Title:
Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät mit mehr als einem Entfernungsmessmodul
Kind Code:
A1


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach dem Laufzeitprinzip mit mindestens zwei Entfernungsmessmodulen, jeweils bestehend aus einer Sendeeinheit zum Aussenden von Sendelichtpulsen in einer Ebene, einer Empfängereinheit zum Nachweis von reflektiertem Licht, das von Objekten im Überwachungsbereich zurückgestrahlt wird, einer Auswerteeinheit zum Auswerten des von der Empfängereinheit nachgewiesenen reflektierten Lichtes und zum Bestimmen eines Objektabstands aufgrund einer gemessenen Laufzeit und einer Dreheinrichtung zum Drehen der Entfernungsmessmodule um eine quer zu der Strahlrichtung orientierten Rotationsachse. Das elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgerät ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmessmodule zum gemeinsamen Rotieren auf der Rotationsachse angeordnet sind und dass die Sendeachse beider Entfernungsmessmodule um 180° versetzt auf der gleichen Ebene senkrecht um die Rotationsachse rotieren. embedded image




Inventors:
Kühnbach, Oliver (20144, Hamburg, DE)
Tabel, Ernst (22337, Hamburg, DE)
Application Number:
DE102017001613A
Publication Date:
08/23/2018
Filing Date:
02/18/2017
Assignee:
Pepperl + Fuchs GmbH, 68307 (DE)
International Classes:



Claims:
Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät mit mindestens zwei Entfernungsmessmodulen (1,2), jeweils bestehend aus einer Sendeeinheit (11) zum Aussenden von Sendelichtpulsen in einer Ebene, einer Empfängereinheit (12) zum Nachweis von reflektiertem Licht, das von Objekten im Überwachungsbereich zurückgestrahlt wird, einer Auswerteeinheit (13) zum Auswerten des von der Empfängereinheit (12) nachgewiesenen reflektierten Lichtes und zum Bestimmen eines Objektabstands aufgrund einer gemessenen Laufzeit und einer Dreheinrichtung zum Drehen der Entfernungsmessmodule (1,2) um eine quer zu der Strahlrichtung (5,7) orientierten Rotationsachse (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmessmodule (1,2) zum gemeinsamen Rotieren auf der Rotationsachse (4) angeordnet sind und dass die Sendeachsen (5,7) beider Entfernungsmessmodule um 180° versetzt auf der gleichen Ebene hintereinander senkrecht um die Rotationsachse (4) rotieren.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeachsen (5,7) beider Entfernungsmessmodule (1,2) parallel nebeneinander um 180° versetzt angeordnet sind.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- (5,7) und Empfangsachsen (6,8) beider Entfernungsmessmodule (1,2) parallel übereinander angeordnet und die beiden Sendeachsen (5,7) in die gleiche Richtung ausgerichtet sind.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- (5,7) und Empfangsachsen (6,8) beider Entfernungsmessmodule (1,2) parallel nebeneinander angeordnet und die beiden Sendeachsen (5,7) in die gleiche Richtung ausgerichtet sind.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende - und Empfangsachse eines Entfernungsmessmoduls miteinander vertauscht sind.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Entfernungsmessmodule gleiche Sendequellen aufweisen.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 5dadurch gekennzeichnet, dass beide Entfernungsmessmodule mit unterschiedlichen Sendequellen arbeiten.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 6dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Entfernungsmessmodule mit jeweils parallelen Sendeachsen senkrecht um eine Rotationsachse gedreht werden.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 6dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul 1 (1) senkrecht zur Rotationsachse und das Messmodul 2 (2) mit einem Winkel kleiner oder größer 90° zur Rotationsachse gedreht wird.

Elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät nach Anspruch 1 bis 9dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Messmodul 1 (1) und die des Messmoduls 2 (2) in einer nachgeschalteten Überwachungseinheit (17) miteinander verglichen werden und das aus dem Vergleich eine Aussage über die Funktionsfähigkeit der beiden Messmodule getroffen wird.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgeräte, also Vorrichtungen zur zweidimensionalen Distanzmessung.

