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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Bestimmen der Nachlaufzeit einer Maschine mit einem bewegten Maschinenteil
und einer optoelektronischen, kamerabasierten Schutzeinrichtung,
die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Maschinenteils zu stoppen.
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Es
gibt zahlreiche Maschinen und Maschinenanlagen mit bewegten Maschinenteilen,
von denen aufgrund der Bewegung eine Gefahr für Personen in der Nähe der Maschine
ausgeht. Typische Beispiele sind Pressen, Werkzeugmaschinen, Roboter oder
Transport- und Förderanlagen.
Es ist bekannt, den gefährlichen
Arbeitsbereich solcher Maschinen mithilfe von optoelektronischen
Schutzeinrichtungen abzusichern. Häufig wird eine Lichtschranke
oder ein Lichtgitter vor dem gefährlichen Arbeitsbereich
angeordnet. Wenn Lichtstrahlen der Lichtschranke oder des Lichtgitters
unterbrochen werden, wird ein Stoppsignal erzeugt, mit dessen Hilfe
die gefährliche Bewegung
angehalten oder sogar die gesamte Maschine abgeschaltet wird. Neben
klassischen Lichtschranken und Lichtgittern werden seit einigen
Jahren auch optoelektronische Schutzeinrichtungen eingesetzt, bei
denen ein „virtuelles” Schutzfeld
vor dem gefährlichen
Arbeitsbereich durch eine geeignete Auswertung von Kamerabildern
erreicht wird. (Dabei wird im Folgenden und im Rahmen der vorliegenden Erfindung
der Einfachheit halber von Schutzfeld gesprochen, was sowohl eindimensionale
linienförmige Schutzbereiche,
zweidimensionale flächige
Schutzbereiche und dreidimensionale Schutzräume beinhaltet.) Eine sichere
Kamera, mit deren Hilfe der Eingangsbereich einer Aufzugstür überwacht
wird, ist bspw. in
EP
0 904 402 A1 offenbart.
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Unabhängig von
der Art der optoelektronischen Schutzeinrichtung muss das Schutzfeld
in einem hinreichend großen
Abstand von dem bewegten Maschinenteil angeordnet sein, so dass
eine Person oder ein anderes Objekt, das das Schutzfeld durchbricht,
das bewegte Maschinenteil nicht erreichen kann, bevor das Maschinenteil
tatsächlich
zum Stillstand gekommen ist. Da ein bewegtes Maschinenteil aufgrund
der Massenträgheit
und aufgrund von Signalverarbeitungszeiten und anderen Verzögerungszeiten
nicht zeitgleich mit dem Durchbrechen des Schutzfeldes zum Stillstand
gebracht werden kann, ist die Nachlaufzeit des Maschinenteils nach
Auslösen
eines Stoppbefehls ein wichtiger sicherheitsrelevanter Parameter
für eine
erfolgreiche Absicherung der Maschine. Die Nachlaufzeit kann sich
aufgrund von Alterung oder aufgrund unterschiedlicher Beladung oder
Bestückung
einer Maschine verändern. Reaktionszeiten
einer Maschinensteuerung können aufgrund
individueller Programmierung variieren. Aus diesem Grund ist es
erforderlich, die tatsächliche Nachlaufzeit
einer Maschine, d. h. die Zeitdifferenz zwischen dem Erzeugen eines
Stoppsignals und dem vollständigen
Stillstand der gefährlichen
Bewegung, zuverlässig
zu bestimmen.
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DE 200 06 578 U1 offenbart
ein System, das eine genaue Messung der Nachlaufzeit einer Maschine
mit einer optoelektronischen Schutzeinrichtung ermöglichen
soll. Die optoelektronische Schutzeinrichtung ist hier ein Lichtgitter
mit einer Vielzahl von Lichtstrahlen, das vor einer Presse angeordnet
ist. Das Lichtgitter erzeugt beim Unterbrechen der Lichtstrahlen
ein Stoppsignal, das an eine Steuereinheit der Presse übertragen
wird. An dem bewegten Maschinenteil, das ist in diesem Fall der
Pressenstempel, ist ein Reflektor angeordnet, der sich zusammen mit
dem Pressenstempel bewegt. Gegenüber
von dem Reflektor ist eine (weitere) optoelektronische Sensoreinheit
mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen Sensorelementen angeordnet.
