DE102017209601B3 - Optical proximity sensor based on the time of flight principle - Google Patents

Optical proximity sensor based on the time of flight principle Download PDF

Info

Publication number
DE102017209601B3
DE102017209601B3 DE102017209601.2A DE102017209601A DE102017209601B3 DE 102017209601 B3 DE102017209601 B3 DE 102017209601B3 DE 102017209601 A DE102017209601 A DE 102017209601A DE 102017209601 B3 DE102017209601 B3 DE 102017209601B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
distance
optical
sensors
sensor
circuit board
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE102017209601.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFM Electronic GmbH
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
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 IFM Electronic GmbH filed Critical IFM Electronic GmbH
Priority to DE102017209601.2A priority Critical patent/DE102017209601B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102017209601B3 publication Critical patent/DE102017209601B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Optischer Näherungssensor mit einem langestreckten Gehäuse 1 in dem eine Leiterplatte 2 angeordnet ist, wobei das Gehäuse 1 eine quaderförmige Verjüngung 3 mit fünf transparenten Flächen F1-F5 in Form einer Frontfläche, einer Deckfläche einer Grundfläche und zwei Seitenflächen aufweist, wohin die Leiterplatte 2 hineinragt, wobei zu den fünf Flächen F1-F5 korrespondierende Flächen auf der Leiterplatte 2 je einen optischer Abstandssensor L1is L5 mit je einem Lichtsender 4, je einem Lichtempfänger 5 und je einer Messeinheit 6 aufweisen, welche die Entfernung eines Objekts in Richtung einer optischen Achse eines Abstandssensors L1-L5 messen und jeweils ein Abstandssignal erzeugen, wobei die fünf optischen Achsen einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen und alle Messeinheiten 6 mit einer Auswerteeinheit 7 verbunden sind, welche die Entfernungswerte der optischen Abstandssensoren L1-L5 auswertet, wobei die Abstandssensoren L1-L5 je einen separaten Erfassungsbereich 8 aufspannen, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind und gemeinsam einen Raumwinkel von bis zu 2π sr erfassen können.Optical proximity sensor with an elongated housing 1 in which a printed circuit board 2 is arranged, wherein the housing 1 has a cuboid taper 3 with five transparent surfaces F1-F5 in the form of a front surface, a top surface of a base surface and two side surfaces, to which the printed circuit board 2 protrudes, wherein to the five surfaces F1-F5 corresponding surfaces on the circuit board 2 each have an optical distance sensor L1is L5 each having a light emitter 4, one light receiver 5 and one measuring unit 6 each, which is the distance of an object in the direction of an optical axis of a distance sensor L1 Each of the measuring units 6 is connected to an evaluation unit 7 which evaluates the distance values of the optical distance sensors L1-L5, the distance sensors L1-L5 each having a separate detection area 8 spans s, which are arranged at right angles to each other and together can detect a solid angle of up to 2π sr.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Näherungssensor nach dem Lichtlaufzeitprinzip mit fünf Sensoren gemäß Patentanspruch 1, wobei der Sensor als kompakter optischer Tastkopf wirkt.The invention relates to an optical proximity sensor according to the light transit time principle with five sensors according to claim 1, wherein the sensor acts as a compact optical probe.

Derartige Tastköpfe wurden zunächst nur als taktile Tastköpfe ausgeführt und hauptsächlich zur Bestimmung von geometrischen Strukturen an Werkstücken verwendet.Such probes were initially designed only as tactile probes and mainly used to determine geometric structures on workpieces.

Taktile Tastköpfe weisen einen Taststift mit einer Tastkugel an der Spitze auf. Ihr Messbereich beträgt in der Regel einige Millimeter bis Zentimeter mit einer Auflösung in der Größenordnung von 50 Nanometer, für spezielle Anwendungen sogar noch weniger. Nachteilig ist ihre geringe Abtastgeschwindigkeit und die durch die erforderliche Antastkraft entstehende Messunsicherheit bei nachgiebigen Objekten.Tactile probes have a stylus with a stylus at the tip. Their measurement range is usually a few millimeters to centimeters with a resolution in the order of 50 nanometers, for even less applications. The disadvantage is their low scanning speed and the measurement uncertainty resulting from the necessary probing force in yielding objects.

