DE102015215211B4

DE102015215211B4 - Process for the safety control of a plant and corresponding safety system

Info

Publication number: DE102015215211B4
Application number: DE102015215211.1A
Authority: DE
Inventors: Gianluca Gallo; Claudio Mantega; Franco Forlani; Guglielmo Balsamini
Original assignee: SCM Group SpA
Current assignee: SCM Group SpA
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2021-10-21
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: AT516140A1; DE102015215211A1

Abstract

Verfahren zur Sicherheitssteuerung einer Anlage, wie beispielsweise eines Bearbeitungszentrums (2) für Werkstücke aus Holz, Glasfaserkunststoff und dergleichen, das die folgenden Phasen beinhaltet:(A) Aufnehmen eines virtuellen Referenzbildes der zu überwachenden Szene (S1, S2), mit Erzeugung eines Vektors oder einer Matrix von Referenzsignalen, wobei jedes dieser Signale eine entsprechende Information bezüglich des Abstandes der Gegenstände in dieser Szene (S1, S2) enthält;(B) Auswählen einer oder mehrerer Gruppen der Signale des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen, wobei jede Gruppe von Signalen einem entsprechenden Sicherheitsraum der Szene (S1, S2) entspricht;(C) Aufnehmen der Szene (S1, S2), mit Erzeugung eines Vektors oder einer Matrix von Kontrollsignalen, wobei jedes dieser Signale eine entsprechende Information bezüglich des Abstandes der Gegenstände in dieser Szene (S1, S2) enthält; und(D) Vergleichen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen mit dem Vektor oder der Matrix von Kontrollsignalen, um festzustellen, ob, für jedes der in Phase (C) aufgenommenen Bilder, eine vordefinierbare Anzahl Nsvon Signalen des Vektors oder der Matrix von Kontrollsignalen, die den Signalen einer der Gruppen von Signalen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen entsprechen, eine Variation der auf den Abstand von der Szene (S1, S2) bezogenen Information aufweist, worin dieser erfasste Abstand auf eine potenzielle Gefährdung innerhalb der Sicherheitsräume oder -zonen der genannten Szene (S1, S2) hinweist, wobei jeder der Gruppen von Signalen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen zwei oder mehr Sicherheitsebenen zugewiesen werden.A method for safety control of a system, such as a machining center (2) for workpieces made of wood, fiberglass and the like, which includes the following phases: (A) Recording a virtual reference image of the scene to be monitored (S1, S2), with generation of a vector or a matrix of reference signals, each of these signals containing corresponding information relating to the distance of the objects in this scene (S1, S2); (B) selecting one or more groups of the signals of the vector or the matrix of reference signals, each group of signals corresponds to a corresponding security room of the scene (S1, S2); (C) recording the scene (S1, S2), with the generation of a vector or a matrix of control signals, each of these signals corresponding information relating to the distance between the objects in this scene ( S1, S2) contains; and (D) comparing the vector or the matrix of reference signals with the vector or the matrix of control signals in order to determine whether, for each of the images recorded in phase (C), a predefinable number Ns of signals of the vector or the matrix of control signals, which correspond to the signals of one of the groups of signals of the vector or the matrix of reference signals has a variation of the information relating to the distance from the scene (S1, S2), in which this detected distance indicates a potential hazard within the safety rooms or zones of the indicated scene (S1, S2), with each of the groups of signals of the vector or the matrix of reference signals being assigned two or more security levels.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherheitssteuerung einer Anlage und entsprechendes Sicherheitssystem.The present invention relates to a method for safety control of an installation and a corresponding safety system.

Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und ein Sicherheitssystem, das insbesondere für Bearbeitungszentren für Werkstücke aus Holz, Glasfaserkunststoff, Kunststoff, Glas und dergleichen entwickelt und hergestellt wurde, aber auch auf jede beliebige andere Anlage anwendbar ist, die eine Interaktion zwischen einer Maschine, Anlage oder einem Bearbeitungszentrum mit bewegten oder unbewegten Organen und einer Bedienperson vorsieht.More precisely, the invention relates to a method and a safety system that has been developed and manufactured in particular for machining centers for workpieces made of wood, fiberglass, plastic, glass and the like, but can also be applied to any other system that allows interaction between a machine , System or a machining center with moving or immobile organs and an operator.

In der Folge wird die Erfindung mit Bezug auf die Anwendung auf ein Holzbearbeitungszentrum beschrieben, aber es liegt auf der Hand, dass diese Beschreibung nicht als auf diese spezifische Anwendung beschränkt anzusehen ist.In the following the invention will be described with reference to the application to a woodworking center, but it is obvious that this description is not to be regarded as being limited to this specific application.

Wie hinreichend bekannt ist, existieren gegenwärtig verschiedene Arten von Sicherheitssystemen für Holzbearbeitungsanlagen, die dafür bestimmt sind, die Gefahr der Annäherung eines Benutzers an die in der Anlage installierten Bearbeitungswerkzeuge zu vermeiden.As is well known, there are currently various types of safety systems for woodworking plants, which are designed to avoid the risk of a user approaching the processing tools installed in the plant.

Insbesondere sehen, wie hinreichend bekannt, solche Holzbearbeitungsanlagen einen Arbeitstisch vor, auf dem die zu bearbeitenden Werkstücke aufgelegt und befördert werden, ein relativ zu diesem Arbeitstisch bewegliches Portal, auf dem eine entlang des Portals bewegliche Ausrüstung installiert ist, sowie ein auf dieser Ausrüstung angeordnetes Bearbeitungswerkzeug.In particular, as is well known, such woodworking systems provide a work table on which the workpieces to be processed are placed and conveyed, a portal movable relative to this work table on which equipment movable along the portal is installed, and a processing tool arranged on this equipment .

Während des Betriebs werden solche Bearbeitungsanlagen von einem Benutzer gesteuert, der mit der Anlage interagieren kann, beispielsweise im Falle einer Funktionsstörung oder zu Wartungszwecken.During operation, such processing systems are controlled by a user who can interact with the system, for example in the event of a malfunction or for maintenance purposes.

An solchen Bearbeitungsanlagen sind daher Sensoren vorgesehen, um das Risiko zu mindern, dass der Benutzer mit Anlagenteilen in Berührung kommt, die eine potenzielle Gefährdung darstellen.Sensors are therefore provided on such processing systems in order to reduce the risk of the user coming into contact with system parts that represent a potential hazard.

So sieht ein derzeit handelsübliches System optische Sensoren und Berührungssensoren vor. Durch optische Sensoren, wie Laser und dergleichen, wird ein bestimmter Bereich derart beleuchtet, dass, falls der Laserstrahl auf einen Benutzer trifft, die Betriebsgeschwindigkeit der Anlage verringert würde. Berührungssensoren sind hingegen in einer Weise angeordnet, dass, falls der Benutzer eine Stelle berührt, an der ein Sensor angebracht ist, das Stoppen der Anlage vorgesehen ist.A currently commercially available system provides optical sensors and touch sensors. By means of optical sensors such as lasers and the like, a certain area is illuminated in such a way that if the laser beam hits a user, the operating speed of the system would be reduced. Touch sensors, on the other hand, are arranged in such a way that, if the user touches a point at which a sensor is attached, the system is intended to be stopped.

Ein technisches Problem der Sicherheitssysteme nach dem vorbekannten Stand der Technik betrifft die Tatsache, dass die Anlagen oftmals unterschiedlich aufgebaut sind. Die Installation solcher Sicherheitssysteme ist daher nicht einfach standardisierbar, mit der Auswirkung, dass die Kosten der mit diesen Systemen ausgestatteten Anlagen und deren Komplexität erheblich ansteigen.A technical problem with the security systems according to the prior art relates to the fact that the systems are often constructed differently. The installation of such security systems is therefore not easy to standardize, with the effect that the costs of the systems equipped with these systems and their complexity increase considerably.

