-
Die
Erfindung betrifft ein Sicherheitslichtgitter zur Überwachung
eines Schutzfeldes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Derartige
Lichtgitter für die Sicherheitstechnik dienen beispielsweise
zur Absicherung von gefahrbringenden Maschinen, wie Gesenkbiegepressen,
Stanzmaschinen, Schneidwerkzeugen, Schweißrobotern und
dergleichen. Das Sicherheitslichtgitter schützt dabei vor
unzulässigem Eindringen in Gefahrenbereiche, indem das
durch das Lichtgitter aufgespannte Schutzfeld auf Verletzung durch
ein Objekt überwacht wird. Wird das Schutzfeld verletzt, gibt
das Sicherheitslichtgitter ein entsprechendes Sicherheitssignal
aus, das z. B. ein Abschaltsignal für die gefahrbringende
Maschine sein kann. Derartige Lichtgitter als Sicherheitssensoren
müssen zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen
erfüllen, beispielsweise die Gerätenorm EN61496 für
berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS) und in
der Applikation die Norm EN13849 für Maschinensicherheit.
-
Solche
Lichtgitter haben neben der Schutzfunktion zumeist gar keine oder
nur wenige weitere Funktionalitäten. Das bedeutet, dass
in der Regel jede Strahlunterbrechung eine Abschaltung hervorruft,
was nicht immer wünschenswert ist.
-
Um
hier eine Abhilfe zu schaffen, wurde in der
DE 10 2006 053 002 A1 vorgeschlagen,
dass das Lichtgitter ein zusätzliches Sensorelement aufweist, das
Zusatzinformationen über das Objekt, das eine Lichtstrahlunterbrechung
bewirkt, bereitstellt, so dass bei Strahlunterbrechung entschieden
werden kann, ob tatsächlich eine Abschaltung erfolgen muss. Nachteilig
hieran ist, dass das Lichtgitter ein weiteres Sensorelement aufweisen
muss. Das weitere Sensorelement kann als Kamera, Ultraschallsensor
oder dergleichen ausgebildet sein und beruht somit auf anderen Technologien
als das Lichtgitter. Das bedeutet einen erheblich größeren
Aufwand zur Auswertung aller vorliegenden Signale, was nicht nur
kostenaufwändig ist, sondern auch die Ansprechzeit erhöht.
-
Für
den Fall, dass besonders kleine Gegenstände nicht detektiert
werden sollen, ist in der
DE
44 24 537 A1 eine Betriebsart ”reduzierte Auflösung” vorgeschlagen,
bei der erst dann eine Abschaltung erfolgt, wenn eine ausreichende
Anzahl von Lichtstrahlen durch das Objekt unterbrochen wird.
-
Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtgitter
der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das in einfacher und kostengünstiger
Weise funktional erweitert ist und ein entsprechendes Verfahren
zum Betreiben eines Lichtgitters bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird vorrichtungsgemäß gelöst
durch ein Lichtgitter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Das
erfindungsgemäße Sicherheitslichtgitter zur Überwachung
eines Schutzfeldes umfasst eine erste optische Einheit mit einer
Reihe nebeneinander angeordneter Lichtsender und/oder Lichtempfänger und
eine zweite optische Einheit mit den Lichtsendern und/oder Lichtempfängern
der ersten Einheit entsprechenden ebenfalls nebeneinander angeordneten
Lichtempfängern bzw. Lichtsendern, so dass eine Vielzahl
zueinander paralleler und das Schutzfeld bildender Lichtschranken
gebildet sind. Mit wenigstens einer Auswerteeinheit werden die Signale der
Lichtempfänger ausgewertet, so dass bei Unterbrechung mehrerer
Lichtschranken durch ein unzulässiges Objekt ein Sicherheitssignal
ableitbar ist. In der Auswerteeinheit ist ein Grenzwert definiert,
der dazu dient, zu entscheiden, ob ein Warnsignal oder ein Sicherheitssignal
ausgegeben wird. Wenn die Anzahl unterbrochener, benachbarter Lichtschranken den
Grenzwert nicht überschreitet, ist ein Warnsignal ausgebbar,
wenn der Grenzwert überschritten wird, ist das Sicherheitssignal
ausgebbar.
-
Dies
führt insbesondere in der Applikation des optischen Lichtgitters
im Bereich des Personenschutzes zu erheblichen Rationalisierungseffekten, da
die zu überwachende Maschine oder Anlage nur dann abgeschaltet
wird, wenn dies notwendig ist. Durch Vermeidung unnötiger
Abschaltungen, die beispielsweise unbeabsichtigt hervorgerufen werden durch
herausragende Ladung bei einem Transport oder Unterbrechen des Schutzfeldes
durch kleinere Körperteile, wie den Fingern, kann die Produktivität der
Maschine oder Anlage erheblich gesteigert werden. Fehlabschaltungen
werden somit reduziert und nicht jede Unterbrechung eines Lichtstrahls
führt zur Sicherheitsabschaltung, sondern nur wirklich
sicherheitskritische Eingriffe in das Schutzfeld. Es ist möglich,
eine Unterbrechung einzelner Lichtstrahlen oder Gruppen von Lichtstrahlen
zuzulassen, also weniger unterbrochene Lichtstrahlen als der Grenzwert
angibt, ohne das Abschaltsignal zu erzeugen. Dies führt insgesamt
zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit und weniger
Manipulationsversuchen.
