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Die
Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einer Schutzeinrichtung
zur Absicherung eines Gefahrenbereichs einer Maschine oder eines
fahrerlosen Transportsystems.
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Beispielsweise
werden optoelektronische Sicherungssensoren, wie Lichtschranken,
Lichtgitter, Laserscanner oder ortsauflösende Kameras, oder sonstige
Sensoren als Schutzeinrichtung zur Sicherung von Gesenkpressen,
Biegemaschinen, Schneidemaschinen, Robotern oder sonstigen Maschinen mit
beweglichem Werkzeug eingesetzt. Fahrerlose Transportsysteme (FTS),
wie Flurförderfahrzeuge, werden
beispielsweise vorder- und rückseitig
mit Laserscannern ausgestattet, um die Umgebung zu überwachen
und um hierdurch Kollisionen zu vermeiden. Sofern in diesen Fällen die
Schutzeinrichtung ein unzulässiges
Objekt im Gefahrenbereich der Maschine bzw. des fahrerlosen Transportsystems
detektiert, wird von einer Auswerte- und Steuerschaltung ein Abschaltsignal
erzeugt, um die Maschinen- oder Werkzeugbewegung bzw. die Bewegung
des fahrerlosen Transportsystems zu unterbrechen.
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Ein
Problem bei den bekannten Sensorsystemen zur Absicherung von Gefahrenbereichen
besteht darin, dass in manchen Fällen – nicht
zuletzt von der Bedienperson selbst – versucht wird, die Sicherungsfunktion
zu umgehen, beispielsweise um die Arbeitseffizienz bei der Bestückung der
betreffenden Maschine mit Werkstücken
zu erhöhen.
Daher werden oft zusätzliche
mechanische Absperrungen vorgesehen, wie beispielsweise Zugangstüren, die geschlossen
sein müssen,
um eine Aktivierung der betreffenden Maschine zu ermöglichen.
Derartige mechanische Absperrungen erweisen sich jedoch als nachteilig
hinsichtlich des baulichen Aufwands, und sie beeinträchtigen
oftmals die Arbeitsökonomie,
da beispielsweise für
jede Bestückung
der betreffenden Maschine eine schwere Tür oder Klappe geöffnet und wieder
geschlossen werden muss.
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DE 44 16 803 A1 beschreibt
eine Vorrichtung zum Verstellen fremdkraftbetätigter Teile, z.B. Autofensterscheiben.
Ein Mikroprozessor überwacht
die Geschwindigkeit der Fensterscheibe während der Verstellung und reagiert
auf eine unerwartete Abbremsung. Zusätzlich ist ein Annäherungssensor vorgesehen,
der z.B. kapazitiv ausgestaltet sein kann.
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DE 27 19 955 C2 beschreibt
einen kapazitiven Sensor zur Verwendung z.B. bei Aufzugschiebetüren, wobei
die Kapazität
mithilfe von Schwingkreisen bestimmt wird und wobei Schaltschwellenwerte vorgesehen
sind.
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DE 42 33 810 C2 ist
auf eine Überwachungsvorrichtung
für Arbeitsmaschinen
mit einem Lichtgitter und einem zusätzlichen Rotationstaster gerichtet.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die Überwachung eines Gefahrenbereichs
einer Maschine oder eines fahrerlosen Transportsystems auf kostengünstige und
flexible Weise noch sicherer zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Sensorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 oder ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Das Sensorsystem
weist zusätzlich
einen kapazitiven Hilfssensor zur Überwachung eines Umgebungsbereichs
der Maschine oder des fahrerlosen Transportsystems auf, wobei der
kapazitive Hilfssensor wenigstens eine Kondensatorelektrode und
eine Auswerte- und Steuerschaltung aufweist, die mit der Kondensatorelektrode
verbunden ist, wobei mittels der Auswerte- und Steuerschaltung die
Kapazität
der Kondensatorelektrode ermittelbar ist, die durch Objekte in der
Nähe der
Kondensatorelektrode festgelegt ist, und wobei mittels der Auswerte-
und Steuerschaltung in Abhängigkeit
von der ermittelten Kapazität
der Kondensatorelektrode ein Steuersignal für die Maschine oder das fahrerlose
Transportsystem erzeugbar ist.
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Die
eigentliche Schutzeinrichtung des Sensorsystems wird also mit einem
kapazitiven Sensor kombiniert und hinsichtlich der Sicherungsfunktion durch
diesen kapazitiven Sensor unterstützt. Der kapazitive Sensor überwacht
einen Umgebungsbereich der betreffenden Maschine oder des fahrerlosen Transportsystems,
der benachbart zu dem von der Schutzeinrichtung überwachten Gefahrenbereich
angeordnet ist oder an diesen angrenzt oder sich sogar innerhalb
dieses Gefahrenbereichs erstreckt. Hier für ist der kapazitive Hilfssensor
an der Maschine oder dem fahrerlosen Transportsystem oder zumindest
in der Umgebung der Maschine oder des fahrerlosen Transportsystems
angeordnet. Sobald der kapazitive Hilfssensor ein unzulässiges Objekt
innerhalb des überwachten
Umgebungsbereichs detektiert, erzeugt die Auswerte- und Steuerschaltung
des kapazitiven Hilfssensors ein entsprechendes Steuersignal, das beispielsweise
eine Unterbrechung der Bewegung der betreffenden Maschine oder des
fahrerlosen Transportsystems bewirkt.
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Der
erfindungsgemäße Hilfssensor
ist als kapazitiver Näherungssensor
ausgebildet, bei dem die Kondensatorelektrode mit Erde einen Kondensator bildet,
dessen Kapazität
durch die Umgebung der Kondensatorelektrode bestimmt ist bzw. hiervon
abhängt.
Falls sich ein Objekt in die Nähe
der Kondensatorelektrode und somit in den überwachten Umgebungsbereich
bewegt, so beeinflussen die dielektrischen oder elektrisch leitenden
Eigenschaften des Objekts den Feldlinienverlauf in der Umgebung
der Kondensatorelektrode, und es werden Verschiebungsströme in der
Kondensatorelektrode erzeugt. Diese können als Änderung der Kapazität mittels
der Auswerte- und Steuerschaltung detektiert und ausgewertet werden,
um auf das Vorhandensein des betreffenden Objekts, die Art des Objekts
und/oder die Position des Objekts zu schließen und ein entsprechendes
Steuersignal für
die Maschine oder das fahrerlose Transportsystem zu erzeugen. Insbesondere kann
mittels der Auswerte- und Steuerschaltung überprüft werden, ob sich die ermittelte
Kapazität
der Kondensatorelektrode oder ein hieraus abgeleiteter Kapazitätswert von
einem zuvor eingelernten Referenzwert hinreichend unterscheidet.
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Aufgrund
dieses kapazitiven Detektionsprinzips kann der Hilfssensor mit geringem
baulichem Aufwand und somit kostengünstig verwirklicht werden.
Vor allem kann ein derartiger kapazitiver Hilfssensor besonders flexibel
an die spezifischen örtlichen
Gegebenheiten angepasst werden, da die genannte Kondensatorelektrode
entsprechend der Kontur des zu überwachenden
Umgebungsbereichs ausgeformt und somit ohne weiteres auch an unregelmäßige Kanten
angepasst werden kann. Die Anordnung der Kondensatorelektrode und
somit der überwachte
Umgebungsbereich können
hierdurch auch leicht geändert
werden, um den Hilfssensor an eine neue oder eine geänderte Applikation
anzupassen. Außerdem
besitzen die Kondensatorelektrode und die zugeordnete Auswerte-
und Steuerschaltung nur einen geringen Raumbedarf. Daher erweist
sich der kapazitive Hilfssensor als besonders wirkungsvoll für die ergänzende Absicherung
von möglichen Totzonen
der eigentlichen Schutzeinrichtung (beispielsweise aufgrund von
Schattenbildung) und für die
Absicherung von manipulationsgefährdeten
Umgebungsbereichen der betreffenden Maschine bzw. des fahrerlosen
Transportsystems.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die für den kapazitiven
Hilfssensor vorgesehene Auswerte- und Steuerschaltung problemlos auch
in die ohnehin vorhandene Steuerung der eigentlichen Schutzeinrichtung
und/oder die Maschinensteuerung integriert werden kann, so dass
der bauliche Aufwand für
die Ergänzung
der Schutzeinrichtung um einen kapazitiven Hilfssensor besonders gering
ist. Aus demselben Grund ist auch eine Nachrüstung bereits bestehender Schutzeinrichtungen
mit einem kapazitiven Hilfssensor auf einfache und somit kostengünstige Weise
möglich.