Es liegt auf der Hand, dass dieses Verfahren im Hinblick sowohl auf gewerbliche als auch auf wirtschaftliche Aspekte aufwändig ist.It is obvious that this process is costly in terms of both commercial and economic aspects.

Die DE 100 00 287 A1 zeigt eine Schutzvorrichtung zur Sicherheitssteuerung einer Anlage mit zugehörigem Verfahren. Dabei wird mit einer Kamera ein Referenzbild aufgenommen, das zum Vergleich mit im Betrieb aufgenommenen Kamerabildern dient, um durch Auftreten einer Diskrepanz zwischen den Bildinformationen sicherheitskritische Objekte zu detektieren und die Anlage anzuhalten. Jedes Bild der Kamera wird dabei aus einer Matrix von Pixeln gebildet. Der von der Kamera aufgenommene Bereich wird in mehrere Schutzzonen unterteilt.the DE 100 00 287 A1 shows a protective device for the safety control of a system with the associated method. A reference image is recorded with a camera, which is used for comparison with camera images recorded during operation, in order to detect objects that are critical to safety due to the occurrence of a discrepancy between the image information and to stop the system. Each image from the camera is formed from a matrix of pixels. The area recorded by the camera is divided into several protection zones.

Die US 2011 / 0 273 723 A1 zeigt eine Kamera mit Lichtlaufzeitprinzip für eine Schutzvorrichtung.US 2011/0273 723 A1 shows a camera with the time-of-flight principle for a protective device.

Angesichts der obigen Ausführungen besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Sicherheitssystems für Bearbeitungsanlagen, das die Einschränkungen der Systeme nach dem bekannten Stand der Technik überwinden kann.In view of the foregoing, the object of the present invention is to provide a safety system for machining equipment that can overcome the limitations of the prior art systems.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 angegeben.According to the invention, a method according to claim 1 is specified.

Das Verfahren zur Sicherheitssteuerung einer Anlage, wie beispielsweise eines Bearbeitungszentrums für Werkstücke aus Holz, Glasfaserkunststoff und dergleichen, enthält die folgenden Phasen:

(A) Aufnehmen eines virtuellen Referenzbildes der zu überwachenden Szene, mit Erzeugung eines Vektors oder einer Matrix von Referenzsignalen, wobei jedes dieser Signale eine entsprechende Information bezüglich des Abstands der Gegenstände dieser Szene enthält;
(B) Auswählen einer oder mehrerer Gruppen der Signale des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen, wobei jede Gruppe von Signalen einem entsprechenden Sicherheitsraum der Szene entspricht;
(C) Aufnehmen der Szene, mit Erzeugung eines Vektors oder einer Matrix von Kontrollsignalen, wobei jedes dieser Signale eine entsprechende Information bezüglich des Abstandes der Gegenstände dieser Szene enthält; und
(D) Vergleichen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen mit dem Vektor oder der Matrix von Kontrollsignalen, um festzustellen, ob, für jedes der in Phase (C) aufgenommenen Bilder, eine vordefinierbare Anzahl N_s von Signalen des Vektors oder der Matrix von Kontrollsignalen, die den Signalen einer der Gruppen von Signalen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen entsprechen, eine Variation der auf den Abstand von der Szene bezogenen Information aufweist, worin dieser erfasste Abstand auf eine potenzielle Gefährdung innerhalb eines der Sicherheitsräume oder einer der Sicherheitszonen der genannten Szene hinweist.

The procedure for the safety control of a system, such as a machining center for workpieces made of wood, fiberglass and the like, contains the following phases:

(A) recording a virtual reference image of the scene to be monitored, with generation of a vector or a matrix of reference signals, each of these signals containing corresponding information relating to the distance between the objects in this scene;
(B) selecting one or more groups of the signals of the vector or matrix of reference signals, each group of signals corresponding to a corresponding security space of the scene;
(C) recording the scene, with generation of a vector or a matrix of control signals, each of these signals containing corresponding information relating to the distance between the objects of this scene; and
(D) comparing the vector or the matrix of reference signals with the vector or the matrix of control signals in order to determine whether, for each of the images recorded in phase (C), a predefinable number N _{s of signals of the vector or the matrix of control signals} which correspond to the signals of one of the groups of signals of the vector or the matrix of reference signals has a variation of the information related to the distance from the scene, in which this detected distance indicates a potential hazard within one of the safety rooms or one of the safety zones of said scene indicates.

Ebenso erfindungsgemäß beinhalten die Phase der Erfassung (A) und die Phase der Aufnahme (C) jeweils die folgenden Unterphasen: Bereitstellen zumindest einer Bildaufnahmeeinheit; und/oder Durchführen einer Kalibrierung, um eventuelle Ausrichtungsfehler oder Drehungen einer der Kameras der Bildaufnahmeeinheit relativ zu der anderen, und ungleichförmige Beleuchtungsbedingungen zu korrigieren, um innere und äußere Parameter des Bildes der Szene zu erhalten; und/oder Durchführen einer Rektifizierung, um die mittels der Kalibrierungsphase erhaltenen inneren und äußeren Parameter so zu verarbeiten, dass die von der Bildaufnahmeeinheit stammenden stereoskopischen Bilder so umgewandelt werden, dass eine oder mehrere Bedingungen erfüllt sind.According to the invention, the acquisition phase (A) and the acquisition phase (C) each include the following sub-phases: providing at least one image acquisition unit; and / or performing a calibration in order to correct any misalignment or rotation of one of the cameras of the image recording unit relative to the other, and non-uniform lighting conditions in order to obtain internal and external parameters of the image of the scene; and / or performing a rectification in order to process the internal and external parameters obtained by means of the calibration phase in such a way that the stereoscopic images originating from the image recording unit are converted in such a way that one or more conditions are met.

Ebenfalls erfindungsgemäß kann die mindestens eine Bildaufnahmeeinheit vom Typ ToF (Time Of Fly - Laufzeit) oder vom stereoskopischen Typ sein.According to the invention, the at least one image recording unit can also be of the ToF (Time Of Fly - transit time) type or of the stereoscopic type.

Vorteilhaft kann gemäß der Erfindung das genannte Verfahren die Phase der Filterung der mehreren Signale beinhalten, vorzugsweise mittels Tiefpassfilterung.According to the invention, said method can advantageously include the phase of filtering the plurality of signals, preferably by means of low-pass filtering.

Weiterhin erfindungsgemäß können, im Anschluss an die Phase (D), falls eine Anzahl von Signalen N_s einer der Gruppen von Signalen des Vektors oder der Matrix von Signalen, die auf das Bild der betreffenden Szene bezogen sind, eine Variation der Information bezüglich des Abstands von der Szene aufweist, welche auf eine potenzielle Gefährdung innerhalb eines der Sicherheitsräume oder einer der Sicherheitszonen der Szene hinweist, Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise ein Alarm, ausgelöst werden, oder Organe oder Vorrichtungen zum Verlangsamen oder Anhalten des Betriebs der Anlage aktiviert werden.Furthermore, according to the invention, following phase (D), if a number of signals N _{s of} one of the groups of signals of the vector or the matrix of signals related to the image of the scene in question, a variation of the information regarding the distance of the scene, which indicates a potential hazard within one of the safety rooms or one of the safety zones of the scene, safety devices, such as an alarm, are triggered, or organs or devices for slowing down or stopping the operation of the system are activated.

