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Die
Erfindung betrifft einen Überwachungssensor, der zur Überwachung
eines Schutzfeldes vorgesehen ist und ein wenigstens zweidimensionales
zu überwachendes Schutzfeld abtastet, wobei Licht einer
Lichtquelle über eine Lichtablenkeinheit in ein zu überwachendes
Schutzfeld gesendet wird und Licht, das gegebenenfalls von einem
im Schutzfeld vorhandenen Objekt reflektiert oder remittiert wird, mit
einem Empfänger detektiert wird.
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Zur Überwachung
von Schutzfeldern werden häufig Laserscanner eingesetzt.
Ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl wird über eine
Lichtablenkeinheit in einen Schutzbereich gelenkt und dort von einem
gegebenenfalls vorhandenen Objekt reflektiert oder remittiert. Das
reflektierte bzw. remittierte Licht gelangt wieder zurück
zu der Laserscaneinheit und wird dort von einem Empfänger
detektiert. Die Lichtablenkeinheit ist in der Regel schwenkbar bzw. drehbar
ausgestaltet, so dass der von dem Laser erzeugte Lichtstrahl ein
durch die Schwenkbewegung erzeugtes Schutzfeld überstreicht.
Wird ein vom Empfänger empfangenes reflektiertes Lichtsignal aus
dem Schutzbereich empfangen, so kann aus der Winkelstellung der
Ablenkeinheit auf die Winkellage des Objektes im Schutzbereich geschlossen
werden.
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Wird
zusätzlich zum Beispiel die Laufzeit von zum Beispiel pulsförmigem
Laserlicht überwacht, kann aus der Laufzeit unter Verwendung
der Lichtgeschwindigkeit auch auf die Entfernung des Objektes vom
Laserscanner geschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich zum
Beispiel zweidimensionale Schutzfelder vollständig überwachen.
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Befindet
sich im Schutzfeld ein unzulässiges Objekt, so kann von
der Empfängereinheit ein entsprechendes Warn- oder Steuersignal
ausgegeben werden.
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Derartige
Systeme werden zum Beispiel bei fahrerlosen Transportsystemen eingesetzt,
um Kollisionen zu vermeiden. Andere Anwendungen betreffen zum Beispiel
Maschinen, bei denen ein Gefahrenbereich überwacht werden
muss, der beim Betrieb der Maschine von einer Bedienperson nicht
verletzt werden darf. Es kann sich dabei zum Beispiel um einen Roboterarbeitsbereich
handeln. Wird mit Hilfe des Laserscanners die Anwesenheit eines
unzulässigen Objektes – also zum Beispiel ein
Bein einer Bedienperson – im Gefahrenbereich festgestellt, wird
ein Nothalt der Maschine bewirkt.
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Beispielhaft
wird auf die Offenlegungsschrift
DE 43 40 756 A1 verwiesen, in der eine Laserscanvorrichtung
mit einer Lichtablenkvorrichtung beschrieben ist, mit der ein zweidimensionales
Schutzfeld überwacht werden kann. Bei diesem Stand der Technik
wird die Abstandsinformation aus der Messung der Impulslaufzeit
eines in den Schutzbereich gesendeten Lichtpulses bestimmt.
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Diese
Vorrichtungen weisen jedoch wesentliche Nachteile auf, nämlich,
dass in das Schutzfeld eindringende Partikel zu einer unerwünschten
Abschaltung führen, wodurch eine Verfügbarkeit
der Sensoren sinkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Überwachungssensor
bereitzustellen, dessen Verfügbarkeit verbessert ist, und
wobei im Schutzfeld befindliche Partikel nicht zu einem Objektfeststellungssignal
führen. Weiter soll ein Überwachungssensor bereitgestellt
werden, der besonders robust ist gegenüber Störeinflüssen
innerhalb eines Überwachungsbereiches, beispielsweise für durch
das Schutzfeld durchfallende Partikel.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch einen Überwachungssensor
zur Überwachung eines wenigstens zweidimensionalen Schutzfeldes
mit Überwachungsfeldern, mit wenigstens einer Lichtquelle,
vorzugsweise einem Laser, einer bewegbaren, vorzugsweise drehbaren
Lichtablenkeinheit zur Ablenkung des Lichtes der Lichtquelle in
ein zu überwachendes Schutzfeld und einem Empfänger
zur Detektion von Licht, das gegebenenfalls von einem im Schutzfeld vorhandenen
Objekt reflektiert oder remittiert wird, eine Speichereinheit, in
der wenigstens zwei Überwachungsfelder (A1, A2) abgespeichert
sind, eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Überwachungsfelder,
wobei eine jeweilige Zeitdauer eines erlaubten Verweilens eines
Objektes in dem jeweiligen Überwachungsfeld in der Auswerteeinheit
einstellbar ist und abhängig von der Zeitdauer des Verweilens
ein Objektfeststellungssignal generierbar ist.
