DE202012105044U1 - Opto-electronic sensor for the detection and distance determination of objects - Google Patents

Abstract

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich (18), der einen Lichtsender (12) zum Aussenden eines Sendelichtstrahls (14), eine drehbare Ablenkeinheit (16) zur periodischen Ablenkung des Lichtstrahls (14) in dem Überwachungsbereich (18), einen Lichtempfänger (24) zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem in dem Überwachungsbereich (18) remittierten oder reflektierten Lichtstrahl (20), einen A/D-Wandler (30) zur Abtastung des Empfangssignals sowie eine Auswertungseinheit (32) aufweist, um anhand des Empfangssignals den Abstand der Objekte mit einem Lichtlaufzeitverfahren und ein Sichttrübungsmaß zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, das Sichttrübungsmaß winkelabhängig für eine Sichttrübung in Richtung des Sendelichtstrahls (14) zu bestimmen, den Abstand aus dem gleichen abgetasteten Empfangssignal zu bestimmen wie das Sichttrübungsmaß und das winkelabhängige Sichttrübungsmaß bei der Bestimmung des Abstands zu berücksichtigen.Optoelectronic sensor (10), in particular laser scanner, for detecting and determining the distance of objects in a monitoring area (18), which has a light transmitter (12) for emitting a transmitted light beam (14), a rotatable deflection unit (16) for periodic deflection of the light beam (14) in the monitored area (18), a light receiver (24) for generating a received signal from the light beam (20) remitted or reflected in the monitored area (18), an A / D converter (30) for scanning the received signal and an evaluation unit (32) ), in order to determine the distance between the objects based on the received signal using a time-of-flight method and a degree of visibility, characterized in that the evaluation unit (32) is designed to determine the degree of visibility depending on the angle for a degree of visibility in the direction of the transmitted light beam (14) To determine distance from the same sampled received signal as the degree of visibility and d The angle-dependent degree of visibility must be taken into account when determining the distance.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten mit Bestimmung eines Sichttrübungsmaßes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an optoelectronic sensor for detecting and determining the distance of objects with determination of a visual clouding measure according to the preamble of claim 1.

Bei der Objekterfassung durch einen Laserscanner überstreicht ein von einer Laserlichtquelle erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe einer beweglichen Ablenkeinheit periodisch einen Überwachungsbereich. Das Licht wird an Objekten in dem Überwachungsbereich remittiert und in dem Laserscanner 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. Dabei sind zwei grundsätzliche Prinzipien bekannt, die Lichtlaufzeit zu bestimmen. Bei phasenbasierten Verfahren wird das Sendelicht moduliert und die Phasenverschiebung des empfangenen gegenüber dem gesendeten Licht ausgewertet. Bei pulsbasierten Verfahren misst der Laserscanner die Laufzeit, bis ein ausgesandter Lichtpuls wieder empfangen wird. In the case of object detection by a laser scanner, a light beam generated by a laser light source periodically sweeps over a monitoring area by means of a movable deflection unit. The light is remitted to objects in the surveillance area and evaluated in the laser 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. There are two basic principles known to determine the light transit time. In phase-based methods, the transmitted light is modulated and the phase shift of the received light compared to the transmitted light is evaluated. With pulse-based methods, the laser scanner measures the transit time until an emitted light pulse is received again.

Mit den Winkel- und Entfernungsangaben ist der Ort eines Objektes in dem Überwachungsbereich in zweidimensionalen Polarkoordinaten erfasst. 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 bewegt 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. 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 moved 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. Andere Eingriffe in das Schutzfeld, beispielsweise durch statische Maschinenteile, können vorab als zulässig eingelernt werden. Oft sind den Schutzfeldern Warnfelder vorgelagert, wo Eingriffe zunächst nur zu einer Warnung führen, um den Schutzfeldeingriff und damit die Absicherung noch rechtzeitig zu verhindern und so die Verfügbarkeit der Anlage zu erhöhen. Sicherheitslaserscanner arbeiten meist pulsbasiert. 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. Other interference with the protective field, for example due to static machine parts, can be taught in advance as permissible. Often, the protective fields are preceded by warning fields, where interventions initially only lead to a warning in order to prevent the interception of the protective field and thus the protection in good time, thus increasing the availability of the system. Safety laser scanners usually work pulse-based.

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). Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie beispielsweise sichere elektronische Auswertung durch redundante, diversitäre Elektronik, Funktionsüberwachung oder speziell Überwachung der Verschmutzung optischer Bauteile, insbesondere einer Frontscheibe, und/oder Vorsehen von einzelnen Testzielen mit definierten Reflexionsgraden, die unter den entsprechenden Scanwinkeln erkannt werden müssen. Sensors used in safety technology must work particularly 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). To meet these safety standards, a number of measures must be taken, such as safe electronic evaluation by redundant, diverse electronics, function monitoring or specially monitoring the contamination of optical components, in particular a windscreen, and / or providing individual test objectives with defined degrees of reflection, among the corresponding scan angles must be detected.

Sollen Laserscanner unter rauen Umgebungsbedingungen und insbesondere im Outdoorbereich eingesetzt werden, so muss mit einer Sichttrübung beispielsweise durch Nebel oder Staub gerechnet werden. Die dadurch verminderte Sichtweite reduziert durch Streuverluste die energetische Reichweite des Laserscanners und dämpft das optische Messsignal. Je nach Vorgehen bei der Auswertung kann es sogar zu Fehlmessungen aufgrund einer Blendung durch das von der Lufttrübung verursachte Signal kommen. Das eigentliche Zielobjekt wird also nicht mehr erkannt beziehungsweise ein von einer Sichttrübung verursachtes Signal wird fälschlich als Objekt interpretiert. Abhängig vom Ausmaß der Sichttrübung sinkt die Reichweite, oder die Messung wird gänzlich verhindert und der Sensor damit nicht mehr verfügbar. If laser scanners are to be used under harsh environmental conditions and in particular in the outdoor area, then visual cloudiness, for example fog or dust, must be expected. The resulting reduced visibility reduces the energy range of the laser scanner by scattering losses and attenuates the optical measurement signal. Depending on the evaluation procedure, incorrect measurements may even occur due to glare from the signal caused by the turbidity. The actual target object is thus no longer detected or a signal caused by a visual obscuration is wrongly interpreted as an object. Depending on the degree of visibility, the range will decrease, or the measurement will be completely prevented, rendering the sensor unavailable.

Mit einfachen Auswertungsverfahren durch Vergleich des Empfangssignals mit einer Objektschwelle gelingt die Unterscheidung zwischen Sichttrübungen und Objekten nicht zuverlässig. Denn eine Sichttrübung im Nahbereich erreicht ohne Weiteres die Intensität eines weiter entfernten Objekts. Abhilfemaßnahmen wie das entfernungsabhängige Anpassen der Schwelle reichen nicht aus, derartige Verwechslungen auszuschließen. With simple evaluation methods by comparing the received signal with an object threshold, the distinction between visual opacities and objects is not reliable. Because a visual clouding in the near range easily reaches the intensity of a more distant object. Remedial measures such as the distance-based adjustment of the threshold are not sufficient to rule out such confusion.