Um diese Nachteile zu überwinden, wurden kombinierte mechanisch-optische Systeme, aber auch rein optische Systeme entwickelt, wo neben Triangulations- und Lichtschnittsensoren auch 3D- Sensoren zum Einsatz kommen.To overcome these disadvantages, combined mechanical-optical systems as well as purely optical systems have been developed, where triangulation and light-section sensors as well as 3D sensors are used.

Die DE 197 46 662 A1 zeigt eine Messanordnung zum berührungslosen Erfassen der Innenkontur von Hohlräumen mit einer Lichtquelle, deren Licht mit einer Umlenkeinrichtung auf die zu vermessende Innenkontur gelenkt wird, und danach mit einem Abbildungssystem auf eine Detektoreinheit, beispielsweise eine CCD-Matrix, abgebildet wird.The DE 197 46 662 A1 shows a measuring arrangement for contactless detection of the inner contour of cavities with a light source whose light is deflected by a deflection on the inner contour to be measured, and then with an imaging system to a detector unit, such as a CCD matrix, is displayed.

Als Nachteil wird der Aufwand für den Scanner und das optische Umlenksystem angesehen.As a disadvantage, the cost of the scanner and the optical deflection system is considered.

Die EP 3 091 271 A1 offenbart eine Sensorsystem mit einer Mehrzahl von Lichttastern, wobei in einer Hauptbewegungsrichtung eng kollimierte Sensoren verwendet werden, um eine große Reichweite bei geringer Ansprechzeit zu erhalten. Dabei können die Lichttaster in mehreren Reihen matrixförmig angeordnet sein. An einer Seite des selbstfahrenden Transportsystems werden Lichttaster mit größerem Erfassungswinkel und einer kleineren Reichweite verwendet, um einen breiteren Bereich abzudecken, wobei die geringere Reichweite aufgrund der geringeren Geschwindigkeit akzeptabel ist. Die Lichttaster sind durch eine gemeinsame Busleitung miteinander verbunden, über die sie von einer Sicherheitssteuerung oder einem Safety-Controller ausgewertet. Gemäß einem weiteren dargestellten Ausführungsbeispiel können die Lichttaster kreisförmig angeordnet sein, um einen Messbereich von 90°, 180°, 270° oder 360° zu erfassen, wobei die Lichttaster im Fall von 360° einen Vollkreis überwachen, um so einem Laserscanner zu ersetzen.The EP 3 091 271 A1 discloses a sensor system having a plurality of light scanners, wherein closely collimated sensors are used in one main motion direction to obtain a long range with low response time. In this case, the light scanners can be arranged in a matrix in several rows. On one side of the self-propelled transport system, light sensors with a larger coverage angle and a smaller range are used to cover a wider area, with the shorter range being acceptable due to the lower speed. The light scanners are connected to each other by a common bus line, via which they are evaluated by a safety controller or a safety controller. According to a further illustrated embodiment, the light scanners may be arranged in a circle to detect a measuring range of 90 °, 180 °, 270 ° or 360 °, the light scanners in the case of 360 ° monitor a full circle so as to replace a laser scanner.

Aus der EP 2 395 274 A1 , siehe die Absätze [0045], [0046] und 7, ist ein nach dem Lichtlaufzeitprinzip arbeitender optischer Näherungssensor (730) bekannt, der über eine Vielzahl von ToF-Abstandssensoren verfügt., wobei ToF für „Time of Flight“ steht.From the EP 2 395 274 A1 see paragraphs [0045], [0046] and 7 , an optical proximity sensor (730) operating on the time-of-flight principle is known having a plurality of ToF distance sensors, where ToF stands for "time of flight".

Der Sensor spannt in jeder möglichen Bewegungsrichtung einer Maschine (710) bzw. eines zugehörigen Roboterarms (720) einen Sicherheitsbereich (740) auf.The sensor biases a security area (740) in every possible direction of movement of a machine (710) or of an associated robot arm (720).

Detailliertere Angaben im Sinne der Erfindung sind dieser Druckschrift nicht entnehmbar.More detailed information within the meaning of the invention are not removable from this document.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik weiterzuentwickeln. Dabei sollen Kosten gespart, die Handhabung vereinfacht und der Verdrahtungsaufwand reduziert werden. Außerdem soll die Abtast- bzw. Messgeschwindigkeit erhöht werden.The object of the invention is to further develop the state of the art. This should save costs, simplify handling and reduce wiring costs. In addition, the sampling or measuring speed should be increased.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved with the features of claim 1. The subclaims relate to advantageous embodiments of the invention.

