DE202016100485U1

DE202016100485U1 - Überwachungs- oder Messsystem

Info

Publication number: DE202016100485U1
Application number: DE202016100485.3U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2016-02-22
Anticipated expiration: 2026-02-02

Abstract

Überwachungs- oder Messsystem, umfassend eine optische Sensoreinheit (1) zur Erkennung eines Objekts (3) und/oder eines Hintergrunds (4), wobei die optische Sensoreinheit (1) zur Ausstrahlung von Infrarotlicht und zum Empfang des von dem Objekt (3) und/oder dem Hintergrund (4) remittierten Infrarotlichtes ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zu überwachende Objekt (3) und/oder der Hintergrund (4) auf einer, das Infrarotlicht emittierenden Seite (5) mit einer Schicht (6, 10) versehen ist, wobei die Schicht (6, 10) Infrarotlicht-remittierende Elemente aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungs- oder Messsystem, umfassend eine optische Sensoreinheit zur Erkennung eines Objekts und/oder eines Hintergrunds, wobei die optische Sensoreinheit zur Ausstrahlung von Infrarotlicht und zum Empfang des von dem Objekt und/oder dem Hintergrund remittierten Infrarotlichtes ausgebildet ist.
Optische Sensoren werden in vielen Anwendungsgebieten für Messaufgaben oder zur Sicherheitsüberwachung in einer Szene, wie einer Produktionshalle, genutzt. Dabei werden Objekte inspiziert, Schutzräume überwacht oder weitere Objekte, wie beispielsweise Menschen detektiert. Im Rahmen seines Messprinzips beleuchtet der Sensor die zu überwachende Szene aktiv mit einem Infrarotlicht, gegebenenfalls auch mit einem speziell strukturierten Muster und empfängt das von dem Objekt oder der Szene reflektierte Infrarotlicht zur Signalauswertung. In den meisten Situationen detektiert der Sensor fix-installierte oder bewegliche Objekte, wie beispielsweise der Hintergrund/Boden, Maschinen oder Roboter. Allerdings weisen bestimmte Szeneobjekte eine zu niedrige Infrarotlichtremission auf. Das bedeutet, dass zu wenig Infrarotlicht von dem zu überwachenden Objekt zurück zum Sensor gestrahlt wird, was die Folge hat, dass die Signalstärke des remittierten Lichtes dieser Objekte zu gering ist, um diese zuverlässig durch den Sensor detektieren zu können. In anderen Fällen wird von diesen Szeneobjekten eine zu hohe Infrarotlichtremission abgegeben, da diese glänzen und somit zu viel Licht der Infrarotlichtbeleuchtung, die vom Sensor ausgestrahlt wird, reflektieren. In diesem Fall ist die Signalstärke des remittierten Infrarotlichtes dieser Objekte im Gegensatz zur restlichen Szene zu groß, um diese Objekte bzw. Schutzräume über diesen Objekten oder bewegliche Objekte über diesen Hintergrundobjekten sicher und/oder zuverlässig detektieren zu können.
Um diese unterschiedlichen Signalstärken verarbeiten zu können, sind verschiedene Verfahren bekannt. So können beispielsweise mehrere Bilder mit einem größeren Dynamikumfang aufgenommen werden, etwa mithilfe eines HDR-Imagesensors (High Dynamic Range Image). Dieses Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass die Szene mit mehreren Belichtungen unterschiedlicher Belichtungszeit beleuchtet wird. Durch die mehrmalige, kombinierte Aufnahme ergeben sich Verzögerungen in der Ansprechzeit des Sensorsystems und Probleme mit der Bewegungsunschärfe.
Für zu starke Signale besteht eine weitere Möglichkeit darin, die Szene mit einem Infrarotlicht geringerer Lichtausgangsleistung zu beleuchten, um weniger remittiertes Licht zu empfangen. Das hat den Nachteil, dass andere, dunklere Objekte in der Szene nicht mehr sicher bzw. robust erkannt werden. Bei einer Behandlung zu heller Objekte mit einem Antiglanzspray, welche beispielsweise für 3D-Laserscanner entwickelt wurden, können die Glanz-/Remissionseigenschaften der Objekte verändert werden. Sprays haben allerdings den Nachteil, dass das aufgetragene Spray nicht dauerhaft auf der Szene bzw. dem Objekt haften bleibt und/oder die visuelle Erscheinung der Oberfläche verändern.
In einer anderen Ausgestaltung können Szeneobjekte mit niedriger oder hoher Remission in der Szene durch Objekte mit einer anderen Remission ersetzt werden. Ein Austausch der ursprünglichen Szeneobjekte durch ein helleres oder durch Anstrich der Maschine ist eine Veränderung der ursprünglichen Szene. In bestimmten Fällen ist die visuelle Veränderung der Szene nicht erwünscht oder nicht möglich, beispielsweise aus Corporate Design-Gründen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mit Infrarotlicht höherer Ausgangsleistung die Szene zu beleuchten, um mehr remittiertes Licht zu empfangen. Allerdings bestehen Augenschutzbestimmungen, welche dieses Vorgehen eingrenzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungs- oder Messsystem anzugeben, bei welchem lediglich die Szene bzw. der Signalpfad in der Szene modifiziert wird, um das remittierte Licht entsprechend des remittierenden Objektes anzupassen, so dass eine geeignete Auswertung des remittierten Lichtes durch den Sensor möglich ist, wobei Störsignale unverändert bleiben sollen.