-
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
-
Sensoren der in Rede stehenden Art weisen zur Objekterfassung ein Sensormodul mit wenigstens einem elektromagnetische Strahlen emittierenden Sender und einem elektromagnetische Strahlen empfangenden Empfänger auf. In einer Auswerteeinheit wird in Abhängigkeit der Empfangssignale des Sensormoduls ein Objektfeststellungssignal generiert.
-
Das Sensormodul ist auf einem Grundmodul drehbar gelagert. Durch die Drehbewegung des Sensormoduls wird ein scannendes System erhalten, mittels dessen in einer Abtastebene Objekte erkannt werden können.
-
Ein derartiger Sensor ist aus der
EP 2 388 619 bekannt. Dieser Sensor ist als optischer Sensor ausgebildet, der eine innerhalb eines Gehäuses angeordnete, um eine Drehachse drehbare Sende-/Empfangseinheit, umfassend einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger aufweist, wobei die Sendelichtstrahlen und/oder die Empfangslichtstrahlen durch ein Fenster des Gehäuses geführt sind. Die Sende-/Empfangseinheit bildet einen nach dem Lichtlaufzeitverfahren arbeitenden Distanzsensor, wobei der Sender Sendelichtstrahlen in Form von Sendelichtpulsen emittiert, deren Laufzeit zu einem zu detektierenden Objekt erfasst wird. Zur Auswertung der in der Sende-/Empfangseinheit generierten Signale ist mit dieser mitrotierend eine Vorverarbeitungseinheit und ortsfest im Gehäuse eine Auswerteeinheit vorgesehen.
-
Die in der Vorverarbeitungseinheit vorverarbeiteten Signale werden berührungslos in die stationäre Auswerteeinheit übertragen, wo die Endauswertung der Signale erfolgt. Das dabei gewonnene Ausgangssignal wird über eine leitungsgebundene Schnittstelle ausgegeben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Funktionalität weiter zu verbessern.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst einen mit einem feststehenden Grundmodul und einem relativ zum Grundmodul drehbaren Sensormodul. Das Sensormodul weist wenigstens einen elektromagnetische Strahlen emittierenden Sender und wenigstens einen elektromagnetische Strahlen empfangenden Empfänger auf. In dem Sensormodul ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, in welcher in Abhängigkeit von Empfangssignalen des Empfängers, die durch vom Sender emittierende und von einem zu detektierenden Objekt zum Empfänger reflektierte elektromagnetische Strahlen generiert werden, ein Objektfeststellungssignal erzeugt wird. In dem Sensormodul ist eine berührungslos arbeitende Schnittstelleneinheit vorgesehen, mittels derer das Objektfeststellungssignal an eine externe Einheit übertragen wird.
-
Der erfindungsgemäße Sensor bildet ein scannendes System, mittels dessen in einem flächigen Überwachungsbereich Objekte erfasst werden können.
-
Erfindungsgemäß ist auf dem drehbaren, die Scanbewegungen durchführenden Sensormodul die Auswerteeinheit, mittels derer die Objektfeststellungssignale generiert werden, angeordnet, so dass direkt auf dem Sensormodul die gesamte Signalauswertung zur Generierung der Objektfeststellungssignale vorgenommen werden kann. Eine aufwändige Vorverarbeitung von Signalen des Sensormoduls sowie eine Datenübertragung von dieser Vorverarbeitung auf eine stationäre Auswerteeinheit entfallen somit.
-
Dieser Vorteil wird erfindungsgemäß dadurch noch gesteigert, dass direkt vom drehbaren Sensormodul die in der Auswerteeinheit generierten Objektfeststellungsignale an eine externe Einheit gesendet werden. Erfindungsgemäß ist hierzu eine berührungslos arbeitende Schnittstelleinheit vorgesehen, mittels derer die Objektfeststellungssignale direkt und ohne Umweg über das stationäre Grundmodul an die externe Einheit gesendet werden können. Dadurch wird eine sehr schnelle Auswertung der Signale des Sensormoduls und Übertragung der aus den Signalen des Sensormoduls abgeleiteten Objektfeststellungssignale gewährleistet.
-
Vorteilhaft erfolgt über die Schnittstelleneinheit eine serielle Datenübertragung.
-
Insbesondere werden über die Schnittstelleneinheit Funksignale oder Lichtsignale gesendet.
-
Mit dieser Datenübertragung können sowohl binäre als auch komplexere Objektfeststellungssignale schnell und sicher übertragen werden.
-
Gemäß einer ersten Variante emittiert der Sender des Sensormoduls Radarstrahlen.
-
Gemäß einer zweiten Variante emittiert der Sender des Sensormoduls Lichtstrahlen.
