DE102004044973A1

DE102004044973A1 - Kontrolle eines Überwachungsbereiches

Info

Publication number: DE102004044973A1
Application number: DE102004044973A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pirkl; Manfred Haberer; Gerhard Mutter
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: US20060067579A1; DE102004044973B4; US7408462B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches, insbesondere an Transporteinrichtungen für Gegenstände, bei dem mittels wenigstens eines ortsauflösenden Sensors, insbesondere eines Laserscanners und/oder eines Kamerasystems, der Überwachungsbereich abgetastet wird, die Positionen von Objektpunkten im Überwachungsbereich bestimmt werden und in zumindest einer Teilmenge der bestimmten Positionen eine Kontursuche durchgeführt wird, indem diese Positionen rechnerisch daraufhin untersucht werden, ob innerhalb einer vorgebbaren Toleranz die betreffenden Objektpunkte auf zumindest einer hinsichtlich Form und/oder Länge vorgegebenen Modelllinie liegen, die wenigstens einem Teil einer Kontur eines im Überwachungsbereich zugelassenen Gegenstandes entspricht, wobei die Kontursuche unabhängig von der Lage der Positionen relativ zum Sensor durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches, insbesondere an Transporteinrichtungen für Gegenstände, bei dem mittels wenigstens eines ortsauflösenden Sensors, insbesondere eines Laserscanners und/oder eines Kamerasystems, der Überwachungsbereich abgetastet wird und die Positionen von Objektpunkten im Überwachungsbereich bestimmt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Prozesseinrichtung, insbesondere eine Transporteinrichtung für Gegenstände, mit wenigstens einem ortsauflösenden Sensor zur Kontrolle eines der Prozesseinrichtung zugeordneten Überwachungsbereiches.
Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Sensor zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches, insbesondere an Transporteinrichtungen für Gegenstände.

Bei der Förderung von Gegenständen mittels Transportsystemen, die beispielsweise als Rollenförderer oder Förderband ausgebildet sind, ist es häufig erforderlich, bei einem Übergang der transportierten Gegenstände von einem Bereich in einen anderen Bereich zu verhindern, dass Personen in den auch als Transportschleuse bezeichneten Übergangsbereich eingreifen oder eintreten oder diesen Übergangsbereich sogar passieren. Zur Gewährleistung dieser Personensicherheit werden derzeit die Transportschleusen mit Kombinationen aus Lichtschranken, Lichtgittern sowie variable Schutzfelder bereitstellenden Laserscannern abgesichert.

Darüber hinaus sind die Transportschleusen üblicherweise mit zusätzliche Sensoren für Automatisierungs- und Steuerungsaufgaben versehen, um beispielsweise Überstandskontrollen, Überprüfungen von Palettenhöhen, Überprüfungen des Befüllungsgrades von Paletten oder Längenmessungen am Transportgut durchzuführen. Bislang werden also für die Automatisierungs- bzw. Steuerungsfunktionen, d.h. für die normale Prozesssteuerung, einerseits und für die erforderlichen Sicherheitsfunktionen andererseits getrennte Sensoriken vorgesehen, was einen relativ hohen Installations- und Schaltungsaufwand bedeutet und nicht zuletzt mit einem großen Platzbedarf verbunden ist. Zudem ist ein erheblicher Aufwand nötig, um die normale Prozesssteuerung mit der Sicherheitssteuerung zu verknüpfen.