Der Reflektor wird mit einem Lichtkegel beleuchtet. Dadurch kann die
Position des Reflektors mithilfe der Sensoreinheit erfasst werden.
Die Nachlaufzeit des Pressenstempels wird mithilfe eines Speicheroszillographen
bestimmt, der eine für
die Position des Reflektors repräsentierende
Kurve über
der Zeit erzeugt. Das Stoppsignal zum Anhalten des Pressenstempels
mit dem Reflektor kann auf unterschiedliche Weise erzeugt werden.
Vorgeschlagen ist, das Schutzfeld des Lichtgitters mithilfe eines
so genannten Eingriffselements zu unterbrechen, das über einen
Magneten von einer Auswerte- und Steuereinheit ansteuerbar ist.
Des Weiteren kann das Stoppsignal durch eine Lichtschranke erzeugt
werden, die beim Erfassen des Reflektors ein Signal an den Speicheroszillographen
abgibt und den Stillstand des Pressenstempels einleitet. Schließlich kann
ein Schaltrelais der Maschinensteuerung, mit dem die Presse abgeschaltet
wird, mithilfe eines magnetischen Sensors überwacht werden, um die Messung
der Nachlaufzeit zu starten.
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Ein
mechanisches Eingriffselement, mit dem man die Lichtstrahlen eines
Lichtgitters automatisch unterbrechen kann, um die Nachlaufzeit
eines Maschinenteils zu messen, ist in einem Produktprospekt der
Firma hhb GmbH, 82211 Herrsching, Deutschland beschrieben. Das als ”Auto-Hand” bezeichnete Eingriffselement
kann auch zum automatischen Betätigen
von Not-Aus-Tastern oder Fußschaltern
verwendet werden.
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DE 10 2006 058 707
A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen
der Nachlaufzeit und des Nachlaufweges einer Maschine, wobei der
Beginn der Messung durch Betätigen einer
Not-Stopp-Einrichtung eingeleitet wird.
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DE 10 2004 058 472
A1 offenbart eine optoelektronische Schutzeinrichtung für eine Presse
oder eine ähnliche
Maschine, wobei dem bewegten Pressenstempel zumindest zwei optische
Schranken mit unterschiedlichen Abständen vorauseilen. Die erste optische
Schranke löst
ein Stoppsignal aus, sobald sie unterbrochen wird. Mithilfe der
zweiten optischen Schranke, die näher zu dem bewegten Pressenstempel
angeordnet ist, kann dann geprüft
werden, ob der Nachlaufweg des bewegten Pressenstempels kleiner ist
als der relative Abstand der beiden optischen Schranken in Bewegungsrichtung.
