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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft einen optischen Sensor (1) zur Erfassung vonObjekten in einem Überwachungsbereich(15). Der optische Sensor (1) umfasst einen Sendelichtimpulse emittierendenSender (3), einen Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger (5) undeine Auswerteeinheit (8), in welcher aus der Laufzeit eines zu einemObjekt geführtenund von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger (5) zurückreflektierenden Sendelichtimpulsesdie Distanz des Objekts bestimmbar ist. In der Auswerteeinheit (8)ist als Bezugspunkt fürdie Laufzeitmessung der Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulsesbestimmbar.
    公开号:DE102004031024A1
    申请号:DE102004031024
    申请日:2004-06-26
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Rolf Brunner；Lutz Dr. Lohmann
    申请人:Leuze Lumiflex GmbH and Co KG；
    IPC主号:G01S17-42
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs1.
    [0002] Derartigeoptische Sensoren bilden nach dem Laufzeitverfahren arbeitende Distanzsensoren, beiwelchen aus der Laufzeit der von dem Sender des optischen Sensorsemittierten Sendelichtstrahlen zu einem Objekt und wieder zurück zum Empfänger dieDistanz des Objekts zum optischen Sensor berechnet wird.
    [0003] Mitderartigen optischen Sensoren werden im einfachsten Fall eindimensionaleDistanzmessungen durchgeführt,das heißtdie vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen werden in eine festvorgegebene Richtung emittiert. Der Überwachungsbereich ist dannauf den Bereich der Strahlachse der Sendelichtstrahlen begrenzt.
    [0004] Ineiner weiteren Ausführungsformkönnen dieoptischen Sensoren als so genannte Flächendistanzsensoren ausgebildetsein. Ein derartiger optischer Sensor ist aus der DE 19 917 509 C1 bekannt.
    [0005] Dieseroptische Sensor umfasst einen Distanzsensor, welcher einen Sendelichtstrahlenemittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangendenEmpfängeraufweist, sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehendenEmpfangssignale und eine Ablenkeinheit, an welcher die Sendelichtstrahlenabgelenkt werden, so dass diese periodisch den Überwachungsbereich überstreichen.
    [0006] DieErfassung von Objekten erfolgt innerhalb eines definierten Schutzfeldes.Der Distanzsensor dieses optischen Sensors arbeitet vorzugsweise nachdem Laufzeitprinzip. Durch die Distanzmessung sowie durch die fortlaufendeErfassung der Ablenkposition der Sendelichtstrahlen können diePositionen von Objekten innerhalb des Schutzfeldes bestimmt werden.
    [0007] Derartigeoptische Sensoren werden insbesondere auch im Bereich des Personenschutzeseingesetzt. Zur Gewährleistungder Schutzfunktion des optischen Sensors ist es erforderlich, dassObjekte mit unterschiedlichen Reflektivitäten innerhalb des gesamten Überwachungsbereichsbeziehungsweise Schutzfeldes sicher erfasst werden können.
    [0008] Aufgrundder stark unterschiedlichen Reflektivitäten verschiedener Objektoberflächen variieren diedurch die Empfangslichtimpulse im Empfänger generierten Amplitudender Empfangssignale entsprechend stark. Insbesondere bei der Detektion hochreflektierender Objekte kann der Empfänger bei Empfang eines Empfangslichtimpulses übersteuern. Indiesem Fall ist die Amplitude des Empfangssignals nicht proportionalzur Amplitude des Empfangslichtimpulses. Vielmehr ist bei Übersteuerndes Empfängersbeziehungsweise der empfangsseitigen Bauteile die Amplitude desEmpfangssignals auf einen Sättigungswertbegrenzt, obwohl die Amplitude des Empfangslichtimpulses noch ansteigenkann. Die Übersteuerungdes Empfängersbleibt auch noch nach Abklingen des Empfangslichtimpulses erhalten, sodass das Empfangssignal entsprechend später als der Empfangslichtimpulsabklingt. Damit entspricht im Falle der Übersteuerung des Empfängers derAmplitudenverlauf des Empfangssignals nicht mehr dem Amplitudenverlaufdes Empfangslichtimpulses. Insbesondere ist die Breite des Empfangssignalsgegenüberdem jeweiligen Empfangslichtimpuls verbreitert.
    [0009] Ausder DE 101 43 107A1 ist ein nach dem Laufzeitprinzip arbeitender Distanzsensorbekannt, bei welchem Effekte durch derartige Übersteuerungen des Empfängers zurErhöhungder Messgenauigkeit des Empfängerskompensiert werden. Hierzu wird als Zusatzmessung zur eigentlichenLaufzeitmessung fürjeden empfangenen Empfangslichtimpuls die Breite des hierbei registrierten Empfangssignalsgemessen. Fürdie jeweils gemessene Breite wird ein empirisch bestimmter Entfernungskorrekturwertaus einer Korrekturtabelle entnommen, mittels dessen das Resultatder durchgeführtenEntfernungsmessung korrigiert wird.
