DE102017101905B4 - Monitoring device - Google Patents

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    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1674Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • B25J9/1676Avoiding collision or forbidden zones

Abstract

Überwachungseinrichtung (30) zur Überwachung eines bewegbaren Maschinenteils (12), welches insbesondere zur Bearbeitung oder Handhabung eines Werkstücks (14) dient,wobei der bewegbare Maschinenteil (12) von einer Prozesssteuerung (28) gesteuert wird,wobei die Überwachungseinrichtung (30) zumindest ein berührungsloses Sensorsystem (18, 20, 32) zur Erfassung der Position des bewegbaren Maschinenteils (12) und zur Erfassung der Position eines Objekts (24), beispielsweise einer Person oder eines Hindernisses, in der Umgebung des bewegbaren Maschinenteils (12) umfasst,wobei das Sensorsystem (18, 20, 32) ausgebildet ist, jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und mehrere verschiedene Positionen des Objekts (24) zu unterscheiden,wobei das Sensorsystem (18, 20, 32) mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren (18, 20) aufweist,wobei die Überwachungseinrichtung (30) ausgebildet ist, anhand der mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und des Objekts (24) eine Gefahrensituation zu erkennen und bei Vorliegen der Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang (34) des bewegbaren Maschinenteils (12) zu senden undwobei die Überwachungseinrichtung (30) unabhängig von der Prozesssteuerung (28) ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Überwachungseinrichtung (30) ausgestaltet ist, die Position des bewegbaren Maschinenteils (12) ausschließlich mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) zu bestimmen.Monitoring device (30) for monitoring a movable machine part (12), which is used in particular for processing or handling a workpiece (14), the movable machine part (12) being controlled by a process controller (28), the monitoring device (30) at least one Contactless sensor system (18, 20, 32) for detecting the position of the movable machine part (12) and for detecting the position of an object (24), for example a person or an obstacle, in the vicinity of the movable machine part (12), the Sensor system (18, 20, 32) is designed to differentiate between several different positions of the movable machine part (12) and several different positions of the object (24), the sensor system (18, 20, 32) having several single-photon avalanche Diode (SPAD) distance sensors (18, 20), the monitoring device (30) being designed based on the detected by means of the sensor system (18, 20, 32) Positions of the movable machine part (12) and the object (24) to recognize a dangerous situation and, if the dangerous situation exists, to send a braking and / or switch-off and / or evasive signal to a safety input (34) of the movable machine part (12), and the Monitoring device (30) is independent of the process control (28), characterized in that the monitoring device (30) is designed to determine the position of the movable machine part (12) exclusively by means of the sensor system (18, 20, 32).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines bewegbaren Maschinenteils, wobei der bewegbare Maschinenteil insbesondere zur Bearbeitung oder Handhabung eines Werkstücks dient.The present invention relates to a monitoring device for monitoring a movable machine part, the movable machine part being used in particular for machining or handling a workpiece.

Überwachungseinrichtungen verschiedener Arten werden beispielsweise dort eingesetzt, wo sich Menschen in der Nähe von bewegbaren Maschinenteilen, beispielsweise Robotern, aufhalten. Hierbei besteht die Gefahr, dass ein Mensch durch den sich bewegenden Roboter verletzt wird.Monitoring devices of various types are used, for example, where people are in the vicinity of movable machine parts, for example robots. There is a risk that a person will be injured by the moving robot.

Bei der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter soll eine strikte Trennung zwischen Mensch und Roboter möglichst vermieden werden, um die Kollaboration von beiden zu ermöglichen. Herkömmliche Überwachungseinrichtungen oder Sicherheitssensoren gestatten bereits die gemeinsame Arbeit von Mensch und Roboter, wobei der Sicherheitssensor beispielsweise Bewegungsdaten der Personen erfasst, die sich in der Umgebung des Roboters befinden. Der Roboter selbst übermittelt seine eigenen Positionsdaten an eine Prozesssteuerung. Die Prozesssteuerung erhält zudem die Positions- und Bewegungsdaten der Person und führt dann eine Sicherheitsbewertung durch. Sofern bei der Sicherheitsbewertung eine Gefahrensituation erkannt wird, kann die Prozesssteuerung sicherheitsrelevante Steuersignale erzeugen, um beispielsweise eine Kollision von Roboter und Mensch zu vermeiden.When humans and robots work together, a strict separation between humans and robots should be avoided as far as possible in order to enable collaboration between the two. Conventional monitoring devices or safety sensors already allow humans and robots to work together, the safety sensor, for example, recording movement data of people who are in the vicinity of the robot. The robot itself transmits its own position data to a process controller. The process control also receives the person's position and movement data and then carries out a safety assessment. If a dangerous situation is recognized during the safety assessment, the process controller can generate safety-relevant control signals in order to avoid a collision between robot and human, for example.

