DE202010007088U1

DE202010007088U1 - Security scanner to secure and support automatic navigation

Info

Publication number: DE202010007088U1
Application number: DE202010007088U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2020-05-22

Abstract

Sicherheitsscanner (10) zur Absicherung und Unterstützung einer automatischen Navigation, wobei der Sicherheitsscanner (10) einen Lichtsender (12) zum Aussenden eines Lichtstrahls (14), eine Ablenkeinheit (16) zur periodischen Ablenkung des Lichtstrahls (14) in einen Überwachungsbereich (18), einen Lichtempfänger (24) zum Erzeugen von Empfangssignalen aus dem von Objekten in dem Überwachungsbereich (18) remittierten Lichtstrahl (20) sowie eine Auswertungseinheit (30) aufweist, die dafür ausgebildet ist, aus den Empfangssignalen eine Position der Objekte anhand eines mit einem Lichtlaufzeitverfahren bestimmten Abstandes und mindestens eines Erfassungswinkels zu bestimmen und zur Absicherung bei Erkennung eines unzulässigen Objekteingriffs in einen Schutzbereich innerhalb des Überwachungsbereichs (18) ein Absicherungssignal auszugeben sowie zur Unterstützung der automatischen Navigation die eigene Position des Sicherheitsscanners (10) gegenüber einer als Objekt erfassten Referenzmarke (40) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (30) weiterhin dafür ausgebildet ist, aus der Referenzmarke (40) einen Navigationscode auszulesen.Security scanner (10) for safeguarding and supporting automatic navigation, the security scanner (10) comprising a light transmitter (12) for emitting a light beam (14), a deflection unit (16) for periodically deflecting the light beam (14) into a monitoring area (18) , a light receiver (24) for generating reception signals from the light beam (20) remitted by objects in the monitoring area (18) and an evaluation unit (30) which is designed to determine a position of the objects from the reception signals using a time-of-flight method to determine a certain distance and at least one detection angle and, for security purposes, to output a security signal within the monitoring area (18) upon detection of an impermissible object intrusion into a protection area, and to support the automatic navigation, the own position of the security scanner (10) with respect to a reference detected as an object z mark (40), characterized in that the evaluation unit (30) is further designed to read a navigation code from the reference mark (40).

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsscanner zur Absicherung und Unterstützung einer automatischen Navigation nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a security scanner for securing and supporting automatic navigation according to the preamble of claim 1.

Sicherheitslaserscanner, wie sie beispielsweise aus DE 43 40 756 A1 bekannt sind, werden zur Überwachung von Gefahrenquellen eingesetzt. In einem Sicherheitsscanner überstreicht ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl mit Hilfe einer Ablenkeinheit periodisch den Überwachungsbereich. Das Licht wird an Objekten in dem Überwachungsbereich remittiert und in dem Scanner ausgewertet. Aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit wird auf die Winkellage des Objektes und aus der Lichtlaufzeit unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit zusätzlich auf die Entfernung des Objektes von dem Laserscanner geschlossen. Dabei sind zwei grundsätzliche Prinzipien bekannt, die Lichtlaufzeit zu bestimmen. Bei phasenbasierten Verfahren wird das Sendelicht moduliert und die Phasenverschiebung des empfangenen gegenüber dem gesendeten Licht ausgewertet. Bei pulsbasierten Verfahren, wie sie in der Sicherheitstechnik bevorzugt eingesetzt werden, misst der Laserscanner die Laufzeit, bis ein ausgesandter Lichtpuls wieder empfangen wird.Safety Laser Scanner, as for example DE 43 40 756 A1 are known, are used to monitor sources of danger. In a security scanner, a light beam generated by a laser periodically sweeps over the surveillance area with the aid of a deflection unit. The light is remitted to objects in the surveillance area and evaluated in the scanner. From the angular position of the deflection is on the angular position of the object and from the light transit time using the speed of light in addition to the removal of the object from the laser scanner closed. There are two basic principles known to determine the light transit time. In phase-based methods, the transmitted light is modulated and the phase shift of the received light compared to the transmitted light is evaluated. With pulse-based methods, as they are preferably used in safety technology, the laser scanner measures the transit time until an emitted light pulse is received again.

Durch die Winkellage und den Abstand eines erfassten Objekts kennt der Sicherheitsscanner dessen Objektposition in zweidimensionalen Polarkoordinaten. Wenn auch eine Ablenkung in einer weiteren Dimension vorgesehen sind, stehen über den zweiten Ablenkwinkel vollständige dreidimensionale Raumkoordinaten in Kugelkoordinaten zur Verfügung. Auf Basis der zwei- oder dreidimensionalen Objektposition wird ein Schutzfeld überwacht, das von Personen oder anderen unzulässigen Objekten frei bleiben soll. Wird ein Schutzfeld verletzt, greift also eine Person oder ein Objekt unzulässig in ein Schutzfeld ein, so erfolgt eine Absicherung, beispielsweise ein Notstopp.Due to the angular position and the distance of a detected object, the security scanner knows its object position in two-dimensional polar coordinates. If a deflection is also provided in a further dimension, complete three-dimensional space coordinates in spherical coordinates are available over the second deflection angle. On the basis of the two- or three-dimensional object position, a protective field is monitored, which should remain free of persons or other impermissible objects. If a protective field is violated, ie if a person or an object intervenes in an inadmissible protective field, then there is a safeguard, for example an emergency stop.

In der Sicherheitstechnik eingesetzte Sensoren müssen besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN13849 für Maschinensicherheit und die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS). Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie beispielsweise sichere elektronische Auswertung durch redundante, diversitäre Elektronik, Funktionsüberwachung und/oder Vorsehen von einzelnen Testzielen mit definierten Reflexionsgraden, die unter den entsprechenden Scanwinkeln erkannt werden müssen.Sensors used in safety technology must work particularly reliably and therefore meet high safety requirements, such as the standard EN13849 for machine safety and the device standard EN61496 for non-contact protective devices (ESPE). To meet these safety standards, a number of measures must be taken, such as secure electronic evaluation by redundant, diverse electronics, function monitoring and / or provision of individual test objectives with defined degrees of reflection, which must be detected under the appropriate scan angles.

Es ist bekannt, Sicherheitsscanner auch auf einem Fahrzeug zum Kollisionsschutz einzusetzen, etwa einem autonomen Fahrzeug oder einem führerlosen Transportsystem. Damit sollen in erster Linie Personen vor Kollisionen geschützt werden, indem das Fahrzeug rechtzeitig abgebremst wird. Zudem können die Abstandsinformationen des Sicherheitsscanners auch für Navigationsaufgaben genutzt werden, indem Reflektormarken als Orientierungspunkte genutzt werden. Diese Funktion ist aber nicht besonders zuverlässig, denn die Reflektormarken werden allein aufgrund ihrer hohen Remission identifiziert. Auch andere Reflektoren, beispielweise Fahrzeugreflektoren, werden daher fälschlich als Referenzmarken aufgefasst. Außerdem ist die Reflektormarkenerkennung undifferenziert. Es wird also bestenfalls erkannt, dass es sich um eine Reflektormarke handelt. Da der Laserscanner somit nicht erfährt, welche Referenzmarke aktuell angetastet wird, kann er seine Lage nur auf Basis von weiterem Vorwissen bestimmen.It is known to use security scanner on a vehicle for collision protection, such as an autonomous vehicle or a driverless transport system. This is intended primarily to protect people from collisions by slowing down the vehicle in good time. In addition, the safety scanner distance information can also be used for navigation tasks by using reflector marks as landmarks. However, this feature is not very reliable because the reflector marks are identified solely because of their high remission. Other reflectors, such as vehicle reflectors, are therefore mistakenly regarded as reference marks. In addition, the reflector brand recognition is undifferentiated. It is thus recognized at best that it is a reflector mark. Since the laser scanner thus does not know which reference mark is currently being touched, it can only determine its position on the basis of further prior knowledge.