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Prinzipiell
können
die bekannten Verfahren und Vorrichtungen auch zum Bestimmen der
Nachlaufzeit bei einer Maschine mit einer kamerabasierten Schutzeinrichtung
verwendet werden. Es besteht jedoch der Wunsch, die bekannten Verfahren
und Vorrichtungen zu vereinfachen. Vor diesem Hintergrund ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, um die Nachlaufzeit
bei einer Maschine mit einer kamerabasierten Schutzeinrichtung einfach
und exakt zu bestimmen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art gelöst,
wobei die Schutzeinrichtung eine Kamera mit einem Beobachtungsbereich aufweist,
in dem zumindest ein Schutzfeld mit einer Schutzfeldgrenze definiert
ist, und wobei die Schutzeinrichtung ein Stoppsignal erzeugt, wenn
ein Objekt in das Schutzfeld eindringt, mit einer Lichtquelle, die dazu
ausgebildet ist, einen definierten Lichtfleck zu erzeugen, der ein
Objekt innerhalb des Schutzfeldes vortäuscht, mit einem Trägerelement,
an dem die Lichtquelle befestigt ist, wobei das Trägerelement dazu
ausgebildet ist, die Lichtquelle im Bereich der Schutzfeldgrenze
zu positionieren, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit, die
zumindest einen ersten Signaleingang zum Aufnehmen eines Stillstandsignals
aufweist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit dazu ausgebildet
ist, die Lichtquelle zu einem definierten Startzeitpunkt einzuschalten
und eine Zeitspanne zwischen dem definierten Startzeitpunkt und
dem Empfang des Stillstandsignals zu bestimmen.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein
Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Schutzeinrichtung eine
Kamera mit einem Beobachtungsbereich aufweist, in dem zumindest
ein Schutzfeld mit einer Schutzfeldgrenze definiert ist, und wobei
die Schutzeinrichtung ein Stoppsignal erzeugt, wenn ein Objekt in
das Schutzfeld eindringt, mit den Schritten:
- – Bereitstellen
von zumindest einer Lichtquelle, die wahlweise ein- und ausgeschaltet
werden kann,
- – Bewegen
des Maschinenteils,
- – Erzeugen
eines Lichtflecks innerhalb des Schutzfeldes durch gezieltes Einschalten
der Lichtquelle, wobei der Lichtfleck dazu ausgebildet ist, ein
Objekt vorzutäuschen,
- – Detektieren
eines Stillstandszeitpunktes, an dem das Maschinenteil zum Stillstand
kommt, und
- – Bestimmen
einer Zeitspanne zwischen dem Einschalten der Lichtquelle und dem
Stillstandszeitpunkt.
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Die
neue Vorrichtung und das neue Verfahren basieren auf der Idee, ein
Objekt, dessen Eindringen in das Schutzfeld einer kamerabasierten
Schutzeinrichtung ein Stoppsignal erzeugt, mithilfe einer Lichtquelle
vorzutäuschen.
Dazu genügt
es, einen Lichtfleck innerhalb des Schutzfeldes zu erzeugen, der
hell und groß genug
ist, so dass er von der Kamera erkannt wird. In der Regel genügt es, wenn
der Lichtfleck den Intensitätswert
von einigen wenigen Pixeln der Kamera erkennbar verändert. In
bevorzugten, Ausführungsbeispielen
ist der Lichtfleck so groß, dass
er in etwa der minimalen räumlichen
Detektionsschwelle der Kamera entspricht. Wenn die Kamera beispielsweise
immer dann ein Stoppsignal auslöst,
sobald zumindest drei Pixel innerhalb des Schutzfeldes einen geänderten
Bildwert liefern, ist der Lichtfleck vorzugsweise so groß gewählt, dass
er die zumindest drei benötigten
Pixel verändert,
jedoch nicht auf wesentlich mehr Pixel. Beispielsweise ist der Lichtfleck
in so einem Fall so groß gewählt, dass er
etwa vier bis zehn Pixel verändert.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung nutzen die optischen Eigenschaften
der Schutzeinrichtung, um ein Triggersignal für die Messung der Nachlaufzeit
zu erzeugen. Dies ermöglicht
einerseits eine sehr realistische Bestimmung der Nachlaufzeit, da
die Nachlaufzeit ja gerade im Hinblick auf einen durch die Schutzeinrichtung
ausgelösten
Notstopp von Bedeutung ist. Andererseits kann die Vorrichtung sehr einfach
und weitgehend unabhängig
von den individuellen Eigenschaften der Maschine realisiert werden.
Das Verfahren kann daher sehr einfach und universell bei vielen
verschiedenen Maschinen angewendet werden.