Die Sicherheitssensoren sind häufig groß in ihrem Bauraum, teuer sowie aufwändig und komplex in ihrer Integration. Um die Erfassung einer Person zu ermöglichen ist daher ein hoher Aufwand und Platzbedarf notwendig.The safety sensors are often large in their installation space, expensive, and complex and complex in their integration. In order to enable a person to be recorded, a great deal of effort and space is required.

Die Zeitdauer, die benötigt wird, bis die Positionsdaten des Roboters in der Prozesssteuerung vorliegen, ist relativ lang und für gewisse Anwendungen nicht kurz genug, um eine Kollision von Mensch und Roboter zu vermeiden. Diese Zeitdauer würde daher eine zu große „Pufferzone“ zwischen Mensch und Roboter erfordern, die mit Einschränkungen für die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter einhergeht. Überdies ist die Ankopplung eines Sicherheitssensors an die Prozesssteuerung (z.B. eine übliche Industriesteuerung, wie eine speicherprogrammierbare Steuerung), wie oben erwähnt, aufwändig und teuer. Der hohe Aufwand und die hohen Kosten sind darin begründet, dass üblicherweise die Sensorsignale zusammengefasst werden müssen und meistens ein Gateway zwischen dem Sicherheitssensor und der Prozesssteuerung notwendig ist. Aufgrund dieser langen Signalkette sind die Signallaufzeiten zwischen dem Sicherheitssensor und der Prozesssteuerung relativ hoch. Schließlich sind auch die üblicherweise verwendeten Prozesssteuerungen für die zeitkritische Aufgabe der Verhinderung einer Kollision von Mensch und Roboter oftmals zu langsam.The period of time that is required until the position data of the robot are available in the process control is relatively long and, for certain applications, not short enough to avoid a collision between humans and the robot. This period of time would therefore require too large a “buffer zone” between humans and robots, which is associated with restrictions for the cooperation between humans and robots. In addition, the coupling of a safety sensor to the process control (e.g. a common industrial control, such as a programmable logic controller), as mentioned above, is complex and expensive. The high effort and the high costs are due to the fact that the sensor signals usually have to be combined and a gateway between the safety sensor and the process control is usually necessary. Because of this long signal chain, the signal transit times between the safety sensor and the process control are relatively long. Finally, the process controls usually used for the time-critical task of preventing a collision between humans and robots are often too slow.

Darüber hinaus müssen Latenzzeiten, die aufgrund der Sensoransprechzeit, der Reaktionszeit des Roboters oder der Verarbeitungszeit einer Steuerung entstehen, durch größere Sicherheitsabstände zwischen Person und Gefahrstelle ausgeglichen werden. Je langsamer das Sicherheitssystem, desto größer die Sicherheitsabstände, die ein Mensch vom Roboter einhalten muss. Größere Sicherheitsabstände beeinträchtigen aber die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter.In addition, latency times that arise due to the sensor response time, the reaction time of the robot or the processing time of a controller must be compensated for by greater safety distances between the person and the hazardous point. The slower the safety system, the greater the safety distance that a human has to keep from the robot. However, larger safety distances impair the cooperation between humans and robots.

Ein Verfahren zur Überwachung eines Gefahrenbereichs an einem beweglichen Maschinenteil mit einem Schutzbereich, wobei an dem Maschinenteil ein Werkzeug angebracht ist, ist aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2015 112 656 A1 bekannt. Dabei ist zur Überwachung des Gefahrenbereichs zumindest ein optoelektronischer Distanzsensor vorgesehen, wobei der Distanzsensor an dem bewegbaren Maschinenteil angeordnet ist.A method for monitoring a danger area on a movable machine part with a protection area, a tool being attached to the machine part, is disclosed in the subsequently published patent application DE 10 2015 112 656 A1 famous. In this case, at least one optoelectronic distance sensor is provided for monitoring the danger area, the distance sensor being arranged on the movable machine part.