Hintergrund

Elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgeräte haben Einzug gefunden in einer Vielzahl von Applikationen. Dies gilt insbesondere für solche elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmesser, die nach dem sogenannten „Time of Flight“-Verfahren arbeiten. Also solche Geräte, die zur Bestimmung einer Distanz die Laufzeit des Lichtes verwenden. Anwendung finden diese in der Industrie für die Positionsbestimmung von Fahrzeugen, zur Kollisionsvermeidung, zur Objekterkennung und in vielen anderen Applikationen mehr.

Eine große Bedeutung haben diese elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgeräte im Bereich der Sicherheitstechnik bekommen. Für dieses Aufgabenfeld ist es von besonderer Bedeutung, möglichst viele vollständige zweidimensionale Messungen zu erhalten. Je schneller diese vollständigen zweidimensionalen Messdaten erzeugt werden können, umso schneller kann das elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgerät auf mögliche Sicherheitsgefahren reagieren.

Für diese Art der elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgeräte wird vielfach der Begriff 2D-Scanner oder auch, weil oft Laser zum Einsatz kommen, Laserscanner verwendet. Ein solcher Scanner ist etwa in der EP 1 378 763 A1 beschrieben.

In einer Vielzahl von Scannern wird die Entfernungsmessung über ein unbewegliches Entfernungsmessmodul durchgeführt. Diese Entfernungsmessmodule bestehen dabei aus einer optischen Sende- und einer Empfangseinheit sowie einer Auswerteschaltung zur Bestimmung der gemessenen Distanz. Das ausgesendete Licht -in Form eines Pulses trifft auf das zu messende Objekt und wird von diesem reflektiert. Das reflektierte Licht gelangt in die optische Empfangseinheit. Die nachgelagerte Auswerteschaltung bestimmt aus der Zeit zwischen der Aussendung des Pulses und dem Empfang des reflektierten Lichtes die sogenannte Lichtlaufzeit als Maß für die Entfernung. Um die gewünschte 2D-Distanzmessung zu erreichen, wird über einen rotierenden Spiegel der optische Kanal für die Sende- und Empfangseinheit in einer Messebene abgelenkt. Damit kann die Entfernungsmessung an allen denkbaren Punkten in der Messebene ermittelt werden. Wird zeitgleich zur Entfernungsmessung die Winkelposition des rotierenden Spiegels gemessen, kann aus der Kombination der beiden Werte - Entfernung und Winkel - eine exakte zweidimensionale Entfernungsmessung erfolgen.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass die Anordnung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinheit zum rotierenden Spiegel nur mit begrenzter Genauigkeit erfolgen kann. Weiterer Nachteil ist, dass die optische Abbildung des Sendestrahls über die Rotation des Spiegels dreht. Auch das empfangene reflektierte Licht wird über der optischen Empfangseinheit gedreht. Weiterhin bedingt diese Konstruktion, dass durch die Befestigung des Spiegels Teile der optischen Austrittsfläche abgeschattet werden und damit eine 360°-Messung nicht möglich ist.

Diese Nachteile werden durch andersartige Konstruktionen vermieden. Dabei wird das gesamte Entfernungsmessmodul - siehe EP 2237064A1 - gedreht. Um dieses zu ermöglichen, ist eine aufwendige Konstruktion erforderlich. So ist es notwendig, die für die Entfernungsmessung erforderliche Energie berührungslos auf das drehende Entfemungsmessmodul zu übertragen. Gleiches gilt für die Übertragung der gemessenen Daten von dem Entfernungsmessmodul auf die Elektronik des feststehenden Gehäuseteils. Für diese Art der Konstruktion gilt generell, dass die mögliche Drehzahl durch das Gewicht des zu drehenden Entfernungsmessmoduls begrenzt wird. Daher wird besonderer Wert darauf gelegt, dass das zu drehende Gewicht möglichst klein gehalten wird und sich möglichst nahe an der Rotationsachse befindet. Damit ist die Drehzahl begrenzt.

