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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters zum Detektieren und Vermessen von Objekten sowie ein entsprechendes Lichtgitter.
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Aus der
DE 103 29 881 A1 ist eine Lichtgitteranordnung zur Positionsbestimmung bekannt, die ein Lichtgitter mit einer Sendeleiste zum Aussenden einer Mehrzahl von Lichtstrahlen und einer Empfangsleiste zum Empfangen dieser Lichtstrahlen betrifft. Weiter ist eine Auswerteeinheit zur Verarbeitung von in Abhängigkeit von empfangenen Lichtstrahlen erzeugten Empfangssignalen und ein Speicher für Referenzwerte vorgesehen. Die Referenzwerte werden mittels der Auswerteeinheit mit den Empfangssignalen verglichen. Hierzu ist ein Positionsgeber zur Ermittlung der Position eines in den Überwachungsbereich des Lichtgitters eingeführten Objekts vorgesehen. Die Auswerteeinheit ist mit den vom Positionsgeber gelieferten Positionssignalen beaufschlagbar und der Vergleich der Referenzwerte mit den Empfangssignalen in Abhängigkeit von den Positionssignalen durchführbar, wodurch letztendlich eine zulässige Objektkontur bestimmt wird.
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Diese Vorrichtung weist jedoch wesentliche Nachteile auf. So benötigt die genannte Vorrichtung einen Positionsgeber zur Erfassung der genauen Position des Objektes. Das in das Lichtgitter eingeführte Objekt wird anhand der Positionsinformation mit einer gespeicherten Referenzkontur des Objektes verglichen. Nachteilig muss immer ein Positionsgeber an einem verwendeten Förderband angebracht werden. Dies erfordert zusätzliche Kosten durch den Positionsgeber und dessen Montage.
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Aufgrund der Strahlunterbrechungen durch die Geometrie des Objektes muss die Vorrichtung eine Toleranz der unterbrochenen Strahlen gegenüber den gespeicherten Strahlunterbrechungen des Referenzobjekts berücksichtigen. Dies ist notwendig, da die Geometrie der Objekte Toleranzen unterworfen ist und eine Strahlunterbrechung an leicht unterschiedlichen Punkten der Geometrie stattfinden kann. Wird die Toleranz zu niedrig eingestellt, kommt es zu unnötigen Abschaltungen und damit verbundenen Störungen eines Betriebsablaufes einer Anlage. Wird die Toleranz zu hoch eingestellt, kann es dazu kommen, dass Objekte nicht richtig zugeordnet werden können oder unzulässige Objekte, z. B. zu schützende Personen, nicht richtig erkannt werden und es so zu einer Gefährdung der Person kommen kann.
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Zusätzlich muss auch die aktuelle Position des Objekts mit einer Toleranz versehen werden. Dies ist notwendig, um leichte Positionsunterschiede der Objekte und um den Schlupf des Objektes auf einem Fördermittel auszugleichen. Auch hier führt eine zu kleine Toleranz zu unerwünschten Abschaltungen einer Anlage und eine zu große Toleranz zu möglichen Fehlern bei der Unterscheidung verschiedener Objekte.
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Die
DE 43 05 559 A1 bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zur Konturerkennung von auf einem Förderband an einer optischen Abtasteinrichtung vorbeibewegten Flaschen. Die Abtasteinrichtung weist eine Gruppe von in unterschiedlicher Höhe über dem Förderband angeordneten, quer zur Förderrichtung ausgerichteten Lichtschranken auf, die mit einer von der Fördergeschwindigkeit abhängigen Wiederholfrequenz in mehreren Abtastzyklen abgetastet werden. Die Ausgangssignale der einzelnen Lichtschranken werden durch Vergleich mit einem vorgegebenen Schwellenwert in das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein definierte digitale Zustandswerte umgeformt und zur Konturerkennung mit Referenzwerten verglichen.
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Das BG-Infoblatt mit dem Titel ,Zugangsabsicherung – Alternative Lösung zum Muting', offenbart ein Lichtgitter, das schräg im Zugangsbereich angeordnet ist.
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Die
DE 100 39 142 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines Zugangs zu einem Gefahrenbereich, wobei ein Objekt als zulässig erachtet wird, wenn identische Signalmuster vorliegen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters und ein neues verbessertes Lichtgitter bereitzustellen.
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Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß nach Anspruch 1 gelöst.