Eine andere Klasse von Laserscannern, die auch als mehrechofähig bezeichnet werden, bewertet das Empfangssignal nicht mit einer Schwelle, sondern betrachtet die vollständige zeitabhängige Echokurve, die auf einen Sendepuls folgt. Dazu wird das Empfangssignal mit einem A/D-Wandler erfasst und der gespeicherte, vollständige Kurvenzug anschließend mit einem Mustererkennungsverfahren bewertet. Dieser Ansatz wird beispielsweise in der EP 2 182 378 A1 verfolgt. Damit ist die Erfassung von hintereinander in dem Scanstrahl befindlichen Objekten ermöglicht, etwa eines Objekts hinter einer Glasscheibe. Um Echos von Objekten und Echos von Sichttrübungen zu unterscheiden, erfolgt ein Vergleich mit einer erwarteten Pulsform der Echos an harten Zielen, also Objekten. Die Echos von Sichttrübungen werden als reine Störung behandelt, eine Auswertung auf Art und Ausmaß der Sichttrübung findet nicht statt. Damit bleiben der Restfehler der Störunterdrückung sowie die Umgebungsbedingungen unbekannt, die zu einer Einschränkung der Messfähigkeit führen können. Der herkömmliche Laserscanner kann deshalb selbst keine verlässliche Meldung über seine Funktionsfähigkeit ausgeben. Another class of laser scanners, also referred to as multi-capable, does not evaluate the received signal with a threshold but looks at the complete time-dependent echo curve following a transmit pulse. For this purpose, the received signal is detected with an A / D converter and the stored complete curve is subsequently evaluated using a pattern recognition method. This approach is used for example in the EP 2 182 378 A1 tracked. This makes it possible to detect objects located behind one another in the scanning beam, for example an object behind a pane of glass. To distinguish echoes from objects and echoes from visual opacities, a comparison is made with an expected pulse shape of the echoes on hard targets, ie objects. The echoes of visual cloudiness are treated as pure disturbance, an evaluation on the type and extent of visual clouding does not take place. This leaves the residual error the interference suppression and the ambient conditions unknown, which can lead to a limitation of the measurement capability. Therefore, the conventional laser scanner itself can not give a reliable message about its functionality.

Es sind Nebel- oder Staubmessgeräte bekannt, welche die Sichtweite an einer Stelle messen und als repräsentativ für die Umgebung des Sensors ausgeben. Damit wird eine homogene Verteilung der Sichttrübung angenommen, die häufig nicht zutrifft. Für verschiedene Messrichtungen wird dann die Sichttrübung über- und unterschätzt. Fog or dust measuring devices are known, which measure the visibility at one point and output as representative of the environment of the sensor. This assumes a homogeneous distribution of visibility, which is often not the case. For different measuring directions, the visual clouding is then overestimated and underestimated.

Aus der EP 1 302 784 A2 ist ein Laserscanner mit Sichtweitenbestimmung bekannt, welcher eine Sichttrübung verursachende Störeffekte unterscheidet und das Ausmaß erkennt sowie ob die Störung global oder auf einen Winkelbereich begrenzt ist. Die Klassifizierung erfolgt aufgrund von charakteristischen Störungseigenschaften, wie Position, Kontur, Form, Größe, Ausdehnung, Entfernung, Struktur, zeitliches Verhalten, Reflexionsverhalten oder Umgebung einer Störung. Aus einer vorkalibrierten Tabelle wird dann abhängig von dieser Klassifizierung eine momentane Sichtweite ausgelesen. Diese Sichtweite ist ein globaler Wert und berücksichtigt damit keine richtungsabhängigen Inhomogenitäten. Außerdem beruht die Klassifikation rein empirisch auf eingelernten Erfahrungswerten und wird damit fehleranfällig. From the EP 1 302 784 A2 For example, a laser scanner with visibility determination is known which discriminates the effects of obstruction causing visual obscuration and detects the extent and whether the disturbance is global or limited to an angular range. The classification is based on characteristic perturbation properties such as position, contour, shape, size, extent, distance, structure, temporal behavior, reflection behavior or environment of a perturbation. From a pre-calibrated table, a current visibility is then read out depending on this classification. This visibility is a global value and thus does not take into account direction-dependent inhomogeneities. In addition, the classification is purely empirically based on learned experience and is thus prone to error.

Die DE 197 17 399 A1 offenbart eine Abstandsmessung mit einem optischen Pulslaufzeitverfahren. Dieser Sensor kennt Regeln, um Empfangssignale bestimmten Störungen zuzuordnen, etwa dem typischen Verlauf eines Echos an einer verschmutzten Frontscheibe oder bei Nebel. Die typischen Verläufe sind mit einem breiten Toleranzband versehen, was die DE 197 17 339 A1 als Bewertung mit unscharfer Logik (Fuzzy-Logik) bezeichnet. Mit überlagerten Signalen, also einem Objekt im Nebel, kann dieses System nicht umgehen und jedenfalls nicht die Abstandsbestimmung für das Objekt durch Kenntnis der Störung präzisieren. Außerdem handelt es sich bei dem Sensor nicht um einen Laserscanner, so dass keine richtungsabhängige Erkennung nur lokal auftretender oder sich lokal unterscheidender Störungen diskutiert wird. The DE 197 17 399 A1 discloses a distance measurement with an optical pulse transit time method. This sensor knows rules to assign received signals to certain types of interference, such as the typical course of an echo on a polluted windshield or fog. The typical courses are provided with a wide tolerance band, which the DE 197 17 339 A1 denoted as fuzzy logic (fuzzy logic). With superimposed signals, ie an object in the fog, this system can not avoid and in any case does not specify the distance determination for the object by knowledge of the disturbance. In addition, the sensor is not a laser scanner, so that no directional detection of only locally occurring or locally different disturbances is discussed.

Ein Laserscanner gemäß der nachveröffentlichten EP 2 541 273 A1 nutzt ein Splitterelement im analogen Empfangspfad, um das Empfangssignal in ein höherfrequentes Objektsignal und ein niederfrequentes Sichttrübungssignal aufzuteilen, die dann separat ausgewertet werden. In einem weiteren dort diskutierten Ansatz wird die Empfangsoptik gezielt so ausgelegt, dass die abstandsabhängige Signaldynamik mit einer charakteristischen Frequenz moduliert. Dann wird das Sichttrübungssignal beispielsweise durch Korrelation mit dieser Signaldynamik bestimmt. Auch dieser weitere Ansatz geht aber noch davon aus, die Signale schon vorab im Analogpfad physikalisch durch das Splitterelement zu trennen, statt in der Auswertungseinheit das gemeinsame digitale Signal zu verarbeiten. Die strikte Vorabtrennung nach Frequenzen eliminiert damit bereits Signalanteile aus dem Objektsignal, die zu einer Verzerrung und damit einer ungenauen oder sogar verhinderten Auswertung bei einem sich einer Sichttrübung überlagernden Objektsignal führen. A laser scanner according to the post-published EP 2 541 273 A1 uses a splitter element in the analog receiving path to divide the received signal into a higher-frequency object signal and a low-frequency visual cloud signal, which are then evaluated separately. In another approach discussed there, the receiving optics are specifically designed so that the distance-dependent signal dynamics are modulated with a characteristic frequency. Then the visual clouding signal is determined, for example, by correlation with this signal dynamics. However, this further approach also assumes that the signals are already physically separated by the splitter element in advance in the analog path instead of processing the common digital signal in the evaluation unit. The strict pre-separation according to frequencies thus already eliminates signal components from the object signal which lead to a distortion and thus to an inaccurate or even prevented evaluation in the case of a visual signal superimposed on a visual obscuration.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten bei Sichttrübungen zu verbessern. It is therefore an object of the invention to improve the detection and distance determination of objects in visibility clouding.

Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten nach Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Lösung von dem Grundgedanken aus, die gesamte Signalinformation des abgetasteten Empfangssignals zu nutzen, um sowohl Informationen über den Objektabstand als auch über die Sichttrübung zu erhalten. Dazu wird ein Sichttrübungsmaß nicht global für die Umgebung des Sensors, sondern individuell für die jeweilige Abtastrichtung bestimmt. Das gleiche abgetastete Empfangssignal wird dazu sowohl auf Sichttrübung als auch auf Objektabstand hin ausgewertet. Unter einem Empfangssignal wird dabei beispielsweise eine Abtastung für einen Winkel verstanden, also beispielsweise das Empfangsignal während des Zeitintervalls zwischen zwei Sendezeitpunkten. Da der digitalen Signalverarbeitung das abgetastete Empfangssignal vollständig zugrunde liegt und nicht beispielsweise zuvor eine analoge Auftrennung in ein Sichttrübungs- und ein Objektsignal erfolgt, sind noch alle Messinformationen vorhanden, um eine präzise Bestimmung des Empfangszeitpunkts und damit des Objektabstands zu ermöglichen. This object is achieved by an optoelectronic sensor for detection and distance determination of objects according to claim 1. The solution is based on the basic idea of using the entire signal information of the sampled received signal in order to obtain information about the object distance as well as about the visual haze. For this purpose, a visual opacity is not determined globally for the environment of the sensor, but individually for the respective scanning direction. The same sampled received signal is evaluated for both visual haze and object distance. In this case, a received signal is understood to mean, for example, a sampling for an angle, that is to say for example the received signal during the time interval between two transmission times. Since the digital signal processing is based entirely on the sampled received signal and not, for example, an analog separation into a visual cloud and an object signal takes place, all the measurement information is still present in order to enable a precise determination of the reception time and thus of the object distance.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Bestimmung der Sichttrübung zeitgleich, an derselben Stelle beziehungsweise für denselben Winkel und in derselben Entfernung wie die Abstandsbestimmung für ein Objekt erfolgt. Damit werden keinerlei Annahmen an zeitliche oder örtliche Homogenitäten der Sichttrübung gemacht. Auch inhomogene Sichttrübungen sind messbar und können ausgegeben werden. Derartige Messdaten enthalten insbesondere auch Aussagen über die Homogenität der Sichttrübung. Da nicht nur ein globales Maß für die Sichttrübung bestimmt wird, erhöht sich die Verfügbarkeit des Sensors, denn in allen noch messbaren Richtungen werden tatsächlich Abstandswerte bestimmt. Das Sichttrübungsmaß stellt zugleich ein Qualitätsmaß für alle bei Sichttrübung noch messbaren Abstandswerte in der betreffenden Richtung dar. The invention has the advantage that the determination of the visibility turbidity takes place at the same time, at the same point or for the same angle and at the same distance as the distance determination for an object. Thus, no assumptions are made on temporal or local homogeneities of visibility. Even inhomogeneous visual cloudiness can be measured and output. In particular, such measurement data also contain statements about the homogeneity of the visibility haze. Since not only a global measure of the visibility turbidity is determined, the availability of the sensor increases, because in all still measurable directions distance values are actually determined. At the same time, the visual opacity measure represents a quality measure for all distance values which can still be measured in the event of cloudiness in the relevant direction.

Der Lichtsender sendet bevorzugt Sendepulse mit einer Sendepulsform zu einem Sendezeitpunkt aus. Damit setzt der Laser eine pulsbasierte Lichtlaufzeitmessung ein. Die Auswertungseinheit erkennt dann bevorzugt einen zu einem Objekt in dem Sendelichtstrahl gehörigen Empfangszeitpunkt anhand eines Empfangspulses in dem Empfangssignal. Idealisiert hat der Empfangspuls die Form des Sendepulses und kann daran auch praktisch erkannt werden. Die Lichtlaufzeit für das zugehörige Objekt ist die Differenz aus Empfangszeitpunkt und Sendezeitpunkt. Es kann, etwa bei Kantentreffern oder teiltransparenten Objekten, mehrere Echos von mehreren hintereinander in dem Sendelichtstrahl befindlichen Objekten geben. Dann ist möglich, dass die Auswertungseinheit mehrere oder alle Objekte vermisst oder nach einer Heuristik eines der Echos und damit Objekte auswählt, etwa das stärkste Echo, das vorderste Echo oder ein Echo in einem erwarteten Entfernungsbereich. The light transmitter preferably transmits transmission pulses having a transmission pulse shape at a transmission time. Thus, the laser uses a pulse-based light transit time measurement. The evaluation unit then preferably recognizes a reception time associated with an object in the transmission light beam on the basis of a reception pulse in the reception signal. Ideally, the received pulse has the form of the transmit pulse and can also be practically recognized. The light runtime for the associated object is the difference between the time of reception and the time of transmission. For example, in the case of edge hits or partially transparent objects, there may be several echoes of several objects located one behind the other in the transmitted light beam. Then it is possible that the evaluation unit misses several or all objects or selects one of the echoes and thus objects according to a heuristic, such as the strongest echo, the foremost echo or an echo in an expected distance range.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das abgetastete Empfangssignal dann mit einem Filter zur Unterdrückung der Sichttrübung zu bearbeiten, wenn das Sichttrübungsmaß eine Sichttrübung anzeigt. Üblicherweise erfolgt die Bearbeitung durch diskrete Faltung des abgetasteten Empfangssignals mit einem Filterkern. Andere Arten, Störanteile durch Sichttrübungen zu unterdrücken, sind aber ebenso umfasst. Die Unterdrückung erfolgt nur für Abtastungen beziehungsweise Richtungen oder Winkel, in denen auch tatsächlich zumindest eine gewisse Sichttrübung erkannt wird. Dies wird beispielsweise durch eine Schwellenbewertung des Sichttrübungsmaßes festgestellt. Dabei legt die Schwelle fest, ab welcher Sichttrübung keine freie Sicht mehr angenommen wird und daher eine Unterdrückung der Signalanteile durch Sichttrübung erforderlich wird. The evaluation unit is preferably configured to process the sampled received signal with a filter for suppressing visual haze when the visual opacity indicates a visual haze. Usually, the processing is performed by discrete convolution of the sampled received signal with a filter core. Other ways of suppressing noise components by visual clouding are also included. The suppression takes place only for scans or directions or angles in which at least a certain degree of visibility is actually detected. This is determined, for example, by a threshold evaluation of the visibility of cloudiness. At the same time, the threshold defines from which visibility no free sight is assumed and therefore a suppression of the signal components by visual cloudiness becomes necessary.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, anhand des Sichttrübungsmaßes ein Filter zur Unterdrückung der Sichttrübung auszuwählen. Hier wird also über eine einfache Entscheidung hinaus, ob überhaupt Signalanteile durch Sichttrübung vorhanden sind, auch ein zu der gemessenen Sichttrübung passendes Filter ausgewählt. Diese Auswahl kann entsprechend der Art der Sichttrübung, also Nebel, Rauch, Schnee und dergleichen erfolgen, aber auch anhand des Ausmaßes der Sichttrübung, so dass für eine geringe Sichttrübung ein anderes Filter zum Einsatz kommt als für eine starke Sichttrübung. The evaluation unit is preferably designed to select a filter for suppressing the visual haze on the basis of the visual turbidity measure. In this case, beyond a simple decision as to whether signal components are at all present due to visual clouding, a filter suitable for the measured visual cloudiness is also selected. This selection can be made according to the type of visual haze, ie fog, smoke, snow and the like, but also on the basis of the extent of visual cloudiness, so that for a low visibility turbidity another filter is used as for a strong visual haze.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, Parameter des Filters an das Sichttrübungsmaß anzupassen. Das Filter wird hier an das Ausmaß der gemessenen Sichttrübung adaptiert, wobei grundsätzlich das gleiche Filter eingesetzt wird. Denkbar ist beispielsweise, Parameter des Filters mit der Sichttrübung zu skalieren, um so eine stärkere Unterdrückung bei stärkerer Sichttrübung zu erreichen. The evaluation unit is preferably designed to adapt parameters of the filter to the visibility clouding measure. The filter is here adapted to the extent of the measured visual haze, in principle, the same filter is used. It is conceivable, for example, to scale parameters of the filter with the visual haze in order to achieve greater suppression in the event of greater visual cloudiness.

