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Fachartikel

Optoelektronischer Personenschutz durch Abstandsmessung

 

Abstandsmessung mit Triangulations-Verfahren


Das Triangulationsverfahren wird bei auto­matisch drehenden Karusselltüren eingesetzt: Bleibt eine Person in einem ­Flügel stehen, muss der Dreh-Auto­matismus automatisch gestoppt werden, damit die Tür nicht mit der Person kollidiert.
Der optoelektronische Sensor besteht aus einer Laserdiode und einem Empfänger, der eine Ortsbestimmung messen kann - so werden bspw. positionsempfindliche Detektoren (PSD) oder CCD-Kameras verwendet.

 

Objekterkennung

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Vereinfacht dargestellt, erfolgt die Objekterkennung folgendermaßen: In der schematischen Zeichnung sieht man einen Sensor, der kontinuierlich die Entfernung zum Boden bestimmen. Sobald sich der gemessene Abstand verkürzt, wird ein Hindernis erkannt und das Türsystem gestoppt.

Laserscanner

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Wenn höchste Präzision und Schnelligkeit erforderlich ist, greift man statt zur Triangulation zu Laserscannern. Bei Karusseltüren werden sie als Einklemmschutz verwendet, in der industriellen ­Automatisierung zum Schutz vor Maschinen: die Sensoren erkennen das Eindringen in einen gefährlichen Bereich und lösen einen (Maschinen-)stopp aus.

Objekterkennung mit Laserscannern

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Laserscanner basieren auf der optischen Laufzeitmessung (siehe Seite 012). Beim typischen Aufbau von industriellen Laserscannern wird mit einem rotierenden Spiegel eine zweidimensionale Fläche aufgespannt, um das Umfeld zu erfassen (s. Abbildung). Die Systeme erreichen eine hohe Winkelauflösung, mit denen eine exakte Abstandsmessung möglich ist; der Scan hat einen hohen Detaillierungsgrad. Typischerweise erfassen industrielle Laserscanner einen Winkelbereich bis 270°; 360° findet man bei Automotive-Anwendungen.
Bei einem dreiseitigen Spiegel wird die Scanfläche 3x pro Rotation gescannt. Würden die Spiegelfächen gekippt werden, so könnte man gar zueinander geneigte Ebenen abtasten statt einer rein 2-dimensionalen Fläche.

Qualitätsmerkmale der Impulslaserdiode

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Laserscanner werden zur Überwachung ganz unterschiedlicher Entfernungs­bereiche eingesetzt. Wie die Rechnung auf der vorherigen Seite zeigte, wird ein Objekt in 75 m Abstand mit einer Zeitverzögerung von 500 ns gemessen, nach nur 13 ns wird der Impuls für Objekte in 2 m Entfernung detektiert.
Für die Entfernungsmessung bei kurzen Distanzen werden daher Impulslaser­dioden mit möglichst geringer Pulsbreite benötigt. Je kürzer der Laserpuls, ­desto höher die Genauigkeit. Typische Versionen haben eine Breite << 10 ns – neuartige Technologien stehen in den Startlöchern.
Bei weiten Entfernungen muss hingegen gewährleistet werden, dass die Pulsleistung hoch genug ist, um ein zurückkommendes Signal detektieren zu können.
Bei beiden Anforderungen liegt die Kunst in der Auswahl der richtigen Komponenten sowie in der Schaltung von Laser­quelle und Empfänger.

unsere Experten

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