Aus der DE 44 11 448 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle eines vorgegebenen Überwachungsbereiches bekannt. Ein insbesondere in Randnähe eines zu kontrollierenden Überwachungsbereiches angeordneter Laserscanner ermittelt Abstandskonturfunktionen und vergleicht diese mit gespeicherten, jeweils eine erwartete Objektkontur repräsentierenden Referenzkonturfunktionen. Im Rahmen vorgegebener Toleranzgrenzen wird dabei geprüft, ob eine ermittelte Abstandskonturfunktion mit einer Referenzkonturfunktion übereinstimmt oder nicht. Obwohl diese bekannte Einrichtung in der Lage ist, in den Überwachungsbereich eingreifende Personen zuverlässig von zugelassenen Objekten zu unterscheiden, ist hierbei von Nachteil, dass auch eigentlich zugelassene Gegenstände die Abgabe eines Warnsignals auslösen können, wenn sie den Überwachungsbereich nicht so passieren, wie es durch die zuvor erhaltene, beispielsweise durch einen Einlernvorgang ermittelte, Referenzkonturfunktion vorgegeben ist. Ein beispielsweise in der Mitte eines Förderbandes erwarteter, tatsächlich aber beim Passieren des Überwachungsberei ches im Randbereich auf dem Transportband liegender Gegenstand führt bei dem bekannten Kontrollverfahren aufgrund der Abweichung der gemessenen Abstandskonturfunktion von der gespeicherten Referenzkonturfunktion zur Abgabe eines Warnsignals, obwohl der Gegenstand an sich ein zugelassener Gegendstand ist. Problematisch bei der aus DE 44 11 448 A1 bekannten Lösung ist folglich insbesondere deren mangelnde Flexibilität.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kontrolle von Überwachungsbereichen möglichst flexibel zu gestalten und dabei eine maximale Personensicherheit zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs und insbesondere dadurch, dass in zumindest einer Teilmenge der bestimmten Objektpunkte im Überwachungsbereich entsprechenden Positionen eine Kontursuche durchgeführt wird, indem diese Positionen rechnerisch daraufhin untersucht werden, ob innerhalb einer vorgebbaren Toleranz die betreffenden Objektpunkte auf zumindest einer hinsichtlich Form und/oder Länge vorgegebenen Modelllinie liegen, die wenigstens einen Teil einer Kontur eines im Überwachungsbereich zugelassenen Gegenstandes entspricht, wobei die Kontursuche unabhängig von der Lage der Positionen relativ zum Sensor durchgeführt wird.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe außerdem durch die Merkmale des auf eine Prozesseinrichtung gerichteten Anspruchs und insbesondere dadurch, dass die Prozesseinrichtung wenigstens einen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Sensor aufweist, der zur Kontrolle eines der Prozesseinrichtung zugeordneten Überwachungsbereichs vorgesehen ist.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch die Merkmale des einen Sensor betreffenden Anspruchs und insbesondere dadurch gelöst, dass die Auswerteeinrichtung des Sensors zur Durchführung einer Kontursuche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der Basis von Objektpunkten im Überwachungsbereich entsprechenden Positionen ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß wird also auf der Basis der ermittelten Positionen bzw. Objektpunkte eine Kontursuche unabhängig davon durchgeführt, wie diese Positionen relativ zum Sensor gelegen sind. Ein Gegenstand wird folglich als zugelassener Gegenstand unabhängig davon erkannt, wie er relativ zum Sensor orientiert ist und in welchem Abstand zum Sensor er sich befindet. Es wird erfindungsgemäß zwar eine vorgegebene Modelllinie verwendet. Auf die Lage der Modelllinie im Raum und insbesondere auf die Orientierung der Modelllinie relativ zum Sensor kommt es bei der Erfindung aber gerade nicht an. Entscheidend ist allein, ob die gemessenen Objektpunkte – oder zumindest eine Teilmenge davon – untereinander eine relative Anordnung derart besitzen, dass diese Objektpunkte innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen auf der jeweiligen Modelllinie liegen, sich also die Anordnung der Objektpunkte innerhalb bestimmter Grenzen durch zumindest eine der vorgegebenen Modelllinien beschreiben lässt.

Anschaulich ausgedrückt wird erfindungsgemäß also rechnerisch geprüft, ob sich die gemessenen Objektpunkte auf eine vorgegebene Modelllinie legen lassen oder nicht. Insbesondere wird dabei berechnet, mit welcher Güte eine Menge von gemessenen Objektpunkten geometrisch zu einer oder mehreren erwarteten Modelllinien passt.

Die Erfindung zeichnet sich also insbesondere dadurch aus, dass bei der Kontursuche die Positionen ausschließlich untereinander in Beziehung gesetzt werden. Auf die Lage der Positionen bzw. der betreffenden Objektpunkte relativ zum Sensor oder zu anderen Gegenständen kommt es – wie bereits erwähnt – erfindungsgemäß nicht an. Hierdurch ermöglicht die Erfindung eine besonders flexible Kontrolle von Überwachungsbereichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere dann vorteilhaft anwenden, wenn die im Überwachungsbereich, beispielsweise in einer Transportschleuse, zugelassenen Gegenstände solche mittels des Sensors detektierbaren Konturen aufweisen, die besonders einfachen geometrischen Modelllinien entsprechen, wie beispielsweise Abschnitten von Geraden oder Kreisen. Derartige Gegenstände lassen sich besonders gut von Personen unterscheiden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist der damit verbundene geringe Installationsaufwand und Platzbedarf, da der Sensor gleichzeitig alle an dem jeweiligen Überwachungsbereich erforderlichen Steuerungs- und Sicherheitsfunktionen übernehmen kann. Ferner ist es mit der Erfindung möglich, einerseits zwischen unterschiedlichen Positionen bzw. Orientierungen zugelassener Gegenstände relativ zum Sensor zu unterscheiden, andererseits aber zugelassene Gegenstände unabhängig von ihrer jeweiligen Position und Orientierung als solche zu erkennen, so dass unnötige Eingriffe in den Betriebsablauf der Prozesseinrichtung, beispielsweise unnötige Abschaltungen der Transporteinrichtung, ohne Sicherheitseinbußen vermieden werden können.

