DE202016105042U1

DE202016105042U1 - Optoelectronic sensor

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Publication number: DE202016105042U1
Application number: DE202016105042.1U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2026-09-13

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (22), wobei der Sensor (10) einen Lichtsender (24) zum Aussenden von Sendelicht (28), einen Antrieb (16), eine mit Hilfe des Antriebs (16) bewegbare Abtasteinheit (12) zur periodischen Abtastung mit dem Sendelicht (28), einen Lichtempfänger (34) zum Erzeugen eines Empfangssignals aus von Objekten in dem Überwachungsbereich (22) remittierten Licht (30), eine Auswertungseinheit (40) zur Erfassung von Informationen über Objekte in dem Überwachungsbereich (22) anhand des Empfangssignals und ein Gehäuse (46) mit einer Haube (48) aufweist, wobei die Haube (48) durch ein Stützelement (54) zusätzlich abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) eine Hohlwelle (18) aufweist und dass das Stützelement (54) durch die Hohlwelle (18) geführt ist.Optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting objects in a surveillance area (22), wherein the sensor (10) comprises a light transmitter (24) for emitting transmitted light (28), a drive (16), one with the aid of the drive (16) a movable scanning unit (12) for periodically scanning the transmitted light (28), a light receiver (34) for generating a received signal from objects (30) remitted by objects in the surveillance area (22), an evaluation unit (40) for detecting Information about objects in the surveillance area (22) based on the received signal and a housing (46) with a hood (48), wherein the hood (48) is additionally supported by a support element (54), characterized in that the drive (16 ) has a hollow shaft (18) and that the support element (54) through the hollow shaft (18) is guided.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area according to the preamble of claim 1.

Für Abstandsmessungen, die einen großen horizontalen Winkelbereich des Messsystems erforderlich machen, eignen sich optoelektronische Systeme und besonders Laserscanner. In einem Laserscanner überstreicht ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe einer Ablenkeinheit periodisch einen Überwachungsbereich. Das Licht wird an Objekten in dem Überwachungsbereich remittiert und in dem Scanner ausgewertet. Aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit wird auf die Winkellage des Objektes und aus der Lichtlaufzeit unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit zusätzlich auf die Entfernung des Objektes von dem Laserscanner geschlossen. For distance measurements that require a large horizontal angle range of the measuring system, optoelectronic systems and especially laser scanners are suitable. In a laser scanner, a laser beam generated by a laser periodically sweeps over a monitoring area by means of a deflection unit. The light is remitted to objects in the surveillance area and evaluated in the scanner. From the angular position of the deflection is on the angular position of the object and from the light transit time using the speed of light in addition to the removal of the object from the laser scanner closed.

Mit den Winkel- und Entfernungsangaben ist der Ort eines Objektes in dem Überwachungsbereich in zweidimensionalen Polarkoordinaten erfasst. Damit lassen sich die Positionen von Objekten ermitteln oder durch mehrere Abtastungen desselben Objekts an verschiedenen Stellen dessen Kontur bestimmen. Die dritte Raumkoordinate kann durch eine Relativbewegung in Querrichtung ebenfalls erfasst werden, beispielsweise durch einen weiteren Bewegungsfreiheitsgrad der Ablenkeinheit in dem Laserscanner oder indem das Objekt relativ zu dem Laserscanner befördert wird. So können auch dreidimensionale Konturen ausgemessen werden. With the angle and distance indications, the location of an object in the surveillance area is recorded in two-dimensional polar coordinates. In this way, the positions of objects can be determined or, by means of several scans of the same object, determined at different points of its contour. The third spatial coordinate can also be detected by a relative movement in the transverse direction, for example by a further degree of freedom of movement of the deflection unit in the laser scanner or by the object being conveyed relative to the laser scanner. Thus, even three-dimensional contours can be measured.

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

Die Abtastung der Überwachungsebene in einem Laserscanner wird üblicherweise dadurch erreicht, dass der Sendestrahl auf einen rotierenden Drehspiegel trifft. Lichtsender, Lichtempfänger sowie zugehörige Elektronik und Optik sind dabei im Gerät fest montiert und vollziehen die Drehbewegung nicht mit. Es ist aber auch bekannt, den Drehspiegel durch eine mitbewegte Abtasteinheit zu ersetzen. Beispielsweise rotiert in der DE 197 57 849 B4 der gesamte Messkopf mit Lichtsender und Lichtempfänger. Die EP 2 388 619 A1 sieht ebenfalls eine drehbare Sende-/Empfangseinheit vor. Diese Abtasteinheit wird beispielsweise nach dem Transformationsprinzip von den drehfesten Bereichen des Sensors mit Energie versorgt. The scanning of the monitoring level in a laser scanner is usually achieved by the transmission beam impinging on a rotating rotating mirror. The light transmitter, light receiver as well as the associated electronics and optics are permanently mounted in the device and do not carry out the rotary motion. But it is also known to replace the rotating mirror by a co-moving scanning unit. For example, rotates in the DE 197 57 849 B4 the entire measuring head with light transmitter and light receiver. The EP 2 388 619 A1 also provides a rotatable transmitter / receiver unit. This scanning unit is powered, for example, according to the transformation principle of the non-rotatable regions of the sensor with energy.