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass das zu überwachende Objekt und/oder der Hintergrund auf einer das Infrarotlicht remittierenden Seite mit einer Schicht versehen ist, wobei die Schicht Infrarotlicht-remittierende Elemente aufweist. Das hat den Vorteil, dass eine definierte Signalstärke des remittierten Lichtes erzeugt wird, wodurch die Gesamtheit der Szene visuell unverändert bleibt. Die Veränderung des Signalpfades stellt somit nur eine selektive Modifizierung dar, wofür eine ausgewogene Signalstärke des remittierten Lichtes der Infrarotlichtbeleuchtung an den fix-installierten Szeneobjekten gesorgt wird. Beim Einsatz dieser Vorrichtung wird sichergestellt, dass trotz der beschriebenen Objekte das Messprinzip sicher und zuverlässig gewährleistet werden kann. Insbesondere wird dabei erreicht, dass die detektierte Szene beim Einsatz der Infrarotsensoreinheit visuell oder nahezu visuell dasselbe Erscheinungsbild hat wie zuvor ohne Einsatz der Sensoreinheit.
Vorteilhafterweise ist die Schicht mit einem Klarlack oder einem transparenten Spray überzogen, wobei der Klarlack oder das transparente Spray retroreflektierende Partikel aufweisen. Somit erhält die Schicht einen Überzug mit retroreflektierenden Partikeln, die die Signalstärke im Signalpfad des remittierten Infrarotlichtes verstärken.
In einer Alternative ist auf der Schicht eine retroreflektierende Partikel umfassende Folie aufgebracht. Die Folie, welche zusätzlich auf der Schicht aufgebracht wird, enthält eine spezielle funktionale Partikelmischung, welche einen Anteil retroreflektierender Partikel zur definierten Reflexion des Infrarotlichtes der von der Sensoreinheit ausgesendeten Infrarot-Beleuchtung aufweist.
In einer Ausführungsform sind die retroreflektierenden Partikel auf einer Oberfläche der Folie angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders intensive Remission der Infrarotstrahlung vom reflektierenden Objekt zurück zur Sensoreinheit erfolgt.
In einer Alternative sind die retroreflektierenden Partikel integraler Bestandteil der Folie. Dabei vereinfacht sich der Herstellungsprozess, da die retroreflektierenden Partikel in eine Schmelze zur Folienherstellung beigemengt werden.
In einer weiteren Alternative werden die retroreflektierenden Partikel zwischen zwei Folien platziert. Dadurch werden die Partikel zu einem Großteil von Luft umhüllt wodurch für die retroreflektive Eigenschaft von Mikrokugeln besonders günstige Brechungsindexsprünge geschaffen werden.
In einer Weiterbildung sind die retroreflektierenden Partikel als Mikrokugeln ausgebildet, was eine besonders kostengünstige Lösung darstellt.
In einer Variante weisen der Klarlack und/oder die Folie Infrarotlicht-absorbierende und gleichzeitig visuell transparente Partikel auf. Diese Partikel werden insbesondere bei glänzenden Oberflächen eingesetzt, wodurch diesen durch die Infrarotlicht-absorbierenden Partikeln der Glanzeffekt genommen wird. Da aber gleichzeitig auch retroreflektierende Partikel in der Folie enthalten sind, wird auch in diesem Fall der Signalpfad des Infrarotlichtes, welches von der Oberfläche des glänzenden Objektes remittiert wird, verstärkt.
Vorteilhafterweise arbeitet die Sensoreinheit nach einem Ruhestromprinzip. Das bedeutet, dass der Hintergrund des auszuleuchtenden Objektes durch den Sensor robust detektiert werden kann, so dass stets eine Referenzbasis der Szene als Vergleich zur Verfügung steht.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Drei davon sollen anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überwachungs- oder Messsystems,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überwachungs- oder Messsystems,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überwachungs- oder Messsystems.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1a ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überwachungs- und/oder Messsystems dargestellt. Das Überwachungs- oder Messsystem besteht aus einer optischen Sensoreinheit 1, welche einen Sichtbereich 2 aufweist, in dem ein Objekt 3, beispielsweise eine Maschine, auf einem Boden 4 steht. Der Sichtbereich 2 der Sensoreinheit 1 umfasst dabei sowohl das Objekt 3 als auch den Boden 4. Die Sensoreinheit 1 sendet ein Infrarotsignal S aus, mit welchem der Sichtbereich 2 beleuchtet wird. Der Teil des Infrarotlichtes, welcher auf das Objekt 3 fällt, wird von dem Objekt 3 remittiert, wobei das remittierte Infrarotlicht an die Sensoreinheit 1 zur Auswertung des Signals S reflektiert wird. Um das von dem feststehenden Objekt 3 remittierte Infrarotlicht zu steigern und damit seine Signalstärke zu erhöhen, wird die Seite 5 des Objektes 3, welches von dem Infrarotlicht angestrahlt wird, mit einer Schicht 6 lackiert. Diese Schicht 6 enthält anstelle von Infrarot-absorbierenden Pigmenten Infrarotlicht-remittierende Pigmente, beispielsweise BASF Sicopal. Damit wird die eigentlich niedrige Remission des Objektes 3 erhöht, so dass die Signalstärke des remittierten Infrarotlichtes erhöht wird, was die Sensoreinheit 1 in die Lage versetzt, dieses Signal S auszuwerten.