Im Bereich der Sicherheitstechnik können die Vorteile dieser Konstruktionsart nicht im vollen Umfange genutzt werden. Zur Überprüfung der Entfernungsmessmodule wird generell in einem festgelegten Winkelbereich das elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgerät auf internen Referenzzielen getestet. Durch diese Testung geht der Bereich für die Messung -als blinder Fleck- verloren.

Stand der Technik

Zwar kann diese Energieübertragung auch durch Schleifringe erfolgen, dies ist aber wegen der Störanfälligkeit und des mechanischen Aufwandes keine brauchbare Lösung. Die Energieübertragung sieht daher üblicherweise eine Übertragung mittels zweier Spulen vor. Beide Spulen sind dabei induktiv gekoppelt. EP 2237064A1 beschreibt, dass zwischen dem Gehäuse und dem drehenden Entfernungsmessmodul eine Transformatorstrecke zum Übertragen von Energie vom Gehäuse auf das drehende Entfernungsmessmodul vorhanden ist. Nachteilig an derartigen Anordnungen sind dabei sowohl der erhebliche technische Aufwand, als auch die mechanische Anordnung an sich. Zum einen sind hierfür besondere Ansteuerungen, bzw. Schaltungen erforderlich, zum anderen müssen derartige Transformatoren aufwendig in die Konstruktion eingearbeitet werden.

Die Datenübertragung in den bekannten Ausführungen erfolgt oftmals durch optische Sende- und Empfangseinheiten. Dabei werden zwei Datenübertragungsstrecken benötigt um mit dem drehenden Messmodul zu kommunizieren. Um eine gegenseitige Beeinflussungen zu verhindern, ist es erforderlich, diese beiden Kanäle von einander optisch zu trennen. Dies geschieht üblicherweise durch konzentrisch zur Drehachse angeordnete Übertragungswege, die optisch gegeneinander abgeschirmt sind. Diese Konstruktion ist daher grundsätzlich aufwendig.

Eine 360°-Messung ist mit den bekannten Ausführungen möglich. Die Anwendungen beschränken sich dabei aber auf reine messtechnische Applikationen. Sicherheitstechnische Anwendungen benötigen einen Bereich zur Selbstüberwachung. Elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgeräte können daher mit den heute bekannten Methoden nicht für eine 360°-Überwachung eingesetzt werden.

Darstellung der Erfindung

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, eine Konstruktion für ein elektro-optisches zweidimensionales Entfernungsmessgerät mit drehendem Entfernungsmessmodul für einen Scannbereich von 360° bereitzustellen, bei dem mit einfachen Mitteln, insbesondere die Energieübertragung sowie die Übertragung der Messdaten herzustellen ist, hohe Messarten möglich sind und eine sichere Auswertung der gemessenen Werte erfolgen kann.

Die Aufgabe wird durch den optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Sensors werden in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und den Zeichnungen beschrieben.

Bei einer Variante des erfindungsgemäßen elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes werden zwei Entfernungsmessmodule - jeweils bestehend aus einer optischen Sende- und einer Empfangseinheit sowie einer Auswerteschaltung zur Bestimmung der gemessenen Distanz - um die Hochachse gedreht. Sinnvollerweise sind dabei die jeweiligen Messachsen der beiden Entfernungsmessmodule um 180° versetzt angeordnet. Somit entsteht ein komplexes Messmodul, das zeitgleich in der Achse 0° und der Achse 180° messen kann. Gegenüber Anordnungen, die nur mit einem Messmodul arbeiten, kann daher die doppelte Anzahl vollständiger zweidimensionaler Messungen erfolgen. Dieses ist gleichzusetzen mit einer Verdopplung der Drehzahl. Die bei drehenden Körpern auftretenden Kräfte steigen quadratisch mit der Drehzahl. Die Masse des gedrehten Körpers geht aber nur einfach in die Berechnung ein. Eine Verdoppelung der vollständigen zweidimensionalen Messungen fuhrt damit nicht zu Vervierfachung der auftretenden Kräfte, sondern zu einem deutlich geringeren Wert. Damit lassen sich Konstruktionen verwirklichen, die bei einer erhöhten Anzahl von vollständigen zweidimensionalen Messungen keine zusätzlichen Kräfte verarbeiten müssen, oder die bei gleichbleibender Anzahl vollständiger zweidimensionaler Messungen weniger Kräften ausgesetzt sind.

