DE102009050850B4

DE102009050850B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen von Schutz- und Standardbereichen

Info

Publication number: DE102009050850B4
Application number: DE102009050850.3A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Döttling; Lars Krüger; Werner Progscha; Christian Wöhler
Original assignee: Pilz GmbH and Co KG
Current assignee: Pilz GmbH and Co KG
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: DE102009050850A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Überwachen von Bereichen (18, 20; 22a, 22b) einer Maschine (10), insbesondere einer automatisiert arbeitenden Maschine (10), bei dem mit mindestens einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit (15a; 15b; 15c) mindestens zwei Bilder (54a, 54b, 54c) von jedem der Bereiche (18, 20; 22a, 22b) aufgenommen werden, wobei die erste und die zweite Bildaufnahmeeinheit (15a; 15b; 15c) versetzt zueinander angeordnet sind, und bei dem anhand einer Analyse (44; 46) der mindestens zwei Bilder (54a, 54b, 54c) Objekte (26; 27) in dem jeweiligen Bereich (18; 20; 22a, 22b) detektiert werden. Die Analyse (44; 46) umfasst sowohl eine sicherheitsrelevante Analyse (44), mit der ein Fremdobjekt (27) in einem Schutzbereich (18, 20) detektiert wird, als auch eine nicht-sicherheitsrelevante Analyse (46), mit der ein Bauteilobjekt (26) in einem Standardbereich (22a, 22b) detektiert wird. Gemäß weiteren Aspekten betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens und eine Vorrichtung (14) zum Überwachen von Bereichen einer Maschine (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Bereichen einer Maschine, insbesondere einer automatisiert arbeitenden Maschine, bei dem mit mindestens einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit mindestens zwei Bilder von jedem der Bereiche aufgenommen werden, wobei die erste und die zweite Bildaufnahmeeinheit versetzt zueinander angeordnet sind, und bei dem anhand einer Analyse der mindestens zwei Bilder Objekte in dem jeweiligen Bereich detektiert werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Überwachen von Bereichen einer Maschine, insbesondere einer automatisiert arbeitenden Maschine, mit mindestens einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit, die dazu ausgebildet sind, mindestens zwei Bilder von jedem der Bereiche aufzunehmen, wobei die erste und die zweite Bildaufnahmeeinheit versetzt zueinander angeordnet sind, und einer Analyseeinheit, die dazu ausgebildet ist, anhand einer Analyse der mindestens zwei Bilder Objekte in dem jeweiligen Bereich zu detektieren.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 10 2006 057 605 A1 bekannt.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden insbesondere zur Überwachung von automatisiert arbeitenden Maschinen und Anlagen verwendet, wie sie in weiten Teilen der Industrie, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik, zur Montage verwendet werden. Derartige Maschinen weisen eine Vielzahl von sich bewegenden Teilen auf, von denen eine Gefahr für Bedien- und Wartungspersonal ausgeht, wenn es sich in einem Arbeitsbereich der Maschine aufhält.
Zum Betrieb derartiger automatisierter Maschinen und Anlagen ist eine Vielzahl von Sensoren vorgesehen, die entweder zur Steuerung der Aktuatoren der Anlagen oder aber zur Überwachung der Anlagen dienen.
Die Sensoren, die zur Steuerung der Anlagen und Aktuatoren eingesetzt werden, bezeichnet man auch als so genannte Standard-Sensoren, die mit diesen Sensoren zusammenhängenden Funktionen entsprechend als „Standard-Funktionen“ (ST-Funktionen). Diese Sensoren und Funktionen führen keine sicherheitsgerichteten Maßnahmen und Überwachungen aus.
Daneben sind Sensoren vorgesehen, die so genannte „Fail-Safe-Funktionen“ (FS-Funktionen) aufweisen, d.h. sie dienen der sicherheitsgerichteten Überwachung der Maschinen und Anlagen.
Sowohl für FS-Funktionen als auch für ST-Funktionen werden alle Arten von Sensoren eingesetzt. Während früher in erster Linie Lichtschranken zum Einsatz kamen, finden nunmehr auch andere Arten von optischen Sensoren, Sensoren mit Laufzeitmessung oder Stereokamerasysteme Anwendung, die vorteilhafterweise eine Überwachung von dreidimensionalen Raumbereichen ermöglichen.