Ferner ist erfindungsgemäß von Vorteil, dass der Sensor problemlos in das Sicherheitskonzept der jeweiligen Prozesseinrichtung integriert werden und insbesondere selbst einen wesentlichen Bestandteil der Sicherheitseinrichtung bilden kann. Die Verknüpfung von steuerungsbezogenen Anforderungen einerseits und sicherheitsrelevanten Erfordernissen andererseits ist durch die Erfindung auf besonders einfache Weise möglich.

Bei dem Sensor handelt es sich insbesondere um eine ortsauflösende optoelektronische Schutzeinrichtung nach dem tastenden Prinzip wie z.B. einen Laserscanner oder ein beispielsweise stereoskopisches, triangulations-basiertes oder time-of-flight-basiertes Kamerasystem. In Frage kommen grundsätzlich auch kombinierte Scanner/Video-Systeme. Ferner muss die Ortsauflösung nicht zwingend in drei Dimensionen erfolgen. Es ist vielmehr auch möglich, die Kontursuche in lediglich einer Ebene durchzuführen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die bestimmten Positionen in eine Mehrzahl von Teilmengen aufgeteilt werden und für jede Teilmenge eine separate Kontursuche durchgeführt wird.

Hierbei brauchen die bei einer Messung, im Falle eines Laserscanners also bei einem "Scan", insgesamt ermittelten Positionen nicht als Ganzes behandelt zu werden. Vielmehr ist es möglich, vor der eigentlichen Kontursuche anhand bestimmter Kriterien eine Aufteilung des Überwachungsbereiches dahingehend vorzunehmen, dass unterschiedliche Bereiche separat einer Kontursuche unterzogen werden.

Insbesondere kann vor der eigentlichen Kontursuche eine Objektsuche durchgeführt werden, indem jeweils der Abstand zwischen zwei benachbarten Positionen mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen wird und die beiden Positionen bei Unterschreiten der Schwelle einer gemeinsamen Teilmenge und bei Überschreiten der Schwelle verschiedenen Teilmengen zugeordnet werden.

Dieser Vorgehensweise liegt die Überlegung zugrunde, dass bei vielen in der Praxis vorkommenden Gegenständen deren Konturen – abgesehen natürlich von den Randbereichen – keine extremen Richtungsänderungen aufweisen, d.h. die mittels des Sensors gemessene Objektentfernungen – solange derselbe Gegenstand abgetastet wird – sich von einem Messpunkt zum nächsten nicht sprunghaft ändern. Wird dagegen eine solche Sprungstelle, also ein Überschreiten der vorgegebenen Schwelle, detektiert, so kann davon ausgegangen werden, dass die beiden benachbarten Positionen, zwischen denen der Sprung aufgetreten ist, auf verschiedenen Objekten im Überwachungsbereich liegen.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass bei der Kontursuche die vorgegebene Modelllinie bezüglich der Positionen der Teilmenge derart ausgerichtet wird, dass wenigstens zwei Bezugspositionen, bevorzugt eine der ersten Positionen und eine der letzten Positionen der Teilmenge, auf der Modelllinie liegen und die Abstände der dazwischenliegenden Positionen von der Modelllinie, von einer von der Modelllinie abgeleiteten Hilfslinie oder von einem charakteristischen Punkt der Modell- oder Hilfslinie bestimmt und einer Abstandsauswertung unterzogen werden.

Bei der Abstandsauswertung ist insbesondere vorgesehen, dass die bestimmten Abstände einem Mittelungsprozess unterzogen werden und anhand einer daraus abgeleiteten Standardabweichung eine Güte für die Übereinstimmung der Teilmenge mit der Modelllinie bestimmt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel basiert die Kontursuche folglich auf der Auswertung von Abständen bezüglich einer Linie bzw. eines Punktes, deren bzw. dessen Lage relativ zu den Positionen durch die Positionen selbst – insbesondere durch spezielle Bezugspositionen – bestimmt ist. Hierdurch wird auf besonders elegante Weise eine Unabhängigkeit von der Lage bzw. Orientierung der mittels des Sensors gemessenen Objektpunkte von dem Sensor selbst realisiert.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass bei erfolgloser Kontursuche ein Sicherheitssignal erzeugt und eine den Überwachungsbereich zugeordnete Prozesseinrichtung, insbesondere eine Transporteinrichtung für Gegenstände, aufgrund des Sicherheitssignals in einen sicheren Zustand überführt wird. Dies kann insbesondere durch Abschalten der Prozesseinrichtung erfolgen.

