[发明专利]用于检测对象的传感器和方法

说明书

本申请涉及用于检测对象的传感器和方法。提出了一种用于检测监控区域(20)中的对象的光电传感器(10)，具有：光发射器(12)，其用于将光束(16)发射到监控区域(20)中；光接收器(26)，其用于从被对象漫反射的光束(22)产生接收信号；可移动的偏转单元(18)，其用于周期性地偏转光束(16、22)以在移动过程中扫描监控区域(20)；以及控制和评估单元(36)，其被设计用于确定发射和接收光束(16、22)之间的光飞行时间并由此确定与对象的距离，其中传感器(10)具有信号动态(50)的校正，即根据被扫描的对象的距离对相对接收功率的校正。在此，控制和评估单元(36)被设计用于通过调整传感器(10)的灵敏度来校正信号动态(50)。

本发明涉及用于检测监控区域中的对象的传感器，特别是激光扫描仪，以及方法。

在激光扫描仪中，由激光器产生的光束借助于偏转单元周期性地扫过监控区域。光线在监控区域中的对象处被漫反射(remittieren)，并在激光扫描仪中进行评估。根据偏转单元的角度位置推断出对象的角度位置，并且利用光速根据光飞行时间还另外推断出对象与激光扫描仪的距离。对于传统的激光扫描仪，已知确定光飞行时间的两个基本原理。在基于相位的方法中，调制连续的发射光，并评估接收光相对于发射光的相移。在基于脉冲的方法或脉冲飞行时间法中，发射器以脉冲能量相对高的单脉冲模式工作，并且激光扫描仪基于发射和接收单光脉冲之间的飞行时间来测量对象距离。例如，在从EP 2 469 296 B1中已知的脉冲平均法中，为测量发射多个单脉冲，并且对接收脉冲进行统计学评估。

利用角度和距离数据，以二维极坐标的形式获得监控区域中对象的位置。这可以确定对象的位置或确定对象的轮廓。第三空间坐标可以通过在横向方向上的相对移动来获得，例如通过移动激光扫描仪或者通过相对于激光扫描仪激动对象来实现相对移动。这样，也可以测出三维轮廓。

激光扫描仪不仅用于一般的测量任务，还用于安全技术或个人防护，以监控危险源，例如危险源是危险的机器。这种安全激光扫描仪从DE 43 40 756 A1中已知。在此，对机器操作期间操作人员不得进入的保护区域进行监控。如果安全激光扫描仪识别到未被允许的保护区域干预，诸如操作人员的腿，则该安全激光扫描仪触发机器的紧急停机。保护区域中的其他干预，例如由静态的机器部件引起的干预，可以预先作为允许的情况示教。警告区域通常位于保护区域的前面，在那里干预最初仅导致警告，以防止保护区域干预，从而及时进行防护，从而增加系统的可用性。安全激光扫描仪通常基于脉冲工作。

特别地，安全激光扫描仪必须可靠地工作，因此必须满足高安全要求，例如关于机器安全性的标准EN13849和关于非接触式防护装置(BWS)的设备标准EN 61496。为了满足这些安全标准，必须采取一系列措施，例如通过冗余、多样的电子设备进行安全的电子评估、功能监控或监控光学组件的污染。特别地，后者涉及安全激光扫描仪的前面板，该前面板通常通过分布在周界上的光栅状检测器来测试前面板的透射能力()。对自我诊断的要求因潜在危险而异，这例如通过所谓的性能级别来表示。

安全激光扫描仪还应该检测反射率非常低的对象，更确切地说是在安全激光扫描仪的整个有效范围内进行检测。为此，需要高灵敏度，其中最小灵敏度可以由最小信号强度来定义，超过该最小信号强度，对象被视为是潜在不安全的，因此当在保护区域中检测到这种对象时，要进行防护。高灵敏度反映在可用性上：安全激光扫描仪越灵敏，它就越容易且越频繁地受到外部影响(例如，灰尘、昆虫等)的干扰，这些外部影响随后会触发不必要的切断。实际上，应尽可能避免由于受监控系统不必要的停机时间而引起的这种情况。此外，传统上，为了补偿由元件老化(例如，发射激光器的元件老化)或接收信号减少(例如，由于前面板被污染)而引起的漂移(Drift)，也保留了裕量。然而，只要不发生这种漂移，就不必要地增加了自身的灵敏度，并加剧了可用性问题。

具有特定反射特性的对象的接收功率不是常数，而是与距离相关。这通过所谓的信号动态(Signaldynamik)来描述，该信号动态表示在对象特征不变的情况下与扫上的对象的距离的相关的相对接收功率。