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Durch die sequentielle Unterbrechung von Lichtstrahlen kann die Geschwindigkeit des Objektes ohne zusätzliche Hilfsmittel ermittelt werden. Dies wird durch die Anordnung des Schutzfeldes in einem Winkel zwischen 45° und 135°, ausgenommen 90°, erreicht. Mit Hilfe der ermittelten Geschwindigkeit kann die Ausdehnung wenigstens eines hervorstehenden Teils des Objektes erfasst werden und gleichzeitig das Eindringen weiterer Objekte oder Personen überwacht werden. Abhängig von den zuvor abgespeicherten Referenzwerten und dem Vergleich dieser Referenzwerte mit der Ausdehnung des in Bewegungsrichtung hervorstehenden Teils des Objektes wird ein Schaltsignal erzeugt. Dabei kann eine maximal zulässige Ausdehnung definiert und als Referenzwert abgespeichert werden. Bei einem Überschreiten dieser maximal zulässigen Ausdehnung wird ein Schaltsignal erzeugt. Mit diesem Verfahren können zulässige Objekte, mit definierten Abweichungen durch z. B. überstehende Teile durch ein Schutzfeld transportiert werden, ohne trotz der Überstände ein Schaltsignal zu erzeugen. Gelangen jedoch Objekte mit einer abweichenden Kontur oder mit zu großen Überständen, wie beispielsweise Personen, in das Schutzfeld so werden diese erkannt und ein Schaltsignal erzeugt.
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Mit dem durch die Schalteinheit erzeugten Schaltsignal wird vorteilhaft eine gefahrbringende Bewegung einer Maschine gestoppt. Dadurch wird die Person vor dieser gefahrbringenden Bewegung geschützt. Zulässiges Material kann jedoch ungehindert zur Bearbeitung an diese Maschine transportiert werden. Dadurch ist ein effizienter und zeitsparender Materialtransport möglich, ohne die Maschine still zu setzen und einen maximalen Schutz für Personen zu gewährleisten.
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Um die Geschwindigkeit des Objektes zu ermitteln, muss der Winkel, in der das Schutzfeld angeordnet ist, bekannt sein. Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird der Winkel innerhalb der Sende- und Empfangsleiste gemessen. Der Winkel wird durch einen Winkelgeber erfasst. Dadurch kann das Lichtgitter bei der Bestimmung der Geschwindigkeit die Winkelinformation aus dem Winkelgeber direkt übernehmen. Bei unterschiedlichen Winkellagen aufgrund unterschiedlicher Anwendungen muss dann kein neuer Winkel von außen eingegeben werden. Bei einer neuen Montage des Lichtgitters in einem veränderten Winkel wird der neu eingestellte Winkel in eine neue Berechnung der Geschwindigkeit automatisch eingerechnet.
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Der Winkel kann in einer weiteren Ausführungsform auch konfiguriert und/oder in einem vorhandenen Speicher abgespeichert werden kann. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der Winkel des Schutzfeldes nicht verändert werden soll. Solche Systeme werden dann immer in einem festen Winkel montiert. Hier kann ein bestimmter Winkel schon bei einer Produktion der Geräte vorkonfiguriert werden. Bei einer Veränderung des Montagewinkels wird dann der neue Winkelwert in das Lichtgitter konfiguriert.
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Weiterhin kann der abgespeicherte Winkel auch mit dem erfassten Winkel verglichen werden und nur bei Übereinstimmung der beiden Winkelwerte wird der Betrieb des Lichtgitters möglich. Insbesondere in einer sicherheitstechnischen Anwendung bietet diese Ausführungsform sehr wirksamen Manipulationsschutz bei der Montage des Lichtgitters.
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Vorteilhaft kann die Ausdehnung nur innerhalb eines bestimmten Zeitfensters bestimmt werden. Dadurch ist es möglich, Überstände nur in bestimmten Bereichen eines zulässigen Objektes, das das Lichtgitter passiert, zuzulassen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren somit nur für ein bestimmtes Zeitfenster aktiv ist nach Unterbrechung eines ersten Lichtstrahls durch das Objekt.