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Ferner
ermöglicht
der kapazitive Hilfssensor beispielsweise aufgrund eines vorherigen
Einlernbetriebs eine Unterscheidung der ermittelten Kapazitätsänderung
danach, ob ein unzulässiger
Eingriff (dielektrisches Medium, z.B. Hand einer Bedienperson) oder
ein zulässiger
Eingriff (geerdetes elektrisch leitendes Medium, z.B. Werkzeugteil
oder Werkstück) in
den von der Kondensatorelektrode überwachten Umgebungsbereich
vorliegt. Durch verschiedene Medien wird die Kapazität der Kondensatorelektrode – bei gleicher
Position und Form des betreffenden Objekts – nämlich in unterschiedlicher
Weise beeinflusst. Diese Unterscheidungsmöglichkeit kann dazu genutzt
werden, wahlweise ein Steuersignal zum Unterbrechen einer Maschinenbewegung
zu erzeugen oder trotz eines Eingriffs bewusst nicht zu erzeugen, beispielsweise
um ein automatisches Zuführen
von Werkstücken
durch den überwachten
Umgebungsbereich zu gestatten.
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Die
eigentliche Schutzeinrichtung und der kapazitive Hilfssensor müssen nicht
unbedingt gleichzeitig aktiviert sein, sondern der kapazitive Hilfssensor
kann zeitlich versetzt aktiviert werden und somit die Sicherungsfunktion
der Schutzeinrichtung in zeitlicher Hinsicht ergänzen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
für die
Ermittlung der Kapazität
der Kondensatorelektrode des Hilfssensors ein Schwingkreis vorgesehen,
der mit der Kondensatorelektrode verbunden ist und dessen Resonanzfrequenz
folglich von der Kapazität
der Kondensatorelektrode abhängt.
Durch Bestimmung der tatsächlichen
Schwingungsfrequenz dieses Schwingkreises kann die Auswerte- und
Steuerschaltung den aktuellen Wert der Kapazität der Kondensatorelektrode
ermitteln. Hierfür
ist die Auswerte- und Steuerschaltung insbesondere mit einem Referenz-Schwingkreis oder
einem Taktgeber ausgestattet, und sie besitzt ferner eine Vergleichseinrichtung.
Die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises wird in diesem Fall ausgewertet,
indem die Vergleichseinrichtung diese Schwingungsfrequenz mit der
Schwingungsfrequenz des Referenz-Schwingkreises
oder mit einem Taktsignal des Taktgebers vergleicht, um eventuelle
Abweichungen festzustellen.
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Der
kapazitive Hilfssensor kann mehrere Kondensatorelektroden aufweisen,
um verschiedene Abschnitte des Umgebungsbereichs oder einen gemeinsamen
Umgebungsbereich der Maschine oder des fahrerlosen Transportsystems
zu überwachen. Vorzugsweise
sind die mehreren Kondensatorelektroden dabei mit einer gemeinsamen
Auswerte- und Steuerschaltung verbunden, die die jeweilige Kapazität der Kondensatorelektroden
ermittelt.
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Diese
Auswerte- und Steuerschaltung kann wenigstens eine Vergleichseinrichtung
besitzen, die für
jede der mehreren Kondensatorelektroden den ermittelten Kapazitätswert mit
einem zugeordneten Referenzwert vergleicht. Falls sich der ermittelte
Kapazitätswert
von dem zugeordneten Referenzwert um einen vorbestimmten Schwellenwert
unterscheidet, so erzeugt die Vergleichseinrichtung ein positives
Gegenstandsfeststellungssignal; andernfalls wird ein negatives Gegenstandsfeststellungssignal erzeugt.
Hierbei ist es bevorzugt, wenn das bereits erläuterte Steuersignal für die betreffende
Maschine oder das fahrerlose Transportsystem – beispielsweise zum Abschalten
der Maschine bzw. des Transportsystems – bereits dann erzeugt wird,
wenn für wenigstens
eine der mehreren Kondensatorelektroden ein positives Gegenstandsfeststellungssignal
erzeugt wird. Hierfür
können
die Gegenstandsfeststellungssignale durch eine ODER-Schaltung miteinander
verknüpft
werden.
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Alternativ
hierzu kann die Auswerte- und Steuerschaltung die Kapazitäten von
Paaren der mehreren Kondensatorelektroden prozessbezogen miteinander
vergleichen, wobei das Steuersignal für die Maschine oder das fahrerlose
Transportsystem erzeugt wird, falls sich für wenigstens ein Paar der Kondensatorelektroden
der Unterschied zwischen den hierzu ermittelten Kapazitäten von
einem Referenzwert um einen vorbestimmten Schwellenwert unterscheidet.
Bei dieser Alternative werden also die ermittelten Kapazitäten direkt
miteinander verglichen und Änderungen
der Kapazitätsunterschiede
der Kondensatorelektroden gegenüber
zuvor ermittelten oder eingelernten Referenzwerten ausgewertet.
Somit kann auf den erläuterten
Referenz-Schwingkreis oder Taktgeber verzichtet werden. Für dieses
Auswertungsprinzip können
die Kondensatorelektroden zu beliebigen Paaren oder sonstigen Kombinationen verknüpft werden.
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Weiterhin
ist es bei der Ausführungsform
mit mehreren Kondensatorelektroden bevorzugt, wenn jeder der Kondensatorelektroden
oder jedem Elektrodenpaar ein individueller Referenzwert und/oder
ein individueller Schwellenwert zugeordnet ist, insbesondere aufgrund
einer maschinenzyklusbezogenen oder prozessbezogenen Auswertung.
Dadurch können
für unterschiedliche
Positionen der Kondensatorelektroden verschiedene Detektionsempfindlichkeiten
eingestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist die Auswerte- und
Steuerschaltung zur Durchführung
eines Einlernbetriebs ausgebildet, der vor dem eigentlichen Überwachungsbetrieb
des kapazitiven Hilfssensors erfolgt. Während des Einlernbetriebs wird
die Kapazität
der Kondensatorelektrode (oder der mehreren Kondensatorelektroden)
ermittelt, während
der hiervon überwachte
Umgebungsbereich frei von unzulässigen
Objekten ist. Der während des
Einlernbetriebs ermittelte Kapazitätswert oder ein hieraus abgeleiteter
Kapazitätswert
wird als Referenzwert gespeichert, beispielsweise in einer der Auswerte-
und Steuerschaltung zugeordneten Speichereinrichtung. Während eines
nachfolgenden Überwachungsbetriebs
wird die Kapazität
der Kondensatorelektrode – wie
bereits erläutert – ermittelt und
ausgewertet, wobei der während
des Überwachungsbetriebs
ermittelte Kapazitätswert
oder mehrere Kapazitätswerte
mit dem gespeicherten Referenzwert oder mehreren Referenzwerten
verglichen wird bzw. werden, insbesondere unter Berücksichtigung
eines vorbe stimmten Schwellenwerts. Aufgrund eines derartigen Einlernbetriebs
können
dem kapazitiven Hilfssensor also die konkreten Betriebsparameter
für eine
spezielle Anwendung auf einfache Weise eingelernt werden. Das Einlernen
von Betriebsparametern kann einmalig oder zyklisch erfolgen.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es sogar möglich,
dass während
des Einlernbetriebs ein Teil eines Werkzeugs der betreffenden Maschine,
oder ein Teil eines Werkstücks
in den überwachten
Umgebungsbereich hineinragt, um somit dem kapazitiven Hilfssensor
ein zulässiges
Vorhandensein eines Objekts im Umgebungsbereich einzulernen.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn die Kondensatorelektrode des kapazitiven
Hilfssensors plastisch verformbar ist. Hierdurch ist eine besonders
einfache und wirkungsvolle Anpassung an die Umrandung des zu überwachenden
Umgebungsbereichs möglich,
wobei auch unregelmäßige Umrandungen problemlos
nachempfunden werden können.
Vorzugsweise ist die Kondensatorelektrode als längliche Draht- oder Streifenelektrode
ausgebildet, wobei jedoch auch eine Ausgestaltung als Flächenelektrode, als
Gitterelektrode oder in Form einer Parallelanordnung von mehreren
Drähten
oder Streifen möglich ist.
