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Die Erfindung betrifft einen Laserscanner zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Erfassungseinrichtungen sind grundsätzlich bekannt und werden beispielsweise an Fahrzeugen angebracht, um während eines Fahrbetriebs in einem Überwachungsbereich befindliche Objekte, insbesondere Personen zu erkennen.
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Aus der
DE 20 2005 004 466 U1 ist eine Vorrichtung zur optoelektronischen Erfassung von Objekten und/oder Personen bekannt. Die Vorrichtung weist wenigstens eine Erfassungseinrichtung mit einer Sendeeinheit auf, die während des Betriebs bevorzugt gepulste elektromagnetische Strahlung in einem Überwachungsbereich aussendet, zumindest eine Empfangseinheit zum Empfang von aus dem Überwachungsbereich reflektierter Strahlung und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der empfangenen, reflektierten Strahlung, wobei eine Adaptionseinrichtung vorgesehen ist, mit der wenigstens einer der Betriebsparameter der Erfassungseinrichtung zur Anpassung an die jeweilige Betriebssituation, insbesondere in Abhängigkeit von der aus der Auswerteeinheit auf Basis der Auswertung der reflektierten Strahlung erfassten Eigenbewegungsgeschwindigkeit und Eigenbewegungsrichtung dynamisch angepasst wird und einer nachgeordneten Steuereinrichtung, die auf die bereitgestellten Umgebungsinformationen gemäß einer Reaktionsstrategie reagiert und ein Steuersignal bereitstellt, zur Steuerung des führerlosen Transportsystems, wobei zur Überwachung der Umgebung zwei Erfassungseinrichtungen, insbesondere zwei Laserscanner mit jeweils mindestens einem Überwachungsbereich von 270°, an dem führerlosen Transportsystem angebracht sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur optoelektronischen Erfassung von Objekten und/oder Personen mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der empfangen, reflektierten Strahlung bereitzustellen.
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Gelöst wird die Aufgabe mit einem Laserscanner zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Distanzsensorelement bestehend aus einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, mit einer Ablenkeinheit, an welcher die Sendelichtstrahlen abgelenkt werden, so dass diese periodisch den Überwachungsbereich überstreichen, mit einer Auswerteeinheit, in welcher als Parameter wenigstens ein Schutzfeld und/oder ein Warnfeld abgespeichert ist, welches einen vorgegebenen Bereich des Überwachungsbereichs bildet, wobei eine Drehvorrichtung vorgesehen ist, um das Schutzfeld und/oder Warnfeld entlang einer Drehachse zu einer Montagfläche zu drehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Laserscanner an einer Seite im Eckbereich, beispielsweise an einem Fahrzeug, montiert werden und ein bereits eingelerntes oder eingestelltes Schutz- oder Warnfeld in eine gewünschte finale Position gedreht werden. Dadurch braucht die mechanische Aufnahme des Fahrzeuges für den Laserscanner oder der Laserscanner selbst nicht mechanisch angepasst werden, um eine korrekte Winkelausrichtung des Schutz- oder Warnfeldes zu erhalten. Eine Ausrichtung des Schutz- oder Warnfeldes kann allein durch Einstellung am Laserscanner selbst vorgenommen werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist der Laserscanner flexibler einsetzbar und kann einfach an vorgegebene mechanische Montagekonstruktionen angepasst werden.