Besonders wichtig ist die Verdoppelung der unabhängigen Messmodule, um zwei voneinander unabhängige Messungen zu erhalten. Diese Unabhängigkeit kann zur Überprüfungen während einer 360°-Drehung genutzt werden. Durch den geringen Versatz von nur 180° können diese Messungen dabei sowohl zu einer schnellen Auswertung, als auch zu einem unmittelbaren Überwachen der beiden Module erfolgen. Bei einer angenommenen Drehfrequenz von 25 Umdrehungen pro Sekunde liegt ein Zeitunterschied der Messung des Entfernungsmessmodul 1 und der Messung des Entfernungsmessmodul 2 an derselben angenommenen Winkelposition bei 20ms. Sofern beide Werte als Überprüfung herangezogen werden, kann damit eine durch zwei unabhängige Entfernungsmessmodule ermittelte Distanz in 20ms qualifiziert werden.

Bei derartig geringen zeitlichen Unterschieden kann die Überprüfung aber auch qualitative Aussagen über die eingesetzten Entfernungsmessmodule liefern. Sofern die beiden Messmodule ihre jeweiligen Ergebnisse an eine nachgeschaltete Rechnereinheit weiterleiten, kann diese mittels einer statistischen Auswertung Aussagen darüber treffen, inwieweit die beiden Entfernungsmessmodule bestimmungsgemäß arbeiten. Es kann davon ausgegangen werden, dass etwaige Fehler, z.B. der Sendeeinheiten, nicht gleichzeitig auftreten. Die statische Auswertung kann damit aufdecken, wenn eines der Entfernungsmessmodule dauerhaft einen geringeren Amplitudenwert des gemessenen Signals aufzeigt als das des anderen Entfernungsmessmoduls. Somit ließe sich das optische System vollständig prüfen. Auch eine Abweichung der Messentfernung, als jeweils statistisches Mittel könnte zu einer Aufdeckung von Messfehlern führen.

Üblicherweise werden solche elektro-optische zweidimensionale Entfernungsmessgeräte mit einem schützenden Gehäuse umgeben. Um eine 360°-Messung zu ermöglichen, bietet es sich an, das Gehäuse aus einem rundum durchsichtigen Material herzustellen. Um ein Übersprechen zwischen den optischen Achsen zu vermeiden, ist es sinnvoll, das Gehäuse optisch so zu trennen, dass die Sende- bzw. Empfangsachsen jeweils durch eigene, optisch nicht verbundene, durchsichtige Gehäuseteile geführt werden.

Um sicherzustellen, dass die festgelegte Transparenz der jeweiligen durchsichtigen Gehäuseteile vorhanden ist, bietet es sich an, eine an der Rotationsachse befestige Sende- und Empfangseinheit so anzubringen, dass das abgestrahlte Licht dieser Sendeeinheit zunächst durch den einen Teil des durchsichtigen Gehäuses nach außen dringt um dann von außen in den zweiten Teil des durchsichtigen Gehäuses einzudringen und von der Empfangseinheit detektiert zu werden. Dieses lässt eine ständige, lückenlose Überprüfung der Transparenz der optischen Austrittsflächen zu.

In einer weiteren Variante sind die beiden Messmodule nebeneinander angeordnet, wobei die Sendeachsen der beiden Entfernungsmessmodule jeweils um 180° versetzt sind und sich senkrecht zur Rotationsachse bewegen. Damit drehen sich beide Entfernungsmessmodule auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse. Dieser Aufbau lässt eine kompaktere Bauweise zu.

