DE10033608A1 - Securing an area around a machine tool to prevent entrance of personnel and possible injury using artificial light target, the image of which can be compared to a reference value and used to switch off the machine - Google Patents

Securing an area around a machine tool to prevent entrance of personnel and possible injury using artificial light target, the image of which can be compared to a reference value and used to switch off the machine

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DE10033608A1
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light signal
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Abstract

Method for shielding a danger zone (20) around a machine tool (22) in which an optical chamber or area (18) is created in front of the danger zone. An artificial target (16) is placed in a fixed position outside the danger zone, with the target having the form of a defined light signal that is produced using a light source (14). The image of the target is compared with a reference value with any deviation from the reference value indicating an approaching object or person. An Independent claim is made for a device for making an area safe around a machine tool.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Absichern eines Gefahrenbereichs, insbesondere des Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine, wobei vor dem Gefahren­ bereich eine optische Schranke erzeugt wird, mit den Schritten:
The present invention relates to a method for securing a danger zone, in particular the danger zone of an automated machine, an optical barrier being generated in front of the danger zone, with the steps:

  • - Anordnen eines künstlichen Ziels an einer definierten Po­ sition außerhalb des Gefahrenbereichs, - Arranging an artificial target at a defined bottom sition outside the danger zone,  
  • - Aufnehmen eines Abbildes des künstlichen Ziels mit einer Bildaufnahmeeinheit, und- Capture an image of the artificial target with a Image acquisition unit, and
  • - Vergleichen des aufgenommenen Abbildes mit charakteristi­ schen Werten eines Referenzbildes, wobei das Referenzbild einem ungestörten Abbild des künstlichen Ziels entspricht.- Compare the recorded image with characteristics values of a reference image, the reference image corresponds to an undisturbed image of the artificial target.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zum Ab­ sichern eines Gefahrenbereichs, insbesondere des Gefahrenbe­ reichs einer automatisiert arbeitenden Maschine, mit einer Bildaufnahmeeinheit und mit einem künstlichen Ziel, das an ei­ ner definierten Position außerhalb des Gefahrenbereichs ange­ ordnet ist, ferner mit einer Auswerteeinheit, die ein aufgenom­ menes Abbild des künstlichen Ziels mit charakteristischen Wer­ ten eines Referenzbildes vergleicht, wobei das Referenzbild ei­ nem ungestörten Abbild des künstlichen Ziels entspricht.The invention further relates to a device for Ab secure a danger zone, especially the danger zone of an automated machine, with one Image acquisition unit and with an artificial target that egg a defined position outside the danger zone is arranged, further with an evaluation unit, which recorded a menes image of the artificial target with characteristic who ten compares a reference image, the reference image ei corresponds to an undisturbed image of the artificial target.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE 196 44 278 A1 bekannt.Such a method and such an apparatus are known from DE 196 44 278 A1.

Zum Absichern von Gefahrenbereichen, insbesondere von Gefahren­ bereichen der eingangs genannten Art, werden in der indu­ striellen Praxis bisher überwiegend Lichtschranken, Lichtgitter oder Laserscanner verwendet, häufig auch in Kombination mit me­ chanischen Absperrungen. Lichtschranken bestehen im wesentli­ chen aus einer Lichtquelle sowie einem Empfänger, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird zwischen der Lichtquelle und dem Empfänger eine optische Schranke aufge­ spannt. Ein Lichtgitter entspricht im Prinzip einer parallelen Anordnung mehrerer Lichtschranken, wodurch eine zweidimensiona­ le, flächig ausgedehnte optische Schranke gebildet wird. Ein großer Nachteil dieser Anordnungen ist die erforderliche, in der Regel jedoch recht aufwendige Justierung, die meist weitere Hilfsmittel, wie z. B. einer Laserpointer, erfordert. Hinzu kommt, daß eine Vielzahl aktiver Elemente miteinander verdrah­ tet werden muß, um eine Synchronisation und korrekte Auswertung zu ermöglichen. Zum Absichern eines größeren und hinsichtlich seiner räumlichen Ausdehnung komplexeren Gefahrenbereichs sind zudem aufwendige Lichtschrankensysteme erforderlich, die einen beträchtlichen Kostenfaktor darstellen. Ein weiterer Nachteil von Lichtschranken und Lichtgittern ist ihre geringe Flexibili­ tät, wenn sich der abzusichernde Gefahrenbereich hinsichtlich seiner Größe und/oder Form ändert. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn mehrere abzusichernde Maschinen in einem gemein­ samen Maschinenraum auch unabhängig voneinander in Betrieb ge­ nommen werden können.To secure hazardous areas, especially hazards areas of the type mentioned are in the indu In practice, light barriers and light grids have so far predominantly been used or laser scanner used, often in combination with me chinese barriers. Essentially, light barriers exist chen from a light source and a receiver, which in one Are spaced from each other. As a result, between the Light source and the receiver set up an optical barrier stressed. In principle, a light grid corresponds to a parallel one Arrangement of several light barriers, creating a two-dimensional le, extensive optical barrier is formed. On  big disadvantage of these arrangements is the required in usually quite complex adjustment, usually more Tools such as B. a laser pointer required. in addition comes that a multitude of active elements wire together must be carried out to ensure synchronization and correct evaluation to enable. To secure a larger and in terms its spatial extent are more complex danger areas complex photoelectric barrier systems are also required represent a significant cost factor. Another disadvantage of light barriers and light grids is their low flexibility action if the danger area to be secured is in terms of changes its size and / or shape. This is then, for example the case when several machines to be protected are common in one entire machine room can also be operated independently of one another can be taken.

Bei einem Laserscanner wird ein Laserstrahl über einen rotie­ renden Spiegel in einem vorgegebenen Winkelbereich abgelenkt, wodurch eine kreisausschnittsförmige Fläche überwacht werden kann. Ein Objekt innerhalb dieser Fläche kann über ein Lauf­ zeitmeßverfahren detektiert werden. Im Hinblick auf die vorlie­ gende Anwendung sind hierbei die einfache Manipulierbarkeit so­ wie eine starke Abhängigkeit der Messung von den Reflexionsei­ genschaften der Meßobjekte von Nachteil.In a laser scanner, a laser beam is rotated over a deflected mirror in a predetermined angular range, whereby a circular section-shaped area is monitored can. An object within this area can have a run time measurement methods are detected. With regard to the present The simple manipulability is such application like a strong dependence of the measurement on the reflection egg Properties of the objects to be measured are disadvantageous.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist in der eingangs genannten DE 196 44 278 A1 eine Überwachungseinrichtung mit einer opti­ schen Schranke beschrieben, bei der ein künstliches Ziel in Form eines Musterfeldes an einem Ende eines Überwachungs­ bereichs und eine Bildaufnahmeeinheit am anderen Ende des Über­ wachungsbereichs angeordnet sind. Eine Auswerteeinrichtung überprüft, ob das von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommene Ab­ bild des künstlichen Ziels dem erwarteten, ungestörten Abbild des Musterfeldes entspricht.To avoid these disadvantages is mentioned in the introduction DE 196 44 278 A1 a monitoring device with an opti barrier described in which an artificial target in Shape of a pattern field at one end of a surveillance area and an image pickup unit at the other end of the over guard area are arranged. An evaluation device  checks whether the Ab image of the artificial target the expected, undisturbed image corresponds to the sample field.