Auf diese Weise kann der sowohl der Prozesssteuerung als auch der Sicherheitssteuerung der Prozesseinrichtung zugeordnete Sensor direkt mittels eines Sicherheitssignals in den Betriebsablauf der Prozesseinrichtung eingreifen.

Das Sicherheitssignal kann mittels des Sensors oder eines dem Sensor zugeordneten, insbesondere lokalen Sicherheitsmoduls unmittelbar auf der Grundlage der bestimmten Positionen erzeugt werden.

Hierdurch ermöglicht die Erfindung praktisch auf Rohdatenbasis einen Sicherheitseingriff in die Prozesseinrichtung, wodurch an dem Überwachungsbereich der sensorische Aufwand minimiert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen Laserscanner von grundsätzlich bekannter Bauart mit einer Sendeeinrichtung z.B. in Form einer Laserdiode zur Aussendung von gepulster Abtaststrahlung beispielsweise im IR-Bereich. Die Aussendung der Sendestrahlpulse erfolgt dabei insbesondere über eine Ablenkeinrichtung z.B. in Form eines rotierenden Spiegels, so dass der Laserscanner innerhalb einer Abtastebene nacheinander Sendestrahlpulse in unterschiedliche Richtungen aussendet. Ferner umfasst der Laserscanner eine Empfangseinrichtung insbesondere in Form einer oder mehrerer strahlungsempfindlicher Empfangsdioden. Mittels einer entsprechenden Auswerteelektronik wird die Laufzeit der ausgesandten und empfangenen Strahlungsimpulse bestimmt, woraus die Entfernungen von die Strahlungspulse reflektierenden Objekten zum Sensor bestimmt werden.

Da die Richtungen, in welche die Strahlungspulse jeweils ausgesandt werden, z.B. über die Stellung des Drehspiegels ebenfalls bekannt sind, liefert der Laserscanner folglich eine Menge von Messpunkten, für die jeweils – bezogen auf den Sensor – Richtung und Entfernung bekannt sind. Durch entsprechende Einstellung der Betriebsparameter des Laserscanners können Winkelauflösung und Entfernungsmessgenauigkeit der Abtastung variiert werden.

Im Fall eines als Laserscanner ausgebildeten Sensors kann folglich die Kontursuche auf der Basis von innerhalb einer Abtastebene ermittelten, richtungsabhängigen Tiefeninformationen durchgeführt werden.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1 in einer schematischen Perspektivansicht eine Transportschleuse für Gegenstände mit einem Überwachungssensor gemäß der Erfindung, und

2 eine Darstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt schematisch eine Transportschleuse, an der ein mittels einer nicht dargestellten Transporteinrichtung beförderter Gegenstand 13 – hier in Form eines Quaders dargestellt – von einem Bereich vor der Transportschleuse in einen Bereich hinter der Transportschleuse gefördert wird.

Der Übergangsbereich wird mittels eines lediglich schematisch dargestellten Sensors 15 in Form eines Laserscanners überwacht. Die von dem Scanner 15 ausgesandten, in 1 lediglich angedeuteten Abtaststrahlen 27 definieren einen Überwachungsbereich 11 in Form einer Abtastebene 17, die senkrecht zur Transportrichtung z der Gegenstände 13 verläuft. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist erfindungsgemäß die Verwendung eines Laserscanners als Sensor 15 nicht zwingend. Die Überwachung kann beispielsweise auch mittels eines Kamerasystems erfolgen.

