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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern eines Arbeitsraums nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Solche Sicherheitseinrichtungen werden vor allem zur Absicherung von Werkzeugmaschinen, aber insbesondere zur Absicherung von Bearbeitungsrobotern verwendet. Bei den schnellen Bewegungen, die derartige Bearbeitungsroboter mit ihren Armen vollführen, besteht die Gefahr, dass Gegenstände, die von außen in ihren Bewegungsraum hinein geraten zur Beschädigung oder sogar zur Zerstörung des Bearbeitungsroboters führen. Noch drastischer wäre es aber wenn lebende Personen zumindest mit Teilen ihres Körpers versehentlich in den Arbeitsraum eines Bearbeitungsroboters gelangen würden. Durch die sehr schnellen Bewegung wären hier schlimmste Verletzungen zu befürchten. Dies muss folglich unbedingt verhindert werden.
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Bekannte Systeme arbeiten mit einer Vielzahl von Lichtschranken, die wie ein Gitter den Arbeitsraum nach allen Richtungen begrenzen. Diese Systeme detektieren jede Unterbrechung einer Lichtschranke und stoppen die Bewegung des Roboters in einer sehr kurzen Zeitspanne nach der Unterbrechung der Lichtschranke. Die zur Verfügung stehende Zeitspanne hängt davon ab, in welcher Entfernung zu dem Bewegungsraum des Roboters die Lichtschranken angebracht sind. Die Lichtschranken müssen in sehr engem Abstand montiert sein damit das Sicherheitssystem auch dann auslöst, wenn beispielsweise nur der Finger einer Hand in den Bewegungsraum des Roboters gerät.
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Solche bekannten Systeme sind durch die notwendigerweise sehr große Anzahl von Lichtschranken aufwändig und teuer.
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In der
DE 10 2015 215 234 A1 ist eine Einrichtung zum Absichern eines Sicherheitsbereiches offenbart, die eine Vielzahl von ortsaufgelöst ansteuerbaren Lichtquellen und eine Aufnahmevorrichtung umfasst. Eine Steuereinrichtung vergleicht das von der Aufnahmevorrichtung gelieferte Ist-Abbild mit einem Soll-Abbild.
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Die WO 2011/ 128 117 A2 zeigt eine Einrichtung zur Überwachung eines dreidimensionalen Sicherheitsbereichs. Es werden mit Hilfe eines Projektors sich ändernde Muster projiziert, die den Sicherheitsbereich definieren. Es ist eine Überwachungskamera vorgesehen, die die erzeugten Muster abtastet. Die Signale der Überwachungskamera werden mit den Signalen zur Ansteuerung des Projektors verglichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern eines Arbeitsraums so weiterzubilden, dass bei gleicher oder erhöhter Sicherheit geringere Kosten für Installation und Wartung anfallen.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sichern eines Arbeitsraums mit den Merkmalen von Anspruch 1. Dadurch, dass Signale generiert werden, die in dem Arbeitsraum mit einer Kamera abtastbare Muster erzeugen, wobei die erzeugten Muster von der wenigstens einen Kamera aufgezeichnet und die den Mustern entsprechenden Signale der wenigstens einen Kamera in einer Steuerung mit den generierten, zur Erzeugung der Muster verwendeten Signalen verglichen und auf das Eindringen von Personen oder Gegenständen in den Arbeitsraum ausgewertet werden, kann anstatt einer Vielzahl von Lichtschranken eine Kamera verwendet werden, die auch für andere Aufgaben gebraucht werden kann. Während LEDs zwischenzeitlich sehr günstig angeboten werden, kann auf die relativ teuren Lichtschranken verzichtet werden.