Ebenso erfindungsgemäß kann das Verfahren jeder der Gruppe von Signalen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen zwei oder mehr Sicherheitsebenen zuweisen.According to the invention as well, the method can assign two or more security levels to each of the group of signals of the vector or the matrix of reference signals.

Ebenfalls erfindungsgemäß können die Phasen (C) und (D) iterativ wiederholt werden.Also according to the invention, phases (C) and (D) can be repeated iteratively.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in einem System zur Sicherheitssteuerung einer Anlage, wie beispielsweise eines Bearbeitungszentrums für Werkstücke aus Holz, Kunststoff, Glasfaserkunststoff und dergleichen, das zumindest eine Bildaufnahmeeinheit beinhaltet, die in der Lage ist, die Szene zu erfassen, in der, zumindest teilweise, das zu überwachende Bearbeitungszentrum enthalten ist, mit Erzeugung eines Vektors oder einer Matrix von Signalen, wobei diese Bildaufnahmeeinheit dafür ausgelegt ist, jedem dieser Signale eine entsprechende Information bezüglich des Abstandes der Gegenstände dieser Szene zuzuordnen, und eine Steuereinheit beinhaltet, die mit der zumindest einen Bildaufnahmeeinheit verbunden ist und in der Lage ist, die genannten Signale mittels des oben definierten Verfahrens zu verarbeiten.Another object of the present invention consists in a system for safety control of a plant, such as a machining center for workpieces made of wood, plastic, fiberglass and the like, which includes at least one image recording unit that is able to capture the scene in which, at least partially, the machining center to be monitored is included, with the generation of a vector or a matrix of signals, this image recording unit being designed to assign corresponding information relating to the distance between the objects of this scene to each of these signals, and containing a control unit that communicates with the at least one image recording unit is connected and is able to process the said signals by means of the method defined above.

Ebenso erfindungsgemäß kann die mindestens eine Bildaufnahmeeinheit (31, 32) vom Typ ToF (Time Of Fly - Laufzeit) oder vom stereoskopischen Typ sein.According to the invention, the at least one image recording unit ( 31 , 32 ) of the ToF (Time Of Fly) type or of the stereoscopic type.

Vorteilhaft kann erfindungsgemäß das System zwei Bildaufnahmeeinheiten zur Erfassung von zwei verschiedenen Szenen beinhalten.According to the invention, the system can advantageously contain two image recording units for recording two different scenes.

Ebenfalls erfindungsgemäß kann die Bildaufnahmeeinheit derart angeordnet sein, dass in dem Bild der zu überwachenden Szene, zumindest teilweise, das Bearbeitungszentrum enthalten ist.According to the invention, the image recording unit can also be arranged in such a way that the processing center is at least partially contained in the image of the scene to be monitored.

Ferner kann erfindungsgemäß die Bildaufnahmeeinheit auf einem beweglichen Teil oder auf einem feststehenden Teil des Bearbeitungszentrums angeordnet sein.Furthermore, according to the invention, the image recording unit can be arranged on a movable part or on a stationary part of the machining center.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, ohne jedoch deren allgemeinen Anwendungsbereich einzuschränken. Hierbei zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems;
2 eine Bildaufnahmeeinheit des Systems von 1;
3 ein Flussdiagramm der Funktionsweise des Systems von 1; und
4 ein ideales stereoskopisches Referenzschema.

The present invention is described below with reference to the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the invention without, however, restricting its general scope. Here show:

1 a block diagram of a security system according to the invention;
2 an image acquisition unit of the system of 1 ;
3 a flow diagram of the operation of the system of FIG 1 ; and
4th an ideal stereoscopic reference scheme.

In den verschiedenen Figuren werden ähnliche Teile mit denselben Bezugsnummern gekennzeichnet.Similar parts are identified by the same reference numbers in the different figures.

Mit Bezug auf die 1 und 2 ist ein Prinzipschaubild des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems 1 dargestellt, das auf ein Bearbeitungszentrum 2 angewendet wird. Dieses Bearbeitungszentrum 2 beinhaltet ein Grundgestell 21, das eine Oberfläche 22 für das Verschieben der zu bearbeitenden Werkstücke P entlang einer Richtung F aufweist, sowie ein Portal 23, auf dem eine entlang des Portals 23 bewegliche Ausrüstung 24 installiert ist, welche ein Werkzeug zur Bearbeitung der Werkstücke P beinhaltet.With reference to the 1 and 2 is a schematic diagram of the security system according to the invention 1 shown on a machining center 2 is applied. This machining center 2 includes a base frame 21 that one surface 22nd for moving the workpieces P to be machined along a direction F, as well as a portal 23 , on the one along the portal 23 moving equipment 24 is installed, which contains a tool for machining the workpieces P.

Im untersuchten Fall sind die beweglichen Teile des Bearbeitungszentrums 2, und somit zugleich auch die gefährlichsten für die Unversehrtheit des Benutzers, das Portal 23 und die bewegliche Ausrüstung 24. Das Sicherheitssystem 1 ermöglicht es, wie nachfolgend noch genauer beschrieben wird, das Risiko zu vermindern, dass sich ein Benutzer dem Bearbeitungszentrum 2, und insbesondere den beweglichen Teilen, annähern kann, wenn das Bearbeitungszentrum 2 in Betrieb ist.In the examined case, the moving parts are the machining center 2 , and thus also the most dangerous for the integrity of the user, the portal 23 and the moving equipment 24 . The security system 1 makes it possible, as will be described in more detail below, to reduce the risk that a user will access the machining center 2 , and especially the moving parts, when the machining center 2 is in operation.

Das Sicherheitssystem 1 beinhaltet zwei Bildaufnahmeeinheiten, die jeweils mit 31 und 32 bezeichnet sind, und eine zentrale Steuereinheit 4.The security system 1 includes two image recording units, each designated by 31 and 32, and a central control unit 4th .

Die Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 sind dafür ausgelegt, jeweils eine Szene, die mit S1 beziehungsweise S2 bezeichnet sind, zu erfassen, in denen zumindest teilweise das zu überwachende Bearbeitungszentrum 2 enthalten ist. Jede Bildaufnahmeeinheit 31 und 32 erzeugt mehrere Signale, die eventuell jeweils einem der Pixel (Bildpunkte) entsprechen, aus denen sich das Bild der betreffenden Szenen S1 oder S2 zusammensetzt, so dass ein Vektor oder eine Matrix von Kontrollsignalen erzeugt wird. Die Aufnahme wird im Lauf der Zeit kontinuierlich vorgenommen, mit geeigneten Probenahmeintervallen.The image acquisition units 31 and 32 are designed to each capture a scene, designated S1 or S2, in which at least partially the machining center to be monitored 2 is included. Any imaging unit 31 and 32 generates multiple signals, each of which may correspond to one of the pixels that make up the image of the scene in question S1 or S2 assembled so that a vector or matrix of control signals is generated. The recording is made continuously over time, with appropriate sampling intervals.

Die Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 sind vorzugsweise vom Typ ToF (Time Of Fly - Laufzeit), wie in 2 dargestellt, da es dieser Gerätetyp ermöglicht, in Echtzeit den Abstand zwischen der Kamera und den aufzunehmenden Gegenständen oder Szenen S1 oder S2 zu beurteilen, indem die Zeit gemessen wird, die ein Lichtimpuls benötigt, um die Strecke Kamera-Gegenstand-Kamera zurückzulegen (die sog. Laufzeit).The image acquisition units 31 and 32 are preferably of the ToF (Time Of Fly) type, as in 2 as this type of device enables the distance between the camera and the objects or scenes to be recorded in real time S1 or S2 to be assessed by measuring the time it takes a light pulse to cover the distance camera-object-camera (the so-called transit time).