In einer weiteren Variante sind die beiden Messmodule parallel übereinander auf der Rotationsache angeordnet, wobei jeweils die Sende- und Empfangseinheit in die gleiche Richtung zeigen. Bei einem geringen parallelen Versatz der beiden Messachsen kann davon ausgegangen werden, dass beide Messmodule auch kleinere Objekte gleichartig vermessen. Abhängig von den jeweiligen Messraten beträgt der zeitliche Versatz zu dem die jeweiligen Objekte vermessen werden nur Bruchteile von Millisekunden. Bei einer Messrate von beispielsweise 100Khz beträgt der zeitliche Versatz nur 1/100000 Sekunden. Ein derartig kurzer Versatz erlaubt es, die beiden jeweiligen Messwerte unmittelbar miteinander zu vergleichen.

Somit kann ein für sicherheitstechnische Anwendungen redundantes System aufgebaut werden, das über eine andauernde Selbstüberwachung verfügt.

In einer weiteren Variante sind die beiden Messmodule parallel nebeneinander auf der Rotationsache angeordnet, wobei jeweils die Sende- und Empfangseinheit in die gleiche Richtung zeigen. Bei einem geringen parallelen Versatz der beiden Messachsen kann davon ausgegangen werden, dass beide Messmodule auch kleinere Objekte gleichartig vermessen. Abhängig von den jeweiligen Messraten beträgt der zeitliche Versatz zu dem die jeweiligen Objekte vermessen werden nur Bruchteile von Millisekunden. Bei einer Messrate von beispielsweise 100Khz beträgt der zeitliche Versatz nur 1/100000 Sekunden. Ein derartig kurzer Versatz erlaubt es, die beiden jeweiligen Messwerte unmittelbar miteinander zu vergleichen.

Somit kann ein für sicherheitstechnische Anwendungen redundantes System aufgebaut werden, das über eine andauernde Selbstüberwachung verfügt.

Figurenliste

  • 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes in einem Umgehäuse mit einer Überwachungseinheit zur Transmissionsmessung.
  • 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit nebeneinander parallel angeordneten Entfernungsmessmodulen, die senkrecht um die Hochachse gedreht werden.
  • 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes in einem Ausführungsbeispiel mit übereinander angeordneten Entfernungsmessmodulen, deren optische Achsen in die gleiche Richtung zeigen und senkrecht um die um die Hochachse gedreht werden.
  • 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes in einem Ausführungsbeispiel mit nebeneinander angeordneten Entfernungsmessmodulen, deren optische Achsen in die gleiche Richtung zeigen und senkrecht um die um die Hochachse gedreht werden.
  • 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Entfernungsmessmoduls.
  • 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Energieübertragung für ein drehendes Entfernungsmessmodul in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Datenübertragung für ein drehendes Entfernungsmessmodul in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessgerätes in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die optische Achse eines der Messmodule senkrecht zur Rotationsachse und die optische Achse des anderen Messmoduls mit einem Winkel kleiner oder größer 90° zur Rotationsachse gedreht wird.

Detaillierte Beschreibung

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der vorgestellten Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau des erfindungsgemäßen elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessers dargestellt. Dieser besteht aus einem Antrieb (3) und zwei unabhängig voneinander arbeitenden drehenden Entfernungsmessmodule (1,2).

Das Entfernungsmessmodul 1 (1) und das Entfernungsmessmodul 2 (2) drehen beide um die Rotationsachse (4). Die Sendeachse (5) des Entfernungsmessmodul 1 (1) und die Sendeachse (7) des Entfernungsmessmodul 2 (2) bewegen sind dabei um 180° versetzt zueinander auf einer Achse und sind senkrecht zur Rotationsachse (4) angeordnet. Der Motor 1 (3) dreht die beiden Entfernungsmessmodule (1,2) um die Rotationsachse (4).