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Darüber hinaus
ermöglichen
das neue Verfahren und die neue Vorrichtung eine sehr exakte Bestimmung
des Startzeitpunktes für
die Messung der Nachlaufzeit, da eine Lichtquelle praktisch ohne
nennenswerte zeitliche Verzögerung
eingeschaltet werden kann. Mit anderen Worten repräsentiert
das elektrische Signal, mit dem die Lichtquelle eingeschaltet wird,
den tatsächlichen
Startzeitpunkt für
die Bestimmung der Nachlaufzeit mit einer sehr hohen Genauigkeit.
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Darüber hinaus
kann die neue Vorrichtung sehr kompakt, kostengünstig und verschließarm realisiert
werden. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Lichtfleck
genau an der Schutzfeldgrenze erzeugt. Vorzugsweise wir ein Livebild
des Beobachtungsbereichs der Kamera, in das die Schutzfeldgrenze
eingeblendet ist, zum Positionieren der Lichtquelle verwendet. Dementsprechend
ist das Trägerelement
der Vorrichtung dazu ausgebildet, die Lichtquelle genau an der Schutzfeldgrenze
zu positionieren, und es ist bevorzugt, wenn die Vorrichtung eine
Anzeige zum Anzeigen eines Livebildes des Beobachtungsbereichs mit
eingeblendeter Schutzfeldgrenze aufweist. In besonders bevorzugten
Ausgestaltungen wird die Lichtquelle so positioniert, dass sie gerade
in das Schutzfeld hineinragt, während
das Trägerelement
außerhalb
des Schutzfeldes angeordnet ist. So kann auf einfache Weise und
zunächst
unsichtbare Verletzung der Schutzfeldgrenze vorbereitet werden,
die die kamerabasierte Schutzvorrichtung erst erkennt, wenn die
Lichtquelle eingeschaltet und somit der Lichtfleck sichtbar ist.
Grundsätzlich
ist es jedoch auch denkbar, die Lichtquelle außerhalb des Schutzfeldes zu
positionieren und lediglich den Lichtfleck an der Schutzfeldgrenze
zu erzeugen.
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Die
Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass eine Verletzung der Schutzfeldgrenze
den Startzeitpunkt für
die Bestimmung der Nachlaufzeit bildet, so dass die Funktion der
Schutzeinrichtung sehr realistisch nachgebildet wird. Darüber hinaus
ermöglicht diese
Ausgestaltung eine sehr universelle und flexible Verwendung der
neuen Vorrichtung unabhängig von
der realen Umgebung der Maschine.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Lichtquelle eine Punktlichtquelle,
insbesondere eine Licht emittierende Diode (LED).
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Je
kleiner die Lichtquelle ist, desto weiter kann sie an oder in das
Schutzfeld hineingebracht werden, ohne dass im ausgeschalteten Zustand
bereits eine Schutzfeldverletzung erkannt wird. Mit anderen Worten
ist eine Punktlichtquelle von Vorteil, um die Lichtquelle innerhalb
des Schutzfeldes und genau an der Schutzfeldgrenze zu positionieren.
Mithilfe einer Punktlichtquelle kann die Bestimmung der Nachlaufzeit
daher noch einfacher exakter durchgeführt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Lichtquelle weitgehend freistehend
an dem Trägerelement
angeordnet.
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In
dieser Ausgestaltung ragt die Lichtquelle an dem Trägerelement „pfeilartig” hervor.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lichtquelle ohne Fassung oder
dergleichen an dem Trägerelement
angeordnet und lediglich über
starre Kontaktstifte an dem Trägerelement
befestigt ist. Besonders vorteilhaft ist die Lichtquelle eine bedrah tete
LED oder eine LED in SMD(Surface Mounted Device)-Technik, die lediglich über starre
Kontaktbahnen oder Anschlussleitungen an dem Trägerelement befestigt ist.