Die Abtaststrahlung 27 wird an die Transportschleuse bildenden Begrenzungen 25 und – wenn wie in 1 sich ein transportierter Gegenstand 13 im Überwachungsbereich 11 befindet – von diesem Gegenstand 13 reflektiert und mittels des Sensors 15 empfangen und ausgewertet. Die entsprechenden Objektpunkte 23, an denen die Strahlung reflektiert wird, sind in 1 rein schematisch für die untere, horizontal verlaufende Begrenzung 25 sowie für den Gegenstand 13 selbst durch Punkte angedeutet. Aufgrund der Quaderform des Gegenstandes 13 bilden die auf dem Gegenstand 13 liegenden Objektpunkte 23, die eine Teilmenge 19 aller Objektpunkte darstellen, eine geradlinige Objektkontur parallel zur x-Richtung.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung an Transportschleusen beschränkt. Grundsätzlich können beliebige Überwachungsbereiche in erfindungsgemäßer Weise überwacht werden. Bevorzugt ist aber in allen Fällen eine stationäre Anordnung des Sensors und damit des Überwachungsbereiches, wobei außerdem der Überwachungsbereich vorzugsweise durch innerhalb der Reichweite des Sensors liegende Bauteile begrenzt ist, welche die Abtaststrahlung reflektieren, also vom Sensor "gesehen" werden können.

2 zeigt beispielhaft eine Situation mit drei verschiedenen Objekten oder Objektpunktteilmengen 19, 19', 19'' im Überwachungsbereich, wobei diese Objekte zugelassene oder erwartete Gegenstände darstellen, die Konturen mit einer einfachen geometrischen Form aufweisen. Eine solche Situation kann in der Praxis auftreten. In den meisten oder zumindest vielen Fällen befinden sich im Überwachungsbereich allerdings nicht gleichzeitig mehrere zugelassene Gegenstände.

Das in 2 linke Objekt 19 besitzt eine Quaderform und ist derart orientiert, dass die von dem Scanner 15 "gesehene" Kontur zwei unter einem Winkel von 90° verlaufende geradlinige Abschnitte umfasst. Das mittlere Objekt 19' ist ebenfalls quaderförmig ausgebildet und parallel zur x-Richtung orientiert, wobei es sich direkt unterhalb des Scanners 15 befindet, so dass die vom Scanner 15 "gesehene" Kontur ein horizontal zur x-Richtung verlaufender Geradenabschnitt ist. Das rechte Objekt 19'' schließlich ist ein Kreiszylinder mit einer vom Scanner 15 "gesehenen" teilkreisförmigen Kontur.

Die Bereiche 29 liegen im "Schatten" der jeweiligen Objekte 19, 19', 19'' und können daher vom Scanner 15 nicht eingesehen werden.

Die nicht-glatten, "zickzack"-artigen Linien in 2 sind jeweils durch Verbinden der tatächlich gemessenen, in 2 nicht einzeln dargestellten Objektpunkte entstanden, welche die jeweilige Teilmenge 19, 19', 19'' und damit das tatsächliche "Objekt" bilden, wie es vom Scanner 15 aufgrund der jeweiligen Messungenauigkeit gesehen wird. Die glatten Linien dagegen sind Modelllinien 21, 21', 21'', die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der nachstehend beschriebenen Kontursuche verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Kontursuche erfolgt in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit, die in den Scanner 15 integriert oder vom Scanner 15 räumlich getrennt angeordnet ist, mittels eines Algorithmus, der die vom Scanner 15 gelieferten Rohdaten, d.h. für jeden gemessenen Objektpunkt dessen Richtung in Form eines Winkels bezüglich einer Bezugsrichtung und dessen Entfernung zum Scanner 15, verarbeitet.

Vor der eigentlichen Kontursuche wird zunächst auf der Basis der Rohdaten eine Objektsuche durchgeführt, indem jeweils der Abstand zwischen zwei benachbarten, d.h. in demselben Scan unmittelbar nacheinander gemessenen, Positionen mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen wird. Bei Unterschreiten der Schwelle wird davon ausgegangen, dass die beiden betreffenden Objektpunkte auf demselben Objekt im Überwachungsbereich liegen, wohingegen bei Überschreiten der Schwelle von verschiedenen Objekten ausgegangen wird. Ein "Objekt" in diesem Sinne kann auch eine Begrenzung des Überwachungsbereiches sein. Die beiden betreffenden Positionen werden also für die weitere Datenverarbeitung entweder einer gemeinsamen Teilmenge oder verschiedenen Teilmengen zugeordnet.

Für jede auf diese Weise ermittelte Teilmenge 19, 19', 19'' wird anschließend die eigentliche Kontursuche durchgeführt, indem jeweils eine Modelllinie 21, 21', 21'' an den Positionen der betreffenden Teilmenge ausgerichtet wird. Die Modelllinie entspricht der Kontur eines jeweils zugelassenen bzw. erwarteten Gegenstandes, wie sie der Scanner 15 im Idealfall "sehen" würde. Im Fall eines zylindrischen Gegenstandes beispielsweise ist die Modelllinie 21'' ein Kreis mit einem dem Radius des Zylinders entsprechenden Radius. Ist der Gegenstand dagegen quaderförmig, kann die Modelllinie entweder ein einziger gerader Abschnitt 21' oder ein von zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden geraden Abschnitten gebildeter Winkel 21 sein.