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, fünf vorzugsweise optische Sensoren in einem Gehäuse mit einer quaderförmigen Verjüngung mit fünf transparenten Flächen als Frontfläche, Deckfläche Grundfläche und zwei Seitenflächen anzuordnen.The essential idea of the invention is to arrange five preferably optical sensors in a housing with a cuboid taper with five transparent surfaces as a front surface, a top surface and two side surfaces.

In die Verjüngung des Gehäuses ragt eine Leiterplatte mit zu den genannten Flächen je einen korrespondierenden optischen Abstandssensor aufweist, der die Entfernung eines Objekts in Richtung seiner optischen Achse misst und jeweils ein Abstandssignal erzeugt, wobei die fünf optischen Achsen der Abstandssensoren einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen.In the taper of the housing protrudes a circuit board with said surfaces each having a corresponding optical distance sensor which measures the distance of an object in the direction of its optical axis and generates a distance signal, wherein the five optical axes of the distance sensors have a common point of intersection.

Alle optischen Abstandssensoren weisen eine separate Messeinheit auf, alle mit einer zentralen Auswerteeinheit verbunden sind. Die Entfernungswerte der einzelnen optischen Abstandssensoren werden von der zentralen Auswerteeinheit ausgewertet und optional an eine übergeordnete Steuereinheit weitergeleitet. Jeder Abstandssensor spannt einen separaten Erfassungsbereich auf, der rechtwinklig zu den anderen Abstandssensoren angeordnet ist, so dass sie gemeinsam einen Raumwinkel von bis zu 2π sr erfassen können.All optical distance sensors have a separate measuring unit, all connected to a central evaluation unit. The distance values of the individual optical distance sensors are evaluated by the central evaluation unit and optionally forwarded to a higher-level control unit. Each distance sensor biases a separate detection area, which is arranged perpendicular to the other distance sensors, so that they can collectively detect a solid angle of up to 2π sr.

Zum einen soll die Palette der zu Verfügung stehenden taktilen Tastköpfe ergänzt werden, und zum anderen soll der Aufwand für bestimmte Messanordnungen mit mehreren optischen Näherungssensoren bestehenden Sensorsystem verringert werden. Insbesondere sollen die Montage erleichtert, der Verdrahtungsaufwand verringert und übergeordnete Steuereinheiten entlastet werden. Die Anordnung ist besonders zur Inspektion und Vermessung von Maschinen und Anlagen mit Hohlräumen oder Rohrleitungen geeignet.On the one hand, the range of available tactile probes should be supplemented, and on the other hand, the effort for certain measuring arrangements with multiple optical proximity sensors existing sensor system should be reduced. In particular, the assembly should be easier, the Wiring costs reduced and higher-level control units are relieved. The arrangement is particularly suitable for inspection and measurement of machines and systems with cavities or pipelines.

Außerdem kann die erfindungsgemäße Anordnung einen Scanner nebst Umlenkoptik durch eine Anzahl von miniaturisierten Lichtlaufzeitsensoren mit separaten Auswerteeinheiten ersetzen. Hierbei werden die Messergebnisse der einzelnen Lichtlaufzeitsensoren von einer zum Tastkopf gehörerden internen Steuereinheit zusammengesetzt ist, so dass die gesuchte mehrdimensionaler Kontur erkennbar wird. Durch den Wegfall des Scanners werden in erheblichem Maße Kosten gespart. Die parallele Auswertung der Lichtlaufzeitsensoren erübrigt das optische Umlenksystem und verkürzt die Messzeit.In addition, the arrangement according to the invention can replace a scanner together with deflection optics by a number of miniaturized light transit time sensors with separate evaluation units. In this case, the measurement results of the individual light transit time sensors are composed of an internal control unit belonging to the probe, so that the multidimensional contour sought is recognizable. The elimination of the scanner costs are significantly reduced. The parallel evaluation of the light transit time sensors eliminates the need for the optical deflection system and shortens the measuring time.