Aus der DE 44 24 008 A1 ist eine optoelektronische Vorrichtung zum Erkennen von mit definierten Kontrastmustern versehenen Marken bekannt. Die Marken tragen eine Positionsinformation über die eigene Position und die Vorrichtung ist an einem relativ zu den Marken beweglichen Objekt angebracht. Allerdings bewegt sich dieses Objekt zwangsgeführt in nur einer Dimension. Eine Abstandsbestimmung zwischen Vorrichtung und Marke und damit eine Orientierung in der Fläche oder im Raum ist ebenso wenig vorgesehen wie eine Sicherheitsfunktion.From the DE 44 24 008 A1 For example, an optoelectronic device for detecting marks provided with defined contrast patterns is known. The marks carry positional information about their own position and the device is attached to an object movable relative to the marks. However, this object moves constrained in only one dimension. A determination of the distance between the device and the mark and thus an orientation in the area or in the room is just as little provided as a safety function.

Die EP 0 652 530 A2 offenbart einen Laserscanner zum Lesen von optischen Codes auf einem Objekt. Der Laserscanner bestimmt mit der Codeinformation zugleich die Entfernung zwischen Laserscanner und Code mit einem phasenbasierten Lichtlaufzeitverfahren. Dabei ist der Laserscanner stationär montiert, so dass seine eigene Position im Gegensatz zu einer Navigation fix und vorparametriert ist. Die Codes enthalten keinerlei Positionsinformation. Eine Sicherheitsfunktion ist nicht vorgesehen und in den typischen Einsatzfeldern dieses Laserscanners, nämlich Paketverteilstationen, auch nicht notwendig.The EP 0 652 530 A2 discloses a laser scanner for reading optical codes on an object. With the code information, the laser scanner also determines the distance between the laser scanner and the code with a phase-based light transit time method. In this case, the laser scanner is mounted stationary, so that its own position in contrast to a navigation is fixed and pre-parameterized. The codes contain no position information. A safety function is not provided and in the typical fields of application of this laser scanner, namely Paketverteilstationen, also not necessary.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Navigationsunterstützung eines Sicherheitslaserscanners zu verbessern.It is therefore an object of the invention to improve the navigation support of a security laser scanner.

Diese Aufgabe wird durch einen Sicherheitsscanner zur Absicherung und Unterstützung einer automatischen Navigation gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die erfindungsgemäße Lösung von dem Grundgedanken aus, die Modulation des Taststrahls beziehungsweise des Empfangssignals durch das angetastete Objekt als Informationsquelle auszunutzen. Damit kann aus Referenzmarken zur Bestimmung der eigenen Position ein Navigationscode ausgelesen werden, dessen Informationsgehalt über das fehleranfällige und mehrdeutige Erkennen einer einfachen Reflektormarke hinausgeht.This object is achieved by a security scanner for securing and supporting automatic navigation according to claim 1. The solution according to the invention is based on the basic concept of exploiting the modulation of the scanning beam or of the received signal by the object being probed as an information source. This can be read from reference marks to determine their own position, a navigation code whose information content on the error-prone and ambiguous recognition of a simple reflector mark goes beyond.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Navigationscode Verwechslungen mit anderen Reflektoren ausschließt. Die Bestimmung der eigenen Position ist damit zuverlässiger. Außerdem können über den Navigationscode Zusatzinformationen übermittelt werden, welche eine schnellere oder genauere Bestimmung der eigenen Position ermöglichen.The invention has the advantage that the navigation code excludes confusion with other reflectors. The determination of one's own position is thus more reliable. In addition, additional information can be transmitted via the navigation code, which allows a faster or more accurate determination of one's own position.

Der Navigationscode kann zusätzliche Steuerungsinformation enthalten. Beispielsweise kann der Zutritt zu bestimmten Gebieten verboten, eine Maximalgeschwindigkeit in einem Gebiet mitgeteilt oder eine andere, für die automatische Navigation erforderliche oder hilfreiche Anweisung erteilt werden. Die Referenzmarken sind damit in gewisser Weise ein Mittel, die Navigation von sämtlichen Sicherheitsscannern ohne Zugang zu deren Elektronik zu parametrieren.The navigation code may include additional control information. For example, access to certain areas may be prohibited, communicated to a maximum speed in an area, or given another instruction that may be required or helpful for automatic navigation. The reference marks are thus in a way a means to parameterize the navigation of all security scanners without access to their electronics.

Der Navigationscode umfasst bevorzugt eine Zugehörigkeitsinformation zu dem Sicherheitsscanner. Anhand der Zugehörigkeitsinformation wird sichergestellt, dass es sich bei der angetasteten Referenzmarke tatsächlich um eine solche für die Navigationsunterstützung handelt. Dabei kann der Navigationscode allgemein eine Referenzmarke für die Navigationsunterstützung anzeigen, aber auch eine Referenzmarke spezifisch für gerade diesen Sicherheitsscanner.The navigation code preferably comprises a membership information to the security scanner. The membership information ensures that the touched reference mark is actually one for the navigation support. In this case, the navigation code can generally display a reference mark for the navigation support, but also a reference mark specific to just this security scanner.

Der Lichtsender ist bevorzugt dafür ausgebildet, kurze Sendepulse insbesondere im Nanosekundenbereich auszusenden, wobei remittierte Empfangspulse in der Auswertungseinheit in einem in pulsbasiertes Lichtlaufzeitverfahren erfassbar sind. Der Sicherheitsscanner arbeitet also mit einem pulsbasierten Lichtlaufzeitverfahren. Phasenbasierte Lichtlaufzeitverfahren sind zwar für das Auslesen optischer Codes geeignet, erlauben jedoch keine sichere Schutzfunktion. In der Sicherheitstechnik werden üblicherweise sehr kurze Sendepulse von weniger als 10 ns, also beispielsweise 1–5 ns verwendet.The light transmitter is preferably designed to emit short transmission pulses, in particular in the nanosecond range, wherein reflected reception pulses in the evaluation unit can be detected in a pulse-based time-of-flight method. The security scanner thus works with a pulse-based light transit time method. Although phase-based light transit time methods are suitable for reading out optical codes, they do not permit a reliable protective function. In safety engineering, very short transmission pulses of less than 10 ns, that is, for example, 1-5 ns, are usually used.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die Zugehörigkeitsinformation als charakteristische Veränderung der Empfangspulse an der Referenzmarke auszulesen. Dies wird beispielsweise durch eine Fluoreszenz der Referenzmarke erreicht, welche durch kurzes Nachleuchten den Empfangspuls verbreitert. Ein normaler Reflektor oder allgemein eine Objektoberfläche, die nicht eigens für den Sicherheitsscanner mit den entsprechenden Fluoreszenzeigenschaften präpariert wird, kann deshalb nicht mit einer Referenzmarke verwechselt werden.The evaluation unit is preferably designed to read the membership information as a characteristic change of the received pulses at the reference mark. This is achieved, for example, by fluorescence of the reference mark, which widens the received pulse by a short afterglow. Therefore, a normal reflector or generally an object surface that is not specially prepared for the security scanner with the corresponding fluorescence properties can not be confused with a reference mark.

