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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Gefahrenbereichs
an einer Maschine mittels eines Lichtgitters.
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Lichtgitter
werden im Bereich der Sicherheitstechnik und Personenschutz eingesetzt.
Mit dem Lichtgitter wird ein Gefahrenbereich an einer Maschine überwacht.
Wird ein Objekt im Überwachungsbereich
erkannt, in dem wenigstens eine der Strahlachsen durch einen Objekteingriff
unterbrochen wird, so wird zur Vermeidung von Gefahren über das
Lichtgitter die Maschine abgeschaltet.
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Das
Lichtgitter weist hierzu einen zweikanaligen Schaltausgang auf, über den
ein Schaltsignal ausgegeben wird, dessen Schaltzustände angeben, ob
sich ein Objekt im Überwachungsbereich
befindet oder nicht. Dieses Schaltsignal wird an die Steuerung der
Maschine ausgegeben. Je nach Schaltzustand des Schaltsignals wird
die Maschine aktiviert oder deaktiviert.
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Die
einen nachveröffentlichten
Stand der Technik darstellende
DE 10 2005 020 560 A1 betrifft eine Vorrichtung
zur Störunterdrückung bei
einer Lichtschranke.
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In
der
US 5,015,840 sowie
in der
EP 1 039 261
A2 ist jeweils ein Lichtgitter mit mehreren Strahlachsen
beschrieben. Bei beiden Lichtgittern wird für alle Strahlachsen nur ein
gemeinsames Objektfeststellungssignal generiert.
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Die
DE 693 09 226 T3 betrifft
einen Lichtvorhang mit mehreren Strahlachsen, die jeweils aus einem
Sendelichtstrahlen emittierenden Sender sowie einem Empfänger bestehen.
Als Ausgabeeinheit für ein
Objektfeststeliungssignal ist ein Relais-Ausgangs-Schaltkreis vorgesehen.
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Sowohl
in der
DE 43 38 978
C2 als auch in der
DE 10 2005 050 979 A1 ist ein Lichtgitter
beschrieben, welches mehrere Strahlachsen, jedoch nur einen Ausgang
zur Ausgabe eines Objektfeststellungssignals aufweist.
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Die
DE 103 07 770 B4 betrifft
ein Verfahren zum Betrieb eines Lichtgitters mit mehreren aus Sende-
und Empfangselement bestehenden optischen Kanälen und einer Auswerteeinheit
für diese
Kanäle zur Überwachung
von geometrischen Merkmalen einer Materialbahn anhand eines Zustandsmusters
der einzelnen Kanäle.
Bei ausgefallenen Kanälen
des Lichtgitters sowie bei Inhomogenitäten der Materialbahn werden
diese Fehler erkannt. Daraufhin wird ein wahrscheinliches internes
Empfängerabbild
gebildet, das dem ohne diese Fehler entspricht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen,
mittels dessen eine umfassende und sichere Überwachung eines Gefahrenbereichs
an einer Maschine ermöglicht
wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zur Überwachung
eines Gefahrenbereichs an einer Maschine mittels eines Lichtgitters.
Das Lichtgitter weist eine vorgegebene Anzahl von mehreren Sendelichtstrahlen
emittierenden Sendern und mehreren Empfängern und eine Auswerteeinheit
auf. Jeweils ein Empfänger
und ein zugeordneter Sender bilden eine Strahlachse. Mit der Auswerteeinheit
werden die an den Ausgängen
der Empfänger
anstehenden Empfangssignale ausgewertet. Jeder Strahlachse ist ein separater
Ausgang zur Ausgabe eines Objektfeststellungssignals zugeordnet.
Zudem ist ein Fehlermeldeausgang vorgesehen, über welchen eine Fehlermeldung
ausgegeben wird, wenn ein interner Fehler oder ein Fehler für die Ausgänge der
Strahlachsen aufgedeckt wird. Alle Ausgänge oder eine Auswahl einzelner
Ausgänge
werden zur Steuerung der Maschine herangezogen und durch eine Fehlermeldung wird
die Maschine abgeschaltet.
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Zur
Erfüllung
der Sicherheitsanforderungen im Bereich des Personenschutzes sind
die Ausgänge des
Lichtgitters zwar einkanalig ausgebildet, werden jedoch durch Prüfimpulse über die
zweikanalig ausgebildete Auswerteeinheit getestet. Weiterhin ist
der ebenfalls einkanalig und zyklisch geprüfte Fehlermeldeausgang vorgesehen. Über diesen
wird eine Fehlermeldung ausgegeben, wenn für die Ausgänge der Strahlachsen ein Fehler
aufgedeckt wird oder wenn ein interner Fehler wie ein Common-Mode-Fehler aufgedeckt
wird. Durch die Fehlermeldung wird über die Steuerung die Maschine
abgeschaltet und geht so in den sicheren Zustand.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es
zeigt:
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1:
Schematische Darstellung eines Lichtgitters.