So kann eine erfindungsgemäße Anordnung mit fünf rechtwinklig zueinander angeordneten Abstandssensoren einen Raumwinkel von bis zu 2π sr und damit einen Hohlraum oder auch das Innere einer Rohrleitung oder eines Schachtes, hinterschnittene Maschinen-/Bauteile, Verpackungseinheiten, Gebinden ohne Scanner erfassen. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Anordnung zwischen Förderbändern mit einem beengten Bauraum zur Erfassung und/oder Vermessung von Objekten eingesetzt werden.Thus, an arrangement according to the invention with five distance sensors arranged at right angles to one another can detect a solid angle of up to 2π sr and thus a cavity or also the interior of a pipeline or a shaft, undercut machine / components, packaging units, containers without a scanner. Furthermore, the arrangement according to the invention between conveyor belts can be used with a limited space for detecting and / or measuring objects.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die (Lichtlaufzeit-) Sensoren an der Front- und den Seitenflächen einer erhabenen oder einer versenkten Pyramidenstruktur oder auch als Gabellichtschranke angeordnet.In an advantageous embodiment, the (light transit time) sensors are arranged on the front and the side surfaces of a raised or a sunken pyramidal structure or as a fork light barrier.

Bei einer zumindest teilweisen Überlappung der Erfassungsbereiche können die Teilbereiche nicht nur zu einem gemeinsamen Erfassungsbereich zusammengesetzt werden, sondern es bietet sich eine Möglichkeit zur Kalibrierung und zur Verifizierung der Messergebnisse, was die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit erhöht.In the case of an at least partial overlapping of the detection regions, the partial regions can not only be assembled into a common detection region, but there is also a possibility for calibration and verification of the measurement results, which increases the reliability and the accuracy.

Bei der Ausrichtung mehrerer Abstandssensoren auf dasselbe Objekt werden wegen der längeren Lichtlaufzeit neben einer Plausibilitätsprüfung auch Spiegelungen erkannt Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert

  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen optischen Näherungssensor mit M12- Außengewinde,
  • 2 zeigt die Leiterplatte aus 1 in einer etwas detaillierteren Darstellung.
When aligning a plurality of distance sensors on the same object reflections are also recognized because of the longer time of light in addition to a plausibility check. The invention will be explained in more detail with reference to the drawing
  • 1 shows an optical proximity sensor according to the invention with M12 external thread,
  • 2 shows the circuit board 1 in a slightly more detailed presentation.

Die 1 zeigt einen industrietauglichen optischen Näherungssensor (Tastkopf) in einem zylindrischen Gehäuse 1 mit einem M12 Außengewinde, ohne jedoch die Erfindung darauf zu beschränken. Das Gehäuse 1 weist eine quaderförmige Verjüngung 3 auf und besteht bis auf eine transparente Schutzkappe 9 im Sensorbereich aus Edelstahl, was andere Metalle oder Kunststoff aber nicht ausschließen soll.The 1 shows an industrial-grade optical proximity sensor (probe) in a cylindrical housing 1 with an M12 external thread, but without limiting the invention thereto. The housing 1 has a cuboid taper 3 up and consists of a transparent protective cap 9 in the sensor area of stainless steel, which is not to exclude other metals or plastic.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist fünf Sende-Empfangsmodule L1 bis L5 auf, wobei Modul 3 und 5 verdeckt ist. Es handelt sich um Lichtlaufzeitsensoren (time-of-flight-sensor) VL53L0X der Firma ST-Microelectronics mit den Abmessungen 4.4 mm x 2.4 mm x 1 mm. Die Abstandssensoren L1 bis L5 sind mit rechtwinklig zueinander versetzten Achsen auf der einer Leiterplatte 2 angeordnet. Die Leiterplatte 2 ist auf bekannte Weise im Gehäuse 1 befestigt und ist elektrisch mit einem Stecker verbunden. Der Außendurchmesser des Gehäuses 2 beträgt nur 12 mm.The inventive arrangement has five transceiver modules L1 to L5, wherein module 3 and 5 is hidden. These are time-of-flight-sensors VL53L0X from ST-Microelectronics with the dimensions 4.4 mm x 2.4 mm x 1 mm. The distance sensors L1 to L5 are at right angles to each other staggered axes on a circuit board 2 arranged. The circuit board 2 is in a known manner in the housing 1 attached and is electrically connected to a plug. The outer diameter of the housing 2 is only 12 mm.

Die Lichtlaufzeitsensoren VL53L0X haben eine nutzbare Reichweite von etwa einem Meter bei ca. 5 % Messgenauigkeit, was für viele Anwendungen ausreichend ist.The light transit time sensors VL53L0X have a useful range of about one meter with about 5% accuracy, which is sufficient for many applications.