Weiterhin ist aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2013 104 860 U1 eine Arbeitsvorrichtung mit einem Industrieroboter bekannt, an dem ein Werkzeug angebracht ist. Die Arbeitsvorrichtung entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfasst eine Steuerung und eine mit der Steuerung verbundene Erfassungseinrichtung, wobei die Erfassungseinrichtung eine Sensoreinrichtung für die Abstandserfassung umfasst, welche einen Abstand zwischen dem Industrieroboter und einem Werker detektiert.Furthermore is from the utility model DE 20 2013 104 860 U1 a working device with an industrial robot is known to which a tool is attached. The working device corresponds to the preamble of claim 1 and comprises a controller and a detection device connected to the controller, the detection device comprising a sensor device for distance detection which detects a distance between the industrial robot and a worker.

Schließlich offenbart die EP 3 091 272 A1 die Verwendung von SPAD (Single Photon Avalanche Diode)-Sensoren.Finally reveals the EP 3 091 272 A1 the use of SPAD (Single Photon Avalanche Diode) sensors.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines bewegbaren Maschinenteils anzugeben, welche kompakt ausgebildet ist und mit geringem Aufwand eine ausreichend schnelle Erkennung von Gefahrensituationen ermöglicht.The object on which the invention is based is to specify a monitoring device for monitoring a movable machine part, which is of compact design and enables dangerous situations to be recognized quickly enough with little effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Überwachungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a monitoring device having the features of claim 1.

Die Überwachungseinrichtung umfasst zumindest ein berührungsloses Sensorsystem zur Erfassung der Position des bewegbaren Maschinenteils und zur Erfassung der Position eines Objekts, beispielsweise einer Person oder eines Hindernisses, wobei sich das Objekt in der Umgebung des bewegbaren Maschinenteils befindet und wobei der bewegbare Maschinenteil von einer Prozesssteuerung gesteuert wird. Das Sensorsystem umfasst hierzu mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren. Dabei ist das Sensorsystem ausgebildet, jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils und mehrere verschiedene Positionen des Objekts zu unterscheiden. Die Überwachungseinrichtung ist ausgebildet, die Position des bewegbaren Maschinenteils ausschließlich mittels des Sensorsystems zu bestimmen. Ferner ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, anhand der mittels des Sensorsystems erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils und der erfassten Position des Objekts eine Gefahrensituation zu erkennen und bei Vorliegen einer Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang des bewegbaren Maschinenteils zu senden. Die Überwachungseinrichtung ist unabhängig von der Prozesssteuerung.The monitoring device comprises at least one contactless sensor system for detecting the position of the movable machine part and for detecting the position of an object, for example a person or an obstacle, the object being in the vicinity of the movable machine part and the movable machine part being controlled by a process controller is controlled. The sensor system includes several single photon avalanche diode (SPAD) distance sensors. The sensor system is designed to distinguish between several different positions of the movable machine part and several different positions of the object. The monitoring device is designed to determine the position of the movable machine part exclusively by means of the sensor system. Furthermore, the monitoring device is designed to use the positions of the movable machine part and the position of the object detected by the sensor system to recognize a dangerous situation and, if a dangerous situation exists, to send a braking and / or switch-off and / or evasive signal to a safety input of the movable machine part send. The monitoring device is independent of the process control.

Anders ausgedrückt erkennt die Überwachungseinrichtung (z.B. ausschließlich) selbst, d.h. ohne auf Daten des Maschinenteils bzw. einer Prozesssteuerung angewiesen zu sein, wo sich der bewegbare Maschinenteil gerade befindet. Auch erfasst die Überwachungseinrichtung, wo sich das Objekt, also z.B. eine Person, eine Hand oder ein Bein der Person oder eine andere Art von Hindernis für den bewegbaren Maschinenteil, gerade befinden.In other words, the monitoring device (e.g. exclusively) recognizes itself, i.e. without being dependent on data from the machine part or a process control, where the movable machine part is currently located. The monitoring device also detects where the object, e.g. a person, a hand or a leg of the person or another type of obstacle for the movable machine part, is currently located.