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Auch
diese Ausgestaltung trägt
vorteilhaft dazu bei, dass die Lichtquelle sehr dicht an der Schutzfeldgrenze
oder sogar jenseits der Schutzfeldgrenze und damit innerhalb des
Schutzfeldes positioniert werden kann. Daher sind auch diese Ausgestaltungen
vorteilhaft, um die Nachlaufzeit möglichst einfach und exakt und
weitgehend universell an verschiedenen Arten von Maschinen bestimmen
zu können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Lichtquelle einen zumindest
weitgehend transparenten Gehäusekörper auf.
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Auch
diese Ausgestaltung trägt
vorteilhaft dazu bei, die Lichtquelle sehr dicht an oder sogar in dem
Schutzfeld zu positionieren, bevor die Bestimmung der Nachlaufzeit
gestartet wird. Infolgedessen ermöglicht auch diese Ausgestaltung
eine sehr einfache, exakte und universelle Bestimmung der Nachlaufzeit.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Trägerelement einen teleskopartigen
Ständer
auf.
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Diese
Ausgestaltung erhöht
die Flexibilität der
neuen Vorrichtung, da die Lichtquelle unabhängig von der Umgebung des bewegten
Maschinenteils sehr einfach in unterschiedlichen Höhen positioniert werden
kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist das Trägerelement ein verstellbares
Kopfteil auf, an dem die Lichtquelle angeordnet ist. In besonders
bevorzugten Ausführungsbeispielen
ist das Kopfteil ein dreh- und/oder schwenkbarer Arm oder eine dreh- und/oder schwenkbare
Platte, an dem/der die Lichtquelle befestigt ist.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
eine besonders einfache und flexible Positionierung der Lichtquelle
an oder im Bereich der Schutzfeldgrenze, was aus den oben erläuter ten
Gründen
für eine
flexible und exakte Bestimmung der Nachlaufzeit von Vorteil ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Auswerte- und Steuereinheit
einen zweiten Signaleingang zum Aufnehmen eines externen Triggersignals
zum Einschalten der Lichtquelle auf.
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Alternativ
oder ergänzend
hierzu besitzt die Auswerte- und Steuereinheit einen internen Signalgenerator
zum Erzeugen eines Triggersignals zum Einschalten der Lichtquelle.
In beiden Fällen
repräsentiert
das Triggersignal, mit dem die Lichtquelle eingeschaltet wird, den
definierten Startzeitpunkt, ab dem das Messintervall zum Bestimmen
der Nachlaufzeit beginnt. Beendet wird das Messintervall mit dem Stillstandssignal
am ersten Signaleingang der Auswerte- und Steuereinheit. In bevorzugten
Ausführungsbeispielen
stammen sowohl das Triggersignal zum Einschalten der Lichtquelle
als auch das Stillstandssignal zum Beenden des Messintervalls von einer
Steuerung der Maschine. Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel besitzt den
Vorteil, dass die Nachlaufzeit in Abhängigkeit von realen Positionen des
bewegten Maschinenteils und zudem automatisch oder zumindest automatisiert
bestimmt werden kann. Die so bestimmte Nachlaufzeit ist ein sehr
zuverlässiger
und repräsentativer
Parameter für
die jeweilige Maschine. Das Zuführen
eines externen Triggersignals zum Einschalten der Lichtquelle ermöglicht es
insbesondere, die Nachlaufzeit in Abhängigkeit von einer exakt definierten
Position oder Geschwindigkeit des bewegten Maschinenteils zu bestimmen.
Von Vorteil ist es bspw., den Beginn des Messintervalls an eine
Maschinenposition zu legen, bei der das bewegte Maschinenteil seine
maximale Arbeitsgeschwindigkeit besitzt und/oder die geringste Entfernung
zu der Schutzfeldgrenze einnimmt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine
besonders komfortable und exakte Bestimmung der Nachlaufzeit.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Vorrichtung einen Taster
zum manuellen Einschalten der Lichtquelle. Dementsprechend wird
die Lichtquelle in einer Ausgestaltung des Verfahrens manuell eingeschaltet.
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Diese
Ausgestaltungen ermöglichen
eine sehr einfache und flexible Bestimmung der Nachlaufzeit, insbesondere
wenn kein geeignetes Triggersignal von einer Maschinensteuerung
zur Verfügung steht.