Der Lichtempfänger weist bevorzugt eine Empfangsoptik mit einer abstandsabhängigen Intensitätscharakteristik auf. Die abstandsabhängige Intensitätscharakteristik, auch als Signaldynamik bezeichnet, ist eine Intensitäts- oder Amplitudenfunktion in Abhängigkeit vom Abstand zu der Empfangsoptik. Sie bestimmt sich, indem ein Ziel mit definierter Reflexivität anfänglich direkt vor dem Sensor angeordnet wird, also im Abstand Null, und dann bis zur maximalen Messreichweite des Sensors verfahren wird. In jedem Abstand wird dann ein Lichtstrahl ausgesandt und die Intensität des von dem Ziel remittierten Lichtstrahls gemessen. Die Intensitätscharakteristik kann simuliert, berechnet oder eingelernt werden, beispielsweise in der Endfertigung. Dadurch ist sie für das Design des Filters bekannt und kann zudem im Sensor gespeichert werden. Die Intensitätscharakteristik ist eine wichtige Eigenschaft der Empfangsoptik, die häufig auf eine bestimmte gewünschte Intensitätscharakteristik hin optimiert ist. The light receiver preferably has a receiving optical system with a distance-dependent intensity characteristic. The distance-dependent intensity characteristic, also referred to as signal dynamics, is an intensity or amplitude function as a function of the distance to the receiving optics. It is determined by initially placing a target with defined reflectivity directly in front of the sensor, ie at a distance of zero, and then moving to the maximum measuring range of the sensor. At each distance then a light beam is emitted and the intensity of the remitted from the target light beam measured. The intensity characteristic can be simulated, calculated or taught in, for example in the final production. This makes it known for the design of the filter and can also be stored in the sensor. The intensity characteristic is an important feature of the receiving optics, which is often optimized for a particular desired intensity characteristic.

Das Filter ist bevorzugt an die abstandsabhängige Intensitätscharakteristik angepasst. Ein solches Filter eignet sich vorzugsweise gerade dafür, die bekannte Signaldynamik zu unterdrücken. Denn das durch Sichttrübungen verursachte Signal ist eine Faltung der Sendepulsform und der Intensitätscharakteristik. Es soll also kein unbekanntes Störsignal unterdrückt werden, sondern es ist vorab bekannt, wie das Störsignal prinzipiell aussieht. Deshalb kann das Filter gezielt zu dessen Unterdrückung entworfen werden. Zusätzlich erfolgt bevorzugt noch eine Anpassung an das tatsächliche, aus dem gleichen Empfangssignal gemessene Sichttrübungsmaß, denn die Störungen skalieren mit dem Ausmaß der Sichttrübung. Bei solchen Skalierungen sind vorzugsweise zusätzlich Sättigungseffekte wegen Übersteuerung von Verstärkerelementen in dem Empfangspfad zu berücksichtigen. The filter is preferably adapted to the distance-dependent intensity characteristic. Such a filter is preferably suitable for suppressing the known signal dynamics. Because the signal caused by visual clouding is a convolution of the transmit pulse shape and the intensity characteristic. So it is not an unknown interference signal can be suppressed, but it is known in advance how the interference signal looks in principle. Therefore, the filter can be designed specifically for its suppression. In addition, an adaptation to the actual visual opacity measured from the same received signal preferably takes place, since the interferences scale with the extent of visual cloudiness. With such scalings, saturation effects due to overdriving of amplifier elements in the receive path are preferably additionally to be considered.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das Sichttrübungsmaß anhand der abstandsabhängigen Intensitätscharakteristik zu bestimmen. Wie das Filter gezielt an den erwarteten Signalverlauf der durch Sichttrübung verursachten Anteile angepasst werden kann, so lässt sich dieser erwartete Signalverlauf auch nutzen, um diese durch Sichttrübung verursachten Anteile zu erkennen. Dabei sind Skalierungen durch das Ausmaß der Sichttrübung zu erwarten, aus denen das Sichttrübungsmaß bestimmt werden kann. Erneut sollten die im letzten Absatz erwähnten Sättigungseffekte berücksichtigt werden. Um das Wissen über die Form von durch Sichttrübung verursachten Signalanteilen zu nutzen, kann beispielsweise das Messsignal mit künstlichen oder vorab eingelernten Signalzügen bei einer bestimmten Sichttrübung korreliert werden. Denkbar ist weiterhin, dass die Intensitätscharakteristik bestimmte erkennbare Formen aufweist oder solche Formen sogar gezielt in die Empfangsoptik beziehungsweise deren Intensitätscharakteristik eindesignt sind. Aus den Amplituden solcher Formen lässt sich dann sehr einfach ein Sichttrübungsmaß ableiten. Allerdings ist beim Design der Empfangsoptik darauf zu achten, dass solche Formen nicht mit Echos von Objekten verwechselbar sind. The evaluation unit is preferably designed to determine the visual opacity on the basis of the distance-dependent intensity characteristic. How the filter can be adapted specifically to the expected signal course of the components caused by visibility turbidity, this expected signal curve can also be used to detect these caused by visibility turbidity shares. Scaling is to be expected from the extent of visual cloudiness from which the visibility of turbidity can be determined. Again, the saturation effects mentioned in the last paragraph should be taken into account. In order to use the knowledge about the form of signal components caused by visual cloudiness, for example, the measuring signal can be used with artificial or pre-learned signal trains be correlated with a certain visual cloudiness. It is also conceivable that the intensity characteristic has certain recognizable shapes or even such forms are designed specifically in the receiving optics or their intensity characteristics. From the amplitudes of such shapes, it is then very easy to derive a visual opacity measure. However, in the design of the receiving optics care must be taken to ensure that such forms are not confused with echoes of objects.

Der Sensor weist bevorzugt eine Anzeige oder einen Ausgang auf, um das Sichttrübungsmaß winkelabhängig anzuzeigen oder auszugeben. Das Sichttrübungsmaß ist ein weiterer Messwert neben den Objektabständen, das für jeden Sendelichtstrahl winkelabhängig verfügbar ist. Dieser Messwert kann für den Benutzer wertvolle Informationen enthalten und wird deshalb vorzugsweise verfügbar gemacht. Unter Ausgabe des Sichttrübungsmaßes wird auch eine daraus abgeleitete Größe verstanden, etwa eine mit dem Sichttrübungsmaß korrespondierende Sichtweite oder eine Güte beziehungsweise ein Verlässlichkeitsmaß für in dieser Richtung gewonnene Objektabstände. Man kann alternativ diese richtungsabhängige Ausgabe zu größeren Winkelbereichen zusammenfassen, in denen summarisch beispielsweise eine kompensierbare oder eine zu starke Sichttrübung vorliegt, um noch Objektabstände zu messen. The sensor preferably has a display or an output in order to display or output the visual opacity measure as a function of the angle. The visual opacity is another measured value in addition to the object distances, which is available as an angle for each transmitted light beam. This reading may contain valuable information to the user and is therefore preferably made available. The output of the visual turbidity measure is also understood to be a quantity derived therefrom, for example a visual range corresponding to the visual turbidity measure or a quality or a reliability measure for object distances obtained in this direction. Alternatively, this direction-dependent output can be combined to form larger angular ranges in which, for example, a compensable or excessive visual haze exists, in order to measure object distances.

