用于使光電屏障的光學單元同步的方法以及光幕的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于使光電屏障的光學單元同步的方法，并且涉及這樣的光電屏障。該同步方法包括以下步驟：從第一光學單元的第一光學發(fā)送器傳送形成同步信號的輻射；控制至少一個第二光學單元的多個光學接收器來監(jiān)視是否已接收到所述同步信號；以及如果已接收到所述同步信號，則執(zhí)行同步步驟。該方法還執(zhí)行定義多個光電子部件中的要用于所述同步步驟的至少一個光電子部件的步驟。
【專利說明】用于使光電屏障的光學單元同步的方法以及光幕

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于監(jiān)視保護區(qū)的光幕和光電屏障，特別是安全光幕，特別地涉及包 括由通信總線互連的多個光電子部件的這種光幕。特別地，本發(fā)明涉及使光電屏障的光學 單元同步的方法，并且涉及這樣的光電屏障。

【背景技術】
[0002] 通常，光電屏障--也被稱為光幕或光柵--檢測物體進入到防護區(qū)域中的運動 或侵入，并且更具體地，對與機器或其他工業(yè)設備一起工作的人類操作者提供保護。
[0003] 采用紅外或可見光光束的光幕用于在各種工業(yè)應用中提供操作者的安全。光幕通 常用于在機械周圍的操作者保護，該機械例如為沖床、制動器、鑄模機、自動裝配設備、繞線 機、機器人操作和鑄造操作等。常規(guī)光幕通常采用：在沿防護區(qū)域一側的傳送器桿的間隔位 置處安裝的發(fā)光二極管（LED);以及沿該區(qū)域相對側的接收器桿安裝的光電晶體管（PT)、 光電二極管或光接收器。LED沿單獨的平行通道將經(jīng)調制的紅外光束傳送至接收器桿處的 PT。如果一個或更多個光束被不透明物體例如操作者的手臂阻擋，則控制電路關閉機器、防 止機器循環(huán)，或者以其他方式防護該區(qū)域。
[0004] 通常，安全光幕包括被形成為兩個不同構造單元的兩個光學單元（也稱為桿、棍、 邊或條），這兩個光學單元中的一個具有發(fā)射器功能而另一個具有接收器功能。然而，發(fā)射 器和接收器的這種專用架構具有若干缺點。
[0005] 首先，由于必須不同地制造每種類型的光學單元，所以制造成本較高。此外，由于 光學通信為僅單向的即從發(fā)送器到接收器的事實，所以光學同步可能較難并且通信信息的 傳輸可能僅沿一個方向。
[0006] 已經(jīng)提議將接收器和傳送器定位在第一和第二光學單元中的每個光學單元上，如 在歐洲專利EP1870734B1中描述的。此處，光幕具有使傳送單元和接收單元固定于其的兩 個相同的傳送/接收條。傳送/接收條彼此相對放置，其中在條之間形成保護區(qū)域。傳送 /接收條被相同地形成在控制和評估單元中?？刂坪驮u估單元具有被形成在一起作為開關 通道的安全輸出。對所有條設置了相同的電源。
[0007] 此外，從EP2511737Al已知的是針對這樣的光幕提供了模塊化光幕和光學單元。
[0008] 當操作光電屏障時，始終需要使形成光幕的光學單元相對于彼此緊密同步。為了 建立同步操作，必須區(qū)分兩種不同的情況。首先，在光幕的兩個部分之間的通信初始啟動之 后或在其完全中斷之后，系統(tǒng)完全不同步且兩個光學單元必須找到彼此，并且在所述單元 中的一個單元上的發(fā)射器發(fā)送同步信號的情況下，在另一光學單元上的接收器并不一定要 準備接收來自相對發(fā)射器的信號。
[0009] 另一方面，同樣在系統(tǒng)大體上同步的正常操作期間，該同步由于光學單元內(nèi)的稍 微不同的時鐘頻率和傳播時間而在一段時間后丟失。因此，在正常操作期間，兩個光學單元 還必須通過幾微秒而重新同步。
[0010] 此外，光電屏障常常具有所謂的消隱功能，這意味著可以停用一個或兩個輻射光 束以允許較大物體穿過感測區(qū)而不會引起警報信號。實際上，所述消隱在中間改變光幕的 最小物體分辨率，以例如使供給材料能夠進入所保護的區(qū)域。除了其中可以關斷僅預定固 定光束的所謂固定通道消隱之外，所謂浮動消隱允許停用在感測區(qū)內(nèi)任何位置處的最高達 兩個光幕光束。
[0011] 在公知系統(tǒng)中，可以看出缺點的事實在于：僅不需要同步的那些區(qū)域能夠供浮動 消隱訪問。
[0012] 根據(jù)美國8, 058, 605B2,已知光電子傳感器包括第一傳感器部分和第二傳感器部 分，每個傳感器部分包括多個收發(fā)模塊，所述多個收發(fā)模塊交換經(jīng)調制的光束以用于減小 例如由于光反射或入射的太陽光而引起的光擾動的影響。兩個傳感器部分之間的光學通信 協(xié)議可以用于使傳感器部分彼此同步。然而，根據(jù)該文獻，僅傳感器部分的彼此直接相對定 位的發(fā)射和接收模塊可以借助于所傳送的光束而彼此光學地進行通信。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 因此，本發(fā)明的目的為克服以上提及的問題，并提供一種光幕和一種用于使至少 兩個光學模塊彼此同步的方法，其減少了裝配過程中的花費并且還符合針對可測試性和維 護的設計要求。
[0014] 該目的由獨立權利要求的主題解決。本發(fā)明的有利實施方式為從屬權利要求的主 題。