-
Bei beiden Varianten kann mit dem Sensormodul eine Anwesenheitskontrolle von Objekten durchgeführt werden.
-
In diesem Fall werden zweckmäßig in der Auswerteeinheit die Amplituden der Empfangssignale mit wenigstens einem Schwellwert bewertet.
-
Die so generierten Objektfeststellungssignale stellen dann vorteilhaft binäre Signale dar, deren Schaltzustände angeben, ob ein Objekt im Überwachungsbereich vorhanden ist oder nicht.
-
Alternativ bilden der Sender und der Empfänger des Sensormoduls einen Distanzsensor aus.
-
Im einfachsten Fall werden im Sensormodul bestimmte Distanzwerte direkt als analoge Objektfeststellungssignale über die Schnittstelleneinheit ausgegeben.
-
Alternativ sind die Objektfeststellungssignale Distanzsignale.
-
Die Abmessungen derartiger Schutzfelder, die begrenzte Zonen innerhalb des Überwachungsbereichs bilden, können in der Auswerteeinheit als Parameter abgespeichert werden. In der Auswerteeinheit wird dann anhand der ermittelten Positionswerte für ein Objekt, die sich aus den Distanzwerten und der aktuellen Winkelstellung des Sensormoduls ergeben, ermittelt, ob sich das jeweils detektierte Objekt innerhalb des Schutzfelds befindet oder nicht. Das daraus resultierende Objektfeststellungssignal ist ein binäres Schaltsignal, das über die Schnittstelleneinheit ausgegeben wird.
-
Generell werden durch die Drehbewegung des Sensormoduls die elektromagnetischen Strahlen in einem vorgegebenen Winkelbereich geführt.
-
Der Winkelbereich kann dabei 360°C oder nur einen Teil davon betragen.
-
Vorteilhaft weist das Grundmodul ein Gehäuse mit einem Fenster auf, wobei durch die Drehbewegung des Sensormoduls die elektromagnetischen Strahlen an unterschiedlichen Stellen durch das Fenster in den Überwachungsbereich geführt sind.
-
Durch das Gehäuse und das Fenster ist das Sensormodul gegen Umwelteinflüsse geschützt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Komponenten des Sensormoduls drahtlos vom Grundmodul mit Energie versorgt.
-
Weiter vorteilhaft erfolgt zwischen Komponenten des Sensormoduls und des Grundmoduls eine berührungslose Datenübertragung.
-
Damit sind keine aufwändigen leitungsgebundenen Daten- oder Energieübertragungsmittel von dem stationären Grundmodul zum rotierenden Sensormodul erforderlich.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in dem Grundmodul eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen, wobei zwischen der Steuerund Auswerteeinheit und der Auswerteeinheit die berührungslose Datenübertragung erfolgt.
-
Zweckmäßig erfolgt die berührungslose Datenübertragung über eine Funkschnittstelle.
-
Die Steuer- und Auswerteeinheit kann einerseits zur Steuerung von Komponenten des Sensors dienen. Weiterhin kann in der Steuer- und Auswerteeinheit wie auch in der Auswerteeinheit eine Generierung von Objektfeststellungssignalen in Abhängigkeit der Sensormodule erfolgen, wobei bevorzugt eine geeignete Arbeitsteilung zwischen Steuer- und Auswerteeinheit und Auswerteeinheit vorgesehen ist. Für den Fall, dass das Sensormodul einen Distanzsensor aufweist, können beispielsweise in der Auswerteeinheit Distanzmesswerte ermittelt werden, die dann in der Steuer- und Auswerteeinheit dahingehend ausgewertet werden, ob sich ein Objekt in einem bestimmten Schutzfeld befindet. Hierzu sind in der Steuer- und Auswerteeinheit geeignete Schutzfelder abgespeichert.
-
In diesem Fall weist das Grundmodul eine der Steuer- und Auswerteeinheit zugeordnete berührungslos arbeitende Schnittstelleneinheit und/oder eine leitungsgebundene Schnittstelle auf, über welche Objektfeststellungssignale, die in der Steuer- und Auswerteeinheit generiert werden oder in die Steuer- und Auswerteeinheit eingelesen werden, an eine externe Einheit übertragen werden.
-
Damit stehen weitere Schnittstellen zur externen Einheit zur Verfügung, wodurch die Einsatzmöglichkeiten des Sensors erweitert werden.
-
Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Sensors wird dadurch noch weiter erhöht, dass dieser über die oder jede Schnittstelleneinheit parametrierbar ist.
-
Zudem sind über die oder jede Schnittstelleneinheit Diagnosedaten übertragbar.