Die Ausrichtung der jeweiligen Modelllinie 21, 21', 21'' bezüglich der die jeweilige Teilmenge 19, 19', 19'' bildenden Positionen, d.h. Objektpunkten, erfolgt gemäß einem möglichen praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch, dass die Modelllinie rechnerisch so in die Menge von Objektpunkten gelegt wird, dass der zweite Objektpunkt und der vorletzte Objektpunkt der betreffenden Teilmenge auf der Modelllinie liegen.

Handelt es sich bei der Modelllinie um eine Gerade, so wird diese Modellgerade einfach durch die beiden erwähnten Objektpunkte gelegt. Ist die Modelllinie dagegen ein Kreis oder Teilkreis, so wird zunächst der Mittelpunkt dieses Modellkreises bestimmt. Hierzu wird an den zweiten Objektpunkt und den vorletzten Objektpunkt der Teilmenge jeweils eine Tangente gelegt. Anschließend werden an diesen Punkten die Orthogonalen zu den Tangenten konstruiert, welche eine ebenfalls rechnerisch konstruierte Winkelhalbierende der beiden Tangenten an unterschiedlichen Stellen schneiden. Der Mittelpunkt der von diesen beiden Schnittpunkten gebildeten Strecke wird als Mittelpunkt des Modellkreises verwendet, dessen Radius gleich dem Abstand dieses Mittelpunktes von den beiden Berührungspunkten der Tangenten ist, d.h. von dem zweiten Objektpunkt und dem vorletzten Objektpunkt.

Für die zwischen den Bezugspunkten, d.h. z.B. dem zweiten Objektpunkt und dem vorletzten Objektpunkt, liegenden Punkte bzw. Positionen wird anschließend unter Zuhilfenahme der ausgerichteten Modelllinie, z.B. der vorstehend erläuterten Modellgeraden bzw. des vorstehend beschriebenen Modellkreises, eine Abstandsauswertung vorgenommen, indem für diese Zwischenpositionen deren Abstände von der Modelllinie, von einer von der Modelllinie abgeleiteten Hilfslinie oder von einem charakteristischen Punkt der Modell- oder Hilfslinie bestimmt werden.

Im Fall der vorstehend beschriebenen Modellgeraden wird aus dieser zunächst eine Degressionsgerade abgeleitet, welche die Bedingungen einer Funktion im mathematischen Sinne erfüllt. Die Degressionsgerade wird ermittelt, indem zunächst für jede Zwischenposition das Lot auf die Modellgerade gefällt und der Betrag dieser Entfernung ermittelt wird. Durch diese Lot-Entfernungen wird die Degressionsgerade gelegt. Anschließend werden die Abstände der Lot-Entfernungen zur Degressionsgeraden bestimmt, und es sind diese Abstände, die in diesem Fall anschließend der weiteren Abstandsauswertung unterzogen werden.

Im Fall des vorstehend erläuterten Modellkreises werden für die Zwischenpositionen unmittelbar deren Abstände zu dem zuvor rechnerisch bestimmten Mittelpunkt des Modellkreises bestimmt und für die weitere Abstandsauswertung verwendet.

Diese so ermittelten Abstände, die sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass sie unabhängig von dem jeweiligen Koordinatensystem und damit unabhängig von der Orientierung und der Entfernung der jeweiligen Teilmenge 19, 19', 19'' vom Scanner 15 sind, beinhalten bereits eine Information über die Güte, mit welcher die jeweils betrachtete Teilmenge 19, 19', 19'' von Positionen bzw. Objektpunkten mit der jeweiligen Modelllinie 21, 21', 21'' übereinstimmt, d.h. wie gut sich die jeweilige Teilmenge 19, 19', 19'' als zumindest eine der jeweils vorgegebenen Modelllinien 21, 21', 21'' beschreiben lässt.

Die anschließende Abstandsauswertung, mit der diese Information extrahiert wird, besteht in einem möglichen Ausführungsbeispiel darin, für die jeweils betrachtete Teilmenge die Abstände quadratisch zu mitteln und für den dadurch erhaltenen Mittelwert die Standardabweichung zu bestimmen. Anhand von zuvor ermittelten Erfahrungswerten können die durch tatsächliche Messungen gewonnenen Werte für die Standardabweichung beurteilt werden, so dass Gütekriterien festgelegt werden können, anhand derer entschieden werden kann, wann eine ausgewertete Teilmenge von Positionen/Objektpunkten als mit einem zugelassenen Gegenstand übereinstimmend gewertet werden soll.