Verfahren und Vorrichtungen zur dreidimensionalen Überwachung finden sich beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2006 013 598 A1 und DE 10 2006 048 163 A1 . Bei solchen Überwachungssystemen zum Überwachen von dreidimensionalen Raumbereichen besteht die Möglichkeit, den zu überwachenden Raumbereich beliebig zu konfigurieren. Dies ist beispielsweise in der DE 10 2005 063 217 A1 beschrieben. Dringt ein Fremdobjekt in einen zu überwachenden Raumbereich ein, kann, abhängig von der Art des Raumbereichs, definiert sein, welcher sicherheitsrelevante Eingriff in dem Standard-System erfolgen soll. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass sich eine Maschine oder Anlage mit herabgesetzter Geschwindigkeit bewegt, oder aber, dass die Maschine oder Anlage vollständig abgeschaltet wird, wenn ein entsprechend kritischer Raumbereich durch ein Fremdobjekt verletzt wird. Dies ist beispielsweise in der WO 2004/029502 A1 beschrieben.
Bei Biegemaschinen ist es bekannt, einen optoelektrischen Sensor sowohl für eine Absicherung eines Gefahrenbereichs als auch zum Vermessen eines zu biegenden Werkstücks zu verwenden. Ein solches Vorgehen ist etwa in der EP 1 589 279 A2 beschrieben.
Bei dreidimensionalen Überwachungssystemen erfolgt gegenwärtig keine gemeinsame Nutzung der sicherheitsgerichteten und der nichtsicherheitsgerichteten Systeme. Selbstverständlich ist das sicherheitsgerichtete System dazu in der Lage, auf das Standard-System zuzugreifen, um die Bewegung einer Maschine oder Anlage zu drosseln bzw. abzuschalten, darüber hinaus sind beide Systeme jedoch parallel und autark aufgebaut.
In der Vergangenheit ist der Automatisierungsgrad von fertigungstechnischen Anlagen immer weiter gestiegen. Dies führt nicht nur zu einer erhöhten Komplexität der Anlagen sondern auch zu einem Anstieg der Sensorenelemente, die zum Betrieb der Maschinen und Anlagen notwendig sind. Gleichzeitig werden aber auch immer höhere Anforderungen an die Wartungsfreundlichkeit und die Ausfallzeiten von automatisierten Anlagen gestellt. Das Servicepersonal soll jederzeit dazu in der Lage sein, einen Fehler möglichst schnell zu erfassen und zu beheben, um die Ausfallzeit der Anlage möglichst kurz zu halten. Mit steigender Komplexität der Anlagen wird dies jedoch zunehmend schwieriger.
DE 100 00 287 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Überwachung eines Erfassungsbereichs an einem Arbeitsmittel mit wenigstens einer Kamera zur fortlaufenden Erfassung des Erfassungsbereichs, mit einer Auswerteeinheit, in welche zur Unterscheidung sicherheitskritischer Objekte von nicht sicherheitskritischen Objekten innerhalb wenigstens einer Schutzzone innerhalb des Erfassungsbereichs von der Kamera erzeugte Bilder jeweils in Form einer Matrix von Pixeln mit unterschiedlichen Farbwerten eingelesen werden. In der Auswerteeinheit für die einzelnen Pixel wird eine mit Gewichtungsfaktoren gewichtete Linearkombination der Farbwerte gebildet, wobei diese Linearkombinationen mit wenigstens einem in einer Schwellwerteinheit generierten Schwellwert bewertet werden. Der Schwellwert und die Gewichtungsfaktoren sind so angepasst, dass die sicherheitskritischen Objekte Bereiche von Vordergrundpixeln mit jeweils einem beispielsweise als „hell“ ausgebildeten ersten Binarisierungszustand bilden, wobei die nicht sicherheitskritischen Objekte Bereiche von Hintergrundpixeln mit jeweils einem beispielsweise als „dunkel“ ausgebildeten zweiten Binarisierungszustand bilden. Für den Fall, dass sich kein sicherheitskritisches Objekt innerhalb der Schutzzone befindet, sind in dieser nur Hintergrundpixel vorhanden und ein von der Auswerteeinheit zum Arbeitsmittel geführten Schaltausgang nimmt einen ersten Schaltzustand ein, wodurch das Arbeitsmittel in Betrieb gesetzt wird. Bei Eindringen wenigstens eines sicherheitskritischen Objekts in die Schutzzone entsteht in dieser ein zusammenhängender Bereich von Vordergrundpixeln, so dass der Schaltausgang einen zweiten Schaltzustand einnimmt, wodurch das Arbeitsmittel über die Auswerteeinheit außer Betrieb gesetzt ist.