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Laserscanners 100 mit einer derartigen drehbaren Abtasteinheit 102. Die Drehbewegung wird dadurch erzeugt, dass die Abtasteinheit 102 auf einer Welle 104 eines Antriebs 106 sitzt. Auf den Aufbau des Laserscanners 100, der grundsätzlich den einleitenden Erläuterungen entspricht, kommt es an dieser Stelle nicht an. 1 shows a schematic sectional view of a conventional laser scanner 100 with such a rotatable scanning unit 102 , The rotation is generated by the scanning unit 102 on a wave 104 a drive 106 sitting. On the structure of the laser scanner 100 , which basically corresponds to the introductory explanations, does not apply here.

Der Laserscanner 100 ist von einem Gehäuse 108 geschützt, das im oberen Teil von einer Haube 110 gebildet wird. Diese Haube 110 ist einstückig und aus Kunststoff hergestellt. Besonders bei großen Abmessungen des Laserscanners 100 und damit auch der Haube 110 kommt es konstruktionsbedingt zu einer Instabilität in der Haubenmitte, die sich dort ähnlich verhält wie eine Lautsprechermembran, wie dies durch zwei Pfeile angedeutet ist. Es reichen kleine Krafteinwirkungen aus, um eine Kollision beziehungsweise ein Schleifen der Haube 106 mit rotierenden Teilen wie Elektronikkarten oder sonstigen Bauteilen der Abtasteinheit oder der Welle 104 selbst herbeizuführen. Dies kann Störungen sogar bis hin zu einem Geräteausfall verursachen. The laser scanner 100 is from a housing 108 sheltered in the upper part of a dome 110 is formed. This hood 110 is one-piece and made of plastic. Especially with large dimensions of the laser scanner 100 and thus the hood 110 Due to the design, there is instability in the center of the hood, which behaves similarly to a loudspeaker diaphragm, as indicated by two arrows. Small forces are sufficient to cause a collision or a grinding of the hood 106 with rotating parts such as electronic cards or other components of the scanning unit or the shaft 104 to bring about yourself. This can even cause breakdowns, including equipment failure.

Die Haube 110 kann jedoch nicht als Gegenmaßnahme auf der Welle 104 abgestützt werden, da der Antrieb 106 mit Umdrehungsfrequenzen in der Größenordnung von 50Hz drehen kann. Prinzipiell ist denkbar, die Haube 110 drehbar zu lagern. Das ist aber aufwändig, und es ist sehr schwer, unter Toleranzkriterien eine stabile Abstützung und eine rundlaufende Drehbewegung zu erreichen. Beispielsweise die DE 199 275 02 A1 oder der DE 199 289 58 A1 sehen dennoch eine solche Abstützung vor, wobei dort die Bauform sehr speziell ist und das Problem des Aufwands und der Toleranzen auch nicht angesprochen oder gelöst wird. The hood 110 However, this can not be done as a countermeasure on the wave 104 be supported as the drive 106 with rotation frequencies of the order of 50Hz. In principle, the hood is conceivable 110 rotatably store. However, this is costly, and it is very difficult to achieve a stable support and a rotating rotational movement under tolerance criteria. For example, the DE 199 275 02 A1 or the DE 199 289 58 A1 Nevertheless, such a support before, where the design is very special and the problem of effort and tolerances is not addressed or solved.

Da außerdem die Haube 110 ein optisches Bauteil ist, kann man nicht einfach Versteifungsrippen, Stützstege oder dergleichen im Inneren der Haube 110 anbringen. Das würde im Herstellungsprozess Fehlstellen wie Fließfronten oder Einfallstellen und damit eine Beeinträchtigung der Messung verursachen beziehungsweise den Abtastbereich einschränken. In addition, the hood 110 is an optical component, you can not just stiffening ribs, supporting webs or the like inside the hood 110 Attach. In the manufacturing process, this would cause defects such as flow fronts or sink marks and thus an impairment of the measurement or limit the scanning range.

Neben der geschilderten Durchbiegung besonders bei punktueller Belastung nahe des Zentrums der Haubenmitte ist ein weiterer Nachteil der Haube 110 die geringe Wärmedurchlässigkeit des Kunststoffs, weshalb die im Inneren des Laserscanners 100 erzeugte Wärme unzureichend über die Haube 110 nach außen abgeleitet wird und so eine Überhitzung des Geräts möglich ist. Die nichtleitende Kunststoffhaube kann zudem nicht elektronisch an Masse angebunden werden und bietet somit ein großes Einfallstor für EMV-Störungen (elektromagnetische Verträglichkeit). In addition to the described deflection especially at point load near the center of the hood center is another disadvantage of Hood 110 the low heat permeability of the plastic, which is why the inside of the laser scanner 100 generated heat insufficient over the hood 110 is discharged to the outside and so overheating of the device is possible. In addition, the non-conductive plastic cover can not be electronically connected to ground and thus offers a large entry gate for EMC interference (electromagnetic compatibility).

Es ist denkbar, die Haube 110 nicht als ein einziges Bauteil, sondern als Baugruppe aus einer umlaufenden Frontscheibe und einem Deckel auszuführen. Damit lässt sich eine größere Stabilität erzielen, dafür steigen die Herstellkosten, und an der Verbindung von Frontscheibe und Deckel ergeben sich Dichtigkeitsprobleme. Außerdem löst auch das nicht das Problem der Wärmeabfuhr und der fehlenden elektronischen Anbindung an Masse und damit schlechten Abschirmwirkung gegen EMV-Einstrahlung. It is conceivable the hood 110 not as a single component, but as an assembly made of a rotating windscreen and a lid. This allows greater stability to be achieved, but the production costs increase, and the connection of windshield and cover results in leakage problems. In addition, this does not solve the problem of heat dissipation and the lack of electronic connection to ground and thus poor shielding against EMC radiation.