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Die mit einer Kamera abtastbaren Muster können beispielsweise mit Hilfe einer Vielzahl von Lichtquellen erzeugt werden. Es sind aber genauso klappbare Spiegel, Scheiben, die bei einer Drehung die Farbe verändern, aus dem Boden des Arbeitsraums heraus fahrbare Stifte, oder ähnliche Einrichtungen denkbar.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel werden die Muster erzeugt und bleiben in der erzeugten Weise bestehen. Die Funktionalität kann dann beim Einschalten des Systems oder in größeren zeitlichen Abständen während Arbeitspausen überprüft werden. Eine Überprüfung während der Betriebszeit ist kaum möglich. Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden die Muster deshalb diskontinuierlich und/oder in verschiedenen Farben erzeugt. Dabei ergeben sich mehrere Möglichkeiten, wobei alle Möglichkeiten den Vorteil aufweisen, dass die Vorrichtung permanent auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft werden kann. Sollte sich irgendwo in der Vorrichtung ein Fehler ergeben, stimmen die den Mustern entsprechenden Signale der wenigstens einen Kamera nicht mehr mit den zur Erzeugung der Muster generierten Signalen überein. Da bei so einer negativ verlaufenden Funktionsprüfung die Sicherheit nicht mehr garantiert werden kann, wird dieser Fall genauso behandelt, als wenn ein Körper oder Gegenstand in den Arbeitsraum eindringt. Folgende Möglichkeiten ergeben sich:
- • Bei einer diskontinuierlichen Erzeugung des Musters mit nur einer Farbe kann eine Schwarz-Weiß-Kamera verwendet werden. Solche Kameras sind mit hoher Auflösung relativ preiswert erhältlich.
- • Ist für andere Zwecke sowieso der Einsatz einer Farbkamera notwendig, ist es möglich, die Muster diskontinuierlich in verschiedenen Farben zu erzeugen. In diesem Fall können auch verschiedene Farbkanäle der Kamera ständig auf ihre Funktionalität überprüft werden.
- • Bei der kontinuierlichen Erzeugung der Muster, abwechselnd in verschiedenen Farben ergibt zusätzlich zu der Überprüfung mehrerer Farbkanäle der Kamera der Vorteil, dass keine Pause zwischen den Mustern auftritt. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass ein Körper oder Gegenstand, der in einer Pause in den Arbeitsraum eindringt, unbemerkt bleibt. Diese Pausen lassen sich zwar durch eine hohe Frequenz bei der Erzeugung der Muster sehr klein hatten, die Anforderungen an die Bildverarbeitung werden jedoch bei hoher Frequenz ebenfalls höher.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die den Mustern entsprechenden Signale der wenigstens einen Kamera aus den Signalen der wenigstens einen Kamera ausgefiltert. Das kann beispielsweise über eine Maskierung der Bildsignale erfolgen. Die Festlegung der Maske kann über einen Lernschritt bei der Inbetriebnahme erfolgen.
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Besonders vorteilhaft werden die den Mustern entsprechenden Signale der wenigstens einen Kamera über deren Position und/oder deren zeitlicher Dauer und/oder deren Farbe ausgefiltert. Insbesondere bei der Festlegung einer Maske über die Position der betroffenen Bildpunkte ist es ausreichend diese einmal zu bestimmen. Es können dann immer die Bildsignale der gleichen Bildpunkte verwendet werden.
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Es lässt sich aber ebenso die zeitliche Veränderung bestimmter Bildpunkte zur Festlegung einer Maske verwenden. So kann beispielsweise das abtastbare Muster mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt oder verändert werden. Zur Auswertung werden dann nur die Bildpunkte verwendet, bei denen eine Veränderung mit dieser vorbestimmten Frequenz auftritt.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Muster in einer bestimmten Farbe erzeugt. Hier sollte möglichst eine Farbe gewählt werden, die in dem Arbeitsraum ansonsten nicht vorkommt. Für die Auswertung werden dann nur diese Bildpunkte verwendet, die der gewählten Farbe entsprechen.
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Das Auslesen der Bildsignale, das Filtern und deren Aufbereitung benötigt eine bestimmte Zeit. Der direkte Vergleich zwischen den generierten Signalen und den den Mustern entsprechenden Signalen der wenigstens einen Kamera würde daher zu einer fehlerhaften Auswertung führen. Es werden aus diesem Grunde vor dem Vergleich mit den den Mustern entsprechenden Signalen der wenigstens einen Kamera die generierten Signale um eine Zeitspanne verzögert, die länger als die Zeitspanne ist, die das Auslesen und Verarbeiten der den Mustern entsprechenden Signale der wenigstens einen Kamera benötigt. Auf diese Weise führt der Vergleich nur dann zu einem Stoppen des Werkzeugroboters wenn tatsächlich das erzeugte Muster durch einen in den Arbeitsraum eindringenden Gegenstand oder Körper gestört wird.