    [0010] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen optischen Sensor dereingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem auch bei unterschiedlichenReflektivitätenvon zu detektierenden Objekten eine genaue Distanzmessung durchführbar ist.
    [0011] ZurLösungdieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. VorteilhafteAusführungsformenund zweckmäßige Weiterbildungender Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    [0012] Dererfindungsgemäße optischeSensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.Der optische Sensor weist einen Sendelichtimpulse emittierendenSender, einen Empfangslichtimpulse empfangenden Empfänger undeine Auswerteeinheit auf, in welcher aus der Laufzeit eines zu einemObjekt geführtenund von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger zurückreflektierenden Sendelichtimpulsesdie Distanz des Objekts bestimmbar ist. In der Auswerteeinheit istals Bezugspunkt fürdie Laufzeitmessung der Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulsesbestimmbar.
    [0013] Durchden Bezug der Laufzeitmessung auf den Scheitelpunkt eines auf einenSendelichtimpuls hin empfangenen Empfangslichtimpulses wird eine besondersgenaue Distanzmessung gewährleistet, insbesondereauch im Fall der Übersteuerungdes Empfängers.
    [0014] Ineiner besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wirdder Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulses aus zwei Stoppsignalenbestimmt, die durch die Bewertung des durch den Empfangslichtimpulsgenerierten Empfangssignals mit einem Schwellwert gewonnen werden.Dabei wird das erste Stoppsignal generiert, wenn das Empfangssignalden Schwellwert überschreitetund das zweite Stoppsignal generiert, wenn das Empfangssignal denSchwellwert unterschreitet.
    [0015] Mitjedem Stoppsignal wird eine Laufzeitmessung beendet, wobei beideLaufzeitmessungen von einem gemeinsamen Startsignal gestartet werden,welches von einem emittierten Sendelichtimpuls generiert wird. Mitbeiden Laufzeitmessungen wird die Laufzeit eines Sendelichtimpulseszu einem Objekt und zurückzum Empfängerbestimmt, wobei diese durch die unterschiedlichen Stoppsignale aufverschiedene Abtastpunkte des Empfangssignals bezogen sind.
    [0016] DurchBildung einer geeigneten Linearkombination kann der Scheitelpunktdes Empfangslichtimpulses in einfacher Weise bestimmt werden, dasheißtdie Laufzeitmessung auf diesen Scheitelpunkt bezogen werden, dessenLage unabhängig vonder Amplitude des Empfangslichtimpulses ist. Dadurch ist auch dieDistanzmessung weitgehend unabhängigvon der Amplitude der Empfangslichtimpulse, so dass gewährleistetist, dass auch fürObjekte mit stark unterschiedlichen Reflektivitäten eine genaue Distanzbestimmungermöglichtwird.
    [0017] Dabeiliegt der erfindungsgemäßen Auswertungder Laufzeitmessungen die Erkenntnis zugrunde, dass im analogen,nicht übersteuertenBereich sowohl die Empfangslichtimpulse als auch die hierzu proportionalenEmpfangssignale im Wesentlichen symmetrisch zu ihrem Scheitelpunktsind, da auch die vom Sender emittierten Sendelichtimpulse eine entsprechendeSymmetrie aufweisen.
    [0018] Dazur Generierung der Stoppsignale das Empfangssignal mit demselbenSchwellwert abgetastet wird, ist gewährleistet, dass diese Stoppsignalesymmetrisch zum Scheitelpunkt liegen.
    [0019] Damitkann durch Bildung des arithmetischen Mittelwerts beider Laufzeitmessungendie Bestimmung des Distanzwerts auf den Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulsesbezogen werden.
    [0020] EinBezug auf den Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulses ist auch imFall einer Übersteuerungdes Empfangssignals gewährleistet.Hierzu ist in der Auswerteeinheit eine empirisch bestimmte Korrekturtabellevon Korrekturwerten in Abhängigkeit verschiedenerDifferenzen der Stoppsignale und damit der Laufzeitdifferenzen dermit diesen Stoppsignalen beendeten Laufzeitmessungen abgespeichert. DieseKorrekturwerte berücksichtigendie Formen der Verzerrungen der übersteuertenEmpfangssignale fürdie einzelnen Laufzeitdifferenzen, die beispielsweise durch Messungender Empfangssignalverläufe während einesEinlernvorganges bestimmt werden können.