Daher ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Sensor mit verbesserter Stabilität anzugeben. Therefore object of the invention to provide a generic sensor with improved stability.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach Anspruch 1 gelöst. Der Sensor weist einen Lichtsender und einen Lichtempfänger auf, um den Überwachungsbereich abzutasten, wobei ein Antrieb und eine davon bewegte Abtasteinheit für eine periodische Abtastbewegung sorgen. Der Sensor weist ein Gehäuse mit einer Haube auf, die den oberen Teil des Gehäuses bildet. Diese Haube ist vorzugsweise in sich schon stabil, aber gerade bei großem Durchmesser der Haube genügt die Abstützung durch die eigene Festigkeit nicht überall, weshalb sie zusätzlich durch ein Stütz-element abgestützt ist. Die Erfindung geht nun von dem Grundgedanken aus, das Stützelement in einer Hohlwelle des Antriebs unterzubringen. This object is achieved by an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area according to claim 1. The sensor includes a light emitter and a light receiver for scanning the monitoring area, with a drive and a scanning unit moved thereby providing a periodic scanning movement. The sensor has a housing with a hood which forms the upper part of the housing. This hood is preferably already stable in itself, but just with a large diameter of the hood, the support by its own strength is not enough everywhere, which is why it is additionally supported by a support element. The invention is based on the basic idea of accommodating the support element in a hollow shaft of the drive.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Haube mit einer einfachen Maßnahme ausreichend gestützt ist, um Kollisionen der Haube mit beweglichen Teilen, wie der Abtasteinheit oder der Hohlwelle, zuverlässig zu vermeiden. Zugleich wird die Haube und damit der ganze Sensor im Feld robuster, hat eine höhere Schock- und Schwing-Festigkeit, und besonders die Outdoorfähigkeit oder die Einsatzmöglichkeiten in anspruchsvollen Umgebungen, in denen der Sensor nicht vor mechanischen Belastungen geschützt werden kann, erhöht sich somit erheblich. Ein Ausfall durch eine defekte Haube oder ein defektes Gerät wird wesentlich unwahrscheinlicher. The invention has the advantage that the hood is sufficiently supported with a simple measure to reliably avoid collisions of the hood with moving parts, such as the scanning unit or the hollow shaft. At the same time, the hood and thus the whole sensor in the field becomes more robust, has a higher shock and vibration resistance, and in particular the outdoor capability or the application possibilities in demanding environments, in which the sensor can not be protected against mechanical loads, increases considerably , A failure due to a defective hood or a defective device is much less likely.

Die Haube ist bevorzugt als Rotationskörper mit einer Seitenwand und einem Deckelbereich ausgebildet. Die Seitenwand bildet beispielsweise einen Kreiszylinder, einen Kegelstumpf oder einen Kugelabschnitt, es sind aber auch kompliziertere Konturen beispielsweise wie bei einem Kelch denkbar. Nach oben hin wird dies dann durch einen Deckelbereich abgeschlossen, der kreisförmig sein, aber auch eine Wölbung aufweisen kann. The hood is preferably designed as a rotary body with a side wall and a lid portion. The side wall forms for example a circular cylinder, a truncated cone or a spherical section, but there are also more complicated contours, for example, conceivable as in a goblet. At the top, this is then completed by a lid area, which may be circular, but may also have a curvature.

Die Haube weist bevorzugt eine Frontscheibe als Austrittsbereich für das Sendelicht und Eintrittsbereich für das remittierte Licht auf. Diese Frontscheibe ist nochmals bevorzugt integraler Bestandteil der Haube, insbesondere der Seitenwand. The hood preferably has a front screen as an exit region for the transmitted light and the entry region for the remitted light. This front screen is again preferably an integral part of the hood, in particular the side wall.

Die Haube ist bevorzugt aus für das Sendelicht transparentem Kunststoff hergestellt. Die Transparenzeigenschaft gilt damit natürlich auch für das remittierte Empfangslicht, da es dieselbe Wellenlänge aufweist. Damit gewinnt die Haube die Eigenschaften, um zugleich als Frontscheide zu dienen. Für das bloße Auge muss allerdings die Haube keineswegs transparent sein, sondern ist beispielsweise schwarz und undurchsichtig, da für das Sendelicht häufig ein Spektralbereich außerhalb des sichtbaren Bereichs genutzt wird, insbesondere Infrarotlicht. The hood is preferably made of plastic transparent to transmitted light. Of course, the transparency property also applies to the reflected reception light, since it has the same wavelength. Thus, the hood wins the properties in order to serve as a front sheath at the same time. For the naked eye, however, the hood must by no means be transparent, but is, for example, black and opaque, since the transmitted light often uses a spectral range outside the visible range, in particular infrared light.

Die Haube ist vorzugsweise ein einziges Bauteil, keine Baugruppe aus mehreren Elementen, um die Herstellung der Haube und deren Handhabung während der Montage des Sensors zu vereinfachen. The hood is preferably a single component, not a multi-element assembly, to facilitate manufacture of the hood and its handling during assembly of the sensor.

Bevorzugt stützt das Stützelement die Haube zentral ab. Der Abstützbereich an der Haube befindet sich dabei insbesondere etwa in der Mitte des Deckelbereichs. Preferably, the support element centrally supports the hood. The support area on the hood is located in particular approximately in the middle of the lid area.