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1 zeigt
den Aufbau eines Lichtgitters 1 zur Überwachung eines Überwachungsbereichs. Das
Lichtgitter 1 weist eine in einem ersten Gehäuse 2 integrierte
Sendereinheit 3 und eine in einem zweiten Gehäuse 4 integrierte
Empfängereinheit 5 auf.
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Die
Sendereinheit 3 weist eine Anordnung von Sendelichtstrahlen 6 emittierenden
Sendern 7 auf. Die Sender 7 bestehen vorzugsweise
aus identisch ausgebildeten Leuchtdioden und sind in Abstand nebeneinander
liegend angeordnet. Die Sender 7 werden von einer Sender-Steuereinheit 8 angesteuert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden die Sender 7 im Pulsbetrieb betrieben.
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Die
Sender 7 emittieren somit Sendelichtimpulse mit einem vorgegebenen
Puls-Pausen-Verhältnis.
Vorzugsweise emittieren die einzelnen Sender 7 zyk lisch
nacheinander Sendelichtimpulse, wobei die Taktung über die
Sender-Steuereinheit 8 erfolgt.
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Zur
Strahlformung der Sendelichtstrahlen 6 ist jedem Sender 7 eine
Sendeoptik 7a vorgeordnet. Die Sendeoptiken 7a sind
im Bereich der Frontwand des Gehäuses 2 hinter
einem nicht separat dargestellten Austrittsfenster angeordnet.
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Die
Empfängereinheit 5 weist
eine Anordnung von identisch ausgebildeten, nebeneinander liegend
angeordneten Empfängern 9 auf.
Die Empfänger 9 bestehen
vorzugsweise jeweils aus einer Fotodiode und sind äquidistant
angeordnet. Jedem Empfänger 9 ist
eine Empfangsoptik 9a vorgeordnet. Dabei liegt jeweils
ein Empfänger 9 einem
Sender 7 der Sendereinheit 3 gegenüber, so
dass bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen 6 eines
Senders 7 auf den gegenüberliegend
angeordneten Empfänger 9 treffen.
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Die
am Ausgang 11 der Empfänger 9 anstehenden
Empfangssignale werden in einer zentralen Auswerteeinheit 10 ausgewertet.
Die Auswerteeinheit 10 bildet zugleich eine Empfängersteuereinheit zur
Steuerung des Betriebs der Empfänger 9.
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Jeder
Sendelichtstrahlen 6 emittierende Sender 7 bildet
mit dem jeweils zugeordneten, gegenüberliegenden Empfänger 9 eine
Strahlachse des Lichtgitters 1.
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Durch
eine optische Synchronisation, die insbesondere anhand einer spezifischen
Kennung der von einem ausgewählten
Sender 7 emittierten Sendelichtimpulse erfolgt, werden
die Sender 7 und die Empfänger 9 der einzelnen
Strahlachsen einzeln nacheinander zyklisch aktiviert.
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Zur
Objektdetektion werden in der Auswerteeinheit 10 die Empfangssignale
mit einem Schwellwert bewertet. Liegt der Pegel der Empfangssignale eines
Empfängers 9 oberhalb
des Schwellwerts, liegt eine einem freien Strahlengang der Sendelichtstrahlen 6 entsprechende
nicht unterbrochene Strahlachse vor.
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Liegt
der Pegel der Empfangssignale des Empfängers 9 unterhalb
des Schwellwerts liegt eine einem Objekteingriff entsprechende unterbrochene Strahlachse
vor.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist jedem Empfänger 9 und damit jeder
Strahlachse ein Ausgang 11 zugeordnet. Weiterhin ist ein
Fehlermeldeausgang 12 vorgesehen.
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In
der zweikanalig ausgebildeten Auswerteeinheit 10, die aus
zwei sich gegenseitig überwachenden
Prozessoren besteht, werden die Empfangssignale an den Ausgängen der
Empfänger 9 ausgewertet,
um festzustellen ob die jeweilige Strahlachse unterbrochen ist oder
nicht. In Abhängigkeit davon
wird ein Objektfeststellungssignal generiert, welches über den
der jeweiligen Strahlachse zugeordneten Ausgang 11 ausgegeben
wird.
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Die
Objektfeststellungssignale an den Ausgängen 11 werden ebenso
wie ein über
den Fehlermeldeausgang 12 ausgegebenes Signal an eine Steuerung
ausgegeben, welche eine Maschine steuert. Mit dem Lichtgitter 1 wird
ein Gefahrenbereich an der Maschine überwacht. Abhängig von
den Objektfeststellungssignalen an den Ausgängen 11 und dem Signal
am Fehlermeldeausgang 12 wird die Maschine über die
Steuerung in Betrieb gesetzt oder abgeschaltet.