Der Navigationscode umfasst bevorzugt eine Positionsangabe. Ohne Positionsangabe benötigt der Sicherheitsscanner zumindest zwei Referenzmarken zur Ermittlung der eigenen Position auf einer Ebene und sogar zumindest drei Referenzmarken für die allgemeine Bestimmung der Position im Raum. Ohne Vorwissen ist das dennoch nur eine relative Orientierung. Wenn dagegen aus der Referenzmarke deren Raumposition über den Navigationscode ausgelesen wird, genügt eine einzige angetastete Referenzmarke für eine vollständige Orientierung anhand des gemessenen Abstands und des Abtastwinkels bei einem zweidimensionalen oder beider Abtastwinkel bei dreidimensionalen Sicherheitsscannern. Die Positionsangabe kann unmittelbar in einem bekannten Koordinatensystem, aber auch indirekt codiert sein, beispielsweise durch eine Identifikationsnummer, der in einem Speicher des Sicherheitsscanners oder einer übergeordneten Steuerung eine Positionsangabe zugeordnet wird.The navigation code preferably includes a position indication. Without position specification, the security scanner requires at least two reference marks to determine its own position on a plane and even at least three reference marks for the general determination of the position in space. Without prior knowledge, this is only a relative orientation. If, on the other hand, the spatial position is read from the reference mark by means of the navigation code, then one single reference mark suffices for a complete orientation on the basis of the measured distance and scanning angle for a two-dimensional or both scanning angle in three-dimensional safety scanners. The position specification can be coded directly in a known coordinate system, but also indirectly, for example by an identification number, which is assigned a position specification in a memory of the security scanner or a higher-level controller.

Der Lichtsender ist bevorzugt dafür ausgebildet, Sendepulse mit einer hohen Winkelauflösung, insbesondere von höchstens einem zehntel, höchstens einem hundertstel Grad oder höchstens einem tausendstel Grad, und mit einem kleinen Tastfleck insbesondere entsprechend der Winkelauflösung auszusenden. Die erforderliche Auflösung hängt davon ab, in welcher Maximalentfernung Codes mit wie großen Strukturelementen noch gelesen werden sollen. Diese Anforderung ist jedenfalls in aller Regel schärfer als diejenige an die Auflösung für die Sicherheitsfunktion, bei der bloße Objekterkennung bei Objekten mit geforderten Mindestabmessungen ausreicht. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Tastflecks von gleicher Größenordnung wie das Winkelinkrement. Dabei werden beide Größen in Winkeln angegeben, so dass dies nicht von dem Abstand der Referenzmarke abhängt.The light transmitter is preferably designed to emit transmission pulses with a high angular resolution, in particular of at most one tenth, at most one hundredth of a degree or at most one thousandth of a degree, and with a small touch spot, in particular corresponding to the angular resolution. The required resolution depends on the maximum distance at which codes with large structure elements are to be read. In any case, this requirement is generally sharper than the resolution for the safety function, in which mere object recognition is sufficient for objects with required minimum dimensions. Preferably, the diameter of the scanning spot is of the same order of magnitude as the angular increment. Both sizes are given in angles, so that this does not depend on the distance of the reference mark.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, über eine Vielzahl von Empfangspulsen zu mitteln, um einen Objektabstand zu bestimmen. Diese Mittelung erfolgt vorzugsweise während eines kontinuierlichen Abrasterns des Objekts aufgrund der Drehbewegung des Scanners. Dabei werden also in rascher Folge Sendepulse ausgesandt, wobei sich jeder einzelne Empfangspuls gar nicht unbedingt aus dem Rauschen heraushebt. Erst in einem Histogramm, also durch eine Pulsmittelung eine Vielzahl von beispielsweise 50, 100 oder 500 Empfangspulsen, entsteht ein auswertbares Empfangssignal. Die Pulsfolge muss hierbei im Verhältnis zur Bewegung der Ablenkeinheit hoch genug sein, dass die Sendepulse für jeweils ein solches Histogramm eine zumindest im Rahmen der geforderten Winkelauflösung der Objekterkennung annähernd stationäre Situation vorfinden.The evaluation unit is preferably designed to average over a plurality of reception pulses in order to determine an object distance. This averaging is preferably carried out during a continuous scanning of the object due to the rotational movement of the scanner. In this case, transmission pulses are thus emitted in rapid succession, whereby each individual reception pulse does not necessarily stand out from the noise. Only in a histogram, so by a pulse averaging, for example, 50, 100 or 500 receiving pulses, an evaluable received signal. In this case, the pulse sequence must be high enough in relation to the movement of the deflection unit so that the transmission pulses for each such a histogram find an approximately stationary situation, at least within the scope of the required angular resolution of the object detection.

Vorteilhafterweise ist ein zusätzlicher Lichtsender vorgesehen, um einen Lesestrahl für den Navigationscode zu erzeugen, wobei insbesondere Sendelicht des zusätzlichen Lichtsenders ebenfalls an der Ablenkeinheit periodisch ablenkbar und in dem Lichtempfänger erfassbar ist. Damit werden die an sich widerstreitenden Anforderungen an die sicherheitstechnisch bedingten Eigenschaften des abstandsmessenden Sendestrahls und an die räumliche Auflösung des Lesestrahls für das Auslesen des Navigationscodes entkoppelt. Bei dieser Ausführungsform genügt es, wenn nur der zusätzliche Lichtsender eine hohe Winkelauflösung mit kurz aufeinanderfolgenden Sendepulsen und kleinen Tastflecken aufweist. Auch ein Dauerstrichbetrieb ist denkbar, weil der zusätzliche Lichtsender nicht für die Sicherheitsfunktion verwendet wird. Der zusätzliche Lichtsender verwendet insbesondere eine andere optische Frequenz, um das Empfangssignal anhand der optischen Frequenz aufzutrennen. Advantageously, an additional light transmitter is provided in order to generate a reading beam for the navigation code, wherein in particular transmission light of the additional light transmitter is likewise periodically deflectable at the deflection unit and can be detected in the light receiver. Thus, the conflicting requirements for the safety-related properties of the distance-measuring transmit beam and the spatial resolution of the reading beam for reading the navigation code are decoupled. In this embodiment, it is sufficient if only the additional light transmitter has a high angular resolution with short successive transmit pulses and small touch spots. CW operation is also conceivable because the additional light transmitter is not used for the safety function. The additional light emitter in particular uses a different optical frequency to separate the received signal based on the optical frequency.