Das Stützelement ist bevorzugt an der Haube fixiert. Durch die Führung in der Hohlwelle ist ein Mitdrehen des Stützelements nicht erforderlich, es kann vielmehr mit dem ruhenden Sensor fest verbunden sein. Dementsprechend ist auch eine einfache und stabile Fixierung an der Haube ohne drehbare Lagerung oder dergleichen möglich. The support element is preferably fixed to the hood. By guiding in the hollow shaft co-rotation of the support member is not required, but it may be firmly connected to the stationary sensor. Accordingly, a simple and stable fixation on the hood without rotatable storage or the like is possible.

Das Stützelement ist bevorzugt stangenförmig ausgebildet. Ein derartiges Stützelement ist stangenförmig oder eine Art Stützstift. Das ermöglicht eine einfache Ausgestaltung des Stützelements und Führung durch die Hohlwelle. Die praktisch punktförmige Abstützung genügt häufig schon, um das Problem einer instabilen Haube zu lösen. Außerdem ist es möglich, den Haubenbereich um den Abstützpunkt zu verstärken und so die Kräfte im Deckelbereich der Haube zu verteilen. The support element is preferably rod-shaped. Such a support element is rod-shaped or a kind of support pin. This allows a simple configuration of the support element and guidance through the hollow shaft. The practically punctiform support is often enough to solve the problem of an unstable hood. It is also possible to strengthen the hood area around the support point and thus to distribute the forces in the cover area of the hood.

Das Stützelement ist bevorzugt an einem Boden des Gehäuses abgestützt. Dort können die Stützkräfte leicht aufgenommen werden. Vorzugsweise läuft das Stützelement auf diese Weise einmal über die ganze Höhe des Sensors von Boden bis Deckelbereich der Haube. The support element is preferably supported on a bottom of the housing. There, the support forces can be easily absorbed. Preferably, the support element runs in this way once over the entire height of the sensor from the bottom to the lid portion of the hood.

Das Stützelement ist bevorzugt leitend. Dazu kann es aus Metall hergestellt sein oder einen Leiter aufweisen, auch in Form einer leitenden Beschichtung. Die leitenden Eigenschaften sollen in erster Linie dazu dienen, Bereiche des Sensors auf Masse zu legen, um die EMV-Festigkeit zu unterstützen. Denkbar ist auch eine verbesserte Wärmeverteilung oder Wärmeabgabe. Auch eine Strom- oder Signalleitung ist denkbar, beispielsweise indem ein drahtloser Energie- oder Datenaustausch zwischen einer rotierenden Abtasteinheit zum Deckelbereich der Haube hin vorgesehen ist und dann das Stützelement die weitere Verbindung in den Bodenbereich des Sensors herstellt. The support element is preferably conductive. For this purpose, it may be made of metal or have a conductor, also in the form of a conductive coating. The primary purpose of the conductive features is to ground regions of the sensor to aid in EMC immunity. It is also conceivable improved heat distribution or heat dissipation. A power or signal line is also conceivable, for example by providing a wireless energy or data exchange between a rotating scanning unit to the lid portion of the hood and then the support member produces the further connection in the bottom region of the sensor.

Die Haube weist bevorzugt einen leitenden Teilbereich auf. Dieser leitende Teilbereich befindet sich vorzugsweise im Deckelbereich oder bildet den Deckelbereich und schließt nochmals bevorzugt den Kontaktbereich mit dem Stützelement ein. Der leitende Teilbereich ist beispielsweise aus Metall hergestellt, weist eine Metallplatte auf oder ist leitend beschichtet. Bei einer herkömmlichen Haube würde das Zusatzgewicht für die leitenden Eigenschaften die Probleme mit den Instabilitäten noch verschärfen, aber bei geeigneter Auslegung des Stützelements ist das erfindungsgemäß ohne weiteres möglich. Der leitende Teilbereich dient als elektrische Abschirmung und zur Wärmeabfuhr an die Umgebung. Damit werden die EMV-Eigenschaften verbessert, und der Sensor kann in einem erweiterten Temperaturbereich eingesetzt werden. Vorzugsweise ist der leitende Teilbereich auf Masse gelegt, insbesondere über ein ebenfalls leitendes Stützelement. The hood preferably has a conductive portion. This conductive subregion is preferably located in the lid region or forms the lid region and, more preferably, includes the contact region with the support element. The conductive portion is made for example of metal, has a metal plate or is conductive coated. In a conventional hood, the additional weight for the conductive properties would aggravate the problems with the instabilities, but with a suitable design of the support element according to the invention is readily possible. The conductive part serves as electrical shielding and heat dissipation to the environment. This improves the EMC properties and allows the sensor to be used in an extended temperature range. Preferably, the conductive portion is grounded, in particular via a likewise conductive support element.

Die Abtasteinheit weist bevorzugt den Lichtsender und/oder den Lichtempfänger auf. Damit wird die Abtasteinheit zu einem rotierenden Messkopf. Mit Lichtsender und Lichtempfänger sind vorzugsweise auch zugehörige Sende- und Empfangsoptiken sowie zumindest ein Teil der Sende- und Empfangselektronik sowie möglicherweise der Auswertungseinheit in der Abtasteinheit untergebracht. The scanning unit preferably has the light transmitter and / or the light receiver. This turns the scanning unit into a rotating measuring head. With light transmitter and light receiver preferably associated transmitting and receiving optics and at least a portion of the transmitting and receiving electronics and possibly the evaluation unit are housed in the scanning unit.