    [0021] Während desBetriebs des optischen Sensors wird dann für die aktuell durchgeführten, mitden Stoppsignalen beendeten Laufzeitmessungen deren Differenz ermittelt.Dann wird der fürdie jeweilige Differenz in der Auswerteeinheit hinterlegte Korrekturwertausgelesen, um mit diesem als Gewichtungsfaktor einen gewichtetenMittelwert beider Laufzeitmessungen zu bilden. Dadurch wird wiederein Bezug der Distanzwertbestimmung auf den Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulseserhalten.
    [0022] Dader Korrekturwert von der Differenz der beiden Laufzeitmessungenabhängigist, erfolgt die Bildung des gewichteten Mittelwerts dadurch, dass derKorrekturwert zu der in der ersten Laufzeitmessung bestimmten Laufzeit,die auf die steigende Flanke des Empfangssignals bezogen ist, addiertwird. Alternativ wird der Korrekturwert von der in der zweiten Laufzeitmessungbestimmten Laufzeit abgezogen.
    [0023] ZurUnterscheidung, ob ein übersteuertes Empfangssignalvorliegt oder nicht wird die Differenz der Laufzeiten zwischen denbeiden Stoppsignalen mit einem Grenzwert verglichen, der von derBreite des jeweiligen Sendelichtimpul ses abgeleitet ist. Da hierausein Maß für die Breiteeines nicht übersteuertenEmpfangslichtimpulses abgeleitet werden kann, ist eine sichere Unterscheidungzwischen übersteuertenund nicht übersteuertenEmpfangssignalen gewährleistet.
    [0024] Generellkann durch die Durchführungzweier oder gegebenenfalls mehrerer Laufzeitmessungen zur Bestimmungder Laufzeit eines Sendelichtimpulses zu einem Objekt, der von diesemals Empfangslichtimpuls zum Empfängergeführtist, die Genauigkeit der Distanzmessung erheblich gesteigert werden,wobei eine Voraussetzung hierfürist, dass die von den jeweiligen Stoppsignalen gebildeten Abtastpunktedes Empfangssignals so gewähltsind, dass aus diesen die Lage des Scheitelpunktes des Empfangslichtimpulsesbestimmt werden kann.
    [0025] DieErfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Eszeigen:
    [0026] 1:Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des optischenSensors.
    [0027] 2:Schematische Darstellung eines mittels des optischen Sensors gemäß 1 überwachtenSchutzfelds.
    [0028] 3:Zeitdiagramme zur Auswertung von Empfangslichtimpulsen in dem optischenSensor gemäß 1 beistörungsfreiemBetrieb.
    [0029] 4:Zeitlicher Verlauf eines nicht übersteuertenEmpfangssignals.
    [0030] 5:Zeitlicher Verlauf von nicht übersteuertenEmpfangssignalen, welche durch Empfangslichtimpulse generiert werden,die von Objekten unterschiedlicher Reflektivität in gleicher Distanz zur Vorrichtunggeneriert werden.
    [0031] 6:Zeitlicher Verlauf eines übersteuerten Empfangssignals.
    [0032] 1 zeigtein Ausführungsbeispieleines optischen Sensors 1 zum Erfassen von Objekten. Deroptische Sensor 1 weist als Distanzsensorelement einenSendelichtstrahlen 2 emittierenden Sender 3 undeinen Empfangslichtstrahlen 4 empfangenden Empfänger 5 auf.Der Sender 3 besteht vorzugsweise aus einer Laserdiode,welcher zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 2 eineSendeoptik 6 nachgeordnet ist. Der Empfänger 5 ist beispielsweise voneiner Fotodiode gebildet, welcher eine Empfangsoptik 7 vorgeordnetist.
    [0033] DieDistanzmessung erfolgt nach der Impulslaufzeitmethode. Hierzu werdenvom Sender 3 Sendelichtstrahlen 2 in Form vonkurzen Sendelichtimpulsen emittiert. Dabei emittiert der Sender 3 imvorliegenden Fall Sendelichtimpulse mit einer fest vorgegebenenPulsfolgefrequenz. Die Distanzinformation wird durch direkte Messungder Laufzeit eines Sendelichtimpulses zu einem Objekt und zurück zum Empfänger 5 gewonnen.
    [0034] DieseAuswertung erfolgt in einer Auswerteeinheit 8, an welcheder Sender 3 und der Empfänger 5 über nichtdargestellte Zuleitungen angeschlossen sind. Die Auswerteeinheit 8 istim vorliegenden Ausführungsbeispielvon einem ASIC gebildet.
