fig . 5). Erfindungsgemäß ist der Betriebsraum 102 zumindest im Bereich senkrechter Wände, vorzugsweise allseitig, durch das aktive Laserschutzwandsystem 112 mit seinen Wandelementen umschlossen, welches bei einem Auftreffen eines energiereichen Laserstrahls das Abschaltsignal AS4 generiert.
Ergänzend oder alternativ zu den bisher beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen ist der Betriebsraum 102, insbesondere mitsamt dem diesen umschließenden Laserschutzwandsystem 112 in einer Einhausung 142 angeordnet, welche übliche Gebäudewände umfasst und einen Zugang 144 aufweist, welcher mit einer Zugangskontrolle 146 versehen ist, welche dann, wenn eine Energieübertragung durch den energieübertragenden Laserstrahl 14 erfolgt und wenn ein Fremdobjekt die Zugangsüberwachung 146 passiert, ein Abschaltsignal AS5 erzeugt, welches ebenfalls die Steuereinheit 40 dazu veranlasst, ein Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls 14 zu unterbinden.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, einer erfindungsgemäßen Einrichtung sind alle Komponenten derselben mit den Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels identisch bis auf die Ausbildung der Retroreflektoreinheit 68'.
Diese ist - wie in Fig . 6 dargestellt - so ausgebildet, dass der reflektierte Sensorlaserstrahl 58b relativ zum einfallenden Sensorlaserstrahl 58a querversetzt ist, und zwar in Richtung des nächstfolgenden einfallenden Sensorlaserstrahls 58a, so dass das den Hüllraum 42 durchsetzende Sensorstrahlungsfeld 62 noch weit geringere Abstände A' zwischen den Sensorlaserstrahlen 58 aufweist, und somit das Sensorstrahlungsfeld 62 den Hüllraum 42 auch in einer quer zur Längsrichtung L verlaufenden Umfangsrichtung U bis auf geringe Freiräume 66' ausfüllt.
Hinsichtlich der übrigen Merkmale wird ferner vollinhaltlich auf die
Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, dargestellt in Fig. 7 bis 9 sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, dass die Hüllraumüberwachung 42' einen der Sendeeinheit 12 zugeordneten Ring 162 aus einzelnen Pixel-Arrays 164 aufweist, wie in Fig. 8 dargestellt.
Mit den Pixel-Arrays 164 des Rings 162 ist ein Ring 172 der Hüllraumüberwachung 44', welcher die Strahlaufnahmeoptik 32 umschließt, und
insbesondere mit dieser starr verbunden ist, beobachtbar, der ein
Targetmuster 174 aufweist.
Das Targetmuster 174 kann dabei ein durch eine dritte Lichtquelle
angeleuchtetes Targetmuster sein oder ein selbstleuchtendes Targetmuster, die beide durch die Pixel-Arrays 164 des Rings 162 beobachtbar sind .
Sobald die Pixel-Arrays 164 eine Störung des Targetmusters 174 erkennen, wird das Abschaltsignal AS2 von der Auswerteeinheit 82' erzeugt, die die Signale der Pixel-Arrays 164 auswertet und Änderungen bei der Erkennung des Targets 174 zum Anlass nimmt, das Abschaltsignal AS2 zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (10) zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung umfassend
eine Sendeeinheit (12), von welcher ausgehend sich ein gezielt auf eine Empfangseinheit (16) ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl (14) ausbreitet, wobei die Sendeeinheit (12) und die Empfangseinheit (16) relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der von der Sendeeinheit (12) ausgehende Laserstrahl (14) stets auf die
Empfangseinheit (16) auftrifft,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Hüllraumüberwachung (44) vorgesehen ist, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl (14) herum verlaufenden Hüllraum (42) im Hinblick auf ein im Hüllraum (42) vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung (44) beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum (42) ein Abschaltsignal (AS) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung (44) den Hüllraum (42) im Hinblick auf ein sich in den Hüllraum (42) eingetretenes Fremdobjekt überwacht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung (44) den Hüllraum (42) im Hinblick auf ein sich in dem Hüllraum (42) bewegendes Fremdobjekt erfasst.
4. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hüllraum (42) sich längs des gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls (14) von der Sendeeinheit (12) bis zur Empfängereinheit (16) erstreckt.
5. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung (44) den Hüllraum (42) längs eines gesamten Verlaufs des energieübertragenden Laserstrahls (14) von der Sendeeinheit (12) bis zur Empfangseinheit (16) überwacht.
6. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung (44) den Hüllraum (42) optisch überwacht.
7. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung (44) sich durch den Hüllraum (42) hindurch ausbreitende elektromagnetische Strahlung mit mindestens einem Detektor (76, 164) detektiert.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung (44) mindestens ein der Sendeeinheit (12) und/oder der Empfangseinheit (16) zugeordnetes Detektorelement (76, 164) umfasst, welches von der Empfangseinheit (16) und/oder der Sendeeinheit (12) kommende elektromagnetische Strahlung detektiert.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllraumüberwachung die elektromagnetische Strahlung in Form eines Strahlungsfeldes erzeugt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein nicht kohärentes Strahlungsfeld ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zu detektierende Strahlungsfeld ein kohärentes Strahlungsfeld ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlungsfeld einzelne, den Hüllraum (42) in seiner Längsrichtung durchsetzende Strahlungsfeldbündel umfasst.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Strahlungsfeldbündel durch ein Laserstrahlungsfeld gebildet ist.
14. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Strahlungsquelle (52) der Sendeeinheit und/oder der Empfangseinheit (16) zugeordnet ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Strahlungsaustrittseinheit (56) starr mit einer Abstrahloptik (24) der Sendeeinheit (12) und/oder der Strahlaufnahmeoptik (32) der
Empfangseinheit (16) verbunden ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfangseinheit (16) und/oder der Sendeeinheit (12) ein Reflektor (64) für von der Sendeeinheit (12) und/oder der Empfangseinheit (16) kommende und den Hüllraum (42) durchsetzende elektromagnetische Strahlung zugeordnet ist, welche diese parallel zur Einfallsrichtung zurückreflektiert.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Reflektoreinheit (64) Retroreflektoren umfasst.
18. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Einrichtung (10) mit einer Zielüberwachung (36) versehen ist.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielüberwachung (36) ein der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls (14) in der Sendeeinheit (12) proportionales Intensitätssignal (ISS)mit einem der Intensität des energieübertragenden Laserstrahls (14) in der Empfangseinheit (16) proportionalen Intensitätssignal (IES) vergleicht und daraus eine Zielausrichtung des energieübertragenden Laserstrahls (14) ermittelt.
20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielüberwachung (36) bei einer Fehlausrichtung ein Abschaltsignal (ASl) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
21. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Einrichtung (10) aufnehmender Betriebsraum (102) durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende Betriebsraumüberwachung (104) überwacht ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die
Betriebsraumüberwachung (104) ein den Betriebsraum (102) erfassendes Kamerasystem (106) umfasst.
23. Einrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (106) den Betriebsraum (102) als Ganzes erfasst.
24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (106) einzelne Teilbereiche des Betriebsraums (102) zeitlich aufeinanderfolgend erfasst.
25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsraumüberwachung (104) beim Erkennen eines sich im Betriebsraum (102) bewegenden Fremdobjekts ein Abschaltsignal (AS3) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsraumüberwachung (104) den Betriebsraum (102) während der Energieübertragung durch den Laserstrahl (14) ständig überwacht.
27. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (12), der energieübertragende Laserstrahl (14) und die Empfangseinheit (16) in einem Betriebsraum (102) angeordnet sind, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem (112) umschlossen ist.
