用于检测监控区域中的物体的传感器 |
|||||||
| 申请号 | CN201510604109.0 | 申请日 | 2015-09-21 | 公开(公告)号 | CN105445811A | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 洛伊策电子两合公司; | 发明人 | U·巴尔巴克; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于检测监控区域中的物体的 传感器 。该传感器具有由一组灯(13)组成的显示单元，该组灯(13)具有灯的线性布局。该组灯围绕与其纵轴平行设置的旋 转轴 (D)布置并且以特定的旋转速度旋转。该组灯(13)通过以下方式由控制单元控制：将以显示场的时钟 频率 呈现的矩阵型显示场(18)的列一个接一个地独立输出到该组灯(13)并利用该组灯(13)显示。该时钟频率通过以下方式适于旋转速度：这些显示彼此互补以形成显示场(18)的立像。该传感器是安全传感器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用显示单元检测监控区域中的物体的传感器，该传感器包括：一组灯(13)，其具有灯的线性布局，该布局围绕与所述一组灯的纵轴平行设置的旋转轴(D)定位，以便能够以旋转速度旋转，其中，该组灯(13)通过以下方式由控制单元控制：将以显示场的时钟频率呈现的矩阵型显示场(18)的列一个接一个地独立输出到该组灯(13)并利用该组灯(13)显示，其中，该时钟频率通过以下方式适于旋转速度：这些显示彼此互补以形成显示场(18)的立像，其特征在于，该传感器是安全传感器。 |
||||||
| 说明书全文 | 用于检测监控区域中的物体的传感器技术领域[0001] 本发明涉及一种用于检测监控区域中的物体的传感器。 背景技术[0002] 该类型的传感器可以设计成光学传感器的形式，特别地，通常用来检测物体。 [0004] 随着传感器的功能范围增加到必须利用传感器输出复杂的文本消息或者甚至图形的效果，对显示单元的要求也在上涨。使用单个或多个数字七段显示器以字母数字字符形式输出文本消息是众所周知的。然而，这种类型的七段显示器的集成导致不理想的高程度的工程工作和成本。此外，七段显示器的代表单个字母数字字符的显示可能性受到限制。 [0005] 用于检测监控区域中的物体的传感器由DE 10 2011 054 247已知；其具有显示单元，该显示单元由具有灯的线性配置的一组灯组成，该组灯布置成围绕与其纵轴布置运行的旋转轴旋转。该组灯由控制单元通过以下方式控制：将待示出的矩阵型显示场的列以显示场的时钟频率一个接一个地独立输出到该组灯并用该组灯显示；时钟频率通过以下方式适合于旋转速度：这些显示彼此互补以形成显示场的立像(standing image)。 发明内容[0006] 本发明目的在于扩展以上所述的那种类型的传感器的功能性。 [0008] 根据本发明的传感器被设计成安全传感器，意味着它具有满足可应用的安全标准的结构，该结构使得传感器适于用在安全工程的区域中。 [0009] 该安全传感器有利地具有冗余设计，其允许错误监控并因而带来了安全标准所要求的错误保护。 [0010] 作为优点，安全传感器具有用于其的冗余设计的控制和评估单元，其中评估发射器/接收器单元产生的传感器信号。 [0011] 利用冗余设计的控制和评估单元获得安全传感器的被要求的错误保护，举例来说，冗余设计的控制和评估单元由两个计算机单元组成，这两个计算机单元在周期性的基础上彼此交互地监控。 [0012] 利用以这种方式设计的安全传感器确保可靠的物体监控。特别地，从而利用该安全传感器监控工厂中的安全地带。 [0013] 作为特别的优点，切换信号以输出信号的形式产生在发射器/接收器单元中；切换信号的切换状态表明物体是否位于受保护场中。 [0014] 当受保护场包括工厂中的危险地带时，是有利的。然后，工厂通过以下方式由切换信号控制：当在受保护场中未检测到物体时，其仅处于运行状态，但是当物体进入受保护场时，工厂将会被切断电源。 [0015] 在控制和评估单元中以安全输出信号的形式附加且有利地产生警报信号，该警报信号的切换状态表明物体是否位于警报地带中。 [0016] 鉴于受保护场包括工厂的危险地带，警报地带优选地连接至该危险地带。如果然后利用安全传感器在警报地带中检测到物体，那么工厂无需关断电源；用于警报目的的信号发布就足够了。 [0017] 根据本发明，显示单元也由控制和评估单元控制，以便在那里显示合适的信息。 [0018] 在利用显示单元显示与安全有关的信息的情况下，对于控制和评估单元尤其有益的是产生控制显示单元的安全输出信号。 [0019] 由于此原因，该信息的保护错误的显示被确保。 [0020] 特别地，物体进入受保护场和/或警报地带可以在程序中作为与安全有关的信息显示。 [0021] 物体的进入可以利用适于其的符号或象形图呈现。 [0022] 此外，与受保护场或警报地带有关的物体的位置可以利用显示单元显示。 [0023] 受保护场和/或警报地带的图形表示利用显示单元提供，特别地，物体的进入在那里可见地显示。 [0024] 根据本发明，矩阵型显示场的内容不用具有显示单元的灯的矩阵型布局显示。相反，灯的线性组单独用于该显示。矩阵型显示场仅利用一组灯通过将待显示的显示场的单列的信息以时钟频率一个接一个独立地馈送到该组灯并利用该组灯通过那种方式显示而显示。因为该组灯以适于时钟频率的特定旋转速度旋转，所以在显示某一列时，该组灯与在前列的显示相比一直偏移了一定的旋转角度。由于旋转速度和时钟频率的协调，在程序中对于人眼产生了由单独列组成的立像，这意味着整个矩阵型显示场以两维图像形式可见。 [0025] 对于这种显示单元的建造费用可以很低，因为仅需要一组灯来显示该图像。此外，优点在于，可以利用根据本发明的显示单元显示具有数字、字母和/或图形的复杂结构，这意味着根据本发明的显示单元具有高级功能性。 [0026] 一方面，在本文中显示单元可以在立像中显示信息。备选地，也可以将显示单元设计成显示移动文本、即，信息，尤其是前后移动的文本。 [0027] 时钟频率是旋转速度的整数倍，以利用一组灯的独立显示产生无闪烁的立像。 [0028] 矩阵型图像的分辨率在第一空间方向由一组灯中的独立灯的数量限制。在第二空间方向的分辨率取决于驱动该组灯的时钟频率。 [0030] 在这种情况下，获得信息的单色显示。 [0033] 根据本发明的特别有利的实施方式，显示单元的一组灯与安全传感器的发射器/接收器单元一起围绕旋转轴旋转。 [0034] 因此，用于传感器的发射器/接收器单元的旋转机构还可以用于该组灯的旋转运动，即，无需给该组灯提供分离的旋转机构，并且用于实现显示单元的构造费用可以由此而显著降低。 [0035] 当发射器/接收器单元和一组灯集成到围绕旋转轴旋转的感测头中时，是特别有利的。传感器集成到壳体中；一组灯构建在壳体中。 [0036] 因为一组灯集成在感测头中，显示单元可以集成到传感器中，以便节省大量空间。 [0037] 此外，利用一组灯显示的显示场通过壳体可见。 [0038] 因此，壳体具有两个功能，原因在于其附加地用作显示表面；显示单元的构造成本由此进一步降低。此外，有利的是，壳体使信息的大面积显示成为可能；显示场可以延伸至整个360°的全角范围或者其能够灵活选择的部分。附图说明 [0039] 以下在附图的帮助下解释本发明。在附图中示出以下内容： [0040] 图1是光学传感器的示意图，该光学传感器具有集成在其中的显示单元。 [0041] 图1a是利用根据图1的光学传感器监控的受保护场的视图。 [0042] 图1b是利用根据图1的光学传感器监控的受保护场和警报地带的视图。 [0043] 图2是显示单元的一组灯的第一实施方式。 [0044] 图3是显示单元的一组灯的第二实施方式。 [0045] 图4是利用根据图2或3的一组灯产生的显示场。 [0046] 图5是根据图1的光学传感器的俯视图，其具有根据图4的显示在壳体处的显示场。 [0047] 图6是当物体进入受保护场时在显示场中示出的象形图。 [0048] 图7是用于物体检测的空间解析显示的第一实施方式。 [0049] 图8是用于物体检测的空间解析显示的第二实施方式。 具体实施方式[0050] 图1示出了用于监控区域中的物体检测的光学传感器1的结构的示意图。光学传感器1具有感测头2，其能够围绕垂直的旋转轴D旋转并且布置在局部固定的(意味着不能同样旋转)壳体3中。壳体3由旋转对称的空心主体制成。感测头2安装在沿着旋转轴D布置的轴4上，该轴4由驱动单元5旋转。其在由感测头2执行的物体检测期间以恒定的旋转速度旋转。在这种情况下，旋转速度为25Hz。利用感测设备，尤其是角度感测设备检测感测头2的当前的旋转位置。 [0051] 构成光学距离传感器元件的发射器/接收器单元6集成在感测头2中。利用发射器/接收器单元6执行的距离测量根据光传播时间过程而发生。 [0052] 发射器/接收器单元6由以发射发射器光束7的激光二极管形式的发射器8组成。未单独示出的发射器光学单元可以直接布置在发射器光束7的光束方向上的、激光二极管的下游。发射器/接收器单元6还包括接收器10，其以光电二极管等形式接收接收器光束 9。透镜形式的接收器光学单元11布置在接收器10的前方。通常，接收器光学单元11也能够设计成反射光学元件的形式。 [0053] 如图1中所见，发射器光束7和接收器光束9通过壳体3的形成窗口12的透明部分发送。窗口12围绕壳体3的周边延伸360°的整角范围。发射器光束7通过感测头2的旋转运动被周期性地引导通过360°的整角范围，所以这个范围也形成了检测物体的监控范围。通过距离测量和感测头2的当前旋转位置的同步检测，可以确定精确的物体位置。 [0054] 对于此所需要的评估在控制和评估单元中执行。根据本发明，光学传感器被设计成安全传感器。控制和评估单元具有冗余的并因而保护错误的结构，从而满足在安全工程区域中使用所需的规范要求。举例来说，控制和评估单元由两个计算机单元组成，两个计算机单元在周期性的基础上彼此交互地监控。 [0055] 发射器/接收器单元中产生的传感器信号的错误检验评估发生在以那种方式设计的控制和评估单元中，并且根据该信号产生安全输出信号，并通过错误检验、尤其是未示出的双信道输出，输出该安全输出信号。 [0056] 危险地带监控通常利用用于诸如机器、车辆等的系统的安全传感器进行；所述系统根据安全传感器的输出信号而受控制。 [0057] 根据第一变型，受保护场S包括工厂中的危险地带并且围绕安全传感器延伸，如图1a中所示，该受保护场S利用安全传感器监控。工厂利用切换信号而受控，该切换信号根据受保护场S中的物体检测在控制和评估单元中产生。如果在受保护场中没有检测到物体，则切换信号呈现出使工厂能够运行的切换状态。如果情况相反，在受保护场中检测到物体，那么切换信号呈现出切断工厂电源以避免危险状态的切换状态。 [0058] 备选地，如图1b中所示，除了受保护场S之外，接合受保护场S的警报地带W可以利用该安全传感器监控。物体进入警报地带W还不是立即危险，所以工厂还不需要切断电源。物体的进入并不意味着存在马上就危险的状态，但是，因为在警报地带W中的物体正接近受保护场。因此，利用安全传感器以安全输出信号的形式产生警报信号。 [0059] 光学传感器1包括用于显示状态消息、警报消息、危险消息和与光学传感器1有关的其他信息的显示单元。 [0061] 原则上，控制和评估单元的不安全的输出信号可以用来控制显示单元。然而，作为特别的优点，控制和评估单元产生安全的输出信号，所以信息被提供在错误检验显示中。作为例子，错误检验显示可以通过输出信号的双信道输出实现。错误检验显示在显示与安全性有关的信息时特别有用。 [0062] 显示单元具有一组灯13，其与发射器/接收器单元6相对地构建在感测头2的端部中。因为集成在感测头2中，所以该组灯13随着发射器/接收器单元6旋转，这意味着该组灯13还围绕旋转轴D以驱动单元5指定的旋转速度旋转。 [0063] 图2和3示出了该类型的一组灯13的两个实施方式。每组灯13由被设计成相同的灯的线性布局组成，在每种情况下灯均由未示出的控制单元控制。在所示的实施方式中，一组灯13具有16个灯。 [0064] 在根据图2的实施方式中，每个灯由单个发光二极管14组成。由此，可以进行信息的单色显示。 [0065] 在根据图3的实施方式中，每个灯由发光二极管的多个布局组成，其由红色LED15(即，发射红光的发光二极管14)、蓝色LED 16(即，发射蓝光的发光二极管14)以及绿色LED 17(即，发射绿光的发光二极管14)组成。可以利用该组灯13实现多色显示。 [0066] 虽然该组灯13形成了线性结构，这意味着一维结构，但是可以利用其显示矩阵型显示场18，如图4中例举形式所示。 [0067] 该矩阵型显示场18包括作为待显示的信息的、象形图形式的警报符号，其发出物体进入安全传感器监控的警报地带的信号。 [0068] 矩阵型显示场18由N行和M列的矩阵组成。重要的是，行的数目N对应于一组灯13中的灯的数目。 [0069] 一组灯13由控制单元通过以下方式控制：将显示场18的单个列的内容以特定的时钟频率输出到该组灯13的灯，并且因而利用它们显示。这意味着在第一步骤中，利用一组灯13显示显示场18的第一列，并且实际上，第一行的像素利用第一灯，第二行的像素利用第二灯等。 [0070] 显示场18的所有列利用一组灯13以与时钟频率一致的方式一个接一地显示。 [0071] 在过程中，将该组灯13就布置在壳体3的窗户12的内部的后面，所以灯通过窗户12可见。因此，窗户12形成了显示区域，其中该组灯13产生的显示是可见的。 [0072] 由于一组灯13的旋转运动，该组灯13在一个接一个的两次显示时的点之间移动了一定角度。 [0073] 在本文中，时钟频率通过以下方式适于一组灯13的旋转速度：时钟频率是旋转速度的整数倍。 [0074] 由于这种规则，对于观察者而言，立像产生，其由例如利用一组灯13一个接一个独立显示的内容组成。这意味着由于一组灯13的旋转和该组灯13的连续定时，矩阵型显示场18的立像产生，其在窗口12中可见，如图4中所示。 [0075] 根据图4的象形图表示与安全性有关的信息显示的第一实例。 [0076] 作为能够在显示单元中显示的与安全性有关的信息的第二个实例，图6示出了表示物体进入受保护场中的象形图。 [0077] 物体进入受保护场或者进入警报地带也可以利用诸如手形式的符号显示；手可以根据物体在受保护场或者警报地带中的位置长期不变地或者以闪光形式出现。物体的位置或者运动方向也可以由显示场中所示的手的特定定向或运动方向表示。 [0078] 图7示出了物体进入受保护场或警报地带的依赖于位置的显示的第一实施方式。受保护场S和警报地带W在径向方向的延伸利用加亮场显示。此外，显示了在这种情况下的在警报地带中的物体的当前物体位置P。显示优选地依赖于时间，所以这可以用来监控物体是否正在接近受保护场或者远离受保护场。在该显示的帮助下，操作者可以预先进行可能的危险情况的精确分析。 [0079] 图8示出了物体进入受保护场或警报地带的依赖于位置的显示的进一步实施方式。在这种情况下，受保护场和警报地带以俯视图示出。物体的进入呈现为图形场，特别是颜色加亮的场，这表示物体位置P。本文中，当前的物体位置P还以依赖时间的形式出现，类似于根据图7的实施方式。 [0080] 附图标记列表 [0081] (1)光学传感器 [0082] (2)感测头 [0083] (3)壳体 [0084] (4)轴 [0085] (5)驱动单元 [0086] (6)发射器/接收器单元 [0087] (7)发射器光束 [0088] (8)发射器 [0089] (9)接收器光束 [0090] (10)接收器 [0091] (11)接收器光学单元 [0092] (12)窗口 [0093] (13)一组灯 [0094] (14)发光二极管 [0095] (15)红色LED [0096] (16)蓝色LED [0097] (17)绿色LED [0098] (18)显示场 [0099] (D)旋转轴 [0100] (S)受保护场 [0101] (W)警报地带 [0102] (P)物体位置 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