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Für die Anordnung
der Kondensatorelektrode des kapazitiven Hilfssensors am oder im
Umgebungsbereich der Maschine bzw. des fahrerlosen Transportsystems
bestehen insbesondere die folgenden Möglichkeiten (vgl. auch 2a bis 2j):
- (a) Für
einen so genannten Hintertretschutz kann die Kondensatorelektrode
beispielsweise an einem Fußbereich
der Maschine oder in einem Bodenbereich vor der Maschine angeordnet
sein.
- (b) Die Kondensatorelektrode kann auch an einem Zaun, einem
Gitter oder einer sonstigen mechanischen Absperrung bzw. einer Umrandung
einer solchen Absperrung vor der Maschine angeordnet sein. Hierdurch
kann der kapazitive Hilfssensor einen Schutz gegen ein Über-, Um-
oder Untergreifen oder ein Unterkriechen bieten.
- (c) Eine oder mehrere Kondensatorelektroden können unmittelbar
an einem Werkzeugteil der Maschine benachbart zu dem von der Schutzeinrichtung überwachten
Gefahrenbereich angeordnet werden, um eine ergänzende Sicherungsfunktion auszuüben.
- (d) Ferner kann die Kondensatorelektrode an einer zu der betreffenden
Maschine führenden
Zugangstür
(z.B. Schiebetür
oder Klappe) angeordnet sein, so dass mittels des kapazitiven Hilfssensors
vor einer Werkzeugbewegung überprüft werden
kann, ob die Zugangstür
ordnungsgemäß geschlossen
ist.
- (e) Gemäß einer
Weiterbildung des vorgenannten Ausführungsbeispiels ist es auch
möglich,
dass die Kondensatorelektrode an einer Zugangstür angeordnet ist und dass wenigstens
eine weitere Kondensatorelektrode, die ebenfalls mit der Auswerte-
und Steuerschaltung verbunden ist, an einem Türrahmen der Zugangstür angeordnet
ist, wobei die Kondensatorelektrode und die weitere Kondensatorelektrode – wenn die
Zugangstür
geschlossen ist – kapazitiv
miteinander zusammenwirken. Beispielsweise können die genannten Kondensatorelektroden
bei geschlossener Zugangstür
derart benachbart zueinander angeordnet sein, dass die Kapazität der Kondensatorelektrode
und/oder der weiteren Kondensatorelektrode einen vorbestimmten Wert
besitzt, wobei die Auswerte- und Steuerschaltung die Kapazität der Kondensatorelektrode
und/oder der weiteren Kondensatorelekt rode mit dem genannten vorbestimmten
Wert vergleicht. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der bislang
bekannte Kontaktschalter an einer Zugangstür vor einer Maschine ersetzt
werden. Bei dieser Ausführungsform
wirken die beiden genannten Kondensatorelektroden als Sender und
Empfänger,
d.h. die Kapazität
der einen Kondensatorelektrode wird in vorbestimmter Weise von der
Anwesenheit bzw. der Kapazität
der anderen Kondensatorelektrode beeinflusst. Hierdurch ist eine
besonders zuverlässige
Prüfung
möglich,
ob die betreffende Zugangstür
tatsächlich
geschlossen ist, und eine Manipulation – beispielsweise durch Anlehnen
einer Eisenstange an den Türrahmen – wird wirksam
vermieden.
- (f) Die Kondensatorelektrode des kapazitiven Hilfssensors kann
ferner entlang eines Türrahmens
eines Zugangs zu der betreffenden Maschine angeordnet sein, um den
Zugang auf das Passieren einer Person zu überwachen.
- (g) Zum Zwecke einer Totzonensicherung kann die Kondensatorelektrode
auch an einem Raumbegrenzungselement des Gefahrenbereichs der Maschine,
beispielsweise an einer Wand oder einer Säule angeordnet sein.
- (h) Die Kondensatorelektrode des kapazitiven Hilfssensors kann
auch an einem beweglichen Teil der Maschine innerhalb des Gefahrenbereichs
angeordnet sein, der primär
von der Schutzeinrichtung des Sensorsystems überwacht wird. Hierdurch kann
das gezielte Ausblenden von Abschnitten aus dem überwachten Gefahrenbereich (so
genanntes "blanking") beispielsweise
bei Lichtgittern unterstützt
werden.
- (i) Ferner ist es möglich,
die Kondensatorelektrode an einer Seitenwand eines fahrerlosen Transportsystems
anzuordnen, um die eigentliche Schutzeinrichtung, die üblicherweise
den in Fahrtrichtung befindlichen Raumbereich überwacht, zu unterstützen.
- (j) Schließlich
kann die Kondensatorelektrode auch – sofern es sich bei der abzusichernden
Maschine um einen Roboter handelt – an einem Teil des Roboters,
beispielsweise an einem Roboterarm angeordnet sein.
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Das
erfindungsgemäße Sensorsystem
ist nicht unbedingt Teil der abzusichernden Maschine bzw. des fahrerlosen
Transportsystems. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf eine
Maschine bzw. auf ein fahrerloses Transportsystem mit einem Sensorsystem
der erläuterten
Art.
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Ferner
bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines kapazitiven
Sensors zur Unterstützung
einer Sicherungsfunktion einer Schutzeinrichtung für eine Absicherung
eines Gefahrenbereichs einer Maschine oder eines fahrerlosen Transportsystems.
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Außerdem bezieht
sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Absicherung einer Maschine
oder eines fahrerlosen Transportsystems, bei dem mittels einer Schutzeinrichtung
ein Gefahrenbereich der Maschine oder des fahrerlosen Transportsystems überwacht
wird, wobei zur Unterstützung
der Schutzeinrichtung wenigstens eine Kondensatorelektrode eines
kapazitiven Hilfssensors in einem Umgebungsbereich der Maschine
oder des fahrerlosen Transportsystems angeordnet wird, und wobei
der Umgebungsbereich überwacht
wird, indem die Kapazität der
Kondensatorelektrode ermittelt und ausgewertet wird, die durch Objekte
in der Nähe
der Kondensatorelektrode festgelegt ist, wobei in Abhängigkeit
von der ermit telten Kapazität
ein Steuersignal für
die Maschine oder das fahrerlose Transportsystem erzeugt wird.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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1a und 1b zeigen
eine abzusichernde Maschine in einer Vorderansicht bzw. einer Draufsicht.
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2a bis 2j zeigen
verschiedene Möglichkeiten
zur Anordnung eines kapazitiven Hilfssensors.
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3a bis 3e zeigen
verschiedene Ausgestaltungen des kapazitiven Hilfssensors und seiner Auswerte-
und Steuerschaltung.
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1a zeigt
in einer Vorderansicht eine Gesenkbiegepresse 9. Diese
besitzt ein Oberwerkzeug 11, das zu einer Arbeitsbewegung
vertikal nach unten gegen ein Unterwerkzeug 13 angetrieben
werden kann, um ein auf dem Unterwerkzeug 13 aufliegendes
Werkstück 15 zu
biegen. Während
dieser Arbeitsbewegung wird ein Öffnungsspalt 17 zwischen dem
Oberwerkzeug 11 und dem Werkstück 15 allmählich geschlossen.
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Die
Gesenkbiegepresse 9 ist mit einem optoelektronischen Sicherungssensor 18 ausgestattet, der
als Schutzeinrichtung dient. Hierfür ist an beiden Seiten des
Oberwerkzeugs 11 jeweils ein Haltearm 19 vorgesehen.
Die Haltearme 19 tragen einen Lichtsender 21 und
einen Lichtempfänger 23.
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Der
Lichtsender 21 besitzt beispielsweise eine Laserdiode mit
einer Sendeoptik, die das Sendelicht zu einem Lichtstrahl 25 aufweitet.
Der Lichtempfänger 23 besitzt
beispielsweise einen CMOS-Matrix-Empfänger, der von dem Lichtstrahl 25 beaufschlagt
wird.
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Mittels
des Sicherungssensors 18 wird ein Gefahrenbereich 27 überwacht,
der sich entsprechend dem Verlauf des Lichtstrahls 25 zwischen
dem Oberwerkzeug 11 und dem Unterwerkzeug 13 erstreckt.
Sobald eine Auswerte- und Steuerschaltung des Sicherungssensors 18 eine
zumindest teilweise Unterbrechung des Lichtstrahls 25 detektiert,
löst sie ein
Steuersignal aus, beispielsweise um die Bewegung des Oberwerkzeugs 11 zu
unterbrechen. Dadurch wird eine Bedienperson, die beispielsweise das
Werkstück 15 in
den Öffnungsspalt 17 einführt, vor
Verletzungen durch das Oberwerkzeug 11 geschützt.