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Vorteilhaft ist die Drehvorrichtung eine elektronische Drehvorrichtung. Das Drehen des Schutz- und/oder Warnfeldes kann beispielsweise durch Verändern eines elektronischen Offsets eingestellt werden. Die elektronische Drehvorrichtung kann beispielsweise einfach durch eine Konfigurationssoftware eingestellt werden. Dabei kann das aktuelle Schutzfeld und eine gemessene Kontur des montierten Laserscanners angezeigt werden. Abhängig von der angezeigten Kontur kann das bereits voreingestellte oder konfigurierte Schutzfeld mit Hilfe der Konfigurationssoftware elektronisch um einen bestimmten gewünschten Winkel gedreht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drehvorrichtung eine mechanische Drehvorrichtung, wobei ein Referenzziel des Laserscanners durch die mechanische Drehvorrichtung mitgedreht wird. Die mechanische Drehvorrichtung besteht im einfachsten Fall aus einem mechanischen Drehknopf an einem Ende einer Rotationsachse der Drehvorrichtung oder einem Drehhebel, mit dem das Referenzziel in eine gewünschte Richtung verdreht wird. Durch Verdrehen des Referenzzieles wird dann automatisch die Verdrehung des Schutz- oder Warnfeldes eingestellt. Durch die mechanische Drehvorrichtung kann das Schutz- oder Warnfeld in einem kompletten Winkelbereich von 360° gedreht werden, da die Ausrichtung des Schutz- oder Warnfeldes nicht von einem feststehenden Referenzziel begrenzt oder eingeschränkt ist.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, eine kombinierte mechanische und elektronische Drehvorrichtung einzusetzen. Dadurch kann das Schutz- oder Warnfeld in einem kompletten Winkelbereich von 360° gedreht werden und zusätzlich das Schutzfeld präzise und genau elektronisch eingestellt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schutzfeld und/oder Warnfeld einen Winkelbereich von größer 0° bis 350°, insbesondere 270° auf. Bei einem Winkelbereich von größer 0° bis 350° kann das Referenzziel in dem verbleibenden Winkelbereich von mindestens 10° angeordnet werden. Besonders bevorzugt weist das Schutzfeld und/oder Warnfeld einen Winkelbereich von 270° auf. Dadurch ist das Schutzfeld oder Warnfeld bündig an einen Eckebereich eines Fahrzeugs oder eines Maschinenteils angepasst.
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Die Drehvorrichtung ist in Weiterbildung der Erfindung ausgebildet, das Schutzfeld in einem Winkelbereich von größer 0° bis +/–170°, bevorzugt größer 0° bis +/–90° und besonders bevorzugt größer 0° bis +/–45° zu drehen. Ein Verdrehbereich von 0° bis +/–170° erlaubt es beispielsweise, ein Schutzfeld mit nur einem schmalen Winkelbereich innerhalb eines großen Winkels zu verdrehen. Dadurch ist eine große Anpassungsmöglichkeit der Schutzfelder durch Verdrehen möglich. Für größere Schutzfelder und/oder Warnfelder mit einem größeren Winkelbereich sind bevorzugt kleinere Verdrehbereiche vorgesehen. Beispielsweise ist für ein Schutz- oder Warnfeld mit einer Ausdehnung von 270° ein Verdrehwinkel von +/–45° vorgesehen, um das Schutzfeld an den Eckbereich eines Fahrzeugs oder eines Maschinenteils anzupassen.
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Vorzugsweise werden zwei Laserscanner mit einem Überwachungsbereich von 270° diagonal an den Ecken des führerlosen Transportsystems untergebracht. Dadurch kann mit nur zwei Laserscannern vorteilhaft der ganze Umgebungsbereich des führerlosen Transportsystems überwacht werden. Das führerlose Transportsystem kann sich in allen Richtungen frei bewegen.
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Den Laserscannern sind vorteilhaft mehrere Schutzfelder oder Warnfelder zugeordnet. Die Schutzfelder oder Warnfelder dienen dazu, die Objekte in der Umgebung zu erfassen. Eintretende Objekte oder Personen in das Warnfeld führen zu einem Warnsignal an die Auswerteeinheit oder eine Fahrzeugsteuerung. Aufgrund eintretender Objekte in das Warnfeld kann die Fahrzeugsteuerung beispielsweise ein Ausweichmanöver durchführen. Das Schutzfeld ist wiederum innerhalb des Warnfeldes angeordnet. Eintretende Objekte oder Personen in das Schutzfeld führen zu einem Nothalt des Fahrzeuges. Dazu wird ein sicheres Steuersignal vom optoelektronischen Sensor direkt an die Fahrzeugbremse gesendet. Die Fahrzeugbremse kann dann unmittelbar das Fahrzeug stoppen. Das Steuersignal kann auch einer Fahrzeugsteuerung zur Verfügung gestellt werden.
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Wird das Steuersignal direkt der Fahrzeugbremse zur Verfügung gestellt, so entfällt die Verzögerungszeit durch die Fahrzeugsteuerung.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
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In der Zeichnung zeigt:
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1; eine schematische Darstellung des führerlosen Transportsystems;
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2; eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserscanners mit einer elektronischen Drehvorrichtung
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3; eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserscanners mit einer mechanischen Drehvorrichtung
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4 bis 6; schematische Darstellungen von Schutzfeldern und/oder Warnfeldern eines erfindungsgemäßen Laserscanners nach 2.