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Das Verzögern kann durch ein Hardware-Bauteil, wie beispielsweise durch ein R-C-Glied erfolgen. Es ist für diesen Zweck aber ebenso eine Software-Lösung möglich, bei der beispielsweise die Signale zwischengespeichert und nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder ausgelesen werden.
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Besonders vorteilhaft werden parallel in einem ersten Schritt die generierten Signale sowohl mit den den Mustern entsprechenden Signalen der wenigstens einen Kamera und mit den verzögerten generierten Signalen verglichen. In einem zweiten Schritt werden dann die beiden Ergebnisse des ersten Schritts mit einender verglichen. Auf diese Weise lässt sich in sehr einfacher Weise die Laufzeit der Bildsignale kompensieren und gleichzeitig eine permanente Eigenüberwachung des Sicherheitssystems durchführen.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in dem Arbeitsraum eine Vielzahl von Lichtquellen zur Erzeugung von Lichtmustern vorgesehen, die mit einer Steuerung verbunden sind, von der ein Signal zur diskontinuierlichen Ansteuerung der Lichtquellen erzeugt wird. Die Steuerung ist so aufgebaut, dass die den Lichtmustern entsprechenden Signale der wenigstens einen, ebenfalls mit der Steuerung verbundenen Kamera und die generierten Signale zur Ansteuerung der Lichtquellen mit einander vergleichbar und auf das Eindringen von Personen oder Gegenständen in den Arbeitsraum auswertbar sind. Die Lichtquellen werden vorteilhaft mit einer Frequenz angesteuert, die so hoch ist, dass ein Flimmern der Lichtquellen vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann.
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Vorteilhaft ist die wenigstens eine Kamera ortsfest angeordnet. Auf diese Weise kann die Kamera dauerhaft so positioniert werden, dass alle Lichtquellen im Abbildungsbereich der Kamera liegen, ohne von dem Roboter oder dessen Arm jemals verdeckt zu werden. Sollte dies unter Umständen nicht möglich sein, können auch mehrere Kameras vorgesehen werden, die alle mit der Steuerung verbunden sind. Die Auswertung der Bildsignale der mehreren Kameras muss dann so Abgestimmt werden, dass das jeweils einer Lichtquelle entsprechende Signal nur von einer Kamera berücksichtigt wird.
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Besonders vorteilhaft weisen die Lichtquellen LEDs auf. Die LEDs können auch im nicht sichtbaren Bereich - z. B. Im infraroten Bereich - emittieren. In diesem Fall kann die Ansteuerfrequenz frei gewählt werden, da ein Flimmern der LEDs vom menschlichen Auge auch bei niedriger Frequenz nicht wahrgenommen wird.
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Um eine einfache Abtrennung der Bildpunkte für die Sicherheitsüberwachung von den Bildpunkten für eine Produktionsüberwachung abzutrennen, befinden sich die Lichtquellen vorteilhaft im Randbereich des Aufnahmebereichs der Kamera. Dieser Bereich wird für eine Produktionsüberwachung nicht benötigt und kann daher - ohne dass Überschneidungen der Bereiche notwendig wären - ausschließlich für das Sicherheitssystem genutzt werden.
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Um einen Vergleich zwischen den dem Muster entsprechenden Signalen, die durch das Auslesen der Bildsignale und deren Aufbereitung um eine bestimmte Zeitspanne verzögert sind, und dem Signal zur Ansteuerung der Lichtquellen zu ermöglichen, wird auch das Ansteuersignal entsprechend verzögert. Vorteilhaft weist die Steuerung zu diesem Zweck ein RC-Glied zum Verzögern der generierten Signale zur Ansteuerung der Lichtquellen auf. Der Widerstand und der Kondensator sind so anzupassen, dass sich eine Verzögerung ergibt, die wenigstens so groß wie die durch das Auslesen und Aufbereiten der Bildsignale bedingte Verzögerung ist. Um das Signal am Ausgang des RC-Glieds anliegende Signal wieder zu digitalisieren (mit nur zwei möglichen Zuständen), ist nach dem RC-Glied noch ein Schmitt-Trigger vorgesehen. Um die Auswertung noch zu vereinfachen wird hier vorteilhaft ein invertierender Schmitt-Trigger verwendet.