-
Die Parametrier- und Diagnosemöglichkeit über eine berührungslos arbeitende Schnittstelle ermöglicht eine besonders einfache und komfortable Installation und Kontrollmöglichkeit des Sensors während seines Arbeitsbetriebs. Insbesondere ist eine Parametrierung und Diagnose auch dann einfach möglich, wenn der Sensor in schwer zugänglichen Einbauorten installiert ist.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Sensor als Sicherheitssensor ausgebildet. Damit kann der Sensor in sicherheitstechnischen Applikationen, insbesondere im Bereich des Personenschutzes, eingesetzt werden.
-
Zur Erfüllung der hierfür notwendigen Sicherheitsanforderungen weist die Auswerteeinheit und die Steuer- und Auswerteeinheit jeweils einen fehlersicheren Aufbau auf.
-
Die Fehlersicherheit kann durch einen redundanten, das heißt zweikanaligen Aufbau der Auswerteeinheit beziehungsweise Steuer- und Auswerteeinheit realisiert werden.
-
Weiterhin sind durch die Drehbewegung des Sensormoduls die elektromagnetischen Strahlen in einem vorgegebenen Winkelbereich geführt.
-
Die Fehlersicherheit der Datenübertragung kann durch geeignete Kontrollmaßnahmen wie Prüfsummen für die einzelnen gesendeten Datentelegramme erzielt werden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1: Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors.
-
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors 1 zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Der Sensor 1 ist im vorliegenden Fall als optischer Sensor ausgebildet.
-
Der Sensor 1 weit ein feststehendes Grundmodul 2 auf. Das Grundmodul 2 umfasst einen Schockel 3, auf dem ein kreiszylindrisches Fenster 4 aufsitzt, dessen Oberseite mit einem nicht transparenten Deckel 5 verschlossen ist.
-
In dem Grundmodul 2 ist ein Sensormodul 6 drehbar gelagert. Mittels eines Motors 15 wird das Sensormodul 6 um eine senkrecht zur Ebene des Sockels 3 verlaufende Drehachse D in eine Drehbewegung versetzt. Mittels eines nicht dargestellten Winkelgebers wird die aktuelle Drehposition des Sensormoduls 6 fortlaufend erfasst.
-
Das Sensormodul 6 weist einen Lichtstrahlen 7 emittierenden Sender 8 und einen Lichtstrahlen 7 empfangenden Empfänger 9 auf. Dem Sender 8, der beispielsweise als Laserdiode ausgebildet sein kann, kann eine Sendeoptik vorgeordnet sein. Dem Empfänger 9, der von einer Photodiode oder dergleichen gebildet sein kann, kann eine Empfangsoptik nachgeordnet sein.
-
Der Sender 8 und der Empfänger 9 bilden einen Distanzsensor. Die mit dem Distanzsensor durchgeführten Distanzmessungen erfolgen nach einem Puls-Laufzeit-Verfahren. Hierzu emittiert der Sender 8 Lichtstrahlen 7 in Form von Lichtimpulsen. Alternativ kann die Distanzmessung nach einem Phasenmessverfahren erfolgen. Durch die Drehbewegung des Sensormoduls 6 werden die Lichtstrahlen 7 in einem Winkelbereich von 360° innerhalb einer Abtastebene abgelenkt. Prinzipiell kann das Fenster 4 nur innerhalb eines Teilwinkelbereichs für die Lichtstrahlen 7 transparent sein, so dass mit dem Lichtstrahlen 7 eine Abtastung in einem Winkelbereich kleiner als 360° erfolgt.
-
Bei einer Distanzmessung werden die vom Sender 8 emittierten Lichtstrahlen 7 durch das Fenster 4 in den Überwachungsbereich geführt, an einem zu detektierenden Objekt reflektiert und dann zurück zum Empfänger 9 geführt. Die dadurch im Empfänger 9 generierten Empfangssignale werden in einer Auswerteeinheit 10 zur Ermittlung von Distanzwerten ausgewertet.
-
Die Auswerteeinheit 10 ist im einfachsten Fall von einem Mikroprozessor gebildet. Für den Einsatz im Bereich der Sicherheitstechnik weist die Auswerteeinheit 10 einen fehlersicheren Aufbau in Form von zwei sich gegenseitig überwachenden Mikroprozessoren auf.
-
Die ermittelten Distanzwerte werden als Objektfeststellungssignale über eine im Sensormodul 6 integrierte, berührungslos arbeitende Schnittstelleneinheit 11 an eine externe Einheit übertragen, die hierzu eine zur Schnittstelleneinheit 11 korrespondierende Schnittstelleneinheit aufweist.