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Durch
die unterschiedlichen Zeitdauern in den unterschiedlichen Überwachungsfeldern
ist es nun möglich, das erste Überwachungsfeld,
in dem beispielsweise eine kurzzeitige Verletzung des Schutzfeldes
durch eindringende Objekte, wie Partikel, beispielsweise Späne
oder spritzende Kühlflüssigkeit, mit einer Zeitdauer
einzustellen, die über der Verweildauer solcher Partikel
im Überwachungsfeld liegt. Sind die Partikel beispielsweise
nur für einen Bruchteil einer Sekunde im Überwachungsfeld
vorhanden, so kann die Zeitdauer erlaubter Objekte in dem Überwachungsfeld
auf 2 s eingestellt werden, um eine unzulässige Objektdetektion
durch die Partikel zu vermeiden. Typische Werte liegen hier bei
500 ms bis 10 s, vorzugsweise 2 s.
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Das
zweite Überwachungsfeld, das beispielsweise das erste Überwachungsfeld
umgibt, liegt gemäß der Erfindung in einem Bereich,
wo keine oder nur wenige Partikel mehr zu erwarten sind, jedoch
ein Zugang zu einer gefahrbringenden Bewegung überwacht
werden muss. Dieses Überwachungsfeld weist erfindungsgemäß eine
erlaubte Zeitdauer oder auch erlaubte Verweildauer von Objekten
auf, in der die gefahrbringende Bewegung rechtzeitig gestoppt werden
kann. Typische Werte liegen hier bei 40 ms bis 500 ms, vorzugsweise
250 ms.
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Vorteilhaft
sind die einstellbaren Zeitdauern im Bereich von 40 ms bis 10 s
wählbar. Dadurch ist eine flexible Anpassung an jeweils
vorherrschende Umgebungsbedin gungen möglich. So ist die
Zeitdauer des zweiten Bereichs flexibel an die Verweildauer der
jeweiligen Partikel anpassbar. Beispielsweise befinden sich aufgrund
der Schwerkraft und des Luftwiderstandes Holzpartikel mit einer
geringen Dichte und Gewicht länger im Überwachungsfeld
als Stahlspäne, die eine höhere Dichte und ein
höheres Gewicht aufweisen. Damit kann die Zeitdauer des
zweiten Überwachungsfeldes sehr einfach an eine Art und
eine Anzahl der auftretenden Partikel angepasst werden.
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Die
Zeitdauer des ersten Überwachungsfeldes kann sehr einfach
an die gewünschten Sicherheitsabstände und Platzverhältnisse
angepasst werden. Sind nur geringe Abstände zur gefahrbringenden
Bewegung vorgesehen, so wird die Zeitdauer des ersten Überwachungsfeldes
entsprechend kurz, beispielsweise auf 40 ms eingestellt. Sind größere Abstände
möglich, kann eine entsprechend höhere Zeitdauer
gewählt werden, vorzugsweise 250 ms.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die Zeitdauer ein Vielfaches der
Auswertezeit aller empfangenen Lichtstrahlen während eines
Zyklus, wobei der Zyklus durch eine vollständige Umdrehung der
Lichtablenkeinheit definiert ist. Dadurch ist die Auswerteeinheit
einfach aufgebaut. Zur Auswahl der entsprechenden Zeitdauern wird
in der Auswerteeinheit einfach lediglich ein Vielfaches der kürzest
möglichen Zeitdauer gebildet. Dadurch entfallen aufwendige
Umrechnungen. Beispielsweise können die entsprechenden
Werte einfach aus einer abgespeicherten Tabelle ausgelesen und eingestellt
werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung werden Entfernungsinformationen der
empfangenen Lichtstrahlen bei einem bestimmten Winkel eines Zyklus
mit Entfernungsinformationen wenigstens eines zweiten Zyklus logisch
verknüpft. Hierdurch ist es möglich, eine bestimmte
Filterfunktion zu bilden, um besonders robust gegen eine bestimmte
Art von Partikeln zu sein. So können die Entfernungsinformationen aus
beispielsweise 5 Zyklen zu einer Verknüpfung aufgrund einer
Mehrheitsentscheidung gebildet werden. Sind alle fünf Entfernungswerte
innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich, so gilt ein Objekt
erkannt. Sind jedoch lediglich drei der fünf Entfernungswerte
gleich, so wird von einem gültigen Objekt oder einem tolerierbaren
Partikel ausgegangen, wodurch kein Objektfeststellungssignal erzeugt
wird. Die Verknüpfung kann dabei genau auf die zu erwartenden Partikel
angepasst werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Entfernungsinformationen
logisch UND-, ODER- und/oder logisch NICHT miteinander verknüpft.