Beim Absichern eines komplexeren Gefahrenbereichs können der Installationsaufwand und die Gerätekosten mit Hilfe dieser be­ kannten Anordnung spürbar reduziert werden, da an dem einen En­ de der optischen Schranke nur noch das passive Musterfeld ohne Verdrahtung angeordnet werden muß. Bei einem weiträumig ausge­ dehnten oder auch komplex geformten Gefahrenbereich, wie er beispielsweise beim Absichern von Fertigungsstraßen mit Indu­ strierobotern vorliegt, ist jedoch immer noch ein beträcht­ licher Aufwand erforderlich, um das Musterfeld überall dort, wo es benötigt wird, anzubringen. Hinzu kommt, daß ein derartiges Musterfeld gerade in einem industriellen Fertigungsbereich ei­ ner Verschmutzung und der Gefahr von Beschädigungen unterliegt. Maßnahmen zur Beseitigung dieser Probleme, wie etwa regelmäßige Reinigungen und Sichtprüfungen, sind wiederum aufwendig.When securing a more complex danger zone, the Installation effort and device costs with the help of this known arrangement can be reduced noticeably, because on one En de the optical barrier only the passive pattern field without Wiring must be arranged. With a spacious one stretched or complex shaped danger area, like him for example when securing production lines with Indu robot robots, but is still considerable effort required to place the sample field wherever it is needed to attach. In addition, such a Sample field currently in an industrial production area dirt and the risk of damage. Measures to address these issues, such as regular ones Cleaning and visual inspections are again complex.

Aus der DE 198 09 210 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Überwachen einer Szene bekannt. Die überwachte Szene kann beispielsweise der Bedienraum einer Maschine sein. Bei diesem Verfahren wird ein Abbild der gesamten Szene mit einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen. Das aufgenommene Abbild wird mit einem abgespeicherten Referenzbild verglichen. Der Ver­ gleich zwischen einem Punkt des Referenzbildes und einem Punkt des aufgenommenen Abbildes der Szene erfolgt durch eine Indivi­ dualisierung von Lichtstrahlen einer Lichtquelle. Beispiels­ weise erfolgt die Individualisierung durch zeitversetztes Aus­ strahlen einzelner Lichtstrahlen, die die zu vergleichenden Punkte oder Bereiche in dem Abbild der Szene beleuchten. DE 198 09 210 A1 describes a method and a device known for monitoring a scene. The monitored scene can be, for example, the operating room of a machine. at This procedure creates an image of the entire scene with a Image acquisition unit recorded. The captured image will compared with a stored reference image. The Ver immediately between a point of the reference image and a point the recorded image of the scene is made by an individual Dualization of light rays from a light source. example The individualization is done by staggered off shine individual rays of light that are to be compared Illuminate points or areas in the image of the scene.  

Da bei diesem Verfahren stets die gesamte Szene, beispielsweise also der gesamte Bedienraum der Maschine inklusive sich bewe­ gender Objekte, beobachtet wird, ist die Bildauswertung trotz der Individualisierung vergleichsweise aufwendig. Dementspre­ chend sind für eine Echtzeit-Verarbeitung, wie sie zum Absi­ chern eines Gefahrenbereichs erforderlich ist, hohe Anforderun­ gen an die Hardware 2u stellen. Dies wirkt sich wiederum nach­ teilig auf die Kosten einer entsprechenden Vorrichtung aus.Since the entire scene, for example the entire operating room of the machine including moving objects, is always observed with this method, the image evaluation is comparatively complex despite the individualization. Accordingly, high demands are placed on the hardware 2 u for real-time processing, as is required to secure a danger zone. This in turn has a partial impact on the cost of a corresponding device.

Ein weiteres System zur optischen Überwachung eines Raum­ bereichs ist aus der EP 0 902 402 A2 bekannt. Auch bei diesem System wird ein aktuell aufgenommenes Abbild des Raumbereichs in eine Auswerteeinheit mit einem Referenzbild verglichen. Ein feststehendes künstliches Ziel ist bei dieser bekannten Vor­ richtung jedoch ebenfalls nicht vorgesehen.Another system for optical surveillance of a room area is known from EP 0 902 402 A2. This one too The system becomes a currently recorded image of the room area compared in an evaluation unit with a reference image. On Fixed artificial target is in this known front direction is also not provided.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzu­ geben, die beim Aufbau einer optischen Schranke eine große Fle­ xibilität bei geringem Kosten- und Installationsaufwand er­ möglichen.It is therefore an object of the present invention to provide a ver drive and to turn on a device of the type mentioned give a large fle when building an optical barrier flexibility with low cost and installation effort possible.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß das künstliche Ziel ein definiertes Lichtsignal ist, das mittels einer Lichtquelle erzeugt wird.This task is achieved in the method mentioned at the outset solved that the artificial target a defined light signal which is generated by means of a light source.

Die Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine Lichtquelle beinhaltet, die ein definiertes Lichtsignal an eine Position außerhalb des Ge­ fahrenbereichs projiziert, wobei das definierte Lichtsignal das künstliche Ziel darstellt. The object is achieved in the device mentioned above solved that the device includes a light source, the a defined light signal to a position outside the Ge projected driving range, with the defined light signal the represents artificial target.  

Das definierte Lichtsignal kann ein kontrastreiches Muster be­ inhalten, das beispielsweise mit einer entsprechenden Muster­ scheibe im Strahlengang der Lichtquelle hervorgerufen wird. Im einfachsten Fall erzeugt das definierte Lichtsignal auf einem gegebenen Hintergrund jedoch eine punkt- oder linienförmige Kontur. In jedem Fall ist es möglich, das definierte Lichtsi­ gnal und damit das künstliche Ziel für die Bildaufnahmeeinheit von einem oder gegebenenfalls wenigen zentralen Punkten aus an mehrere definierte Positionen außerhalb des Gefahrenbereichs zu projizieren. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, künstliche Ziele in Form von Leuchtstreifen, reflektierenden Folien oder Anstrichen an diesen definierten Positionen anzubringen. Der Installationsaufwand für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher nochmals beträchtlich reduziert. Zudem bietet die er­ findungsgemäße Anordnung eine sehr große Flexibilität, da die künstlichen Ziele von dem oder den zentralen Punkten aus sehr leicht aktiviert bzw. deaktiviert werden können. Auch eine Be­ schädigung oder Zerstörung bzw. Degradationen aufgrund von Ver­ schmutzungen sind erheblich reduziert. Dies senkt die Kosten und steigert die Zuverlässigkeit im Betrieb der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung. Des weiteren ist der Aufwand für die Bild­ auswertung sehr gering, da zum Aufbau der optischen Schranke nur das in seiner Struktur exakt bekannte und feststehende künstliche Ziel beobachtet werden muß. Dementsprechend einfach und kostengünstig ist die Hardware für die erfindungsgemäße Vorrichtung.The defined light signal can be a high-contrast pattern content, for example with an appropriate pattern disc is caused in the beam path of the light source. in the In the simplest case, the defined light signal is generated on a given background, however, a point or line Contour. In any case it is possible to use the defined light gnal and thus the artificial target for the image acquisition unit from one or possibly a few central points several defined positions outside the danger zone project. This eliminates the need for artificial Targets in the form of light strips, reflective foils or Apply paints at these defined positions. The Installation effort for the device according to the invention is therefore considerably reduced again. He also offers arrangement according to the invention a very great flexibility, since the artificial goals from the central point or points very much can be easily activated or deactivated. Also a Be damage or destruction or degradation due to Ver soiling is considerably reduced. This lowers the costs and increases the reliability in the operation of the fiction according device. Furthermore, the effort for the picture Evaluation very low because of the construction of the optical barrier only that which is exactly known and fixed in its structure artificial target must be observed. Accordingly easy and the hardware for the invention is inexpensive Contraption.