In 2 ist eine beispielhafte Ausführung eines elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessers in einem transparenten Umgehäuses mit einer Transmissionsüberwachung dargestellt. Dieser besteht aus einem Antrieb (3) und zwei unabhängig voneinander arbeitenden drehenden Entfernungsmessmodule (1,2), einem aus den Komponenten oberes (18) und unteres transparentes Gehäuseteil und einer verbindenden nichttransparenten optischen Kanaltrennung (20) bestehenden Gehäuse sowie einer mitrotierenden Sende- (21) und Empfangseinrichtung (22) zur Transparenzmessung. Das Entfernungsmessmodul 1 (1) und das Entfernungsmessmodul 2 (2) drehen beide um die Rotationsachse (4). Die Sendeachse (5) des Entfernungsmessmodul 1 (1) und die Sendeachse (7) des Entfernungsmessmodul 2 (2) bewegen sind dabei um 180° versetzt zueinander auf einer Achse und sind senkrecht zur Rotationsachse (4) angeordnet. Der Motor 1 (3) dreht die beiden Entfernungsmessmodule (1,2) um die Rotationsachse (4). Die beiden Entfernungsmessmodule (1,2) befinden sich in einem Umgehäuse, das aus den transparenten Teilen (18,19) und der die beiden Gehäuseteile verbindenden, nichttransparenten optischen Kanaltrennung (20) besteht. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, dass sich die beiden optischen Achsen gegenseitig nicht beeinflussen. Höhere Sendeleistungen, Verschmutzung auf der optischen Austrittsfläche oder Wassertropfen führen nicht zu einem Übersprechen zwischen Sende- und Empfangseinheit. Die Sendeeinrichtung Transparenzmessung (21) und die Empfangseinrichtung Transparenzmessung (22) sind fest mit der Rotationsachse verbunden. Das abgestrahlte Licht dieser Sendeeinheit (21) tritt zunächst durch den einen Teil des durchsichtigen Gehäuses (18) nach außen aus um dann von außen in den zweiten Teil des durchsichtigen Gehäuses (19) einzudringen und von der Empfangseinheit (22) detektiert zu werden. Dieses lässt eine ständige, lückenlose Überprüfung der Transparenz der optischen Austrittsflächen zu.

In 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführung der Anordnung der Entfernungsmessmodule (1,2) dargestellt. Anders als in 1 befinden sich diese beiden Entfernungsmessmodule nicht hintereinander, sondern nebeneinander angeordnet. Die Anordnung der Sendeachsen (5,7) der beiden Entfernungsmessmodule bewegt sich jeweils um 180° versetzt senkrecht zur Rotationsachse (4). Damit bewegen sich beide Entfernungsmessmodule auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse (4).

In 4 ist eine weitere beispielhafte Ausführung der Anordnung der Entfernungsmessmodule (1,2) dargestellt. Anders als in 1 befinden sich diese beiden Entfernungsmessmodule nicht hintereinander, sondern übereinander angeordnet. Die Anordnung der Sendeachsen (5,7) der beiden Entfernungsmessmodule zeigen in die gleiche Richtung und drehen senkrecht zur Rotationsachse (4). Damit liegen beide Messebenen dicht übereinander. Die Messungen können nahezu zeitgleich an derselben Winkelstellung erfolgen.

In 5 ist eine weitere beispielhafte Ausführung der Anordnung der Entfernungsmessmodule (1,2) dargestellt. Anders als in 1 befinden sich diese beiden Entfernungsmessmodule nicht hintereinander, sondern nebeneinander angeordnet. Die Anordnung der Sendeachsen (5,7) der beiden Entfernungsmessmodule zeigen in die gleiche Richtung und drehen senkrecht zur Rotationsachse (4). Damit liegen beide Messebenen dicht nebeneinander. Die Messungen können nahezu zeitgleich an derselben Winkelstellung erfolgen.