Darüber
hinaus besitzt diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Vorrichtung
sehr einfach als Testgerät
zum Überprüfen der
Funktionssicherheit der optoelektronischen Schutzeinrichtung eingesetzt werden
kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
vereinfachte Darstellung einer Anordnung mit einer Maschine mit
einem bewegten Maschinenteil, eine optoelektronische Schutzeinrichtung,
die eine Kamera aufweist, und einer Vorrichtung zum Bestimmen der
Nachlaufzeit der Maschine, und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung.
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In 1 ist
eine Anlage, in der ein Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung zum Einsatz kommt, in ihrer Gesamtheit mit
der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Anlage 10 beinhaltet
hier einen Roboter 12 mit einem bewegten Roboterarm 14.
Der Roboter 12 kann bspw. ein Montageroboter sein, wie er
bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen, Kraftfahrzeugteilen oder
anderen industriell hergestellten Gegenständen zum Einsatz kommt. Mit
der Bezugsziffer 16 ist eine Anlagensteuerung bezeichnet,
typischerweise in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung
(SPS). Der Roboter 12 ist mit der Anlagensteuerung 16 verbunden
und wird durch die Anlagensteuerung 16 gesteuert.
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Mit
der Bezugsziffer 18 ist ein PC mit einem Monitor 20 bezeichnet.
Der PC 18 dient in diesem Ausführungsbeispiel dazu, eine kamerabasierte,
optoelektronische Schutzeinrichtung 21 zum Absichern des
Roboters 12 zu konfigurieren. Die Schutzeinrichtung 21 beinhaltet
eine Kamera 22 mit einem Beobachtungsbereich 24,
in dem ein Schutzfeld 26 mit einer Schutzfeldgrenze 28 definiert
ist. Die Kamera 22 ist dazu ausgebildet, Bilder des Beobachtungsbereichs 24 aufzunehmen.
Der Roboter 12 und das Schutzfeld 26 liegen innerhalb
des Beobachtungsbereichs 24. Der Monitor ist in der Lage,
ein Livebild der Kamera 22 anzuzeigen, in dem das definierte Schutzfeld 26 und/oder
die Schutzfeldgrenze 28 eingeblendet sind.
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Mit
der Kamera
22 ist eine Sicherheitssteuerung (hier nicht
gesondert dargestellt) verbunden, in der die Bilder des Beobachtungsbereichs
ausgewertet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert die
Kamera
22 nicht nur zweidimensionale Bilddaten, sondern
zusätzlich
auch Entfernungsinformationen zu einzelnen Objekten und Konturen
innerhalb des Beobachtungsbereichs
24. Ein Ausführungsbeispiel
einer solcher Kamera ist bspw. in
DE 10 2005 063 217 A1 oder
in
DE 10 2005
056 265 A1 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen
ist. Die neue Vorrichtung und das neue Verfahren sind jedoch nicht
auf kamerabasierte Schutzeinrichtungen beschränkt, die Entfernungsinformationen
liefern und verarbeiten. Sie können
gleichermaßen
bei kamerabasierten Schutzeinrichtungen eingesetzt werden, die lediglich
ein zweidimensionales Bild eines Beobachtungsbereichs liefern. Ein
Beispiel für
eine solche kamerabasierte Schutzeinrichtung ist in
DE 199 38 639 A1 offenbart.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ermöglicht
die kamerabasierte Schutzeinrichtung
21, weitgehend beliebige
Schutzfelder
26 innerhalb des Beobachtungsbereichs
24 zu
definieren. Ein bevorzugtes Beispiel zum Einrichten solcher Schutzfelder bei
einer kamerabasierten Schutzeinrichtung, die Entfernungsinformationen
liefert, ist in der bereits erwähnten
DE 10 2005 063 217
A1 offenbart, auf die hier ebenfalls Bezug genommen ist.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Schutzfeld
26 mit der Schutzfeldgrenze
28 so
definiert, dass es einen virtuelle Zaun vor dem Arbeitsbereich
30 des
Roboters
12 bildet. Sobald ein Objekt, wie etwa eine Person
32,
die Schutzfeldgrenze
28 durchbricht und sich somit dem
Arbeitsbereich
30 nähert, wird
dies mithilfe der kamerabasierten Schutzeinrichtung
21 erkannt.