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1b zeigt
in einer Draufsicht die Gesenkbiegepresse 9 und eine Absperrung 31,
die die Gesenkbiegepresse 9 umgibt und somit einen Zugangsbereich 33 der
Gesenkbiegepresse 9 umschließt. Bei der Absperrung 31 kann
es sich beispielsweise um eine Wand oder einen Zaun handeln. Der
Zugang zu der Gesenkbiegepresse 9 ist über eine Schiebetür 35 möglich, die
einen Teil der Absperrung 31 bildet.
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Die
Sicherungsfunktion des erläuterten
Sicherungssensors 18 wird durch einen kapazitiven Hilfssensor
unterstützt,
der einen Umgebungsbereich der Gesenkbiegepresse 9 überwacht.
Hierfür besitzt
der kapazitive Hilfssensor wenigstens eine Kondensatorelektrode.
Die Kapazität
dieser Kondensatorelektrode hängt
davon ab, ob sich ein Objekt in der Nähe der Kondensatorelektrode
befindet, und sie hängt
außerdem
von der Beschaffenheit eines solchen Objekts ab. Durch Bestimmung
und Auswertung der Kapazität
der Kondensatorelektrode kann somit auf die Anwesenheit einer Person
(dielektrisches Medium) geschlossen werden, beispielsweise um ein
Abschaltsignal für
die Gesenkbiegepresse 9 zu erzeugen.
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2a bis 2j zeigen
verschiedene Möglichkeiten
zur Anordnung einer derartigen Kondensatorelektrode 41 in
einem jeweiligen Umgebungsbereich der Gesenkbiegepresse 9 gemäß 1a und 1b,
einer sonstigen Maschine oder eines fahrerlosen Transportsystems.
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2a zeigt
in einer schematischen Seitenansicht das Oberwerkzeug 11 und
das Unterwerkzeug 13 der Gesenkbiegepresse 9 gemäß 1a und 1b.
Ferner sind die Absperrung 31 und der Zugangsbereich 33 zwischen
der Gesenkbiegepresse 9 und der Absperrung 31 gezeigt.
In dem Zugangsbereich 33 befindet sich eine Bedienperson 43. Zu
bestimmten Zeiten ist es der Bedienperson 43 zwar gestattet,
den Zugangsbereich 33 zu betreten, beispielsweise um einen
Werkzeugwechsel durchzuführen
oder um die Gesenkbiegepresse 9 mit einem Werkstück 15 (1a)
zu bestücken.
Während
einer Arbeitsbewegung des Oberwerkzeugs 11 soll sich die
Bedienperson 43 jedoch außerhalb der Absperrung 31 bzw.
des Zugangsbereichs 33 aufhalten. In dem gezeigten Beispiel
hat die Bedienperson 43 den Zugangsbereich 33 aufgrund
einer Manipulation der Zugangstür
(Schiebetür 35 gemäß 1b)
allerdings unbefugt betreten, so dass aufgrund einer Arbeitsbewegung
des Oberwerkzeugs 11 eine Verletzungsgefahr für die Bedienperson 43 besteht.
Zwar wird der Gefahrenbereich 27 der Gesenkbiegepresse 9 mittels
des Sicherungssensors 18 (1a) überwacht.
Dennoch ist bei einem derartigen unvorhergesehenen Aufenthalt der
Bedienperson 43 in unmittelbarer Nähe des Oberwerkzeugs 11 eine
Verletzung nicht völlig
ausgeschlossen, insbesondere bei einer schnellen Handbewegung der
Bedienperson 43.
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Zur
ergänzenden Überwachung
des Zugangsbereichs 33 der Gesenkbiegepresse 9 (so
genannter Hintertretschutz) ist deshalb eine Kondensatorelektrode 41 beispielsweise
entlang des Fußbereichs
der Gesenkbiegepresse 9 angeordnet. Die Kondensatorelektrode 41 besitzt
eine längliche
Form und erstreckt sich an der Vorderseite des Unterwerkzeugs 13 in
horizontaler Richtung entlang der gesamten Länge des Unterwerkzeugs 13.
Mittels der Kondensatorelektrode 41 wird somit ein sich
entlang der Unterseite des Unterwerkzeugs 13 erstreckender Umgebungsbereich 45 der
Gesenkbiegepresse 9 überwacht,
so dass die Anwesenheit einer Bedienperson 43 in der Nähe der Gesenkbiegepresse 9 detektiert
werden kann. Die Kondensatorelektrode 41 ist mit einer
Auswerte- und Steuerschaltung verbunden, die nachfolgend noch im
Einzelnen erläutert wird.
Die Auswerte- und
Steuerschaltung erzeugt ein Steuersignal zum Abschalten der Gesenkbiegepresse 9,
sobald sich die ermittelte Kapazität der Kondensatorelektrode 41 von
einem gespeicherten Referenzwert um einen vorbestimmten Schwellenwert
unterscheidet.
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Die
Kondensatorelektrode 41 kann ohne besonderen konstruktiven
Aufwand und bei minimalem Platzbedarf an der Gesenkbiegepresse 9 befestigt werden.
Die ergänzende
Sicherungsfunktion kann also auf kostengünstige Weise verwirklicht werden. Die
gezeigte Anordnung der Kondensatorelektrode 41 kann auch
mit geringem Aufwand geändert
werden, um den kapazitiven Hilfssensor an eine modifizierte Sicherungsaufgabe
anzupassen.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der erläuterten Anordnung
kann eine Kondensatorelektrode 41 an der Innenseite der
Absperrung 31 angeordnet sein, die der Gesenkbiegepresse 9 bzw.
dem Zugangsbereich 33 zugewandt ist, wie in 2a gestrichelt
gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich
zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2a kann
eine Kondensatorelekt rode im Bodenbereich vor der Gesenkbiegepresse 9 (zwischen
dem Unterwerkzeug 13 und der Absperrung 31) angeordnet
sein. Selbstverständlich kann
auch eine weitere Kondensatorelektrode an der Rückseite der Gesenkbiegepresse 9,
insbesondere an der Rückseite
des Unterwerkzeugs 13 (linke Seite in 2a)
angeordnet sein.
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2b zeigt
eine ähnliche
Ausführungsform wie 2a.
Allerdings ist hier die Absperrung 31 als ein Zaun mit
vergleichsweise niedriger Höhe
ausgebildet, beispielsweise um der Bedienperson 43 die Bestückung der
Gesenkbiegepresse 9 zu erleichtern. Hierdurch besteht jedoch
die Gefahr, dass die Bedienperson 43 die Absperrung 31 übergreift
und dabei in den Gefahrenbereich 27 der Gesenkbiegepresse 9 bzw.
die Bewegungsbahn des Oberwerkzeugs 11 eingreift.
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Zur
Unterstützung
der eigentlichen Schutzeinrichtung (z.B. Sicherungssensor 18 gemäß 1a)
ist deshalb ein kapazitiver Hilfssensor mit einer oder mehreren
Kondensatorelektroden 41 vorgesehen, die sich entlang der
Oberseite der Absperrung 31 (z.B. Zaun) erstreckt bzw.
erstrecken. Somit wird zusätzlich
zu dem eigentlichen Gefahrenbereich 27 ein Umgebungsbereich 45 der
Gesenkbiegepresse 9 überwacht,
der sich ausgehend von der Absperrung 31 nach oben erstreckt.
Das Übergreifen
der Absperrung 31 durch die Bedienperson 43 kann
somit rechtzeitig erkannt werden, um gegebenenfalls ein Abschaltsignal
für die
Gesenkbiegepresse 9 auszulösen.
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In
entsprechender Weise kann die Kondensatorelektrode 41 oder
eine weitere Kondensatorelektrode auch derart an einem Randbereich
einer Absperrung angeordnet werden, dass ein seitliches Umgreifen,
ein Untergreifen und/oder ein Unterkriechen der betreffenden Absperrung
erkannt wird.
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2c zeigt
in einer Seitenansicht entsprechend den 2a und 2b das
Oberwerkzeug 11 und das Unterwerkzeug 13 der Gesenkbiegepresse 9 gemäß 1a und 1b.