Die Szene S1 oder S2 jeder der Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 wird somit komplett aufgenommen, aber die Messung des Abstands wird unabhängig voneinander von jeder der Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 für jedes Signal des Vektors oder der Matrix von Signalen des aufgenommenen Bildes durchgeführt, um die dreidimensionale Rekonstruktion des Gegenstandes oder der Szene S1 oder S2, die erfasst und ausgemessen wurde, zu ermöglichen.The scene S1 or S2 each of the image pickup units 31 and 32 is thus completely recorded, but the measurement of the distance is made independently of each other by each of the image recording units 31 and 32 for each signal of the vector or the matrix of signals of the captured image carried out the three-dimensional reconstruction of the object or scene S1 or S2 that has been recorded and measured.

Die Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 können auch vom stereoskopischen Typ (oder stereo vision) sein, da auch diese in der Lage sind, die Tiefe einer Szene und somit den Abstand eines Gegenstandes zu einem Referenzpunkt (im Allgemeinen die Kamera selbst) der aufgenommenen Szene zu erfassen. Zur erwähnten Visualisierungstechnik sind verschiedene Studien, sowohl im akademischen, als auch im gewerblichen Bereich, hinreichend bekannt.The image acquisition units 31 and 32 can also be of the stereoscopic type (or stereo vision), since these are also able to detect the depth of a scene and thus the distance of an object to a reference point (generally the camera itself) of the recorded scene. Various studies, both in academia and in the commercial sector, are well known about the visualization technology mentioned.

Jede der Bildaufnahmeeinheiten 31 und/oder 32 beinhaltet eine entsprechende Halterung 31'.Each of the image pickup units 31 and or 32 includes a corresponding bracket 31 ' .

Die Bildaufnahmeeinheiten 31 und/oder 32 sind mit der zentralen Steuereinheit 4 verbunden, welche die erfassten Signale verarbeitet und somit die Identifikation eines Gegenstandes und der Information „Abstand“ jedes Gegenstandes oder Bestandteils der Szene S1 oder S2 vom Beobachtungspunkt ermöglicht. Diese mittels der gleichzeitig von jeder der Bildaufnahmeeinheiten 31 oder 32 aufgenommenen Bilder erhaltenen Informationen werden von einem Mikroprozessor oder einem DSP (Digital Signal Processor) verarbeitet, der über geometrische Verarbeitungen den Abstand bestimmt, in dem sich jeder Gegenstand der aufgenommenen Szene befindet.The image acquisition units 31 and or 32 are with the central control unit 4th connected, which processes the recorded signals and thus the identification of an object and the information "distance" of each object or part of the scene S1 or S2 from the observation point. This by means of the simultaneously from each of the image pickup units 31 or 32 The information obtained from the recorded images is processed by a microprocessor or a DSP (Digital Signal Processor), which uses geometric processing to determine the distance at which each object of the recorded scene is located.

Mit anderen Worten kann, dank des Einsatzes der Bildaufnahmeeinheiten 31 oder 32, die eine Stereo-Videoaufnahme bereitstellen, die wie bereits erwähnt die Bestimmung des Abstandes für die Signale ermöglicht, aus denen sich das Bild der aufgenommenen Szene S1 oder S2 zusammensetzt, in Echtzeit das Bild der Szene S1 oder S2 aufgenommen werden, das die Elemente des Bearbeitungszentrums 2 zeigt, wobei für jedes Signal die Information bezüglich des Abstandes von der Bildaufnahmeeinheit 31 oder 32 vorgesehen ist.In other words, thanks to the use of the image pickup units 31 or 32 , which provide a stereo video recording which, as already mentioned, enables the determination of the distance for the signals that make up the image of the recorded scene S1 or S2 composes the image of the scene in real time S1 or S2 are included that the elements of the machining center 2 shows, where for each signal the information relating to the distance from the image recording unit 31 or 32 is provided.

Vorab ermöglicht das Sicherheitssystem ferner die Aufnahme eines virtuellen Referenzbildes der Szene S1, S2, in der, wie erwähnt, das zu überwachende Bearbeitungszentrum 2 enthalten ist, mit Erzeugung eines Vektors oder einer Matrix von Referenzsignalen. Dieses Referenzbild kann, falls bekannt, auch vorab i das Sicherheitssystem 1 eingegeben werden.The security system also enables a virtual reference image of the scene to be recorded beforehand S1 , S2 , in which, as mentioned, the machining center to be monitored 2 is included, with generation of a vector or a matrix of reference signals. If known, this reference image can also be used in advance by the security system 1 can be entered.

In der Folge ermöglicht das erfindungsgemäße Sicherheitssystem 1, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die von den Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 aufgenommene Szene S1 oder S2 wie bereits erwähnt Zonen oder Räume aufweisen wird, die keinerlei Gefährdung für den Benutzer darstellen, sowie weitere Zonen, insbesondere in der Nähe der Werkzeuge des Bearbeitungszentrums, die eine besondere Gefährdung für die körperliche Unversehrtheit eines Benutzers darstellen, wenn das Bearbeitungszentrum in Betrieb ist, eine Vorauswahl der Sicherheitsräume der erfassten Szene S1 oder S2.As a result, the security system according to the invention enables 1 , taking into account the fact that those from the image pickup units 31 and 32 recorded scene S1 or S2 As already mentioned, zones or rooms that do not pose any risk to the user, as well as other zones, especially in the vicinity of the tools of the machining center, which pose a particular danger to the physical integrity of a user when the machining center is in operation, a Preselection of the security rooms of the captured scene S1 or S2 .

Insbesondere ermöglicht es das Sicherheitssystem 1, vor den Kontrollphasen eine oder mehrere Gruppen der Signale des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen auszuwählen. Jede Gruppe von Signalen entspricht einem entsprechenden Sicherheitsraum oder einer Sicherheitszone der Szene S1, S2.In particular, it is made possible by the security system 1 to select one or more groups of signals of the vector or matrix of reference signals before the control phases. Each group of signals corresponds to a corresponding security room or security zone of the scene S1 , S2 .

In der Folge ermöglicht das System das Vergleichen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen mit dem Vektor oder der Matrix von Kontrollsignalen, welche sequentiell durch Probenahme erfasst wurden, um festzustellen, ob, für jedes der aufgenommenen Bilder, eine vordefinierbare Anzahl N_s von Signalen des Vektors oder der Matrix von Kontrollsignalen, die den Signalen einer der Gruppen von Signalen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen entsprechen, welche entsprechende Sicherheitsräume oder Sicherheitszonen definieren, einer Variation des erfassten Abstandes unterliegt, wobei der für jedes Signal erhalten Abstand auf eine potenzielle Gefährdung innerhalb eines der Räume oder einer der Sicherheitszonen der genannten Szenen S1 oder S2 hinweist.As a result, the system enables the vector or the matrix of reference signals to be compared with the vector or the matrix of control signals, which were acquired sequentially by sampling, in order to determine whether, for each of the recorded images, a predefinable number N _s of signals of the Vector or the matrix of control signals, which correspond to the signals of one of the groups of signals of the vector or the matrix of reference signals, which define corresponding safety spaces or safety zones, is subject to a variation of the detected distance, the distance obtained for each signal on a potential hazard within one of the rooms or one of the security zones of the scenes mentioned S1 or S2 indicates.