Die genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.The above task is therefore completely solved.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gibt die Lichtquelle das definierte Lichtsignal unter einem Winkel zur optischen Achse der Bildaufnahmeeinheit ab. Bevorzugt liegt der Winkel dabei in einem Bereich zwischen 0° und 90°, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 15° und 45°.In a preferred embodiment of the invention, the Light source the defined light signal at an angle to the  optical axis of the image recording unit. Preferably, the Angle in a range between 0 ° and 90 °, especially preferably in the range between 15 ° and 45 °.

Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß zur Auswertung des auf­ genommenen Abbildes das sogenannte Lichtschnittverfahren ver­ wendet werden kann. Dieses Verfahren wird im Hinblick auf die vorliegende Erfindung nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß zusätzlich zu der einfachen Detektion eines Objektes im Bereich der optischen Schranke auch die Messung der Entfernung zu diesem Objekt mit Hilfe einer Triangulation möglich ist. Darüber hinaus erzeugt ein Objekt, das die optische Schranke in diesem Fall durchbricht, häufig zwei verschiedene Lichteffekte, nämlich einerseits eine Abschattung und andererseits einen Ver­ satz des aufgenommenen Lichtpunktes. Dies hat eine im Hinblick auf die vorliegende Anwendung vorteilhafte Redundanz zur Folge.This measure has the advantage that the so-called light section method can be used to evaluate the image taken. This method is explained in more detail with reference to the present invention with reference to FIGS. 2 and 3. A particular advantage of this method is that, in addition to the simple detection of an object in the area of the optical barrier, it is also possible to measure the distance to this object using triangulation. In addition, an object that breaks the optical barrier in this case often produces two different light effects, namely shading on the one hand and offset of the recorded light spot on the other hand. This results in redundancy which is advantageous with regard to the present application.

Dia bevorzugten Winkelbereiche sind vor allem für das Licht­ schnittverfahren besonders günstig, da sie eine hinreichende Veränderung in dem aufgenommenen Abbild des künstlichen Ziels erzeugen, wenn die optische Schranke von einem Objekt durch­ brochen wird. Zudem ermöglichen sie, daß die Bildaufnahme­ einheit und die Lichtquelle in räumlich zueinander benachbarten Positionen installiert werden können, was wiederum den Aufwand bei der Installation reduziert.The preferred angular ranges are mainly for the light cutting process particularly cheap because it is a sufficient Change in the recorded image of the artificial target generate when the optical barrier through an object will break. They also allow image capture unit and the light source in spatially adjacent to each other Positions can be installed, which in turn takes the effort reduced during installation.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung pro­ jiziert die Lichtquelle das definierte Lichtsignal auf einen gegebenen Hintergrund. In a further preferred embodiment of the invention pro the light source jets the defined light signal onto you given background.  

Dies ist bei Verwendung des Lichschnittverfahrens nicht zwin­ gend notwendig. Die Maßnahme besitzt jedoch den Vorteil, daß das definierte Lichtsignal auf dem gegebenen Hintergrund stets sichtbar ist, was eine interne Funktionskontrolle der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht. Hinzu kommt, daß auf diese Weise die bereits erwähnte Redundanz erzeugt wird, die ein Ob­ jekt beim Durchbrechen der optischen Schranke hervorruft.This is not inevitable when using the light section method necessary. However, the measure has the advantage that the defined light signal always on the given background what is visible is an internal function check of the inventor device according to the invention. Add to that on this Way the redundancy already mentioned is generated which an Ob ject when breaking the optical barrier.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung er­ zeugt die Lichtquelle das definierte Lichtsignal flächig ausge­ dehnt.In a further preferred embodiment of the invention, he the light source generates the defined light signal over a large area expands.

Mit dieser Maßnahme wird eine zweidimensionale optische Schran­ ke in Form eines Lichtvorhangs sehr einfach erzeugt, wodurch die Gefahr einer Umgehung der optischen Schranke erheblich re­ duziert ist. Die Erzeugung eines entsprechenden Lichtsignals kann beispielsweise mit einer Laserdiode erfolgen, deren Licht­ punkt mittels einer Zylinderlinse, einem Prisma, einem Mikro­ linsenarray oder einem rotierenden Spiegel verändert wird. Ebenso kann das Lichtsignal mit einer langgezogenen Lumines­ zenzröhre erzeugt werden, deren Lichtstrahlen mit Hilfe einer Schlitzblende gebündelt werden. Auf einem gegebenen Hintergrund wird dabei eine linienförmig ausgedehnte Lichtkontur erzeugt.With this measure, a two-dimensional optical cabinet ke created in the form of a light curtain very simply, whereby the risk of bypassing the optical barrier significantly re is induced. The generation of a corresponding light signal can be done, for example, with a laser diode whose light point by means of a cylindrical lens, a prism, a micro lens array or a rotating mirror is changed. Likewise, the light signal with an elongated Lumines zenzrrohr be generated, the light rays with the help of a Slit aperture are bundled. On a given background a linear light contour is created.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bein­ haltet das definierte Lichtsignal Positionsmarken zum Bestimmen einer aktuellen Position des künstlichen Ziels.In a further preferred embodiment of the invention holds the defined light signal position marks for determination a current position of the artificial target.

Derartige Positionsmarken sind bevorzugt zusätzliche Licht­ punkte, die optisch getrennt von dem restlichen Lichtsignal er­ zeugt werden. Mit Hilfe derartiger Positionsmarken ist es sehr leicht möglich, eine exakte Kalibrierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzunehmen. Darüber hinaus dienen solche Positi­ onsmarken zur Verhinderung von Manipulationen an der gesamten Anordnung, etwa mit dem Ziel, die optische Schranke zu umgehen. Schließlich ist mit Hilfe derartiger Positionsmarken eine sehr einfache Vibrationskompensation möglich, die insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ab­ sichern einer schweren Maschine, wie beispielsweise einer hy­ draulischen Presse, verwendet wird. Eine derartig schwere Ma­ schine erzeugt Erschütterungen, die sich in dem aufgenommenen Abbild des künstlichen Ziels als Vibrationen bemerkbar machen. Die Kompensation dieser Vibrationen ermöglicht die Vermeidung von unnötigen Fehlalarmen.Such position marks are preferably additional light points that are optically separated from the rest of the light signal be fathered. With the help of such position marks it is very  easily possible, an exact calibration of the invention Device. Such positions also serve ons brands to prevent tampering with the whole Arrangement, for example with the aim of bypassing the optical barrier. Finally, with the help of such position marks, a very simple vibration compensation possible, especially then It is advantageous if the device according to the invention for Ab secure a heavy machine, such as a hy draulic press, is used. Such a heavy ma Schine creates vibrations that are in the recorded Make the image of the artificial target noticeable as vibrations. The compensation of these vibrations enables avoidance of unnecessary false alarms.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das defi­ nierte Lichtsignal gepulst.In a further embodiment of the invention, the defi niert light signal pulsed.

Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die mittlere Leistung des definierten Lichtsignals beträchtlich reduziert ist, wo­ durch eine Energieeinsparung möglich ist. Darüber hinaus können bei einer geeigneten Synchronisation Fremdlichtstörungen sehr einfach unterdrückt oder zumindest reduziert werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Maßnahme mit einer Lichtquelle im Infrarotbereich kombiniert wird, da in diesem Fall ein ge­ eignetes Sperrfilter Fremdlichtstörungen aus dem sichtbaren Be­ reich zusätzlich unterdrückt.This measure has the advantage that the average power of the defined light signal is considerably reduced where is possible by saving energy. In addition, you can with a suitable synchronization, extraneous light interference very much simply suppressed or at least reduced. Especially It is advantageous if this measure with a light source is combined in the infrared range, since in this case a ge suitable blocking filter extraneous light interference from the visible Be rich additionally suppressed.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Bildauf­ nahmeeinheit und die Lichtquelle in einem gemeinsamen Gerätege­ häuse angeordnet. In a further preferred embodiment, the image is on acquisition unit and the light source in a common device arranged house.  

Mit dieser Maßnahme ist eine besonders einfache Installation der Vorrichtung möglich, da so nur ein kompaktes Gerät montiert und ausgerichtet werden muß. Außerdem wird auf diese Weise der Verkabelungsaufwand nochmals beträchtlich reduziert. Des weite­ ren besitzt die Maßnahme den Vorteil, daß die Bildaufnahme­ einheit und die Lichtquelle in einer fest vorgegebenen Ausrich­ tung zueinander montiert sind. Dies vereinfacht den Installati­ onsaufwand nochmals. Zudem ist die Gefahr von unbeabsichtigten Verschiebungen oder bewußten Manipulationen an der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung nochmals beträchtlich reduziert.This measure makes installation particularly easy of the device possible because only a compact device is mounted in this way and must be aligned. In addition, the Cabling effort considerably reduced again. The far ren the measure has the advantage that the image recording unit and the light source in a predetermined orientation are mounted to each other. This simplifies the installation ons effort again. In addition, the risk of unintentional Shifts or deliberate manipulations to the invention according device again considerably reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest die Bildaufnahmeeinheit mit einem nach unten geneig­ ten Blickfeld angeordnet.In a further preferred embodiment of the invention at least the image acquisition unit with a downward incline arranged in the field of view.

Bei einer derartigen Anordnung ist das Objektiv der Bildaufnah­ meeinheit einer geringeren Verschmutzung ausgesetzt, was die Zuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung erhöht und gleichzei­ tig den Wartungsaufwand verringert.In such an arrangement, the lens is the image unit is exposed to less pollution, which Reliability of the entire device is increased and at the same time tig reduced the maintenance effort.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Bild­ aufnahmeeinheit einen zeilenförmigen Bildsensor sowie eine Ab­ tasteinheit auf.In a further preferred embodiment, the image acquisition unit a line-shaped image sensor and an Ab probe unit.

Alternativ hierzu ist der Bildsensor in anderen Ausgestaltungen der Erfindung flächig ausgedehnt. Ein zeilenförmiger Bildsensor besitzt demgegenüber den Vorteil geringerer Materialkosten, da entsprechend weniger lichtempfindliche Bildpunkte erforderlich sind. Darüber hinaus ist die Gefahr von Fehlern und Funktions­ ausfällen infolge einer Signalkopplung zwischen benachbarten Bildpunkten reduziert, da es insgesamt erheblich weniger benachbarte Bildpunkte gibt. Als Abtasteinheit wird bevorzugt ein rotierender Spiegel verwendet, der das aufgenommene Abbild des künstlichen Ziels zeilenweise auf den Bildsensor projiziert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dies derselbe Spiegel ist, der auch zum Erzeugen eines flächig ausgedehnten Lichtsignals dient, da in diesem Fall der Material- und Konstruktionsaufwand geringer ist.As an alternative to this, the image sensor is in other configurations the invention extended areal. A line-shaped image sensor has the advantage of lower material costs because correspondingly fewer light-sensitive pixels are required are. In addition, there is a risk of errors and malfunction failures due to signal coupling between neighboring Pixels are reduced as there are significantly fewer neighboring ones overall  Pixels there. A is preferred as the scanning unit rotating mirror that uses the recorded image of the projected line by line onto the image sensor. It is particularly advantageous if this is the same mirror, which is also used to generate a light signal that extends over a large area serves, because in this case the material and construction effort is less.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist die Auswerteeinheit zumindest zweikanalig redundant aufgebaut.In a further particularly preferred embodiment of the Er the evaluation unit is at least two-channel redundant built up.

Diese Maßnahme ermöglichst eine besonders große Fehlersicher­ heit, was im Hinblick auf den beabsichtigten Anwendungsbereich von besonderem Vorteil ist.This measure enables a particularly large fail-safe what with regard to the intended scope is of particular advantage.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist die Auswerteeinheit diversitär aufgebaut.In a further preferred embodiment of the aforementioned As a measure, the evaluation unit is diversified.

Bei einem diversitären Aufbau sind die beiden jeweiligen Kanäle der Auswerteeinheit mit verschiedenen Bauelementen und/oder nach verschiedenen Konzepten aufgebaut, wodurch die Gefahr ei­ nes unerkannten Fehlers nochmals reduziert ist.In a diversified structure, the two respective channels the evaluation unit with various components and / or built up according to different concepts, whereby the danger an undetected error is reduced again.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auch die Bildaufnahmeeinheit zweikanalig redundant aufgebaut.In a further preferred embodiment of the invention the two-channel image acquisition unit is also redundant.

Besonders bevorzugt ist es, wenn auch dieser zweikanalige Auf­ bau diversitär ist. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß Feh­ ler und Funktionsausfälle bei der Bildaufnahmeeinheit sehr ein­ fach erkannt werden können. Zudem können auf diese Weise auch kurzzeitige Beeinträchtigungen, beispielsweise infolge umher­ fliegender Insekten, zuverlässig erkannt werden, so daß unnöti­ ge Fehlalarme vermieden sind.It is particularly preferred, even if this two-channel opening construction is diverse. The measure has the advantage that Feh ler and functional failures in the image acquisition unit very can be recognized. In addition, this way too  short-term impairments, for example as a result of walking around flying insects, can be reliably detected, so that unnecessary false alarms are avoided.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the following standing features to be explained not only in each specified combination, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in more detail in the following description explained. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in einer Draufsicht, Fig. 1 is a schematic representation of a fiction, modern apparatus in a plan view,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße optische Schranke, die von zwei verschiedenen Objekten durchbrochen wird, Fig. 2 is an optical barrier according to the invention, which is pierced by two different objects,

Fig. 3a-d verschiedene Abbilder des künstlichen Ziels bei der Anordnung gemäß Fig. 2, FIGS. 3a-d show various images of the artificial target in the arrangement of Fig. 2,

Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 4 shows a preferred embodiment of a device OF INVENTION to the invention,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß Fig. 4, Fig. 5 is a block diagram of the device according to Fig. 4,

Fig. 6 eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, und Fig. 6 shows a preferred application of the device according to the invention, and

Fig. 7 ein definiertes Lichtsignal mit Positionsmarken. Fig. 7 shows a defined light signal with position marks.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Ge­ samtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.In Fig. 1, a device according to the invention is designated in its entirety with the reference number 10 .