Versuchsmessungen haben gezeigt, dass sich Gegenstände mit geraden Konturen eindeutig und mit ausreichender Sicherheit von zylindrische Konturen aufweisenden Gegenständen unterscheiden lassen. Die in Experimenten ermittelten Standardabweichungen lagen um mehr als einen Faktor 4 auseinander. Ebenso konnte gezeigt werden, dass im Überwachungsbereich befindliche Personen sicher von Gegenständen mit eindeutig durch vergleichsweise einfache geometrische Modelllinien beschreibbaren Konturen unterschieden werden können.

Die für die Bestimmung der Abstände der Zwischenpositionen verwendeten Linien – in den vorstehend erläuterten Beispielen die Degressionsgera de einerseits und der Modellkreis andererseits – können mit Fehlerschranken versehen werden. Innerhalb des hierdurch festgelegten Toleranzbereiches liegende Positionen werden bei der Abstandsauswertung nicht berücksichtigt, gehen in die für die jeweilige Teilmenge 19, 19', 19'' berechnete, objektbezogene Standardabweichung also nicht ein.

Im Rahmen einer bevorzugten praktischen Realisierung der Erfindung ist der Scanner 15 über ein Feldbussystem in eine Sicherheitssteuerung der Transportschleuse oder einer anderen Prozesseinrichtung integriert. Bleibt während des normalen Transportbetriebs die in der erfindungsgemäßen Weise durchgeführte Kontursuche erfolglos, d.h. wird im Überwachungsbereich keine der vorgegebenen Modelllinie im Rahmen der jeweiligen Toleranz entsprechende Kontur gefunden, so erzeugt der Sensor 15 ein Sicherheitssignal, das über einen sicherheitsgerichteten Signalausgang des Sensors 15 direkt an die Sicherheitssteuerung übermittelt wird, welche daraufhin die Transporteinrichtung bzw. die jeweilige Prozesseinrichtung abschaltet oder eine andere Sicherheitsmaßnahme einleitet.

Zusätzlich zu dieser Sicherheitsfunktion kann der erfindungsgemäße Scanner 15 normale, nicht sicherheitsgerichtete Steuerungs- bzw. Automatisierungsfunktionen übernehmen. Hierzu können die ohnehin vorliegenden Rohdaten weiteren Auswertealgorithmen zur Verfügung gestellt werden, die beispielsweise die gemessenen Positionen/Objektpunkte zur Lage des Sensors 15 oder zur Ebene der Fördereinrichtung in Beziehung setzen, um auf diese Weise z.B. eine Überstandskontrolle vorzunehmen oder den Befüllungsgrad einer den Überwachungsbereich passierenden Palette zu ermitteln.

11: Überwachungsbereich
13: Gegenstand
15: Sensor, Laserscanner
17: Abtastebene
19, 19', 19'': Teilmenge der bestimmten Positionen/Objektpunkte
21, 21', 21'': Modelllinie
23: Objektpunkt
25: Begrenzung
27: Abtaststrahl
29: Schattenbereich