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7 bis 9; weitere schematische Darstellungen von Schutzfeldern und/oder Warnfeldern eines erfindungsgemäßen Laserscanners nach 3.
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1 zeigt ein führerloses Transportsystem 1 während einer Fahrt. Führerlose Transportsysteme 1 werden in Industrieumgebungen und Lagerhallen zum Material-transport eingesetzt. Die Umgebung wird mit Hilfe von Laserscannern 6 und 8 erfasst. Führerlose Transportsysteme 1 bewegen sich dabei selbstständig auf einer Fahrbahn und erkennen störende Hindernisse, Objekte oder Personen. Führerlose Transportsysteme 1 sollen dabei so wenig wie möglich anhalten und so schnell wie möglich fahren, um das Material oder Transportgut an das vorgegebene Ziel zu transportieren. Die führerlosen Transportsysteme 1 oder auch Fahrzeuge sind mit einem Antriebssystem ausgestattet. Das Antriebssystem wird von einer Fahrzeug-steuerung gesteuert. Zusätzlich verfügt das fahrerlose Transportsystem 1 über eine Fahrzeugbremse. Die Fahrzeugbremse ist über eine Steuersignalleitung mit Sensorausgängen verbunden.
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Das führerlose Transportsystem 1 in 1 weist an zwei gegenüberliegenden Ecken jeweils einen Laserscanner 6 und 8 auf. Die Laserscanner 6 und 8 sind über eine Montagefläche 38 an einer Seite des führerlosen Transportfahrzeugs 1 befestigt. Die Laserscanner 6 und 8 erfassen dabei vorzugsweise jeweils einen Überwachungsbereich 10 mit den Schutzfeldern 2 und 3 von jeweils 270°. Durch die Anordnung der zwei Laserscanner 6 und 8 an den gegenüberliegenden Ecken des führerlosen Transportsystems 1 kann die gesamte Umgebung des führerlosen Transportsystems 1 erfasst werden. Die Schutzfelder 2 und 3 der beiden Laserscanner 6 und 8 können sich an den Ecken, an denen kein Laserscanner montiert ist, überlappen. Zusätzlich zu den Schutzfeldern 2 und 3 mit der Ausdehnung von 270° pro Laserscanner 6 und 8 können noch weitere Schutzfelder oder Warnfelder definiert sein. Die Laserscanner 6 und 8 weisen eine Auswerteeinheit zur Auswertung der empfangenen, reflektierten Strahlung auf. Ein sicherer Schaltausgang der Auswerteeinheit ist mit einer Fahrzeugbremse verbunden.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen Laserscanner 20 zum Erfassen von Objekten. Der Laserscanner 20 weist ein Distanzsensorelement mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender 30 und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger 26 auf. Der Sender 30 besteht vorzugsweise aus einer Laserdiode, welcher zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen eine Sendeoptik nachgeordnet ist. Der Empfänger 26 ist beispielsweise von einer Fotodiode gebildet, welcher eine Empfangsoptik vorgeordnet ist. Die Distanzmessung kann nach dem Prinzip der Lichtlaufzeit erfolgen. In diesem Fall werden von der Laserdiode kurze Impulse ausgesendet, deren Lichtlaufzeit vom Sender 30 über die Reflexion am Objekt zum Empfänger 26 von der Auswerteeinheit 32 ausgewertet wird. Die Distanzmessung kann aber auch nach dem Prinzip der Phasenmessung erfolgen. Die Auswerteeinheit 32 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem oder zwei redundanten Mikrocontrollern gebildet. Die Sende- und Empfangslichtstrahlen sind über eine Ablenkeinheit 14 geführt. Die Ablenkeinheit 14 weist einen Ablenkspiegel auf, welcher auf einem drehbaren, über einen Motor angetriebenen Sockel aufsitzt. Der Ablenkspiegel rotiert dadurch mit einer vorgegebenen Drehzahl um eine vertikale Drehachse 