Die Vorrichtung 10 beinhaltet eine Bildaufnahmeeinheit 12 sowie eine Lichtquelle 14. Die Lichtquelle 14 erzeugt ein definiertes Lichtsignal 16 und bildet in Verbindung mit der Bildaufnahme­ einheit 12 eine optische Schranke 18 zum Absichern eines Ge­ fahrenbereichs 20 einer automatisiert arbeitenden Maschine 22. Die Maschine 22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein In­ dustrieroboter, der sich selbständig in Richtung des Pfeils 24 bewegen kann.The device 10 includes an image recording unit 12 and a light source 14 . The light source 14 generates a defined light signal 16 and, in conjunction with the image recording unit 12, forms an optical barrier 18 for securing a driving area 20 of an automated machine 22 . In the present exemplary embodiment, the machine 22 is an industrial robot that can move independently in the direction of the arrow 24 .

Die Bildaufnahmeeinheit 12 ist mit ihrer optischen Achse 26 in einem Winkel θ zu dem definierten Lichtsignal 16 angeordnet. Zudem befinden sich die Bildaufnahmeeinheit 12 und die Licht­ quelle 14 in einem definierten Abstand D zueinander, wodurch ein in etwa rechtwinkliges Dreieck gebildet wird. Hierdurch ist es möglich, mit Hilfe an sich bekannter Triangulationsverfahren die Entfernung der Bildaufnahmeeinheit 12 zu einem Objekt zu bestimmen, das die optische Schranke 18 durchbricht.The image acquisition unit 12 is arranged with its optical axis 26 at an angle θ to the defined light signal 16 . In addition, the image recording unit 12 and the light source 14 are at a defined distance D from each other, whereby an approximately rectangular triangle is formed. This makes it possible, using triangulation methods known per se, to determine the distance of the image recording unit 12 from an object which breaks through the optical barrier 18 .

Mit der Bezugsziffer 28 ist ein gegebener Hintergrund bezeich­ net, im vorliegenden Fall beispielsweise eine Wand, auf den das definierte Lichtsignal 16 projiziert wird. Das Lichtsignal 16 ist dabei senkrecht zur Ansichtsebene ausgedehnt und bildet so­ mit auf dem Hintergrund 28 eine linienförmige Kontur (hier nicht dargestellt). With the reference numeral 28 , a given background is designated, in the present case, for example, a wall onto which the defined light signal 16 is projected. The light signal 16 is extended perpendicularly to the view plane and thus forms a linear contour (not shown here) on the background 28 .

Mit der Bezugsziffer 30 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet, die einerseits mit der Bildaufnahmeeinheit 12 und andererseits mit der Maschine 22 verbunden ist. Wenn ein Objekt (hier nicht dargestellt) die optische Schranke 18 durchbricht, wird dies von der Bildaufnahmeeinheit 12, deren Blickfeld hier mit der Bezugsziffer 32 bezeichnet ist, aufgenommen. Durch Ver­ gleich mit einem Referenzbild, das einem ungestörten Abbild des definierten Lichtsignals (künstliches Ziel) entspricht, kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 diesen Vorgang erkennen und die Maschine 22 abschalten oder anderweitig in einen gefahrlo­ sen Zustand versetzen.Reference number 30 denotes an evaluation and control unit which is connected on the one hand to the image recording unit 12 and on the other hand to the machine 22 . If an object (not shown here) breaks through the optical barrier 18 , this is recorded by the image recording unit 12 , the field of vision of which is designated here by the reference number 32 . By comparison with a reference image, which corresponds to an undisturbed image of the defined light signal (artificial target), the evaluation and control unit 30 can recognize this process and switch off the machine 22 or otherwise put it in a safe state.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der weiteren Figuren be­ zeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie in Fig. 1.In the following description of the further figures, the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 1.

In Fig. 2 sind zwei verschiedene Situationen dargestellt, in denen ein Objekt die optische Schranke durchbricht. Im un­ gestörten Zustand erreicht das definierte Lichtsignal 16 aus der Lichtquelle 14 den gegebenen Hintergrund 28 und erzeugt auf diesem eine Lichtkontur 34. Durchbricht nun ein Objekt 36 einen oder mehrere Lichtstrahlen der Lichtquelle 14, so entsteht auf der Oberfläche 38 des Objekts 36 eine zweite Lichtkontur 40. Gleichzeitig verschwindet je nach der Größe des Objekts 36 die gesamte oder zumindest ein Teil der ursprünglichen Lichtkontur 34 auf dem Hintergrund 28. Aus Sicht der Bildaufnahmeeinheit 12 entsteht daher einerseits eine Abschattung und andererseits wird ein Teil der Lichtkontur 34 an eine andere Stelle im Raum versetzt. In FIG. 2, two different situations are shown, in which an object breaks the optical barrier. In the undisturbed state, the defined light signal 16 from the light source 14 reaches the given background 28 and generates a light contour 34 thereon. If an object 36 now breaks through one or more light beams from the light source 14 , a second light contour 40 is created on the surface 38 of the object 36 . At the same time, depending on the size of the object 36, all or at least part of the original light contour 34 disappears on the background 28 . From the point of view of the image recording unit 12 , shadowing therefore arises on the one hand and on the other hand part of the light contour 34 is moved to another location in the room.

Dies ist anhand der Darstellungen in Fig. 3 nochmals verdeut­ licht. Fig. 3a zeigt das Abbild der ungestörten Lichtkontur 34, die im vorliegenden Fall eine linienförmige Ausdehnung auf­ weist. Fig. 3d zeigt demgegenüber das Abbild, das von der Bild­ aufnahmeeinheit 12 aufgenommen wird, wenn das Objekt 36 das de­ finierte Lichtsignal 16 unterbricht. Wie zu erkennen ist, wird die Lichtkontur 34 auf dem Hintergrund 28 teilweise abge­ schattet. Gleichzeitig wird die neue Lichtkontur 40 an einer anderen Stelle im Raum sichtbar. Durch Vergleich mit dem unge­ störten Abbild der Lichtkontur 34, das insofern ein Referenz­ bild darstellt, kann die Auswerte- und Steuereinheit 30 das Eindringen des Objekts 36 in den Gefahrenbereich erkennen und dementsprechend reagieren.This is illustrated again by means of the representations in FIG. 3. Fig. 3a shows the image of the unperturbed light contour 34, which has in this case a linear expansion. FIG. 3d, on the other hand, shows the image that is recorded by the image recording unit 12 when the object 36 interrupts the defined light signal 16 . As can be seen, the light contour 34 is partially shaded on the background 28 . At the same time, the new light contour 40 becomes visible at another point in the room. By comparison with the undisturbed image of the light contour 34 , which in this respect represents a reference image, the evaluation and control unit 30 can recognize the intrusion of the object 36 into the danger zone and react accordingly.

Mit Hilfe der bereits erwähnten Triangulationsverfahren kann dis Auswerte- und Steuereinheit 30 des weiteren die Position der Lichtkontur 40 und damit die räumliche Position des Objekts 36 bestimmen.With the aid of the triangulation methods already mentioned, the evaluation and control unit 30 can further determine the position of the light contour 40 and thus the spatial position of the object 36 .