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Eine sehr einfache Möglichkeit, um Vergleiche zwischen binären Signalen vornehmen zu können, ist der Einsatz von XOR-Gliedern. Bei solchen XOR-Gliedern liegt nur dann am Ausgang ein Signal mit dem Zustand „1“ an, wenn die beiden Eingänge mit Signalen unterschiedlichen Zustands belegt sind. Besonders vorteilhaft sind in der Steuerung ein erstes XOR-Glied zum Vergleichen der den Lichtmustem entsprechenden Signale der wenigstens einen Kamera mit den generierten Signalen zur Ansteuerung der Lichtquellen, ein zweites XOR-Glied zum Vergleichen der generierten Signale zur Ansteuerung der Lichtquellen mit den verzögerten generierten Signalen zum Ansteuern der Lichtquellen und ein UND-Glied zum Vergleich der Ausgangssignale aus den beiden XOR-Gliedem vorgesehen. An dem Ausgang des UND-Glieds liegt nur dann ein Signal mit dem Zustand „1“ an wenn auch an beiden Eingängen ein Signal mit dem Zustand „1“ anliegt. In allen anderen Fällen liegt am Ausgang ein Signal mit dem Zustand „0“ an.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand der Zeichnung eingehend erläutert wird.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Ansicht eines Arbeitsraums mit einem Bearbeitungsroboter und der erfindungsgemäßen Absicherung des Arbeitsraums,
- 2 eine schematische Schaltungsskizze eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und
- 3 unterschiedliche, in der Schaltung nach 2 erzeugte Signalformen.
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1 zeigt einen Bearbeitungsroboter 3, der am Rand eines Arbeitsraums 1 aufgestellt ist. Über dem Arbeitsraum 1 ist eine Kamera 4 stationär montiert, deren Objektiv 5 so ausgelegt ist, dass der Abbildungsbereich 6 den gesamten Arbeitsraum 1 umfasst.
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Im Randbereich des Arbeitsraums 1 sind LEDs 2 montiert. Die LEDs 2 sind relativ dicht nebeneinander, mit geringem Abstand angebracht, so dass jeder lebende oder tote Körper, der von außen in den Arbeitsraum 1 eindringt, Lichtstrahlen zwischen den LEDs und der Kamera unterbrechen würde. Die Kamera 4 ist so positioniert, dass der Bearbeitungsroboter 3 während des Bearbeitungsvorgangs bei der Bewegung seines Armes keine der LEDs 2 abdeckt.
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Weiterhin ist eine Sicherheitssteuerung 17 vorgesehen, die sowohl mit der Kamera 4 und den LEDs 2, als auch mit dem Bearbeitungsroboter 3 verbunden ist. In 1 ist diese Verbindung über Leitungen dargestellt, sie kann aber auch auf andere Weise, z. B. über WLAN oder Bluetooth ausgeführt sein.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 1 wurde davon ausgegangen, dass der Arbeitsraum von der der Seite, an der die Sicherheitssteuerung 17 vorgesehen ist, nicht zugänglich ist, weil sich dort beispielsweise eine Wand befindet. Müsste bei einem anderen Anwendungsbeispiel diese Seite zusätzlich überwacht werden, könnte vorzugsweise eine zweite Kamera verwendet werden. Zu diesem Zweck wären dann auch entlang dieser Begrenzung des Arbeitsraums 1 LEDs 2 anzubringen. Die zweite Kamera müsste so positioniert werden, dass die LEDs dieser Begrenzung zu keinem Zeitpunkt von einem Teil des Bearbeitungsroboters 3 abgedeckt würden. Der Abbildungsbereich dieser zweiten Kamera müsste nur auf die LEDs dieser Arbeitsraumbegrenzung ausgerichtet sein.
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2 verdeutlicht den schaltungstechnischen Zusammenhang. Mit dem Bezugszeichen 7 ist ein Generator bezeichnet, der eine Rechteckspannung a (siehe 3) erzeugt. Mit dieser Rechteckspannung werden die LEDs 2 betrieben, von denen hier in der schematischen Skizze nur eine LED dargestellt ist. Die LED 2 sendet den Lichtstrahl 8 aus, der über das Objektiv 5 der Kamera 4 auf ein oder mehrere Pixel eines CMOS-Sensors 9 fokussiert wird.