Diese Verknüpfungen sind besonders einfach und wirkungsvoll.
Gemäß vorgenanntem Beispiel werden die Entfernungsinformationen
von Lichtstrahlen bei identischen Winkelbereichen von beispielsweise
fünf Zyklen UND verknüpft. Im Falle von durch das Überwachungsfeld
durchfallenden Holzspänen ist es statistisch unwahrscheinlich,
dass durch die Holzspäne der Lichtstrahl innerhalb von
fünf Zyklen jedes mal einen gleichen Entfernungswert innerhalb vorgegebener
Toleranzen aufweist. Dadurch ist durch eine sehr einfache Logik
eine wirkungsvolle Unterdrückung eines Objektfeststellungssignals
bei erlaubten Partikeln gewährleistet. Um weitere einfache
Verknüpfungen zu bilden sind die Verknüpfungen ODER
und/oder NICHT vorgesehen. Damit lässt sich beispielsweise
eine logische Verknüpfung realisieren, die jeweils drei
der fünf Lichtstrahlen zur Bewertung der Entfernungsinformationen
heranzieht.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist jedem Überwachungsfeld
ein Objektfeststellungssignal zuordenbar. Dadurch können
die unterschiedlichen Objektfeststellungssignale für eine
Zwischenverarbeitung bereitgestellt werden oder das Objektfeststellungssignal
jedes Überwachungsfeldes an eine nachfolgende sichere Steuerung
weitergegeben werden, wodurch komplexe Anforderungen an eine Überwachung
realisiert werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Überwachungsfelder
eine unterschiedliche Geometrie zueinander auf und/oder überschneiden
sich. Dadurch ist es möglich, die Überwachungsfelder
exakt an eine bestimmte Anwendung beispielsweise an die Platzverhältnisse
eines agierenden Handhabungs- oder Materialverarbeitungsroboters
anzupassen. So kann beispielsweise das erste Überwachungsfeld
rechteckig und das zweite Überwachungsfeld eine O-, U-
oder L-förmige Geometrie aufweisen. Das O- U- oder L-förmige Überwachungsfeld
grenzt dabei mit seinen Innenseiten direkt an das rechteckförmige Überwachungsfeld an.
Das rechteckige Überwachungsfeld ist vorgesehen, um den
Bereich direkt vor der gefahrbringenden Bewegung zu überwachen
und das angrenzende O-, U- oder L-förmige Überwachungsfeld
wird einen Bereich beabstandet zu der Gefahrstelle überwachen. So
wird der rechteckförmige Bereich beispielsweise eine Funktion
zum Festestellen eines Hintertretens des O-, U- oder L-förmigen
Bereichs übernehmen, und der O-, U- oder L-förmige
Bereich ein direktes Eintreten einer Person oder eines Objektes
detektieren.
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Vorteilhaft
wird das erste Überwachungsfeld von einem zweiten Überwachungsfeld
begrenzt, wobei das erste Überwachungsfeld, das dem Überwachungssensor
näher ist als das zweite Überwachungsfeld, eine
höhere Zeitdauer für ein erlaubtes Eindringen
aufweist als das zweite Überwachungsfeld. Dadurch ist gewährleistet,
dass in dem ersten Überwachungsfeld eindringende Partikel
aufgrund einer Materialbearbeitung nicht zu einem Objektfeststellungssignal
führen, jedoch eintretende Personen in das zweite Überwachungsfeld
umgehend erkannt werden und zu einem Objektfeststellungssignal führen,
wodurch die gefahrbringende Bewegung beispielsweise final durch
ein Schaltsignal gestoppt oder in eine ungefährliche Bewegung
oder ungefährliche Bewegungsgeschwindigkeit überführt
wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens ein sicherer Ausgang,
insbesondere zwei sichere Ausgänge vorhanden, wobei über
die sicheren Ausgänge sichere Schaltsignale ausgebbar sind,
die beispielsweise Testpulse aufweisen, um Kurz- oder Querschlüsse
aufzudecken. Derartige Ausgänge sind vorgesehen, um einen
maschinenseitig vorhanden Aktor sicher abschalten zu können.