Fig. 3b zeigt das Abbild des definierten Lichtsignals 16 in dem Fall, daß die Lichtkontur 34 auf dem Hintergrund 28 vollständig abgedeckt wird. Dies ist dann der Fall, wenn das Lichtsignal 16 vollständig abgedeckt wird. Ein Durchbrechen der Lichtschranke oder eine infolge der Abschattung entstehende Sicherheitslücke kann somit ebenfalls zuverlässig erkannt werden. FIG. 3b shows the image of the defined light signal 16 in the case that the light is completely covered contour 34 on the fundus 28. This is the case when the light signal 16 is completely covered. A breakthrough of the light barrier or a security gap arising as a result of shading can thus also be reliably detected.

In Fig. 3c ist die Lichtkontur 34 mit einer Abschattung darge­ stellt, ohne daß eine weitere Lichtkontur 40 erkennbar ist. Ei­ ne derartige Situation ergibt sich, wenn ein Objekt 42 (Fig. 2) das Lichtsignal 16 durchbricht, ohne daß die Bildaufnahmeein­ heit 12 die dabei neu entstehende Lichtkontur 40 aufnehmen kann. Auch in diesem Fall kann jedoch das Durchbrechen der op­ tischen Schranke anhand der Abschattung in der Lichtkontur 34 erkannt werden.In Fig. 3c, the light contour 34 is shaded Darge without another light contour 40 is recognizable. Such a situation arises when an object 42 ( FIG. 2) breaks through the light signal 16 without the image recording unit 12 being able to take up the newly formed light contour 40 . In this case, too, the breaking of the optical barrier can be recognized by the shading in the light contour 34 .

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Bildauf­ nahmeeinheit 12 und die Lichtquelle 14 in einem gemeinsamen Ge­ rätegehäuse 52 angeordnet. Die Bildaufnahmeeinheit 12 und die Lichtquelle 14 sind dementsprechend in einem festen Abstand D sowie in einem festen Winkel θ zueinander montiert. Die Bild­ aufnahmeeinheit 12 erfaßt die Lichtkontur (hier nicht sicht­ bar), die das definierte Lichtsignal 16 auf dem gegebenen Hin­ tergrund 28 erzeugt. Das definierte Lichtsignal 16 stellt somit das künstliches Ziel dar, durch dessen Beobachtung die optische Schranke 18 aufgespannt wird.In Fig. 4, another embodiment of the device according to the Invention is designated in its entirety with the reference number 50 . In this embodiment, the image recording unit 12 and the light source 14 are arranged in a common Ge device housing 52 . The image recording unit 12 and the light source 14 are accordingly mounted at a fixed distance D and at a fixed angle θ from one another. The image recording unit 12 detects the light contour (not visible here), which generates the defined light signal 16 on the background 28 given . The defined light signal 16 thus represents the artificial target, through the observation of which the optical barrier 18 is spanned.

Das Eindringen eines Objektes in das Blickfeld 32 der Bildauf­ nahmeeinheit 12 ist solange unschädlich, wie dabei das defi­ nierte Lichtsignal 16 bzw. die entsprechende Lichtkontur auf dem Hintergrund 28 nicht gestört werden. Infolgedessen kann sich die Auswertung der aufgenommenen Bilder auf das räumlich feststehende künstliche Ziel beschränken, wodurch der Bildver­ arbeitungsaufwand sehr gering gehalten wird.The penetration of an object into the field of view 32 of the image recording unit 12 is harmless as long as the defi ned light signal 16 and the corresponding light contour on the background 28 are not disturbed. As a result, the evaluation of the recorded images can be limited to the spatially fixed artificial target, as a result of which the image processing expenditure is kept very low.

In dem Blockschaltbild gemäß Fig. 5 ist der funktionelle Aufbau der Vorrichtung 50 erkennbar. Die Bildaufnahmeeinheit 12 bein­ haltet ein Objektiv 54, das ein aufgenommenes Abbild auf einen Bildsensor 56 projiziert. In einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist der Bildsensor 56 zeilenförmig, so daß jeder lichtempfindliche Bildpunkt maximal zwei benachbarte Bildpunkte besitzt. In diesem Fall ist die Gefahr von Fehlern und Funktionsstörungen infolge von Übersprechen (Signalüber­ kopplung) erheblich reduziert. In anderen bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispielen ist der Bildsensor demgegenüber ein zweidimen­ sional ausgedehnter, flächiger Bildsensor, was die Aufnahme größerer Bilder ermöglicht. Bevorzugt ist der Bildsensor 56 ein CMOS-Sensor, er kann jedoch auch in CCD-Technologie aufgebaut sein. Das Abbild des künstlichen Ziels wird bei diesem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines rotierenden Spiegels (hier nicht dargestellt) zeilenweise auf den Bildsensor 56 pro­ jiziert.The functional structure of the device 50 can be seen in the block diagram according to FIG. 5. The image recording unit 12 includes a lens 54 which projects a recorded image onto an image sensor 56 . In a preferred embodiment of the invention, the image sensor 56 is line-shaped, so that each light-sensitive pixel has a maximum of two adjacent pixels. In this case, the risk of errors and malfunctions due to crosstalk (signal coupling) is significantly reduced. In other preferred exemplary embodiments, the image sensor, in contrast, is a two-dimensionally extended, flat image sensor, which enables larger images to be taken. The image sensor 56 is preferably a CMOS sensor, but it can also be constructed using CCD technology. In this preferred embodiment, the image of the artificial target is projected line by line onto the image sensor 56 with the aid of a rotating mirror (not shown here).

Mit der Bezugsziffer 58 ist eine Sensoransteuerung bezeichnet, die sowohl die Bilddaten aus dem Bildsensor 56 ausliest, als auch geeignete Steuersignale an Letzteren überträgt. Die Sen­ soransteuerung 58 legt die ausgelesenen Bilddaten in zwei Bildspeichern 60a, 60b ab. In jedem der beiden Bildspeicher 60a, 60b ist zudem ein Referenzbild 62 abgespeichert, das einem ungestörten Abbild des künstlichen Ziels entspricht. Bevorzugt sind anstelle eines vollständigen Referenzbildes nur charakte­ ristische Werte des Referenzbildes abgelegt.Reference numeral 58 denotes a sensor control that reads the image data from the image sensor 56 and also transmits suitable control signals to the latter. The sensor control 58 stores the read image data in two image memories 60 a, 60 b. A reference image 62 , which corresponds to an undisturbed image of the artificial target, is also stored in each of the two image memories 60 a, 60 b. Instead of a complete reference image, only characteristic values of the reference image are preferably stored.

Mit den Bezugsziffern 64a, 64b sind zwei Prozessoren bezeich­ net, die Steuerbefehle an die Sensoransteuerung 58 übertragen. Des weiteren führen die Prozessoren 64a, 64b den Vergleich der aufgenommenen Abbilder des künstlichen Ziels mit den abgespei­ cherten Referenzbildern 62 durch. Insgesamt ergibt sich damit ein zweikanaliger Aufbau der hier integrierten Auswerteeinheit, wobei ein der erste Kanal insgesamt mit der Bezugsziffer 66 und der zweite Kanal mit der Bezugsziffer 68 bezeichnet ist. The reference numerals 64 a, 64 b denote two processors which transmit control commands to the sensor control 58 . Furthermore, the processors 64 a, 64 b carry out the comparison of the recorded images of the artificial target with the stored reference images 62 . Overall, this results in a two-channel structure of the evaluation unit integrated here, one of the first channels being designated by the reference number 66 and the second channel being designated by the reference number 68 .