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Das aus den Pixeln des CMOS-Sensors ausgelesene Signal wird über den Verstärker 10 geführt. Ein CMOS-Sensor kann so aufgebaut sein, dass sich bereits unter jedem Pixel ein Verstärker befindet und somit jedes aus einem Pixel ausgelesene Signal durch einen eigenen Verstärker geführt wird. In diesem Fall ist der Verstärker 10 bereits in den CMOS-Sensor integriert.
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Das verstärkte Signal c (siehe 3), das durch die Lauf- und Verarbeitungszeit gegenüber dem von dem Generator 7 erzeugten Signal a verzögert ist, wird nun einem ersten XOR-Glied 13 zugeführt. Am zweiten Eingang des ersten XOR-Glieds 13 liegt das Signal a des Generators 7 an.
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Am Ausgang eines XOR-Glieds liegt kein Signal an, wenn an beiden Eingängen das gleiche Signal anliegt. Wird also ein binäres Signal mit den Zuständen „0“ und „1“ an die Eingänge angelegt so liegt an dem Ausgang das Signal „0“ an, wenn an beiden Eingängen das gleiche Signal, also an beiden Eingängen das Signal „0“ oder an beiden Eingängen das Signal „1“ anliegt. Umgekehrt liegt am Ausgang das Signal „1“ an, wenn an beiden Eingängen unterschiedliche Signale also an einem Eingang das Signal „0“ und am anderen Eingang das Signal „1“ anliegen. Die von dem Generator erzeugte Rechteckspannung kann als binäres Signal betrachtet werden und erzeugt auch über die LED 2 und das Pixel des CMOS-Sensors 9 (wenn keinerlei Störung vorliegt) ein binäres Signal, so dass an beiden Eingängen des ersten XOR-Glieds 13 die binären Signale a und c anliegen.
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Das R-C-Glied 11 soll das Rechtecksignal des Generators 7 verzögern. Es ist so ausgelegt, dass die Verzögerung mindesten so groß ist wie die Lauf- und Verarbeitungszeit zwischen der LED 2 und dem Eingang des ersten XOR-Glieds 13. In 3 ist die Verzögerung durch das R-C-Glied 11 deshalb größer dargestellt als die Verzögerung, die sich durch die Lauf- und Verarbeitungszeit bei dem Signal c gegenüber dem Signal a ergibt.
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In Reihe zu dem R-C-Glied 11 ist ein Schmitt-Trigger 12 mit Invertierfunktion geschaltet. Dieser fungiert wie eine Art Kippstufe und wandelt das am Ausgang des R-C-Glieds 11 anliegende Signal wiederum in ein binäres Signal b (siehe 3) mit den Zuständen „0“ und „1“.
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An den beiden Eingängen des zweiten XOR-Glieds 14 liegen demnach emeut zwei binäre Signale an: das binäre Signal a aus dem Generator 7 und das verzögerte, invertierte binäre Signal b aus dem Schmitt-Trigger 12. Beide Signale werden hier in der Weise verglichen, wie es oben bei der Funktion des ersten XOR-Glieds 13 bereits beschrieben wurde.
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Die Ausgangssignale d und e (siehe 3) des ersten XOR-Glieds 13 und des zweiten XOR-Glieds 14 liegen an den Eingängen des UND-Glieds 15 an. Das UND-Glied 15 ist so aufgebaut, dass am Ausgang nur dann das Signal „1“ anliegt, wenn auch an beiden Eingängen das Signal „1“ anliegt. Bei allen anderen Zuständen der Eingänge des UND-Glieds 15 liegt am Ausgang das Signal „0“ an. Der Verlauf des Ausgangssignals f des UND-Glieds 15 ist ebenfalls in 3 dargestellt.
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Im Folgenden soll die Funktion näher erläutert werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann verhindert werden, dass der Bearbeitungsroboter 3 durch eine Kollision mit einem von außen in den Arbeitsraum 1 eindringenden Gegenstand in seiner Bewegung gesperrt und dadurch beschädigt wird. Es wird aber ebenso verhindert dass ein von außen in den Arbeitsraum eindringender lebender Körper durch die Bewegung des Bearbeitungsroboters verletzt wird. Um diese Funktion zu realisieren, wird der Bearbeitungsroboter 3 sofort abgeschaltet, sobald das Signal f am Ausgang des UND-Glieds 15 den Zustand „1“ einnimmt.