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Zur Erhöhung einer Sicherheitsstufe des Lichtgitters wird vorteilhafterweise eine zweikanalige redundante Auswertung der Unterbrechung der Lichtstrahlen durchgeführt. Hierzu ist eine entsprechende Auswerteeinheit vorhanden. Insbesondere in der sicherheitstechnischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Objekte durch die zweikanalige redundante Auswertung, entsprechend einer vorgegebenen Sicherheitskategorie, erkannt werden. Einfache Fehler oder nacheinander erfolgende Mehrfachfehler, zum Beispiel durch Kurzschlüsse oder Bauteilausfälle, können so erkannt werden und ein Bediener durch ein Diagnosesignal oder eine Diagnoseanzeige auf eine Behebung des Fehlers aufmerksam gemacht werden.
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Vorteilhaft beträgt der Abstand der Lichtstrahlen etwa 30 mm. Mit diesem Abstand der Lichtstrahlen des Lichtgitters können Personen kostenoptimiert und sicher erkannt werden. Mit Lichtgittern dieser Auflösung wird mindestens eine Hand detektiert, die in das Schutzfeld des Lichtgitters ragt. Mit Hilfe dieses Lichtgitters können Personen geschützt werden, die in gefährliche Bereiche eintreten. Nach dem Erkennen der Person wird eine gefahrbringende Bewegung abgeschaltet. Wird der Abstand der Lichtstrahlen größer gewählt, können nur größere Objekte detektiert werden. Wird der Abstand der Lichtstrahlen kleiner gewählt, erhöhen sich die Kosten für das Lichtgitter durch die Erhöhung der Strahlanzahl. Jedoch ist das Verfahren nach Anspruch 1 auch für andere Strahlabstände als etwa 30 mm anwendbar.
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Der auf die Vorrichtung gerichtete Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Lichtgitter gemäß Anspruch 7 gelöst.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
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In der Zeichnung zeigt:
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1; eine schematische Darstellung einer Absicherung eines Gefahrenbereichs mit einem erfindungsgemäßen Lichtgitter;
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2 bis 4; schematische Querschnitte einer weiteren Absicherung zur Darstellung des Verfahrens mit bewegtem Objekt;
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5; ein weiterer schematischer Querschnitt mit einer in ein Schutzfeld eintretenden Person.
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1 zeigt eine Absicherung eines Gefahrenbereichs mit einem erfindungsgemäßen Lichtgitter 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Objekt 12, z. B. eine Papierrolle 12, wird auf einer Transportvorrichtung 34 in Richtung einer Maschine 24 bewegt zur weiteren Bearbeitung des Objektes 12. Die Maschine 24 führt dabei in dem Gefahrenbereich eine gefahrbringende Bewegung aus, die für eine Person 14 im Bereich der Maschine 24 eine Verletzungsgefahr darstellt.
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Der Transport des Objektes 12 erfolgt ohne Überwindung von mechanischen Barrieren zu der Maschine 24. Zur Zutrittsabsicherung sind an zwei Seiten der Maschine 24 Sperrgitter 36 angebracht, um den unzulässigen Zugang zu dem Gefahrenbereich an die Maschine 24 abzusperren. Um den Zugang zu dem Gefahrenbereich zum Schutz der Person 14 zu überwachen und gleichzeitig den Transport des Objektes 12 zu ermöglichen, ist das erfindungsgemäße Lichtgitter 1 zu beiden Seiten eines Transportweges angebracht. Das Objekt 12 wird mit einer Transportvorrichtung 34 in Bewegungsrichtung 16 bewegt.
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Das Lichtgitter 1 besteht dabei unter anderem aus einer Sendeeinheit 4 und einer zu der Sendeeinheit 4 ausgerichteten Empfangseinheit 6. Die Sendeeinheit 4 weist dabei eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Sendeelementen zum Aussenden von Lichtstrahlen 2 auf. Die Lichtstrahlen 2 werden dabei sequentiell nacheinander ausgesendet. Diese Lichtstrahlen 2 werden von der Empfangseinheit 6 empfangen. Durch die ausgesendeten Lichtstrahlen 2 entsteht zwischen Sendeeinheit 4 und Empfangseinheit 6 ein Schutzfeld 10. Werden einzelne Lichtstrahlen 2' unterbrochen, so wird das Schutzfeld 10 zwischen Sendeeinheit 4 und Empfangseinheit 6 verletzt.
