专利名称：防止碰撞的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一安全装置的医学设备和一种用于该医学设备的防护方法。
背景技术：
医学检查往往使用一些由于其工作性质需要实施运动的设备。在这方面例如是MRT、CT、X射线等类似设备。由于医学设备的运动而存在的危险是，在设备工作期间与处于危险区内的人或物相撞或在工作期间与无意中进入到危险区中的人或物相撞。除此之外，即便是对于那些不实施运动的医学设备，仍可能由于危险区内有人会对于人或设备本身带来危险。因此有必要提供相应的装置和方法，借助它能识别出处于危险区内的人或物，并能采取适当的安全预防措施。
使用能给出一种与角度有关的距离信息的激光扫描器，提供了一种可能性，即，监测运动机器的有效范围或设备周围的区域。当然这种技术成本极高。
另一种可能性是使用开关板(Schaltleiste)，它安装在设备本身上，当碰撞时由于压力改变对碰撞作出反应，并借此促使立即停止设备的运动。
但这种方法的缺点是机器存在空转时间，这意味着存在从识别出碰撞到最终停止运动的时间间隔，以及需要必须比较高的压力，并且只有在碰撞已经发生时才能通过使用开关板识别碰撞这一事实。
发明内容
因此本发明的目的是创造一种装置和一种方法，它能及时识别危险，易于适应设备不同的工作状态并与此同时是低成本的。
本发明有关装置的目的通过一种医学设备实现，该医学设备包括一安全装置，该安全装置有至少一个用于发出光信号的光源、至少一个用于探测由该光源发出的光信号的传感器，其中，该光源和传感器布置成，使得能识别出在待监测的区域内的非预期的物体，以及该安全装置还有一个用于控制所述设备的控制单元，其中，当通过光源和传感器识别到在待监测的区域内一个非预期的物体时，该控制单元将所述设备转换到一个安全的工作状态。
本发明有关方法的目的通过一种防护方法实现，该方法包括下列步骤借助一光源发出一光信号；通过一传感器来探测由所述光源发出的光信号；按一种能识别出在待监测区域内的非预期的物体的方式来布置所述光源和传感器；当通过所述光源和传感器识别到在所述待监测的区域内有一非预期的物体时，通过所述控制单元来控制该设备以及将设备转换到一个安全的工作状态。
通过使用一种光源-传感器装置，可以监测所述设备周围的任意区域，由此可以及时识别到危险并相应地调整设备的工作状态。此外，通过此装置可以监测不同设备的危险区并转换其运动方向。
此外，可以允许使用通用的廉价光源和传感器，保持低的成本。
按照本发明的一优选实施例，所述控制单元可基于由所述传感器探测到的光信号来确定，是否有一个其上反射光信号的物体处于沿所述发出的光信号的方向上。
所述控制单元优选地基于由所述传感器探测到的光信号来计算在所述光源与所述其上反射光信号的物体之间的距离。
当所确定的到所述物体的距离小于或大于一规定值时，所述控制单元有利地改变该设备的工作方式或停止该设备的运行。
此外，有利的是，至少两个光源发出互相平行延伸的光信号。
优选，至少两个光源发出互相不平行延伸的光信号。
至少一个光源是可运动的，使得所述发出的光信号的方向是可变的。
至少一个光源有利地装在所述设备上。
此外，至少一个光源有利地紧邻所述设备安装。
优选，为每个光源准确地配设一个传感器。
此外，优选，所述光源和对应配设的传感器直接毗邻地布设。
所述光源可以涉及一种红外线发光二极管。
此外，所述传感器可涉及一种红外传感器。
下面借助附图对本发明予以详细说明。附图中图1表示按照本发明的装置的一个简化方块图；图2表示所述按照本发明的装置的第一个实施例；图3表示所述按照本发明的装置的第二个实施例；图4表示所述按照本发明的装置的第三个实施例；以及图5表示用于计算距离的三角测量原理的示意图。
具体实施例方式
图1表示按照本发明的装置的一个简化方块图。在这里分别由一个光源3和一个传感器2组成一个装置1，也就是说，为每一个光源3对应配设一个传感器2，并且光源3和对应配设的传感器2直接毗邻地安置。光源3用于发出光信号10，优选为一种在红外区内的光信号。为此，使用一红外线发光二极管作为光源3。传感器2用于探测由光源3发出的光信号，在这里它优选地涉及一种红外传感器。
可以为由光源3和传感器2组成的装置1使用一个外壳，在该外壳内，光源3和传感器2以一个约1cm的间距直接毗邻地布设，以及在该外壳内集成组合有必要的例如透镜的光学元件，用于在外壳内共同影响射线。所述外壳的尺寸优选地大约为长度4cm、宽度1cm和高度1.5cm。在这里，每个装置1能够提供相对于一个处于该装置1前面的物体的距离。
图5中示意性地表示出用于距离计算的三角测量原理。光源3与传感器2彼此相隔一个间距A。一个物体O处于与离光源3相距一个起先未知的距离E处。光源3发出一光信号10a，该光信号10a被物体O反射并因而传导到传感器2。通过相应地控制光源3可以任意改变发射角β，该发射角β是光源3与传感器2之间的连线V与发出的光信号10a的方向之间的夹角。在图5所示的示例中，β角正好是90°。通过对位置敏感的探测器以及相应的透镜装置，传感器2可以确定所述连线V与从物体O反射的光信号10b之间的夹角角度α。借助于等于90°的角β、一个已知的距离A以及一个已知的角度α，可以通过直角三角形中的角度关系确定光源3与物体O之间的距离E，也就是说在本示例中得出E＝A×cotα