DE 41 13 992 A1 offenbart ein Verfahren mit dem Gefahrenräume so überwacht werden, dass in den Gefahrenraum eintretende Objekte detektiert, lokalisiert und gegebenenfalls in Form und Größe abgeschätzt werden können. Hierzu werden in der Überwachungsphase die Bilder von mindestens zwei, den zu überwachenden Raumbereich beobachtenden, elektronischen Bildaufnehmern laufend aufgenommen, in eine rechnerverarbeitbare Form überführt und rechnergestützt ausgewertet. Voraussetzung für das Verfahren ist, dass die beteiligten Bildaufnehmer auf ein gemeinsames Weltkoordinatensystem kalibriert sind, so dass für jeden Bildaufnehmer zu einem vorgegebenen Raumpunkt die Bildpunktkoordinaten seiner Projektion angegeben werden können.
DE 10 245 720 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Absichern eines Gefahrenbereichs. Die Vorrichtung beinhaltet zumindest eine erste und eine zweite Bildaufnahmeeinheit zum Aufnehmen eines ersten und eines zweiten Bildes des Gefahrenbereichs. Die erste und zweite Bildaufnahmeeinheit sind versetzt zueinander angeordnet. Ferner ist eine Auswerteeinheit vorhanden, die anhand einer Stereobildanalyse des ersten und zweiten Bildes Fremdobjekte in dem Gefahrenbereich detektiert. In der Auswerteeinheit sind zwei verschiedene Stereobildanalyseverfahren sowie ein Schaltmittel implementiert. Das Schaltmittel wird aktiviert, wenn zumindest eines der Stereobildanalyseverfahren eine Fremdobjektdetektion liefert.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Komplexität einer automatisierten Maschine im Bereich ihrer Sensorik herabzusetzen. Dies soll insbesondere zum Ziel haben, die Wartungsfreundlichkeit der Maschine zu erhöhen, um eventuelle Ausfallzeiten zu verringern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Analyse sowohl eine sicherheitsrelevante Analyse, mit der ein Fremdobjekt in einem Schutzbereich detektiert wird, als auch eine nicht-sicherheitsrelevante Analyse umfasst, mit der ein Bauteilobjekt in einem Standardbereich detektiert wird.
Somit wird ein Sensor zum Überwachen eines dreidimensionalen Raumbereichs nicht nur für sicherheitsgerichtete bzw. sicherheitsrelevante Funktionen verwendet, sondern parallel auch dazu benutzt, im ohnehin überwachten Raumbereich mögliche ST-Funktionen zu erfüllen. Auf diese Weise kann die Anzahl der notwendigen Einzelsensoren herabgesetzt werden. Hierdurch wird nicht nur die Wahrscheinlichkeit, dass ein Sensor ausfällt, verringert, sondern auch die Anzahl der verschiedenen Sensortypen überschaubarer gehalten, was die Anforderungen an das technische Wissen von Bedienpersonen und Servicepersonal geringer macht. Des Weiteren wird die Dauer bis zur Feststellung eines Fehlers verringert, da mit dem Austauschen eines Sensors Störungen in mehreren Funktionen behoben werden können.
Fehlerreparatur- und Ausfallzeiten werden in den so verbesserten Maschinen und Anlagen daher deutlich verringert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ferner eine eingangs genannte Vorrichtung zum Überwachen von Bereichen einer Maschine bereitgestellt, die eine Analyseeinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, sowohl eine sicherheitsrelevante Analyse zum Detektieren eines Fremdobjekts in einem Schutzbereich als auch eine nicht-sicherheitsrelevante Analyse zum Detektieren eines Bauteilobjekts in einem Standardbereich durchzuführen.
Auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt somit eine Doppelnutzung eines Sensors zum Überwachen eines dreidimensionalen Raumbereichs einerseits dahingehend, dass die üblichen sicherheitsrelevanten Analysen durchgeführt werden, und andererseits, dass gleichzeitig ST-Funktionen ausgeführt werden.
Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung mit Hilfe eines Computerprogramms mit Programmcode realisiert werden, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren der vorstehend beschriebenen Art durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein handelsüblicher PC in Verbindung mit einem solchen Computerprogramm als Analyseeinheit bzw. zum Analysieren verwendet.
Die oben genannte Aufgabe wird daher vollständig gelöst.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse festgestellt bzw. stellt die Analyseeinheit mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse fest, ob sich ein bestimmtes Bauteilobjekt in dem Standardbereich befindet.
Eine derartige Abfrage entspricht dabei im Wesentlichen demjenigen Vorgang, der bei der sicherheitsrelevanten Überwachung eines Schutzbereichs durchgeführt wird, und lässt sich somit besonders einfach in vorhandene Verfahrensabläufe integrieren.