-
Mit
besonderem Vorteil wird bei einer Lichtstrahlunterbrechung, die
nicht schon das Sicherheitssignal auslöst, also bei der
die Anzahl unterbrochener Lichtstrahlen noch unterhalb des Grenzwertes liegt,
ein Warnsignal erzeugt. Dieses Warnsignal kann ein optisches oder
akustisches Signal sein, so dass eine Bedienperson gewarnt ist und
eine mögliche Gefahr bringende Bewegung abbrechen und so eine
Abschaltung der Maschine vermeiden kann. Das Warnsignal könnte
z. B. auch zur automatischen Reduktion der Geschwindigkeit einer
gefährlichen Bewegung verwendet werden. Insgesamt ergibt
sich dadurch der Vorteil, dass sich der Sicherheitsabstand, also
der Abstand des Lichtgitters von der Gefahr bringenden Maschine,
verkürzen lässt, da sich die Stoppzeit der Maschine
bei langsameren Bewegungen in der Regel verkürzt.
-
Mit
besonderem Vorteil sind dabei keine weiteren Sensorelemente notwendig,
sondern diese zusätzliche Funktionalität wird
durch das erfindungsgemäße Lichtgitter selbst
erfüllt. Dies eröffnet den weiteren Vorteil, dass
Lichtgitter nachgerüstet werden können und in
diese die erfindungsgemäße Funktionalität
implementiert werden kann, wenn das Lichtgitter in der Applikation,
in der es eingesetzt wird, eine ausreichende Auflösung
hat, also für eine Erkennung eines unzulässigen
Objekts mehrere Lichtstrahlen unterbrochen werden müssen.
-
Vorteilhafterweise
ist der Grenzwert in einem Speicher abspeicherbar und gegebenenfalls
auch wieder überschreibbar, so dass das Lichtgitter für verschiedene
Applikationen, in denen unterschiedliche Grenzwerte sinnvoll sind,
einsetzbar ist.
-
Der
Grenzwert könnte dabei als Parameter in die Auswerteeinheit
eingebbar sein, so dass er bei Inbetriebnahme des Lichtgitters mit
eingegeben wird.
-
Vorteilhafterweise
ist eine optische und/oder akustische Anzeige des Warnsignals vorgesehen,
so dass optisch oder akustisch erkennbar ist, ob und gegebenenfalls
was für ein Warnsignal das Lichtgitter abgibt. Auf diese
Weise kann eine drohende Gefahr von einer Bedienperson erkannt werden
und eine Abschaltung der abgesicherten Maschine vermieden werden.
-
In
Weiterbildung der Erfindung sind weitere Grenzwerte definiert, so
dass unterschiedliche Warnsignale entsprechend den Grenzwerten ausgebbar sind.
Auf diese Weise können einer Bedienperson unterschiedliche
Gefahrenstufen angezeigt werden.
-
In
gleicher Weise wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben
eines Sicherheitslichtgitters gelöst, das folgende Schritte
umfasst:
- – Aussenden von Lichtstrahlen
von Lichtsendern einer ersten optischen Einheit
- – Empfangen der Lichtstrahlen mit Lichtempfängern
einer zweiten optischen Einheit, so dass eine Vielzahl zueinander
paralleler und ein Schutzfeld bildender Lichtschranken gebildet
sind,
- – Auswerten der Signale der Lichtempfänger
und
- – Erzeugen eines Sicherheitssignals bei Unterbrechung
mehrerer Lichtschranken durch ein Objekt,
- – Definieren eines Grenzwerts und
- – Ausgeben eines Warnsignals bei Unterbrechung von
benachbarten Lichtschranken, wenn die Anzahl benachbarter Lichtschranken
den Grenzwert nicht überschreitet und
- – Ausgeben des Sicherheitssignals, wenn der Grenzwert überschritten
wird.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Lichtgitters;
-
2a–c
schematische Darstellungen unterschiedlicher Eingriffe in das Schutzfeld.
-
Ein
in 1 dargestelltes erfindungsgemäßes
Sicherheitslichtgitter 10 zur Überwachung eines Schutzfeldes 12 weist
eine erste optische Einheit 14 auf, die eine Reihe nebeneinander
angeordneter Lichtsender 16 enthält. Die Lichtsender 16 werden von
einer Steuereinheit 18 angesteuert. Die Lichtsender 16 senden
Lichtstrahlen 20 aus, die von zugeordneten Lichtempfängern 22 einer
zweiten optischen Einheit 24 empfangen werden. Jeweils
ein Lichtsender 16 und ein zugeordneter Lichtempfänger 22 bilden
eine Lichtschranke, so dass insgesamt eine Vielzahl paralleler Lichtschranken
gebildet sind, die das Schutzfeld 12 aufspannen. Die Lichtempfänger 22 liefern
entsprechend des jeweils empfangenen Lichts Empfangssignale, die
von einer Auswerteeinheit 26 ausgewertet werden. In Abhängigkeit
der Empfangssignale wird entsprechend der Unterbrechung der Lichtstrahlen 20 ein
Sicherheitssignal an einem Ausgang 28 zur Verfügung
gestellt. Das Sicherheitssignal kann beispielsweise ein Abschaltsignal
für eine gefährliche Maschine sein.