[0015] 本發(fā)明基于如下構思：當使光電屏障的兩個光學單元同步時，相對光學單元的光 學接收器中多于一個的光學接收器期望由定位在第一光學單元處的一個或更多個發(fā)射器 發(fā)射的同步信號。特別地，該方法包括以下步驟：從第一光學單元的第一光學發(fā)送器傳送形 成同步信號的輻射；以及控制至少一個第二光學單元的多個光學接收器來監(jiān)視是否已接收 到所述同步信號，并且如果檢測到所述同步信號，則存儲關于何時檢測到所述同步信號的 時序信息。此外，如果檢測到所述同步信號，則控制多個第二光學單元的光學發(fā)送器發(fā)射形 成應答信號的輻射。在接收到所述應答信號時，從第一光學發(fā)送器發(fā)送回第一啟動信號并 啟動正常掃描過程的監(jiān)視操作。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，構成同步光束的至少一個特定成對的發(fā)光元件和響應光接收元件不 是預定的而是在同步過程中定義的。任何成對的發(fā)光元件和響應光接收元件均可用于同 步。特別地，指示至少一個發(fā)光元件發(fā)射輻射，并且如果結果是其處于可以形成無障礙輻射 光束的位置，則將至少一個歸屬相對方定義為用于執(zhí)行同步步驟的接收元件。
[0017] 使兩個光學單元同步的該方法的優(yōu)點首先在于如下事實：即使對于消隱模式下相 當大的物體中斷光幕的情況，其仍然起作用。此外，光學單元的復雜度較低，原因是不必設 置另外的同步發(fā)送器和接收器。特別是對于消隱選項，該同步方法是有利的，原因是有效接 收器中的至少一個有效接收器識別同步信號的概率非常高。此外，還可以在不放松同步的 情況下容易地建立靜音。而且，因為可以在丟失同步的情況下在短時間內(nèi)實現(xiàn)再同步，所以 對其他光幕系統(tǒng)、環(huán)境光、EMC或其他擾動的魯棒性較高。由于所發(fā)射的輻射還可以以脈沖 圖案發(fā)送并因而形成經(jīng)編碼的輻射光束的事實，所以該系統(tǒng)可以安全地區(qū)分要解碼的那些 信號和要忽視的擾動信號。
[0018] 根據(jù)有利的實施方式，對于傳送光學單元未檢測到應答信號的情況，從第一光學 單元的第二光學發(fā)送器重復同步信號的傳送。這可以沿光學單元重復進行直到發(fā)現(xiàn)用于執(zhí) 行同步的自由區(qū)域為止。因此，實現(xiàn)了關于消隱或靜音功能的高靈活性。此外，為了符合安 全要求，可以定義特定超時，并且在達到該超時之后，可以傳送指示未成功地執(zhí)行同步的警 告信號。
[0019] 必須指出的是，在由多個光電子部件中的每個光電子部件依次傳送同步信號直到 檢測到應答信號或者已達到預定超時為止的情況下，其未必意味著在幾何意義上依次激活 光電子部件，而是意味著僅在時間順序意義上依次激活光電子部件。
[0020] 為了提供用于執(zhí)行同步的必需時序信息，定義了如下時間窗：在該時間窗內(nèi)，在第 二光學單元處期望同步信號。將所檢測的信號的位置存儲為時間戳。這使得能夠以非常有 效且簡單的方式來標記各時間幀。
[0021] 根據(jù)又一有利的實施方式，一個光學單元的多個光電子部件同時監(jiān)視是否接收到 同步信號。例如，每個光學單元的光電子部件可以以模塊的形式聚集在一起，其中一個模塊 的光電子部件中的每一個同時監(jiān)視是否接收到同步信號。
[0022] 為了提高通信協(xié)議的靈活性，并且此外，為了能夠更容易地辨別擾動和必須要檢 測的信號，由具有特定脈沖圖案的脈沖式信號形成同步信號、應答信號和啟動信號中的一 個或更多個。特別地，在其中不同的光幕近距離地操作的應用環(huán)境中，經(jīng)編碼脈沖信號的這 種使用減少了出錯概率。
[0023] 有利地，還可以使比僅兩個光學單元更多的光學單元彼此同步。
[0024] 對于可以基于完全相同的光學單元的靈活架構，多個光電子部件的控制元件經(jīng)由 通信總線彼此連接并且連接到位于每個光學單元中的控制器模塊，并且由從控制模塊傳送 的同步命令發(fā)起同步過程。該控制器模塊表示用于相應光學單元的總線主控設備。除此之 夕卜，光學單元中之一可以被定義成主光學單元，而第二光學單元可以被定義成配對光學單 元或從光學單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 附圖被并入到說明書中并形成說明書的一部分以示出本發(fā)明的若干實施方式。這 些附圖連同描述用于說明本發(fā)明的原理。附圖僅用于示出如何可以實現(xiàn)和使用本發(fā)明的優(yōu) 選和替選示例的目的，而不應被解釋成使本發(fā)明限制于僅示出和描述的實施方式。此外，實 施方式的若干方面可以單獨地或者以不同組合形成根據(jù)本發(fā)明的方案。根據(jù)以下對本發(fā)明 的各種實施方式（如附圖所示）的更加具體的描述，其他特征和優(yōu)點將變得明顯。在附圖 中，相同的附圖標記指代相同的元件，并且其中：
[0026] 圖1示出了具有兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0027] 圖2示出了包括兩個光學單元的光幕的示意圖；
[0028] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的光電子部件的電路圖；
[0029] 圖4示出了作為光電子部件的一部分的控制元件的框圖；
[0030] 圖5示出了圖4的集成電路內(nèi)的時鐘信號處理的框圖；
[0031] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的光學單元的示意圖；
[0032] 圖7示出了根據(jù)又一實施方式的光學單元的示意圖；
[0033] 圖8示出了第一總線結構的示意圖；
[0034] 圖9示出了第二總線結構的示意圖；
[0035] 圖10示出了第三總線結構的示意圖；
[0036] 圖11示出了第四總線結構的示意圖；
