-
Die
Erfindung betrifft eine optoelektronische Schutzeinrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Derartige
Schutzeinrichtungen werden nach dem Stand der Technik in vielfältiger Weise
verwendet, um zum Beispiel bei einem unerlaubten Zugang von Personen
oder einem Eingriff in einen Gefahrenbereich Maßnahmen einleiten zu können, damit
eine Verletzung bzw. ein Schaden vermieden wird.
-
Die
Variantenvielfalt der für
diese Aufgaben verwendeten optoelektronischen Schutzeinrichtungen
ist aufgrund der jeweiligen Einsatzbedingung sehr breit gefächert und
reicht von Einstrahllichtschranken über mehrstrahlige Lichtgitter
bis zu Scannern oder Kameralösungen.
Das Funktionsprinzip aller dieser optoelektronischen Schutzeinrichtungen besteht
darin, dass eine Strecke, eine Fläche oder ein Raum von Lichtstrahlen
durchdrungen wird und diese Lichtstrahlen danach von einem oder
mehreren lichtempfindlichen Empfängern
erfasst werden. Gelangt dabei ein Objekt in einen oder mehrere dieser Lichtstrahlen,
so werden diese beeinflusst, d. h. unterbrochen, abgelenkt, abgeschwächt oder
dergleichen. Diese Beeinflussung wird dann von dem bzw. den lichtempfindlichen
Empfängern
erkannt. In einer nachgeschalteten Auswerteeinheit werden die vom Lichtempfänger gelieferten
Signale verarbeitet, so dass die Schutzeinrichtungen eine entsprechende Zustandsmeldung
ausgeben können.
-
Aus
der
DE 199 38 639
A1 ist eine gattungsgemäße Schutzeinrichtung
bekannt. Mit dieser wird ein Gefahrenbereich einer Maschine abgesichert. Die
Schutzvorrichtung beinhaltet eine elektronische Kamera, mit der
nach dem Ausführungsbeispiel
der
13 ein Muster in Form eines reflektierenden Streifens
auf einer der zu überwachenden
Fläche
gegenüberliegenden
Seite aufgenommen wird. Das aufgenommene Bild des Musters wird mit
einem Referenzbild verglichen und eine Abweichung des aktuellen
Bildes vom Referenzbild als Störung
des Schutzfeldes gewertet und ein Signal ausgegeben. Gegebenenfalls
wird die Maschine aufgrund des Signals abgeschaltet.
-
Um
eine Schutzeinrichtung als Personenschutz an gefährlichen Maschinen, wie beispielsweise
Gesenkbiegepressen, Stanzwerkzeugen oder dergleichen, einsetzen
zu können,
müssen
entsprechend hohe Sicherheitsanforderungen der Kategorien 3 oder
4 der Europäischen
Norm EN 954-1 oder vergleichbarer Normen und Vorschriften erfüllt sein. Diese
Normen und Vorschriften schreiben beispielsweise eine gewisse Manipulationssicherheit
vor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
optoelektronische Schutzeinrichtung zu schaffen, die eine höhere Sicherheitsstufe
erfüllt
und insbesondere eine bessere Manipulationssicherheit bietet.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
-
Die
erfindungsgemäße optoelektronische Schutzeinrichtung
umfasst mindestens eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung
eines zu überwachenden
Bereiches und wenigstens eine Bildaufnahmekamera, die ein Abbild
von wenigstens einer des zu überwachenden
Bereiches begrenzenden Fläche auf
einem ortsauflösenden
Lichtempfänger
erzeugt und dabei in Abhängigkeit
vom Abbild auf dem Lichtempfänger
entsprechende Bildsignale einer Auswerteeinheit zuführt, die
ein Schaltsignal erzeugt, wenn sich nicht zulässige Objekte innerhalb des
zu überwachenden
Bereiches befinden, wobei die Fläche
ein längliches
Muster in Form eines die Begrenzung bildenden Streifens auf einem
Hintergrund aufweist, so dass sich das Muster über die gesamte Länge der von
der Kamera eingesehenen Fläche
erstreckt. Erfindungsgemäß ist der
Streifen aus bezüglich
einer quer zur Längsrichtung
verlaufenden Ebene unsymmetrischen Abschnitten ausgebildet.