In dem vorliegenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kanäle 66, 68 mit Bauelementen verschiedener Hersteller, also diversitär aufgebaut. Die Prozessoren 64a, 64b der Kanäle 66, 68 können über einen Kommunikationskanal 70, beispielsweise in Form eines sogenannten Dual-Ported-RAM, kommunizieren. Hier­ durch ist eine gegenseitige Überwachung und Funktionskontrolle möglich.In the present, preferred exemplary embodiment, the two channels 66 , 68 are constructed with components from different manufacturers, that is to say diversely. The processors 64 a, 64 b of the channels 66 , 68 can communicate via a communication channel 70 , for example in the form of a so-called dual-ported RAM. Mutual monitoring and functional control is possible here.

Mit der Bezugsziffer 72 ist eine Datenschnittstelle bezeichnet, über die die Vorrichtung 50 zu Konfigurations- und Diagnose­ zwecken an einen handelsüblichen PC angeschlossen werden kann. Mit der Bezugsziffer 74 sind fehlersichere Ausgänge bezeichnet, über die ein Alarmsignal und/oder Schaltsignale erzeugt werden, wenn ein Objekt die optische Schranke durchbricht. Gleiches gilt für den Fall, daß aufgrund eines internen Selbsttests bzw. der gegenseitigen Funktionskontrolle der beiden Kanäle 66, 68 ein interner Gerätefehler erkannt wird. Die Fehlersicherheit der Ausgänge wird bevorzugt durch eine redundante Auslegung er­ reicht.The reference numeral 72 denotes a data interface via which the device 50 can be connected to a commercially available PC for configuration and diagnosis purposes. The reference numeral 74 designates fail-safe outputs via which an alarm signal and / or switching signals are generated when an object breaks the optical barrier. The same applies in the event that an internal device error is recognized on the basis of an internal self-test or the mutual function check of the two channels 66 , 68 . The fault safety of the outputs is preferably achieved by a redundant design.

Mit der Bezugsziffer 76 ist eine Busschnittstelle bezeichnet, über die die Vorrichtung 50 an ein sicheres Bussystem, bei­ spielsweise dem sogenannten "SafetyBus p" der Anmelderin der vorliegenden Erfindung, angeschlossen werden kann. Über eine derartige fehlersichere Busschnittstelle können sowohl Konfigu­ rations- und/oder Diagnosedaten, als auch Schalt- und Alarm­ signale übertragen werden.Reference number 76 denotes a bus interface via which the device 50 can be connected to a safe bus system, for example the so-called "SafetyBus p" from the applicant of the present invention. Such a fail-safe bus interface can be used to transmit configuration and / or diagnostic data as well as switching and alarm signals.

Mit der Bezugsziffer 78 ist eine Beleuchtungsansteuerung für die Lichtquelle 14 bezeichnet. Damit wird die Lichtquelle 14 hier gepulst angesteuert, wobei die Beleuchtungsansteuerung 78 über den Prozessor 64b mit der Bildaufnahmeeinheit 12 synchro­ nisiert wird.A lighting control for the light source 14 is designated by the reference number 78 . The light source 14 is thus pulsed here, the lighting control 78 being synchronized with the image recording unit 12 via the processor 64 b.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist eine erfindungs­ gemäße Vorrichtung in Kombination mit einer mechanischen Ab­ sperrung 90 dargestellt. Die mechanische Absperrung 90 ist bei­ spielsweise ein Schutzzaun, der um einen Industrieroboter herum angeordnet ist. In der Absperrung 90 ist ein Zugang 92 offenge­ lassen, über den der abzusichernde Gefahrenbereich in Richtung des Pfeils 94 betreten werden kann. Mit Hilfe der Lichtquelle 14 wird auf den Boden und die seitliche Begrenzung des Zugangs 92 eine linienförmige Lichtkontur 96 projiziert, die mit der Bildaufnahmeeinheit 12 optisch überwacht wird. Tritt jemand durch den Zugang 92, wird die Lichtkontur 96 in der in Fig. 2 und 3 beschriebenen Weise unterbrochen, was von der zugehörigen Auswerteeinheit festgestellt werden kann.In the embodiment shown in Fig. 6 is a fiction, modern device is blocking in combination with a mechanical From 90 shown. The mechanical barrier 90 is, for example, a protective fence, which is arranged around an industrial robot. In the barrier 90 , an access 92 is left open, through which the danger area to be secured can be entered in the direction of the arrow 94 . With the aid of the light source 14 , a linear light contour 96 is projected onto the floor and the lateral boundary of the access 92 and is optically monitored with the image recording unit 12 . If someone steps through the access 92 , the light contour 96 is interrupted in the manner described in FIGS. 2 and 3, which can be determined by the associated evaluation unit.

Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels ist, daß das Blickfeld 98 der Bildaufnahmeeinheit 12 im wesentlichen nach unten gerichtet ist, wodurch Ablagerungen und Verschmutzungen auf dem Objektiv 54 der Bildaufnahmeeinheit 12 reduziert wer­ den. Darüber hinaus zeigt dieses Ausführungsbeispiel, daß mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von einer zentralen Stelle aus auch großflächige optische Schranken lückenlos überwacht werden können.A special feature of this exemplary embodiment is that the field of view 98 of the image recording unit 12 is directed essentially downward, as a result of which deposits and dirt on the lens 54 of the image recording unit 12 are reduced. In addition, this exemplary embodiment shows that even large-area optical barriers can be monitored seamlessly from a central location with a device according to the invention.

Fig. 7 zeigt eine linienförmige Lichtkontur 34, die um zusätz­ liche Lichtflecke 102 ergänzt ist. Die Lichtflecke 102 sind in dem aufgenommenen Abbild der Kontur 34 als einzeln erkennbar und können somit als Positionsmarken zum exakten Bestimmen der Position des künstlichen Ziels verwendet werden. Darüber hinaus ist mit Hilfe dieser Positionsmarken eine Kompensation von Vi­ brationen infolge von Maschinenbewegungen möglich. Fig. 7 shows a linear light contour 34 , which is supplemented by additional light spots 102 . The light spots 102 can be recognized as individual in the recorded image of the contour 34 and can thus be used as position marks for the exact determination of the position of the artificial target. In addition, these position marks make it possible to compensate for vibrations due to machine movements.

In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind weitere zusätzliche Lichtflecke 102 vorhanden, deren Abfolge einen individuellen Indentifikationscode bildet. Damit können die einzelnen optischen Schranken sowie ihre je­ weilige aktuelle Position exakt identifiziert werden, wodurch eine Manipulation, wie beispielsweise die Verschiebung oder Entfernung vorhandener Schutzgitter, verhindert werden kann.In further exemplary embodiments of the invention, not shown here, there are further additional light spots 102 , the sequence of which forms an individual identification code. This allows the individual optical barriers and their respective current position to be identified exactly, which prevents manipulation, such as the displacement or removal of existing protective grids.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kam zum Überwachen der optischen Schranke jeweils das Licht­ schnittverfahren zum Einsatz. Abweichend oder ergänzend hiervon kann bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 jedoch auch ein kontrast­ reiches Musterfeld auf den gegebenen Hintergrund 28 abgebildet werden. Die Bildauswertung kann dann beispielsweise nach dem Verfahren der DE 196 44 278 A1 erfolgen.In the previously described embodiments of the invention, the light-cutting method was used to monitor the optical barrier. Deviating or supplementing this, however, an arrangement according to FIG. 1 can also depict a high-contrast pattern field on the given background 28 . The image can then be evaluated, for example, using the method of DE 196 44 278 A1.