In bevorzugter weiterer Ausgestaltung wird mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse festgestellt bzw. stellt die Analyseeinheit mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse fest, ob ein Bauteilobjekt montiert wurde.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein zu überwachender Raumbereich derart als Standardbereich konfiguriert wird, dass er einem bestimmten Bauteilobjekt in seiner montierten Position entspricht, wenn sich diese Position in dem von dem entsprechenden Sensor ohnehin überwachten Raumbereich befindet. Der Sensor ist damit in der Lage, festzustellen, ob sich das entsprechende Bauteilobjekt in dem entsprechenden Standardbereich befindet. Auf diese Weise lässt sich ermitteln, ob ein Bauteilobjekt während eines Arbeitsganges montiert wurde, und es lässt sich somit eine Qualitätskontrolle durchführen.
Des Weiteren lässt sich beispielsweise mittels einer Abfrage, ob sich ein bestimmtes Bauteilobjekt in dem entsprechenden Standardbereich befindet, feststellen, welche Art von Bauteilobjekt in einen Standardbereich verbracht wurde. Entsprechend wären hierzu in einem Standardbereich eine genügende Anzahl von Unterbereichen zu definieren, so dass aus dem Muster, mit dem die Unterbereiche verletzt werden, auf die Form des bestimmten Bauteilobjekts und damit auf das Bauteilobjekt selbst geschlossen werden kann. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Bauteilerkennung realisieren. Des Weiteren läst sich so auch feststellen, ob sich ein Bauteilobjekt in einer Soll-Lage und/oder in einer Soll-Orientierung befindet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse festgestellt wird bzw. dass die Analyseeinheit mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse feststellt, ob ein Bauteilobjekt aus einem Transportbehälter entnommen ist bzw. ob sich noch ein oder mehrere Bauteilobjekte in dem Transportbehälter befinden.
Bei den Transportbehältern kann es sich beispielsweise um Gitterkästen handeln, in denen zu verarbeitende Bauteilobjekte an einen Fertigungsort verbracht werden. An dem Fertigungsort werden die Bauteilobjekte dann beispielsweise stückweise aus dem Gitterkasten entnommen, so dass eine Überwachung dahingehend durchgeführt werden kann, wann der Vorrat an Bauteilobjekten in dem Gitterkasten zu Ende geht und der Gitterkasten entsprechend ausgewechselt werden muss. Handelt es sich beispielsweise um einen begehbaren Transportbehälter, kann darüber hinaus auch gleichzeitig eine Abfrage dahingehend stattfinden, ob sich Personen in dem Transportbehälter befinden, so dass ein Auswechseln nur dann initiiert wird, wenn sich keine Personen in dem Transportbehälter befinden.
Auf diese Weise kann eine Füllstandskontrolle von begehbaren Transportbehältern realisiert werden.
Selbstverständlich können darüber hinaus auch alle anderen Arten von ST-Funktionen umgesetzt werden. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass, wenn eine sicherheitsrelevante Analyse ergibt, dass sich eine Person in einem Schutzbereich befindet, eine weitergehende Analyse dahingehend stattfindet, ob die Person eine Art von Identifizierungsmerkmal trägt, beispielsweise eine bestimmte Kleidung, eine Markierung, bestimmte Gesichtsmerkmale usw. Auf diese Weise kann es möglich sein, zwischen solchen Personen, die autorisiert sind, einen Schutzbereich zu betreten, und solchen Personen zu unterscheiden, die versehentlich in den Schutzbereich gelangt sind. Basierend auf dieser Analyse kann dann darüber entschieden werden, ob die Maschine bzw. Anlage gestoppt werden muss oder aber weiterlaufen kann, beispielsweise dann, wenn sich eine autorisierte Person in dem Schutzbereich befindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind drei Bildaufnahmeeinheiten vorgesehen, die nicht auf einer Linie liegen. Auf diese Weise kann ein redundantes Bildaufnahmesystem bereitgestellt werden, bei dem mehrere Bildpaare mittels verschiedener Analyseverfahren ausgewertet werden können. Auf diese Weise können besonders gute Ergebnisse im Rahmen der Analyse erlangt werden, wie es beispielsweise in der voranstehend genannten WO 2004/029502 A1 beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung vermindert die in der Maschine vorzusehenden Sensoren somit erheblich. Dies führt nicht nur zu einer Kostenreduzierung bei der Anlagenkonzeption sondern auch zu einer Reduzierung des Aufwands bei der Inbetriebnahme, da weniger Sensoren verdrahtet und eingestellt werden müssen. Auch die Lagerhaltungskosten können reduziert werden, da nur für eine Art von Sensoren Ersatzgeräte vorrätig gehalten werden müssen.