Durch die Verwendung der SPAD-Distanzsensoren, welche sehr kompakt ausgebildet sein können und zudem kostengünstig sind, kann die Überwachungseinrichtung einen geringen Platzbedarf aufweisen und auf kostengünstige und damit wirtschaftliche Art herstellbar sein. Aufgrund des geringen Platzbedarfs eignet sich die Überwachungsvorrichtung damit besonders zur Absicherung von kleinen Robotern.By using the SPAD distance sensors, which can be made very compact and also cost-effective, the monitoring device can have a small footprint and can be manufactured in a cost-effective and therefore economical manner. Due to the small space requirement, the monitoring device is particularly suitable for protecting small robots.

Die SPAD-Distanzsensoren können jeweils eine eigene Lichtquelle aufweisen, die wiederholt Lichtpulse aussendet. Rückgestrahlte Lichtpulse werden von einer oder mehreren Single-Photon-Avalanche-Dioden empfangen, wobei anhand einer Laufzeit des Lichtpulses auf die Distanz zu einem Gegenstand geschlossen werden kann, welcher den Lichtpuls rückgestrahlt hat. Die SPAD-Distanzsensoren können jeweils eingerichtet sein, eine Distanz zu einem Gegenstand in genau einer Raumrichtung oder in einem kegelförmigen Raumbereich zu erfassen. Die Verwendung von mehreren SPAD-Distanzsensoren ermöglicht es dem Sensorsystem, einen Überwachungsbereich aufzuspannen, in welchem die Position des bewegbaren Maschinenteils und des Objekts mittels der SPAD-Distanzsensoren ermittelt werden kann. Die SPAD-Distanzsensoren sind also Lichtlaufzeitsensoren (Time Of Flight/TOF-Sensoren).The SPAD distance sensors can each have their own light source that repeatedly emits light pulses. Reflected light pulses are received by one or more single photon avalanche diodes, with the distance to an object which reflected the light pulse can be deduced from the transit time of the light pulse. The SPAD distance sensors can each be set up to detect a distance to an object in precisely one spatial direction or in a conical spatial area. The use of several SPAD distance sensors enables the sensor system to set up a monitoring area in which the position of the movable machine part and the object can be determined by means of the SPAD distance sensors. The SPAD distance sensors are therefore time of flight (TOF) sensors.

Aufgrund der der Überwachungseinrichtung somit bekannten Positionen von Objekt und Maschinenteil kann erkannt werden, ob eine Gefahrensituation vorliegt. Eine Gefahrensituation kann beispielsweise dann vorliegen, wenn sich das Objekt und das Maschinenteil zu nahe kommen. In diesem Fall erzeugt die Überwachungseinrichtung ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal, welches direkt an den Sicherheitseingang des Maschinenteils gesendet wird.Based on the positions of the object and machine part, which are known to the monitoring device, it can be recognized whether a dangerous situation is present. A dangerous situation can be present, for example, if the object and the machine part come too close. In this case, the monitoring device generates a braking and / or switch-off and / or evasive signal, which is sent directly to the safety input of the machine part.

Die Erfindung macht sich hierbei zunutze, dass durch die direkte Erfassung der Positionen von Objekt und Maschinenteil die Positionserfassung besonders schnell erfolgen kann, da nicht auf Daten des Maschinenteils bzw. des Roboters oder einer Prozesssteuerung gewartet werden muss. Auch die Verwendung des Sicherheitseingangs an dem Maschinenteil trägt zu einer schnellen Abbremsung bzw. Abschaltung des Maschinenteils bei, da ein solcher Sicherheitseingang das Maschinenteil bzw. den Roboter innerhalb sehr kurzer Zeit stoppen kann.The invention makes use of the fact that the direct detection of the positions of the object and machine part enables the position to be recorded particularly quickly, since there is no need to wait for data from the machine part or the robot or a process control. The use of the safety input on the machine part also contributes to rapid deceleration or shutdown of the machine part, since such a safety input can stop the machine part or the robot within a very short time.