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Die Sendeeinheit 4 und die Empfangseinheit 6 sind dabei in einem Winkel α zur Bewegungsrichtung des Objektes 12 geneigt. Der Winkel α kann zwischen 45° und 135°, ausgenommen 90°, zu der Bewegungsrichtung 16 des Objektes 12 betragen. Das Lichtgitter bzw. eine zugehörige Auswerteeinheit 18 sind dabei so programmiert, dass zulässige Objekte, die das Lichtgitter 1 passieren dürfen, definiert sind, beispielsweise mittels ihrer Kontur. Ein solches zulässiges Objekt 12 kann beispielsweise ein Objekt 12 mit geschlossener Umfangskontur sein, wie die Papierrolle 12. Durch das im Winkel α angeordnete Lichtgitter 1, unterbricht das Objekt 12, mit im Wesentlichen senkrechten Eintrittsflächen, nebeneinanderliegende Lichtstrahlen 2' des Lichtgitters 1. Nur eine Unterbrechung von benachbarten Lichtstrahlen 2' durch die geschlossene Kontur ist somit zulässig und erlaubt ein Passieren der Papierrolle 12 durch das Schutzfeld 10. Eine Person wird aufgrund ihrer unregelmäßigen Umfangskontur nie permanent nur benachbarte Lichtstrahlen unterbrechen und wird deshalb als unzulässig erkannt.
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Die Papierrolle 12 tritt dabei beispielsweise zunächst mit der in Bewegungsrichtung zeigenden oberen Kante in das Schutzfeld 10 ein und unterbricht damit einen Lichtstrahl 2'. Während der weiteren Bewegung der Papierrolle 12 werden weitere benachbarte Lichtstrahlen 2' durch das Objekt 12 unterbrochen. Es handelt sich dabei um einen zusammenhängenden Bereich nebeneinanderliegender Lichtstrahlen 2'. Beim Unterbrechen weiterer Lichtstrahlen 2 die nicht neben den bereits durch das Objekt 12 unterbrochenen Lichtstrahlen 2' liegen, würde eine unerlaubte Verletzung des Schutzfeldes 10 vorliegen und das Lichtgitter 1 mit einer Schalteinheit die gefahrbringende Bewegung der Maschine 24 stillsetzen.
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2 zeigt einen Querschnitt einer Anwendung des Lichtgitters 1 vergleichbar mit der in 1 dargestellten Anwendung. Hier ist die Sendeeinheit 4 des Lichtgitters 1 dargestellt. Die Sendeeinheit 4 und die nicht dargestellte zugehörige Empfangseinheit sind dabei in einem anderen Winkel α angeordnet, als in 1. Die einzelnen Lichtstrahlen 2 sind punktförmig dargestellt und verlaufen senkrecht zur Figurenebene und parallel zueinander. Zur Erkennung des Winkels α des Lichtgitters 1 ist an der Sendeeinheit 4 und der Empfangseinheit 6 jeweils ein Winkelgeber 26 vorhanden. Bei der Montage des Lichtgitters 1 wird der aktuelle Winkel α über den Winkelgeber 26 erkannt und in dem Lichtgitter 1 abgespeichert. Hierzu ist ein Speicher 30 vorhanden.
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Die Papierrolle 12 wird mit der Bewegungsrichtung 16 und der Geschwindigkeit v auf das Lichtgitter 1 mittels der Transportvorrichtung 34 bewegt. Die Papierrolle 12 weist dabei etwa senkrechte Umrisse und einen hervorstehenden Teil 32 mit einem Überstand s auf. Zur Bearbeitung der Papierrolle 12 ist die Maschine 24 vorhanden. Die Maschine 24 dient beispielsweise der Aufbringung von Kennzeichnungen.
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Das Lichtgitter 1 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 18, eine Vergleichseinheit 20, die Schalteinheit 22, Konfigurationsmittel 28 und den Speicher 30 auf. Diese Einheiten sind miteinander verbunden. Die Auswerteeinheit 18 ist direkt mit dem Lichtgitter 1 verbunden und wertet eine Unterbrechung der Lichtstrahlen 2 aus. Die nachgeschaltete Vergleichseinheit 20 vergleicht die Anzahl und Position der unterbrochenen oder nicht unterbrochenen Lichtstrahlen 2 mit Referenzwerten aus dem Speicher 30. Aufgrund eines Ergebnisses dieses Vergleiches kann mit Hilfe der Schalteinheit 22, die mit der Maschine 24 verbunden ist, ein Schaltsignal erzeugt werden, um die Maschine 24 stillzusetzen. Zusätzlich ist das Konfigurationsmittel 28 vorhanden, um beispielsweise den Winkel α oder Geräteeinstellungen für das Lichtgitter 1 einzugeben und mit dem Speicher 30 in dem Lichtgitter 1 abzulegen.