-
Über die Schnittstelleneinheit 11 erfolgt eine serielle Datenübertragung, insbesondere in Form von Lichtsignalen oder Funksignalen.
-
In dem Grundmodul 2 ist eine Steuer- und Auswerteeinheit 12 integriert, die einen der Auswerteeinheit 10 entsprechenden Aufbau aufweist. Mit der Steuerund Auswerteeinheit 12 werden Komponenten des Sensors 1, wie zum Beispiel der Motor 15 gesteuert. Zudem kann ein Teil der Signalauswertung der Signale des Distanzsensors in der Steuer- und Auswerteeinheit 12 erfolgen.
-
Die Komponenten des Sensormoduls 6 werden vom Grundmodul 2 aus drahtlos, insbesondere induktiv oder kapazitiv, mit Energie versorgt. Weiterhin ist eine berührungslose Datenübertragungsstrecke, insbesondere eine Funkübertragungsstrecke zwischen dem Sensormodul 6 und dem Grundmodul 2, insbesondere zwischen der Auswerteeinheit 10 und der Steuer- und Auswerteeinheit 12 vorgesehen.
-
An die Steuer- und Auswerteeinheit 12 ist eine berührungslos arbeitende Schnittstelleneinheit 13 angeschlossen, deren Aufbau der Schnittstelleneinheit 11 des Sensormoduls 6 entspricht. Weiterhin ist an die Steuer- und Auswerteeinheit 12 eine leitungsgebundene Schnittstelle 14 angeschlossen. Über die Schnittstelleneinheit 13 und die Schnittstelle 14 können Daten, insbesondere Objektfeststellungssignale, an die externe Einheit übertragen werden. Prinzipiell kann auch nur eine Schnittstelleneinheit 13 oder eine Schnittstelle 14 zugeordnet sein.
-
Gemäß einer ersten Variante können im Sensormodul 6 generierte Objektfeststellungssignale an die Steuer- und Auswerteeinheit 12 gesendet und über die Schnittstelleneinheit 13 beziehungsweise die Schnittstelle 14 an die externe Einheit gesendet werden.
-
Im vorliegenden Fall werden im Sensormodul 6 ermittelte Distanzwerte als analoge Distanzwerte über die Schnittstelleneinheit 13 an die externe Einheit ausgegeben.
-
Die Distanzwerte werden dann zusätzlich von der Auswerteeinheit 10 in die Steuer- und Auswerteeinheit 12 eingelesen. Dort sind Schutzfelder als definierte Zonen innerhalb des Überwachungsbereichs gespeichert. Mittels der Steuerund Auswerteinheit 12 werden selektiv einzelne Schutzfelder aktiviert, um dann zu prüfen, ob ein Objekt oder eine Person in dieses Schutzfeld eingedrungen ist. Hierzu erfolgt in der Steuer- und Auswerteeinheit 12 zunächst eine Positionsbestimmung des Objekts oder der Person, indem die aktuellen Distanzwerte abhängig von der aktuellen Winkelposition erfasst werden. Danach wird geprüft, ob ein Eingriff in das Schutzfeld erfolgt. Abhängig hierzu wird als Objektfeststellungssignal ein binäres Schaltsignal generiert, dessen Schaltzustände angeben, ob ein Eingriff in das Schutzfeld gegeben ist oder nicht. Dieses binäre Schaltsignal wird über die Schnittstelleneinheit 13 oder die Schnittstelle 14 des Grundmoduls 2 an die externe Einheit ausgegeben.
-
Über die Schnittstelleneinheit 13 des Sensormoduls 6 und des Grundmoduls 2 können neben den Objektfeststellungssignalen auch weitere Daten übertragen werden. Diese Datenübertragung kann für eine Konfigurierung beziehungsweise Parametrierung des Sensors 1 von einer externen Einheit genutzt werden. Weiterhin können auch Diagnosedaten des Sensors 1 übertragen werden.
-
Für den Fall, dass der Sensor 1 ein Sicherheitssensor ist, sind neben der Auswerteeinheit 10 und der Steuer- und Auswerteeinheit 12 auch alle Datenübertragungsstrecken des Sensors 1 fehlersicher ausgebildet, was durch geeignete Absicherungen der gesendeten Datentelegramme über Prüfsummen und dergleichen erreicht werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sensor
- 2
- Grundmodul
- 3
- Sockel
- 4
- Fenster
- 5
- Deckel
- 6
- Sensormodul
- 7
- Lichtstrahlen
- 8
- Sender
- 9
- Empfänger
- 10
- Auswerteeinheit
- 11
- Schnittstelleneinheit
- 12
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 13
- Schnittstelleneinheit
- 14
- Schnittstelle
- 15
- Motor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