Der Sensor ist bevorzugt ein sicherer Laserscanner, der einen sicheren Ausgang aufweist und dessen Auswertungseinheit dafür ausgebildet ist, bei Erkennen eines unzulässigen Eingriffs in mindestens ein vorgebbares Schutzfeld innerhalb des Überwachungsbereichs ein Abschaltsignal über den sicheren Ausgang auszugeben. Gerade Sicherheitslaserscanner müssen besonders zuverlässig arbeiten. Bei Sichttrübung muss daher erkannt werden, ob die Sicherheitsfunktion noch gewährleistet bleibt. Durch die Erfindung wird eine sicherheitstechnische Anwendung auch unter gestörten Bedingungen, insbesondere im Outdoorbereich möglich. The sensor is preferably a safe laser scanner which has a safe output and whose evaluation unit is designed to output a switch-off signal via the safe output when an impermissible intervention in at least one predefinable protective field is detected within the monitored area. Especially safety laser scanners have to work very reliably. When visibility is cloudy, therefore, it must be recognized whether the safety function is still guaranteed. By the invention, a safety application even under disturbed conditions, especially in the outdoor area possible.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet zu prüfen, ob innerhalb der Schutzfelder das Sichttrübungsmaß in einem Toleranzbereich liegt. Falls eine nicht kompensierbare Sichttrübung ein Schutzfeld betrifft, folgt eine sicherheitsgerichtete Abschaltung. Der Sensor kann aber seine Sicherheitsfunktion trotz einer Sichttrübung garantieren, solange seine Schutzfelder gar nicht oder jedenfalls nur so weit betroffen sind, dass immer noch eine zuverlässige Objektdetektion möglich ist. Um das festzustellen, wird beispielsweise aus dem Sichttrübungsmaß eine Entfernung abgeleitet, bis zu der Objekte noch sicher erkannt werden. Dann wird verglichen, ob es Schutzfelder oder Teilbereiche davon gibt, die in einer von zu starker Sichttrübung betroffenen Richtung und Entfernung liegen. Nur dann erfolgt wegen der Sichttrübung eine Abschaltung, so dass sich die Verfügbarkeit des Sensors erhöht. The evaluation unit is preferably designed to check whether the visual opacity is within a tolerance range within the protective fields. If a non-compensable opacity affects a protective field, a safety-related shutdown follows. However, the sensor can guarantee its safety function despite a visual clouding, as long as its protective fields are not or at least only so far affected that still a reliable object detection is possible. In order to determine this, for example, a distance is derived from the visual cloud measure, up to which objects can still be reliably detected. Then, it is compared whether there are guard fields or portions thereof which are in a direction and distance affected by excessive visibility. Only then takes place because of the visibility turbidity shutdown, so that increases the availability of the sensor.

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 Schnittansicht eines Laserscanners; 1 a schematic sectional view of a laser scanner;

2 ein beispielhafter zeitabhängiger Intensitätsverlauf des Empfangssignals bei einer Überlagerung eines erfassten Objekts und einer Sichttrübung; 2 an exemplary time-dependent intensity profile of the received signal in a superposition of a detected object and a visual haze;

3 ein beispielhafter zeitabhängiger Intensitätsverlauf des Empfangssignals bei Sichttrübung ohne Objekt; 3 an exemplary time-dependent intensity profile of the received signal in the case of visual cloudiness without an object;

4 ein beispielhafter zeitabhängiger Intensitätsverlauf des Empfangssignals bei stärkerer Sichttrübung ohne Objekt; 4 an exemplary time-dependent intensity profile of the received signal in the case of stronger visual clouding without an object;

5 ein beispielhafter zeitabhängiger Intensitätsverlauf des Empfangssignals bei einer Überlagerung eines erfassten Objekts und einer stärkeren Sichttrübung; und 5 an exemplary time-dependent intensity profile of the received signal in a superposition of a detected object and a greater visibility turbidity; and

6 eine schematische Draufsicht auf den Überwachungsbereich eines Sensors mit verschiedenen Sichttrübungen und dadurch richtungsabhängig eingeschränkten Reichweiten. 6 a schematic plan view of the monitoring area of a sensor with different visibility turbulence and thus directionally limited ranges.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Laserscanner 10. Die Erfindung wird an diesem Beispiel beschrieben, umfasst aber auch andere optoelektronische Sensoren zur Erfassung und Abstandsbestimmung mit den in den Ansprüchen genannten Eigenschaften. 1 shows a schematic sectional view through a laser scanner according to the invention 10 , The invention will be described by this example, but also includes other optoelectronic sensors for detection and distance determination with the properties mentioned in the claims.

Ein von einem Lichtsender 12, beispielsweise einem Laser, erzeugter Lichtstrahl 14, der einzelne Lichtimpulse aufweist, wird über Lichtablenkeinheiten 16a–b in einen Überwachungsbereich 18 gelenkt und dort von einem gegebenenfalls vorhandenen Objekt remittiert. Die Remission kann auch mehrfach in unterschiedlichen Abständen erfolgen, wie dies bei einer Sichttrübung mit zahlreichen Streuzielen oder teiltransparenten Objekten der Fall ist, die Anteile des Sendelichts sowohl reflektieren als auch transmittieren, etwa einer Glasscheibe. Das remittierte Licht 20 gelangt wieder zu dem Laserscanner 10 zurück und wird dort über die Ablenkeinheit 16b und mittels einer Empfangsoptik 22 von einem Lichtempfänger 24 detektiert, beispielsweise einer Photodiode. One from a light transmitter 12 , For example, a laser, generated light beam 14 which has individual light pulses becomes light deflecting units 16a -B in a surveillance area 18 steered and there remitted from any existing object. The remission can also take place several times at different distances, as is the case in the case of cloudiness with numerous scattering targets or partially transparent objects, which both reflect and transmit portions of the transmitted light, for example a pane of glass. The remitted light 20 returns to the laser scanner 10 back and will be there via the deflection unit 16b and by means of a receiving optics 22 from a light receiver 24 detected, for example, a photodiode.

Die Lichtablenkeinheit 16b ist in der Regel als Drehspiegel ausgestaltet, die durch Antrieb eines Motors 26 kontinuierlich rotiert. Alternativ kann der Messkopf einschließlich dem Lichtsender 12 rotieren. Die jeweilige Winkelstellung wird über einen Encoder 28 erfasst. Der Lichtstrahl 14 überstreicht somit den durch die Rotationsbewegung erzeugten Überwachungsbereich 18. Wird ein von dem Lichtempfänger 24 empfangenes reflektiertes Lichtsignal 20 aus dem Überwachungsbereich 18 empfangen, so kann aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit 16b mittels des Encoders 28 auf die Winkellage des Objektes in dem Überwachungsbereich 18 geschlossen werden. The light deflection unit 16b is usually designed as a rotating mirror, by driving a motor 26 continuously rotated. Alternatively, the measuring head including the light emitter 12 rotate. The respective angular position is via an encoder 28 detected. The light beam 14 thus sweeps over the monitoring area generated by the rotational movement 18 , Becomes one of the light receiver 24 received reflected light signal 20 from the surveillance area 18 received, so can from the angular position of the deflection 16b by means of the encoder 28 on the angular position of the object in the surveillance area 18 getting closed.

Zusätzlich wird die Laufzeit der einzelnen Lichtpulse von ihrem Aussenden bis zu dem Empfang nach Reflexion an dem Objekt in dem Überwachungsbereich 18 ermittelt. Aus der Lichtlaufzeit wird unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung des Objektes von dem Laserscanner 10 geschlossen. Diese Auswertung erfolgt auf Basis des in einem A/D-Wandler 30 abgetasteten Empfangssignals des Lichtempfängers 24 in einer Auswertungseinheit 32, die dafür außer mit dem A/D-Wandler 30 auch mit dem Lichtsender 12, dem Motor 26 und dem Encoder 28 verbunden ist. Somit stehen über den Winkel und die Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objekte in dem Überwachungsbereich 18 zur Verfügung. Zusätzlich bestimmt die Auswertungseinheit 30 in einer noch zu beschreibenden Weise die Sichttrübung in dem Überwachungsbereich 18. Sämtliche Messwerte, wie Objektpositionen und Sichttrübungen, können über einen Ausgang 34 ausgegeben werden. Alle genannten Funktionskomponenten sind in einem Gehäuse 36 angeordnet, das im Bereich des Lichtaus- und Lichteintritts eine Frontscheibe 38 aufweist. In addition, the transit time of the individual light pulses from their emission to the reception after reflection on the object in the surveillance area 18 determined. From the light transit time, using the speed of light, the distance of the object from the laser scanner 10 closed. This evaluation is based on the in an A / D converter 30 sampled received signal of the light receiver 24 in an evaluation unit 32 for that except with the A / D converter 30 also with the light transmitter 12 , the engine 26 and the encoder 28 connected is. Thus, two-dimensional polar coordinates of all objects in the surveillance area are available over the angle and the distance 18 to disposal. In addition, the evaluation unit determines 30 in a manner to be described, the visibility haze in the monitoring area 18 , All measured values, such as object positions and visual cloudiness, can be output 34 be issued. All mentioned functional components are in one housing 36 arranged, which in the area of Lichtaus- and light entry a windscreen 38 having.