按类似的方式，通过使用相应的三角定理，也可以计算在β≠90°的三角形中的距离A。
因此，每个由光源3和传感器3组成的在图中表示的装置1，可以提供一个有关处于光源3前面的物体的距离信息。一个这种装置1的最大作用距离大约为80cm。超过最大测量范围的距离信息看作无穷大。可以在一块开关板4上安装多个装置1，从而可可以分析评估多个并列的装置1的信号，其结果是相应地增大了监测区域。
在这里，一个控制单元9监测所述测量信号的控制、检测和分析。该控制单元9由一个微控制器5组成，它负责直接控制光源3和传感器2并检测由传感器所测得的值。微控制器5可以逐个控制传感器2，以避免受相邻传感器2的影响。
因此每个距离信息属于某个单个的传感器2。此外，微控制器5根据这些传感器2提供的全部测量值，测算出是否有物体处于传感器2的测量范围内，该物体位置在那里，它有多大，以及它是否沿某个方向运动。此外，该微控制器5可以将通过由光源3和传感器2组成的装置1监测的范围调整为与运动或局部的现状相适应。为此，微控制器5通过一接口6，例如通过一CAN总线，与上一级控制装置7连接。微控制器5的检测结果可以通过接口6进一步传输给上一级控制装置7，由此，上一级控制装置7可以控制光源3和传感器2使之适应测量结果和外部状况。例如，可以选择性地使各个传感器2发挥作用，或者可以规定哪一个传感器在什么时候应当提供重要的信号，或哪一个传感器信号被用于分析评估。
采用按照本发明的装置，可以通过这种多个传感器的布设结构，在三维空间内展开一个监测面。一个监测面可以从一个基准点出发总是沿两个方向展开。若将此监测面例如置于一个坐标系内，则此监测面可以从原点出发沿X方向和Y方向展开，如图2至4所示。沿X方向的伸展以及进而沿X方向的限制，通过并列地设置多个光源3和传感器2来进行。每个装置1扩展了沿X方向的监测范围。全部并列定位的装置1确定了所述展开面的宽度。通过传感器2的距离信息限定该展开面沿Y方向的展开。因此，所述展开面沿Y方向或通过最大传感范围限制，由此也不会通过传感器2探测到光信号10的反射，或此展开面通过物体、例如墙壁或地板限制。在这种情况下，光信号10被墙壁或地板反射和通过传感器2探测。
采用这一原理，不需要将光源3和传感器2相对的布设，象例如在光栅中的情况那样，由此对于展开面而言获得一高的灵活性，以及可以实现展开面沿空间的任何方向伸展。
图2所述按照本发明的装置的第一个实施例。在这里，在用于医学检查的设备8上，如MRT、CT、X射线等设备上，安装一些开关板4，它们带有多个并列定位的由光源3和传感器2组成的装置1，所以通过装置1沿开关板4以及发出的光信号10伸展为一个直角形监测面。
图3表示按本发明的装置的第二个实施例。在这里，为了减少所使用的装置1的数量，在一块开关板4上只分别安装两个装置1，以及所发出的光信号10不是互相平行的而是互相交叉地排列。
图4表示按本发明的装置的第三个实施例，其中在开关板4上只分别安装一个装置1，在这种情况下光源3是运动的，所以所发出的光信号10的方向是可变的。由此所展开的监测面沿X方向通过光源3的已知角度设计来确定，以及沿Y方向通过能检测到的最大距离来确定。因此，所述监测面具有一圆弧段的形状。
应当注意，本发明不限于上面已说明的实施方式，确切地说可以对不同的实施形式进行互相组合，此外，所述开关板4可以或者装在设备8本身上，或者装在设备8附近。
所述控制单元可基于传感器信号、设备8的已知运动方向以及已知的空间环境，根据信号测算出是否在传感器2的范围内存在不危险的物体，例如地板或墙壁，或者是否存在处于危险区内的人或物。在面临设备8与处于危险区内的物或人有碰撞危险的情况下，该控制单元命令设备8停止运作或者改变该设备8的工作方式，以防止碰撞并因而预防伤及人员或损坏设备。
因为开关板4不仅可以装在设备8本身上，而且可以装在设备8附近，所以可以以相对于设备8的任意距离和任意位置展开一监测面，并由此适应不同的监控范围。
通过使用红外线发光二极管和红外传感器并因而使用处于非可见范围内的光线，防止处于设备8附近的人干扰任务的履行。此外，所使用的光能可以保持得如此小，以致系统即使在邻近的区域内也不会伤害眼睛。与以激光为基础的系统相比这意味着另一个优点。
权利要求
1.一种医学设备，其包括一安全装置，该安全装置有至少一个用于发出光信号(10)的光源(3)、至少一个用于探测由该光源(3)发出的光信号(10)的传感器(2)，其中，该光源(3)和传感器(2)布置成，使得能识别出在待监测的区域内的非预期的物体，以及该安全装置还有一个用于控制所述设备(8)的控制单元(9)，其中，当通过光源(3)和传感器(2)识别到在待监测的区域内一个非预期的物体时，该控制单元(9)将所述设备(8)转换到一个安全的工作状态。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征为所述控制单元(9)可基于由所述传感器(2)探测到的光信号(10)来确定，是否有一个在其上反射光信号的物体处于沿所述发射的光信号(10)的方向上。