Auf diese Weise würden, falls sich ein Benutzer einem besonders gefährlichen Raum oder einer Zone in der Nähe des Bearbeitungszentrums 2 nähert oder darin eindringt, z.B. der Bereich in Nähe des Portals 23 oder der beweglichen Ausrüstung 24, eine vordefinierte Gruppe oder Anzahl von Signalen des Vektors oder der Matrix von Kontrollsignalen eine Variation (in diesem Fall eine Verringerung) des Abstandes gegenüber den entsprechenden Signalen des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen aufweisen und somit auf eine potenzielle Gefährdung hinweisen.In this way, if a user were to enter a particularly dangerous room or zone in the vicinity of the machining center 2 approaches or intrudes into it, e.g. the area near the portal 23 or moving equipment 24 , a predefined group or number of signals of the vector or the matrix of control signals show a variation (in this case a reduction) in the distance compared to the corresponding signals of the vector or the matrix of reference signals and thus indicate a potential hazard.

Somit kann die zentrale Steuereinheit 4 in angebrachter Weise den Betrieb des Bearbeitungszentrums 2 anhalten oder verlangsamen oder Alarme auslösen, um die Risiken für den Benutzer in der Nähe des Bearbeitungszentrums 2 zu vermindern.Thus, the central control unit 4th the operation of the machining center in an appropriate manner 2 stop or slow down or trigger alarms to reduce the risk to the user in the vicinity of the machining center 2 to diminish.

Um das oben genannte Ergebnis zu erhalten, führt die zentrale Steuereinheit 4 ein Programm zur Verarbeitung der von den Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 aufgenommenen Bilder aus, das wie bereits erwähnt auf dem in Echtzeit vorgenommenen Vergleich des Vektors oder der Matrix von Referenzsignalen mit dem Vektor oder der Matrix von Kontrollsignalen beruht.In order to obtain the above result, the central control unit performs 4th a program for processing the data from the image pickup units 31 and 32 recorded images, which, as already mentioned, is based on the comparison made in real time of the vector or the matrix of reference signals with the vector or the matrix of control signals.

Die Hauptphasen dieses Programms sind in der 3 dargestellt und sind:

- Aufnehmen der Bilder, d.h. eine Punktwolke im kartesischen Koordinatensystem, mittels zumindest einer der Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32, mit Aufnahme der Matrix von Signalen, die jeweils vorzugsweise auf einen entsprechenden Bildpunkt (Pixel) bezogen sind, aus denen sich das Bild der aufgenommenen Szene S1 oder S2 zusammensetzt;
- digitales Filtern der Bildsignale;
- Definieren einer oder mehrerer Gruppen dieser Signale des Bildes, wobei jede Gruppe von Signalen einem oder mehreren vordefinierbaren Sicherheitsräumen entspricht, welche die potenziell eine Gefährdung darstellenden Teile der Szene (S1, S2) umgeben;
- Beurteilung, für jeden Bildpunkt (Pixel) jedes Matrixsignals, der Position innerhalb der genannten vordefinierten Sicherheitsräume, anhand eines in Echtzeit vorgenommenen Vergleichs zwischen dem Vektor oder der Matrix von Referenzsignalen mit dem Vektor oder der Matrix von Kontrollsignalen; und
- Überprüfung, ob eine Anzahl N_s von Signalen innerhalb von zumindest einem der vordefinierten Sicherheitsräume einer Variation des erfassten Abstandes unterliegt.

The main phases of this program are in the 3 and are:

- Recording the images, ie a point cloud in the Cartesian coordinate system, by means of at least one of the image recording units 31 and 32 , with recording of the matrix of signals, each of which is preferably related to a corresponding image point (pixel) from which the image of the recorded scene is made S1 or S2 composed;
- digital filtering of the image signals;
- Define one or more groups of these signals of the image, whereby each group of signals corresponds to one or more pre-definable safety areas, which the parts of the scene potentially presenting a hazard ( S1 , S2 ) surround;
- Assessment, for each image point (pixel) of each matrix signal, of the position within said predefined safety spaces on the basis of a comparison made in real time between the vector or the matrix of reference signals with the vector or the matrix of control signals; and
Checking whether a number N _s of signals within at least one of the predefined safety spaces is subject to a variation in the detected distance.

Die erste Phase der Aufnahme beinhaltet eine Reihe von Unterphasen der Bildverarbeitung, d.h.:

- Kalibrierung;
- Rektifizierung;
- Stereo-Matching (die letztgenannte Phase ist nur für Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 vom stereoskopischen Typ vorgesehen);

die nachfolgend kurz beschrieben werden.The first phase of recording involves a number of sub-phases of image processing, that is:

- calibration;
- rectification;
- Stereo matching (the latter phase is only for image acquisition units 31 and 32 of the stereoscopic type);

which are briefly described below.

Die Phase der Kalibrierung ermöglicht es, eventuelle Ausrichtungsfehler oder Drehungen einer der Kameras relativ zu der anderen sowie ungleichförmige Beleuchtungsbedingungen zu korrigieren.The calibration phase makes it possible to correct for any misalignment or rotation of one of the cameras relative to the other, as well as uneven lighting conditions.

Die Kalibrierung ist ein Verfahren, das im Allgemeinen offline ausgeführt wird und dazu dient, Parameter zu ermitteln, die ein System für stereoskopisches Sehen kennzeichnen. Diese sogenannten inneren (intrinsic) und äußeren (extrinsic) Parameter werden von dem Rektifizierungsverfahren verwendet, um die vom stereoskopischen System aufgenommenen Bilder so umzuformen, dass stereoskopische Bilder einer besonderen Form (Standard-Form) erhalten und die dreidimensionalen Koordinaten (3D) der Punkte durch das Triangulationsverfahren erhalten werden.Calibration is a procedure that is generally performed off-line and is used to determine parameters that characterize a system for stereoscopic vision. These so-called inner (intrinsic) and outer (extrinsic) parameters are used by the rectification process to transform the images recorded by the stereoscopic system in such a way that stereoscopic images receive a special shape (standard shape) and the three-dimensional coordinates (3D) of the points the triangulation method can be obtained.

Es sind verschiedene Techniken zur Durchführung der Kalibrierung eines stereoskopischen Systems bekannt. Im Allgemeinen wird dieser Vorgang mit Techniken ausgeführt, die auf der Verwendung geometrischer Muster (pattern) beruhen, deren Merkmale in verschiedenen Positionen genau bekannt sind, so dass die inneren und äußeren Parameter, die das stereoskopische System kennzeichnen, beurteilt werden können.Various techniques are known for performing the calibration of a stereoscopic system. In general, this process is carried out with techniques based on the use of geometric patterns, the features of which are precisely known in different positions, so that the inner and outer Parameters that characterize the stereoscopic system can be assessed.

Die Phase der Rektifizierung ist ein Verfahren, das unter Ausnutzung der durch die Kalibrierung erhaltenen inneren und äußeren Parameter dazu dient, die von dem Aufnahmegerät stammenden stereoskopischen Bilder so umzuformen, dass einige Bedingungen erfüllt sind. Unter anderem ermöglicht die Rektifizierung die Umwandlung der Bilder in die Standard-Form.The rectification phase is a process which, using the internal and external parameters obtained by the calibration, is used to transform the stereoscopic images from the recording device in such a way that certain conditions are met. Among other things, the rectification enables the conversion of the images into the standard form.

Im Falle binokularer Systeme stellt dies sicher, dass für jeden gegebenen Punkt in einem Bild sein homologer Punkt auf der gleichen Zeile des anderen Bildes gefunden werden kann, so dass eine deutliche Reduzierung der Berechnungen und eine höhere Zuverlässigkeit bei der Lösung des Korrespondenzproblems ermöglicht wird.In the case of binocular systems this ensures that for any given point in one image its homologous point can be found on the same line of the other image, so that a significant reduction in the calculations and greater reliability in solving the correspondence problem is made possible.

Mittels der Rektifizierung können die Bilder derart umgewandelt werden, dass die homologen Punkte einer Zeile (scanline) des Bildes in der entsprechenden Zeile des anderen Bildes gesucht werden können.By means of the rectification, the images can be converted in such a way that the homologous points of a line (scanline) of the image can be searched for in the corresponding line of the other image.