In einer sicherheitstechnischen Anwendung vergleicht die Auswertungseinheit 32 die Position der erfassten Objekte mit einem oder mehreren Schutzfeldern, deren Geometrie der Auswertungseinheit 32 durch entsprechende Parameter vorgegeben oder konfiguriert ist. Damit erkennt die Auswertungseinheit 32, ob ein Schutzfeld verletzt ist, also ob sich ein unzulässiges Objekt darin befindet, und schaltet je nach Ergebnis den in dieser Ausführungsform als Sicherheitsausgang (OSSD, Output Signal Switching Device) ausgebildeten Ausgang 34. Dadurch wird beispielsweise ein Nothalt einer angeschlossenen und von dem Laserscanner 10 überwachten Maschine ausgelöst. Ein solcher Laserscanner wird durch Erfüllung der einleitend genannten Normen und die dafür erforderlichen Maßnahmen als Sicherheitslaserscanner ausgebildet. In a safety-related application, the evaluation unit compares 32 the position of the detected objects with one or more protective fields whose geometry is the evaluation unit 32 specified or configured by appropriate parameters. This recognizes the evaluation unit 32 whether a protective field is violated, that is, whether an invalid object is located therein, and switches, depending on the result, the output formed in this embodiment as a safety output (OSSD, Output Signal Switching Device) 34 , As a result, for example, an emergency stop a connected and from the laser scanner 10 monitored machine triggered. Such a laser scanner is formed by compliance with the standards mentioned above and the necessary measures as a safety laser scanner.

Der Laserscanner 10 ist auch unter Umgebungsbedingungen mit eingeschränkter Sicht einsetzbar, also outdoorfähig beziehungsweise robust gegenüber verunreinigten Umgebungen. Zu den möglichen Störquellen in solchen Umgebungen zählen Schnee, Nebel, Regen, Gischt, Staub, Rauch, Ruß, Abgase, Verunreinigungen von Frontscheibe und Optik oder ähnliche Effekte, die alle als Sichttrübung zusammengefasst werden. Dabei sorgt eine Vielzahl von kleinen Partikeln als diffuse Streuzentren für Signalanteile in verschiedenen Reichweiten, denen sich das zu messende Echo von angetasteten Objekten überlagert. The laser scanner 10 is also suitable for use under ambient conditions with limited visibility, ie outdoor capable or robust against contaminated environments. Possible sources of interference in such environments include snow, fog, rain, spray, dust, smoke, soot, exhaust gases, impurities from the windscreen and optics, or similar effects, all of which are summarized as visual haze. In the process, a large number of small particles act as diffuse scattering centers for signal components in various ranges, which are overlaid by the measured echo of the objects being touched.

2 zeigt einen beispielhaften Intensitätsverlauf des abgetasteten Empfangssignals, welches die Auswertungseinheit 32 als digitalen Kurvenzug auswertet. Zunächst ergibt sich ein starkes Signalmaximum 40 eines Referenzsendepulses zu einem Sendezeitpunkt, der als Bezug für die Lichtlaufzeitmessung in den Intensitätsverlauf aufgenommen wird. Nach Austritt aus dem Sensor 10 ergibt sich ein breites Sichttrübungsmaximum 42 aufgrund einer Sichttrübung. Dem Sichttrübungsmaximum 42 überlagert sich ein Empfangspuls 44 von einem Objekt im Überwachungsbereich 18, dessen Empfangszeitpunkt t_E bestimmt werden soll. 2 shows an exemplary intensity profile of the sampled received signal, which is the evaluation unit 32 evaluated as a digital curve. First, there is a strong signal maximum 40 a reference transmission pulse at a transmission time, which is recorded as a reference for the time of flight measurement in the intensity profile. After exiting the sensor 10 this results in a broad visual clouding maximum 42 due to a cloudiness. The visibility cloud maximum 42 is superimposed on a received pulse 44 from an object in the surveillance area 18 whose reception time t _{E is to be} determined.

Die Auswertungseinheit 32 hat nun die Aufgabe, ein Maß für die Sichttrübung zu bestimmen und den Empfangspuls 44 zu lokalisieren. Dabei soll das Sichttrübungsmaß die Lokalisierung des Empfangspulses 44 erleichtern und eine sich möglicherweise aus der Überlagerung ergebende Verschiebung des Empfangspulses 44 korrigieren. The evaluation unit 32 now has the task to determine a measure of the visual haze and the received pulse 44 to locate. The visual opacity should be the localization of the received pulse 44 facilitate and possibly resulting from the overlay shift of the received pulse 44 correct.

Für diese Auswertung gibt es Vorwissen über den erwarteten Kurvenverlauf. Zunächst entspricht die Pulsform des Empfangspulses 44 der Pulsform des Sendepulses und ist damit prinzipiell bekannt. Das breite Sichttrübungsmaximum 42 wird somit von einem Empfangspuls 44 unterscheidbar. In der Situation der 2, wo der Empfangspuls 44 noch trotz der Überlagerung noch sehr deutlich ausgebildet ist, kann der Empfangspuls allein an dieser Pulsform erkannt werden. For this evaluation, there is prior knowledge of the expected curve. First, the pulse shape corresponds to the received pulse 44 the pulse shape of the transmission pulse and is therefore known in principle. The broad visual clouding maximum 42 thus becomes of a received pulse 44 distinguishable. In the situation of 2 where the received pulse 44 is still very clear despite the overlay, the received pulse can be detected only on this pulse shape.

Aber auch die Signalform der durch Sichttrübung erzeugten Signalanteile ist bekannt. Sie wird nämlich durch eine Faltung der Pulsform des Sendepulses mit der Signaldynamik der Empfangsoptik 22 beschrieben. Dabei ist die Signaldynamik beziehungsweise die abstandsabhängige Intensitätscharakteristik die entfernungsabhängige Detektionsempfindlichkeit für das Antasten eines ebenen, diffus remittierenden Zieles. Wie schon erwähnt, bilden die Partikel, welche die Sichttrübung verursachen, eine Vielzahl von diffusen Streuzentren und damit praktisch in jeder betrachteten Reichweite ein solches diffus remittierendes Ziel. But also the signal form of the signal components generated by visual cloudiness is known. It is namely due to a convolution of the pulse shape of the transmission pulse with the signal dynamics of the receiving optics 22 described. In this case, the signal dynamics or the distance-dependent intensity characteristic is the distance-dependent detection sensitivity for the probing of a flat, diffusely remitting target. As already mentioned, the particles which cause the visual clouding form a multiplicity of diffuse scattering centers and thus, in practically every conceivable range, such a diffusely remitting target.