[0037] 圖12示出了用于說明用于感測脈沖式光束圖案的容差的時序圖；
[0038] 圖13示出了用于說明同步步驟期間的脈沖圖案的時序圖；
[0039] 圖14示出了用于說明掃描階段的采樣步驟的時序圖；
[0040] 圖15不出了說明檢測到完整光束圖案的時序圖；
[0041] 圖16示出了說明其中所發(fā)射的光脈沖過早的情形的時序圖；
[0042] 圖17是說明另一正確檢測到的光束圖案的時序圖；
[0043] 圖18是說明其中所感測的光束圖案過晚的情形的時序圖；
[0044] 圖19是說明其中脈沖缺失的情形的時序圖；
[0045] 圖20是說明其中另一脈沖缺失的情形的時序圖；
[0046] 圖21是說明其中最后的脈沖缺失的情形的時序圖；
[0047] 圖22是說明在圖案中檢測到另外的光脈沖的情形的時序圖；
[0048] 圖23是說明所發(fā)射的同步信號的時序圖；
[0049] 圖24是說明同步脈沖的感測的時序圖；
[0050] 圖25是說明在同步步驟期間控制單元與各控制元件之間的通信的時序圖；
[0051] 圖26是說明感測階段的時序的時序圖；
[0052] 圖27示出了說明第一步驟的同步過程的示意圖；
[0053] 圖28示出了說明第二步驟的同步過程的示意圖；
[0054] 圖29示出了說明第三步驟的同步過程的示意圖；
[0055] 圖30示出了光幕的最終同步狀態(tài)；以及
[0056] 圖31示出了說明圖27至圖30中所示出的步驟的時序圖。

【具體實施方式】
[0057] 現(xiàn)在參照圖1，示出了包括兩個光學單元的光幕的示意圖。
[0058] 在該實施方式中的光幕100包括兩個相同的光學單兀，即第一光學單兀102和第 二光學單元104,所述光學單元在彼此之間形成用于監(jiān)視保護區(qū)的多個光屏障。然而，本發(fā) 明的構思還適用于包括多于兩個的光學單元的系統(tǒng)。光學單元102U04可以例如根據(jù)歐洲 專利申請EP2511737A1的原理形成，并且可以特別地使用用于定義其相應功能的插接式模 塊 106、108。
[0059] 根據(jù)圖1示出的實施方式，每個光學單元102、104包括兩個相同的模塊110,每個 模塊110具有發(fā)光元件和光接收元件。對于光學單元102、104二者，這些光學模塊110被 相同地構建。光學單元102、104中的每一個還包括至少一個第二光學模塊112,該至少一個 第二光學模塊112還包括向光學單元102、104提供必需智能的微控制器。模塊110、112中 的每個模塊可以例如具有約150_的高度。然而，每個光學單元102U04內(nèi)的任何其他大 小或數(shù)目的模塊也可以與本發(fā)明一起使用?；旧?，除了定義光學單元中的每個光學單元 的特定功能的插接式模塊l〇6a、106b和108a、108b之外，第一光學單元102和第二光學單 元104被相同地構建。
[0060] 光學模塊110中的每一個包括具有相關聯(lián)電路系統(tǒng)的多個光電子部件以用于發(fā) 射和感測輻射光束。第二光學模塊112包含相同的光學功能，并且另外地包含至少一個微 控制器和可選的電子電路系統(tǒng)，例如具有外部連接器的接口。然而，對于使用根據(jù)本發(fā)明的 同步方法，光電子部件不一定必須在光學模塊11〇、112中進行分組。
[0061] 參照圖2給出了兩個相對光學模塊110的一部分的更詳細視圖。光幕可以由輻射 光束114的線性陣列形成，該福射光束114可以為波長在約750nm至IOOOnm之間的紅外福 射，或者為波長在約620nm至800nm之間的可見光。
[0062] 可以例如從每個棍的一個外周端到另一外周端依次激活輻射光束114,每次激活 一個光束。由于每個光學單元102U04具有傳送光元件和感測光元件，所以通過光幕的掃 描依次且以交替的方向激活每個元件，光束從第二光學單元104發(fā)送到第一光學單元102 并再次返回。在這樣的掃描順序中，各接收棍始終僅依次檢測從預定發(fā)射元件到對應接收 元件的光。為了使這樣的復雜掃描過程能夠實現(xiàn)，每個光學單元102U04由多個光電子部 件116形成，每個光電子部件116包括至少一個發(fā)光元件118和至少一個光接收元件120。
[0063] 光電子部件116中的每一個具有單獨控制元件122形式的相當高程度的集成智 能，該單獨控制元件122可以例如被形成為集成電路如專用集成電路（ASIC)。光電子部件 116中的每一個提供用于驅動至少一個發(fā)光元件118并用于處理由至少一個光接收元件 120生成的信號的電子電路系統(tǒng)。為了與較高層級的控制器通信，光電子部件116中的每一 個連接至通信總線124。
[0064] 根據(jù)本發(fā)明，提供了需要精確地執(zhí)行由圖1和圖2的光幕執(zhí)行的復雜發(fā)射和檢測 順序的同步方案。
[0065] 圖3示出了具有互連端子和控制元件122的一個光電子部件116的示意圖。特別 地，光電子部件116包括：發(fā)光元件，具體地為發(fā)光二極管（LED)D2 ;以及光接收元件，具體 地為光電二極管D1。根據(jù)本發(fā)明，控制元件122經(jīng)由通信總線124連接至下一個緊隨的光 電子部件，或者在其為緊接光學單元的控制器的控制元件的情況下，控制元件122連接至 該控制器?？偩€包括將信號從微控制器（系統(tǒng)的主控設備）傳輸至控制元件122的數(shù)據(jù)輸 出線。根據(jù)圖3所示的實施方式，在起主控設備作用的微控制器與多個控制元件122之間的 信號總線124為基于如下三條通信線的串行/并行總線：時鐘、數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線。 全局系統(tǒng)時鐘126由主控設備控制。該時鐘在每個控制元件122上恢復并為控制元件122 的運作提供主時鐘。