Die Phase der Rektifizierung ermöglicht es auch, die durch die von den Optiken verursachten Verzerrungen bedingten Probleme zu verringern und Bilder mit derselben Brennweite zu erhalten.The rectification phase also makes it possible to reduce the problems caused by the distortions caused by the optics and to obtain images with the same focal length.

Die Phase des Stereo-Matching (Lösung des Korrespondenzproblems) ist, wie bereits erwähnt, nur für Bildaufnahmeeinheiten 31 und 32 vom stereoskopischen Typ vorgesehen. Die Bibliographie zum stereoskopischen oder räumlichen Sehen ist sehr umfangreich und die Algorithmen für das Stereo-Matching können zunächst einmal in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:

- Algorithmen vom Typ feature-based (merkmalbasiert); und
- dichtes Stereo (dense stereo).

The phase of stereo matching (solution of the correspondence problem) is, as already mentioned, only for

image acquisition units

31 and 32 of the stereoscopic type. The bibliography on stereoscopic or spatial vision is very extensive and the algorithms for stereo matching can initially be divided into two main categories:

- feature-based algorithms; and
- dense stereo.

Erstere ermöglichen es, Disparitätsinformationen (sog. Disparitätskarten oder disparity maps) für eine begrenzte Anzahl von Punkten der Bilder zu erhalten, für die besondere Merkmale wie Linien, Segmente oder Winkel identifiziert wurden. Diese Algorithmen erweisen sich im Hinblick auf die Berechnungen als effizient, aufgrund der verminderten Anzahl der in den Bildern vorhandenen identifizierbaren Merkmale im Vergleich zu der Gesamtanzahl von Punkten, und sind außerdem auch außerordentlich zuverlässig, da die aus den Bildern extrahierten Merkmale im Allgemeinen originär unterscheidungskräftig sind und keine Mehrdeutigkeitsprobleme bei der Lösung des Korrespondenzproblems verursachen.The former make it possible to obtain disparity information (so-called disparity maps) for a limited number of points in the images for which special features such as lines, segments or angles have been identified. These algorithms prove to be efficient with regard to the calculations, due to the reduced number of identifiable features present in the images compared to the total number of points, and are also extremely reliable since the features extracted from the images are generally originally distinctive and do not cause ambiguity problems in solving the correspondence problem.

Allerdings werden diese Algorithmen derzeit wenig verwendet, da die Disparitätskarten nur auf solche Punkte beschränkt sind, die Unterscheidungsmerkmale aufweisen. Algorithmen vom Typ dichtes Stereo ermöglichen hingegen die Erzeugung von Disparitätskarten für jeden Bildpunkt und können gemäß einer jüngeren Taxonomie in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: lokale Algorithmen (local) und globale Algorithmen (global).However, these algorithms are currently rarely used, since the disparity maps are only limited to those points that have distinguishing features. Algorithms of the dense stereo type, on the other hand, enable the generation of disparity maps for each pixel and, according to a more recent taxonomy, can be divided into two main groups: local algorithms (local) and global algorithms (global).

Lokale Algorithmen suchen die homologen Punkte einzeln und voneinander unabhängig und nutzen dabei generell einen lokalen Stützpunkt (local support) in der Umgebung jedes untersuchten Punktes (dieser Bereich in der Umgebung jedes Punktes wird auch als Korrelationsfenster (correlation window) bezeichnet), um die Signal-Rausch-Verhältnisse zu erhöhen.Local algorithms search for the homologous points individually and independently of one another and generally use a local support point in the vicinity of each investigated point (this area in the vicinity of each point is also referred to as the correlation window) in order to determine the signal Increase noise ratios.

Durch die Verwendung eines lokalen Stützpunktes gehen diese Algorithmen implizit davon aus, dass im Innern des lokalen Stützpunktes die Disparität konstant ist, auch wenn diese, nicht immer überprüfte, Hypothese zu einer Diskrepanz zwischen den Gegenständen der Szene und den Disparitätskarten in der Nähe der Punkte führt, die in unterschiedlichem Abstand von den Kameras angeordnet sind.By using a local support point, these algorithms implicitly assume that the disparity is constant inside the local support point, even if this hypothesis, which is not always checked, leads to a discrepancy between the objects in the scene and the disparity maps in the vicinity of the points which are arranged at different distances from the cameras.

Es ist zu beachten, dass auch Algorithmen existieren, die ihren Stützpunkt auf Grundlage der lokalen Merkmale der Bilder anpassen und mit denen hervorragende Ergebnisse erzielt werden können. Im Allgemeinen weisen die Algorithmen vom lokalen Standard-Typ eine im Hinblick auf die Berechnungen sehr regelmäßige Struktur auf und können wirksam sowohl unter Ausnutzung rekursiver Berechnungsschemata als auch unter Verwendung von Anweisungen vom Typ SIMD (Single Instruction Multiple Data) implementiert werden, wie sie derzeit in nahezu allen Architekturen und auch in den Grafikbeschleunigern der jüngsten Generation verfügbar sind.It should be noted that algorithms also exist that adjust their reference point based on the local features of the images and with which excellent results can be achieved. In general, the algorithms of the local standard type have a very regular structure with regard to the computations and can be effectively implemented both using recursive computation schemes and using instructions of the SIMD (Single Instruction Multiple Data) type, as currently described in are available in almost all architectures and also in the latest generation of graphics accelerators.

Aus diesem Grund können solche Algorithmen derzeit in Echtzeit-Anwendungen eingesetzt werden. Neben der Annahme der Konstanz der Disparität innerhalb des Korrelationsfensters weisen die lokalen Algorithmen eine weitere Beschränkung auf, die durch die Tatsache bedingt ist, dass sie nicht unbedingt in der Lage sind, vollständig dichte Disparitätskarten zu erzeugen (z.B. ist nicht gewährleistet, dass für jeden Bildpunkt ein Disparitätswert ermittelt werden kann). Dies ist hauptsächlich auf zwei Ursachen zurückzuführen: uniforme Regionen und Okklusionen. Im ersten Fall ist es nicht möglich, Disparitätsinformationen in Regionen zu bestimmen, die eine konstante Intensität oder in jedem Fall wenige Unterscheidungselemente aufgrund hoher Mehrdeutigkeiten bei der Lösung des Korrespondenzproblems aufweisen.For this reason, such algorithms can currently be used in real-time applications. In addition to the assumption of the constancy of the disparity within the correlation window, the local algorithms have a further limitation, which is due to the fact that they are not necessarily able to generate completely dense disparity maps (e.g. it is not guaranteed that for every pixel a disparity value can be determined). This is mainly due to two causes: uniform regions and occlusions. In the first case it is not possible to determine disparity information in regions which have a constant intensity or in any case few distinguishing elements due to high ambiguities in the solution of the correspondence problem.

Im zweiten Fall ergibt sich, aufgrund der Geometrie des stereoskopischen Systems, bei Vorhandensein benachbarter Punkte, die in unterschiedlichem Abstand von den Kameras angeordnet sind, dass einige Punkte in einem Bild, aber nicht im anderen Bild des Stereo-Paars sichtbar sind:

In solchen Fällen ist die Lösung des Korrespondenzproblems nicht möglich.

In the second case, due to the geometry of the stereoscopic system, if there are neighboring points that are arranged at different distances from the cameras, some points are visible in one image but not in the other image of the stereo pair:

In such cases, the correspondence problem cannot be resolved.