Typischerweise erzeugt die Schutzeinrichtung
21 in einem
solchen Fall ein Stoppsignal
34, das an die Anlagensteuerung
16 und/oder
an hier nicht dargestellte Schütze übertragen
wird, um den Roboter
12 anzuhalten und/oder vollständig abzuschalten. Die
geeignete Definition der Schutzfeldgrenzen
28, die zuverlässige Erkennung
jeder Schutzfeldverletzung und das rechtzeitige Anhalten oder Abschalten des
Roboters
12 sind sicherheitsrelevante Vorgänge, die
unter Beachtung der einschlägigen
Sicherheitsnormen erfolgen müssen,
um eine Gefährdung
der Person
32 durch eine Fehlfunktion möglichst zuverlässig auszuschließen. Daher
ist die optoelektronische Schutzeinrichtung
21 in den bevorzugten
Ausführungsbeispielen
unter Berücksichtigung
der Normen EN 954-1, EN ISO 13949-1 und/oder EN IEC 62061 realisiert
und sie erfüllt
zumindest die Anforderungen der Kategorie
3 gemäß EN 954-1
oder vergleichbare Anforderungen, wie SIL
2 gemäß EN IEC 62061.
Grundsätzlich
können
die neue Vorrichtung und das neue Verfahren jedoch auch bei anderen
optoelektronischen Schutzeinrichtungen einschließlich solchen für Security-Anwendungen
eingesetzt werden.
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Mit
der Bezugsziffer 40 ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung
bezeichnet. Die Vorrichtung 40 besitzt eine Lichtquelle 42 (2),
mit der wahlweise ein Lichtfleck 44 erzeugt werden kann. In
den bevorzugten Ausführungsbeispielen
wird die Lichtquelle 42 im Bereich der Schutzfeldgrenze 28 positioniert,
so dass der Lichtfleck 44 genau an oder auf der Schutzfeldgrenze 28 erzeugt
wird. Der Lichtfleck 44 täuscht ein Objekt vor, das die
Schutzfeldgrenze 28 verletzt und in das Schutzfeld 26 eindringt. Dieses
virtuelle Objekt wird von der Kamera 22 aufgenommen und
von der Schutzeinrichtung 21 als eindringendes Objekt detektiert.
Infolgedessen erzeugt die Schutzeinrichtung 21 beim Einschalten
der Lichtquelle 42 das Stoppsignal 34, was in
den Ausführungsbeispielen
des neuen Verfahrens dazu verwendet wird, um die Nachlaufzeit des
Roboters 12 bis zum Stillstand zu bestimmen.
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Für die weitere
Beschreibung wird ergänzend
auch auf die 2 Bezug genommen, in der gleiche
Bezugszeichen dieselben Elemente bezeichnen wie zuvor.
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In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Lichtquelle 42 eine bedrahtete LED mit einem transparenten
Gehäusekörper 46.
Wenn der Abstand zwischen der Lichtquelle 42 und der Kamera 22 so
groß ist,
dass die Kamera 22 die ausgeschaltete Lichtquelle 42 nicht
erkennen kann, kann der Gehäusekörper 46 auch
eine Färbung
aufweisen. Vorteilhaft ist es, wenn der Gehäusekörper eine Färbung besitzt, die in etwa
der vorherschenden Hintergrundfarbe entspricht. Anstelle einer bedrahteten
LED kann in anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen eine LED in
SMD-Technik verwendet sein, die möglichst ohne Fassung allein
Mithilfe von zwei starren Anschlussdrähten gehalten ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Anschlussdrähte
der Lichtquelle 42 integraler Bestandteil der bedrahteten LED.