Durch die vorgesehenen sicheren Ausgänge kann der erfindungsgemäße Überwachungssensor
oder die sichere Steuerung universal an eine Vielzahl von elektrisch
betriebenen Aktoren angeschlossen werden. So kann der Aktor durch
ein einfaches Schaltschütz, ein Sicherheitsschaltgerät
oder eine sichere Steuerung gebildet sein, um letztendlich einen
elektrischen Antrieb abzuschalten oder zu bremsen.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind die Objektfeststellungssignale
der jeweiligen Überwachungsfelder zu jeweils einem sicheren
Ausgang logisch verknüpfbar. Dadurch ist es möglich,
weitere komplexe Anwendungen zu lösen. Beispielsweise können
mehrere Überwachungsfelder zur Tolerierung von Partikeln
aktiviert werden, die räumlich die gleiche Geometrie aufweisen
und denselben Bereich überwachen. Durch eine logische Verknüpfung
der Objektfeststellungssignale, beispielsweise einer Auswertung
'zwei aus drei' kann eine Verfügbarkeit weiter erhöht
werden, da entsprechende Partikel in zwei der drei Überwachungsfelder
ermittelt werden müssen, um ein finales sicheres Schaltsignal
an dem sicheren Ausgang zu bilden.
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Vorteilhaft
sind die logischen Verknüpfungen durch eine UND-, ODER
und/oder NICHT Verknüpfung gebildet. Durch diese Verknüpfungen
ist eine besonders einfache Auswertung möglich. Beispielsweise
werden fünf Überwachungsfelder 'ODER' verknüpft
um verschiedene Bearbeitungsstationen einer einzigen gefahrbringenden
Bewegung abzusichern, um einen gemeinsamen sicheren Ausgang auszulösen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Steuereingang vorhanden
zum selektiven Aktivieren der jeweiligen Überwachungsfelder.
Durch den Steuereingang kann eine dynamische Aktivierung der Überwachungsfelder
vorgenommen werden. Beispielsweise können die Überwachungsfelder an
unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge mit unterschiedlichen
Materialien oder auch an unterschiedliche Geometrien angepasst werden.
Beim Einssatz an Förderfahrzeugen im Freien können Überwachungsfelder
beispielsweise an unterschiedliche Wetterbedingungen angepasst werden.
So wird man bei Partikeln wie Schnee eine längere Zeitdauer
wählen als wie bei Regen, der sich aufgrund der höheren Dichte
und des geringeren Volumens schneller durch die Luft und damit durch
das Überwachungsfeld bewegt als Schnee. Dadurch kann eine
Verfügbarkeit weiterhin hoher Sicherheit erhöht
werden.
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Über
eine Logiktabelle kann festgelegt werden, welche Objektfeststellungssignale
der Überwachungsfelder zu einem bestimmten Zeitpunkt auf
einen bestimmten Eingang der Auswerteinheit geschaltet sind. So
ist es beispielsweise möglich, bei neun Überwachungsfeldern
die Objektfeststellungssignale nacheinander auf beispielsweise drei
verschiedene Eingänge der Auswerteeinheit zu leiten. Eine
zyklische Umschaltung erfolgt dabei beispielsweise über
zwei Steuereingänge.
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In
einer besonderen Ausführung sind die Steuereingänge
sicher ausgebildet, wobei die Signale auf den Steuereingängen
Testpulse aufweisen. Durch die Testpulse sind die Signale auf den
Steuereingängen überprüfbar und Fehler
aufgrund von Kurz- oder Querschlüssen zwischen den Steuereingängen
oder Steuereingängen und anderen Anschlüssen können
aufgedeckt werden. Dadurch ist es möglich, die Überwachungsfelder
sicher umzuschalten und zu gewährleisten, dass das momentan aktivierte Überwachungsfeld
dasjenige ist, das auch gewünscht wurde.