Im Unterschied zu den lokalen Algorithmen verwenden die globalen Algorithmen vom dichten Typ keine lokalen Stützpunkte, sondern streben, indem sie einige Hypothesen über die Beschaffenheit der Gegenstände anstellen (smoothness assumption) eine Disparitätszuweisung an, die eine Minimierung einer globalen Kostenfunktion (global cost function) beinhaltet.In contrast to the local algorithms, the global algorithms of the dense type do not use local support points, but by making some hypotheses about the nature of the objects (smoothness assumption) aim at a disparity assignment that includes a minimization of a global cost function .

Der Hautunterschied zwischen diesen Algorithmen besteht in dem Verfahren, mit dem die Kostenfunktion minimiert wird (z.B. simulated annealing, probabilistic diffusion, graph-cuts). Solche Algorithmen, insbesondere die auf den graph-cuts basierenden, ermöglichen es, deutlich bessere Disparitätskarten zu erhalten als mit den Algorithmen vom Typ local, allerdings zu extrem hohen Berechnungskosten, die derzeit eine Verwendbarkeit in real-time-Anwendungen ausschließen.The main difference between these algorithms lies in the method with which the cost function is minimized (e.g. simulated annealing, probabilistic diffusion, graph-cuts). Such algorithms, in particular those based on graph-cuts, make it possible to obtain significantly better disparity maps than with algorithms of the local type, but at extremely high calculation costs, which currently exclude usability in real-time applications.

Ferner können, auch wenn einige Algorithmen durch Ausnutzung der Methoden zur Minimierung der Kostenfunktion in der Lage sind, das Problem der Okklusionen zu lösen, die Okklusionen analog zu den Algorithmen vom Typ local zu nicht vollständig dichten Disparitätskarten führen.Furthermore, even if some algorithms are able to solve the problem of occlusions by using the methods for minimizing the cost function, the occlusions, analogous to the algorithms of the local type, can lead to incompletely dense disparity maps.

Es ist zu beachten, dass auch lokale oder semiglobale Algorithmen existieren, die eine nicht punktuelle Kostenfunktion verwenden, sondern eine auf variablen Stützpunkten basierende, mit der hervorragende Ergebnisse erzielt werden können. Wenngleich den beiden beschriebenen Kategorien von Algorithmen (local und global) der Großteil der in der Literatur bekannten Algorithmen angehört, ist der Vollständigkeit halber zu erwähnen, dass auch Algorithmen existieren, die auf anderen Ansätzen beruhen.It should be noted that there are also local or semi-global algorithms that do not use a punctual cost function, but one based on variable support points, with which excellent results can be achieved. Although the majority of the algorithms known in the literature belong to the two categories of algorithms described (local and global), for the sake of completeness it should be mentioned that there are also algorithms that are based on other approaches.

Nachdem die Entsprechungen (Korrespondenzen) hergestellt und mittels Kalibrierung erhaltenen Parameter des stereoskopischen Systems bekannt sind, kann für die Punkte, für die ein homologer Punkt existiert und ermittelt werden konnte, der Abstand des Punktes von den Kameras bestimmt werden.After the correspondences are established and the parameters of the stereoscopic system obtained by means of calibration are known, the distance of the point from the cameras can be determined for the points for which a homologous point exists and could be determined.

Insbesondere wird, mit Bezug auf die 4, ein ideales stereoskopisches System betrachtet oder eines, in dem die Bilder mittels des Verfahrens der Rektifizierung in die Standard-Form gebracht wurden. Ferner seien mit (x₁, y₁) und (x_r, y_r) die Koordinaten (in Millimetern) der Projektionen des Punktes P auf den zwei Bildebenen θ₁ und θ_r angegeben, mit Bezug auf die Referenzsysteme mit Ursprung in den optischen Mittelpunkten der zwei Kameras.In particular, with respect to the 4th , considered an ideal stereoscopic system or one in which the images have been converted into the standard form by means of the process of rectification. Furthermore, let (x ₁ , y ₁ ) and (x _r , y _r ) be the coordinates (in millimeters) of the projections of the point P on the two image planes θ ₁ and θ _r , with reference to the reference systems originating in the optical Centers of the two cameras.

Diese Punkte weisen die Koordinaten (u₁, v₁) und (u_r, v_r) bezogen auf die Referenzsysteme mit Ursprung in dem oberen linken Punkt jedes Bildes auf. Es wird darauf hingewiesen, dass zum Erhalten der in Millimetern angegebenen Koordinaten der Punkte (u₁, v₁) und (u_r, v_r), die den zwei Bildebenen in Bezug auf das Referenzsystem mit Mittelpunkt in der optischen Achse jeder Kamera angehören, der Ursprung der Koordinaten in den Hauptpunkt (principal point) jeder Kamera verschoben wird und dieser Wert mit dem horizontalen Maß des Bildpunktes im Falle der x-Koordinate und mit dem vertikalen Maß des Bildpunktes im Falle der y-Koordinate multipliziert wird.These points have the coordinates (u ₁ , v ₁ ) and (u _r , v _r ) related to the reference systems with origin in the upper left point of each image. It should be noted that in order to obtain the coordinates, given in millimeters, of the points (u ₁ , v ₁ ) and (u _r , v _r ) belonging to the two image planes with respect to the reference system centered on the optical axis of each camera, the origin of the coordinates is shifted to the principal point of each camera and this value is multiplied by the horizontal dimension of the pixel in the case of the x coordinate and by the vertical dimension of the pixel in the case of the y coordinate.

Die Maße des Bildpunktes können im Falle von Bildsensoren mit quadratischen Bildpunkten übereinstimmen oder verschieden sein. Im letztgenannten Fall ist es erforderlich, sowohl die horizontalen Maße (Dim_x) als auch die vertikalen Maße (Dim_y) der Bildpunkte zu kennen, um die Koordinaten in Millimetern zu erhalten.In the case of image sensors with square image points, the dimensions of the image point can match or be different. In the latter case, it is necessary _{to know both the horizontal dimensions (Dim x} ) and the vertical dimensions (Dim _y ) of the pixels in order to obtain the coordinates in millimeters.

Falls als Referenzsystem dasjenige gewählt wird, dessen Ursprung im optischen Mittelpunkt O_l liegt, mit den Achse x und y parallel zu den Bildebenen und der durch den optischen Mittelpunkt O_l und den Bildmittelpunkt geführten Achse z, können die Beziehungen geschrieben werden, welche die Koordinaten X und Y in Bezug auf dieses Referenzsystem ausgehend von den Bildkoordinaten x₁ und y₁ bestimmen.If the reference system chosen is the one whose origin _{lies in the optical center O l} , with the axes x and y parallel to the image planes and the _{axis z passing through the optical center O l} and the image center, the relationships that define the coordinates can be written Determine X and Y in relation to this reference system based on the image coordinates x ₁ and y _1.

Wenn mit f die Brennweite und mit b die baseline angegeben wird und die Ähnlichkeit zwischen den Dreiecken O₁PO_r und x₁Px_r verwendet wird, kann die folgende Beziehung geschrieben werden, die den Abstand Z des Punktes P von der durch die optischen Mittelpunkte O₁ und O_r der zwei Kameras führenden Geraden bestimmt: $Z = ƒ \times (\frac{b}{d \times D i m_{x}})$

Daraus können auch die verbleibenden Koordinaten x und y ermittelt werden.If the focal length is given with f and the baseline with b and the similarity between the triangles O ₁ PO _r and x ₁ Px _r is used, the following relationship can be written, which is the distance Z of the point P from that through the optical centers O ₁ and O _{r of} the straight lines leading to two cameras determine:

Z = ƒ \times (\frac{b}{d \times D. i m_{x}})

The remaining coordinates x and y can also be determined from this.