In 6 ist eine beispielhafte Ausführung eines Entfernungsmessmodul dargestellt. Dieses besteht aus einer Sendeeinheit (11), einer Empfangseinheit (12) und einer Auswerte- und Steuerungseinheit (13). Die Sendeeinheit (11) sendet Licht in Form kurzer Pulse aus. Die Empfangseinheit (12) dient dem Nachweis von reflektiertem Licht, das von Objekten im Überwachungsbereich zurückgestrahlt wird. Die Auswerte- und Steuerungseinheit (13) wertet das von der Empfängereinheit nachgewiesene reflektierte Licht zum Bestimmen eines Objektabstandes aufgrund einer gemessenen Laufzeit aus. Die Auswerte- und Steuerungseinheit (13) übernimmt weiterhin die Ansteuerung und Kontrolle der Sendeeinheit und die Kommunikation mit einer nachgeschalteten Überwachungseinheit (17). Die Überwachungseinheit (17) vergleicht gegebenenfalls die Messwerte des Messmoduls mit den Werten eines zweiten Messmoduls. Die Kommunikation erfolgt dabei über eine berührungslose Datenübertragung. Beispielsweise optisch.

In 7 ist eine bevorzugte Anordnung des Antriebs und der Energieerzeugung für die drehenden Entfernungsmessmodule dargestellt. Diese besteht aus einem Motor (3) der die Entfernungsmessmodule (1,2) in Rotation versetzt, den Entfernungsmessmodulen (1,2) sowie einem zweiten Motor (9), der mit seinem Rotor am Gehäuse des elektro-optischen zweidimensionalen Entfernungsmessers befestigt ist und über den Stator mit den beiden Entfernungsmessmodulen (1,2) verbunden ist. Der Motor (3) treibt damit nicht nur die beiden Messmodule an, sondern betreibt gleichzeitig den zweiten Motor (9) im Generatorbetrieb. Abhängig von der eingestellten Drehzahl erzeugt somit der zweite Motor (9) eine Ausgangsspannung am Rotor, die über eine elektrische Verbindung (10) der Auswerteeinheit (13) zugeführt wird.

In 8 ist eine beispielhafte Ausführung des Motor 1 (3) und Motor 2 (9) dargestellt. Sowohl Motor 1 (3) als auch Motor 2 (9) weisen jeweils eine Hohlachse (14,15) auf. Durch die Hohlachse (14) des Motor 1 (3) erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel eine Datenübertragung von den drehenden Entfernungsmessmodulen (1,2) zum feststehenden Gehäuseteil (16). Der Sender Datenübertragung 2 (13) sendet durch die Hohlachse (15) des Motor 1 Daten an den Empfänger Datenübertragung 2 (14). Durch die Hohlachse des Motor 2 erfolgt die Datenübertragung vom feststehenden Gehäuse mittels Sender Datenübertragung 1 (11) zum Empfänger Datenübertragung 2 (12).

In 9 ist eine beispielhafte Ausführung der Anordnung der optischen Achsen der beiden Messmodule (1,2) dargestellt. Während die optische Sendeachse (5) des Entfernungsmessmodul 1 (1) senkrecht zur Rotationsachse (4) angeordnet ist, ist die optische Sendeachse (7) des Entfernungsmessmodul 2 (2) in einem Winkel größer oder kleiner 90° zur Rotationsachse (4) angeordnet.

Bezugszeichenliste

1.
Entfernungsmessmodul 1
2.
Entfernungsmessmodul 2
3.
Motor 1
4.
Rotationsachse
5.
Sendeachse Entfernungsmessmodul 1
6.
Empfängerachse Entfernungsmessmodul 1
7.
Sendeachse Entfernungsmessmodul 2
8.
Empfängerachse Entfernungsmessmodul 2
9.
Motor 2
10.
elektrische Verbindung
11.
Sendeeinheit
12.
Empfängereinheit
13.
Auswerte- und Steuerungseinheit
14.
Hohlachse Motor 1
15.
Hohlachse Motor 2
16.
Datenübertragung
17.
Nachgeschaltete Überwachungseinheit
18.
Oberer durchsichtige Gehäuseteil
19.
Unterer durchsichtiger Gehäuseteil
20.
Optische Kanaltrennung
21.
Sendeeinrichtung Transparenzmessung
22.
Empfangseinrichtung Transparenzmessung

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

  • EP 1378763 A1 [0004]
  • EP 2237064 A1 [0007, 0009]