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3 zeigt die Anordnung aus 2 zu einem späteren Zeitpunkt. Dabei ist die Papierrolle 12 weiter von der Transportvorrichtung 34 in Bewegungsrichtung 16 mit der Geschwindigkeit v in das Schutzfeld 10 des Lichtgitters 1 bewegt worden. Die Papierrolle 12 unterbricht dabei während der Bewegung nacheinander nebeneinanderliegende Lichtstrahlen 2' des Schutzfeldes 10. Aufgrund der nacheinander erfolgender Unterbrechung kann die Geschwindigkeit v der Papierrolle 12 erfasst werden. Die Geschwindigkeit v wird ermittelt und in dem Speicher 30 zwischengespeichert.
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4 zeigt die Anordnung aus 3 zu einem weiteren späteren Zeitpunkt. Dabei ist die Papierrolle 12 weiter von der Transportvorrichtung 34 in Bewegungsrichtung 16 mit der Geschwindigkeit v in das Schutzfeld 10 des Lichtgitters 1 bewegt worden. Weitere nebeneinanderliegende Lichtstrahlen 2' wurden unterbrochen, um weiterhin die Geschwindigkeit v der Papierrolle 12 zu bestimmen. Zusätzlich wurde ein weiterer Lichtstrahl 2'' durch den hervorstehenden Teil 32 der Papierrolle 12 unterbrochen, der nicht benachbart mit den bisher unterbrochenen Lichtstrahlen 2' ist. Aufgrund der bisher erfassten Geschwindigkeit v und des zusätzlich unterbrochenen Lichtstrahles 2'' kann nun die Ausdehnung des hervorstehenden Teiles 32, also der Überstand s nach der Formel s = v·t berechnet werden. Dabei ist das Lichtgitter 1 mit dem Winkel α zur Bewegungsrichtung 16 der Papierrolle 12 angeordnet. Die Zeit t stellt eine Zeitdauer dar, mit der ein Lichtstrahl nach Unterbrechung eines vorhergehenden Lichtstrahls unterbrochen wurde. Typische Zahlenwerte können sein: v = 1 m/s, t = 90 ms, 30 ms pro Strahl, α = 50°, wodurch sich s zu 9 cm errechnet. Aufgrund eines eingespeicherten Referenzwertes kann der ermittelte Überstand s als zur Papierrolle gehörend zugeordnet werden. Es wird kein Schaltsignal erzeugt. Die Maschine 24 wird nicht abgeschaltet. Überschreitet der hervorstehende Teil 32 der Papierrolle 12 eine bestimmte Ausdehnung s, führt dies zur Abschaltung der Maschine 24.
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5 zeigt die Anordnung aus 2, jedoch mit der Person 14, die sich in das Schutzfeld 10 bewegt. Dabei werden mehrere nicht zusammenhängende Lichtstrahlen 2' und 2'' unterbrochen. Weiterhin wurde durch den Eintritt der Person 14 die Geschwindigkeit v des Eintrittes ermittelt. Aufgrund der Unterbrechung des Lichtstrahles 2'' kann auch hier ein Abstand s ermittelt werden. Der Abstand s der Unterbrechung des Lichtstrahles 2'' durch die Person lässt sich mit den Werten v = 1 m/s und t = 240 ms, bei 30 ms pro Strahl und α = 50° mit s = 24 cm ermitteln. Aufgrund des eingespeicherten Referenzwertes kann die ermittelte Unterbrechung eines Armes der Person 14 als unzulässig eingestuft werden und über die Schalteinheit 22 die Maschine 24 stillgesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtgitter
- 2
- Lichtstrahlen
- 2', 2''
- unterbrochene Lichtstrahlen
- 4
- Sendeeinheit
- 6
- Empfangseinheit
- 10
- Schutzfeld
- 12
- Objekt/Papierrolle
- 14
- Person
- 16
- Bewegungsrichtung
- 18
- Auswerteeinheit
- 20
- Vergleichseinheit
- 22
- Schalteinheit
- 24
- Maschine
- 26
- Winkelgeber
- 28
- Konfigurationsmittel
- 30
- Speicher
- 32
- hervorstehender Teil des Objekts/Papierrolle
- 34
- Transportvorrichtung
- 36
- Sperrgitter
- α
- Winkel
- s
- Überstand
- v
- Geschwindigkeit
- t
- Zeit