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Die Schutzfunktion wäre im Grunde genommen auch mit LEDs möglich, die im Dauerbetrieb leuchten. Durch einen diskontinuierlichen Betrieb der LEDs können aber auch Gegenstände erkannt werden, die sich ähnlich wie eine LED verhalten indem sie selbst leuchten oder aber eine andere Lichtquelle reflektieren.
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Weiterhin ist durch den diskontinuierlichen Betrieb der LEDs aber auch eine permanente Selbstkontrolle des Systems möglich: sobald ein Fehler im System selbst entsteht (beispielsweise eine LED ist defekt und leuchtet nicht, eine LED lässt sich nicht abschalten, die Bildverarbeitung arbeitet fehlerhaft), stimmt das durch die LEDs erzeugte Muster nicht mehr mit dem erwarteten Muster überein. In diesem Fall wird die Produktion zumindest an dieser Arbeitsstation sofort gestoppt, um zu verhindern, dass Schäden durch nicht erkannte in den Arbeitsraum eindringende Gegenstände oder Körper entstehen.
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Bei marktüblichen Systemen zur Selbstkontrolle eines Überwachungssystems wird die Funktion normalerweise lediglich bei der Inbetriebnahme oder in relativ großen Zeitabständen getestet. Bei der hier beschriebenen Erfindung findet dagegen ein Test statt, der mit hoher Frequenz permanent wiederholt wird.
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Die Kamera 4 dient nicht nur der Sicherheit, sondern wird ebenso während der Produktion genutzt. Beispielsweise können damit Barcodes gelesen werden, die die Steuerung über das gerade in dem Arbeitsraum 1 befindliche Teil informieren. Da solche Barcodes unter bestimmten Lichtverhältnissen wegen auftretender Reflexionen oftmals schwer lesbar sind, kann der Arbeitsroboter 3 das Teil in eine Lage bringen, in der der Barcode bei den vorherrschenden Lichtverhältnissen von der Kamera 4 gut erkannt werden kann.
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Es ist aber ebenso möglich, die Kamera 4 zur Überwachung der Produktion zu verwenden, um beispielsweise feststellen zu können, ob ein Teil richtig montiert wurde. Zu diesem Zweck ist die Kamera mit einer in 2 nicht dargestellten Bildverarbeitung verbunden, in der die aufgezeichneten Bilder entsprechend analysiert werden können.
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Solche Aufgaben spielen sich in einem eher zentralen Bildbereich der Kamera ab. Die Absicherung des Arbeitsraums ist dagegen auf die Grenzen des Abbildungsbereichs 6 und den Randbereich des Sensors beschränkt. Die hiervon betroffenen Pixel des Sensors der Kamera lassen sich also problemlos aus den restlichen Daten herausfiltern und stören somit die anderen Bereiche des Sensors nicht, so dass andere Aufgaben der Kamera 4 durch die Sicherung des Arbeitsraumes in keiner Weise beeinflusst werden.
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Die Auftrennung zwischen den Bildinformationen für die Bildverarbeitung und den Bildinformationen für die Sicherung des Arbeitsraums kann bereits hardwareseitig in der Kamera erfolgen, indem vorher festgelegte Pixel im Randbereich direkt mit der Sicherheitssteuerung verbunden werden. Es lässt sich aber auch über die gesamte ausgelesene Bildinformation eine Maske legen, mit der die verschiedenen Bildbereiche dann softwaremäßig getrennt werden.
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Im Folgenden soll nur noch auf die Auswertung der für die Sicherung des Arbeitsraumes ausgefilterten Bildinformationen eingegangen werden. Wird beispielsweise eine der LEDs 2 durch einen in den Arbeitsraum eindringenden Gegenstand oder Körper abgedeckt, verändert sich weder das von dem Generator 7 erzeugte Signal a noch das durch das RC-Glied 11 verzögerte Signal b. Es ändert sich jedoch das durch den CMOS-Sensor 9 erzeugte, verstärkte Signal c,da durch den CMOS-Sensor 9 kein Licht mehr von der LED 2 empfangen wird.