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In
einer besonderen Ausführung der Erfindung ist jedem Überwachungsfeld
jeweils ein sicherheitsgerichteter Ausgang zugeordnet. Dadurch können
mit unterschiedlichen Überwachungsfeldern unterschiedliche
Aktoren angesteuert werden. So ist es damit möglich, mit
nur einem einzigen Überwachungssensor oder einer sicheren
Steuerung mit einem Überwachungssensor mehrere Maschinen
unabhängig zu überwachen und die jeweiligen Antriebe über
die jeweiligen Aktoren unabhängig abzuschalten.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein erstes Testobjekt
außerhalb des zu überwachenden Schutzfeldes angeordnet
und/oder ein zweites Testobjekt innerhalb des zu überwachenden Schutzfeldes
angeordnet. Dadurch wird die Funktionsweise des Überwachungssensors
zusätzlich überprüft. Dabei wird kontinuierlich
das Vorhandensein oder bzw. das nicht Vorhandensein des Testobjektes überprüft.
Dadurch wird die Entfernungsmessfunktion des Überwachungssensors
durchgängig überprüft.
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Vorteilhaft
ist wenigstens ein Konturtestobjekt außerhalb des zu überwachenden
Schutzfeldes, aber im ersten Überwachungsfeld des Überwachungssensors,
vorgesehen, wobei die Lage des Konturtestobjektes relativ zum Überwachungssensor zumindest
in einer räumlichen Dimension, vorzugsweise jedoch vollständig,
bekannt ist und wenigstens ein Feldtestobjekt außerhalb
des zu überwachenden Schutzfeldes, aber im zweiten Überwachungsfeld des Überwachungssensors,
vorgesehen. Das Konturtestobjekt stellt ein komplexeres Testobjekt
dar, bei dem eine bestimmte Kontur überprüft wird.
Eine Manipulation des Überwachungssensors wird dadurch zusätzlich
erschwert. Das Feldtestobjekt ist lediglich durch das zweite Überwachungsfeld
detektierbar, wodurch gewährleistet ist, dass in zwei unterschiedlichen Überwachungsfeldern
unterschiedliche Testobjekte vorhanden sind, wodurch eine Manipulation
weiterhin erschwert wird.
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In
einer besonderen Ausführung der Erfindung ist ein erster
Feldsatz mit wenigstens zwei Überwachungsfeldern definiert,
wobei das erste Überwachungsfeld des ersten Feldsatzes
das zu überwachende Schutzfeld und den Bereich wenigstens
eines Konturtestobjektes umfasst und das zweite Überwachungsfeld
des ersten Feldsatzes wenigstens den Bereich eines Feldtestobjektes
umfasst. In einer ersten Prüfsequenz werden das zu überwachende
Schutzfeld und die Bereiche des wenigstens einen Konturtestobjektes
und des wenigstens einen Feldtestobjektes wenigstens einmal unter
Verwendung des ersten Feldsatzes abgetastet, wobei ein positives
erstes Ausgangssignal nur dann erzeugt wird, wenn ein Konturtestobjekt
im ersten Überwachungsfeld des ersten Feldsatzes in der
erwarteten Lage detektiert wird, und ein negatives zweites Ausgangssignal
erzeugt wird, wenn ein Feldtestobjekt im zweiten Überwachungsfeld
des ersten Feldsatzes detektiert wird. Ein zweiter Feldsatz mit
wenigstens zwei Überwachungsfeldern wird definiert, wobei
das erste Überwachungsfeld des zweiten Feldsatzes wenigstens
den Bereich eines Feldtestobjektes umfasst und das zweite Überwachungsfeld
des zweiten Feldsatzes das zu überwachende Schutzfeld und
den Bereich des wenigstens einen Konturtestobjektes umfasst. In
einer zweiten Prüfsequenz wird das zu überwachende
Schutzfeld und die Bereiche des wenigstens einen Konturtestobjektes
und des wenigstens einen Feldtestobjektes unter Verwendung des zweiten
Feldsatzes wenigstens einmal abgetastet und ein positives zweites
Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn ein Konturtestobjekt im zweiten Überwachungsfeld
des zweiten Feldsatzes in der erwarteten Lage detektiert wird, und
ein negatives erstes Ausgangssignal erzeugt wird, wenn ein Feldtestobjekt
im ersten Überwachungsfeld des zweiten Feldsatzes detektiert
wird. Die korrekte Funktionsfähigkeit des Sensors wird
nur dann angenommen, wenn nach einem Wechsel auf die erste Prüfsequenz
ein positives erstes Ausgangssignal und ein negatives zweites Ausgangssignal
festgestellt werden bzw. nach einem Wechsel auf die zweite Prüfsequenz
ein positives zweites Ausgangssignal und ein negatives erstes Ausgangssignal
festgestellt werden. Diese Maßnahme erhöht eine
Manipulationssicherheit noch weiter, da die Ausgangssignale komplementär
zueinander gebildet werden, wodurch fehlerhafte statische Signale
detektierbar sind.