Vorzugsweise ist eine Frequenzweiche vorgesehen, um den von dem Sendelicht des zusätzlichen Lichtsenders erzeugten Anteil des Empfangssignals für das Auslesen des Navigationscodes von dem Empfangssignal für die Bestimmung des Abstands mittels Lichtlaufzeitverfahren zu trennen. Die Frequenzweiche kann als analoger elektronischer Baustein, aber auch als Softwarefilter implementiert sein. Der abstandsmessende Sendestrahl für die Sicherheitsfunktion hat wegen seiner kurzen Nanopulse ein anderes Frequenzverhalten als der Lesestrahl für den Navigationscode und kann über eine Hochpassfunktion separiert werden.Preferably, a crossover is provided to separate the generated by the transmitted light of the additional light emitter portion of the received signal for reading the navigation code from the received signal for the determination of the distance by means of light transit time method. The crossover can be implemented as an analog electronic module, but also as a software filter. Because of its short nanopulse, the distance-measuring transmission beam for the safety function has a different frequency response than the reading beam for the navigation code and can be separated via a high-pass function.

Bevorzugt ist ein zweiter Lichtempfänger für den Lesestrahl vorgesehen. Damit muss der Empfangsstrahl nicht optisch oder elektronisch aufgetrennt werden, sondern die beiden optischen Kanäle, also der abstandsmessende Taststrahl der Sicherheitsfunktion und der Lesestrahl für den Navigationscode, werden vervollständigt. Die beiden Lichtempfänger können in Form einer ortsauflösenden Photodiode oder eines pixelaufgelösten Zeilen- oder Matrixempfängers mit zwei unterschiedlichen Bereichen realisiert sein.Preferably, a second light receiver is provided for the reading beam. Thus, the receive beam does not have to be separated optically or electronically, but the two optical channels, ie the distance-measuring probe beam of the safety function and the reading beam for the navigation code, are completed. The two light receivers can be realized in the form of a spatially resolving photodiode or a pixel-resolved line or matrix receiver with two different regions.

Der erfindungsgemäße Sicherheitsscanner wird in vorteilhafter Weiterbildung zusammen mit einer Referenzmarke, die den Navigationscode trägt, zu einem sicheren Navigationssystem. Der Navigationscode ist bevorzugt als Strichcode ausgebildet, um von dem Taststrahl aus fast beliebigem Winkel auslesbar zu sein. Dabei ist ein Strichcode nicht nur ein Barcode im Sinne einschlägiger Normen, sondern jegliches Linienmuster, das durch eine Querlinie als Hell-Dunkel-Muster erfassbar ist. Beispielsweise lässt sich auch einem regelmäßigen Linienmuster zumindest eine Abstandsinformation entnehmen, die für eine Identifikation ausreichen kann. Der Navigationscode ist noch bevorzugter mit retroreflektierenden und dunklen Bereichen ausgebildet, damit die Unterschiede zwischen Hell und Dunkel eindeutig erfasst werden. Wegen dieses hohen Kontrastes wird der Navigationscode bereits bei einer erheblich kleineren Pulsmittelungszahl erkannt, als für eine sichere Objekterkennung erforderlich ist. Damit wird für das Lesen des Navigationscodes eine wesentlich höhere Winkelauflösung erreicht als für die sichere Objekterkennung.The security scanner according to the invention is in an advantageous development together with a reference mark, which carries the navigation code, to a secure navigation system. The navigation code is preferably designed as a bar code in order to be able to be read by the probe beam at almost any angle. In this case, a barcode is not just a barcode in the sense of relevant standards, but any line pattern that can be detected by a transverse line as a light-dark pattern. For example, it is also possible to derive at least one distance information from a regular line pattern, which can be sufficient for an identification. The navigation code is more preferably formed with retroreflective and dark areas so that the differences between light and dark are clearly detected. Because of this high contrast, the navigation code is already detected at a significantly lower pulse rate than is necessary for a reliable object detection. This results in a significantly higher angular resolution for reading the navigation code than for reliable object recognition.

Die Referenzmarke trägt den Navigationscode bevorzugt mehrfach, insbesondere mehrfach nebeneinander, wobei der Referenzmarke ein Zylinderlinsenarray oder eine diffraktive Beschichtung zugeordnet ist. Die Zylinderlinsen oder die Beschichtung sorgt dafür, dass mit dem veränderten Abtastwinkel während der Scanbewegung unabhängig von der Sendelichtfleckgröße unterschiedliche Codebereiche erfasst werden, so dass insgesamt bei Überstreichen der Referenzmarke aus den diversen Wiederholungen der Navigationscode ausgelesen wird.The reference mark preferably carries the navigation code several times, in particular several times next to one another, wherein the reference mark is associated with a cylindrical lens array or a diffractive coating. The cylindrical lenses or the coating ensures that different code areas are detected with the changed scanning angle during the scanning movement, regardless of the transmitted light spot size, so that overall when sweeping the reference mark from the various repetitions of the navigation code is read.

Dabei ist das Zylinderlinsenarray oder die diffraktive Beschichtung besonders bevorzugt derart ausgebildet, dass jeweils eine Zylinderlinse oder ein diffraktives Strukturelement einer oder mehreren Wiederholungen des Navigationscodes zugeordnet ist. Diese Zuordnung sorgt für eine effektive Raumausnutzung auf der Referenzmarke.In this case, the cylindrical lens array or the diffractive coating is particularly preferably designed such that in each case a cylindrical lens or a diffractive structural element is associated with one or more repetitions of the navigation code. This assignment ensures effective space utilization on the reference mark.

Die Referenzmarke weist bevorzugt Fluoreszenzeigenschaften auf, die eine charakteristische Aufweitung eines von der Referenzmarke reflektierten Lichtpulses bewirken. An dieser charakteristischen Aufweitung unterscheidet der Sicherheitsscanner ihm zugeordnete Referenzmarken von anderen Reflektoren oder sonstigen Störsignalen. Die Fluoreszenz klingt bevorzugt im Nanosekundenbereich, insbesondere nach 1 bis 20 ns ab, damit die Referenzmarke nicht noch bei Auftreffen des nächsten Pulses nachleuchtet und somit die Empfangspulse so stark verbreitert, dass sie nicht mehr eindeutig auswertbar sind.The reference mark preferably has fluorescence properties which cause a characteristic widening of a light pulse reflected from the reference mark. At this characteristic widening, the security scanner distinguishes between its associated reference marks and other reflectors or other interfering signals. The fluorescence preferably decays in the nanosecond range, in particular after 1 to 20 ns, so that the reference mark does not luminesce even when the next pulse impinges, thus widening the received pulses so much that they can no longer be evaluated unambiguously.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:

1 den Abtaststrahl eines erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners bei Auftreffen auf eine Referenzmarke bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 the scanning beam of a security scanner according to the invention when hitting a reference mark in a first embodiment of the invention;

2 den Abtaststrahl eines erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners bei Auftreffen auf eine Referenzmarke bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 2 the scanning beam of a security scanner according to the invention when hitting a reference mark in a further embodiment of the invention;

3 mehrere Abtaststrahlen eines erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners bei Auftreffen auf eine besondere Referenzmarke mit mehreren Wiederholungen eines Navigationscodes und einem vorgeordneten Zylinderlinsenarray; und 3 a plurality of scanning beams of a security scanner according to the invention when hitting a particular reference mark with a plurality of repetitions of a navigation code and an upstream cylindrical lens array; and

4 eine schematische Schnittdarstellung eines Sicherheitsscanners nach dem Stand der Technik. 4 a schematic sectional view of a security scanner according to the prior art.