28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Laserschutzwandsystem (112) mehrere Wandelemente (122, 132) umfasst und dass bei Beaufschlagung eines der Wandelemente (122, 132) durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem (112) ein Abschaltsignal (AS4) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
29. Einrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserschutzwandsystem (112) den gesamten Betriebsraum (102) umschließt.
30. Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsraum (102) mit der Sendeeinheit (12) und der Empfangseinheit (16) in einer Einhausung (142) angeordnet sind .
31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die
Einhausung (142) gebäudeübliche Trennwände umfasst.
32. Einrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (142) ein Laserschutzwandsystem (112) auf einer dem Betriebsraum (102) abgewandten Seite umgibt.
33. Einrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung (142) mit einem überwachten Zugang (144) versehen ist.
34. Einrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zugang (144) eine Zugangsüberwachung (146) zugeordnet ist, welche ein sich durch den Zugang (144) hindurchbewegendes Fremdobjekt erfasst.
35. Einrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zugangsüberwachung (146) bei Energieübertragung mittels dem energieübertragenden Laserstrahl (14) und einem sich von der Zugangsüberwachung (146) erfassten, durch den Zugang (144) hindurchbewegenden Fremdobjekt ein Abschaltsignal (AS5) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
36. Einrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Abschaltsignals (AS) eine der Sendeeinheit (12) zugeordnete Steuereinheit (84) das weitere
Aussenden des energieübertragenden Laserstrahls (14) durch die Sendeeinheit (12) verhindert.
37. Verfahren zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung, bei welchem sich, ausgehend von einer Sendeeinheit (12), gezielt auf eine Empfangseinheit (16) ausgerichteter energieübertragender Laserstrahl (14) ausbreitet, wobei die Sendeeinheit (12) und die Empfangseinheit (16) relativ zueinander so ausgerichtet werden, dass der von der Sendeeinheit (12) ausgehende Laserstrahl (14) stets auf die
Empfangseinheit (16) auftrifft,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Hüllraumüberwachung (44) durchgeführt wird, welche einen um den energieübertragenden Laserstrahl (14) herum verlaufenden Hüllraum (42) im Hinblick auf ein im Hüllraum (42) vorhandenes Fremdobjekt überprüft und dass die Hüllraumüberwachung (44) beim Erfassen eines derartigen Fremdobjekts in dem Hüllraum (42) ein Abschaltsignal (AS) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
38. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 37 oder Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Einrichtung (10) aufnehmender Betriebsraum (102) durch eine ein sich bewegendes Fremdobjekt erfassende Betriebsraumüberwachung (104) überwacht wird.
39. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 37 oder nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (12), der energieübertragende Laserstrahl (14) und die
Empfangseinheit (16) in einem Betriebsraum (102) arbeiten, welcher durch ein aktives Laserschutzwandsystem (112) umschlossen wird und dass insbesondere das aktive Laserschutzwandsystem (112) mehrere Wandelemente (122, 132) umfasst und dass bei Beaufschlagung eines der Wandelemente (122, 132) durch einen energiereichen Laserstrahl das Laserschutzwandsystem (112) ein Abschaltsignal (AS4) erzeugt, welches ein Austreten des energieübertragenden Laserstrahls (14) aus der Sendeeinheit (12) unterbindet.
PCT/EP2014/078261 2013-12-23 2014-12-17 Einrichtung zur übertragung von energie mittels laserstrahlung WO2015097040A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013114773.9A DE102013114773A1 (de) 2013-12-23 2013-12-23 Einrichtung zur Übertragung von Energie mittels Laserstrahlung
DE102013114773.9 2013-12-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2015097040A2 true WO2015097040A2 (de) 2015-07-02
WO2015097040A3 WO2015097040A3 (de) 2015-08-27