    [0035] DieSendelichtstrahlen 2 und die Empfangslichtstrahlen 4 sind über eineAblenkeinheit 9 geführt. DieAblenkeinheit 9 weist einen Ablenkspiegel 10 auf, welcherauf einem drehbaren, übereinen Motor 11 angetriebenen Drehspiegelhalter 12 aufsitzt.Der Ablenkspiegel 10 rotiert dadurch mit einer vorgegebenenDrehzahl um eine vertikale Drehachse D. Der Sender 3 undder Empfänger 5 sindin der Drehachse D oberhalb des Ablenkspiegels 10 angeordnet.
    [0036] DerAblenkspiegel 10 ist um 45° gegenüber der Drehachse D geneigt,so dass die am Ablenkspiegel 10 reflektierten Sendelichtstrahlen 2 inhorizontaler Richtung verlaufend aus dem optischen Sensor 1 geführt sind.Dabei durch dringen die Sendelichtstrahlen 2 ein Austrittsfenster 13,welches in der Frontwand des Gehäuses 14 desoptischen Sensors 1 angeordnet ist. Das Gehäuse 14 istim Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei sich das Austrittsfenster 13 über einenWinkelbereich von 180° erstreckt.Dementsprechend wird, wie insbesondere aus 2 ersichtlichist, mit den Sendelichtstrahlen 2 ein Überwachungsbereich 15 inForm einer halbkreisförmigenebenen Flächeabgetastet, in welcher Objekte detektierbar sind. Der Überwachungsbereich 15 istdurch die von dem Distanzsensorelement erfassbare Maximaldistanzbegrenzt. Die von den Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 durchsetzenin horizontaler Richtung verlaufend das Austrittsfenster 13 undwerden überden Ablenkspiegel 10 zum Empfänger 5 geführt.
    [0037] ZurErfassung der Positionen der Objekte wird mittels eines nicht dargestellten,an die Auswerteeinheit 8 angeschlossenen Winkelgebers fortlaufenddie aktuelle Winkelposition der Ablenkeinheit 9 erfasst.Aus der Winkelposition und dem in dieser Winkelposition registriertenDistanzwert wird in der Auswerteeinheit 8 die Positioneines Objektes bestimmt.
    [0038] Derartigeoptische Sensoren 1 werden insbesondere auch im Bereichdes Personenschutzes eingesetzt, wobei zur Erfüllung der sicherheitstechnischenAnforderungen die Auswerteeinheit 8 einen redundanten Aufbauaufweist.
    [0039] Beiderartigen sicherheitstechnischen Anwendungen erfolgt typischerweisedie Erfassung von Objekten und Personen nicht innerhalb des gesamtenvon den Sendelichtstrahlen 2 überstrichenen Überwachungsbereichs 15,sondern innerhalb eines begrenzten Schutzfelds 16. EinBeispiel fürein derartiges Schutzfeld 16 ist in 2 dargestellt.In diesem Fall ist das Schutzfeld 16 von einer rechteckigenebenen Flächegebildet.
    [0040] Inder Auswerteeinheit 8 wird ein binäres Objektfeststellungssignalgeneriert, dessen Schaltzuständeangeben, ob sich ein Objekt innerhalb des Schutzfelds 16 befindetoder nicht. Das Objektfeststellungssignal wird über einen nicht dargestellten Schaltausgangdes optischen Sensors 1 ausgegeben. Bei einem Einsatz imPersonenschutz wird mit dem optischen Sensor 1 insbesonderedas Vorfeld einer Maschine überwacht,wobei das Schutzfeld 16 des optischen Sensors 1 aneinen im Vorfeld der Maschine liegenden Gefahrenbereich angepasstist.
    [0041] 3 zeigtdie zeitliche Abfolge der Sendelichtimpulse und der Empfangslichtimpulsebei der Objektdetektion mit dem optischen Sensor 1. Von demSender 3 des optischen Sensors 1 werden Sendelichtimpulsemit vorgegebener Pulsdauer und Pulsfolgefrequenz emittiert. Im vorliegendenFall emittiert der Sender 3 eine Folge von Rechteckpulsen.Dabei ist die Periodendauer, innerhalb derer vom Sender 3 jeweilsein Sendelichtimpuls emittiert wird, in 3 mit Tbezeichnet. Bei der Detektion eines Objektes wird ein Sendelichtimpulsam Objekt reflektiert und als Empfangslichtimpuls zum Empfänger 5 zurückgeführt. Entsprechendder Impulslaufzeit trifft der Empfangslichtimpuls gegenüber demSendelichtimpuls um eine Zeit tL bzw. tL' verzögert" auf den Empfänger 5.