4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen Sicherheitsscanner 100 nach dem Stand der Technik. Ein von einem Lichtsender 12, beispielsweise einem Laser, erzeugter Lichtstrahl 14, der einzelne Lichtimpulse aufweist, wird über Lichtablenkeinheiten 16a–b in einen Überwachungsbereich 18 gelenkt und dort von einem gegebenenfalls vorhandenen Objekt remittiert. Das remittierte Licht 20 gelangt wieder zu dem Sicherheitsscanner 100 zurück und wird dort über die Ablenkeinheit 16b und mittels einer Empfangsoptik 22 von einem Lichtempfänger 24 detektiert, beispielsweise einer Photodiode. 4 shows a schematic sectional view through a security scanner 100 According to the state of the art. One from a light transmitter 12 , For example, a laser, generated light beam 14 which has individual light pulses becomes light deflecting units 16a -B in a surveillance area 18 steered and there remitted from any existing object. The remitted light 20 returns to the security scanner 100 back and will be there via the deflection unit 16b and by means of a receiving optics 22 from a light receiver 24 detected, for example, a photodiode.

Die Lichtablenkeinheit 16b ist in der Regel als Drehspiegel ausgestaltet, der durch Antrieb eines Motors 26 kontinuierlich rotiert. Die jeweilige Winkelstellung der Lichtablenkeinheit 16b wird über einen Encoder 28 erfasst. Der von dem Lichtsender 12 erzeugte Lichtstrahl 14 überstreicht somit den durch die Rotationsbewegung erzeugten Überwachungsbereich 18. Wird ein von dem Lichtempfänger 24 empfangenes reflektiertes Lichtsignal 20 aus dem Überwachungsbereich 18 empfangen, so kann aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit 16b mittels des Encoders 28 auf die Winkellage des Objektes in dem Überwachungsbereich 18 geschlossen werden.The light deflection unit 16b is usually designed as a rotating mirror, by driving a motor 26 continuously rotated. The respective angular position of the light deflection unit 16b is via an encoder 28 detected. The one from the light transmitter 12 generated light beam 14 thus sweeps over the monitoring area generated by the rotational movement 18 , Becomes one of the light receiver 24 received reflected light signal 20 from the surveillance area 18 received, so can from the angular position of the deflection 16b by means of the encoder 28 on the angular position of the object in the surveillance area 18 getting closed.

Zusätzlich wird die Laufzeit der einzelnen Laserlichtpulse von ihrem Aussenden bis zu dem Empfang nach Reflexion an dem Objekt in dem Überwachungsbereich 18 ermittelt. Aus der Lichtlaufzeit wird unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung des Objektes von dem Sicherheitsscanner 100 geschlossen. Diese Auswertung erfolgt in einer Auswerteeinheit 30, die dafür mit dem Lichtsender 12, dem Lichtempfänger 24, dem Motor 26 und dem Encoder 28 verbunden ist. Somit stehen über den Winkel und die Entfernung zweidimensionale Polarkoordinaten aller Objekte in dem Überwachungsbereich 18 zur Verfügung. Erkennt die Auswertungseinheit 30 ein unzulässiges Objekt in einem Schutzfeld innerhalb des Überwachungsbereichs 18, so wird an einem sicheren Ausgang 32 ein Abschaltsignal ausgegeben.In addition, the transit time of the individual laser light pulses from their emission to the reception after reflection on the object in the surveillance area 18 determined. From the light transit time, using the speed of light, the distance to the object from the security scanner 100 closed. This evaluation takes place in an evaluation unit 30 for that with the light transmitter 12 , the light receiver 24 , the engine 26 and the encoder 28 connected is. Thus, two-dimensional polar coordinates of all objects in the surveillance area are available over the angle and the distance 18 to disposal. Detects the evaluation unit 30 an illegal object in a protective field within the surveillance area 18 so be on a safe exit 32 a shutdown signal issued.

Alle genannten Funktionskomponenten sind in einem Gehäuse 34 angeordnet, das frontseitig, also im Bereich des Lichtaus- und Lichteintritts, eine Frontscheibe 36 aufweist. Die Frontscheibe 36 ist zur Vermeidung von direkten Reflexionen in den Lichtempfänger 24 schräg gestellt, so dass Lichtstrahl 14 und Frontscheibe 36 einen Winkel ungleich neunzig Grad einschließen.All mentioned functional components are in one housing 34 arranged, the front side, so in the area of Lichtaus- and light entry, a windscreen 36 having. The windscreen 36 is to avoid direct reflections in the light receiver 24 tilted so that light beam 14 and windscreen 36 enclose an angle other than ninety degrees.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung nur den Lichtsender 12 und den Abtaststrahl 38, also den Sendelichtstrahl 14 und das zugehörige remittierte Licht 20, eines Sicherheitsscanners 10 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Sicherheitsscanner 10 ist nach dem soeben zu 4 erläuterten Prinzip aufgebaut und weist entsprechende Merkmale auf, die deshalb auch hier und im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Im Unterschied zu dem herkömmlichen Sicherheitsscanner 100 hat die Auswertungseinheit 30 des erfindungsgemäßen Sicherheitsscanner 10 zusätzliche Funktionalität zum Auslesen eines Navigationscodes von einer Referenzmarke 40. Der Sicherheitsscanner 10 ist an einem Fahrzeug oder einem ähnlichen beweglichen Objekt angeordnet und unterstützt dessen Navigation durch eine Bestimmung der eigenen Position. 1 shows in a simplified representation only the light emitter 12 and the scanning beam 38 , so the transmitted light beam 14 and the associated remitted light 20 , a security scanner 10 in a first embodiment of the invention. The security scanner 10 is after that just too 4 explained principle and has corresponding features, which are therefore also here and below denoted by the same reference numerals. In contrast to the conventional security scanner 100 has the evaluation unit 30 the security scanner according to the invention 10 additional functionality for reading a navigation code from a reference mark 40 , The security scanner 10 is arranged on a vehicle or a similar moving object and supports its navigation by a determination of its own position.