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Vorzugsweise
umfasst die Erfindung eine Maschine zur zerspanenden Bearbeitung
von Material mit der Überwachungseinrichtung, wobei das
Material insbesondere Holz, Papier oder Stahl ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Überwachungssensors
an einer Holzverarbeitungsmaschine;
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2 eine
Fotografie von fallenden Holzspänen im Schutzfeld des Überwachungssensors;
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3 bis 5 eine
schematische Darstellung von unterschiedlichen Überwachungsfeldern.
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Der
im Folgenden beschriebene Überwachungssensor kann zum Beispiel
zur Überwachung des Schutzfeldes eines Roboters oder einer
Maschine dienen. Zum Beispiel kann als Schutzfeld der Gefahrenbereich
einer Holzverarbeitungsmaschine überwacht werden, in dessen
Gefahrenbereich während des Betriebes keine Bedienperson
eindringen darf. Befindet sich ein unzulässiges Objekt,
zum Beispiel das Bein einer Bedienperson, in dem Gefahrenbereich,
so wird dies von dem beschriebenen Sensor detektiert und ein Warnsignal
ausgegeben und/oder die Gefahr bringende Bewegung gestoppt.
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Andere
Anwendungen des im Folgenden beschriebenen Sensors betreffen zum
Beispiel Transportsysteme, insbesondere fahrerlose Transportsysteme,
wobei hier der Bereich vor dem Transportsystem überwacht
wird, um Kollisionen zu vermeiden. Wird ein Objekt in dem Schutzfeld
vor dem Transportsystem detektiert, so wird ein Stoppsignal ausgelöst, um
das Transportsystem anzuhalten. Weiter wird der erfindungsgemäße
Sensor im Freien bei verschiedenen Wetterbedingungen eingesetzt.
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Der
Begriff des ”unzulässigen Objektes” wird im
vorliegenden Text für unzulässige bzw. störende Objekte
im Schutzfeld verwendet. Insbesondere können damit zum
Beispiel auch gefährdete Körperteile von Bedienpersonen
gemeint sein. Der Begriff des „zulässigen Objektes” wird
im vorliegenden Text für zulässige bzw. nicht
störende Objekte im Schutzfeld verwendet. Insbesondere
können damit zum Beispiel, Partikel, Materialabtrag, Späne,
Sägespäne, insbesondere Holzspäne gemeint
sein.
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1 zeigt
schematisch die Anordnung eines Überwachungssensors 1 an
einer Holzverarbeitungsmaschine 14. Bezugsziffer 2 bezeichnet
ein im vorliegenden Beispiel rechteckförmiges Schutzfeld 2, das
mit dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Überwachungssensor 1 auf
die Anwesenheit von unzulässigen oder störenden
Objekten oder Personen 16 überwacht werden soll.
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In
an sich bekannter Weise wird dazu von dem Überwachungssensor 1 ein
Laserstrahl als Scanlichtstrahl in das Schutzfeld 2 geschickt,
der mit Hilfe einer in dem Überwachungssensor 1 vorgesehenen
schwenkbaren Lichtablenkeinheit in einer Drehrichtung bewegt wird,
um das Schutzfeld 2 zu überstreichen. Von einem
Objekt reflektiertes Licht wird zurück zum Überwachungssensor 1 reflektiert und
dort detektiert. Aus der Stellung der Lichtablenkeinheit kann auf
den Winkel geschlossen werden, unter dem sich das reflektierende
Objekt relativ zum Überwachungssensor 1 befindet.
Aus der Laufzeit eines Lichtimpulses vom Überwachungssensor 1 bis zu
dem reflektierenden Objekt und zurück kann mit Hilfe der
Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung des Objektes von dem Überwachungssensor 1 geschlossen
werden.
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Das
verwendete Licht kann im sichtbaren, aber auch in anderen Spektralbereichen
gewählt sein, zum Beispiel im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich.
Vorteilhafterweise wird Laserlicht verwendet.
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Die
Holzverarbeitungsmaschine 14 gemäß 1 weist
eine Materialzuführungseinheit 20 auf, um Werkstücke 22 aus
Holz einer Verarbeitungseinheit mit einer Säge 24 zuzuführen.