Die Erfindung schafft somit eine Überwachungseinrichtung, die aufgrund ihrer eigenen Sensorik (d.h. aufgrund der SPAD-Distanzsensoren) und der Verwendung des Sicherheitseingangs an dem Maschinenteil eine einfache und schnelle Möglichkeit zur Verhinderung von Unfällen mit dem Maschinenteil bereitstellt.The invention thus creates a monitoring device which, due to its own sensor system (i.e. due to the SPAD distance sensors) and the use of the safety input on the machine part, provides a simple and quick way of preventing accidents with the machine part.

Überdies kann durch die Erfindung auf sehr leistungsfähige und damit teure Industriesteuerungen verzichtet werden, wodurch die Erfindung auch bei kleinen und einfachen Applikationen eingesetzt werden kann. Hierdurch können neue Anwendungsgebiete für Mensch-Roboter-Kollaborationen erschlossen werden.In addition, the invention makes it possible to dispense with very powerful and therefore expensive industrial controls, so that the invention can also be used in small and simple applications. This opens up new areas of application for human-robot collaborations.

Auch ist die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung unabhängig von der jeweils verwendeten Industriesteuerung/Prozesssteuerung des Roboters. Eine aufwändige Anpassung der Überwachungseinrichtung an die jeweilige Prozesssteuerung kann daher entfallen.The monitoring device according to the invention is also independent of the industrial control / process control of the robot used in each case. A complex adaptation of the monitoring device to the respective process control can therefore be dispensed with.

Nachfolgend werden verschiedene Aspekte der Überwachungseinrichtung noch genauer erläutert.Various aspects of the monitoring device are explained in greater detail below.

Bevorzugt ist das Sensorsystem ausgebildet, zumindest jeweils drei oder vier verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils und/oder des Objekts zu erfassen. Hierdurch wird es ermöglicht, dass das Sensorsystem nicht bloß eine Information liefert, ob z.B. eine Person anwesend ist oder nicht, sondern dass das Sensorsystem auch Informationen darüber liefert, an welchem Ort sich der Maschinenteil oder das Objekt gerade befinden. Die Erfassung der Position von Maschinenteil und/oder Objekt kann dabei auch dann erfolgen, wenn keine Gefahrensituation vorliegt und sich das Objekt z.B. mehrere Meter von dem Maschinenteil entfernt befindet. Die Erfassung kann beispielsweise eine Genauigkeit von etwa einem Zentimeter aufweisen.The sensor system is preferably designed to detect at least three or four different positions of the movable machine part and / or the object. This makes it possible that the sensor system not only supplies information about whether, for example, a person is present or not, but that the sensor system also supplies information about the location of the machine part or the object. The detection of the position of the machine part and / or object can this also takes place when there is no hazardous situation and the object is, for example, several meters away from the machine part. The detection can, for example, have an accuracy of approximately one centimeter.

Die SPAD-Distanzsensoren können an verschiedenen Positionen in der Umgebung des Maschinenteils angeordnet sein. Auf diese Weise können die verschiedenen SPAD-Distanzsensoren aus verschiedenen Blickrichtungen auf das Maschinenteil blicken. Aus den unterschiedlichen Messwerten (beispielsweise aus unterschiedlichen Distanz-Messwerten) der Sensoren kann dann auf eine jeweilige Position des Maschinenteils im Raum geschlossen werden. Auf dieselbe Art und Weise kann durch die Zusammenschau der Messdaten der verschiedenen Sensoren auch die Position des Objekts sowohl absolut als auch relativ zu dem Maschinenteil erfasst werden. Mittels des Sensorsystems wird die Position des Maschinenteils und/oder des Objekts bevorzugt auch dann erfasst, wenn keine Gefahrensituation vorliegt.The SPAD distance sensors can be arranged at various positions in the vicinity of the machine part. In this way, the various SPAD distance sensors can look at the machine part from different viewing directions. A respective position of the machine part in space can then be deduced from the different measured values (for example from different distance measured values) of the sensors. In the same way, by looking at the measurement data from the various sensors together, the position of the object can also be recorded both absolutely and relative to the machine part. The position of the machine part and / or the object is preferably also detected by means of the sensor system when there is no dangerous situation.