Auch die Änderungen einer bereits bestehenden Anlage können flexibler durchgeführt werden, da in der Regel nur noch softwarebasierte Änderungen vorgenommen werden müssen, ohne die Hardware zu ändern bzw. Sensoren hinzufügen zu müssen. Letztlich werden auch die Kosten für Schulungen des Bedienungspersonals und des Wartungspersonals verringert, da nur eine Art von Sensor sowohl für sicherheitsrelevante Aufgaben als auch für nicht-sicherheitsrelevante Aufgaben Verwendung findet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer beispielhaften Anwendung,
2 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer sicherheitsrelevanten Analyse in dem Verfahren in 3, und
5 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer nicht-sicherheitsrelevanten Analyse in dem Verfahren von 3.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der obere Teil der 1 zeigt das Ausführungsbeispiel dabei in einer Draufsicht, und der untere Teil der 1 zeigt das Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Überwachung einer Maschine 10, die einen gesamten Arbeitsbereich 12 aufweist. In diesem Arbeitsbereich 12 bewegt sich die Maschine 10 während ihres Einsatzes. Die Maschine 10 ist dabei so aufgestellt, dass sie gegenüber in der 1 dargestellten Ansicht „von links“ kommenden Personen gesichert werden muss.
Hierfür ist eine Vorrichtung 14 zum Überwachen der Maschine 10 vorgesehen. Die Vorrichtung 14 weist dabei mehrere Bildaufnahmeeinheiten 15 auf, wobei in 1 zur Vereinfachung lediglich eine Kamera schematisch dargestellt ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung 14 eine Analyseeinheit 16 auf, die mit der Bildaufnahmeeinheit 15 verbunden ist. Grundsätzlich kann die Analyseeinheit 16 integriert zusammen mit der Bildaufnahmeeinheit 15 bereitgestellt werden, die Analyseeinheit 16 kann jedoch auch entfernt von der Bildaufnahmeeinheit 15, beispielsweise in Form eines Computers, bereitgestellt sein.
Die Vorrichtung 14, insbesondere die Analyseeinheit 16, ist des Weiteren mit einer Maschinensteuerung 17 verbunden, die die Maschine 10 steuert. Die Maschinensteuerung 17 ist insbesondere eine fehlersichere Steuereinheit, wie sie beispielsweise von einer der Anmelderinnen, der Pilz GmbH & Co. KG, der vorliegende Erfindung unter der Bezeichnung „PSS®“ angeboten wird. Auf diese Weise ist die Vorrichtung 14 dazu in der Lage, in die Maschinensteuerung 17 einzugreifen, etwa die Maschine 10 langsamer zu bewegen, in eine bestimmte Richtung weg von einer Person zu bewegen, oder die Maschine 10 zu stoppen.
Hierzu sind ein erster Schutzbereich 18 und ein zweiter Schutzbereich 20 definiert, die sich im vorliegenden Anwendungsfall kreisförmig an den Arbeitsbereich 12 der Maschine 10 anschließen. Grundsätzlich können der erste Schutzbereich 18 und der zweite Schutzbereich 20 jedoch jede notwendige räumliche Form aufweisen, die dazu geeignet ist, den gewünschten Schutzbereich 18, 20 abzubilden. Die Schutzbereiche 18, 20 sind sicherheitsrelevant.
Des Weiteren sind zwei Standardbereiche 22a, 22b vorgesehen. Ein Aufnahmekegel bzw. ein Sichtbereich 23 der Bildaufnahmeeinheit 15 ist entsprechend so auszurichten, dass sowohl die Schutzbereiche 18, 20 als auch die Standardbereiche 22a, 22b innerhalb des Sichtbereichs 23 liegen.
Im dargestellten Anwendungsfall ist in einem Transportbehälter 25a bzw. 25b jeweils ein Standardbereich 22a, 22b angeordnet, der mittels der Vorrichtung 14 daraufhin überwacht werden soll, ob in ihm ein Bauteilobjekt 26a bzw. 26b befindlich ist oder nicht. Wurde ein Bauteilobjekt 26a, 26b etwa aus dem Transportbehälter 25a, 25b entnommen, so ist der Transportbehälter 25a, 25b beispielsweise automatisch zurück in ein Lager zu verfahren, und ein mit einem weiteren Bauteilobjekt 26 gefüllter Transportbehälter 25 ist in den frei gewordenen Standardbereich 22a, 22b nachzuführen.