Aus den Werkstücken 22 aus Holz werden mit der
Säge 24 Formteile ausgesägt, die über
eine Materialabführungseinheit 28 abtransportiert
werden.
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Der
Bereich vor der Überwachungseinheit 1 soll bei
stillstehender Maschine frei zugänglich sein, um beispielsweise
mit Staplern oder Hubwagen Material zu der Maschine 12 transportieren
zu können. Bei laufender Maschine 12 soll jedoch
der Bereich vor der gefahrbringenden Bewegung abgesichert werden,
so dass die Säge 24 abgeschaltet wird, sobald
eine Person 16 in diesen Bereich eintritt. Herabfallende
Partikel oder Sägespäne 30, die während des
Bearbeitungsvorganges entstehen, sollen jedoch nicht zu einer Abschaltung
führen.
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Derartige
auftretende Sägespäne 30 zeigt die Fotografie
gemäß 2. In 2 ist der Überwachungssensor 1 aus 1 gezeigt.
Durch den Sägevorgang fallen Sägespäne 30 auf
den Boden. Die Sägespäne 30 sollen nicht
zu einem unerwünschten Stoppen der Maschine führen.
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Die 3 bis 5 zeigen
schematisch die Holzverarbeitungsmaschine 14 aus 1 in
einer Draufsicht in unterschiedlichen Betriebsphasen. Die Säge 24 ist
dabei beweglich an der Holzverarbeitungsmaschine 14 angeordnet,
um Sägevorgänge an verschiedenen Positionen durchzuführen.
In der Mitte vor der Maschine ist der Überwachungssensor 1 zur Überwachung
des Schutzfeldes 2 angeordnet.
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Das
Schutzfeld 2 vor der Holzverarbeitungsmaschine 14 wird
dabei von drei verschiedenen Überwachungsfeldern 6, 8 und 10 abgesichert.
Ein erstes Überwachungsfeld 6 ist dabei rechteckig
ausgebildet und überwacht einen Bereich direkt bei der Säge 24.
Das erste Überwachungsfeld 6 erlaubt dabei eine
Zeitdauer eines erlaubten Verweilens von Objekten im Schutzfeld
bis zu 2 s. Abhängig von der Zeitdauer des erlaubten Verweilens
wird von einer Auswerteeinheit ein Objektfestestellungssignal generiert,
das zu einem sicheren Schaltsignal an einem sicheren Ausgang führt,
wodurch die Säge abgeschaltet werden kann. Herabfallende
Sägespäne 30 werden dadurch ignoriert
und führen nicht zum Abschalten der Säge 24.
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Damit
jedoch Personen vor der gefahrbringenden Bewegung geschützt
werden, ist das erste Überwachungsfeld 6 von einem
zweiten U-förmigen Überwachungsfeld 8 umschlossen.
Das zweite Überwachungsfeld 8 erlaubt nun lediglich
noch eine zulässige Zeitdauer oder Verweildauer von 250
ms im Schutzfeld 2. Diese Zeitdauer ist dabei angepasst
an die Entfernung zur Gefahrstelle gemäß aktueller
Sicherheitsnormen, wie beispielsweise die EN 999 zur Berechnung
von Sicherheitsabständen. Gelangt eine Person in das zweite Überwachungsfeld 8,
so wird nach einer Zeitdauer von 250 ms ein Objektfeststellungssignal
generiert und die Säge 24 durch ein sicheres Schaltsignal
abgeschaltet, um eine Gefahr für die Person zu vermeiden.
Erfolgt jedoch nur eine zufälliger Eingriff, beispielsweise
durch einzelne Sägespäne für lediglich
kleiner 250 ms, so erfolgt keine Abschaltung der Säge 24.
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Durch
die Anordnung der zwei Überwachungsfelder 6 und 8 mit
unterschiedlichen Zeitdauern zur Detektion von Objekten im Schutzfeld 2 wird eine
optimale Sicherheit für Bedienpersonal gewährleistet,
als auch eine Verfügbarkeit der Anlage optimal vergrößert,
da es nicht zu unnötigen Abschaltungen der Säge 24 kommt,
wodurch eine Produktivität erhöht wird.
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Weiter
ist ein drittes Überwachungsfeld 10 vorgesehen,
um den restlichen Bereich des Schutzfeldes 2 zu überwachen.