Die Signaldynamik wird im Idealfall so ausgelegt, dass bis kurz hinter der Frontscheibe 36 praktisch kein Signal auftritt, so dass Reflexe an der Frontscheibe 36 möglichst kein messbares Störsignal verursachen. Danach sollte die Signaldynamik bis zur maximalen Reichweite verlässlicher Messungen möglichst konstant sein. Hinter der maximalen Reichweite fällt die Signaldynamik dann quadratisch ab. Die Signaldynamik als Eigenschaft vor allem der Empfangsoptik 22 kann beispielsweise in der Fertigung eingelernt und in der Auswertungseinheit 32 gespeichert werden. The signal dynamics is ideally designed so that until just behind the windscreen 36 virtually no signal occurs, leaving reflexes on the windscreen 36 Avoid causing any measurable interference signal. Thereafter, the signal dynamics should be as constant as possible up to the maximum range of reliable measurements. Behind the maximum range, the signal dynamics fall off quadratically. The signal dynamics as a property especially of the receiving optics 22 For example, it can be taught in production and in the evaluation unit 32 get saved.

3 illustriert einen beispielhaften Intensitätsverlauf nur aufgrund der Sichttrübung und ohne den Empfangspuls 44. Die Signaldynamik bestimmt das Verhalten an den Flanken des Sichttrübungsmaximums 42. Auf dessen Plateau zeigen sich die Abweichungen von dem angestrebten konstanten Verlauf der Signaldynamik sowie möglicherweise je nach Ausmaß der Sichttrübung schon Sättigungseffekte der nicht dargestellten Verstärkerelemente im Empfangspfad des Sensors 10. 3 illustrates an exemplary intensity profile only due to the visibility haze and without the receive pulse 44 , The signal dynamics determines the behavior on the flanks of the visual cloud maximum 42 , On the plateau, the deviations from the desired constant course of the signal dynamics as well as possibly depending on the extent of visibility already saturation effects of the amplifier elements not shown in the receiving path of the sensor 10 ,

4 zeigt zum Vergleich einen beispielhaften Intensitätsverlauf nur aufgrund der Sichttrübung bei stärkerer Sichttrübung. Dementsprechend wird das Sichttrübungsmaximum verbreitert. 4 shows for comparison an exemplary intensity curve only due to the visibility haze at higher visibility turbidity. Accordingly, the visibility cloudiness is widened.

Wenn nun, wie in dem beispielhaften Intensitätsverlauf der 5 gezeigt, der Empfangspuls 44 mit der stärkeren Sichttrübung überlagert, so wird es schon deutlich schwieriger, den Empfangspuls 44 noch zu lokalisieren. Überdies hat sich der Empfangszeitpunkt möglicherweise durch die Überlagerung verschoben. If now, as in the exemplary intensity curve of 5 shown, the received pulse 44 superimposed with the stronger visual haze, it is already much more difficult to receive the pulse 44 still to locate. Moreover, the reception time may have shifted due to the overlay.

Die Auswertungseinheit 32 nutzt ihr Vorwissen über die Signalform des Empfangspulses 44 und den Signalverlauf bei einer Sichttrübung. Dadurch stellt die Auswertungseinheit 32 zunächst mit Hilfe der bekannten Signaldynamik fest, ob es eine Sichttrübung gibt und wie stark diese dann ist. Diese Sichttrübungsmessung erfolgt richtungsabhängig auf Basis des jeweiligen Empfangssignals, das auch auf Empfangspulse 44 von Objekten untersucht wird. Damit steht einerseits ein zusätzlicher, winkelaufgelöster Messwert für die Sichttrübung beziehungsweise die daraus abgeleitete Sichtweite bereit, welcher an dem Ausgang 34 ausgegeben oder angezeigt werden kann. Andererseits ist die Sichttrübung genau für dasjenige Signal bekannt, aus dem die Objektabstände bestimmt werden. Es gibt also keine Unterschiede zeitlicher oder örtlicher Art, welche Fehler in die Zugehörigkeit der gemessenen Sichttrübung und der erfassten Objekte einführen könnten. The evaluation unit 32 uses her prior knowledge of the waveform of the received pulse 44 and the waveform in a visual haze. This provides the evaluation unit 32 First, with the help of the known signal dynamics determines whether there is a visual cloudiness and how strong this is then. This visual opacity measurement is direction-dependent on the basis of the respective received signal, which also applies to received pulses 44 is examined by objects. Thus, on the one hand, an additional, angle-resolved measured value for the visibility turbidity or the range of sight derived therefrom is available, which at the output 34 can be output or displayed. On the other hand, the visibility turbidity is known exactly for the signal from which the object distances are determined. Thus, there are no differences of temporal or spatial nature, which could introduce errors in the membership of the measured visual haze and the detected objects.

Die Sichttrübung gibt richtungsabhängig Auskunft über die Messfähigkeit. Zudem wird sie genutzt, um adaptive Filter auf das abgetastete Empfangssignal anzuwenden oder Parameter solcher Filter anzupassen. Der Sensor 10 reagiert so auf sich verändernde Umgebungsbedingungen, etwa durch schlechtes Wetter, und steigert damit seine Verfügbarkeit. The visibility obscures direction-dependent information about the measuring capability. It is also used to apply adaptive filters to the sampled receive signal or to adjust parameters of such filters. The sensor 10 responds to changing environmental conditions, such as bad weather, increasing its availability.

Beispielsweise wird dann, wenn keine Sichttrübung festgestellt wurde, gar kein Filter zu Unterdrückung von Sichttrübungen angewandt. Es gibt nämlich in dieser Situation keine Sichttrübung, die unterdrückt werden muss, im Gegenteil könnte das Filter noch fälschlich Signalanteile von Echos an Objekten unterdrücken. For example, if no haze has been detected, no filter is used to suppress visual clouding. In fact, in this situation, there is no visual obscuration that must be suppressed; on the contrary, the filter could still falsely suppress signal components of echoes on objects.

In einer einfachen Ausführungsform wird vorab ein Filter entworfen, das bei Erkennen einer Sichttrübung auf das zugehörige abgetastete Empfangssignal angewandt wird. Auch ist denkbar, mehrere feste Filter für verschiedene Arten von Störungen, also Schnee, Regen, Nebel etc. vorab zu entwerfen. Im Betrieb wird dann die erfasste Sichttrübung klassifiziert und das entsprechende Filter angewandt. Schließlich ist denkbar, ein oder mehrere Filter zu entwerfen, die dann anhand der gemessenen Sichttrübung parametriert werden. Der einfachste Fall ist eine Skalierung mit der Stärke der vorliegenden Sichttrübung in dem zu filternden abgetasteten Empfangssignal. In a simple embodiment, a filter is designed in advance, which is applied to the associated sampled received signal upon detection of a visual haze. It is also conceivable to design several fixed filters for different types of disturbances, ie snow, rain, fog etc. in advance. In operation, the detected visual haze is then classified and the corresponding filter applied. Finally, it is conceivable to design one or more filters, which are then parameterized on the basis of the measured visual haze. The simplest case is a scaling with the magnitude of the present visual haze in the sampled received signal to be filtered.

Das Filter ist jedenfalls dafür optimiert, den an sich aus der Signaldynamik bekannten Verlauf von Signalanteilen durch Sichttrübungen zu unterdrücken. Zusätzlich kann noch die bekannte Signalform der Empfangspulse 44 berücksichtigt und dafür gesorgt werden, dass Empfangspulse 44 durch die Filterung zumindest möglichst unverändert bleiben oder sogar noch stärker ausgeprägt werden. The filter is in any case optimized for suppressing the course of signal components known from signal dynamics by visual clouding. In addition, still the known waveform of the received pulses 44 be taken into account and ensure that reception pulses 44 by filtering at least as unchanged as possible or even more pronounced.