Sie weisen eine VCSEL-Diode als Lichtsender 4, eine Avalanche-Fotodiode als Empfänger 5 und eine interne Messeinheit 6 mit einem Mikrocontroller auf. Gesteuert werden sie von einer internen Steuereinheit 7, mit der sie über einen synchronen seriellen 2-Draht Bus (I2C Bus), verbunden sind, der natürlich auch die Messergebnisse überträgt.They have a VCSEL diode as a light transmitter 4 , an avalanche photodiode as a receiver 5 and an internal measurement unit 6 with a microcontroller on. They are controlled by an internal control unit 7 to which they are connected via a synchronous serial 2-wire bus (I2C bus), which of course also transmits the measurement results.

Einer der Abstandssensoren (L5) ist in dieser Darstellung nicht sichtbar auf der Unterseite der Leiterplatte 2 angeordnet. Die Leiterplatte 2 kann auch als Mehrschicht-Keramikträger ausgebildet sein, worin die Auswerteeinheit für die Messeinheiten 6 in der dann auch Elektronikeinheit enthalten sein kann. Die interne Steuerung 7 (Elektronikeinheit) enthält auch eine Stromversorgung, optional Anzeigeelemente und dem Fachmann bekannte zum Betrieb eines optischen Sensors notwendigen weitere Baugruppen und (Bus-) Anschlüsse, die keine erfinderischen Aspekte enthalten.One of the distance sensors (L5) is not visible in this illustration on the underside of the PCB 2 arranged. The circuit board 2 can also be designed as a multilayer ceramic carrier, wherein the evaluation unit for the measuring units 6 in the then electronic unit can be included. The internal control 7 (Electronic unit) also includes a power supply, optional display elements and the skilled worker known for operating an optical sensor further assemblies and (bus) connections that contain no inventive aspects.

Diese Anordnung kann neben Konturen auch bewegte Objekte erkennen und überwachen. Durch hier nicht dargestellte zusätzliche optische Bauelemente kann der Erfassungsbereich 8 eines Sensors (FOV = 25°) oder der des gesamten Tastkopfs an bestimmte Messaufgaben angepasst werden, wobei die Erfassungsbereiche 8 der einzelnen Lichtlaufzeitsensoren L1-5 aneinander grenzen, sich teilweise überdecken oder lückenhaft angeordnet sein können.This arrangement can detect and monitor not only contours but also moving objects. By not shown here additional optical components of the detection range 8th of a sensor (FOV = 25 °) or that of the entire probe are adapted to specific measurement tasks, the detection ranges 8th the individual light transit time sensors L1-5 contiguous, partially overlap or can be patchy arranged.

Die 2 zeigt die Leiterplatte aus 1 in einer etwas detaillierteren Darstellung. Es gelten die obigen Ausführungen.The 2 shows the circuit board 1 in a slightly more detailed presentation. The above statements apply.

Da Lichtlaufzeitsensoren die Objektabstände in den Zeitbereich übertragen, besteht die Möglichkeit, durch Verschmutzung oder materialbedingte Lichtstreuung in der Schutzkappe 9 entstehendes Störlicht durch angepasste Zeitfenster (Cross-talk calibration) auszublenden, was die optischen Anforderungen an die Qualität der Schutzkappe deutlich senkt, so dass Staub, Kratzer oder bei längeren Betrieb entstehende Rauigkeiten eher tolerierbar sind.Since light transit time sensors transmit the object distances into the time range, it is possible to hide interference light resulting from contamination or material-related light scattering in the protective cap 9 by means of adapted time windows (cross-talk calibration), which significantly reduces the optical requirements for the quality of the protective cap, so that dust , Scratches or roughness resulting from prolonged operation are more tolerable.

Die erforderliche zeitliche Entkopplung der fünf Lichtlaufzeitsensoren L1-L5 untereinander ist durch deren zwangsläufig zeitversetzte Messung möglich, da die einzelnen VL53L0X-Module seriell angesteuert werden.The required temporal decoupling of the five light transit time sensors L1-L5 with each other is possible by their inevitably time-delayed measurement, since the individual VL53L0X modules are controlled in series.

Der erfindungsgemäße optische Näherungsschalter ist wegen seines robusten Gehäuses und seines kompaktem Aufbaus besonders industrietauglich.The optical proximity switch according to the invention is particularly suitable for industrial use because of its robust housing and its compact design.

Er ist auch zur Erkennung von Objekt-Positionen und freien Bewegungsbahnen im erfassten Raum geeignet.It is also suitable for detecting object positions and free trajectories in the detected space.