3.按照权利要求2所述的设备，其特征为所述控制单元(9)基于由所述传感器(2)探测到的光信号(10)来计算所述光源(3)与所述其上反射光信号的物体之间的距离。
4.按照权利要求3所述的设备，其特征为当所确定的到所述物体的距离小于或大于一规定值时，所述控制单元(9)改变所述设备(8)的工作方式或停止该设备(8)的工作。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征为至少两个光源(3)发出互相平行延伸的光信号(10)。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征为至少两个光源(3)发出互相不平行延伸的光信号(10)。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征为至少一个光源(3)是可运动的，所以所述发出的光信号(10)的方向是可变的。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征为至少一个光源(3)装在该设备(8)上。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征为至少一个光源(3)紧邻该设备(8)安装。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征为为每个光源(3)准确配设一个传感器。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征为所述光源(3)和对应配设的传感器(2)直接毗邻地布设。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的设备，其特征为所述光源(3)涉及一种红外线发光二极管。
13.按照权利要求1至12中任一项所述的设备，其特征为所述传感器(2)涉及一种红外传感器。
14.一种用于医学设备的防护方法，其包括下列步骤借助一光源(3)发出一光信号(10)；通过一传感器(2)来探测由所述光源(3)发出的光信号(10)；按一种能识别出在待监测区域内的非预期的物体的方式来布置所述光源(3)和传感器(2)；当通过所述光源(3)和传感器(2)识别到在所述待监测的区域内有一非预期的物体时，通过所述控制单元(9)来控制该设备(8)以及将设备(8)转换到一个安全的工作状态。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，基于由所述传感器(2)探测到的光信号(10)来确定，是否有一个其上反射光信号的物体处于沿所述发出的光信号(10)的方向上。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，基于由所述传感器(2)探测到的光信号(10)来计算所述光源(3)与所述其上反射光信号(10)的物体之间的距离。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，当所确定的到所述物体的距离小于或大于一规定值时，改变所述设备(8)的工作方式或停止该设备(8)的工作。
18.按照权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，发出至少两个互相平行延伸的光信号(10)。
19.按照权利要求14至18中任一项所述的方法，其特征在于，发出至少两个互相不平行地延伸的光信号(10)。
20.按照权利要求14至19中任一项所述的方法，其特征在于，设至少一个可运动的光源(3)，使得所述发出的光信号(10)的方向是可变的。
21.按照权利要求14至20中任一项所述的方法，其特征在于，在所述设备(8)上安装至少一个光源(3)。
22.按照权利要求14至21中任一项所述的方法，其特征在于，紧邻所述设备(8)安装至少一个光源(3)。
23.按照权利要求14至22中任一项所述的方法，其特征在于，为每个光源(3)准确地配设一个传感器(2)。
24.按照权利要求23所述的方法，其特征在于，所述光源(3)和对应配设的传感器(2)直接毗邻地布设。
全文摘要
本发明涉及一种医学设备，其包括一安全装置，该安全装置有至少一个用于发出光信号(10)的光源(3)、至少一个用于探测由该光源(3)发出的光信号(10)的传感器(2)，其中，该光源(3)和传感器(2)布置成，使得能识别出在待监测的区域内的非预期的物体，以及该安全装置还有一个用于控制所述设备(8)的控制单元(9)，其中，当通过光源(3)和传感器(2)识别到在待监测的区域内一个非预期的物体时，该控制单元(9)将所述设备(8)转换到一个安全的工作状态。此外，本发明涉及一种防护方法，以便借助所述按照本发明的装置实施该方法的步骤。
文档编号A61B6/10GK1736336SQ20051008798
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月28日 优先权日2004年8月4日
发明者罗伯特·卡杰迈耶, 多纳尔·梅德拉尔, 约翰尼斯·帕斯乔尔德, 迪特马·西厄克 申请人:西门子公司