Die Schutzbereiche 18, 20 dienen dazu, das Eindringen eines Fremdobjekts 27 in einen Arbeitsbereich 12 der Maschine 10 ungefährlich zu machen. Dringt das Fremdobjekt 27 in den zweiten Schutzbereich 20 ein, wird es von der Bildaufnahmeeinheit 15 erfasst und von der Analyseeinheit 16 als Fremdobjekt 27 klassifiziert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 14 auf die Maschinensteuerung 17 zugreift und die Maschine 10 verlangsamt. Dringt das Fremdobjekt 27 weiter in den ersten Schutzbereich 18 vor, kann vorgesehen sein, dass die Maschine 10 gestoppt wird. Gleichzeitig können akustische und/oder optische Warnmittel geschaltet werden, die das Fremdobjekt 27 auf sein Eindringen in den Schutzbereich 18, 20 hinweisen. Erfindungsgemäß geschieht dies alles parallel zu der Überwachung der Standardbereiche 22a, 22b. Bei der Überwachung der Standardbereiche 22a, 22b wird entsprechend geprüft, ob sich ein Bauteilobjekt 26a, 26b in dem Standardbereich 22a, 22b befindet. Das Bauteilobjekt 26a, 26b wird also quasi als „Fremdobjekt“ klassifiziert. Ein Transportbehälter 25a, 25b wird hingegen als „ungefährlich“ eingestuft. Entsprechend ist die Vorrichtung 14 dazu in der Lage, eine „Verletzung“ des Standardbereichs 22 durch das Bauteilobjekt 26 dahingehend einzuordnen, dass sich das Bauteilobjekt 26 in dem Standardbereich 22 befindet und der Transportbehälter 25 somit gefüllt ist. Andernfalls ist der Transportbehälter 25 leer, und eine entsprechende Nachfuhr kann initiiert werden. Selbstverständlich kann mittels geeigneter Konfiguration der Standardbereiche 22a, 22b auch eine Überwachung der Transportbehälter 25 dahingehend erfolgen, dass festgestellt wird, wie viele Bauteilobjekte 26 einer angelieferten Charge noch in dem Transportbehälter 25 befindlich sind.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 14 in einer schematischen Perspektivansicht. Die Vorrichtung 14 weist ein Montageteil 32 auf, mit dem es beispielsweise an einer Hallendecke oder an einem anderen Objekt befestigt werden kann, von dem aus die Vorrichtung 14 einen ausreichenden Überblick über die Schutzbereiche 18, 20 und Standardbereiche 22a, 22b hat.
An dem Montageteil 32 ist mittels zweier Drehgelenke 34a, 34b eine Platte 35 befestigt. An der Platte 35 sind drei Bildaufnahmeeinheiten 15a, 15b, 15c vorgesehen. An einer Rückseite der Platte 35 sind die Bildaufnahmeeinheiten 15a, 15b, 15c mittels einer Haube 36 abgedeckt, so dass sie vor Verunreinigungen geschützt sind. Die Bildaufnahmeeinheiten 15a, 15b, 15c sind mit der Analyseeinheit 16 verbunden. Dies kann beispielsweise mittels geeigneter Kabel geschehen, die durch das Montageteil 32 zu der Analyseeinheit 16 geführt sind, die Verbindung kann aber auch beispielsweise mittels geeigneter Funkübertragungsmittel kabellos bereitgestellt werden. Die Bildaufnahmeeinheiten 15a, 15b, 15c sind nicht auf einer Linie angeordnet, sondern bilden die Eckpunkte eines Dreiecks.
Bildaufnahmeeinheiten 15 mit einer derartigen konstruktiven Ausgestaltung werden beispielsweise von einer der Anmelderinnen, der Pilz GmbH & Co. KG, unter der Bezeichnung „SafetyEYE®“ angeboten.
3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des neuen Verfahrens 38. Mit Einschalten der entsprechenden Vorrichtung beginnt das Verfahren 38 zum Überwachen einer automatisiert arbeitenden Maschine 10 in Schritt 40. Zu Beginn des Verfahrens wird ein Selbsttest 42 durchgeführt, der jedoch optional ist und nicht zwingend erfolgen muss. Anschließend befindet sich das Verfahren 38 in einem Betriebszustand, wobei parallel eine sicherheitsrelevante Analyse 44 und eine nicht-sicherheitsrelevante Analyse 46 durchgeführt werden. Die sicherheitsrelevante Analyse 44 wird auch als „Fail-Safe“-Analyse (FS-Analyse) und die nicht-sicherheitsrelevante Analyse 46 als „Standardanalyse“ (ST-Analyse) bezeichnet. Die beiden Analysen werden jeweils so lange in einer Endlosschleife durchgeführt, bis sie beispielsweise von einem Benutzer durch Ausschalten in einem der Schritte 48a, 48b abgebrochen werden. Erfolgt ein Abbruch in einem der Schritte 48a, 48b, endet das Verfahren 38 in einem Schritt 50.
In 4 wird die sicherheitsrelevante Analyse 44 in einem Blockschaltbild schematisch dargestellt.