-
Der
wesentliche Vorteil dieser Erfindung ist darin zu sehen, dass durch
die Unsymmetrie eine Sicherheit gegenüber Manipulationen mittels
eines Spiegels gegeben ist. In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es nicht
mehr möglich,
einen Spiegel in das Blickfeld der Kamera zu bringen, um damit einen
Teil des zu überwachenden
Bereiches dem Blickfeld der Kamera zu entziehen und gleichzeitig das
längliche
Muster im Spiegelbild fortzusetzen und somit die Kamera zu „täuschen". Durch die Unsymmetrie
besteht nämlich
ein Unterschied zwischen dem Originalbild und dem Spiegelbild, die
bei der Auswertung des Bildes erkannt wird und gegebenenfalls zur
Abschaltung der Maschine führt.
Durch diese Manipulationssicherheit kann eine höhere Sicherheitskategorie erreicht
werden.
-
Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht eines zu überwachenden
Bereiches mit einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Schutzeinrichtung;
-
2 eine
schematische Ansicht auf einen zu überwachenden Bereich mit einer
Bildaufnahmekamera;
-
3 eine
schematische Ansicht auf einen zu überwachenden Bereich mit einem
Spiegel zur Manipulation;
-
4 eine
schematische Ansicht auf den zu überwachenden
Bereich aus 3, aus dem Blickwinkel der Bildaufnahmekamera;
-
5 eine
schematische Ansicht auf einen zu überwachenden Bereich mit einem
Streifen bestehend aus unsymmetrischen Abschnitten;
-
6 eine
schematische Ansicht auf den zu überwachenden
Bereich aus 5, aus dem Blickwinkel der Bildaufnahmekamera.
-
In 1 ist
in einer Trennwand 1 ein zu überwachender Bereich 2 dargestellt,
welcher durch die Wand- bzw. Bodenflächen 3, 3', 3'' und 3''' begrenzt ist.
Hinter der Trennwand 1 bzw. dem zu überwachenden Bereich 2 befindet
sich zum Beispiel eine Werkzeugmaschine, die für Personen eine gefahrbringende
Schließbewegung
durchführt
oder ganz allgemein ein Gefahrenbereich, in dem zum Beispiel große Handlingroboter
maschinengesteuert bewegt werden. Zur Vermeidung von Verletzungen
an Personen oder von Betriebsstörungen
der Anlage ist es notwendig, den zu überwachenden Bereich 2 dahingehend
zu überwachen,
ob sich unerlaubte Objekte 4 innerhalb des zu überwachenden
Bereiches 2 befinden. Wenn sich, wie in 1 dargestellt,
ein Objekt 4 innerhalb des zu überwachenden Bereiches 2 befindet,
wird unverzüglich
zum Beispiel ein Warnsignal, eine Abschaltung der gefahrbringenden
Maschine oder dergleichen eingeleitet.
-
Zu
diesem Zweck ist nach 1 im linken oberen Eck des zu überwachenden
Bereiches 2 eine Bildaufnahmekamera 5 angebracht.
Die Bildaufnahmekamera 5 besitzt ein Gehäuse, mit
einem in der Zeichnungsebene dreieckigen Gehäusequerschnitt. Aufgrund dieser
Gehäuseform
kann die Bildaufnahmekamera 5 direkt im Eckbereich an den
Wandflächen 3, 3' angebracht
werden und ragt deshalb nur geringfügig in den zu überwachenden
Bereich 2 hinein. In der Hypotenusefläche des Gehäuses der Bildaufnahmekamera 5 sind
in 1 zwei Beleuchtungseinrichtungen 6, 6' zur Ausleuchtung
des zu überwachenden
Bereiches 2 dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtungen 6, 6' sind zum Beispiel
Halbleiterlichtquellen, die mit lichtformenden Mitteln ausgestattet sind.
