[发明专利]用于检测对象的光电传感器和方法

说明书

本申请涉及用于检测对象的光电传感器和方法。光电传感器(10)具有：光发射器(24)，其用于发射光束(28)；光接收器(34)，其用于从由监测区域(22)中的对象漫反射的光束(30)产生接收信号；控制和评估单元(46)，其用于基于接收信号检测关于对象的信息；基座单元(14)；相对于基座单元可移动的扫描单元(12)，其用于周期性地扫描监测区域；以及具有空心轴(18)的驱动器(16)，其用于移动扫描单元，其中扫描单元包括第一数据传输单元(42)，并且基座单元包括第二数据传输单元(44)，以在基座单元和扫描单元之间通过空心轴无线地交换数据。在此，第一数据传输单元和第二数据传输单元被配置成用于借助微波信号交换数据的微波单元。

本发明涉及根据权利要求1或7的主题的用于检测对象的光电传感器和方法。

光电系统，特别是激光扫描仪适于需要测量系统的水平角范围较大的距离测量。在激光扫描仪中，由激光器产生的光束借助于偏转单元周期性地扫描监测区域。光线在监测区域中的对象上被漫反射，并在扫描仪中进行评估。从偏转单元的角位置推断出对象的角位置，并且利用光速从光飞行时间还另外推断出对象与激光扫描仪的距离。

利用角度和距离数据，监测区域中对象的位置被记录在二维极坐标中。因此，可以确定对象的位置，或者通过对同一对象在不同位置的多次扫描来确定其轮廓。除了这样的测量应用外，激光扫描仪还用于监控危险源的安全技术中，危险源例如是危险的机器。这种安全激光扫描仪从DE 43 40 756 A1中已知。其中，对机器操作期间操作人员不得进入的保护区域进行监控。如果激光扫描仪识别到未被允许的保护区域干预，如操作人员的腿，则激光扫描仪触发机器的紧急停机。安全技术中使用的传感器必须特别可靠地工作，因此必须满足较高的安全要求，例如关于机器安全性的标准EN13849和关于非接触式防护装置(BMS)的设备标准EN61496。

激光扫描仪中对监测平面的扫描通常是通过发射光束射到旋转的旋转反射镜上来实现的。光发射器、光接收器以及相关的电子器件和光学器件被永久地安装在设备中，不一起执行旋转运动。众所周知，用一起移动的扫描单元代替旋转反射镜。例如，在DE 197 57849 B4中，整个测量头与光发射器和光接收器一起旋转。

对于旋转的测量头，出现了将数据和能量传输到旋转的部件中或者从旋转的部件中读出数据的需求。为此，原则上可以设想各种技术。高频技术提供了一种方案。载波频率的产生以及用于数据传输的调制和解调都需要例如在FPGA(现场可编程门阵列)上的资源，并且还需要其他各种组件，如HF滤波器、近场天线和印刷电路板。此外，还存在一定的电磁辐射，反之，对外界的电磁场也很敏感。能量和数据传输之间的相互作用也可能会造成干扰，其中这些影响可以通过明智地选择频段来减少。

高频接口的复杂性原则上可以通过市场上现有的微波芯片来降低，在这些微波芯片中集成了完整的高频技术(带天线或不带天线)。然而，这只在很短的距离上起作用，不足以克服基础模块和一个或更多个发射-接收模块之间所需的距离。

一般已知的通信协议，如蓝牙或WLAN，需要特定国家的频率许可，此外，激光扫描仪内的纯点对点连接的有效范围不合期望地过高，而数据速率仍然有限。换句话说，这种通用协议的性能和要求并不能很好地结合起来用于激光扫描仪中的特殊情况。

从EP 2 388 619 A1中已知一种具有可旋转的发射/接收单元的激光扫描仪，根据变换原理，该发射/接收单元由传感器的非旋转区域提供能量，而数据传输则通过无线电或光学方式无线地进行。但是，这些无线接口并没有进行详细的阐述。WO 2008/008970 A2提出了一种具有可旋转的壳体的多光束激光扫描仪，其具有多个光发射器和光接收器。其中，设置了无线通信，但也没有进行详细的描述。

US 7 187 823 B2描述了一种用于在监控设备的部件之间传输功率和光信号的系统。其中，两个环形芯子彼此相对旋转，而通过其中心的开口进行光传输。