Zunächst kann in einem optionalen Schritt 52 eine Lichtquelle eingeschaltet werden, insbesondere, wenn die vorhandene Helligkeit der zu überwachenden Umgebung nicht ausreichend ist.
Nachfolgend wird in den Schritten 54a, 54b, 54c von jeder der Bildaufnahmeeinheiten 15a, 15b, 15c jeweils eine Bildaufnahme der zu überwachenden Bereiche 18, 20, 22a, 22b gemacht. Jede Bildaufnahmeeinheit 15a, 15b, 15c liefert dabei eine Aufnahme. Die Aufnahmen werden parallel, d.h. zeitlich synchronisiert, durchgeführt.
Anschließend erfolgt eine so genannte Bildvorverarbeitung. Je nach Anwendungsfall werden hier an sich bekannte Verfahren zur Aufbereitung der aufgenommenen Bilder durchgeführt, beispielsweise eine FPN-Korrektur (fixed pattern noise). Des Weiteren werden die aufgenommenen Bilder im Hinblick auf Grundhelligkeiten usw. aneinander angepasst.
Anschließend werden aus den aufgenommenen Bildern jeweils Bildpaare 56a, 56b, 56c gebildet, die anschließend mit Hilfe zweier verschiedener Analyseverfahren ausgewertet werden, um Fremdobjekte 27 und Bauteilobjekte 26 in den jeweiligen Bereichen 18, 20, 22a, 22b zu detektieren.
Dabei werden die Bilder in den Schritten 58a, 58b, 58c einer Konturanalyse unterzogen. Eine Konturanalyse ist beispielsweise aus der Veröffentlichung Matusik et al., „Image-based Visual Hulls“, SIGGRAPH 2000 oder der Druckschrift DE 102 59 698 A1 bekannt.
In den Schritten 60a, 60b, 60c werden die Bildpaare einer Korrespondenzanalyse unterzogen. Die Korrespondenzanalyse wird auch korrelationsbasierte Analyse genannt und ist beispielsweise aus dem Artikel „Fast Stereo-based Object Detection for Stop&Go Traffic“ von U. Franke/I. Kutzbach, Intelligent Vehicles Symposium, Seiten 339-344, Tokio, 1996 oder dem Artikel „Real-time Stereo Vision for Urban Traffic Scene Understanding“ von U. Franke/A. Joos, IEEE Intelligent Vehicle Symposium, 2000 bekannt.
Es hat sich gezeigt, dass die Kombination der genannten Verfahren besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf die Erkennungssicherheit und damit auch im Hinblick auf die Eigenfehlersicherheit der Vorrichtung 14 liefert. Selbstverständlich kann jedoch auch nur eine der Analysearten durchgeführt werden oder aber eine andere, dem Fachmann bekannte Analyseart verwendet werden.
In einem Schritt 62 wird dann anhand der Ergebnisse der Analyse entschieden, ob eine Schutzraumverletzung vorliegt, d.h. ob sich ein Fremdobjekt 27 unerlaubt in einem der Schutzbereiche 18, 20 befindet. Ist dies nicht der Fall, werden in Schritt 64 die Ausgänge der Maschine 10 eingeschaltet, d.h. eine Maschinensteuerung 17 kann die Maschine 10 wie gewünscht steuern.
Liegt eine Schutzraumverletzung vor, werden die Ausgänge im Schritt 66 ausgeschaltet, wodurch der Zugriff durch die Maschinensteuerung 17 unterbrochen ist und die Maschine 10 in einer sicheren Ruheposition gehalten wird. Je nach Anwendungsfall kann auch vorgesehen sein, dass die Maschine 10 lediglich in einen langsameren Modus geschaltet wird. Anschließend wird der gesamte Vorgang rekursiv wiederholt, bis keine Schutzraumverletzung mehr vorliegt und mit Schritt 64 fortgefahren werden kann.
5 zeigt in einem weiteren Blockschaltbild die in 3 durchgeführte, nicht-sicherheitsrelevante Analyse.
Die Verfahrensschritte 52, 54 und 56 entsprechen dabei den im Rahmen der sicherheitsrelevanten Analyse 44 durchgeführten Verfahrensschritten. Dies bedeutet, dass grundsätzlich dieselben Bildpaare sowohl zur sicherheitsrelevanten Analyse 44 als auch zur nicht-sicherheitsrelevanten Analyse 46 verwendet werden können. Alternativ kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass für die nicht-sicherheitsrelevante Analyse separate Bildpaare aufgenommen und gebildet werden.