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Im
unteren Bereich des bewegten Oberwerkzeugs 11 sind beispielsweise
zwei Kondensatorelektroden 41 eines kapazitiven Hilfssensors
angeordnet, die sich entlang der Länge des Oberwerkzeugs 11 und
somit bezüglich
der Darstellung gemäß 2c senkrecht
zur Papierebene erstrecken. Diese Kondensatorelektroden 41 überwachen
einen jeweiligen Umgebungsbereich 45, der sich schräg nach unten erstreckt
und teilweise an den mittels des Lichtstrahls 25 überwachten
Gefahrenbereich 27 angrenzt. Die genannten Kondensatorelektroden 41 dienen
zum ergänzenden
Schutz einer Bedienperson (nicht gezeigt), insbesondere während einer
Biegebewegung des Oberwerkzeugs 11, die einer schnelleren Schließbewegung
folgt. Kurz vor der eigentlichen Biegebewegung des Oberwerkzeugs 11 wird
der Sicherungssensor 18 (1a) nämlich deaktiviert,
d.h. der Sicherungssensor 18 reagiert nicht mehr auf eine Unterbrechung
des Lichtstrahls 25, um somit die für das Biegen des Werkstücks 15 erforderliche
Annäherung
des Oberwerkzeugs 11 an das Werkstück 15 zu gestatten.
Um trotz dieser Deaktivierung des Sicherungssensors 18 die
Bedienperson weiterhin gegenüber
möglichen
Verletzungen zu schützen, überwachen
die genannten Kondensatorelektroden 41 den jeweiligen Umgebungsbereich 45.
Im Falle eines Eingriffs in die betreffenden Umgebungsbereiche 45 durch
die Bedienperson, d.h. im Falle einer entsprechenden Änderung
der jeweiligen Kapazität
der genannten Kondensatorelektroden 41, veranlasst eine zugeordnete
Auswerte- und Steuerschaltung eine Unterbrechung der Werkzeugbewegung.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann im unteren Bereich des Oberwerkzeugs 11 – insbesondere
oberhalb der beiden vorgenannten Kondensatorelektroden 41 – eine Kondensatorelektrode 41 befestigt sein,
die sich ebenfalls entlang der Länge
des Oberwerkzeugs 11 erstreckt. Diese Kondensatorelektrode 41 überwacht
einen Umgebungsbereich 45, der sich oberhalb des mittels
des Lichtstrahls 25 überwachten Gefahrenbereichs 27 in
Richtung der Vorderseite der Gesenkbiegepresse 9, d.h.
in Richtung der Bedienperson erstreckt. Diese Kondensatorelektrode 41 ist mit
einer Auswerte- und Steuerschaltung verbunden, die über ein
entsprechendes Steuersignal eine Bewegung des Oberwerkzeugs 11 stoppt,
sobald innerhalb des zugeordneten Umgebungsbereichs 45 die Bedienperson
detektiert wird. Hierdurch kann während des Biegens des Werkstücks 15 eine
Quetsch- oder Scherverletzung der Bedienperson durch einen Teil
des Werkstücks 15 verhindert
werden, der sich aufgrund der Biegebearbeitung nach oben bewegt.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann auch entlang eines hinteren Anschlags 46, der zum
Justieren des zu bearbeitenden Werkstücks 15 dient, wenigstens eine
Kondensatorelektrode 41 eines kapazitiven Hilfssensors
angeordnet sein. Diese Kondensatorelektrode 41 erstreckt
sich entlang der Länge
des betreffenden Anschlags 46 oder entlang der gesamten Länge des
Unterwerkzeugs 13, und sie dient zur ergänzenden Überwachung
eines Umgebungsbereichs 45 an der Oberseite des Unterwerkzeugs 13. Hierdurch
kann eine Bedienperson während
eines automatischen Verfahrens des hinteren Anschlags 46 geschützt werden.
Hierfür
verhindert eine Auswerte- und Steuerschaltung, die mit der genannten
Kondensatorelektrode 41 verbunden ist, über ein entsprechendes Steuersignal
eine Bewegung des hinteren Anschlags 46 und/oder des Oberwerkzeugs 11, solange
innerhalb des zugeordneten Umgebungsbereichs 45 eine Hand
der Bedienperson und somit eine entsprechende Kapazitätsänderung
detektiert wird.
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Die
genannte Kondensatorelektrode 41 kann alternativ oder zusätzlich an
einer Rückseite
des hinteren Anschlags 46 angeordnet sein.
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Hinsichtlich
sämtlicher
der in 2c gezeigten Kondensatorelektroden 41 erweist
es sich als vorteilhaft, wenn der kapazitive Hilfssensor beispielsweise
aufgrund eines vorherigen Einlernbetriebs eine ermittelte Kapazitätsänderung
dahingehend auswertet, ob der Eingriff in den jeweiligen Umgebungsbereich 45 der
betreffenden Kondensatorelektrode 41 durch ein dielektrisches
Medium (z.B. Hand einer Bedienperson) oder durch ein elektrisch
leitendes Medium erfolgt (z.B. Werkzeugteil oder Werkstück). Hierdurch
kann der Hilfssensor derart eingestellt werden, dass ein Abschaltsignal
zum Unterbrechen der Werkzeugbewegung nur dann erzeugt wird, wenn
ein Eingriff durch die Bedienperson erfolgt, wobei Eingriffe durch
das Werkstück
hingegen toleriert werden.
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2d zeigt
in einer schematischen Vorderansicht einen Teil einer Absperrung 31,
die den Zugang zu einer Werkzeugmaschine versperrt. Beispielsweise
kann diese Absperrung 31 den Zugangsbereich 33 der
Gesenkbiegepresse 9 gemäß 1b umschließen. Bei
diesem Anwendungsbeispiel sind wenigstens eine Kondensatorelektrode 41 entlang der
Oberkante eines Zaunabschnitts 47 der Absperrung 31,
wenigstens eine weitere Kondensatorelektrode 41 entlang
der Oberkante einer Schiebetür 35 und
wenigstens eine weitere Kondensatorelektrode 41 entlang
einer Vorderkante der Schiebetür 35 vorgesehen.
Diese Kondensatorelektroden 41 können entlang ihrer jeweiligen
Längsrichtung
auch segmentiert, d.h. durch mehrere Einzelelektroden gebildet sein.
Jede der genannten Kondensatorelektroden 41 dient zur Überwachung
eines zugeordneten Umgebungsbereichs 45 der hinter der
Absperrung 31 befindlichen Gesenkbiegepresse 9.
Vorzugsweise sind die genannten Kondensatorelektroden 41 mit
einer gemeinsamen Steuer- und Auswerteschaltung verbunden, um einen
einzigen kapazitiven Hilfssensor zu bilden.
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Die
in 2d gezeigten Kondensatorelektroden 41 dienen
zum einen zur Absicherung des Zaunabschnitts 47 der Absperrung 31 und
der Schiebetür 35 gegen
ein unbefugtes Übergreifen,
wie bereits im Zusammenhang mit 2b erläutert. Aufgrund
dieser ergänzenden
Sicherungsfunktion kann die Schiebetür 35 vergleichsweise
niedrig ausgestaltet sein (geringe zu bewegende Masse). Hierdurch wird
die Betätigung
der Schiebetür 35 vereinfacht, wodurch
sich die Arbeitseffizienz erheblich verbessert, da die Schiebetür 35 mitunter
sehr häufig
und geschlossen werden muss, insbesondere für jedes Bestücken der
Gesenkbiegepresse 9.
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Zum
anderen ersetzt die entlang der Vorderkante der Schiebetür 35 angeordnete
Kondensatorelektrode 41 den ansonsten üblicherweise vorhandenen Kontaktschalter,
d.h. mittels des erläuterten
kapazitiven Hilfssensors kann zugleich detektiert werden, ob die
Schiebetür 35 ordnungsgemäß geschlossen
ist, um in Abhängigkeit
hiervon das Oberwerkzeug 11 der Gesenkbiegepresse 9 (1a)
für eine Arbeitsbewegung
freizugeben.
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Auch
bei dem kapazitiven Hilfssensor gemäß 2d besteht
ein besonderer Vorteil darin, dass die Sicherungsfunktion der eigentlichen
Schutzeinrichtung (z.B. Lichtschranke, Lichtvorhang oder Laserscanner)
mit geringem Aufwand wirkungsvoll unterstützt werden kann, wobei mit
lediglich geringem Zusatzaufwand eine gemeinsame Auswerte- und Steuerschaltung
für die
Schutzeinrichtung und den kapazitiven Hilfssensor verwendet werden
kann. Die jeweilige Form der Kondensatorelektroden 41 kann – insbesondere
durch plastische Verformung – leicht
an die spezielle Sicherungsaufgabe angepasst werden.