Es ist jedoch genauso möglich,
dass mehrere Lichtquellen kreisförmig,
zeilenförmig
oder matrixförmig
im Gehäuse
der Bildaufnahmekamera 5 angeordnet sind. Die Beleuchtungseinrichtungen 6, 6' senden insgesamt
in einen Raumwinkel α ein
Lichtband aus. Da der Raumwinkel α größer als
90° ist, werden
nicht nur die Wand- und
Bodenflächen 3'' und 3''' angeleuchtet,
sondern auch noch teilweise die beiden angrenzenden Wandflächen 3,
und 3'.
-
Die
wesentlichen Komponenten der Bildaufnahmekamera 5 sind
ein Abbildungsobjektiv 8, welches im Zentrum der Hypotenusefläche des
Gehäuses
der Bildaufnahmekamera 5 angeordnet ist und ein ortsauflösender Lichtempfänger 9,
der in der Bildebene des Abbildungsobjektivs platziert ist. Der ortsauflösende Lichtempfänger 9 ist
beispielsweise in CMOS oder CCD Technologie aufgebaut und beinhaltet
eine Vielzahl von einzelnen Lichtempfangselementen, die matrixförmig oder
in Form einer oder mehrerer Zeilen angeordnet sind. Das Abbildungsobjektiv 8 erzeugt
mit einem Sichtwinkel β,
der größer als
90° ist,
auf dem Lichtempfänger 9 ein
Abbild von den Wandflächen 3, 3', 3'' und 3'''.
-
Beim
zeitversetzten Auslesen der einzelnen Lichtempfangselemente entsteht
ein Bildsignal, das darüber
Auskunft gibt, welche Lichtmenge aus welchem Sichtwinkel in die
Bildaufnahmekamera eintritt. Wird, wie in 1 gezeigt,
innerhalb eines Sichtwinkels durch ein Objekt 4 das Abbild
auf einem oder mehreren der Lichtempfangselemente verändert, so wird
sich dies auch im dazugehörenden
Bildsignal wiederspiegeln. Dieses Bildsignal der Bildaufnahmekamera 5 wird
mittels einer Datenleitung 10 einer Auswerteeinheit 11 zugeleitet
und darin ausgewertet. Auf diese Weise ist die optoelektronische
Schutzeinrichtung in der Lage, ein entsprechendes Schaltsignal zu
erzeugen, wenn sich nicht zulässige
Objekte innerhalb eines zu überwachenden
Bereiches befinden.
-
In
einer perspektivischen und schematisch vereinfachten Ansicht nach 2 ist
eine Bildaufnahmekamera 5 rechts oberhalb des zu überwachenden
Bereiches 2 angeordnet. Die Figur zeigt eine vereinfachte
Darstellung vergleichbar mit der Anordnung aus 1,
wobei hier die Berandung des zu überwachenden
Bereiches besser erkennbar ist. Diese Berandung ist mit einem Reflektorband 16 belegt.
Das Reflektorband 16 besteht dabei aus zwei stark reflektierenden
Zonen 18, welche dazwischen eine schwach reflektierende
Zone 17 aufweisen. Die einzelnen Zonen 17 und 18 erstrecken
sich dabei über
die gesamte Länge
des Reflektors 16 linienförmig. Das Reflektorband 16 erstreckt
sich über
die gesamte Länge
der Bildaufnahmekamera 5 gegenüberliegenden Seiten.
-
Das
in 2 dargestellte Reflektorband 16 hat aber
die Eigenschaft, dass es quer zu seiner Längsrichtung symmetrisch ausgebildet
ist. Damit ist eine Manipulation, wie sie in 3 schematisch
dargestellt ist, möglich.
Die schematische Darstellung in 3 zeigt
das Reflektorband 16, das in diesem Fall nur eine stark
reflektierende Zone 18 aufweist, und die Bildaufnahmekamera 5,
die das Reflektorband 16 sieht. Für die Bildaufnahmekamera 5 stellt
sich das Reflektorband 16 als eine gerade Linie, wie sie
in 4 gezeigt ist, dar. Wird nun ein Spiegel 20 zur Manipulation
der Schutzeinrichtung senkrecht zu dem Reflektorband 16 eingebracht,
wie in 3 dargestellt, so ergibt sich für das Kamerabild
(vgl. 4) keine Änderung.