Dazu weist die Referenzmarke 40 als Navigationsziel ein Substrat hoher Remission auf und ist mit einer Strichcodestruktur versehen, bei dem die Remission des Substrats durch den Strichcode moduliert wird. Wenn Winkelauflösung und Durchmesser des Abtaststrahls 38 hoch genug, die auf der Referenzmarke 40 entstehenden Tastflecken 42 also dicht und klein genug sind, um die Strichcodestruktur aufzulösen, so kann die Auswertungseinheit 30 den Strichcode unmittelbar aus dem Empfangssignal des Abtaststrahls 38 auslesen. Denn das Empfangssignal moduliert in seiner Intensitätsamplitude beim Überstreichen der Referenzmarke wie der Strichcode, so dass hieraus der Navigationscode ablesbar ist.For this purpose, the reference mark 40 As a navigation target on a substrate of high remission and is provided with a bar code structure in which the remission of the substrate is modulated by the bar code. If angular resolution and diameter of the scanning beam 38 high enough, on the reference mark 40 resulting tactile spots 42 so dense and small enough to resolve the bar code structure, so the evaluation unit 30 the bar code directly from the received signal of the scanning beam 38 read. Because the received signal modulates in its intensity amplitude when sweeping the reference mark as the bar code, so that from this the navigation code is readable.

Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Sicherheitsscanner 100 mit einer typischen Winkelauflösung von 0,5° wird deshalb in dem erfindungsgemäßen Sicherheitsscanner 10 ein Pulsmittelungsverfahren eingesetzt, bei dem mit einem wesentlich kleineren Winkelinkrement von beispielsweise nur 1/1000° gearbeitet wird. Dadurch wird der Überwachungsraum 18 sehr fein abgerastert und auch eine Referenzmarke 40 kleiner Abmessungen, beispielsweise nur einige Zentimeter, kann aus einer größeren Entfernung, beispielsweise mehreren oder sogar mehreren zehn Metern, gelesen werden.Unlike the conventional security scanner 100 with a typical angular resolution of 0.5 ° is therefore in the security scanner according to the invention 10 a pulse averaging method is used, which works with a much smaller angle increment, for example, only 1/1000 °. This will be the interception space 18 very finely rastered and also a reference mark 40 small dimensions, for example, only a few centimeters, can be read from a greater distance, for example, several or even several tens of meters.

Bei dem Pulsmittelungsverfahren veranlasst die Auswertungseinheit 30 den Sender 12, für jeden Abstandsmesswert eine große Zahl von kurzen Pulsen in kurzen Abständen auszusenden. Jeder einzelne Puls auf einem in der Sicherheitstechnik relevanten Tastgut, beispielsweise Textilien, ist dabei relativ schwach, so dass der zugehörige einzelne Empfangspuls nicht unter allen realistischen Bedingungen sicher von einem Rauschen unterscheidbar ist. Durch Mittelung über die große Zahl entsteht ein Histogramm, welches eine verlässliche Lichtlaufzeitbestimmung ermöglicht. Zugleich bilden die Intensitätsamplituden der einzelnen empfangenen Pulse die Strichcodestruktur der Referenzmarke 40 ab, wie im untersten Abschnitt der 1 für einen idealisierten, rauschfreien Fall gezeigt. Die hellen Bereiche des Strichcodes können im Gegensatz zum textilen Tastgut auch ohne Mittelung oder zumindest schon nach Mittelung über nur sehr wenige Pulse erkannt werden, wenn der Kontrast hinreichend groß ist, wie beispielsweise bei einem retroreflektierenden Material.In the pulse averaging process, the evaluation unit causes 30 the transmitter 12 to send a large number of short pulses at short intervals for each distance measurement. Each individual pulse on a tactile object relevant in safety technology, for example textiles, is relatively weak, so that the associated individual received pulse can not be reliably distinguished from noise under all realistic conditions. By averaging over the large number, a histogram is created, which allows a reliable determination of the time of flight. At the same time, the intensity amplitudes of the individual received pulses form the barcode structure of the reference mark 40 off, as in the bottom section of the 1 shown for an idealized, noise-free case. The bright areas of the bar code can be recognized in contrast to the textile target without averaging or at least after averaging over very few pulses, if the contrast is sufficiently large, such as in a retroreflective material.

Die Auswertungseinheit 30 bestimmt somit zusätzlich zu dem Objektabstand und dem Winkel, unter dem das Objekt erfasst wird, auch den Navigationscode. Dieser Navigationscode ist beispielsweise eine eindeutige Identifikationsnummer, mit welcher der Sicherheitsscanner 10 erkennt, dass die Referenzmarke 40 ein ihm zugeordnetes Navigationsziel ist. Damit werden Verwechslungen mit anderen Reflektoren oder dergleichen ausgeschlossen. Enthält der Navigationscode sogar eine Positionsangabe, so kann die Auswertungseinheit aus der über Abstand und Winkel bekannten Position der Referenzmarke 40 gegenüber dem Sicherheitsscanner 10 auch eine eigene Position bezogen auf die Positionsangabe der Referenzmarke 40 berechnen. Es genügt dann also für eine vollständige Bestimmung der eigenen Position die Erfassung nur einer einzigen Referenzmarke 40. Dies gilt zumindest unter der Voraussetzung, dass auch der Winkel bekannt ist, unter dem die Referenzmarke 40 erfasst wurde, beziehungsweise wenn die Ausrichtung des Fahrzeugs bekannt ist. Andernfalls kann eine weitere erfasste Referenzmarke 40 für eine eindeutige Positionsbestimmung erforderlich sein.The evaluation unit 30 Thus, in addition to the object distance and the angle at which the object is detected, it also determines the navigation code. This navigation code is, for example, a unique identification number with which the security scanner 10 recognizes that the reference mark 40 is a navigation destination associated with it. This confusion with other reflectors or the like are excluded. If the navigation code even contains a position specification, then the evaluation unit can use the position of the reference mark that is known via distance and angle 40 opposite the security scanner 10 also a separate position based on the position of the reference mark 40 to calculate. It is then sufficient for a complete determination of one's own position, the detection of only a single reference mark 40 , This applies at least under the condition that the angle is known, under which the reference mark 40 has been detected, or if the orientation of the vehicle is known. Otherwise, another detected reference mark 40 be required for a unique position determination.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Referenzmarke 40 als Navigationsziel verwendet, die in Folge einer geeigneten Fluoreszenz, also einem Nachleuchten im Bereich von 1–20 ns, eine charakteristische Verbreiterung der Echopulse bewirkt. Anhand der Echopulsbreite kann dann die Auswertungseinheit 30 erkennen, wenn eine Referenzmarke 40 angetastet wurde. Weitergehende Navigationsinformationen, also beispielsweise die Differenzierung verschiedener Navigationsziele oder eine absolute Positionsangabe, lassen sich auf diesem Wege im Gegensatz zu einem Strichcode nicht ohne Weiteres übertragen.In a further embodiment, a reference mark 40 used as a navigation target, which causes a characteristic broadening of the echo pulses as a result of a suitable fluorescence, ie an afterglow in the range of 1-20 ns. Based on the echo pulse width can then the evaluation unit 30 recognize when a reference mark 40 was touched. Further navigation information, for example the differentiation of different navigation destinations or an absolute position specification, can not be easily transmitted in this way in contrast to a barcode.