Der Sensor ist bevorzugt ein entfernungsmessender Sensor, indem die Auswertungseinheit die Lichtlaufzeit zwischen Aussenden des Lichtsignals und Empfang des remittierten Lichts und daraus die Entfernung eines Objekts bestimmt. Damit können wesentlich genauere Objektinformationen gewonnen werden als durch bloße Feststellung der Anwesenheit von Objekten. The sensor is preferably a distance-measuring sensor in that the evaluation unit determines the light transit time between emission of the light signal and reception of the remitted light and, therefrom, the removal of an object. This allows much more accurate object information to be obtained than simply detecting the presence of objects.

Vorzugsweise ist eine Winkelmesseinheit zur Erfassung der Winkelstellung der Abtasteinheit vorgesehen. Insgesamt stehen dann für erfasste Objekte vollständige zweidimensionale Positionskoordinaten zur Verfügung. Im Falle eines räumlich ausgedehnten Überwachungsbereichs durch Bewegung der Abtasteinheit in zwei Achsen wird vorzugsweise auch der jeweilige Kippwinkel der Abtasteinheit erfasst, so dass dann insgesamt dreidimensionale Kugelkoordinaten erhalten werden, welche die Objektposition innerhalb des Überwachungsbereichs ebenfalls vollständig beschreiben. Preferably, an angle measuring unit is provided for detecting the angular position of the scanning unit. Overall, complete two-dimensional position coordinates are then available for detected objects. In the case of a spatially extended monitoring area by movement of the scanning unit in two axes, the respective tilt angle of the scanning unit is preferably detected, so that then a total of three-dimensional spherical coordinates are obtained, which also completely describe the object position within the monitoring area.

Der Sensor ist bevorzugt als Sicherheitssensor ausgebildet und weist einen Sicherheitsausgang auf, wobei die Auswertungseinheit dafür ausgebildet ist zu bestimmen, ob sich ein Objekt in einem Schutzfeld innerhalb des Überwachungsbereichs befindet, um daraufhin ein sicherheitsgerichtetes Abschaltsignal über den Sicherheitsausgang auszugeben. Ein Sicherheitssensor ist sicher im Sinne einer Sicherheitsnorm wie einleitend beschrieben und kann deshalb insbesondere zum Personenschutz an Gefahrenquellen eingesetzt werden. The sensor is preferably designed as a safety sensor and has a safety output, wherein the evaluation unit is designed to determine whether an object is located in a protective field within the monitoring area, in order to then output a safety-related shutdown signal via the safety output. A safety sensor is safe in the sense of a safety standard as described in the introduction and can therefore be used in particular for personal protection of hazards.

Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben. Such advantageous features are described by way of example but not exhaustively in the subclaims following the independent claims.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in: The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen Laserscanners zur Verdeutlichung der Problemstellung; 1 a schematic sectional view of a conventional laser scanner to illustrate the problem;

2 eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserscanners mit durch eine Hohlwelle eines Antriebs abgestützter Haube; 2 a schematic sectional view of an embodiment of a laser scanner according to the invention with supported by a hollow shaft of a drive hood;

3 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserscanners ähnlich 2, jedoch mit zusätzlichem leitenden Teilbereich der Haube im Bereich der Abstützung. 3 a simplified sectional view of another embodiment of a laser scanner according to the invention similar 2 , but with additional conductive portion of the hood in the area of the support.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor in einer Ausführungsform als Laserscanner 10. Der Laserscanner 10 umfasst in grober Aufteilung eine bewegliche Abtasteinheit 12 und eine Sockeleinheit 14. Die Abtasteinheit 12 ist der optische Messkopf, während in der Sokkeleinheit 14 weitere Elemente wie eine Versorgung, Auswertungselektronik, Anschlüsse und dergleichen untergebracht sind. Im Betrieb wird mit Hilfe eines Antriebs 16 der Sockeleinheit 14, der als Hohlwellenantrieb mit einer Hohlwelle 18 ausgestaltet ist, die Abtasteinheit 12 in eine Schwing- oder Drehbewegung versetzt, um so einen Überwachungsbereich 22 periodisch abzutasten. 2 shows a schematic sectional view through an optoelectronic sensor according to the invention in one embodiment as a laser scanner 10 , The laser scanner 10 comprises in rough division a movable scanning unit 12 and a socket unit 14 , The scanning unit 12 is the optical measuring head while in the Sokkeleinheit 14 other elements such as a supply, evaluation electronics, connections and the like are housed. In operation, with the help of a drive 16 the base unit 14 , which is a hollow shaft drive with a hollow shaft 18 is designed, the scanning unit 12 in a swinging or rotating movement, so as to a monitoring area 22 to periodically scan.

In der Abtasteinheit 12 erzeugt ein Lichtsender 24 mit Hilfe einer Sendeoptik 26 Sendelicht 28, das in den Überwachungsbereich 22 ausgesandt wird. Trifft das Sendelicht 28 in dem Überwachungsbereich 22 auf ein Objekt, so kehrt entsprechendes remittiertes Licht 30 zu dem Laserscanner 10 zurück. Das remittierte Licht 30 wird von einer Empfangsoptik 32 auf einen Lichtempfänger 34 geführt und dort in ein elektrisches Empfangssignal gewandelt. Lichtsender 24 und Lichtempfänger 34 sind hier gemeinsam auf einer ersten Leiterkarte 36 untergebracht, die in vertikaler Ausrichtung an der Hohlwelle 18 angebracht ist. Eine um horizontal um die Hohlwelle 18 angeordnete zweite Leiterkarte 38 ist mit der ersten Leiterkarte 36 verbunden und stützt sie zusätzlich ab. In the scanning unit 12 creates a light transmitter 24 with the help of a transmission optics 26 transmitted light 28 in the surveillance area 22 is sent out. Meets the transmitted light 28 in the surveillance area 22 on an object, then returns corresponding remitted light 30 to the laser scanner 10 back. The remitted light 30 is from a receiving optics 32 on a light receiver 34 guided and converted there into an electrical received signal. light source 24 and light receiver 34 are here together on a first printed circuit board 36 housed in vertical alignment with the hollow shaft 18 is appropriate. One around the hollow shaft horizontally 18 arranged second circuit board 38 is with the first circuit board 36 connected and supports them in addition.