Family

ID=52282710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/078261 WO2015097040A2 (de) 2013-12-23 2014-12-17 Einrichtung zur übertragung von energie mittels laserstrahlung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013114773A1 (de)
WO (1) WO2015097040A2 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11368054B2 (en) 2016-02-22 2022-06-21 Lasermotive, Inc. Remote power safety system
DE102016103894A1 (de) * 2016-03-03 2017-09-07 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Sicherungsvorrichtung zur Verwendung mit einer Lichtquelle, System zur Nutzung und Sicherung einer Lichtquelle und Verfahren zur Betriebssicherung
DE102021124548A1 (de) 2021-09-22 2023-03-23 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Sicherheitsvorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Lichtwegs eines Laserstrahls und deren Anwendungen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012111978A1 (de) 2012-12-07 2014-03-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Optisches Energieübertragungssystem

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6037625B2 (ja) * 1980-07-12 1985-08-27 日野自動車株式会社 レ−ザ光線照射装置
JPH10108392A (ja) * 1996-09-27 1998-04-24 Kokusai Electric Co Ltd エネルギー供給システム
US6534705B2 (en) * 2000-10-23 2003-03-18 Power Beaming Corporation Methods and apparatus for beaming power
DE20212769U1 (de) * 2002-08-21 2002-10-24 Leuze Lumiflex Gmbh & Co Lichtgitter
DE102004043514A1 (de) * 2004-09-08 2006-03-09 Sick Ag Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer sicherheitsrelevanten Funktion einer Maschine
DE112006000918T5 (de) * 2005-04-19 2008-04-17 Virtek Vision International Inc., Bedford Verfahren und Vorrichtung zum Schützen von Mitarbeitern, die ein Laserprojektionssystem verwenden
US20070045257A1 (en) * 2005-08-30 2007-03-01 United Technologies Corporation Laser control system
DE102006026555B4 (de) * 2006-06-08 2008-04-30 Ingenieurbüro Goebel GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von optischer Strahlung
JP2010510766A (ja) * 2006-11-21 2010-04-02 パワービーム インコーポレイテッド 電気的にパワー供給される装置への光学的パワービーミング

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012111978A1 (de) 2012-12-07 2014-03-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Optisches Energieübertragungssystem

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013114773A1 (de) 2015-06-25
WO2015097040A3 (de) 2015-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2927711B1 (de) Laserscanner und Verfahren zur sicheren Erfassung von Objekten
EP2722684B1 (de) Laserscanner
EP1887536A1 (de) Streulicht-Rauchmelder
AT520302B1 (de) Verfahren zur Ermittlung der örtlichen Verschiebung eines Objektes
EP2481152B1 (de) Optischer sensor, insbesondere näherungsschalter
EP1798577B1 (de) Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Vorrichtung
EP2119531B1 (de) Laserschutzeinrichtung
EP2698649B1 (de) Überwachungssensor mit Selbstprüfung
DE10033608A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Absichern eines Gefahrenbereichs, insbesondere des Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine
EP3862780B1 (de) Sicherheitslaserscanner und verfahren zur frontscheibenüberwachung
WO2015097040A2 (de) Einrichtung zur übertragung von energie mittels laserstrahlung
EP1995610B1 (de) Optoelektronische Sensoranordnung
EP2093731A1 (de) Linearer optischer Rauchmelder mit mehreren Teilstrahlen
DE102018117878B4 (de) Sicherheitslichtgitter
EP1780559B1 (de) Optischer Sensor
EP2703837B1 (de) Sicherheits-Laserscanner
EP2528709A1 (de) Anordnung und verfahren zum detektieren einer strahlung
EP1832896B1 (de) Reflexionslichtschranke mit Zusatzstrahlungsquelle zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich
DE202018104258U1 (de) Sicherheitslichtgitter
DE202006003841U1 (de) Vorrichtung zum Nachweis von Objekten
EP3208636B1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zum erfassen von objekten
DE102016103894A1 (de) Sicherungsvorrichtung zur Verwendung mit einer Lichtquelle, System zur Nutzung und Sicherung einer Lichtquelle und Verfahren zur Betriebssicherung
DE102013018800A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum optischen Bestimmen von Abständen zu Objekten in einem Überwachungsbereich, insbesondere in einem Überwachungsbereich von automatischen Türen
EP2312340A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Sensors und optoelektronischer Sensor
EP3951427A1 (de) Optoelektronischer sensor und verfahren zur frontscheibenüberwachung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14823972

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14823972

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2