用于同步光柵的方法
【專利說明】用于同步光柵的方法
[0001]本發(fā)明涉及用于對光柵進(jìn)行同步的方法以及基于該方法的光柵。
[0002]本發(fā)明總體上涉及就保護(hù)人員和/或物質(zhì)價(jià)值免于由自動(dòng)操作系統(tǒng)或機(jī)器(例如自動(dòng)操作機(jī)器人)帶來的風(fēng)險(xiǎn)方面而言的機(jī)械安全領(lǐng)域。作為常見的保護(hù)措施，在危險(xiǎn)區(qū)周圍f固定這樣的系統(tǒng)，以使得要么防止進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)，要么進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)會(huì)引起危險(xiǎn)操作模式停止、關(guān)斷或以其他方式被除去。為了防護(hù)這樣的危險(xiǎn)區(qū)，經(jīng)常使用機(jī)械安全柵欄或安全門。然而，在多種情況下，無論是因?yàn)椴僮髡咝枰ㄆ谠L問機(jī)器和/或因?yàn)椴牧媳仨毐贿\(yùn)入或運(yùn)出危險(xiǎn)區(qū)，都需要進(jìn)入受保護(hù)的危險(xiǎn)區(qū)。光電子保護(hù)裝置特別是光柵或光幕常用于這樣的情況下。
[0003]光柵包括具有多個(gè)單獨(dú)的發(fā)射機(jī)的發(fā)射單元，發(fā)射單元向遠(yuǎn)處的接收單元發(fā)射傳輸波束。接收單元具有多個(gè)接收機(jī)，其中，發(fā)射單元的發(fā)射機(jī)分別指派接收單元中的接收機(jī)，以一起形成發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對。傳輸波束通常在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間彼此并行運(yùn)行從而跨越保護(hù)區(qū)域，所述保護(hù)區(qū)域表示要被監(jiān)測的區(qū)域。如果由例如人的身體部分阻斷傳輸波束中之一，那么借助接收機(jī)可以檢測到所述阻斷，并且可以停止或關(guān)斷受保護(hù)的系統(tǒng)。
[0004]光柵通常用在掃描模式下，即各發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對沿掃描方向相繼被周期性地啟用，以使得僅一個(gè)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對在某時(shí)間點(diǎn)是活動(dòng)的。掃描模式的先決條件是發(fā)射和接收單元的發(fā)射機(jī)控制單元和接收機(jī)控制單元可以在時(shí)間上彼此同步，以使得相關(guān)聯(lián)的接收機(jī)可以與發(fā)射機(jī)一起被同步地啟用。然而，由于發(fā)射單元和接收單元彼此相距一段距離，所以在這兩個(gè)單元之間一般不存在例如經(jīng)由線纜或無線電的電耦合。在所述情況下以光學(xué)方式經(jīng)由傳輸波束來執(zhí)行同步。
[0005]DE 195 10 304 Cl示出了以光學(xué)方式進(jìn)行同步的光柵，其中單獨(dú)的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對用于對剩余的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對進(jìn)行同步。所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對的發(fā)射機(jī)發(fā)射不同于其他傳輸波束的同步波束。相關(guān)聯(lián)的接收機(jī)恒定地被啟用。當(dāng)接收機(jī)接收到同步波束時(shí)，從所述接收機(jī)開始對下游接收機(jī)進(jìn)行周期性地啟用。因此，光柵在每次通過掃描周期后可以被重新同步。
[0006]在許多操作中，光柵的保護(hù)區(qū)域比實(shí)際要被監(jiān)測的區(qū)域擴(kuò)展的更遠(yuǎn)。例如，固定的機(jī)器部件可以位于保護(hù)區(qū)域內(nèi)而所述部件不會(huì)觸發(fā)安全功能。同樣地，其他無安全攸關(guān)物體可以插入到機(jī)器如工件中，其同樣不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的關(guān)閉。為了使保護(hù)區(qū)域與安全攸關(guān)區(qū)域相適配，保護(hù)區(qū)域的子區(qū)域通常被限定為對物體的檢測不會(huì)觸發(fā)安全功能的所謂的切斷(blanking)區(qū)域或屏蔽(muting)區(qū)域。換言之，在子區(qū)域中永久(切斷)或僅短時(shí)間(屏蔽)地、選擇性地排除各發(fā)射機(jī)和接收機(jī)對。