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In 3 ist ein Signalverlauf des Signals c dargestellt, der eintritt, wenn die LED 2 während ihrer Leuchtphase durch einen eindringenden Körper oder Gegenstand abgedeckt wird. Der entsprechende Bereich des Signals c ist mit der Bezugsziffer 18 versehen. So eine Abschattung der LED 2 bewirkt folglich, dass an dem entsprechenden Eingang des ersten XOR-Glieds 13 für die Zeitspanne der Abschattung nur noch das Signal „0“ anliegt.
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Die Änderung am Ausgangssignal e des ersten XOR-Glieds 13 bewirkt in diesem Fall einen sofortigen Wechsel des Ausgangssignals f des UND-Glieds in den Zustand „1“. Bei diesem Zustand wird die Produktion sofort gestoppt.
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Wird die LED 2 beispielsweise von einem polierten Blech abgedeckt, durch dessen Oberfläche eine beliebige Lichtquelle im Raum reflektiert wird, so ändert sich das an einem Eingang des ersten XOR-Glieds 13 anliegende Signal c in der Weise, dass sich das Signal c ständig im Zustand „1“ befindet. Dieser Bereich ist in 3 mit der Bezugsziffer 19 versehen. Ein derartiges leuchtendes oder reflektierendes Element bewirkt dann über das geänderte Signal c auch eine Änderung der Signale e und f. Wie im vorher beschriebenen Störfall wechselt auch hier der Zustand des Ausgangssignals f des UND-Glieds 15 von „0“ auf „1“, wodurch ein umgehendes Stoppen des Arbeitsroboters 3 erfolgt.
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Auch wenn eine Störung des Sicherungssystems selbst vorliegt, ändert sich der Zustand des Ausgangssignals f des UND-Glieds 15 von „0“ auf „1“. Fällt beispielsweise die LED 2 aus, so tritt die gleiche Wirkung wie bei dem Eintritt eines Gegenstands oder Körpers in den Arbeitsraum 1 bei einer Abschattung 18 ein. Da die Funktion des Sicherungssystems dann nicht mehr gegeben ist, muss auch hier ein sofortiges Stoppen des Arbeitsroboters 3 erfolgen.
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Lässt sich dagegen eine LED aus beliebigem Grunde nicht mehr abschalten, tritt die gleiche Wirkung wie beim Eintritt eines selbst leuchtenden oder reflektierenden Elements in den Arbeitsraum 1 ein. Auch hier geht das Signal c wie es in 3 im Bereich 19 dargestellt ist in den Zustand „1“ über und verursacht damit auch einen Wechsel des Ausgangssignals f des UND-Glieds 15 in den Zustand „1“. Auch hier muss der Arbeitsroboter sofort gestoppt werden weil die Funktion der Überwachung nicht mehr gegeben ist.
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Auch bei einem Fehler in der Auswertelogik stimmt immer das erkannte Lichtmuster nicht mit dem erwarteten Lichtmuster überein. Das Sicherungssystem reagiert deshalb bei allen Störungen in gleicher Weise wie beim Eintritt eines Gegenstandes oder Körpers in den Arbeitsraum 1. Der Arbeitsroboter 3 wird folglich sowohl beim Eintritt eines Gegenstands oder Körpers in den Arbeitsraum 1, als auch bei einer Störung des Sicherungssystems sofort gestoppt.
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Werden zur Erzeugung der Lichtmuster beispielsweise RGB-LEDs verwendet, die so angesteuert werden, dass jeweils zum gleichen Zeitpunkt die Farbe wechselt, so gelten die obigen Erläuterungen für jeden Farbkanal der Kamera 4. Weil in diesem Fall keine Dunkelpausen auftreten, kann die Frequenz des Farbwechsels langsamer sein als die Frequenz der Mustererzeugung bei einfarbigen LEDs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Arbeitsraum
- 2
- LEDs
- 3
- Roboter
- 4
- Kamera
- 5
- Objektiv
- 6
- Abbildungsbereich
- 7
- Generator
- 8
- Lichtstrahl
- 9
- Pixel eines CMOS-Sensors
- 10
- Verstärker
- 11
- R-C-Glied
- 12
- Schmitt-Trigger
- 13
- erstes XOR-Glied
- 14
- zweites XOR-Glied
- 15
- Komparator
- 16
- Sicherheitssteuerung
- 17
- Sicherheitssteuerung
- 18
- Abschattung
- 19
- leuchtendes oder reflektierendes Element