    [0042] ZurBestimmung dieser Verzögerungszeiten, auswelchen in der Auswerteeinheit 8 die jeweilige Objektdistanzberechnet wird, werden im vorliegenden Fall für jeden ausgesendeten Sendelichtimpuls zweiLaufzeitmessungen durchgeführt.Das Prinzip dieser Messungen wird anhand des in 4 dargestelltenzeitlichen Verlaufs eines nicht übersteuerten EmpfangssignalsE dargestellt. Da der Empfänger 5 imvorliegenden Fall durch den Empfang eines Empfangslichtimpulsesnicht übersteuert,ist der zeitliche Verlauf des Empfangssignals E gemäß 4 imWesentlichen proportional zum zeitlichen Verlauf des Empfangslichtimpulses,der als von einem Objekt zurückreflektierterSendelichtimpuls auf den Empfänger 5 auftrifft.Der zeitliche Verlauf des Empfangssignals E entspricht im Wesentlicheneiner Gaußverteilung undist im Wesentlichen symmetrisch zum Scheitelpunkt SP der Verteilung.
    [0043] Diebeiden Laufzeitmessungen werden mit einem Startsignal START synchrongestartet, wobei im vorliegenden Fall das Startsignal START durchdie in 3 dargestellte steigende Flanke eines Sendelichtimpulsesdefiniert ist. Zur Durchführungder beiden Laufzeitmessungen ist jeweils ein Zähler vorgesehen, wobei dieZählerin der Auswerteeinheit 8 integriert sind. Mit dem StartsignalSTART werden die beiden Zählerzur Durchführungder Laufzeitmessungen gestartet.
    [0044] ZurGenerierung von Stoppsignalen STOP1, STOP2 zum Beenden der Laufzeitmessungenwird das Empfangssignal E mit einem Schwellwert S bewertet. Wieaus 4 ersichtlich wird das erste Stoppsignal STOP1generiert, sobald das Empfangssignal E den Schwellwert S überschreitet.Das Stoppsignal STOP2 wird generiert, sobald das EmpfangssignalE den Schwellwert S unterschreitet. Durch diese richtungsabhängige Schwellwertbewertungwird somit das Empfangssignal E an zwei Abtastpunkten abgetastet.Dabei liegt ein Abtastpunkt (STOP1) an der steigenden Flanke desEmpfangssignals E und ein Abtastpunkt (STOP2) an der fallenden Flankedes Empfangssignals E. Mit dem Stoppsignal STOP1 wird die ersteLaufzeitmessung beendet, mit dem Stoppsignal STOP2 wird die zweiteLaufzeitmessung beendet.
    [0045] Inder Auswerteeinheit 8 wird zur Bestimmung der Pulslaufzeit < L > des Empfangslichtimpulsesder arithmetische Mittelwert der bei den beiden Laufzeitmessungenermittelten Laufzeiten L1, L2 gemäß der Beziehung < L > = ½/(L1 + L2)berechnet.
    [0046] Dadie Stoppsignale STOP1, STOP2 durch eine richtungsabhängige Bewertungdes Empfangssignals mit dem selben Schwellwert S generiert werden,liegen diese symmetrisch zum Scheitelpunkt SP des EmpfangssignalsE. Durch die arithmetische Mittelwertbildung der Laufzeiten istdamit die zur Distanzbe stimmung herangezogene Pulslaufzeit < L > auf den ScheitelpunktSP des Empfangssignals E bezogen.
    [0047] Hiermitwird eine von der Amplitude des Empfangssignals E unabhängige Distanzmessung ermöglicht,wie in 5 veranschaulicht. In 5 sind diezeitlichen Verläufezweier nicht übersteuerter EmpfangssignaleE1, E2 dargestellt, die von Empfangslichtimpulsen generiert werden,welche von Objekten in gleicher Distanz zum optischen Sensor 1,jedoch mit verschiedenen Reflektivitäten zum Empfänger 5 reflektiertwerden. Die Amplitude des Empfangssignals E1 ist dabei größer alsdie Amplitude des Empfangssignals E2, da dieses durch ein Objekt höherer Reflektivität generiertwurde. Die Lagen der Scheitelpunkte SP1, SP2 der EmpfangssignaleE1, E2 sind identisch, da die Empfangssignale E1, E2 von Objektenin gleicher Distanz zum optischen Sensor 1 stammen.
