光学传感器的制造方法_2

文档序号:8360162阅读:来源:国知局
发射/接收单元的接收器上。
[0030] 在这种情形中,仅仅借助发射/接收单元本身来检测其无故障的功能。
[0031] 替换地,为了实施参考测量,设有附加的发射元件,所述附加的发射元件的光束由 参考物体引导到接收器上,其中,所述发射元件是测量头的组成部分。在这种情形中,所述 发射元件构成用于检查接收器的附加的光学元件。
[0032] 为了实施参考测量,同样可以设置附加的接收元件,由发射器发射的并且由参考 物体反射回的发射光束引导到所述附加的接收元件上。所述发射元件是测量头的组成部 分。在这种情形中,所述接收元件形成用于检查发射器的附加的光学元件。
[0033] 有利地,借助这些附加的光学元件进行振幅测量形式的参考测量,而借助发射/ 接收单元的发射器和接收器实施距离测量形式的参考测量。
[0034] 例如可以被构造成光栅结构形式的参考物体如此设置在壳体的内侧上,使得测量 头每转一周便实施一次参考测量。在此,参考物体有利地是部分透明的,使得由发射器发射 的发射光束的仅仅一部分被参考物体反射回以实施参考测量,而发射光束的绝大部分穿过 壳体射到监视区域中并且可以用于实施物体探测。
[0035] 特别有利地,在测量头中集成了用于窗监视的传感器元件。在此优选地,由传感器 元件发射的光束穿过窗射到固定在壳体上的反射器上并且从所述反射器穿过窗回到所述 传感器元件。利用窗监视满足了另一个安全相关的监视功能,因为污染的窗可能会损害光 学传感器的探测可靠性。
[0036] 所述窗监视的重要优点在于,为此使用的传感器元件与实施物体探测的发射/接 收单元一起旋转并且因此在测量头的旋转过程中在窗的整个圆周上对窗进行测试,无需为 此在整个圆周上分散地设置传感机构。
[0037] 在本发明的一个有利构型中,在测量头中集成了用于控制和/或分析处理发射/ 接收单元的信号的电子组件。特别地,借助集成在测量头中的电子组件进行信号预处理以 抑制由窗的污染导致的错误信号。
[0038] 通过在测量头中如此实施的信号预处理实现显著的数据减少,使得仅须向静止地 设置的分析处理单元传输简明的数据量,在所述分析处理单元中进行最终的分析处理。
[0039] 特别有利地,在旋转的测量头与光学传感器的固定部件之间进行可靠的或不可靠 的、非接触的能量和/或数据传输。
[0040] 由此,借助无磨损地工作的组件来实现光学传感器的静止组件与旋转组件之间的 传输。
[0041] 本发明的一个符合目的的构型提出,光学传感器具有用于使发射光束可视化的装 置。
[0042] 由此例如可以使发射光束在监视区域中如何传播和/或发射光束在哪个位置射 到物体上可视化。可以通过以下方式显示相应的区域:通过在测量头中一起旋转的发光元 件激活可见光束。替换地,可以使窗处的或者设置在所述区域中的反射器环处的可见光斑 成像。
[0043] 根据本发明的光学传感器可以一般性地如此扩展,使得发射/接收单元具有多对 发射器与接收器。利用各对的穿过壳体中的一个或多个窗的发射/接收光束可以同时在多 个位置进行物体探测,也就是说,由此扩大了可借助光学传感器检测的监视区域。
【附图说明】
[0044] 以下根据附图来说明本发明。附图示出:
[0045] 图1 :根据本发明的光学传感器的实施例的示意图。
[0046] 图2 :根据图1的光学传感器的发射/接收单元的组件在探测远区中的物体时的 示图。
[0047] 图3 :在探测近区中的物体时根据图2的布置。
【具体实施方式】
[0048] 图1示意性地示出了用于监视区域中的物体探测的光学传感器1的结构。光学传 感器1具有可绕旋转轴线D旋转的测量头2,所述测量头2设置在位置固定的、即不一起旋 转的壳体3中。测量头2支承在沿旋转轴线D延伸的轴4上,借助于驱动装置5使所述轴 4进行旋转运动。在以测量头2实施物体探测期间,测量头2以恒定的转速旋转。以测量传 感器、尤其是角度传感器来检测测量头2的当前旋转位置。
[0049] 在测量头2中集成有发射/接收单元6,所述发射/接收单元形成光学距离传感器 元件。在图2和图3中示出了发射/接收单元6的各个组件。