2 zeigt analog der 1 in einer vereinfachten Darstellung die für die Erläuterung wesentlichen Elemente einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsscanners 10. Dabei ist zusätzlich zu dem für die Abstandsbestimmung und die Sicherheitsfunktion verwendeten Abtaststrahl 38 des Lichtsenders 12 ein zusätzlicher Lichtsender 12a vorgesehen, der einen eigenen Lesestrahl 44 erzeugt. Dies ist vor allem in dem Fall nützlich, in dem die Tastflecken 42 des Abtaststrahls 38 nicht fein genug auflösen, um den Navigationscode der Referenzmarke 40 zu lesen. Der Lesestrahl 44 erzeugt dann hinreichend kleine Tastflecken 46. Da der Lesestrahl 44 für die Sicherheitsfunktion nicht genutzt wird, kann der Lichtsender 12a allein auf die Lesefunktion ausgerichtet sein und beispielsweise mit langen Pulsen statt Nanopulsen und sogar im Dauerstrichbetrieb arbeiten. Auch ist der Einsatz einer LED anstelle einer Laserlichtquelle möglich. 2 shows analogous to the 1 in a simplified representation of the elements essential for the explanation of another embodiment of the security scanner according to the invention 10 , In addition to the scanning beam used for the distance determination and the safety function 38 the light transmitter 12 an additional light transmitter 12a provided, its own reading beam 44 generated. This is especially useful in the case where the keystrokes 42 of the scanning beam 38 not fine enough to resolve the navigation code of the reference mark 40 to read. The reading beam 44 then produces sufficiently small keystrokes 46 , As the reading beam 44 for the safety function is not used, the light transmitter 12a geared solely to the reading function and, for example, operate with long pulses instead of nanopulses and even in continuous wave mode. It is also possible to use an LED instead of a laser light source.

Der Lesestrahl 44 wird durch die vorhandene Sendeoptik des Abtaststrahls 38 oder durch eine eigene Sendeoptik auf das Objekt abgebildet. Lesestrahl 44 und Abtaststrahl 38 sind nahe beieinander angeordnet und werden gemeinsam von der Ablenkeinheit 16a–b in den Überwachungsbereich 18 abgelenkt. In einer Ausführungsform wird der Lichtempfänger 24 genutzt, um sowohl den Abtaststrahl 38 als auch den Lesestrahl 44 zu erfassen. Zur getrennten Auswertung wird dann beispielsweise eine Frequenzweiche verwendet, welche die hochfrequenten Anteile der sehr kurzen Pulse des Abtaststrahls 38 von dem niederfrequenten Empfangssignal des Lesestrahls 44 separiert. Ist beispielsweise die Auswertungseinheit 30 auf einem FPGA implementiert, so können dessen Eingänge zur A/D-Wandlung des im Gegensatz zu einem herkömmlichen Sicherheitsscanner 100 zusätzlichen niederfrequenten Lesestrahls verwendet werden.The reading beam 44 is due to the existing transmission optics of the scanning beam 38 or imaged by its own transmission optics on the object. reading beam 44 and scanning beam 38 are arranged close to each other and are shared by the deflection unit 16a -B in the surveillance area 18 distracted. In one embodiment, the light receiver 24 used to both the scanning beam 38 as well as the reading beam 44 capture. For separate evaluation then, for example, a crossover is used, which the high-frequency components of the very short pulses of the scanning beam 38 from the low-frequency received signal of the reading beam 44 separated. Is for example the evaluation unit 30 implemented on a FPGA, its inputs can be used for A / D conversion as opposed to a conventional security scanner 100 additional low-frequency reading beam can be used.

In einer anderen Ausführungsform werden für den Abtaststrahl 38 und den Lesestrahl 44 unterschiedliche optische Frequenzen verwendet, anhand derer die beiden Signalanteile durch optische oder elektronische Filter getrennt werden. Eine weitere Ausführungsform umfasst einen zusätzlichen zweiten Lichtempfänger für den Lesestrahl 44, der auch als Bereich eines gemeinsamen ortsauflösenden Lichtempfängers ausgebildet sein kann. Eine elektronische oder optische Trennung der Signalanteile ist dann nicht mehr erforderlich, da von Anfang an zwei Empfangssignale entstehen.In another embodiment, for the scanning beam 38 and the reading beam 44 uses different optical frequencies, by means of which the two signal components are separated by optical or electronic filters. Another embodiment includes an additional second light receiver for the reading beam 44 which can also be designed as a region of a common spatially resolving light receiver. An electronic or optical separation of the signal components is then no longer necessary because two received signals are generated from the beginning.

3 zeigt eine Ausführungsform einer Referenzmarke 40, deren Navigationscode auch mit einem Abtaststrahl 38a–b gröberer Auflösung lesbar ist. Dieses Navigationsziel ist nicht aufgrund seiner Oberflächenremission codiert, sondern weist bei kollimiertem Lichteinfall einen nach Einfallsrichtung unterschiedlichen Rückstrahlwert auf. Die Referenzmarke 40 ist eben und wird von dem Abtaststrahl 38 während des Überstreichens bei der Bewegung der Ablenkeinheit 16b beispielsweise in einem Winkelbereich von α = ±0,25° angetastet. Werden in diesem Bereich beispielsweise 500 Einzelpulse ausgesendet, insbesondere für ein Pulsmittelungsverfahren, trifft jeder Puls um 1/1000° winkelversetzt zu dem vorherigen Puls auf die Referenzmarke 40. 3 shows an embodiment of a reference mark 40 whose navigation code also with a scanning beam 38a -B coarser resolution is readable. This navigation target is not coded because of its surface remission, but has a collimated light incidence on a different direction of incidence Rückstrahlwert. The reference mark 40 is flat and is from the scanning beam 38 during the sweep in the movement of the deflection unit 16b for example, in an angular range of α = ± 0.25 ° touched. If, for example, 500 individual pulses are emitted in this area, in particular for a pulse averaging method, each pulse hits the reference mark at an angle of 1/1000 ° apart from the previous pulse 40 ,