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Mit
dem Lichtgitter 1 können
für die
einzelnen Strahlachsen separat Objektdetektionen durchgeführt werden.
Anhand der Objektfeststellungssignale an den Ausgängen 11 kann
in der Steuerung selektiv für
einzelne Strahlachsen festgestellt werden, ob dort ein Objekteingriff
erfolgt oder nicht.
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Durch
eine gegebenenfalls sogar zeitabhängige Auswahl von Objektfeststellungssignalen
von bestimmten Ausgängen
des Lichtgitters 1 kann in der Steuerung flexibel festgelegt
werden, welche Bereiche des Überwachungsbereichs überwacht
werden, das heißt
welche Strahlachsen zur Steuerung der Maschine herangezogen werden.
Beispielsweise kann ein Teilbereich des Überwachungs bereichs bestehend
aus den drei ersten Strahlachsen in der Steuerung ausgewählt werden,
in dem dort die Objektfeststellungssignale dieser Strahlachsen ausgewertet
werden. Dann erfolgt ein Abschalten der Maschine, wenn in wenigstens
einer dieser drei Strahlachsen ein Objekteingriff registriert wird.
Umgekehrt kann ein Inbetriebsetzen der Maschine erfolgen, wenn in
diesen drei Strahlachsen kein Objekteingriff registriert wurde,
und zwar unabhängig
davon ob die restlichen Strahlachsen unterbrochen sind oder nicht.
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Zur
Erfüllung
der Sicherheitsanforderungen für
den Einsatz des Lichtgitters 1 werden die einkanaligen
Ausgänge 11 und
der ebenfalls einkanalig ausgebildete Fehlermeldeausgang 12 durch
in der Auswerteeinheit 10 generierte Prüfimpulse zyklisch getestet.
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Weiterhin
dient der Fehlermeldeausgang 12 zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen
des Lichtgitters 1. Das über den Fehlermeldeausgang 12 ausgegebene
binäre
Signal weist zwei Schaltzustände
auf, die angeben, ob im Lichtgitter 1 ein Fehler registriert
wurde oder nicht.
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Zur
Signalisierung eines fehlerfreien Zustands wird über den Fehlermeldeausgang 12 ein Wechselspannungssignal
entsprechend einem ersten Schaltzustand ausgegeben.
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Zur
Signalisierung eines Fehlers, das heißt zur Generierung einer Fehlermeldung
wird über
dem Fehlermeldeausgang 12 ein Gleichspannungssignal entsprechend
einem zweiten Schaltzustand ausgegeben.
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In
einem Prozessor der Auswerteeinheit 10 wird hierzu ein
Takt zur Generierung des Wechselspannungssignals erzeugt. Vorzugsweise
besteht der Takt aus einer Pulsfolge, die in einem Oszillator generiert
wird. Im fehlerfreien Fall wird dieses Wechselspannungssignal über den
Fehlermeldeausgang 12 ausgegeben. Bei Auftreten eines Fehlers
schaltet der zweite Prozessor die im ersten Prozes sor generierte
Pulsfolge auf einen festen, konstanten Wert, so dass dann ein Gleichspannungssignal
ausgegeben wird.
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Mit
dem so generierten Signal, das über
den Fehlermeldeausgang 12 ausgegeben wird, können ohne
zusätzliche
Schaltungsanordnungen sogenannte Common-Mode-Fehler als interne
Fehler im Lichtgitter 1 aufgedeckt und durch Ausgabe einer Fehlermeldung über den
Fehlermeldausgang 12 signalisiert werden. Fällt beispielsweise
die Spannungsversorgung des Lichtgitters 1 aus, so wird
im ersten Prozessor keine Pulsfolge mehr generiert, wodurch zwangsläufig ein
Gleichspannungssignal über
den Fehlermeldeausgang 12 ausgegeben wird, was einer Fehlermeldung
entspricht.
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Weiterhin
wird im Lichtgitter 1 eine Fehlermeldung generiert, wenn
bei der zyklischen Überprüfung der
Ausgänge 11 wenigstens
für eine
der Strahlachsen ein Fehler aufgedeckt wird.
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Wird
eine Fehlermeldung über
den Fehlermeldeausgang 12 ausgegeben, so wird dadurch über die
Steuerung die Maschine abgeschaltet.
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- 1
- Lichtgitter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Sendereinheit
- 4
- Gehäuse
- 5
- Empfängereinheit
- 6
- Sendelichtstrahlen
- 7
- Sender
- 7a
- Sendeoptik
- 8
- Sender-Steuereinheit
- 9
- Empfänger
- 9a
- Empfangsoptik
- 10
- Auswerteeinheit
- 11
- Ausgang
- 12
- Fehlermeldeausgang