Die Überwachungseinrichtung kann eine Recheneinheit aufweisen, die die von dem Sensorsystem gelieferten Daten verarbeitet und bevorzugt die Positionen des bewegbaren Maschinenteils und des Objekts berechnet. Die Recheneinheit kann zudem anhand der Positionen das Vorliegen der Gefahrensituation erkennen und auch das Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an den Sicherheitseingang des bewegbaren Maschinenteils senden.The monitoring device can have a computing unit which processes the data supplied by the sensor system and preferably calculates the positions of the movable machine part and the object. The arithmetic unit can also recognize the presence of the dangerous situation on the basis of the positions and also send the braking and / or switch-off and / or evasive signal to the safety input of the movable machine part.

Die Geschwindigkeit der Detektion einer Gefahrensituation durch die Recheneinheit kann zudem dadurch gesteigert werden, dass als Recheneinheit eine an die Datensignale des Sensorsystems angepasste Schaltung verwendet wird. Beispielweise kann die Recheneinheit einen Microcontroller, einen FPGA (Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) aufweisen, der an die erforderlichen Berechnungen angepasst ist und diese mit hoher Geschwindigkeit durchführen kann.The speed of the detection of a dangerous situation by the computing unit can also be increased by using a circuit adapted to the data signals of the sensor system as the computing unit. For example, the processing unit can have a microcontroller, an FPGA (Field Programmable Gate Array) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that is adapted to the required calculations and can perform them at high speed.

Bei dem bewegbaren Maschinenteil kann es sich insbesondere um einen Roboter, bevorzugt um einen sicheren Kleinroboter handeln. Der bewegbare Maschinenteil kann dazu ausgebildet sein, mittels eines Werkzeugs ein Werkstück zu bearbeiten.The movable machine part can in particular be a robot, preferably a safe small robot. The movable machine part can be designed to machine a workpiece by means of a tool.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind der Beschreibung, den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous further developments of the invention can be found in the description, the drawings and the subclaims.

Erfindungsgemäß ist die Überwachungseinrichtung ausgestaltet, die Position des bewegbaren Maschinenteils ausschließlich mittels des Sensorsystems zu bestimmen. Auch die Position des Objekts kann ausschließlich anhand des Sensorsystems bestimmt werden. Die Überwachungseinrichtung benötigt also gerade keine Informationen einer Prozesssteuerung oder anderer externer Komponenten, wodurch Verzögerungen durch solche externen Komponenten vermieden werden.According to the invention, the monitoring device is designed to determine the position of the movable machine part exclusively by means of the sensor system. The position of the object can also be determined exclusively using the sensor system. The monitoring device does not need any information from a process control or other external components, which avoids delays caused by such external components.

Anders ausgedrückt ist die Überwachungseinrichtung bevorzugt zumindest zum Teil unabhängig von dem bewegbaren Maschinenteil und zumindest zum Teil beabstandet von dem bewegbaren Maschinenteil angeordnet. Dies bedeutet, dass die Überwachungseinrichtung beispielsweise nicht mit einer Steuerung bzw. Prozesssteuerung des Maschinenteils gekoppelt ist, sondern unabhängig von dieser ist. Auch ist die Überwachungseinrichtung beispielsweise nicht in den Maschinenteil integriert und somit zumindest zum Teil beabstandet zu dem Maschinenteil angeordnet.In other words, the monitoring device is preferably arranged at least in part independently of the movable machine part and at least in part at a distance from the movable machine part. This means that the monitoring device is, for example, not coupled to a control or process control of the machine part, but rather is independent of it. The monitoring device is also not integrated into the machine part, for example, and is thus arranged at least in part at a distance from the machine part.