    [0048] DieDistanzmessung erfolgt analog zur Auswertung gemäß 4. Zur Distanzmessungwird jedes Empfangssignal E1, E2 mit dem Schwellwert S zur Generierungder Stoppsignale zum Beenden der Laufzeitmessungen bewertet. Für das EmpfangssignalE1 werden dabei die Stoppsignale STOP1(E1), STOP2(E1) erhalten,welche die jeweiligen Laufzeitmessungen beenden. Aus den hierbeiermittelten Laufzeiten L1(E1), L2(E2) wird durch Bilden des arithmetischenMittelwerts die Pulslaufzeit < L(E1) > ermittelt, die aufden Scheitelpunkt SP1 des Empfangssignals E1 bezogen ist. Entsprechendwerden fürdas Empfangssignal E2 die Stoppsignale STOP1(E2), STOP2(E2) ermittelt,wobei durch analoge Auswertung eine Pulslaufzeit < L(E2) > ermittelt wird, dieauf den Scheitelpunkt SP2 bezogen ist. Da die Lagen der ScheitelpunkteSP1, SP2 gleich und unabhängigvon den Amplituden der Empfangssignale E1, E2 sind, ist die Distanzmessungentsprechend unabhängigvon der Empfangssignalamplitude.
    [0049] Würde dagegenwie bei bekannten Distanzsensoren zur Distanzbestimmung nur eineLaufzeitmessung durchgeführt,die beispielsweise mit den Stoppsigna len STOP1(E1), STOP1(E2) anden steigenden Flanken beendet würde,so wäre,wie aus 5 unmittelbar ersichtlich, dasErgebnis der Distanzmessung abhängigvon den Amplituden der Empfangssignale E1, E2, da die Lagen von STOP1(E1),STOP1(E2) von den Amplituden der Empfangssignale E1, E2 abhängen.
    [0050] 6 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf eines übersteuerten EmpfangssignalsE. Derartige übersteuerteEmpfangssignale E werden insbesondere von hoch reflektierenden Objektengeneriert. Die Amplituden der von derartigen Objekten zurück reflektiertenEmpfangslichtimpulsen sind so hoch, dass bei deren Empfang der Empfänger 5 übersteuert.Das Empfangssignal E weicht in einem derartigen Fall von dem idealen,mit A bezeichneten Verlauf ab und ist damit nicht mehr proportionalzur Amplitude des Empfangslichtimpulses. Dabei ist der Verlauf des übersteuertenEmpfangssignals E derart ausgebildet, dass dessen Maximum durchdie Sättigungdes Empfängers 5 abgeschnittenund auf einen Sättigungswertbegrenzt ist. Da die Übersteuerung desEmpfängers 5 erstmit einer endlichen Abklingzeit abklingt, ist zudem das EmpfangssignalE erheblich verbreitert.
    [0051] Auchdas übersteuerteEmpfangssignal E wird mit dem Schwellwert S zur Generierung der StoppsignaleSTOP1, STOP2 bewertet, wobei mit diesen analog zur Ausführungsformgemäß 4 diebeiden Laufzeitmessungen beendet werden.
    [0052] DieAuswertung der dabei ermittelten Laufzeiten L1, L2 erfolgt dabeiim Unterschied zur Auswertung nicht übersteuerter EmpfangssignaleE nicht durch Bildung eines arithmetischen Mittelwerts, sonderndurch eine an die Signalform des Empfangssignals E angepasste Gewichtungder Laufzeiten.
    [0053] Inder Auswerteeinheit 8 wird dabei zunächst die Dauer des EmpfangssignalsE, das heißtdie Differenz der Laufzeiten L1, L2 mit einem Grenzwert verglichen,der aus der Dauer des entsprechenden Sendelichtimpulses abgeleitetist.
    [0054] Liegtdie Differenz unterhalb des Grenzwerts, so liegt ein nicht übersteuertesEmpfangssignal E vor und die Auswertung der Laufzeiten L1, L2 erfolgtentsprechend der Ausführungsformgemäß 4.
    [0055] Liegtdagegen die Differenz oberhalb des Grenzwerts, so liegt ein übersteuertesEmpfangssignal E vor und die Auswertung der Laufzeiten L1, L2 erfolgtspezifisch fürdas übersteuerteEmpfangssignal E.
    [0056] Hierzuist in der Auswerteeinheit 8 eine Korrekturtabelle mitKorrekturwerten in Abhängigkeit verschiedenerDifferenzen der Laufzeiten L1, L2, das heißt verschiedener Dauern der übersteuertenEmpfangssignale E hinterlegt.
    [0057] DieKorrekturtabelle wird vorzugsweise während einer Einlernphase empirischbestimmt, in dem bei in unterschiedlichen Distanzen angeordneten hochreflektierenden Objekten die Verläufe von übersteuerten EmpfangssignaleE in Abhängigkeitder zeitlichen Verläufeder entsprechenden Empfangslichtimpulse untersucht werden.