Die Schutzkappen können also als Linsen, insbesondere als Fresnellinsen ausgebildet sein.The protective caps can therefore be designed as lenses, in particular as Fresnel lenses.

So können verschiedenen Objekte mit nur einem Sensor erkannt oder überwacht werden.This allows different objects to be detected or monitored with just one sensor.

Durch Extrapolation werden Positionsvorhersagen durch Bahnverfolgung ermöglicht.By extrapolation, position forecasts are made possible by track tracing.

Die Verwendung mehrerer unabhängig voneinander betriebener unterschiedlicher Sensormodule ermöglicht es, den Erfassungsbereich auf effiziente Weise baukastenartig zu erweitern.The use of several independently operated different sensor modules makes it possible to expand the detection area in an efficient manner in a modular manner.

In einer besonderen Ausgestaltung können die Abstandssensoren (L1-L5) entweder als Lichtlaufzeitsensoren oder als Triangulationssensoren ausgebildet sind, wobei mindestens ein Lichtlaufzeitsensor vorhanden sei soll.In a particular embodiment, the distance sensors (L1-L5) can be designed either as light transit time sensors or as triangulation sensors, wherein at least one light transit time sensor should be present.

Bezugszeichen

1
Gehäuse
2
Leiterplatte
3
Quaderförmige Verjüngung des Gehäuses 1 (transparente Schutzkappe)
4
Lichtsender eines optischen Abstandssensors (Lichtlaufzeitsensors)
5
Lichtempfänger eines optischen Abstandssensors (Lichtlaufzeitsensors)
6
Messeinheit eines optischen Abstandssensors (Lichtlaufzeitsensors) L1 bis L5
7
Auswerteeinheit für alle Messeinheiten 6 der Abstandssensoren L1 bis L5
8
Erfassungsbereich eines optischen Abstandssensors (Lichtlaufzeitsensors)
F1 - F5
Erste bis fünfte Fläche für einen optischen Abstandssensors (Sensormodul)
L1 - L5
Erster bis fünfter optischer Abstandssensor (Lichtlaufzeitsensor-Modul)
reference numeral
1
casing
2
circuit board
3
Rectangular taper of the housing 1 (transparent protective cap)
4
Light transmitter of an optical distance sensor (light transit time sensor)
5
Light receiver of an optical distance sensor (light transit time sensor)
6
Measuring unit of an optical distance sensor (light transit time sensor) L1 to L5
7
Evaluation unit for all measuring units 6 the distance sensors L1 to L5
8th
Detection range of an optical distance sensor (light transit time sensor)
F1 - F5
First to fifth surface for an optical distance sensor (sensor module)
L1 - L5
First to fifth optical distance sensor (light transit time sensor module)

Claims (2)

Optischer Näherungssensor mit einem langestreckten Gehäuse (1), in dem eine Leiterplatte (2) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (1) eine quaderförmige Verjüngung (3) mit fünf transparenten Flächen (F1-F5) in Form einer Frontfläche, einer Deckfläche einer Grundfläche und zwei Seitenflächen aufweist, wohin die Leiterplatte (2) hineinragt, wobei zu den fünf Flächen (F1-F5) korrespondierende Flächen auf der Leiterplatte (2) je einen optischer Abstandssensor (L1is L5) mit je einem Lichtsender (4), je einem Lichtempfänger (5) und je einer Messeinheit (6) aufweisen, welche die Entfernung eines Objekts in Richtung einer optischen Achse eines Abstandssensors (L1-L5) messen und jeweils ein Abstandssignal erzeugen, wobei die fünf optischen Achsen einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen und alle Messeinheiten (6) mit einer Auswerteeinheit (7) verbunden sind, welche die Entfernungswerte der optischen Abstandssensoren (L1-L5) auswertet, wobei die Abstandssensoren (L1-L5) je einen separaten Erfassungsbereich (8) aufspannen, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind und gemeinsam einen Raumwinkel von bis zu 2π sr erfassen können.An optical proximity sensor with an elongated housing (1) in which a printed circuit board (2) is arranged, wherein the housing (1) has a cuboid taper (3) with five transparent surfaces (F1-F5) in the form of a front surface, a top surface of a base surface and two side surfaces, to which the printed circuit board (2) projects, wherein the five surfaces (F1-F5) corresponding surfaces on the circuit board (2) each have an optical distance sensor (L1is L5), each with a light transmitter (4), each a light receiver (5) and each having a measuring unit (6), which measure the distance of an object in the direction of an optical axis of a distance sensor (L1-L5) and each generate a distance signal, wherein the five optical axes have a common point of intersection and all measuring units (6 ) are connected to an evaluation unit (7) which evaluates the distance values of the optical distance sensors (L1-L5), wherein the distance sensors (L1-L5) each have a sep spans arate detection area (8), which are arranged at right angles to each other and together can detect a solid angle of up to 2π sr. Optischer Näherungssensor gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren (L1-L5) entweder als Lichtlaufzeitsensoren oder als Triangulationssensoren ausgebildet sind, wobei mindestens ein Lichtlaufzeitsensor vorhanden ist.Optical proximity sensor according to Claim 1 , characterized in that the distance sensors (L1-L5) are formed either as Lichtlaufzeitsensoren or as triangulation sensors, wherein at least one light transit time sensor is present.
DE102017209601.2A 2017-06-07 2017-06-07 Optical proximity sensor based on the time of flight principle Active DE102017209601B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017209601.2A DE102017209601B3 (en) 2017-06-07 2017-06-07 Optical proximity sensor based on the time of flight principle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017209601.2A DE102017209601B3 (en) 2017-06-07 2017-06-07 Optical proximity sensor based on the time of flight principle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017209601B3 true DE102017209601B3 (en) 2018-09-27