40. Der Ablenkspiegel ist um 45° gegenüber der Drehachse 40 des Motors geneigt, so dass die am Ablenkspiegel reflektierten Sendelichtstrahlen in horizontaler Richtung verlaufend aus dem Laserscanner geführt sind. Dabei durchdringen die Sendelichtstrahlen ein Austrittsfenster, welches in dem Gehäuse des Laserscanners 20 angeordnet ist. Das Gehäuse weist weiter eine Montagefläche 38 auf. Durch die Sendelichtstrahlen wird ein in einer horizontalen Ebene liegender Überwachungsbereich abgetastet. Weiter ist ein geräteinternes Referenzziel 12 angeordnet, um zu Prüfen, ob der Sendelichtstrahl bei Auftreffen auf das Referenzziel 12 zu einer definierten Abstandsmessung führt. Das Referenzziel 12 wird vom Sendelichtstrahl erfasst, wenn die Ablenkeinheit 14 den Sendelichtstrahl bei einer Umdrehung ins Innere des Gehäuses ablenkt, also wenn die Ablenkeinheit 14 eine Position einnimmt, die um 180° gedreht dargestellt ist. Nach Auftreffen des Lichtstrahls auf dem Referenzziel 12 wird das Licht in den Empfänger 26 abgelenkt, so dass die Funktionsfähigkeit des Laserscanners geprüft werden kann. Durch die Definition des Schutzfeldes durch in der Auswerteeinheit gespeicherte Parameter wird eine Größe des überwachten Bereiches festgelegt. Weiter kann ein Warnfeld vorgesehen sein, dass in seiner Ausdehnung größer ist als das Schutzfeld. Beispielsweise kann bei Detektion eines Objektes im Warnfeld ein Warnsignal abgegeben werden. Die festgelegten Schutz- oder Warnfelder können durch eine elektronische Drehvorrichtung 34 in ihrer Ebene um eine Achse gedreht werden. Dadurch lässt sich das Schutz- oder Warnfeld durch einfaches Drehen an eine bestimmte Geometrie beispielsweise an eine Ecke eines führerlosen Transportfahrzeugs anpassen.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Laserscanner gemäß 2, jedoch mit dem Unterschied, dass eine nicht näher dargestellte mechanische Drehvorrichtung zum Drehen des Schutzfeldes vorgesehen ist. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit der mechanischen Drehvorrichtung wird beispielsweise das Referenzziel 12 in einem Radius mit einem Abstand zur Drehachse 40 der Ablenkeinheit 14 verdreht. Wird das Referenzziel 12 als Ausgangsbasis für die radiale Ausdehnung des Schutzfeldes herangezogen, wird dadurch das Schutzfeld gegenüber der Drehachse 40 der Ablenkeinheit 14 verdreht.
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Die 4 bis 6 zeigen eine elektronische Drehung des Schutzfeldes 2 mittels einer elektronischen Drehvorrichtung gemäß 2. 4 zeigt ein Schutzfeld 2 eines erfindungsgemäßen Laserscanners 20. Der Laserscanner 20 weist eine Montagefläche 38 auf. Durch das Referenzziel 12 wird die mögliche Drehung der Lage des Schutzfeldes 2 zum Laserscannergehäuse und damit zur Montagefläche 38 begrenzt. Das Schutzfeld 2 ist kreisbogenförmig ausgebildet, mit einer radialen Ausdehnung von beispielsweise 270°, nämlich von –45° bis +225° entgegen der Uhrzeigerrichtung, wenn die Position des Referenzziels 12 270° definiert. Jedoch kann das Schutzfeld gemäß 1 auch rechteckförmig ausgebildet sein. Das in 4 dargestellte Schutzfeld kann beispielsweise an einer Ecke des führerlosen Transportfahrzeugs gemäß 1 vorgesehen sein.
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Ein erfindungsgemäß elektronisch gedrehtes Schutzfeld 2 ist in 5 dargestellt. Das Schutzfeld 2 wurde elektronisch gegenüber dem Referenzziel 12 verdreht und erstreckt sich immer noch über eine radiale Ausdehnung von 270°, ist jedoch gegenüber dem Referenzziel 12 von –22,5° bis +247,5° ausgerichtet.