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In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die LED 42 mit den Anschlussleitungen 48 ohne
eine Fassung oder dergleichen an einem Kopfteil 50 befestigt.
Das Kopfteil 50 sitzt hier auf einem Kugelgelenk 52 und
ist dementsprechend um zwei zueinander senkrechte Horizontalachsen
(in 2 ist nur eine Horizontalachse bei der Bezugsziffer 56 angedeutet)
schwenkbar. Das Kopfteil 50 ist über das Kugelgelenk 52 auf
einem teleskopartigen Ständer 58 in
Form eines Stativs angeordnet. Infolgedessen ist die Lichtquelle 42 parallel
zur Längsachse 60 des Ständers 58 in
der Höhe
verstellbar und zudem um die Längsachse 60 drehbar.
In einem anderen Ausführungsbeispiel,
das nur schematisch in 1 dargestellt ist, ist die Lichtquelle 42 an
einem Schwenkarm anstelle der Platte 50 angeordnet.
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Mit
der Bezugsziffer 62 ist in 2 ein Handtaster
bezeichnet, mit dessen Hilfe die Lichtquelle 42 manuell
ein- und ausgeschaltet werden kann. In bevorzugten Ausführungsbeispielen
wird das Triggersignal zum Einschalten der Lichtquelle 42 jedoch
von der Anlagensteuerung 16 oder von einer anderen geeigneten
externen Signalquelle erzeugt.
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Aus
diesem Grund besitzt die Vorrichtung 40 eine Auswerte-
und Steuereinheit 64, die anstelle oder in Ergänzung zu
dem Taster 62 mit der Lichtquelle 42 verbunden
ist. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen
besitzt die Auswerte- und Steuereinheit 64 zumindest zwei
Signaleingänge 66, 68.
Der Signaleingang 66 dient zum Zuführen eines Stillstandssignals
(oder eines anderen Signals), das das Ende des Messintervalls zum
Bestimmen der Nachlaufzeit Δt
repräsentiert.
Der zweite Signaleingang 68 dient in den bevorzugten Ausführungsbeispielen
zum Zuführen
des externen Triggersignals. In dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
erzeugt die Anlagensteuerung 16 sowohl das Stillstandssignal für den Signaleingang 66 als
auch das Triggersignal für
den Signaleingang 68. Beide Signale besitzen in den bevorzugten
Ausführungsbeispielen
jeweils eine Signalflanke 70, die mit einer Logikschaltung und/oder
einem Oszilloskop einfach detektiert werden kann, um die Länge Δt des Messintervalls
zu bestimmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Triggersignal
eine Pulsfolge mit mehreren Signalflanken 70. Die Nachlaufzeit
wird mehrfach gemessen, beispielsweise 10 mal, und es wird
eine mittlere Nachlaufzeit als Mittelwert der Einzelmessungen bestimmt,
um Streuungen bei Signallaufzeiten auszugleichen.
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In
bevorzugten Ausführungsbeispielen
besitzt die Auswerte- und Steuereinheit 64 eine Anzeige 72,
und sie ist dazu ausgebildet, das Messintervall zwischen den beiden
Signalflanken 70 an den Signaleingängen 66, 68 automatisch
zu bestimmen und auf der Anzeige 72 anzuzeigen. Darüber hinaus
besitzt die Auswerte- und Steuereinheit 64 in den bevorzugten
Ausführungsbeispielen
einen internen Signalgenerator (hier nicht dargestellt), um das
Triggersignal zum Einschalten der Lichtquelle 42 unabhängig von einem
externen Triggersignal zu erzeugen.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit 64 kann einen Schalter oder
ein anderes Stellelement (hier nicht dargestellt) besitzen, um wahlweise
zwischen externer und interner Erzeugung des Triggersignals zum
Einschalten der Lichtquelle zu wählen.