[0066] 數(shù)據(jù)傳輸線（數(shù)據(jù)輸出）被配置成從主控設備到控制元件122的單比特單向連 接。特別地，數(shù)據(jù)輸出線為從微控制器到所有控制元件122的共享通信線。換言之，所有的 控制元件122是并行連接的，并且如果多個光電子部件在光學模塊110中聚集在一起，則傳 輸線在每個模塊上被緩沖。
[0067] 數(shù)據(jù)輸入線130為用于接收從控制元件122發(fā)送到主控設備的數(shù)據(jù)的另一單比特 單向線。根據(jù)圖3所示的實施方式，數(shù)據(jù)輸入線130為從一個控制元件122傳遞到下一控 制元件122的菊花鏈線。在正常操作期間，控制元件從相鄰控制元件接收數(shù)據(jù)。箭頭給出 了用于該操作的信號流。在接下來的時鐘周期，數(shù)據(jù)傳播到下一控制元件122。
[0068] 在所示的實施方式中，每個通信均由主控設備發(fā)起。然而，對于根據(jù)本發(fā)明的構 思，其不一定是這種情況。特定控制元件122可以僅在由主控設備發(fā)起的請求已被識別和 驗證之后將信息傳送到數(shù)據(jù)輸入線130上。然后，在數(shù)據(jù)輸入線130上的響應必須遵循特 定的總線協(xié)議。此外，從控制元件122到微控制器的通信線為與單個全局系統(tǒng)時鐘同步的 點對點通信總線。這意味著每個控制元件122從前面的控制元件獲取信息，并將該數(shù)據(jù)與 其內(nèi)部數(shù)據(jù)的合并結果轉發(fā)到下一控制元件，其中具有將數(shù)據(jù)登記在觸發(fā)器中并在接下來 的時鐘發(fā)送該數(shù)據(jù)的可配置選項。
[0069] 每個控制元件122連接至可以例如為12V至15V的電源線的單電源線（V+)。控制 元件122還可以包括用于調節(jié)其自身電源的內(nèi)部電源管理塊。
[0070] 光電子部件116的主要功能在于在微控制器的監(jiān)控下以受控方式感測和發(fā)射脈 沖式輻射。
[0071] 光電二極管Dl感測來自相對光學單元的輻射特別是光，并生成與集成到控制元 件122中的接收放大器連接的模擬輸入信號。對于本領域技術人員，理應清楚的是，還可以 設置多于一個的光電二極管。
[0072] 此外，控制元件122控制LED驅動電路使得LEDD2向相對光學單元發(fā)射輻射光束。 驅動電路由控制元件122以所發(fā)射的光強具有指定水平的方式控制。當然，還可以在根據(jù) 圖3的電路中設置多于一個的發(fā)光二極管D2。如以上已經(jīng)闡述的，控制元件122可操作成 通過兩條通信線與微控制器通信。從微控制器到控制元件122的通信線為共享通信線。一 個模塊中的所有控制元件與將模塊中每個模塊與下一個模塊隔離的數(shù)字緩沖器并聯(lián)連接。
[0073] 例如，根據(jù)一種典型實現(xiàn)，光學模塊110具有八個光電子部件116,從而形成總共 16個光束，在每個方向上八個。
[0074] 為了調節(jié)二極管D2的驅動器晶體管T1，提供感測輸入以用于感測發(fā)光二極管D2 的發(fā)射電流。
[0075] 圖4示出了根據(jù)圖3的控制元件122的示意性框圖。如以上已經(jīng)提及的，控制元件 122可以由集成電路形成，并且特別是可以以專用集成電路（ASIC)或現(xiàn)場可編程門陣列設 計（FPGA)的形式實現(xiàn)。如本領域技術人員已知的，ASIC具有全定制能力、較低單元成本和 小形狀因子的優(yōu)點，而FPGA具有較快的上市時間和較簡單的設計周期的優(yōu)點。在下文中， 控制元件將常被稱為"ASIC"。然而，這并非將控制元件限制為僅ASIC。
[0076] 控制元件122具有模擬部和數(shù)字部以及接口單元。模擬放大器134可操作成檢測 由光電二極管測量的信號。此外，邏輯部132包含用于存儲特定控制元件122的地址的寄 存器。時鐘140用于使所有控制元件與微控制器同步、使內(nèi)部邏輯運行并對通信總線啟動 器線進行采樣。內(nèi)部LED控制器138通過測量在圖3所示的外部電阻器Rl兩端的電壓來 控制LED電流值。
[0077] 電源塊136生成用于對內(nèi)部電路系統(tǒng)供電（例如數(shù)字邏輯供電和模擬供電）的電 壓。用于光電二極管的偏置的輔助電壓和模擬接地參考也可以在此處生成。
[0078] 通信模塊142在一側與如圖3所示的外部微控制器串行總線124對接，而在另一 側與內(nèi)部邏輯132對接。
[0079] 圖5以框圖的形式示出了控制元件122的時鐘相關細節(jié)。特別地，控制元件122 經(jīng)由其輸入SYSCLK接收外部時鐘頻率fSYSM。時鐘輸入用于：測量并比較所感測的光束圖 案的時序，以生成正確的光束圖案；以及對控制元件122的操作進行排序。功能塊"時鐘恢 復141"恢復時鐘輸入信號SYSCLK。根據(jù)特定實施方式，時鐘輸入為電流信號。在塊"時鐘 恢復141"中，設置了邏輯元件和模擬元件二者。特別地，設置了跨阻放大器以用于將時鐘 電流信號轉換成電壓信號，該電壓信號然后被緩沖作為經(jīng)恢復時鐘信號RECCLK。這使得能 夠通過使用電流信號將時鐘輸入引腳上隨時間的電壓變化（dV/dt)最小化。
[0080] 時鐘塊140輸出與輸入頻率具有相同頻率的經(jīng)恢復時鐘信號RECCLK:fKEeaK = fsYSCLK?