Anschließend werden die Bildpaare ebenfalls einer Konturanalyse 58'a, 58'b, 58'c und/oder einer Korrespondenzanalayse 60'a, 60'b, 60'c unterzogen. Im Gegensatz zu der sicherheitsrelevanten Analyse in 4 werden dabei jedoch in den Aufnahmen andere, vorher konfigurierte Bereiche, nämlich die Standardbereiche 22, auf das Vorhandensein von Bauteilobjekten 26 untersucht. Anschließend wird eine entsprechende Abfrage 68 danach durchgeführt, ob das Bauteilobjekt in dem entsprechenden Standardbereich 22 vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, wird eine negative Ausgabe 70 an die Maschinesteuerung 17 ausgegeben, was bedeutet, dass beispielsweise ein Bauteilobjekt 26 nicht mehr in einem Transportbehälter 25 vorhanden ist, so dass ein entsprechender Nachfüllvorgang von der Maschinensteuerung 17 eingeleitet werden kann. Ist dies der Fall, wird eine positive Ausgabe 72 an die Maschinensteuerung 17 ausgegeben, was bedeutet, dass ein entsprechendes Bauteilobjekt 26 noch immer in dem Transportbehälter 25 vorhanden ist.
Die nicht-sicherheitsrelevante Analyse 46 wird entsprechend auch so lange rekursiv wiederholt, bis sie in Schritt 48b in 3 abgebrochen wird.

Claims

Verfahren (38) zum Überwachen von Bereichen (18, 20; 22a, 22b) einer Maschine (10), insbesondere einer automatisiert arbeitenden Maschine (10), bei dem mit mindestens einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit (15a; 15b; 15c) mindestens zwei Bilder (54a, 54b, 54c) von jedem der Bereiche (18, 20; 22a, 22b) aufgenommen werden, wobei die erste und die zweite Bildaufnahmeeinheit (15a; 15b; 15c) versetzt zueinander angeordnet sind, und bei dem anhand einer Analyse (44; 46) der mindestens zwei Bilder (54a, 54b, 54c) Objekte (26; 27) in dem jeweiligen Bereich (18; 20; 22a, 22b) detektiert werden, wobei die Analyse (44; 46) sowohl eine sicherheitsrelevante Analyse (44), mit der ein Fremdobjekt (27) in einem Schutzbereich (18, 20) detektiert wird, als auch eine nicht-sicherheitsrelevante Analyse (46) umfasst, mit der ein Bauteilobjekt (26) in einem Standardbereich (22a, 22b) detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse (46) festgestellt wird, ob sich ein bestimmtes Bauteilobjekt (26) in dem Standardbereich befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse (46) festgestellt wird, ob ein Bauteilobjekt (26) montiert wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse (46) festgestellt wird, ob ein Bauteilobjekt (26) aus einem Transportbehälter (25) entnommen wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem drei Bildaufnahmeeinheiten (15a; 15b; 15c) verwendet werden, die nicht auf einer Linie liegen.
Computerprogramm mit Programmcode, der dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Vorrichtung (14) zum Überwachen von Bereichen (18, 20; 22a, 22b) einer Maschine (10), insbesondere einer automatisiert arbeitenden Maschine (10), mit mindestens einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit (15a; 15b; 15), die dazu ausgebildet sind, mindestens zwei Bilder (54a, 54b, 54c) von jedem der Bereiche (18, 20; 22a, 22b) aufzunehmen, wobei die erste und die zweite Bildaufnahmeeinheit (15a; 15b; 15c) versetzt zueinander angeordnet sind, und einer Analyseeinheit (16), die dazu ausgebildet ist, anhand einer Analyse der mindestens zwei Bilder (54a, 54b, 54c) Objekte (26; 27) in dem jeweiligen Bereich (18, 20; 22a, 22b) zu detektieren, wobei die Analyseeinheit (16) dazu ausgebildet ist, sowohl eine sicherheitsrelevante Analyse (44) zum Detektieren eines Fremdobjekts (27) in einem Schutzbereich (18, 20) als auch eine nicht-sicherheitsrelevante Analyse (46) zum Detektieren eines Bauteilobjekts (26) in einem Standardbereich (22a, 22b) durchzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Analyseeinheit (16) mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse (46) feststellt, ob sich ein bestimmtes Bauteilobjekt (26) in einem Standardbereich (22a, 22b) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Analyseeinheit (16) mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse (46) feststellt, ob ein Bauteilobjekt (26) montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Analyseeinheit (16) mittels der nicht-sicherheitsrelevanten Analyse (46) feststellt, ob ein Bauteilobjekt (26) aus einem Transportbehälter (25) entnommen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der drei Bildaufnahmeeinheiten (15a; 15b; 15c) vorgesehen sind, die nicht auf einer Linie liegen.