Des weiteren können in allen Ausführungsbeispielen Maßnahmen zur Kompensation von Verschmutzungen vorgesehen sein. Im ein­ fachsten Fall beinhaltet dies, daß das jeweilige Referenzbild in vorgegebenen zeitlichen Abständen jeweils neu aufgenommen wird, wodurch eine schleichende Verschmutzung implizit kompen­ siert wird.Furthermore, measures can be taken in all exemplary embodiments be provided to compensate for contamination. In one In the simplest case, this means that the respective reference image Newly recorded at predetermined intervals which implicitly compensates for creeping pollution is settled.

Claims (20)

1. Verfahren zum Absichern eines Gefahrenbereichs (20), ins­ besondere des Gefahrenbereichs einer automatisiert ar­ beitenden Maschine (22), wobei vor dem Gefahrenbereich (20) eine optische Schranke (18) erzeugt wird, mit den Schritten:
  • - Anordnen eines künstlichen Ziels (16) an einer defi­ nierten Position außerhalb des Gefahrenbereichs (20),
  • - Aufnehmen eines Abbildes des künstlichen Ziels (16) mit einer Bildaufnahmeeinheit (12),
  • - Vergleichen des aufgenommenen Abbildes mit charakte­ ristischen Werten eines Referenzbildes (62), wobei das Referenzbild (62) einem ungestörten Abbild des künstlichen Ziels (16) entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß das künstliche Ziel (16) ein definiertes Lichtsignal ist, das mittels einer Lichtquelle (14) erzeugt wird.
1. A method for securing a danger zone ( 20 ), in particular the danger zone of an automatically working machine ( 22 ), an optical barrier ( 18 ) being generated in front of the danger zone ( 20 ), with the steps:
  • - Placing an artificial target ( 16 ) at a defined position outside the danger zone ( 20 ),
  • Recording an image of the artificial target ( 16 ) with an image recording unit ( 12 ),
  • Comparing the recorded image with characteristic values of a reference image ( 62 ), the reference image ( 62 ) corresponding to an undisturbed image of the artificial target ( 16 ),
characterized in that the artificial target ( 16 ) is a defined light signal which is generated by means of a light source ( 14 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) unter einem Winkel (8) zur op­ tischen Achse (26) der Bildaufnahmeeinheit (12) erzeugt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the defined light signal ( 16 ) at an angle ( 8 ) to the op table axis ( 26 ) of the image recording unit ( 12 ) is generated. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (θ) in einem Bereich zwischen 0° und 90°, bevorzugt im Bereich zwischen 15° und 45° gewählt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the Angle (θ) in a range between 0 ° and 90 °, preferred is selected in the range between 15 ° and 45 °. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) auf ei­ nen gegebenen Hintergrund (28) projiziert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the defined light signal ( 16 ) is projected onto a given background ( 28 ). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) flächig ausgedehnt erzeugt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the defined light signal ( 16 ) is generated extensively. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) Positi­ onsmarken (102) zum Bestimmen einer aktuellen Position des künstlichen Ziels beinhaltet.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the defined light signal ( 16 ) includes position marks ( 102 ) for determining a current position of the artificial target. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) gepulst wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the defined light signal ( 16 ) is pulsed. 8. Vorrichtung zum Absichern eines Gefahrenbereichs (20), insbesondere des Gefahrenbereichs einer automatisiert ar­ beitenden Maschine (22), mit einer Bildaufnahmeeinheit (12) und mit einem künstlichen Ziel (16), das an einer de­ finierten Position außerhalb des Gefahrenbereichs (20) an­ geordnet ist, ferner mit einer Auswerteeinheit (30), die ein aufgenommenes Abbild des künstlichen Ziels (16) mit charakteristischen Werten eines Referenzbildes (62) ver­ gleicht, wobei das Referenzbild (62) einem ungestörten Ab­ bild des künstlichen Ziels (16) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) eine Lichtquelle (14) beinhaltet, die ein definiertes Lichtsignal an eine Position außerhalb des Gefahrenbereichs (20) projiziert, wobei das definierte Lichtsignal das künstliche Ziel (16) darstellt.8. Device for securing a danger zone ( 20 ), in particular the danger zone of an automated ar machine ( 22 ), with an image recording unit ( 12 ) and with an artificial target ( 16 ), which is in a defined position outside the danger zone ( 20 ) is also arranged with an evaluation unit ( 30 ) which compares a recorded image of the artificial target ( 16 ) with characteristic values of a reference image ( 62 ), the reference image ( 62 ) corresponding to an undisturbed image of the artificial target ( 16 ) , characterized in that the device ( 10 ) includes a light source ( 14 ) which projects a defined light signal to a position outside the danger zone ( 20 ), the defined light signal representing the artificial target ( 16 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) das definierte Lichtsignal (16) unter einem Winkel (A) zur optischen Achse (26) der Bildauf­ nahmeeinheit (12) abgibt.9. The device according to claim 8, characterized in that the light source ( 14 ) emits the defined light signal ( 16 ) at an angle (A) to the optical axis ( 26 ) of the image recording unit ( 12 ). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (θ) in einem Bereich zwischen 0° und 90°, be­ vorzugt im Bereich zwischen 15° und 45°, liegt.10. The device according to claim 9, characterized in that the angle (θ) in a range between 0 ° and 90 °, be preferably in the range between 15 ° and 45 °. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) das definierte Lichtsignal (16) auf einen gegebenen Hintergrund (28) pro­ jiziert.11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the light source ( 14 ) projects the defined light signal ( 16 ) on a given background ( 28 ) pro. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) das definierte Lichtsignal (16) flächig ausgedehnt erzeugt.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the light source ( 14 ) generates the defined light signal ( 16 ) extended over a large area. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) Positi­ onsmarken (102) zum Bestimmen einer aktuellen Position des künstlichen Ziels beinhaltet. 13. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the defined light signal ( 16 ) includes position marks ( 102 ) for determining a current position of the artificial target. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das definierte Lichtsignal (16) gepulst ist.14. Device according to one of claims 8 to 13, characterized in that the defined light signal ( 16 ) is pulsed. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit (12) und die Lichtquelle (14) in einem gemeinsamen Gerätegehäuse (52) angeordnet sind.15. Device according to one of claims 8 to 14, characterized in that the image recording unit ( 12 ) and the light source ( 14 ) are arranged in a common device housing ( 52 ). 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest die Bildaufnahmeeinheit (12) mit einem nach unten geneigten Blickfeld (98) angeordnet ist.16. Device according to one of claims 8 to 15, characterized in that at least the image recording unit ( 12 ) is arranged with a downwardly inclined field of view ( 98 ). 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit (12) einen zei­ lenförmigen Bildsensor (56) sowie eine Abtasteinheit auf­ weist.17. The device according to one of claims 8 to 16, characterized in that the image recording unit ( 12 ) has a zei len shaped image sensor ( 56 ) and a scanning unit. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (30) zumindest zwei­ kanalig (66, 68) redundant aufgebaut ist.18. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the evaluation unit ( 30 ) is constructed redundantly at least two channels ( 66 , 68 ). 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (30) diversitär aufgebaut ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the evaluation unit ( 30 ) is diversified. 20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit zweikanalig re­ dundant aufgebaut ist.20. Device according to one of claims 8 to 19, characterized ge indicates that the image recording unit right two channels is built redundantly.
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