[0081] 如圖5所示，通信接口 142以頻率fKEraii工作。此外，經(jīng)恢復的時鐘信號還是預分 頻器146的輸入。預分頻器146可操作成生成具有經(jīng)恢復時鐘頻率的一半、四分之一或八 分之一的經(jīng)分頻內(nèi)部時鐘頻率。然而，預分頻器146還可以設置成未使頻率分頻。預分頻 器的輸出頻率fPSCM取決于預分頻器的配置。脈沖圖案識別、時序測量等是與經(jīng)分頻時鐘頻 率fPsraK成比例地進行計算的，根據(jù)有利的實施方式，該經(jīng)分頻時鐘頻率fPsraK為經(jīng)恢復時 鐘頻率的一半。對于〇. 8MHz至4. 8MHz的連續(xù)系統(tǒng)時鐘，預分頻器頻率將會在0. 4MHz 至2. 4MHz之間。然而，將清楚的是，當然還可以實現(xiàn)其他值。
[0082] 在討論關于同步步驟的更多細節(jié)之前，在下文中首先給出與根據(jù)本發(fā)明的有利實 施方式所使用的特定脈沖圖案有關的一些基本說明。
[0083] 參照圖6,示出了特定光學模塊110與控制器模塊112之間的通信。在該圖以及接 下來的圖中，考慮使用ASIC作為控制元件122的特定實施方式。然而，如上所概述的，此處 還可以采用用于實現(xiàn)控制元件122的任何其他合適的技術。
[0084] 為了使ASIC能夠在這樣的多ASIC系統(tǒng)中操作，每個ASIC被分配存儲在寄存器組 中的唯一識別地址，并且ASIC經(jīng)由共享串行總線來響應系統(tǒng)命令。響應于所述命令，ASIC 以仲裁機制經(jīng)由共享單比特串行總線進行答復。
[0085] 此外，多個ASIC借助于至少一個串行菊花鏈線而互連，該串行菊花鏈線在圖3和 圖6所示的實施方式中由數(shù)據(jù)輸入總線通信線130提供。
[0086] 圖7示出了提供多個光學模塊110來代替圖6中示出的單個光學模塊的情況。本 發(fā)明的原理當然可以以與僅一個模塊110存在的情況相同的方式用于圖7所示的實施方 式。
[0087] 然而，存在將ASIC彼此互連的若干其他可能性，并且圖8至圖11描繪了替選總線 結構。首先，圖8基本上概括了用于圖7的布置的總線拓撲。特別地，數(shù)據(jù)輸出線128并行 地連接至ASIC122,而指向控制器的數(shù)據(jù)輸入線130為穿過所有ASIC122的串行連接?？商?選地，還可以選擇根據(jù)圖9的布置，其中數(shù)據(jù)傳送的兩個方向均串行通過ASIC122。根據(jù)又 一可替選方案，ASIC122還可以以基本上表示環(huán)形結構總線拓撲的單向菊花鏈的形式彼此 連接，如在圖10中描繪的。
[0088] 至少一個串行連接有利于向ASIC122中的每一個分配單獨地址。然而，串行連接 不一定必須是數(shù)據(jù)線128或130中之一，而還可以以僅用于地址分配的另外使能線144的 形式實現(xiàn)。圖11示出了其中數(shù)據(jù)輸出線128和數(shù)據(jù)輸入線130均為并行的拓撲，并且其中 另外的菊花鏈144將ASIC122串行連接。
[0089] 根據(jù)本發(fā)明，在特定時間窗內(nèi)期望所發(fā)射的光脈沖。圖12示出了可以例如用于掃 描過程或感測過程的特定脈沖圖案。
[0090] 通過測量脈沖圖案在特定接收窗內(nèi)的時序位置，對每個光束的再同步是可行的。 通過在每個光束處相應地對同步做出調節(jié)，可以補償由于溫度變化和超時引起的時鐘差。 為此，根據(jù)本發(fā)明的所發(fā)射輻射具有特定脈沖圖案結構，并且存在如下不同的圖案：這些不 同的圖案可以用于對常規(guī)掃描操作期間的正常掃描脈沖和僅用于使兩個光學單元相對于 彼此同步的同步圖案進行區(qū)分。為了經(jīng)由光學通道來執(zhí)行通信，不同的脈沖圖案還可以用 于啟動信號或應答信號等。取決于光電子部件所屬的特定光學單元，由光電子部件發(fā)射的 脈沖圖案還可以具有特定編碼。這是消除由于直接鄰近安裝的其他光幕引起的擾動的有效 方式。
[0091] 圖12的特定實施方式中的圖案由在特定時間窗內(nèi)期望的、具有兩個不同時距的 三個脈沖形成，該特定時間窗由感測階段表示。圖12給出了必須被觀察以正確檢測這些脈 沖的特定容差。在感測階段窗內(nèi)，可以定義兩個另外的窗148和150以用于測量來自相對 光學單元的第二脈沖和第三脈沖。為了使兩個光學單元彼此同步，可以由相應的接收控制 元件122確定并存儲關于何時接收到脈沖的時序信息。
[0092] 當然，如果需要，還可以采用任何其他合適的脈沖圖案。此外，可以將任何期望數(shù) 目和類型的信號編碼具有特性脈沖圖案。
[0093] 特別地，可以將tKadjusts。用作在感測窗內(nèi)感測到脈沖圖案時的時間戳信息152。時 間跨度定義對于確保檢測到正確脈沖圖案所必需的最大容許脈沖寬度。時間戳信息152 可以用于使已經(jīng)接收到這些信號的光學單元的其他操作同步。時間tKP12SC和tKP13SC分別定 義第一脈沖與第二脈沖之間的距離和第一脈沖與第三脈沖之間的距離。它們可以在使光幕 進行操作之前單獨地設置。當然還可以使用任何其他合適的光束編碼。
[0094] 在感測階段內(nèi)接收到特定脈沖圖案之后，接收控制元件122 -般具有可以從感測 過程提取的至少兩段信息。首先，類型識別的結果本身引起狀態(tài)信息。例如，圖12所示的 特定脈沖圖案可以包含現(xiàn)在正要執(zhí)行同步步驟的信息。其次，時間戳信息152包含關于發(fā) 射光電子部件的時序相對于特定檢測光電子部件的內(nèi)部時序的信息。