Bevorzugt umfasst die Überwachungseinrichtung einen Kommunikationsausgang zur Datenübertragung an den Sicherheitseingang des bewegbaren Maschinenteils, wobei der Kommunikationsausgang ausgebildet ist, Daten nur von der Überwachungseinrichtung zu dem Sicherheitseingang zu übertragen. Es besteht also kein Rückkanal von dem Sicherheitseingang zu der Überwachungseinrichtung. Der Kommunikationsausgang stellt somit nur eine Kommunikation in eine Richtung (d.h. unidirektional) bereit, nämlich von der Überwachungseinrichtung zu dem Sicherheitseingang.The monitoring device preferably comprises a communication output for data transmission to the safety input of the movable machine part, the communication output being designed to transmit data only from the monitoring device to the safety input. There is therefore no return channel from the safety input to the monitoring device. The communication output thus only provides communication in one direction (i.e. unidirectional), namely from the monitoring device to the safety input.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, ausschließlich durch eine unidirektionale Kommunikation mittels des Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignals mit dem bewegbaren Maschinenteil zu kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungseinrichtung ausgebildet sein, ausschließlich anhand der mittels des Sensorsystems erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils und der erfassten Position des Objekts eine Gefahrensituation zu erkennen.According to a further advantageous embodiment, the monitoring device is designed to communicate with the movable machine part exclusively by unidirectional communication by means of the braking and / or switch-off and / or evasive signal. As an alternative or in addition, the monitoring device can be designed to recognize a dangerous situation solely on the basis of the positions of the movable machine part detected by means of the sensor system and the detected position of the object.

Durch die ausschließliche Verwendung des Sensorsystems zur Erfassung der Positionen von Maschinenteil und Objekt benötigt die Überwachungseinrichtung also gerade keine Informationen einer Prozesssteuerung oder anderer externer Komponenten, wodurch Verzögerungen durch solche externen Komponenten vermieden werden.Due to the exclusive use of the sensor system for recording the positions of the machine part and object, the monitoring device does not need any information from a process controller or other external components, which avoids delays caused by such external components.

Neben der unidirektionalen Kommunikation mittels des Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignals existiert insbesondere keine Datenkommunikation zwischen dem bewegbaren Maschinenteil, oder dessen Prozesssteuerung, und der Überwachungseinrichtung. Die Überwachungseinrichtung ist also hinsichtlich der Datenkommunikation bevorzugt selbstständig bzw. unabhängig von dem bewegbaren Maschinenteil.In addition to the unidirectional communication by means of the braking and / or switch-off and / or evasive signal, there is in particular no data communication between the movable machine part, or its process control, and the monitoring device. The monitoring device is therefore preferred with regard to data communication independently or independently of the movable machine part.

Bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, jeweils eine Position des bewegbaren Maschinenteils und des Objekts im dreidimensionalen Raum zu berechnen, beispielsweise in dreidimensionalen kartesischen Koordinaten oder in Polarkoordinaten. Bei größeren Maschinenteilen und/oder Objekten können auch jeweils mehrere Positionen des Maschinenteils und/oder des Objekts bestimmt werden. Hierfür kann der Maschinenteil und/oder das Objekt in seiner Gesamtheit von dem Sensorsystem erfasst werden. Alternativ kann z.B. von dem Maschinenteil jeweils nur derjenige Teil mittels des Sensorsystems überwacht werden, von welchem eine Gefährdung für das Objekt ausgehen kann. Hierbei kann es sich z.B. um den Bereich in der Nähe eines Werkzeugs des Maschinenteils handeln.The monitoring device is preferably designed to calculate a position of the movable machine part and of the object in three-dimensional space, for example in three-dimensional Cartesian coordinates or in polar coordinates. In the case of larger machine parts and / or objects, several positions of the machine part and / or the object can be determined. For this purpose, the machine part and / or the object in its entirety can be detected by the sensor system. Alternatively, for example, only that part of the machine part can be monitored by means of the sensor system from which a hazard for the object can arise. This can be, for example, the area in the vicinity of a tool of the machine part.

Ebenfalls kann das Sensorsystem den bewegbaren Maschinenteil nur bereichsweise erfassen oder überwachen. Aus einer jeweiligen eindeutigen Signatur der Überwachungsdaten des Sensorsystems kann die Position des Maschinenteils dann abgeleitet werden.Likewise, the sensor system can only detect or monitor the movable machine part in certain areas. The position of the machine part can then be derived from a respective unique signature of the monitoring data of the sensor system.