Da in diesem Bereich keine Sägespäne 30 anfallen,
ist hier ein rechteckiges drittes Überwachungsfeld 10 vorgesehen,
welches lediglich eine Zeitdauer von 1 s für eine Verletzung
des Überwachungsfeldes zulässt. Befindet sich
eine eintretende Person für einen Zeitraum von mehr als
1 s in dem dritten Überwachungsfeld 10 ist es
vorgesehen, ein Objektfeststellungssignal zu erzeugen und die Säge 24 über
ein sicheres Schaltsignal über einen sicheren Ausgang abzuschalten,
einen begrenzten Fahrbereich vorzusehen oder zumindest in eine ungefährliche
langsame Bewegungsgeschwindigkeit zu überführen.
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Gemäß 4 befindet
sich die Säge 24 in der rechten Hälfte
der Holzverarbeitungsmaschine 14. Das erste Überwachungsfeld 6 ist
räumlich wieder direkt der Säge 24 zugeordnet
und das zweite Überwachungsfeld 8 umschließt
das erste Überwachungsfeld 6. Das dritte Überwachungsfeld 10 befindet
sich nun links vor der Maschine.
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Gemäß 5 befindet
sich die Säge 24 ungefähr in der Mitte
der Maschine. Das erste rechteckige Überwachungsfeld 6 füllt
nahezu das gesamte Schutzfeld 2 vor der Holzverarbeitungsmaschine 14 aus.
Das erste Überwachungsfeld 6 wird wiederum von
dem zweiten Überwachungsfeld 8 umschlossen. Gemäß dieser
Betriebsart kann die Säge 24 über die ganze
Länge der Holzverarbeitungsmaschine 14 bewegt
werden, ohne dass es zu einer unerwünschten Abschaltung
durch herabfallende Sägespäne 30 kommt.
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Eine
Umschaltung der Überwachungsfelder 6, 8 und 10 auf
unterschiedliche Positionen wird dabei durch eine Maschinensteuerung
ausgelöst. Die Maschinensteuerung weist hierzu Ausgänge
auf, die mit Steuereingängen des Überwachungssensors 1 verbunden
sind. Bei der Maschinensteuerung kann es sich auch um eine sichere
Steuerung handeln, die sichere Ausgänge aufweist. Beispielsweise
sind zur Umschaltung der Überwachungsfelder 6, 8, 10 lediglich
zwei Steuereingänge notwendig, denen binäre Codierungen
aufgeschaltet werden zur Umschaltung der Überwachungsfelder.
Die Steuereingänge können dabei auch redundant
ausgeführt werden und als sichere Eingänge ausgeführt
sein.
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Die Überwachungsfelder 6, 8 und 10 gemäß den 3 bis 5 können
auch unabhängig voneinander definiert werden, so dass im
Speicher des Überwachungssensors 1 acht oder mehr
unterschiedliche Überwachungsfelder gespeichert sind, die
unabhängig voneinander aktivierbar sind. Die Überwachungsfelder
werden dann jeweils bestimmten Feldsätzen zugeordnet. Beispielsweise
bilden die Überwachungsfelder gemäß 3 einen
ersten Feldsatz, die Überwachungsfelder gemäß 4 einen
zweiten Feldsatz und die Überwachungsfelder gemäß 5 einen
dritten Feldsatz. Durch die Steuereingänge werden dann
lediglich die Feldsätze umgeschaltet, die die jeweiligen Überwachungsfelder beinhalten
und aktivieren.
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Der Überwachungssensor
weist mehrere sichere Schaltausgänge zur Beeinflussung
der Säge auf. Jedem der Überwachungsfelder ist
dabei ein Objektfeststellungssignal und beispielsweise ein sicherer
Schaltausgang zugeordnet. Das Abschalten der Säge wird
beispielsweise lediglich durch eine Verletzung des zweiten Überwachungsfeldes
durchgeführt. Bei einer Objekterkennung in dem ersten und
dritten Überwachungsfeld wird die Säge beispielsweise
lediglich in eine langsame ungefährliche Bewegung überführt.
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- 1
- Überwachungssensor
- 2
- Schutzfeld
- 6
- erstes Überwachungsfeld
- 8
- zweites Überwachungsfeld
- 10
- drittes Überwachungsfeld
- 12
- Maschine
- 14
- Holzverarbeitungsmaschine
- 16
- Person
oder Objekt
- 20
- Materialzuführungseinheit
- 22
- Werkstücke
- 24
- Säge
- 26
- Formteile
- 28
- Materialabführungseinheit
- 30
- Sägespäne
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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