[0095]圖13示出用于要發(fā)射同步脈沖圖案的情況的發(fā)射階段的時序圖。圖13還示出經(jīng) 恢復的時鐘RECCLK和預分頻器時鐘PSCCLK的兩種時鐘頻率，該預分頻器時鐘PSCCLK具有 與系統(tǒng)時鐘相比為一半的頻率。對于高信號，所發(fā)射光脈沖的脈沖寬度可以例如由所恢復 時鐘的兩個上升沿定義。當然，還可以使用更寬的脈沖。
[0096]圖14示出了用于對應感測元件的時序圖。感測階段具有通常相當于32個預分頻 器周期的持續(xù)時間tKwindOTS。。當感測到第一脈沖時，確定感測窗的開始與經(jīng)恢復時鐘的第一 上升沿之間的時間并將其存儲為時間戳信息。所感測光脈沖的時序將與存儲器組中的所配 置參數(shù)進行比較，并且所測量的值必須位于指定范圍內(nèi)。
[0097] 在下文中，將關于接收側的感測時間窗來說明與入射光脈沖的時序有關的若干可 能情形。
[0098] 圖15示出了可以感測的最早的正確光束圖案的示例。對于這種情況，在相應光電 子部件的控制元件中，將會登記圖案已被正確識別。在圖15中，附圖標記154表示實際的 入射光脈沖，而附圖標記156表示在感測窗的開始處檢測到光脈沖時生成的期望光脈沖圖 案。
[0099] 圖16示出了脈沖圖案的第一脈沖的接收比接收窗的開始早的情況。此處，入射脈 沖154的僅第二光脈沖引起期望脈沖圖案156,然而該期望脈沖圖案156不再與實際測量的 脈沖一致。具體地，直到登記第二脈沖為止的測量時間tKP12S。過短，而接收到第三脈沖的時 間顯著過長，原因是第三脈沖不會到來并且tKpl3sc為由感測窗的結束設置的默認值。
[0100] 另一方面，圖17示出了用于在接收窗的時間幀內(nèi)檢測到完整圖案的最晚可能到 達的脈沖圖案。時間戳信息152由接收窗的開始與檢測到第一脈沖之間的時間差確定。
[0101] 與此相反，對于入射脈沖比圖17所示的入射脈沖晚的情況，不能評估完整的脈沖 圖案，如圖18所描繪的。然而，從該測量仍可以得到時間戳信息152并且可以因此執(zhí)行相 應同步。
[0102] 特定的脈沖圖案使得能夠區(qū)分其中入射光脈沖相對于感測窗僅進行時移的情形 和其中脈沖缺失的情形。圖19示出了其中第一脈沖缺失并且在感測時間幀內(nèi)檢測到僅第 二和第三脈沖的情況。在這種情形下，并非向控制器發(fā)送簡單的同步信號，而是可能輸出錯 誤信息。這對于其中第二脈沖或第三脈沖缺失的情況同樣有效，如圖20和圖21所描繪的。 圖22示出了其中并非執(zhí)行簡單的時間調節(jié)而是登記錯誤的另一情況，其中檢測到如圖22 所示的另外脈沖即另外的第四脈沖，并且此外，完整的圖案、特別是在第一脈沖與第二脈沖 之間的時間與期望值不一致。因此，再次生成錯誤消息。
[0103] 圖23示出了之前在示例性實施方式中也使用過的、針對發(fā)射同步脈沖圖案而定 義的特定時序。當然，還可以使用任何其他合適的脈沖圖案作為同步脈沖圖案。特別地，可 以使用更多脈沖或更少脈沖，并且對于所有脈沖，脈沖寬度可以不同且不必是相同的。
[0104] 在從控制器111接收到SYNC命令時，特定光電子部件在預定發(fā)射階段發(fā)射如圖23 所示的脈沖圖案。具體時間在寄存器的參數(shù)中給出。
[0105] 相對光學單元理想地在其感測階段窗內(nèi)對所發(fā)射的同步脈沖圖案進行采樣，如圖 24所示。不同的所測量時序值用于識別是否已接收到正確圖案，如前面所說明的。時間戳信 息152可以用于在第一光學單元的時序與第二光學單元的時序之間執(zhí)行調節(jié)，以使第一光 學單元的時序和第二光學單元的時序同步。如之前所說明的，這當然僅在感測窗內(nèi)的某處 檢測到正確同步圖案的情況下進行。下面將參照圖25來說明針對同步在一個光學單元內(nèi) 的時序和信號流。作為示例，示出在與兩個特定ASIC交互時微控制器的信號的時序。命令 被打算用于一個特定ASIC(ASIC#m.η)，而該命令不打算用于另一特定ASIC(ASIC#m.n+1)。
[0106] 如圖25所示，微控制器在總線上發(fā)送由連接至總線的所有ASIC接收的SYNC命 令。ASIC均處于其正等待新命令的模式，如圖25所示。它們均接收到SYNC命令，但只有打 算向相對光學單元發(fā)送同步信號的ASIC對該命令做出反應。如圖25所示，ASIC#m.n+1在 過渡時間之后仍停留在等待狀態(tài)，而有效的ASIC#m.η在過渡階段已過去之后進入發(fā)射階 段。一旦根據(jù)所傳送的參數(shù)和所配置的時序完成SYNC脈沖圖案的發(fā)射，則ASIC#m.η在另 外的指定延遲時間之后向總線主控設備μC發(fā)送應答并且然后為新命令做好準備。根據(jù)本 發(fā)明，提供對于每個ASIC唯一的單獨地址，并且該單獨地址引起如下區(qū)分：接收ASIC是對 特定SYNC命令解碼并相應地做出反應還是僅等待總線上的新命令。
[0107] 圖26涉及在SYNC命令發(fā)起感測階段的感測側上的信令。如圖26所示，ASIC#m. η和ASIC#m.n+1二者從相對光學單元接收到同步信號158。在檢測到同步脈沖158的情況 下，向微控制器傳送同步應答。該特定的同步應答包含是否已接收到正確的脈沖圖案以及 已測量到何種時間戳信息的信息。另一方面，如果如在圖26的最后時間線中針對ASIC#m. n+2所示的那樣未檢測到脈沖圖案，則不將同步應答傳送回微控制器。
[0108] 特別地，可以以廣播變體從微控制器傳送用于感測同步脈沖的同步子命令，使得 所有的ASIC可以執(zhí)行該命令。另一方面，如果使用直接地址法，則將只有具有匹配地址的ASIC執(zhí)行該命令。如果地址不匹配，則ASIC等待下一個命令。
[0109] 在指定時間（tSETS)之后，執(zhí)行ASIC使能感測窗并嘗試根據(jù)所傳送的參數(shù)和所配 置的時序來檢測正確的同步圖案。如果ASIC未能檢測到正確的光束圖案，則將不向微控制 器發(fā)送應答。一旦完成，ASIC就在指定時間之后向總線王控設備發(fā)送應答。ASIC對微控制 器的應答包含所感測的同步圖案和ASIC現(xiàn)在正為新命令做準備的信息。圖26還示出：用 于不同ASIC的延遲時間tDELAY _TEK是不同的；以及特別是具有較高優(yōu)先級的ASIC--此處 為位于離微控制器較遠處的ASIC--將贏得仲裁階段。