Claims

Verfahren zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches (11), insbesondere an Transporteinrichtungen für Gegenstände (13), bei dem – mittels wenigstens eines ortsauflösenden Sensors (15), insbesondere eines Laserscanners und/oder Kamerasystems, der Überwachungsbereich (11) abgetastet wird, – die Positionen von Objektpunkten (23) im Überwachungsbereich (11) bestimmt werden, und – in zumindest einer Teilmenge (19, 19', 19'') der bestimmten Positionen eine Kontursuche durchgeführt wird, indem diese Positionen rechnerisch daraufhin untersucht werden, ob innerhalb einer vorgebbaren Toleranz die betreffenden Objektpunkte (23) auf zumindest einer hinsichtlich Form und/oder Länge vorgegebenen Modelllinie (21, 21', 21'') liegen, die wenigstens einem Teil einer Kontur eines im Überwachungsbereich (11) zugelassenen Gegenstandes (13) entspricht, wobei die Kontursuche unabhängig von der Lage der Positionen relativ zum Sensor (15) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kontursuche die Positionen ausschließlich untereinander in Beziehung gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Modelllinie (21, 21', 22'') wenigstens einen geraden oder teilkreisförmigen Abschnitt umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmten Positionen in eine Mehrzahl von Teilmengen (19, 19', 19'') aufgeteilt werden und für jede Teilmenge eine separate Kontursuche durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Kontursuche eine Objektsuche durchgeführt wird, indem jeweils der Abstand zwischen zwei benachbarten Positionen mit einer vorgegebenen Schwelle verglichen wird und die beiden Positionen bei Unterschreiten der Schwelle einer gemeinsamen Teilmenge (19, 19', 19'') und bei Überschreiten der Schwelle verschiedenen Teilmengen (19, 19', 19'') zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kontursuche die vorgegebene Modelllinie (21, 21', 21'') bezüglich der Positionen der Teilmenge (19, 19', 19'') derart ausgerichtet wird, dass wenigstens zwei Bezugspositionen, bevorzugt eine der ersten Positionen und eine der letzten Positionen der Teilmenge, auf der Modelllinie liegen und die Abstände der dazwischen liegenden Positionen von der Modelllinie, von einer von der Modelllinie ab geleiteten Hilfslinie oder von einem charakteristischen Punkt der Modell- oder Hilfslinie bestimmt und einer Abstandsauswertung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abstandsauswertung die bestimmten Abstände einem Mittelungsprozess unterzogen werden und anhand einer daraus abgeleiteten Standardabweichung eine Güte für die Übereinstimmung der Teilmenge (19, 19', 19'') mit der Modelllinie (21, 21', 21'') bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erfolgloser Kontursuche ein Sicherheitssignal erzeugt und eine dem Überwachungsbereich (11) zugeordnete Prozesseinrichtung, insbesondere eine Transporteinrichtung für Gegenstände (13), aufgrund des Sicherheitssignals in einen sicheren Zustand überführt, insbesondere abgeschaltet, wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssignal mittels des Sensors (15) oder eines dem Sensor (15) zugeordneten, insbesondere lokalen Sicherheitsmoduls unmittelbar auf der Grundlage der bestimmten Positionen erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich (11) insbesondere mittels eines Laserscanners abgetastet wird, indem in wenigstens einer Abtastebene (17) insbesondere gepulste elektromagnetische Strahlung (27) in eine Mehrzahl von Richtungen ausgesandt und aus dem Überwachungsbereich (11) reflektierte Strahlung (27) empfangen wird, wobei aus der empfangenen Strahlung (27) die Positionen von die Strahlung (27) reflektierenden Objektpunkten (23) im Überwachungsbereich (11) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich (11) mittels eines als Kamerasystem, insbesondere stereoskopisches, triangulations-basiertes oder time-of-flight-basiertes Kamerasystem, ausgebildeten Sensors abgetastet wird.
Prozesseinrichtung, insbesondere Transporteinrichtung für Gegenstände (13), mit wenigstens einem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten ortsauflösenden Sensor (15), insbesondere Laserscanner und/oder Kamerasystem, zur Kontrolle eines der Prozesseinrichtung zugeordneten Überwachungsbereiches (11).
Prozesseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zur Erzeugung eines Sicherheitssignals bei erfolgloser Kontursuche ausgebildet ist.
Prozesseinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) wenigstens einen sicherheitsgerichteten Signalausgang aufweist.
Prozesseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) ein Bestandteil einer Sicherheitssteuerung für die Prozesseinrichtung ist, wobei die Sicherheitssteuerung zur Überführung der Prozesseinrichtung in einen sicheren Zustand, insbesondere zum Abschalten der Prozesseinrichtung, aufgrund eines vom Sensor (15) erzeugten Sicherheitssignals ausgebildet ist.
Prozesseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) über ein Feldbussystem in eine Sicherheitssteuerung der Prozesseinrichtung integriert ist.
Sensor zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches (11), insbesondere an Transporteinrichtungen für Gegenstände (13), mit einer Auswerteeinrichtung, die zur Durchführung einer Kontursuche nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf der Basis von Objektpunk ten (23) im Überwachungsbereich (11) entsprechenden Positionen ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Sendeeinrichtung zur Aussendung insbesondere gepulster elektromagnetischer Strahlung (27) in den Überwachungsbereich (11) und zumindest eine Empfangseinrichtung zum Nachweis von aus dem Überwachungsbereich (11) reflektierter Strahlung (27) umfasst und insbesondere als Laserscanner ausgebildet ist.
Sensor nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass er als Kamerasystem, insbesondere stereoskopisches, triangulations-basiertes oder time-of-flight-basiertes Kamerasystem, ausgebildet ist.