6 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Überwachungsbereich 18 des Sensors 10 mit verschiedenen Sichttrübungen 46 und dadurch richtungsabhängig eingeschränkten Reichweiten. Es entsteht eine Art effektiver Überwachungsbereich 48, der für Abtaststrahlen 14, 20 die maximale Reichweite umfasst. In Bereichen mit einer Sichttrübung 46 dagegen wird der effektive Überwachungsbereich 48 auf eine geringere Reichweite beschränkt, innerhalb derer trotz der Sichttrübung 46 noch eine verlässliche Abstandsmessung möglich ist. Dazu wird das Ausmaß der Sichttrübung winkelabhängig bewertet. 6 shows a schematic plan view of the monitoring area 18 of the sensor 10 with different visual cloudiness 46 and thereby directionally limited ranges. It creates a kind of effective surveillance area 48 that for scanning rays 14 . 20 includes the maximum range. In areas with a visual haze 46 however, it becomes the effective surveillance area 48 limited to a lower range, within which despite the visibility 46 still a reliable distance measurement is possible. For this purpose, the extent of visual cloudiness is evaluated as an angle.

In einer sicherheitstechnischen Anwendung ermöglicht der effektive Überwachungsbereich 48 eine Entscheidung, ob die Sichttrübungen 46 eine sicherheitstechnische Abschaltung erfordern. Dazu wird geprüft, ob die in 6 nicht gezeigten Schutzfelder für alle relevanten Winkel noch innerhalb der reduzierten Reichweiten liegen. Wenn das der Fall ist, kann die Sicherheit trotz der Sichttrübung weiter gewährleistet werden. Andernfalls erfolgt eine sicherheitsgerichtete Abschaltung. In a safety application, the effective monitoring area allows 48 a decision as to whether the visual cloudiness 46 require a safety shutdown. For this purpose, it is checked whether the in 6 Protective fields not shown for all relevant angles are still within the reduced ranges. If this is the case, the safety can continue to be ensured despite the visibility cloudiness. Otherwise, a safety-related shutdown occurs.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 4340756 A1 [0004] DE 4340756 A1 [0004]
• EP 2182378 A1 [0008] EP 2182378 A1 [0008]
• EP 1302784 A2 [0010] EP 1302784 A2 [0010]
• DE 19717399 A1 [0011] DE 19717399 A1 [0011]
• DE 19717339 A1 [0011] DE 19717339 A1 [0011]
• EP 2541273 A1 [0012] EP 2541273 A1 [0012]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• EN13849 [0005] EN13849 [0005]
• EN61496 [0005] EN61496 [0005]

Claims (11)

Optoelektronischer Sensor (10), insbesondere Laserscanner, zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich (18), der einen Lichtsender (12) zum Aussenden eines Sendelichtstrahls (14), eine drehbare Ablenkeinheit (16) zur periodischen Ablenkung des Lichtstrahls (14) in dem Überwachungsbereich (18), einen Lichtempfänger (24) zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem in dem Überwachungsbereich (18) remittierten oder reflektierten Lichtstrahl (20), einen A/D-Wandler (30) zur Abtastung des Empfangssignals sowie eine Auswertungseinheit (32) aufweist, um anhand des Empfangssignals den Abstand der Objekte mit einem Lichtlaufzeitverfahren und ein Sichttrübungsmaß zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, das Sichttrübungsmaß winkelabhängig für eine Sichttrübung in Richtung des Sendelichtstrahls (14) zu bestimmen, den Abstand aus dem gleichen abgetasteten Empfangssignal zu bestimmen wie das Sichttrübungsmaß und das winkelabhängige Sichttrübungsmaß bei der Bestimmung des Abstands zu berücksichtigen. Optoelectronic sensor ( 10 ), in particular laser scanners, for the detection and distance determination of objects in a surveillance area ( 18 ), which has a light transmitter ( 12 ) for emitting a transmitted light beam ( 14 ), a rotatable deflection unit ( 16 ) for the periodic deflection of the light beam ( 14 ) in the surveillance area ( 18 ), a light receiver ( 24 ) for generating a received signal from the in the monitoring area ( 18 ) reflected or reflected light beam ( 20 ), an A / D converter ( 30 ) for scanning the received signal and an evaluation unit ( 32 ) in order to determine, based on the received signal, the distance of the objects with a light transit time method and a visual cloud measure, characterized in that the evaluation unit ( 32 ) is adapted to the visual turbidity angle-dependent for a visual haze in the direction of the transmitted light beam ( 14 ) to determine the distance from the same sampled received signal as to take into account the visual opacity and the angle-dependent visual opacity in determining the distance. Sensor (10) nach Anspruch 1, wobei der Lichtsender (12) Sendepulse mit einer Sendepulsform zu einem Sendezeitpunkt aussendet und wobei die Auswertungseinheit (32) einen zu einem Objekt in dem Sendelichtstrahl (14) gehörigen Empfangszeitpunkt anhand eines Empfangspulses in dem Empfangssignal erkennt. Sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the light emitter ( 12 ) Emits transmit pulses having a transmit pulse shape at a transmission time, and wherein the evaluation unit ( 32 ) one to an object in the transmitted light beam ( 14 ) associated receiving time based on a received pulse in the received signal recognizes. Sensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, das abgetastete Empfangssignal dann mit einem Filter zur Unterdrückung der Sichttrübung zu bearbeiten, wenn das Sichttrübungsmaß eine Sichttrübung anzeigt. Sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the evaluation unit ( 32 ) is adapted to process the sampled received signal with a filter to suppress visual haze when the visual opacity indicates a visual haze. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, anhand des Sichttrübungsmaßes ein Filter zur Unterdrückung der Sichttrübung auszuwählen. Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 32 ) is designed to select a filter for suppressing the visibility cloud on the basis of the visual turbidity measure. Sensor (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, Parameter des Filters an das Sichttrübungsmaß anzupassen, insbesondere Parameter des Filters mit der Sichttrübung zu skalieren. Sensor ( 10 ) according to claim 3 or 4, wherein the evaluation unit ( 32 ) is adapted to adapt parameters of the filter to the visibility cloudiness, in particular to scale parameters of the filter with the visibility haze. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtempfänger (24) eine Empfangsoptik mit einer abstandsabhängigen Intensitätscharakteristik aufweist. Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the light receiver ( 24 ) has a receiving optics with a distance-dependent intensity characteristic. Sensor (10) nach Anspruch 6, wobei das Filter an die abstandsabhängige Intensitätscharakteristik angepasst ist. Sensor ( 10 ) according to claim 6, wherein the filter is adapted to the distance-dependent intensity characteristic. Sensor (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, das Sichttrübungsmaß anhand der abstandsabhängigen Intensitätscharakteristik zu bestimmen. Sensor ( 10 ) according to claim 6 or 7, wherein the evaluation unit ( 32 ) is designed to determine the visual opacity on the basis of the distance-dependent intensity characteristic. Sensor (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Anzeige oder einen Ausgang (34) aufweist, um das Sichttrübungsmaß winkelabhängig anzuzeigen oder auszugeben. Sensor ( 32 ) according to one of the preceding claims, which has a display or an output ( 34 ) to display or output the visual opacity measure dependent on the angle. Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein sicherer Laserscanner ist, einen sicheren Ausgang (34) aufweist und dessen Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist, bei Erkennen eines unzulässigen Eingriffs in mindestens ein vorgebbares Schutzfeld innerhalb des Überwachungsbereichs (18) ein Abschaltsignal über den sicheren Ausgang (34) auszugeben. Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, which is a safe laser scanner, a safe output ( 34 ) and its evaluation unit ( 32 ) is designed, upon detection of an impermissible intervention in at least one specifiable protective field within the surveillance area ( 18 ) a shutdown signal via the safe output ( 34 ). Sensor (10) nach Anspruch 10, wobei die Auswertungseinheit (32) dafür ausgebildet ist zu prüfen, ob innerhalb der Schutzfelder das Sichttrübungsmaß in einem Toleranzbereich liegt. Sensor ( 10 ) according to claim 10, wherein the evaluation unit ( 32 ) is designed to check whether the visual opacity is within a tolerance range within the protective fields.

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