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Zu
der Ausführungsform
gemäß 2d ist noch
anzumerken, dass an der Absperrung 31 auch entlang der
Aufnahmeöffnung
für die
Schiebetür 35 eine
weitere Kondensatorelektrode angeordnet werden kann (in 2d gestrichelt
eingezeichnet), um dort beispielsweise das Einquetschen von Fingern
zu verhindern. Die entsprechende Erweiterung des kapazitiven Hilfssensors
um derartige zusätzliche
Kondensatorelektroden für
die ergänzende
Sicherung von Nebenschließkanten
verursacht lediglich einen geringen Zusatzaufwand, da im Wesentlichen
lediglich eine zusätzliche
Kondensatorelektrode mit der ohnehin vorhandenen Auswerte- und Steuerschaltung
zu verschalten ist.
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2e zeigt
eine Variante der Ausführungsform
gemäß 2d.
Hier ist zusätzlich
zu der entlang der Vorderkante der Schiebetür 35 angeordneten
Kondensatorelektrode 41 eine weitere Kondensatorelektrode 41 an
dem von der Absperrung 31 gebildeten Türrahmen 49 angeordnet.
Bei geschlossener Schiebetür 35 wirken
diese beiden Kondensatorelektroden 41 kapazitiv zusammen.
Die beiden länglichen
Kondensatorelektroden 41 sind dann also derart parallel
und benachbart zueinander angeordnet, dass sie sich gegenseitig
kapazitiv beeinflussen bzw. miteinander einen Kondensator einer
vorbestimmten Kapazität
bilden. Somit kann die zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung
anhand der jeweiligen Kapazität
der Kondensatorelektroden 41 zuverlässig erkennen, ob die Schiebetür 35 tatsächlich vollständig geschlossen
ist, oder ob ein Manipulationsversuch vorliegt, beispielsweise durch
Anbringen einer Eisenstange. Anhand der Signalstärke ist auch eine Distanzmessung
möglich,
d.h. es kann bestimmt werden, wie weit die Schiebetür 35 offen
steht.
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Für eine besonders
zuverlässige
Prüfung,
ob die Schiebetür 35 tatsächlich vollständig geschlossen
ist, ist es auch möglich, über die
bei geschlossener Schiebetür 35 kapazitiv
gekoppelten Kondensatorelektroden 41 kodierte Datensignale
auszutauschen und auszuwerten (so genanntes "challenge response"-Verfahren).
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2f zeigt
ebenfalls eine schematische Vorderansicht einer Absperrung 31 vor
einer Werkzeugmaschine (z.B. Absperrung 31 des Zugangsbereichs 33 gemäß 1b).
Anstelle einer Schiebetür oder
einer Pendeltür
besitzt die Absperrung 31 hier als Zugang eine Durchgangsöffnung,
die von einem Türrahmen 51 umgeben
ist. Entlang des Türrahmens 51 sind
zwei Kondensatorelektroden 41 angeordnet. Durch Überwachung
der jeweiligen Kapazität
der Kondensatorelektroden 41 kann eine zugeordnete Auswerte- und Steuerschaltung
detektieren, wenn eine Bedienperson 43 den Türrahmen 51 passiert und
den Zugangsbereich 33 der Gesenkbiegepresse 9 betritt.
Hierdurch kann der Zugang zu der Werkzeugmaschine auf besonders
einfache Weise zeitweise freigegeben oder gesperrt werden. Allein
aufgrund entsprechender Steuerung mittels der zugeordneten Auswerte- und Steuerschaltung
kann nämlich
zu bestimmten Zeiten ein Abschaltsignal für die Werkzeugmaschine erzeugt
werden, falls eine Person den Türrahmen 51 passiert,
während
zu anderen Zeiten ein Zugang zu der Werkzeugmaschine möglich ist,
ohne dass ein solches Abschaltsignal generiert wird (so genanntes "muting").
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2g zeigt
in einer schematischen Draufsicht einen Gefahrenbereich 27 einer
Maschine (nicht gezeigt). Dieser Gefahrenbereich 27 wird
mittels einer Personenschutzeinrichtung 18 überwacht, die
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
als ein Laserscanner ausgebildet ist. Dieser sendet Lasersignale
in radialen Richtungen aus, empfängt
diese nach Reflexion an Gegenständen
in der Umgebung und wertet die empfangenen Signale hinsichtlich
einer Richtungs- und Abstandsinformation aus. Der Gefahrenbereich 27 ist
von einer Absperrung 31 umschlossen, die ein bewegli ches
Wandelement 53 aufweist. Innerhalb des Gefahrenbereichs 27 befindet sich
ferner eine Säule 55.
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Zur
Unterstützung
der Sicherungsfunktion der Schutzeinrichtung 18 werden
auch bei diesem Ausführungsbeispiel
eine oder mehrere Kondensatorelektroden eingesetzt, die gemeinsam
mit einer zugeordneten Auswerte- und Steuerschaltung einen kapazitiven
Hilfssensor bilden. Beispielsweise führt die Anordnung der Säule 55 innerhalb
des Gefahrenbereichs 27 hinsichtlich der radialen Ausbreitung
der Lasersignale der Schutzeinrichtung 18 zu einer Schattenbildung
und somit zur Bildung einer Totzone. Zur ergänzenden Sicherung dieser Totzone
gegen einen unzulässigen
Aufenthalt einer Bedienperson oder dergleichen kann an der Säule 55 eine
Kondensatorelektrode 41 angeordnet sein, und/oder entlang eines
der Säule 55 gegenüberliegenden
Abschnitts der Absperrung 31 ist eine Kondensatorelektrode 41 angeordnet.
Diese Kondensatorelektroden 41 gestatten die ergänzende Überwachung
eines jeweiligen Umgebungsbereichs 45, so dass der Aufenthalt
eines unzulässigen
Objekts innerhalb der erläuterten Totzone
(z.B. eine Person) detektiert werden kann.
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Der
Umstand, dass das Wandelement 53 versetzbar bzw. beweglich
ist, bereitet für
die Überwachung
des Gefahrenbereichs 27 mittels der Schutzeinrichtung 18 Probleme
hinsichtlich einer zuverlässigen
Erkennung von Objekten, die sich unmittelbar an dem Wandelement 53 befinden.
Somit bildet die unmittelbare Umgebung des beweglichen Wandelements 53 eine
Toleranzzone hinsichtlich der Überwachungsfunktion
der Schutzeinrichtung 18. Zum Zwecke einer ergänzenden Überwachung
mittels eines kapazitiven Hilfssensors ist entlang des beweglichen Wandelements 53 ebenfalls
eine längliche
Kondensatorelektrode 41 angeordnet, deren Kapazität auf mögliche Änderungen überwacht
wird. Anstelle der gezeigten Kondensatorelektrode 41 können auch mehrere
Kondensatorelektroden nebeneinander angeordnet sein, deren Kapazität separat überwacht wird.
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2h zeigt
in einer Vorderansicht einen optoelektronischen Sicherungssensor 18,
der durch ein Lichtgitter gebildet ist. Dieser Sicherungssensor 18 besitzt
eine Sendersäule 57 mit
mehreren Lichtsendern, die parallele Lichtstrahlen 59 in
Richtung einer Empfängersäule 61 aussenden.
Entlang der Empfängersäule 61 sind
mehrere Lichtempfänger
angeordnet, die von den Lichtstrahlen 59 beaufschlagt werden
und das empfangene Licht auswerten. Ein derartiges Lichtgitter dient
zur Überwachung
eines Gefahrenbereichs 27 einer Maschine, der von den Lichtstrahlen 59 durchquert
wird. Im Falle eines unzulässigen
Eingriffs in den Gefahrenbereich 27 und somit im Falle
einer unzulässigen
Unterbrechung der Lichtstrahlen 59 erzeugt der Sicherungssensor 18 bzw. das
Lichtgitter ein entsprechendes Abschaltsignal, beispielsweise um
eine Bewegung der Maschine zu unterbrechen.