In einer Alternative, die in 1b dargestellt ist, weist das Objekt 3 auf der der Sensoreinheit 1 zugewandten Seite 5 eine bestehende Farbe oder Schicht auf, welche zusätzlich mit einem Klarlack überzogen ist. Dieser Klarlack kann auch mit einem transparenten Spray aufgebracht werden, wobei in den Klarlack retroreflektierende Partikel 7 zur Verbesserung der Remissionsfähigkeit des Objektes 3 aufgebracht sind. Bei diesem retroreflektierenden Partikel 7 kann es sich beispielsweise um Mikrokugeln handeln.
In einer Alternative dazu wird anstelle des Klarlacks eine Folie auf der Seite 5 des Objektes 3 aufgebracht, die der Sensoreinheit 1 zugewandt ist. Auch diese Folie enthält eine funktionale Partikelmischung, welche entweder oben auf der Folie aufsitzt, wie in 1 b dargestellt, oder aber integraler Bestandteil der Folie ist, indem diese in eine Schmelze zur Folienherstellung beigemengt sind. Alternativ können die Partikel auch zwischen zwei Folien angeordnet sein. Die funktionale Partikelmischung enthält dabei ebenfalls einen Anteil an retroreflektierenden Partikeln 7, welche insbesondere als Mikrokugeln ausgebildet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass das Messprinzip nach dem Ruhestromprinzip auch bei Objekten mit niedriger Infrarotremission angewandt werden kann, wobei der visuelle Eindruck der auszuleuchtenden Szene unverändert bleibt. Auf eine zusätzliche Hardware, wie beispielsweise HDR-Sensoren, kann verzichtet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 2a dargestellt, wo davon ausgegangen wird, dass das zu beleuchtende Objekt 3 glänzt und somit das remittierende Signal S des Objektes 3 eine Blendung auslöst. Auch in diesem Fall kann die Blendung reduziert werden, wenn das Objekt 3 mit einer Schicht 6 neu belegt wird. Bei im Infrarotlicht dunkel erscheinenden Farben können anstelle von Infrarotlicht absorbierenden Pigmenten Infrarotlicht-remittierende Pigmente dem Farblack 6 beigemischt werden, um ein im Infrarotlicht definiertes Verhalten zu erzeugen. In einer alternativen Lösung, die in 2b dargestellt ist, wird die bestehende Farbe bzw. Lackierung des Objektes 3 zusätzlich mit einer Folie 8 beklebt. Diese Folie 8 enthält eine funktionale Partikelmischung, die entweder auf die Folie 8 aufgebracht oder einer Schmelze zur Folienherstellung beigemengt ist, oder die Partikel sind zwischen zwei Folien eingebettet. Diese funktionale Partikelmischung enthält einen Anteil retroreflektierender Partikel 7, z. B. Mikrokugeln, zur definierten Reflexion des Infrarotlichtes der von der Sensoreinheit 1 ausgesendeten Infrarotlichtbeleuchtung und einen Anteil Infrarotlicht-absorbierender und gleichzeitig visuell transparenter Partikel 9 zur Abschirmung des glänzenden Untergrundes des Objektes 3 und zur Einhaltung des visuellen Farbeindruckes. Bei dieser Anordnung ist das Messprinzip nach dem Ruhestromprinzip anwendbar, obwohl die Objekte 3 mit einer hohen Infrarot-Remission/-Reflexion/-Glanz ausgebildet sind. Im Gegensatz zur Lösung mit Sprays sind die hier vorgeschlagenen Lösungen dauerhaft anwendbar, da diese sich nicht von dem Objekt 3 absetzen.
3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher der Hintergrund, beispielsweise der Boden 4, eine niedrige Remission aufweist. Wie in 3a dargestellt, beleuchtet die optische Sensoreinheit 1 den Boden 4, welcher dieses Infrarotlicht remittiert. Um die Remission des Infrarotlichtes zu erhöhen, ist der Boden 4 mit einer Schicht 10 lackiert, welche anstelle von Infrarot-absorbierenden Pigmenten Infrarot-remittierende Pigmente 7 aufweist. Dadurch wird die Remissionsfähigkeit erhöht und das Signal S des remittierten Lichtes verbessert.
In 3b ist der Boden 4 bei bestehender Bodenfarbe zusätzlich mit einem Klarlack 11 überzogen, welcher auch mittels eines transparenten Sprays mit retroreflektierenden Partikeln, beispielweise Mikrokuglen, aufgebracht werden kann. Auch durch diese Maßnahme wird die Signalstärke S des remittierten Lichtes erhöht, wodurch eine Retroreflexion mit einem Signal S erfolgt, welches die Sensoreinheit 1 auswerten kann.
Alle diese Beispiele ermöglichen die Anwendung des Ruhestromprinzips als Messprinzip, obwohl sowohl der Hintergrund als auch auszumessende Objekte ursprünglich eine zu niedrige oder eine zu hohe Infrarotlichtremission aufweisen. Mittels dieses Messprinzips bleibt der (für das menschliche Auge) visuelle Eindruck der Szene unverändert, und es kann auf eine zusätzliche Hardware verzichtet werden, was die Vorrichtung kostengünstig gestaltet.