Die Anordnung in der Abtasteinheit 12 ist rein beispielhaft zu verstehen. So können Lichtsender 24 und Lichtempfänger 34 auch jeweils auf einer eigenen Leiterkarte untergebracht sein und insgesamt mehr oder weniger Leiterkarten in anderer Anordnung vorgesehen sein. Prinzipiell ist jede andere an sich von einstrahligen optoelektronischen Sensoren oder Laserscannern bekannte Anordnung wie etwa eine Doppellinse mit Sendeoptik im Zentrum einer Empfangslinse oder die Verwendung eines Strahlteilerspiegels möglich. Es ist nicht einmal zwingend erforderlich, das ein tastendes System aus Lichtsender 24 und Lichtempfänger 34 aufgebaut wird, stattdessen kann auch ein anderer Sensor oder eine Kombination mehrerer Sensoren rotieren, etwa um eine Mehrfachabtastung in mehreren Ebenen zu erreichen, wie dies etwa in der DE 10 2013 111 547 A1 beschrieben ist. Die Abtasteinheit 12 kann auch als eine Anordnung eines ruhenden Lichtsenders und Lichtempfängers mit einem Dreh- oder Schwingspiegel ausgebildet sein. The arrangement in the scanning unit 12 is purely exemplary to understand. So can light emitters 24 and light receiver 34 each also be housed on a separate circuit board and a total of more or less circuit boards are provided in a different arrangement. In principle, any other arrangement known per se from single-beam optoelectronic sensors or laser scanners, such as a double lens with transmitting optics in the center of a receiving lens or the use of a beam splitter mirror is possible. It is not even mandatory that a momentary system of light emitters 24 and light receiver 34 Instead, another sensor or a combination of several sensors can also rotate, for instance to achieve multiple scanning in several planes, as in the case of the DE 10 2013 111 547 A1 is described. The scanning unit 12 may also be formed as an arrangement of a stationary light emitter and light receiver with a rotary or oscillating mirror.

In der Sockeleinheit 14 ist eine Auswertungseinheit 40 vorgesehen, die das Empfangssignal auswertet, den Antrieb 16 steuert und das Signal einer Winkelmesseinheit 42, erhält, welche die jeweilige Winkelstellung der Abtasteinheit 12 bestimmt. Die Auswertungseinheit 40 steht auf eine nicht dargestellte Weise in Kommunikationsverbindung mit der Abtasteinheit 12 beziehungsweise den Leiterkarten 36, 38, beispielsweise durch eine drahtlose Datenübertragungseinheit vorzugsweise auch mit drahtloser Versorgung für die Elemente der Abtasteinheit 12. Die Steuer- und Auswertungsfunktionalität kann weitgehend frei zwischen der Abtasteinheit 12, insbesondere den Leiterkarten 36, 38, und der Auswertungseinheit 40 verteilt sein, wird aber so beschrieben, als sei allein die Auswertungseinheit 40 dafür zuständig. In the base unit 14 is an evaluation unit 40 provided that evaluates the received signal, the drive 16 controls and the signal of an angle measuring unit 42 , receives which the respective angular position of the scanning unit 12 certainly. The evaluation unit 40 is in communication with the scanning unit in a manner not shown 12 or the circuit boards 36 . 38 , For example, by a wireless data transmission unit preferably also with wireless supply for the elements of the scanning unit 12 , The control and evaluation functionality can be largely free between the scanning unit 12 , in particular the printed circuit boards 36 . 38 , and the evaluation unit 40 be distributed, but is described as if only the evaluation unit 40 responsible for.

Zur Auswertung wird vorzugsweise mit einem Lichtlaufzeitverfahren die Distanz zu einem angetasteten Objekt gemessen. Dazu wird in einem phasenbasierten System das Sendelicht des Lichtsenders 24 moduliert und eine Phasenbeziehung zu dem Empfangssignal des Lichtempfängers 34 ausgewertet. Alternativ werden in einem pulsbasierten System kurze Lichtpulse zu einem Sendezeitpunkt ausgesandt und aus dem Empfangssignal deren Empfangszeitpunkt ermittelt. Dabei sind sowohl Einzelpulsverfahren, die jeweils aus einem einzigen Sendepuls eine Entfernung bestimmen, als auch Pulsmittelungsverfahren denkbar, in denen das Empfangssignal nach einer Vielzahl aufeinanderfolgender Sendepulse gesammelt und statistisch ausgewertet wird. Die jeweilige Winkelstellung, unter welcher das Sendelicht 28 jeweils ausgesandt wurde, ist von der Winkelmesseinheit 42 ebenfalls bekannt. Somit stehen nach jeder Scanperiode, also Umdrehung der Abtasteinheit 12, über den Winkel und die Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objektpunkte in einer Abtastebene zur Verfügung. For evaluation, the distance to a touched object is preferably measured with a light transit time method. For this purpose, in a phase-based system, the transmitted light of the light transmitter 24 modulated and a phase relationship with the received signal of the light receiver 34 evaluated. Alternatively, in a pulse-based system, short light pulses are emitted at a transmission time and the reception time is determined from the reception signal. In this case, both individual pulse methods, each of which determines a distance from a single transmission pulse, and pulse averaging methods are conceivable in which the received signal is collected after a multiplicity of successive transmission pulses and statistically evaluated. The respective angular position under which the transmitted light 28 each emitted is from the angle measuring unit 42 also known. Thus, after each scan period, so turn the scanning unit 12 , two-dimensional polar coordinates of all object points in a scanning plane are available over the angle and the distance.