Der vom Spiegel 20 abgeschattete Bereich 19 ist
von der Bildaufnahmekamera 5 nicht einsehbar. In diesem
abgedeckten Bereich 19 können eindringende Objekte nicht
mehr detektiert werden. Dadurch, dass das Muster des Reflektors 16 symmetrisch
ist, wird dieses Muster durch den Spiegel 20 symmetrisch
abgebildet. Dies ist in 4 schematisch dargestellt, wobei
hier eine Ansicht in Blickrichtung der Bildaufnahmekamera 5 auf
den Spiegel 20 dargestellt ist. Erfindungsgemäß soll nun eine
solche Manipulation mit einem Spiegel 20 verhindert werden
und sicher erkannt werden.
-
Wird
nun aber ein Reflektorband 16' eingesetzt, das aus bezüglich einer
quer zur Längsrichtung verlaufenden
Ebene unsymmetrischen Abschnitt gebildet ist, wie in 5 dargestellt,
kann diese Manipulation mit einem Spiegel 20 wirksam verhindert werden.
Denn dann stellen sich die unsymmetrischen Abschnitte im Spiegel 20 spiegelverkehrt
dar, was von der Kamera 5 bzw. der Auswerteeinheit 11 erkannt
wird. Die Manipulation kann deshalb erkannt werden, wie dies in 6 schematisch
dargestellt ist und ein entsprechendes Warnsignal abgegeben werden.
In 6 ist dabei schematisch das Sichtfeld der Bildaufnahmekamera 5 auf
den Reflektor 16 mit dem Spiegel 20 aus 5 dargestellt.
Die Muster ober- und unterhalb des Spiegels, nämlich die Sektoren 21 und 23,
sind die Sektoren des Reflektors 16, die direkt von der
Bildaufnahmekamera 5 eingesehen werden und „richtig" gesehen werden.
Die Muster in Sektor 22 werden von der Bildaufnahmekamera 5 nicht eingesehen.
Durch den Spiegel 20 wird jedoch Sektor 21 gespiegelt
und als Sektor 21' von
der Bildaufnahmekamera 5 gesehen. Dieser Sektor 21' wird allerdings
spiegelverkehrt dargestellt und ist dadurch unterscheidbar von dem
Sektor 22, der ohne Spiegel an dieser Stelle gesehen werden
sollte.
-
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die unsymmetrischen Muster als einzelne schwach und stark reflektierende
kombinierte trapezförmige
Zonen 17 und 18 ausgebildet. Diese Muster sind
nacheinander in einer Reihe angeordnet. Die Muster sind dabei gleich
ausgerichtet.
-
Die
spiegelnde Fläche
wird sicher durch die optoelektronische Schutzeinrichtung erkannt.
Ist der Spiegel 20 zur Manipulation nicht exakt ausgerichtet, so
wird die Abbildung des Musters zusätzlich verschoben und auch
sicher von der Bildaufnahmekamera 5 erkannt. Das Muster
kann hier eine Vielzahl von unterschiedlichen Formen aufweisen,
die jedoch eine Unsymmetrie aufweisen.
-
- 1
- Trennwand
- 2
- überwachter
Bereich
- 3,
3', 3'', 3'''
- Bodenflächen, Wandflächen, begrenzende
Fläche
- 4
- Objekt
- 5
- Bildaufnahmekamera
- 6,
6'
- Beleuchtungseinrichtungen
- 8
- Abbildungsobjektiv
- 9
- Lichtempfänger
- 10
- Datenleitung
- 11
- Auswerteeinheit
- 16
- Reflektorband,
Reflektor, Streifen
- 17
- schwach
reflektierende Zone
- 18
- stark
reflektierende Zone
- 19
- abgeschatteter
Bereich
- 20
- Spiegel
- 21,
21', 22, 23
- Sektoren
- α
- Raumwinkel
- β
- Sichtwinkel