Claims

Überwachungs- oder Messsystem, umfassend eine optische Sensoreinheit (1) zur Erkennung eines Objekts (3) und/oder eines Hintergrunds (4), wobei die optische Sensoreinheit (1) zur Ausstrahlung von Infrarotlicht und zum Empfang des von dem Objekt (3) und/oder dem Hintergrund (4) remittierten Infrarotlichtes ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zu überwachende Objekt (3) und/oder der Hintergrund (4) auf einer, das Infrarotlicht emittierenden Seite (5) mit einer Schicht (6, 10) versehen ist, wobei die Schicht (6, 10) Infrarotlicht-remittierende Elemente aufweist.
Überwachungs- oder Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) mit einem Klarlack oder einem transparenten Spray überzogen ist, wobei der Klarlack oder das transparente Spray retroreflektierende Partikel (7) aufweisen.
Überwachungs- oder Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schicht (6) eine retroreflektierende Partikel (7) umfassende Folie (8) aufgebracht ist.
Überwachungs- oder Messsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die retroreflektierenden Partikel (7) auf einer Oberfläche der Folie (8) angeordnet sind.
Überwachungs- oder Messsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die retroreflektierenden Partikel (7) integraler Bestandteil der Folie (8) sind.
Überwachungs- oder Messsystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die retroreflektierenden Partikel (7) als Mikrokugeln ausgebildet sind.
Überwachungs- oder Messsystem nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klarlack und/oder die Folie (8) Infrarotlicht-absorbierende und gleichzeitig visuell transparente Partikel (9) aufweisen.
Überwachungs- oder Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinheit (1) nach einem Ruhestromprinzip arbeitet.