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Ein weiteres elektronisch gedrehtes Schutzfeld 2 ist in 6 dargestellt. Das Schutzfeld 2 wurde gegenüber 4 in Richtung der Uhrzeigerrichtung verdreht. Das Schutzfeld 2 hat immer noch eine radiale Ausdehnung von 270° und erstreckt sich jedoch gegenüber dem Referenzziel 12 und gegenüber der Montagefläche 38 von –67,5° bis +202,5°. Gemäß den Beispielen nach 5 und 6 wurde das Schutzfeld 2 gegenüber 4 lediglich elektronisch gedreht, um das Schutzfeld 2 beispielsweise an eine Ecke eines Fahrzeuges oder eines führerlosen Transportfahrzeugs anzupassen, ohne die mechanische Aufnahme des Laserscanners 20 oder des Fahrzeuges anzupassen oder das Schutzfeld 2 aufwendig umzukonfigurieren. Lediglich durch Drehen des Schutzfeldes 2 konnte eine Anpassung an die Ecke des Fahrzeuges vorgenommen werden.
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Die 7 bis 9 zeigen eine mechanische Drehung des Schutzfeldes 2 mittels einer mechanischen Drehvorrichtung gemäß 3. 7 zeigt ein Schutzfeld 2 eines erfindungsgemäßen Laserscanners 20. Durch das Referenzziel 12 wird die Lage des Schutzfeldes 2 zum Laserscannergehäuse festgelegt. Weiter ist die Montagefläche 38 des Laserscanners dargestellt. Das Referenzziel 12 liegt in 7 bei 270°, wenn 0° parallel zur Montagefläche 38 wie dargestellt definiert ist. Das Schutzfeld 2 ist kreisbogenförmig ausgebildet, mit einem Radius oder einer radialen Ausdehnung von beispielsweise 270°, nämlich von –45° bis +225° entgegen der Uhrzeigerrichtung. Das in 7 dargestellte Schutzfeld 2 kann beispielsweise an einer Ecke des führerlosen Transportfahrzeugs gemäß 1 vorgesehen sein.
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Ein erfindungsgemäß mechanisch gedrehtes Schutzfeld 2 ist in 8 dargestellt. Das Schutzfeld 2 wurde mit dem Referenzziel 12 zusammen mechanisch verschoben und erstreckt sich immer noch über eine radiale Ausdehnung von 270°, ist jedoch von 0° bis +270° ausgedehnt. Das Referenzziel 12 liegt bei einem Winkel von –45° = 315°.
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Ein weiteres mechanisch gedrehtes Schutzfeld 2 ist in 9 dargestellt. Das Schutzfeld 2 wurde gegenüber 7 mit dem Referenzziel 12 in Richtung der Uhrzeigerrichtung verdreht. Das Schutzfeld 2 hat immer noch eine radiale Ausdehnung von 270° und erstreckt sich jedoch von –90° bis +180°. Das Referenzziel 12 befindet sich bei einem Winkel von 225°.
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Gemäß den Beispielen nach 8 und 9 wurde das Schutzfeld 2 gegenüber 7 lediglich mechanisch gedreht, um das Schutzfeld 2 an eine Ecke eines Fahrzeuges oder eines führerlosen Transportfahrzeugs anzupassen, ohne die mechanische Aufnahme des Laserscanners 20 oder des Fahrzeuges anzupassen oder das Schutzfeld 2 aufwendig umzukonfigurieren. Lediglich durch mechanisches Drehen des Schutzfeldes 2 und des Referenzziels konnte eine Anpassung an die Ecke des Fahrzeuges vorgenommen werden.
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Weiter ist eine Kombination einer mechanischen und elektronischen Drehvorrichtung vorgesehen, welche die Vorteile der beiden Ausführungsbeispiele gemäß den 2 und 3 und 4 bis 9 verbindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- führerloses Transportsystem
- 2, 3
- Schutzfeld
- 6
- erster Laserscanner
- 8
- zweiter Laserscanner
- 10
- Überwachungsbereich
- 12
- Referenzziel
- 14
- Ablenkeinheit
- 20
- Laserscanner
- 26
- Empfänger
- 28
- Drehvorrichtung
- 30
- Sender
- 32
- Auswerteeinheit
- 34
- elektronische Drehvorrichtung
- 38
- Montagefläche
- 40
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005004466 U1 [0003]