[0050] 发射/接收单元6包括激光二极管形式的、发射发射光束7的发射器8。在发射光 束7的辐射方向上在激光二极管后面可以紧接着设置未单独示出的发射光学系统。发射/ 接收单元6还包括光电二极管或类似物形式的、接收接收光束9的接收器10。在接收器10 前面设置有透镜形式的接收光学系统11。一般而言,接收光学系统也可以被构造为反射光 学系统。
[0051] 如从图1至3可以看出,发射光束7和接收光束9穿过壳体3的形成窗12的区段。 窗12沿壳体3的切线方向(Umfangsrichtung)延伸整个360°角度范围。通过测量头2的 旋转运动,周期性地在整个360°角度范围上引导发射光束7,使得所述范围也形成监视区 域,在所述监视区域内进行物体探测。通过距离测量和同时对测量头2的当前旋转位置的 检测,可以在物体探测时求得准确的物体位置。
[0052] 根据光传播时间方法进行借助发射/接收单元6实施的距离测量。为此发射器8 发射发射光脉冲形式的发射光束7。为了进行距离确定,测量光传播时间,所述距离确定分 别需要去往待探测的物体13和返回到接收器8的发射光脉冲。在图2和图3中示出相应 的光路。由发射器8发射的发射光束7透过窗12并且随后在监视区域中传播。在所述监 视区域中,发射光束7被物体13反射并且作为接收光束9穿过窗12返回到接收器10上。
[0053] 如从图2和3可以看出,发射/接收单元6的发射器8和接收器10在轴向上、即 在测量头2的旋转轴线D的方向上彼此错开地设置。在此,接收光学系统的光轴A略微向 下倾斜地设置。
[0054] 发射器8如此设置在壳体3中,使得发射光束7也略微向下倾斜地设置,从而发射 光束7不会在壳体3内不期望地反射到接收器10中。壳体3的窗12具有用于发射光束7 的射束成形元件的功能,使得发射光束7尤其通过窗12的合适的成形在所述区域中被如此 偏转,使得发射光束7在监视区域中与旋转轴线垂直地传播。
[0055] -般而言,通过如下方式也已经阻止发射光束和接收光束的不期望的反射:测量 头形成或具有用于引导发射光束和接收光束的一个镜筒或者用于分开地引导发射光束和 接收光束的两个镜筒。所述一个或两个镜筒可以一直延伸到窗紧前面,由此避免不期望的 反射。
[0056] 图2示出对远区中的物体13的探测。在所述远区中,所述物体大致位于接收光学 系统的光轴A的范围中,使得被物体13反射回的接收光束9完全经由接收光学系统11引 导到接收器10。由此,即使在物体距离较远的情况下,较大光量的接收光线也被引导到接收 器10上,从而在接收器10的输出端上获得对于可靠的物体检测而言足够大的接收信号。
[0057] 图3示出对近区中的物体13的探测。由于物体13与测量头2的距离较小,存在 接收器10超调的危险。然而,这通过发射器8和接收器10的错开的设置来避免。如从图 3可以看出,对于近区中的物体13,存在对接收器10的有意的失调,使得物体13位于接收 器10的光轴以外。由此接收光线的仅仅一部分到达接收器10上,使得所述接收器10不会 被超调。
[0058] 为了分析处理在发射/接收单元6中生成的信号,在测量头2中一起旋转地设置 预处理单元14和在壳体3中位置固定地设置分析处理单元15。为了满足人员保护领域中 的应用的要求,以双通道的方式构造预处理单元14和分析处理单元15,尤其是以彼此循环 监视的计算单元的形式。
[0059] 在光学传感器1的静止设置的组件与光学传感器1的随测量头2 -起旋转的组件 之间进行非接触的数据与能量传输,所述数据与能量传输可靠地构造用于安全技术领域中 的应用。非接触的数据传输可以通过光学方法进行或者借助于无线电连接进行。数据传输 可以尤其通过被构造为空心轴的轴4进行。非接触的能量传输可以通过电场进行或者感应 地进行。能量传输在此可以根据变换原理进行,可以借助于铁磁芯来提高能量传输的效率。
[0060] 在预处理单元14中如此进行信号预处理,使得将由粉尘等导致的干扰信号与来 自物体13的有用信号分离并且消除所述干扰信号。在此,充分利用在空气中存在的粉尘颗 粒仅仅由个别发射光脉冲探测到的情况。与之相比,待探测的物体13具有大得多的尺寸。 例如在安全技术领域中,通过人的腿来定义最小待测量的物体大小。在探测这样的物体13 时,多个发射光脉冲在扩大的旋转角度范围内射到物体13上。因此,可以在预处理单元14 中由物体探测时存在的发射光脉冲的数量来区分有用信号与干扰信号
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