Die Referenzmarke 40 weist ein Zylinderlinsenarray 48 aus zueinander identischen Einzelzylinderlinsen auf. Unter jeder Einzelzylinderlinse befindet sich in deren Brennebene ein zu der Zylinderrichtung parallel ausgerichteter Strichcode. Der Strichcode wird also innerhalb der Referenzmarke 40 so oft wiederholt, wie Einzelzylinderlinsen vorhanden sind. Der Abtaststrahl 38 wird durch die Zylinderlinsen auf den jeweiligen Strichcode fokussiert, so dass also auch größere Tastflecken 42, die auf das Zylinderlinsenarray 48 fallen, durch die Fokussierung die feinen Strukturelemente der Strichcodes erfassen können. Dadurch wird innerhalb des Winkelbereichs α der Strichcode abgerastert: Da ein späterer Abtaststrahl 38b unter einem anderen Winkel auftrifft als ein früherer Abtaststrahl 38a, werden unterschiedliche Teilbereiche der wiederholten Strichcodes erfasst. Der spätere Abtaststrahl 38b fällt in diesem Beispiel auf ein dunkles Strukturelement der fünften Wiederholung, der frühere Abtaststrahl 38a auf ein helles Strukturelement der zweiten Wiederholung des Stichcodes. Nach diesem Prinzip wird insgesamt der Navigationscode aus den verschiedenen Abtastungen verschiedener Wiederholungen des Strichcodes zusammengesetzt. In der 3 sind zur Vereinfachung nur ein sehr grober Strichcode mit wenigen Wiederholungen und ein Zylinderlinsenarray 48 mit entsprechend wenigen Einzelzylinderlinsen sowie ein sehr großes Winkelinkrement dargestellt. The reference mark 40 has a cylindrical lens array 48 from mutually identical single cylinder lenses. Under each individual cylinder lens is located in the focal plane of a aligned parallel to the cylinder direction bar code. The barcode thus becomes within the reference mark 40 repeated as often as single cylinder lenses are present. The scanning beam 38 is focused by the cylindrical lenses on the respective bar code, so that also larger Tastflecken 42 pointing to the cylindrical lens array 48 fall, by focusing the fine structural elements of the bar codes can capture. As a result, within the angular range α, the bar code is scanned: since a later scanning beam 38b at a different angle than a previous scanning beam 38a , different parts of the repeated barcodes are detected. The later scanning beam 38b In this example, we notice a dark structure element of the fifth repetition, the earlier scanning beam 38a to a light structural element of the second repetition of the stitch code. According to this principle, the navigation code is composed of the various samples of different repetitions of the bar code. In the 3 are for simplicity only a very crude bar code with few repetitions and a cylindrical lens array 48 represented with correspondingly few individual cylindrical lenses and a very large angle increment.

Abweichend von der Darstellung der 3 kann der Strichcode auch bereits unter einer Einzelzylinderlinse mehrfach wiederholt werden. Dadurch wird der komplette Strichcode unabhängig von α ausgelesen. Ebenso kann wie auch schon in früheren Ausführungsformen anstelle eines Strichcodes ein regelmäßiges Linienmuster verwendet werden, wobei dann die Identität der Referenzmarke in dem abgetasteten Winkelabstand der Linien codiert ist.Deviating from the presentation of 3 The bar code can also be repeated several times under a single cylinder lens. As a result, the complete bar code is read out independently of α. Likewise, as in previous embodiments, a regular line pattern may be used instead of a bar code, in which case the identity of the reference mark is coded in the sampled angular spacing of the lines.

Derartige Zylinderlinsenarrays 48 sind wegen ihrer Verwendung in 3D-Bildschirmen kommerziell verfügbar. Zur Herstellung der Referenzmarke 48 wird beispielweise der Strichcode auf eine Retroreflektorfolie aufgedruckt und anschließend das Zylinderlinsenarray auflaminiert. Alternativ zu einer Referenzmarke 40 mit Zylinderlinsenarray 48 ist auch eine reflektive diffraktive Folie einsetzbar, die aufgrund ihrer Strukturierung den beschriebenen winkelabhängigen Rückstrahl-Fingerabdruck besitzt.Such cylindrical lens arrays 48 are commercially available because of their use in 3D screens. For the production of the reference mark 48 For example, the bar code is printed on a retroreflector sheeting and then the cylindrical lens array is laminated. Alternative to a reference mark 40 with cylindrical lens array 48 is also a reflective diffractive film can be used, which has the described angle-dependent Rückstrahl-fingerprint due to their structuring.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4340756 A1 [0002]
DE 4424008 A1 [0006]
EP 0652530 A2 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

EN13849 [0004]
EN61496 [0004]

Claims

Security scanner ( 10 ) for securing and supporting automatic navigation, whereby the security scanner ( 10 ) a light transmitter ( 12 ) for emitting a light beam ( 14 ), a deflection unit ( 16 ) for the periodic deflection of the light beam ( 14 ) into a surveillance area ( 18 ), a light receiver ( 24 ) for generating received signals from that of objects in the surveillance area ( 18 ) remitted light beam ( 20 ) as well as an evaluation unit ( 30 ), which is adapted to determine a position of the objects from the received signals on the basis of a distance determined by a light transit time method and at least one detection angle and for protection in the event of detection of an inadmissible object intervention in a protected area within the monitored area ( 18 ) output a safety signal and to support the automatic navigation the own position of the safety scanner ( 10 ) with respect to a reference mark detected as an object ( 40 ), characterized in that the evaluation unit ( 30 ) is further adapted to remove from the reference mark ( 40 ) read out a navigation code.

Security scanner ( 10 ) according to claim 1, wherein the navigation code includes membership information to the security scanner ( 10 ).

Security scanner ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the light emitter ( 12 ) is designed to emit short transmit pulses, in particular in the nanosecond range, and wherein remitted receive pulses in the evaluation unit ( 30 ) can be detected in a pulse-based light transit time method.

Security scanner ( 10 ) according to claim 2 and 3, wherein the evaluation unit ( 30 ) is adapted to the membership information as a characteristic change of the received pulses at the reference mark ( 40 ) read out.

Security scanner ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the navigation code comprises a position indication.

Security scanner ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the light emitter ( 12 ) is adapted to transmit pulses with a high angular resolution, in particular of at most one tenth, at most one hundredth of a degree or at most one thousandth of a degree, and with a small touch spot ( 42 . 46 ) send in particular according to the angular resolution.

Security scanner ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 30 ) is adapted to average over a plurality of receive pulses to determine an object distance.

Security scanner ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein an additional light transmitter ( 12a ) is provided, in particular at a different optical frequency, to a reading beam ( 44 ) for the navigation code, and in particular transmitting light of the additional light emitter ( 12a ) also at the deflection unit ( 16 ) periodically deflectable and in the light receiver ( 24 ) is detectable.

Security scanner ( 10 ) according to claim 8, wherein a crossover is provided to the of the transmitted light of the additional light emitter ( 12a ) separated portion of the received signal for reading the navigation code from the received signal for the determination of the distance by means of light transit time method.

Security scanner ( 10 ) according to claim 8, wherein a second light receiver for the reading beam ( 44 ) is provided.

Safe navigation system with a security scanner ( 10 ) according to one of the preceding claims and with at least one reference mark ( 40 ) bearing a navigation code.

Navigation system according to claim 11, wherein the navigation code is formed as a bar code, in particular with retroreflective and dark areas.

Navigation system according to claim 11 or 12, wherein the reference mark ( 40 ) carries the navigation code several times, in particular several times next to each other, and wherein the reference mark is a cylindrical lens array ( 48 ) or a diffractive coating is assigned.

Navigation system according to claim 13, wherein the cylindrical lens array ( 48 ) or the diffractive coating is formed such that in each case a cylindrical lens or a diffractive structural element is associated with one or more repetitions of the navigation code.

Navigation system according to claim 11 or 12, wherein the reference mark ( 40 ) Has fluorescent properties which cause a characteristic widening of a light pulse reflected from the reference mark.