    [0058] Alternativkönnenwährendder Einlernphase der Sender 3 und der Empfänger 5 ineinem bestimmten Abstand platziert werden. Zwischen Sender 3 undEmpfänger 5 wirdin einer vorgegebenen Position eine Folie angebracht. Die Lichtdurchlässigkeitder Folie variiert von völligtransparent bis lichtundurchlässig.Durch Verschieben der Folie werden die Sendelichtstrahlen 2 andiesem unterschiedlich geschwächt,wodurch sich unterschiedlich große Amplituden der Empfangssignaleergeben.
    [0059] Während desBetriebs des optischen Sensors 1 wird bei Vorliegen eines übersteuertenEmpfangssignals E der entsprechende Korrekturwert K(L2 – L1) für die aktuellfür dasvorliegende Empfangssignal E ermittelte Differenz der LaufzeitenL1, L2 aus der Korrekturtabelle ausgelesen.
    [0060] DieBestimmung der Pulslaufzeit des Empfangslichtimpulses erfolgt dannentweder gemäß der Beziehung < L > = L1 + K(L2 – L1)odergemäß der Beziehung < L > = L2 – K(L2 – L1).
    [0061] Imersten Fall wird zur Bestimmung der Pulslaufzeit neben dem Korrekturwertdie mit STOP1 beendete erste Laufzeitmessung L1 herangezogen.Im zweiten Fall wird zur Bestimmung der Pulslaufzeit neben dem Korrekturwertdie mit STOP2 beendete zweite Laufzeitmessung L2 herangezogen.
    [0062] Durcheine geeignete Vorgabe der Korrekturwerte ist gewährleistet,dass die Bestimmung der Pulslaufzeit auf den Scheitelpunkt SP desEmpfangslichtimpulses, das heißtauf den Scheitelpunkt SP des idealen Signalverlaufs A bezogen ist.
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] Optischer Sensor zur Erfassung von Objekten ineinem Überwachungsbereich,mit einem Sendelichtimpulse emittierenden Sender, einem Empfangslichtimpulseempfangenden Empfängerund mit einer Auswerteeinheit, in welcher aus der Laufzeit eineszu einem Objekt geführtenund von diesem als Empfangslichtimpuls zum Empfänger zurückreflektierenden Sendelichtimpulsesdie Distanz des Objekts bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet,dass in der Auswerteeinheit (8) als Bezugspunkt für die Laufzeitmessungder Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulses bestimmbar ist.
    [2] Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass zur Ermittlung des Scheitelpunkts eines Empfangslichtimpulsesdas durch diesen im Empfänger(5) generierte Empfangssignal mit wenigstens einem Schwellwertbewertet wird, wobei ein erstes Stoppsignal STOP1 generiert wird,wenn das Empfangssignal den Schwellwert (S) überschreitet und ein zweitesStoppsignal STOP2 generiert wird, wenn das Empfangssignal den Schwellwert(S) unterschreitet, und wobei aus den Stoppsignalen STOP1, STOP2der Scheitelpunkt des Empfangslichtimpulses abgeleitet wird.
    [3] Optischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass mit Aussenden eines Sendelichtimpulses wenigstens ein StartsignalSTART generiert wird, mittels dessen zwei Laufzeitmessungen gestartetwerden, wobei die erste Laufzeitmessung mit dem Stoppsignal STOP1und die zweite Laufzeitmessung mit dem Stoppsignal STOP2 beendetwird.
    [4] Optischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass in der Auswerteeinheit (8) mit dem START-Signal wenigstensein Zählerzur Durchführungder Laufzeitmessungen gestartet wird.
    [5] Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass in der Auswerteeinheit (8) für mit dem START-Signal für jede Laufzeitmessungein Zählergestartet wird, wobei ein erster Zähler mit dem ersten StoppsignalSTOP1 und ein zweiter Zählermit dem zweiten Stoppsignal STOP2 gestoppt wird.
    [6] Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 3 – 5, dadurchgekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) zur Ermittlungeines Distanzwerts eine mit einem Gewichtungsfaktor gewichtete Linearkombinationder mit den beiden Laufzeitmessungen ermittelten Laufzeiten gebildetwird.
    [7] Optischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Gewichtungsfaktor davon abhängig ist, ob die Differenzder Laufzeiten einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
    [8] Optischer Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Grenzwert aus der Dauer eines Sendelichtimpulses abgeleitetist.
    [9] Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7 oder8, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterhalb des Grenzwerts liegenderDifferenz der Laufzeiten der arithmetische Mittelwert beider Laufzeitenzur Bestimmung des Distanzwerts herangezogen wird.