[0007]為了能夠靈活使用光柵，并且因?yàn)橥ǔＴ诎惭b光柵之前不知道哪些區(qū)域被限定為切斷區(qū)域，所以理想的是將光柵設(shè)計(jì)為使得所有發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對適于切斷。然而，同時(shí)，以光學(xué)方式進(jìn)行同步應(yīng)該是可行的。根據(jù)DE 195 10 304 Cl的光柵，預(yù)限定的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對用于同步。如果所述發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對由于切斷而被排除，那么同步是不可能的。
[0008]DE 10 2005 047 776 B4描述了光同步不是基于預(yù)限定的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對來執(zhí)行，而是可以采用任何發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對來實(shí)現(xiàn)的方法。為此目的，將唯一的標(biāo)識(shí)符指派給每個(gè)單獨(dú)的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對，所述標(biāo)識(shí)符使得來自發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對整體的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對能夠唯一關(guān)聯(lián)。如果由接收機(jī)檢測到具有相關(guān)聯(lián)的標(biāo)識(shí)符的傳輸波束，那么基于唯一指派可以進(jìn)行同步。然而，所述唯一指派預(yù)示著傳輸波束彼此分別不同，并且因此對于各發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對需要多個(gè)不同的標(biāo)識(shí)符。然而，這需要發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對具有不同的設(shè)計(jì)或者相反發(fā)射和接收單元中的控制單元具有相應(yīng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)。這兩種變型增加了光柵的制造成本。
[0009]DE 10 2007 059 565 B4描述了另一方法，其中，未預(yù)先限定用于進(jìn)行同步的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對。在這種情況下，同步借助編碼傳輸波束來執(zhí)行，但是使用下述事實(shí):不需要向發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對絕對地指派傳輸波束，而對于同步相對指派已經(jīng)足夠，即在接收機(jī)處檢測到編碼傳輸波束時(shí)，可以基于序列控制開始周期性地啟用下游接收機(jī)。為了將編碼傳輸波束應(yīng)用于不同的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對，發(fā)射單元中的控制單元具有經(jīng)由不同的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對以時(shí)間變化的方式發(fā)射編碼傳輸波束的算法。由于編碼傳輸波束被繼續(xù)應(yīng)用于不同的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對，所以切斷各個(gè)波束不防止同步的發(fā)生。在最不利的情況下，對于同步需要僅幾個(gè)周期。相比于前述方法，在這些方法中需要不同于其他標(biāo)識(shí)符的單個(gè)標(biāo)識(shí)符。然而，僅向發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對相對指派編碼傳輸波束是不利的。