[0110] 圖27至圖30示出了根據(jù)本發(fā)明在第一光學單元102與第二光學單元104之間的 同步過程。
[0111] 根據(jù)該特定實施方式，光學單元102被定義成主光學單元（主控設備）并且光學 單元104具有配對的功能（從動設備）。
[0112] 在同步過程的第一步驟中，主光學單元102的微控制器111在通信總線124上傳 送同步命令，該同步命令使一個特定光電子部件116以特定的同步圖案發(fā)射紅外輻射114。 在所示的實施方式中，最接近控制器111的ASIC即122-1被尋址并使其發(fā)光元件118發(fā)射 輻射114。
[0113] 根據(jù)本發(fā)明，紅外輻射以如下方式進行傳送：該紅外輻射并非到達相對側的僅一 個特定接收器，而是到達相對側接收器中的至少兩個接收器。因此，在配對光學單元104 側，ASIC122'-1和ASIC122'-2二者均接收到同步脈沖圖案。根據(jù)本發(fā)明的有利實施方式， 總線訪問受控于所謂的載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA)，使得多個ASIC可以在總 線上發(fā)送。執(zhí)行由具有最高優(yōu)先級的ASIC贏得的仲裁階段。在圖27所示的實施方式中， 始終是距離微控制器較遠的ASIC贏得仲裁階段?，F(xiàn)在指示控制元件122'-2向主光學單元 102回傳應答脈沖。
[0114] 該步驟在圖28中示出。再次，光輻射并非僅朝向一個接收元件發(fā)送，而是朝 向多于一個的接收元件發(fā)送，這意味著總共三個光電子部件接收到應答信號。所屬的 ASIC122-1、122-2和122-3向其控制器111發(fā)送相應消息。再次，仲裁階段由距離控制器 111最遠的光電子部件贏得。在預定時間之后未接收到應答信號的情況下，主光學單元102 將同步信號的發(fā)送重復若干次。然后，用下一個光電子部件啟動相同的過程直到接收到應 答脈沖為止。在應答信號到達主光學單元102的情況下，測量接收時間并且朝向配對光學 單元104發(fā)射在良好定義時間窗內(nèi)的啟動脈沖。
[0115] 這在圖29中示出。根據(jù)此處所示的實施方式，ASIC#122-3指示其發(fā)射元件傳送 啟動脈沖。盡管主光學單元102的控制器111可以指示任何其他ASIC122來傳送啟動脈 沖，但使用已經(jīng)證明可以朝向配對光學單元104建立不間斷光路徑的那些光電子部件中之 一是有利的。
[0116] 特別地，如圖30所示，測量已經(jīng)示出：在主光學單元102的光電子部件116-3與配 對光學單元104的光電子部件116' -2之間，存在著兩個光學單元之間的無擾動光學路徑， 對于未來操作，該無擾動光學路徑可以在必要時用于使兩根棍再同步。
[0117] 作為由配對光學單元104接收的圖案的啟動脈沖直接觸發(fā)正常掃描操作，其因此 直接與主光學單元102同步。
[0118]通過使用多于一個的接收器并且隨后在所有發(fā)送元件上進行嘗試以建立同步過 程，可以確保的是：不論何處存在光路徑的中斷，光幕內(nèi)的任何自由區(qū)域均引起成功同步。 歸因于一個或更多個同步光束，該特征對于在無任何限制的情況下允許整個保護區(qū)上的浮 動消隱是特別有利的。
[0119] 圖31針對四個相關ASIC的示例以用于兩個光學單元102和104的時序圖的形式 概括了該同步方案。微控制器為每個棍中的總線主控設備。配對光學單元104的總線主控 設備傳送廣播命令以使所有接收元件進入等待同步圖案的接收狀態(tài)。如圖31所示，主光學 單元的總線主控設備指示ASIC#n發(fā)射同步圖案。在已發(fā)射同步圖案之后，ASIC#n經(jīng)由應 答消息向總線主控設備通知已經(jīng)執(zhí)行了發(fā)送，并且總線主控設備隨后指示所有ASIC切換 到接收模式使得將對入射應答信號進行檢測。
[0120] 配對ASIC中的一個或更多個ASIC在其接收窗內(nèi)接收同步脈沖，并且該一個或更 多個ASIC均對總線主控設備做出回應。
[0121] 歸因于仲裁階段，指示僅具有最高優(yōu)先級的一個ASIC--此處為ASICη--向主 光學單元回傳應答脈沖。由于此處所有光電子部件均被使能為從配對側接收應答圖案，所 以所有光電子部件均向其主總線主控設備發(fā)回應答。再次，指示具有最高優(yōu)先級的ASIC發(fā) 射啟動脈沖，根據(jù)有利的實施方式，該啟動脈沖僅由已發(fā)送應答圖案的特定光電子部件接 收。這引起最精確的結果。在接收到啟動圖案時，配對光學單元中的ASICη向其總線主控 設備傳送應答，這引起正常掃描操作的啟動。此外，兩個光學單元現(xiàn)在知道還可用于交換數(shù) 據(jù)的自由光束對，并且其二者在任何情況下同時知道如下時刻：在該時刻處，必須啟動用于 正常掃描操作的通過光幕的依次掃描。
[0122] 除非本文另有說明或者與上下文明顯矛盾，否則在描述本發(fā)明的上下文中（尤 其在所附權利要求的上下文中）使用的術語"一"、"一個"和"該"以及類似參引被解釋 成覆蓋單數(shù)和復數(shù)二者。除非另有說明，否則術語"包括（comprising)"，具有"、"包含 (including) "和"含有（containing) "被解釋成開放式術語（S卩，意味著"包括但不限于")。 除非本文中另有說明，否則本文中列舉的值的范圍僅意在用作分別引用落入該范圍的每個 單獨值的快捷方法，并且每個單獨值被并入本說明書就好像其在本文中被單獨列舉一樣。 除非本文另有說明或者與上下文在其他方面明顯矛盾，否則本文所描述的所有方法可以以 任何合適的順序執(zhí)行。除非另有要求，否則在本文中使用所提供的任意示例或所有示例或 者示例性語言（如"例如"）僅意在更好地示出本發(fā)明，而并不對本發(fā)明的范圍構成限制。 說明書中的語言不應被解釋成將任何未要求保護的元件表示為實現(xiàn)本發(fā)明的基本要素。