Wie ersichtlich, ist es dank des Sicherheitssystems 1 und des von der zentralen Steuereinheit 4 durchgeführten Verfahrens zur Sicherheitssteuerung möglich, direkt auf dem aufgenommenen zweidimensionalen Bild, welches Informationen zu dem Abstand enthält, der den verschiedenen Bildpunkten (Pixeln) zugeordnet ist, aus denen sich jedes der mittels zumindest einer Bildaufnahmeeinheit 31 oder 32 erfassten Bilder zusammensetzt, Gruppen von Bildpunkten, d.h. Bereiche des aufgenommenen Bildes, auszuwählen und zu bestimmen, die den Räumen der aufgenommenen Szene S1 oder S2 entsprechen, die im Hinblick auf die Sicherheit als sensibel zu erachten sind. Diesen Gruppen von Bildpunkten kann ein Risikogradient zugeordnet werden, so dass es, im Falle der Annäherung eines Benutzers und der Variation der Tiefe einer vordefinierbaren Anzahl von aneinander angrenzenden Bildpunkten und/oder mittels geeigneter Muster, möglich ist, das Eindringen in die Sicherheitsräume durch den Benutzer, d.h. eine Person, zu erfassen, damit die zentrale Steuereinheit 4 automatisch Sicherheitsvorgänge ausführen kann, wie beispielsweise das Auslösen eines Alarms, die Verlangsamung des Betriebs des Bearbeitungszentrums 2 oder das Stillsetzen der Maschine.As can be seen, it is thanks to the security system 1 and that from the central control unit 4th carried out method for safety control possible, directly on the recorded two-dimensional image, which contains information on the distance that is assigned to the various image points (pixels) from which each of the at least one image recording unit 31 or 32 captured images composed, groups of image points, ie areas of the captured image, to select and determine the spaces of the captured scene S1 or S2 that are to be considered sensitive in terms of security. A risk gradient can be assigned to these groups of pixels so that, in the event of a user approaching and varying the depth of a predefinable number of adjacent pixels and / or by means of suitable patterns, it is possible for the user to penetrate the security rooms , that is, a person, to capture so the central control unit 4th can automatically perform safety operations such as triggering an alarm, slowing down the operation of the machining center 2 or stopping the machine.

Diese Sicherheitsräume können in recht flexibler Weise, je nach Bedarf, eingerichtet werden. Generell reichen in jedem Fall diese Sicherheitsräume nicht bis zum Boden, sondern lassen einen geeigneten Raum unbedeckt, da es recht häufig vorkommt, dass in der Nähe eines Bearbeitungszentrums 2 Werkstücke P angeordnet bzw. auf dem Boden abgestellt werden, die somit am Sicherheitssystem 1 Fehlalarme bereitstellen könnten.These security rooms can be set up in a very flexible way, as required. In general, these safety rooms do not extend to the floor in any case, but leave a suitable room uncovered, as it happens quite often that in the vicinity of a machining center 2 Work pieces P. arranged or placed on the floor, which is thus on the security system 1 Could provide false positives.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein vollständig optisches Sicherheitssystem bereitstellt, das an alle Arten zu überwachender Systeme angepasst werden kann und daher auch leicht auf bereits bestehende Bearbeitungszentren oder Maschinen anwendbar ist, die über kein Schutzsystem verfügen, ohne jegliche funktionale oder strukturelle Änderungen an den Bearbeitungszentren oder Maschinen vornehmen zu müssen.An advantage of the present invention is that it provides a completely optical security system that can be adapted to all types of systems to be monitored and therefore also easily applicable to already existing machining centers or machines that do not have a protective system, without any functional or structural Having to make changes to the machining centers or machines.

Die vorliegende Erfindung wurde zum Zwecke der Erläuterung, jedoch nicht in einschränkender Weise beschrieben, und zwar entsprechend ihrer bevorzugten Ausführungsformen; es gilt, dass von Fachleuten Variationen und/oder Änderungen daran vorgenommen werden können, wobei der von den in Anlage beigefügten Patentansprüchen festgelegte Schutzbereich nicht verlassen wird.The present invention has been described for purposes of illustration, but not limitation, in accordance with its preferred embodiments; it is valid that variations and / or changes can be made by those skilled in the art, without departing from the scope of protection defined by the appended claims.

Claims

A method for safety control of a system, such as a machining center (2) for workpieces made of wood, fiberglass and the like, which includes the following phases: (A) Recording a virtual reference image of the scene to be monitored (S1, S2), with generation of a vector or a matrix of reference signals, each of these signals containing corresponding information relating to the distance between the objects in this scene (S1, S2); (B) selecting one or more groups of the signals of the vector or matrix of reference signals, each group of signals corresponding to a corresponding security space of the scene (S1, S2); (C) recording the scene (S1, S2), with generation of a vector or a matrix of control signals, each of these signals containing corresponding information relating to the distance between the objects in this scene (S1, S2); and (D) comparing the vector or the matrix of reference signals with the vector or the matrix of control signals in order to determine whether, for each of the images recorded in phase (C), a predefinable number N _s of signals of the vector or the matrix of Control signals, which correspond to the signals of one of the groups of signals of the vector or the matrix of reference signals, have a variation of the information relating to the distance from the scene (S1, S2), in which this detected distance indicates a potential hazard within the security rooms or - zones of said scene (S1, S2), with each of the groups of signals of the vector or the matrix of reference signals being assigned two or more security levels.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the phase of acquisition (A) and the phase of recording (C) each contain the following sub-phases: - providing at least one image recording unit (31, 32); and / or - performing a calibration in order to correct any alignment errors or rotations of one of the cameras of the image recording unit (31, 32) relative to the other, and non-uniform lighting conditions in order to obtain internal and external parameters of the image of the scene (S1, S2) ; and / or - carrying out a rectification in order to process the internal and external parameters obtained by means of the calibration phase in such a way that the stereoscopic images originating from the image recording unit (31, 32) are converted in such a way that one or more conditions are met.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one image recording unit (31, 32) is of the ToF (time of fly) type or of the stereoscopic type.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it includes the phase of filtering the plurality of signals, preferably by means of low-pass filtering.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that following phase (D), if a number of Signals Ns of one of the groups of signals of the vector or the matrix of signals related to the image of the scene concerned (S1, S2) has a variation of the information regarding the distance from the scene (S1, S2) which refers to a indicates potential danger within one of the safety rooms or one of the safety zones of the scene (S1, S2), safety devices such as an alarm are triggered, or organs or devices for slowing down or stopping the operation of the system (2) are activated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that phases (C) and (D) are repeated iteratively.

System (1) for the safety control of a plant, such as a machining center (2) for workpieces made of wood, fiberglass and the like, comprising: at least one image recording unit (31, 32) which is able to capture the scene (S1, S2) in which, at least partially, the machining center (2) to be monitored is contained, with generation of a vector or a matrix of signals, this image recording unit (31, 32) being designed to provide each of these signals with corresponding information regarding the distance of the objects of this scene (S1, S2) to be assigned, and a control unit (4) which is connected to the at least one image recording unit (31, 32) and which is able to generate the said signals using the in the Claims 1 - 6th process described procedure.

System (1) according to Claim 7 characterized in that the at least one image recording unit (31, 32) is of the ToF (Time Of Fly - transit time) type or of the stereoscopic type.

System (1) according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that it contains two image recording units (31, 32) for recording two different scenes (S1, S2).

System (1) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the image recording unit (31, 32) is arranged in such a way that in the image of the scene to be monitored (S1, S2), at least partially, the machining center (2) is included.

System (1) according to one of Claims 7 to 10, characterized in that the image recording unit (31, 32) is arranged on a movable part or on a stationary part of the machining center (2).