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In
manchen Anwendungsfällen
ist es wünschenswert,
dass ein bewegliches Teil 63 der Maschine den Gefahrenbereich 27 bzw.
die Lichtstrahlen 59 durchqueren darf, ohne das erläuterte Abschaltsignal
auszulösen
(blanking). Beispielsweise soll es gestattet sein, dass das in 2h gezeigte Maschinenteil 63 innerhalb
des Gefahrenbereichs 27 eine horizontale Bewegung ausführt. Dennoch
sollen der Gefahrenbereich 27 möglichst zuverlässig gegen einen
unbefugten Eingriff gesichert und die Bedienperson vor Verletzungen
bewahrt werden. Zu diesem Zweck können an dem Maschinenteil 63 eine
oder mehrere Kondensatorelektroden 41 zur jeweiligen Überwachung
eines Umgebungsbereichs 45 des Maschinenteils 63 angeordnet
werden. Alternativ oder zusätzlich
können
entlang von Abschnitten der Sendersäule 57 und/oder der
Empfängersäule 61 derartige
Kondensatorelektroden 41 angeordnet werden, um einen jeweiligen
Umge bungsbereich 45 innerhalb des Gefahrenbereichs 27 zu überwachen.
Diese Kondensatorelektroden 41 können anstelle der betreffenden
Lichtsender bzw. Lichtempfänger
oder räumlich
neben diesen vorgesehen sein.
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Somit
erfolgt auch bei der Ausführungsform gemäß 2h mittels
eines kapazitiven Hilfssensors eine ergänzende Überwachung eines Umgebungsbereichs 45 einer
Maschine bzw. eines Maschinenteils 63.
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2i zeigt
in einer schematischen Draufsicht ein fahrerloses Flurförderfahrzeug 65.
An der Vorderseite und an der Rückseite
besitzt das Flurförderfahrzeug 65 als
primäre
Schutzeinrichtung jeweils einen optoelektronischen Sicherungssensor 18,
der als Laserscanner ausgebildet ist und während der Fahrt Kollisionen
mit möglichen
Hindernissen vermeidet. Zur ergänzenden Überwachung
der seitlichen Umgebung des Flurförderfahrzeugs 65 bei
Kurvenfahrten und zum Schutz von Personen, die sich dem Flurförderfahrzeug 65 von
der Seite nähern, sind
entlang der Seitenwände
des Flurförderfahrzeugs 65 mehrere
Kondensatorelektroden 41 angeordnet, die gemeinsam mit
einer zugeordneten Auswerte- und Steuerschaltung (in 2i nicht
gezeigt) einen kapazitiven Hilfssensor bilden. Sobald aufgrund einer
entsprechenden Änderung
der Kapazität der
jeweiligen Kondensatorelektrode 41 ein unzulässiges Objekt
in der Nähe
der betreffenden Kondensatorelektrode 41 detektiert wird,
erzeugt die Auswerte- und
Steuerschaltung ein entsprechendes Steuersignal, beispielsweise
um das Flurförderfahrzeug 65 abzubremsen
oder um ein Ausweichmanöver
auszulösen.
-
Selbstverständlich kann
eine Kondensatorelektrode auch an einem sonstigen Abschnitt des
Flurförderfahrzeugs 65 angeordnet
sein, insbesondere an der Vorderseite und/oder der Rückseite
(zusätzlich
zu den Sicherungssensoren 18).
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2j zeigt
als Maschine, deren Gefahrenbereich ergänzend gesichert werden soll,
einen Roboter 67 mit einem zweigliedrigen Arm 69 und
einem Greifer 71. An dem Arm 69 sind mehrere Kondensatorelektroden 41 umfänglich angeordnet.
Entlang des Greifers 72 sind ebenfalls mehrere längliche
Kondensatorelektroden 61 befestigt. Die genannten Kondensatorelektroden 41 bilden
gemeinsam mit einer zugeordneten Auswerte- und Steuerschaltung einen
kapazitiven Näherungssensor
zur Erkennung von Objekten in der Nähe der jeweiligen Kondensatorelektrode 41.
Dieser kapazitive Näherungssensor
kann als Hilfssensor für
einen in 2j nicht dargestellten Hauptsensor – beispielsweise
einen Laserscanner – eingesetzt
werden.
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3a zeigt
ein Blockschaltbild eines kapazitiven Hilfssensors. Dieser besitzt
eine Kondensatorelektrode 41, die mit einer Auswerte- und
Steuerschaltung 81 verbunden ist. Die Kondensatorelektrode 41 ist
aus einem elektrisch leitenden Metall beispielsweise als verformbarer
Draht oder Streifen ausgebildet. Die Auswerte- und Steuerschaltung 81 besitzt
einen Schaltausgang 83 und kann optional mit einer Speichereinrichtung 85 verbunden
sein oder eine solche enthalten.
-
Der
gezeigte kapazitive Hilfssensor dient zur ergänzenden Überwachung eines Umgebungsbereichs
einer Maschine oder eines fahrerlosen Transportsystems, wie vorstehend
erläutert.
Mittels der Auswerte- und Steuerschaltung 81 wird die Kapazität der Kondensatorelektrode 41 ermittelt
und ausgewertet. Die Kondensatorelektrode 41 bildet mit
Erde einen Kondensator mit einer bestimmten Kapazität, wie in 3a durch
das gestrichelt gezeichnete Ersatzschaltbild illustriert ist. Falls
sich ein Objekt – beispielsweise
ein Arm einer Bedienperson 43 (z.B. 2b) – in die
Nähe der
Kondensatorelektrode 41 bewegt, so werden in der Kondensatorelekt rode 41 Verschiebungsströme erzeugt.
Die geänderte
Umgebung (dielektrisches Medium) beeinflusst somit die Kapazität des gebildeten
Kondensators. Durch Ermittlung der erfolgten Änderung der Kapazität der Kondensatorelektrode 41 kann
demnach auf das Vorhandensein des Objekts in der Nähe der Kondensatorelektrode 41 geschlossen
werden.
-
Sobald
die Auswerte- und Steuerschaltung 81 auf diese Weise eine Änderung
der Kapazität
der Kondensatorelektrode 41 detektiert, die bezüglich eines
Referenzwerts einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet,
wird an dem Schaltausgang 83 ein Schaltsignal beispielsweise zum
Unterbrechen einer Maschinenbewegung oder einer Bewegung des fahrerlosen
Transportsystems ausgegeben. Hierdurch wird eine mögliche Verletzung
der Bedienperson verhindert.
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Der
genannte Referenzwert und/oder der genannte Schwellenwert können – beispielsweise
aufgrund eines vorherigen Einlernbetriebs – in der Speichereinrichtung 85 gespeichert
sein. Für
einen derartigen Einlernbetrieb wird – beispielsweise bei der Anordnung
der Kondensatorelektrode 41 gemäß 2b – die Kapazität der Kondensatorelektrode 41 bei
störungsfreiem
Umgebungsbereich 45 ermittelt und als Referenzwert gespeichert.
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3b zeigt,
dass eine gemeinsame Auswerte- und Steuerschaltung 81 für den kapazitiven Hilfssensor
gemäß 3a und
für die
zugeordnete Schutzeinrichtung (z.B. optoelektronischer Sicherungssensor 18 gemäß 1a)
vorgesehen sein kann. Dementsprechend ist auch ein gemeinsamer Schaltausgang 83 für das Steuersignal
vorgesehen. Dabei wird das erläuterte
Steuersignal für
die Maschine oder das fahrerlose Transportsystem also nicht nur
in Abhängigkeit
von der Kapazität
der Kondensatorelektrode 41, sondern auch in Abhängigkeit von
einem Ausgangssignal des Sicherungssensors 18 erzeugt.
Ungeachtet des gemeinsamen Schalt ausgangs 83 ist es natürlich möglich, dass
die Auswerte- und Steuerschaltung 81 die Schutzeinrichtung (Sicherungssensor 18)
und den erläuterten
kapazitiven Hilfssensor (Kondensatorelektrode 41) zu unterschiedlichen
Zeiten aktiviert.
-
Die
gemeinsame Auswerte- und Steuerschaltung 81 gemäß 3b kann
ausgangsseitig mit der Steuerung der betreffenden Maschine oder
des betreffenden Transportsystems verbunden sein, oder die Auswerte-
und Steuerschaltung 81 ist bereits in diese Steuerung integriert.
-
3c zeigt
ein Beispiel einer genaueren Ausgestaltung der Auswerte- und Steuerschaltung 81.