-
Des
Weiteren ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an
der zweiten optischen Einheit 24 ein Warnsender 30 angeordnet,
der beispielsweise als Warnleuchte ausgebildet sein kann. Die Warnleuchte
kann in verschiedenen Farben ein Signal abgeben, beispielsweise
Grün, Gelb und Rot. Alternativ ist es auch denkbar, dass
der Warnsender 30 akustische Warnsignale abgeben kann.
In einer weiteren Alternative oder zusätzlichen Einrichtung
könnten Warnsignale auch in elektronischer Form über
entsprechende Warnausgänge 32 ausgegeben werden.
-
Erfindungswesentlich
ist die Ausgabe des Warnsignals und nach welchen Kriterien das Warnsignal
erzeugt wird. Dies wird im Folgenden anhand der 2a bis 2c erläutert.
In den Figuren ist stark schematisch eine Situation dargestellt,
in der Eingriffe in das Schutzfeld 12 erfolgen und dabei Lichtstrahlen 20 unterbrochen
werden. Die Unterbrechung erfolgt hier mit einem Gegenstand, der
unterschiedliche Dicken aufweist, so dass abhängig von der
Eindringtiefe unterschiedliche Anzahlen von Lichtstrahlen 20 unterbrochen
werden. Bei dem Objekt kann es sich beispielsweise um einen Arm 40 mit einer
Hand 42 und Fingern 44 handeln.
-
Tauchen
lediglich die Finger 44 in das Schutzfeld 12 ein
(2a), wird nur einer der Lichtstrahlen 20 abgedeckt.
Wenn die Hand 42 eintaucht (2b), werden
mindestens zwei Lichtstrahlen 20 abgedeckt und wenn der
Arm 40 eintaucht (2c), werden
mindestens drei Lichtstrahlen 20 abgedeckt. Wenn sich also
der Gefahrenbereich 46 einer Maschine rechts von dem Schutzfeld 12 befindet,
ergeben sich unterschiedliche Gefahrensituationen aufgrund der unterschiedlichen
Eintauchtiefen, die das Lichtgitter 10 aufgrund der Anzahl
der abgedeckten Lichtstrahlen erkennen kann. Erfindungsgemäß ist jetzt
ein Grenzwert definiert, der in einem Speicher 34 der Auswerteeinheit 26 abgespeichert
ist und/oder als Parameter bei Initialisierung des Lichtgitters 10 eingegeben
wird. Der Grenzwert gibt an, wie viele Lichtstrahlen abgedeckt sein
müssen, damit ein Sicherheitssignal zum Abschalten der
Maschine ausgegeben wird. Der Grenzwert kann beispielsweise „2,5” betragen,
was bedeutet, wenn zwei Lichtstrahlen abgedeckt sind, das Warnsignal
ausgegeben wird und wenn drei Lichtstrahlen abgedeckt sind, das
Sicherheitssignal ausgegeben wird, da die Bedienperson zu stark
in den Gefahrenbereich eingedrungen ist und die Maschine abgeschaltet
werden muss.
-
Somit
könnte beispielsweise trotz Eindringen der Finger ein grünes
Signal ausgegeben werden, bei Eindringen der Hand ein gelbes Warnsignal
und bei Eindringen des Arms eine Abschaltung erfolgen und das Warnsignal
auf Rot gehen. In diesem Fall wäre noch ein weiterer Grenzwert
definiert, nämlich beispielsweise der Wert „1,5”,
mit dem unterschieden wird, ob lediglich die Finger 44 oder
die Hand 42 in das Schutzfeld eingreift.
-
In
der in 1 dargestellten Ausführungsform sind
der Einfachheit halber in der ersten optischen Einheit 14 ausschließlich
Lichtsender 16 vorgesehen und in der zweiten optischen
Einheit 24 ausschließlich Lichtempfänger 22.
Es ist aber auch denkbar, dass jede optische Einheit sowohl Lichtsender als
auch Lichtempfänger enthält. Dann müsste
auch jede optische Einheit eine Auswerteeinheit enthalten. Des Weiteren
wäre in diesem Fall eine Kommunikation zwischen den optischen
Einheiten sinnvoll. Der erfindungsgemäße Grenzwert
und die sich daraus ergebenden Warnfunktionen wären aber
auch ohne Kommunikation zwischen den optischen Einheiten möglich.
Welche geometrische Objektgröße dem Grenzwert
entspricht und damit die Frage, ab welcher Größe
welche Warnfunktion ausgelöst wird, hängt immer
von dem Abstand betroffener Lichtstrahlen ab.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006053002
A1 [0004]
- - DE 4424537 A1 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Gerätenorm
EN61496 [0002]
- - Norm EN13849 [0002]