[0123]本文描述了示例性實施方式。在閱讀前述描述時，那些實施方式的變型對于本領 域技術人員將變得明顯。發(fā)明人期望技術人員適當采用這樣的變型，并且發(fā)明人旨在本發(fā) 明可以以除本文具體描述之外的方式實現(xiàn)。因此，本發(fā)明包括所附權利要求中列舉的主題 的所有修改方案和等同物，如適用法律所允許的。此外，除非本文另有說明或者在其他方面 與上下文明顯矛盾除外，否則本發(fā)明涵蓋上述元件處于其所有可能變型的任意組合。
[0124] 附圖標記
[0125]

【權利要求】
1. 一種使光電屏障的至少兩個光學單元同步的方法，所述屏障監(jiān)視監(jiān)控區(qū)域并且所述 屏障包括至少一個第一光學單元和至少一個第二光學單元，每個光學單元包括具有至少一 個光學發(fā)送器、至少一個光學接收器和控制元件的多個光電子部件，所述方法包括以下步 驟： 從所述第一光學單元的第一光學發(fā)送器傳送形成同步信號的輻射， 控制所述至少一個第二光學單元的多個光學接收器來監(jiān)視是否已接收到所述同步信 號，以及 如果已接收到所述同步信號，則執(zhí)行同步步驟； 其中，所述方法還執(zhí)行定義所述多個光電子部件中的要用于所述同步步驟的至少一個 光電子部件的步驟。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，如果檢測到所述同步信號，則存儲關于何時檢測 到所述同步信號的時序信息。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，在預定時間窗內(nèi)，在所述第二光學單元處期望所 述同步信號，并且其中，將所檢測信號在所述時間窗內(nèi)的位置存儲為時間戳以提供所述時 序信息。
4. 根據(jù)權利要求1至3中的一項所述的方法，其中，如果檢測到所述同步信號，則控制 所述多個第二光學單元的所述光學發(fā)送器發(fā)射形成應答信號的輻射。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，在接收到所述應答信號時，從所述第一光學單元 的第一光學發(fā)送器傳送啟動信號以用于啟動監(jiān)視操作。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述同步信號、所述應答信號和所述啟動信號中 的至少一個信號為具有特定脈沖圖案的脈沖式信號。
7. 根據(jù)權利要求4至6中的一項所述的方法，其中，如果在從所述第一光學單元的第一 光學發(fā)送器傳送所述同步信號的步驟之后沒有檢測到應答信號，則從所述第一光學單元的 第二光學發(fā)送器重復對所述同步信號的傳送。
8. 根據(jù)權利要求4至7中的一項所述的方法，其中，由所述多個光電子部件中的每個光 電子部件依次傳送所述同步信號直到檢測到應答信號或者達到預定超時為止。
9. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，一個光學單元的多個光電子部件同 時監(jiān)視是否接收到所述同步信號。
10. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，多個光學單元被彼此同步。
11. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，每個光電子部件均能夠用于所述同 步操作。
12. 根據(jù)前述權利要求中的一項所述的方法，其中，每個光學單元包括控制器模塊，所 述光電子部件的所述控制元件經(jīng)由通信總線彼此連接并且連接至所述控制器模塊，并且其 中，所述同步由從所述控制器模塊傳送的同步命令發(fā)起。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，對所述通信總線的訪問受控于確保僅具有最 高優(yōu)先級的所述光電子部件經(jīng)由所述通信總線來傳送數(shù)據(jù)的總線訪問方案、優(yōu)選地受控于 載波偵聽多路訪問/沖突避免CSMA/CA訪問方案。
14. 一種用于監(jiān)視監(jiān)控區(qū)域的光電屏障，所述屏障包括至少一個第一光學單元和至少 一個第二光學單元，每個光學單元包括具有至少一個光學發(fā)送器、至少一個光學接收器和 控制元件的多個光電子部件， 其中，所述第一光學單元和所述第二光學單元能操作成通過執(zhí)行根據(jù)前述權利要求中 的一項所述的方法而彼此同步。
15. 根據(jù)權利要求14所述的光電屏障，其中，所述光電子部件的所述控制元件經(jīng)由通 信總線彼此連接。
16. 根據(jù)權利要求14和15中的一項所述的光電屏障，其中，所述光學單元中的至少一 個光學單元包括用于監(jiān)控所述控制元件的操作的控制器模塊，和/或其中，所述光學單元 中的至少一個光學單元具有用于將所述光學單元電連接至外部電路的接口元件。
【文檔編號】G01V8/20GK104237962SQ201410222318
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2013年6月11日
【發(fā)明者】克里斯托弗·瓦爾特, 馬丁·哈德格, 卡爾·曼赫茨, 丹尼洛·多里齊 申請人:賽德斯安全與自動化公司