Die Kondensatorelektrode 41 ist demnach mit einem Schwingkreis 87 verbunden,
der einen Kondensator 89 und eine Induktivität 91 aufweist,
die parallel zu der Kondensatorelektrode 41 auf Erde gelegt
sind. Die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises 87 beträgt typischerweise
zwischen 100 und 1000 kHz. Anstelle eines LC-Schwingkreises 87 kann
natürlich auch
ein RC-Schwingkreis vorgesehen sein.
-
Der
Schwingkreis 87 mit der Kondensatorelektrode 41 ist
mit einem ersten Eingang einer Vergleichseinrichtung 93 verbunden.
An einem zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 93 liegt
ein Taktgeber 95 an. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 87 hängt von
der Kapazität
der Kondensatorelektrode 41 und somit von der feldelektrischen
Umgebung der Kondensatorelektrode 41 ab. Eine Änderung
der Kapazität
der Kondensatorelektrode 41 führt somit zu einer Änderung
der Gesamtkapazität
des Schwingkreises 87 und demnach zu einer Änderung der
Resonanzfrequenz. Da die Kapazität
des Kondensators 89 und der Wert der Induktivität 91 bekannt
sind, kann durch Vergleich der aktuellen Schwingungsfrequenz des
Schwingkreises 87 mit der (konstanten) Schwingungsfrequenz
des Taktgebers 95 in der Vergleichseinrichtung 93 auf
den aktuellen Wert der Kapazität
der Kondensatorelektrode 41 und demnach auf das Umgebungsmedium
der Kondensatorelektrode 41 geschlossen werden.
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Dieser
Vergleich kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Schwingung
des Schwingkreises 87 und das Taktsignal des Taktgebers 95 zu einem
gemeinsamen Oszillator zusammengesetzt werden, dessen Schwingungsamplitude
betrachtet wird. Alternativ hierzu können beide Schwingungen zu
einer niederfrequenten Schwingung gemischt werden. Die Amplitude
oder die Frequenz der sich somit ergebenden Schwingung kann insbesondere mit
einem Schwellenwert verglichen werden, um beispielsweise bei einem Überschreiten
des Schwellenwerts das erläuterte
Steuersignal am Schaltausgang 83 auszugeben.
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3d zeigt,
dass eine einzige Auswerte- und Steuerschaltung 81 auch
mit mehreren Kondensatorelektroden 41 verbunden sein kann,
um mittels eines einzigen kapazitiven Hilfssensors mehrere Umgebungsbereiche
einer Maschine oder eines fahrerlosen Transportsystems überwachen
zu können.
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3e zeigt
ein Beispiel einer Ausgestaltung der Auswerte- und Steuerschaltung 81 für die Verwendung
mehrerer Kondensatorelektroden 61 gemäß 3d. Dabei
ist jeder Kondensatorelektrode 41 ein jeweiliger Schwingkreis 87 mit
einem Kondensator 89 und einer Induktivität 91 parallel
geschaltet, wie im Zusammenhang mit 3c bereits
erläutert.
Der jeweilige Schwingkreis 87 mit Kondensatorelektrode 41 ist
mit einem ersten Eingang einer zugeordneten Vergleichseinrichtung 93 verbunden.
An einem zweiten Eingang jeder Vergleichseinrichtung 93 liegt
ein jeweiliger Referenz-Schwingkreis 97 an. Jeder Referenz-Schwingkreis 97 besitzt
einen Kondensator 99 mit einstellbarer Kapazität (Varactor)
und eine Induktivität 101.
Jeder Referenz-Schwingkreis 97 erzeugt für den zuge ordneten
Schwingkreis 87 eine einstellbare konstante Schwingungsfrequenz als
Referenzsignal, das an dem genannten zweiten Eingang der jeweiligen
Vergleichseinrichtung 93 anliegt. In der Vergleichseinrichtung 93 wird
das Schwingungssignal des jeweiligen Schwingkreises 87 mit
dem Referenzsignal des jeweiligen Referenz-Schwingkreises 97 verglichen,
wie bereits im Zusammenhang mit 3c erläutert.
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Jede
Vergleichseinrichtung 93 erzeugt ein positives Gegenstandsfeststellungssignal,
wenn die Schwingungsfrequenz des Schwingkreises 87 um einen
vorbestimmten Schwellenwert von der Schwingungsfrequenz des zugeordneten
Referenz-Schwingkreises 97 abweicht. Die Ausgänge der Vergleichseinrichtungen 93 sind
mit einer ODER-Schaltung 103 verbunden. Diese erzeugt an dem
Schaltausgang 83 das erläuterte Steuersignal zum Unterbrechen
einer Maschinenbewegung oder dgl., wenn eingangsseitig wenigstens
ein positives Gegenstandsfeststellungssignal einer Vergleichseinrichtung 93 anliegt,
d.h. wenn an wenigstens einer Kondensatorelektrode 41 eine
signifikante Änderung der
Kapazität
detektiert worden ist.
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Optional
kann bei der Ausführungsform
gemäß 3e auch
eine Steuereinrichtung 105 vorgesehen sein, durch die die
jeweilige Kapazität
der Kondensatoren 99 der Referenz-Schwingkreise 97 eingestellt
werden kann, beispielsweise aufgrund eines vorherigen Einlernbetriebs.
Die Steuereinrichtung 105 kann beispielsweise einen Mikrocontroller
mit nachgeschaltetem Digital/Analog-Wandler aufweisen. Mittels der
Steuereinrichtung 105 können
die Kapazität
jedes Kondensators 99 und somit die Resonanzfrequenz jedes
Frequenz-Schwingkreises 97 an die Resonanzfrequenz des
jeweiligen (ungestörten)
Schwingkreises 87 angepasst werden, um eine individuelle
Anpassung an eine bestimmte Detektionsaufgabe der betreffenden Kondensatorelektrode 41 durchzuführen. Somit
ist es bei spielsweise möglich,
innerhalb der Vergleichseinrichtungen 93 unabhängig von
der speziellen Anwendungssituation mit festen Schwellenwerten zu
arbeiten. Alternativ hierzu können
jedoch auch individuelle Schwellenwerte in den Vergleichseinrichtungen 93 berücksichtigt
werden.
-
Anstelle
des erläuterten
Vergleichs der Schwingung des jeweiligen Schwingkreises 87 mit dem
Referenzsignal des jeweiligen Referenz-Schwingkreises 97 kann auch
vorgesehen sein, dass die Kapazitäten von Paaren der Kondensatorelektroden 41 miteinander
verglichen werden. Dabei werden Änderungen
gegenüber
denjenigen Kapazitätsunterschieden
detektiert und ausgewertet, die bei störungsfreier Umgebung des betreffenden
Elektrodenpaars ermittelt werden.
-
Anstelle
der mehrfachen Ausbildung der Schwingkreise 87, der Referenz-Schwingkreise 97 und/oder
der Vergleichseinrichtungen 93 gemäß 3e kann
auch eine sequentielle Auswertung aufgrund einer Multiplexer-Schaltung vorgesehen
sein.
-
- 9
- Gesenkbiegepresse
- 11
- Oberwerkzeug
- 13
- Unterwerkzeug
- 15
- Werkstück
- 17
- Öffnungsspalt
- 18
- Sicherungssensor
- 19
- Haltearm
- 21
- Lichtsender
- 23
- Lichtempfänger
- 25
- Lichtstrahl
- 27
- Gefahrenbereich
- 31
- Absperrung
- 33
- Zugangsbereich
- 35
- Schiebetür
- 41
- Kondensatorelektrode
- 43
- Bedienperson
- 45
- Umgebungsbereich
- 46
- Anschlag
- 47
- Zaunabschnitt
- 49
- Türrahmen
- 51
- Türrahmen
- 53
- bewegliches
Wandelement
- 55
- Säule
- 57
- Sendersäule
- 59
- Lichtstrahl
- 61
- Empfängersäule
- 63
- Maschinenteil
- 65
- Flurförderfahrzeug
- 67
- Roboter
- 69
- Arm
- 71
- Greifer
- 81
- Auswerte-
und Steuerschaltung
- 83
- Schaltausgang
- 85
- Speichereinrichtung
- 87
- Schwingkreis
- 89
- Kondensator
- 91
- Induktivität
- 93
- Vergleichseinrichtung
- 95
- Taktgeber
- 97
- Referenz-Schwingkreis
- 99
- Kondensator
- 101
- Induktivität
- 103
- ODER-Schaltung
- 105
- Steuereinrichtung