[0010]在這種背景下，本發(fā)明的目的是提供用于對光柵進(jìn)行同步的替代方法，以使得光柵能夠以更簡單的、具有成本效益以及使用絕對指派的方式被同步。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過對光柵進(jìn)行同步的方法來達(dá)到所述目的，所述光柵具有發(fā)射單元、接收單元、發(fā)射機(jī)控制單元以及接收機(jī)控制單元，所述發(fā)射單元具有多個(gè)發(fā)射機(jī)，所述接收單元具有多個(gè)接收機(jī)，所述發(fā)射機(jī)控制單元在周期T中相繼啟用發(fā)射機(jī)，所述接收機(jī)控制單元用于評估接收機(jī)，其中，每個(gè)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)相關(guān)聯(lián)，以及被啟用的發(fā)射機(jī)向接收機(jī)發(fā)射傳輸波束，其中，周期T中的至少兩個(gè)傳輸波束是彼此以一定時(shí)間偏移量D被發(fā)射的同步傳輸波束，其中，所述接收機(jī)控制單兀對時(shí)間偏移量D進(jìn)行測量，以及其中，同步傳輸波束基于時(shí)間偏移量D與周期T中的全部傳輸波束唯一地相關(guān)聯(lián)。
[0012]根據(jù)另一方面，通過光柵來達(dá)到所述目的，所述光柵具有發(fā)射單元、接收單元、發(fā)射機(jī)控制單元以及接收機(jī)控制單元，所述發(fā)射單元具有多個(gè)發(fā)射機(jī)，所述接收單元具有多個(gè)接收機(jī)，所述發(fā)射機(jī)控制單元被配置為在周期中相繼啟用發(fā)射機(jī)，所述接收機(jī)控制單元用于評估接收機(jī)，其中，每個(gè)發(fā)射機(jī)分別與接收機(jī)相關(guān)聯(lián)，以及在操作期間，被啟用的發(fā)射機(jī)向相應(yīng)所指派的接收機(jī)發(fā)射傳輸波束，其中，周期中的至少兩個(gè)傳輸波束是彼此以限定的時(shí)間偏移量被發(fā)射的同步傳輸波束，其中，所述接收機(jī)控制單兀對時(shí)間偏移量進(jìn)行測量，以及其中，同步傳輸波束基于時(shí)間偏移量D與周期中的全部傳輸波束唯一地相關(guān)聯(lián)。
[0013]因此，新方法和基于新方法的光柵是基于借助兩個(gè)同步傳輸波束實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收單元在時(shí)間上的同步的想法，其中，優(yōu)選地通過將標(biāo)識(shí)符應(yīng)用于同步傳輸波束來使同步波束不同于其他傳輸波束。因此，對于同步需要僅兩種不同類型的傳輸波束。一方面，這些都是“正常”的傳輸波束，即具有或不具有標(biāo)識(shí)符的傳輸波束，以及另一方面，這些都是偏離剩余傳輸波束的具有標(biāo)識(shí)符的同步傳輸波束。
[0014]通過評估接收第一同步傳輸波束與至少第二同步傳輸波束之間的時(shí)間差來執(zhí)行同步。為此目的，首先，所有接收機(jī)是活動(dòng)的并且“監(jiān)聽”同步傳輸波束的進(jìn)入。接收機(jī)控制單元記錄兩個(gè)同步傳輸波束的進(jìn)入時(shí)間并且由此計(jì)算時(shí)間差。有利地使用時(shí)間差換言之時(shí)間偏移量(其被用來接收同步傳輸波束)來將同步傳輸波束唯一地相關(guān)聯(lián)到全部傳輸波束內(nèi)。
[0015]由于僅兩種不同類型的傳輸波束需要進(jìn)行同步，所以可以以具有成本效益的方式來實(shí)現(xiàn)新方法的光柵。優(yōu)選地，將標(biāo)識(shí)符應(yīng)用于傳輸波束并且可以通過發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)控制單元中的軟件模塊來實(shí)現(xiàn)在接收機(jī)側(cè)的標(biāo)識(shí)符的解調(diào)。另外，可以經(jīng)由偏振或其他光頻率來應(yīng)用標(biāo)識(shí)符。
[0016]此外，因?yàn)閮H任何兩個(gè)同步傳輸波束之間的時(shí)間偏移量被用于指派目的，所以不同的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對可以用于進(jìn)行同步。因此，如果已用于進(jìn)行同步的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對例如因?yàn)榍袛喽慌懦敲戳硪话l(fā)射機(jī)/接收機(jī)對的同步傳輸波束可以用于進(jìn)行同步。唯一的要求是在一個(gè)周期中接收至少兩個(gè)同步傳輸波束。從而提高了光柵的可用性。
[0017]最后，新方法不僅能夠用于確定同步傳輸波束相對于其他傳輸波束的位置，而且還能用于確