Damit sind die Objektpositionen beziehungsweise Objektkonturen bekannt und können über eine Sensorschnittstelle 44 ausgegeben werden. Die Sensorschnittstelle 44 oder ein weiterer, nicht gezeigter Anschluss dienen umgekehrt als Parametrierschnittstelle. Bei Anwendungen in der Sicherheitstechnik werden Schutzfelder, die in dem Überwachungsbereich 22 konfiguriert werden können, auf unzulässige Eingriffe überwacht, und daraufhin wird gegebenenfalls ein sicherheitsgerichtetes Abschaltsignal über die dann sicher ausgebildete Schnittstelle 44 (z.B. OSSD, Output Signal Switching Device) ausgegeben. Thus, the object positions or object contours are known and can via a sensor interface 44 be issued. The sensor interface 44 or another, not shown connection vice versa serve as a parameterization interface. In safety applications, protective fields are used in the surveillance area 22 can be configured, monitored for improper interventions, and then, if necessary, a safety-related shutdown signal on the then securely trained interface 44 (eg OSSD, Output Signal Switching Device).

Der Laserscanner 10 ist in einem Gehäuse 46 untergebracht, dessen oberer Teil durch eine Haube 48 gebildet ist. Die Haube 48 weist eine Seitenwand 50 auf, hier in Form eines Kegelstumpfes, allgemein als Rotationskörper aus einer geeigneten Kontur. Die Seitenwand 50 dient als Frontscheibe, durch die das Sendelicht 28 aus- beziehungsweise das remittierte Licht 30 eintritt. Dementsprechend ist sie aus einem Material hergestellt, das für das von dem Lichtsender 24 erzeugte Sendelicht 28 transparent ist. The laser scanner 10 is in a housing 46 housed, whose upper part by a hood 48 is formed. The hood 48 has a side wall 50 on, here in the form of a truncated cone, generally as a rotational body of a suitable contour. The side wall 50 serves as a windshield, through which the transmitted light 28 off or the remitted light 30 entry. Accordingly, it is made of a material suitable for that of the light emitter 24 generated transmitted light 28 is transparent.

Die Haube 48 wird nach oben hin durch einen Deckelbereich 52 abgeschlossen, der mit der Seitenwand 50 verbunden und vorzugsweise damit gemeinsam ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Haube 48 ein einziges Kunststoffbauteil. The hood 48 goes up through a lid area 52 completed that with the sidewall 50 connected and preferably formed together with it. For example, the hood 48 a single plastic component.

Die Haube 48 wird im Deckelbereich 52, in dieser Ausführungsform zentral, durch ein Stützelement 54 abgestützt. Das Stützelement 54 kann eine einfache Form haben, etwa als Stift oder Stange ausgebildet sein. Die Verbindung zwischen Haube 48 und Stützelement 54 ist vorzugsweise fix. Eine drehbare Lagerung ist dabei nicht vorgesehen und auch nicht erforderlich, weil das Stützelement 54 die Bewegung der Abtasteinheit 12 nicht mitvollzieht. Das Stützelement 54 verläuft vielmehr durch die Hohlwelle 18 des Antriebs 16 bis zum Boden des Gehäuses 46. Damit ist die Haube 48 und insbesondere deren Deckelbereich 52 stabil auf dem Boden abgestützt und somit fixiert. Eine Kollision mit Elementen der sich bewegenden, meist rasch drehenden Abtasteinheit 12 ist nicht mehr möglich. The hood 48 is in the lid area 52 , centrally in this embodiment, by a support member 54 supported. The support element 54 may have a simple shape, be designed as a pin or rod. The connection between hood 48 and support element 54 is preferably fixed. A rotatable mounting is not provided and also not required because the support element 54 the movement of the scanning unit 12 does not follow. The support element 54 rather passes through the hollow shaft 18 of the drive 16 to the bottom of the case 46 , This is the hood 48 and in particular their lid area 52 stably supported on the ground and thus fixed. A collision with elements of the moving, mostly rapidly rotating scanning unit 12 is not possible anymore.