    [10] Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7 – 9, dadurchgekennzeichnet, dass bei oberhalb des Grenzwerts liegender Differenzder Laufzeiten eine der beiden Laufzeiten mit einem Korrekturwert zurBestimmung des Distanzwerts linear kombiniert wird.
    [11] Optischer Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Linearkombination von der Summe der Laufzeit der erstenLaufzeitmessung und dem Korrekturwert gebildet ist.
    [12] Optischer Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Linearkombination von der Differenz der Laufzeit der zweitenLaufzeitmessung und dem Korrekturwert gebildet ist.
    [13] Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 10 – 12, dadurchgekennzeichnet, dass der Korrekturwert von der Differenz der Laufzeitenabhängigist.
    [14] Optischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass in der Auswerteeinheit (8) eine Korrekturtabelle mitKorrekturwerten in Abhängigkeit derDifferenz der Laufzeiten abgespeichert ist.
    [15] Optischer Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass füreine Distanzmessung die Differenz der Laufzeiten ermittelt wirdund der entsprechende Korrekturwert zur Bildung der Linearkombinationaus der Korrekturtabelle ausgelesen wird.
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    EP0520247B1|1997-08-06|Einen Sender, einen Empfänger und eine Schaltungsanordnung zur Signalauswertung aufweisende Überwachungseinrichtung
    US6226076B1|2001-05-01|Distance measuring apparatus using pulse light
    JP5092076B2|2012-12-05|レーザエリアセンサ
    EP1825294B1|2011-06-08|Einkanal-heterodyn-distanzmessverfahren
    US20150204977A1|2015-07-23|Object detection device and sensing apparatus
    DE4016973C1|1991-06-13|
    US7161664B2|2007-01-09|Apparatus and method for optical determination of intermediate distances
    US7212278B2|2007-05-01|Method and device for recording a three-dimensional distance-measuring image
    EP2378310A1|2011-10-19|Flugzeit-Kamerasystem und optisches Überwachungssystem
    US4595925A|1986-06-17|Altitude determining radar using multipath discrimination
    US8681323B2|2014-03-25|Laser scanning sensor
    US5742379A|1998-04-21|Device and method for electronically measuring distances
    US7895007B2|2011-02-22|Digital signal processing in optical systems used for ranging applications
    DE19523528B4|2008-12-24|Abstandsmeßanordnung
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004031024B4|2006-09-07|
    US20060001859A1|2006-01-05|
    DE102004031024C5|2011-04-28|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    DE4031142C3|1990-10-02|1998-01-29|Sick Optik Elektronik Erwin|Optischer Lichttaster und Verfahren zu seinem Betrieb|
    DE19701803A1|1997-01-20|1998-10-01|Sick Ag|Light sensor with light transit time evaluation|
    DE19917487A1|1998-04-22|1999-11-11|Leuze Electronic Gmbh & Co|Optoelektronische Vorrichtung|
    DE19951557A1|1998-10-30|2000-05-11|Leuze Electronic Gmbh & Co|Optoelektronische Vorrichtung|
    DE19852173A1|1998-11-12|2000-05-31|Leuze Electronic Gmbh & Co|Lichttaster|
    DE10238075A1|2002-08-21|2004-03-11|Leuze Electronic Gmbh + Co Kg|Optischer Sensor|US7859651B2|2007-05-07|2010-12-28|Sick Ag|Optical range finder|DE3215847C2|1982-04-28|1985-10-31|Mtc, Messtechnik Und Optoelektronik Ag, Neuenburg/Neuchatel, Ch||
    US7508497B2|2003-11-26|2009-03-24|Meade Instruments Corporation|Rangefinder with reduced noise receiver|DE102013110062A1|2012-11-20|2014-05-22|Hexagon Metrology Gmbh|Correction method for the measurement with a coordinate measuring machine|
    EP2735887B1|2012-11-22|2015-06-03|Sick Ag|Optische Erfassungsvorrichtung|
    US9606228B1|2014-02-20|2017-03-28|Banner Engineering Corporation|High-precision digital time-of-flight measurement with coarse delay elements|
    FR3026119B1|2014-09-24|2016-12-02|Celec Conception Electronique En Abrege Celec|INFRARED CONTROL DEVICE|
    EP3280120A4|2015-03-30|2019-04-17|Shenzhen Royole Technologies Co. Ltd.|Elektronische vorrichtung|
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004031024A|DE102004031024C5|2004-06-26|2004-06-26|Optischer Sensor|DE102004031024A| DE102004031024C5|2004-06-26|2004-06-26|Optischer Sensor|
    US11/165,588| US20060001859A1|2004-06-26|2005-06-24|Optical sensor|
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