Family

ID=63450598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017209601.2A Active DE102017209601B3 (en) 2017-06-07 2017-06-07 Optical proximity sensor based on the time of flight principle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017209601B3 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220333395A1 (en) * 2021-04-15 2022-10-20 Zodiac Pool Care Europe Underwater time-of-flight sensing systems principally for use in connection with swimming pools or spas

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19746662A1 (en) 1997-06-26 1999-02-18 Fraunhofer Ges Forschung Measurement system for non-contact determining of cavity inner contour
EP2395274A1 (en) 2010-06-08 2011-12-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. Dynamically adaptable safety zones
EP3091271A1 (en) 2015-05-05 2016-11-09 Sick Ag Light sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19746662A1 (en) 1997-06-26 1999-02-18 Fraunhofer Ges Forschung Measurement system for non-contact determining of cavity inner contour
EP2395274A1 (en) 2010-06-08 2011-12-14 Rockwell Automation Technologies, Inc. Dynamically adaptable safety zones
EP3091271A1 (en) 2015-05-05 2016-11-09 Sick Ag Light sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220333395A1 (en) * 2021-04-15 2022-10-20 Zodiac Pool Care Europe Underwater time-of-flight sensing systems principally for use in connection with swimming pools or spas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3260885B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting objects
DE102007029299B4 (en) Optical sensor for positioning tasks
DE102018122263B4 (en) Autonomous vehicle
DE102015009393B4 (en) Position transducer assembly and crash test dummy
EP3367135B1 (en) Optical sensor
EP3330740A1 (en) Method for recording objects in a recording range
DE102017209601B3 (en) Optical proximity sensor based on the time of flight principle
EP3208511A1 (en) Device for monitoring a monitored area of a driverless vehicle
EP3418846A1 (en) Device for safety control of a machine
EP3623849B1 (en) Optical sensor
DE102017210051A1 (en) industrial machine
EP0979796A1 (en) Device and method for the determination of the two-dimensional sway and /or the rotation of a crane load
EP3415951B1 (en) Optical sensor
EP2434311A1 (en) Method for optical monitoring of a surveillance area and reflection light probe
EP3896405B1 (en) Device for detecting bulk material fill level and system
DE102006036320B4 (en) Apparatus and method for contactlessly determining the position of a moving target
EP2578991B1 (en) Optical sensor
WO2014090318A1 (en) Device with displaceable device part, in particular coordinate measuring device or machine tool
DE202017103611U1 (en) Device for safety control of a machine
DE102016013550B3 (en) Profile measuring system for roughness and contour measurement on a surface of a workpiece
DE102018113359B4 (en) Sensor system with optoelectronic distance sensors
DE102017119283B4 (en) Sensor system
AT509885B1 (en) APPARATUS AND METHOD FOR COIN DETECTION
EP3578868A1 (en) Sensor system with optoelectronic distance sensor modules
DE102011054806B4 (en) Alignment aid for a sensor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final