Das Stützelement 54 kann außer der erläuterten konstruktiv-mechanischen Funktion auch noch zu verbesserten thermischen und EMV-Eigenschaften beitragen. Dazu wird das Stützelement 54 leitend insbesondere aus Metall ausgebildet. Dadurch kann die Haube 48 in ihrem Deckelbereich 52 ohne bewegliche Übergänge elektronisch und thermisch angebunden werden. Das Stützelement 54 kann sogar zur Versorgung der Abtasteinheit 12 beziehungsweise zum Datenaustausch mit der Abtasteinheit 12 beitragen. Dazu wird der ruhende Teil einer entsprechenden drahtlosen Verbindung zwischen Abtasteinheit 12 und Sockeleinheit 14 im Deckelbereich 52 angeordnet und das Stützelement 54 dafür genutzt, eine Verbindung zum unteren Bereich des Laserscanners 10 herzustellen. The support element 54 can also contribute to improved thermal and EMC properties in addition to the explained constructive-mechanical function. This is the support element 54 conductive formed in particular of metal. This can cause the hood 48 in their lid area 52 be connected without moving transitions electronically and thermally. The support element 54 can even supply the scanning unit 12 or for data exchange with the scanning unit 12 contribute. This is the resting part of a corresponding wireless connection between the scanning unit 12 and socket unit 14 in the lid area 52 arranged and the support element 54 used to connect to the bottom of the laser scanner 10 manufacture.

3 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laserscanners 10. Die Darstellung ist deutlich vereinfacht, auch dieser Laserscanner 10 umfasst die hier weggelassenen, jedoch für den Betrieb erforderlichen und bereits zu 2 erläuterten Merkmale. Zusätzlich ist hier im Deckelbereich 52 der Haube 48 ein leitender Teilbereich 56 vorgesehen, der als Abschirmung und thermische Abstrahlfläche dient. Der Kontaktbereich mit dem Stützelement 54 liegt im leitenden Teilbereich 56. Der leitende Teilbereich 56 kann über das Stützelement 54 mit Masse verbunden werden. Die EMV-Eigenschaften und die thermischen Eigenschaften der Haube 48 werden auf diese Weise erheblich verbessert. 3 shows a sectional view of another embodiment of a laser scanner according to the invention 10 , The presentation is much easier, even this laser scanner 10 includes the ones omitted here, but required for operation and already too 2 explained features. In addition, here is the lid area 52 the hood 48 a leading subarea 56 provided, which serves as a shield and thermal radiation surface. The contact area with the support element 54 lies in the leading subarea 56 , The leading subarea 56 can over the support element 54 be connected to ground. The EMC properties and the thermal properties of the hood 48 are significantly improved in this way.

Prinzipiell ist es möglich, die Haube 48 über eine drehbare Lagerung, wie ein Kugellager, direkt auf der Hohlwelle 18 abzustützen, die dann selbst als Stützelement 54 dient. Damit würde aber ein Vorteil eines in der Hohlwelle 18 geführten und deshalb ruhenden Stützelements 54 aufgegeben. Die Abstützung auf einer Welle mit einer Lagerung wäre bereits für eine einfache Welle anstelle einer Hohlwelle möglich. Ein ähnlicher Gedankengang ist, an der Haube 48 einen Gleiteinsatz beispielsweise aus Teflon oder eine in die Haube 48 eingepresste Struktur vorzusehen, um bei einer Kollision zwischen Haube 48 und bewegten Elementen der Abtasteinheit 12 Schäden zu minimieren oder zu verhindern. In principle, it is possible the hood 48 via a rotatable bearing, such as a ball bearing, directly on the hollow shaft 18 support, which itself as a support element 54 serves. But that would be an advantage of one in the hollow shaft 18 guided and therefore resting support element 54 given up. The support on a shaft with a bearing would already be possible for a simple shaft instead of a hollow shaft. A similar train of thought is, at the hood 48 a sliding insert, for example made of Teflon or one in the hood 48 to provide pressed-in structure, in case of a collision between hood 48 and moving elements of the scanning unit 12 Minimize or prevent damage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4340756 A1 [0004]
DE 19757849 B4 [0005]
EP 2388619 A1 [0005]
DE 19927502 A1 [0008]
DE 19928958 A1 [0008]
DE 102013111547 A1 [0036]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard EN13849 [0004]
Device standard EN61496 [0004]

Claims

Optoelectronic sensor ( 10 ), in particular laser scanners, for detecting objects in a surveillance area ( 22 ), whereby the sensor ( 10 ) a light transmitter ( 24 ) for transmitting transmitted light ( 28 ), a drive ( 16 ), one with the help of the drive ( 16 ) movable scanning unit ( 12 ) for periodic scanning with the transmitted light ( 28 ), a light receiver ( 34 ) for generating a received signal from objects in the surveillance area ( 22 ) remitted light ( 30 ), an evaluation unit ( 40 ) for collecting information about objects in the surveillance area ( 22 ) based on the received signal and a housing ( 46 ) with a hood ( 48 ), wherein the hood ( 48 ) by a support element ( 54 ) is additionally supported, characterized in that the drive ( 16 ) a hollow shaft ( 18 ) and that the support element ( 54 ) through the hollow shaft ( 18 ) is guided.

Sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the hood ( 48 ) as a rotational body with a side wall ( 50 ) and a lid area ( 52 ) is trained.

Sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the hood ( 48 ) a windscreen ( 50 ) as the exit area for the transmitted light ( 28 ) and entrance area for the remitted light ( 30 ) having.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the hood ( 48 ) off for the transmitted light ( 28 ) is made of transparent plastic.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the support element ( 54 ) the hood ( 48 ) is centrally supported.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the support element ( 54 ) on the hood ( 48 ) is fixed.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the support element ( 54 ) is rod-shaped.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the support element ( 54 ) at a bottom of the housing ( 46 ) is supported.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the support element ( 54 ) is conductive.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the hood ( 48 ) a conductive subregion ( 56 ) having.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the scanning unit ( 12 ) the light transmitter ( 24 ) and / or the light receiver ( 34 ) having.