Beispielsweise kann eine erste Position angeben, wo sich das Ende eines Roboterarms befindet. Eine zweite Position kann hingegen darstellen, an welcher Stelle im Raum sich die Basis des Roboterarms gerade befindet. Aus der Position des Maschinenteils und des Objekts kann dann der Abstand von Maschinenteil und Objekt berechnet werden, wobei der Abstand die Distanz zwischen den sich am nächsten liegenden Bereichen des Maschinenteils und des Objekts ist.For example, a first position can indicate where the end of a robot arm is located. A second position, on the other hand, can represent the point in space at which the base of the robot arm is currently located. The distance between the machine part and the object can then be calculated from the position of the machine part and the object, the distance being the distance between the areas of the machine part and the object that are closest to one another.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die SPAD-Distanzsensoren derart angeordnet sind, dass sich der Maschinenteil im Betrieb nacheinander an verschiedenen der Sensoren vorbei bewegt, wobei die Sensoren als Lichtschranken oder Lichttastern wirken und die Bewegung des Maschinenteils anhand der „ausgelösten“ Sensoren nachvollzogen werden kann.Alternatively or additionally, it is possible that the SPAD distance sensors are arranged in such a way that the machine part moves past different sensors one after the other during operation, the sensors acting as light barriers or light sensors and tracking the movement of the machine part using the "triggered" sensors can be.

Beispielsweise bei der Installation der Überwachungseinrichtung kann der bewegbare Maschinenteil, z.B. automatisiert, in verschiedene bekannte Positionen bewegt werden. Die bekannten Positionen können dann mit den Messdaten des Sensorsystems verglichen werden, um auf diese Weise die Positionen dem Sensorsystem einzulernen („Teach-In“).For example, when installing the monitoring device, the movable machine part can be moved, e.g. automatically, into various known positions. The known positions can then be compared with the measurement data of the sensor system in order to teach the positions to the sensor system (“teach-in”).

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der bewegbare Maschinenteil einen kollaborierenden Roboter. Dies bedeutet, der Roboter ist ausgelegt, mit einem Menschen gemeinsam Arbeitsvorgänge auszuführen. Beispielsweise kann es sich bei dem kollaborierenden Roboter um den bereits oben erwähnten sicheren Kleinroboter handeln. Ein solcher kollaborierender Roboter kann eine Kraftbegrenzung aufweisen. Die maximale Kraft die der Roboter ausüben kann, bevor eine Bewegung automatisch gestoppt wird, ist dann so eingestellt, dass im Falle einer Kollision des Roboters mit einem Menschen eine Krafteinwirkung nicht zu ernsthaften Verletzungen führen kann. Zudem kann der Roboter zumindest bereichsweise kantenfreie, runde oder weiche Außenkonturen aufweisen, um eine mögliche Kollisionskraft großflächig zu verteilen. Hierdurch wird die Gefahr von Schnittwunden und dergleichen verringert.According to a further advantageous embodiment, the movable machine part comprises a collaborative robot. This means that the robot is designed to carry out work processes together with a human. For example, the collaborative robot can be the safe small robot already mentioned above. Such a collaborative robot can have a force limit. The maximum force that the robot can exert before a movement is automatically stopped is then set in such a way that in the event of a collision between the robot and a person, the application of force cannot lead to serious injuries. In addition, the robot can have edge-free, round or soft outer contours, at least in some areas, in order to distribute a possible collision force over a large area. This reduces the risk of cuts and the like.

Bevorzugt gilt eine Gefahrensituation dann als erkannt, wenn der Abstand zwischen dem bewegbaren Maschinenteil und dem Objekt einen vorbestimmten Mindestabstand unterschreitet. Der Mindestabstand kann beispielsweise im Bereich von 2 bis 50 cm definiert sein. Aufgrund des Mindestabstands ergibt sich ein mitbewegter Schutzbereich um den bewegbaren Maschinenteil herum. Dies bedeutet, dass eine Bewegung des bewegbaren Maschinenteils zu einem sich ständig ändernden Schutzbereich führt. Der Schutzbereich ist derjenige Bereich, in dem sich das Objekt nicht befinden darf, da dann eine Gefahrensituation als erkannt gilt und der Maschinenteil abgebremst oder gestoppt wird.A dangerous situation is preferably considered to be recognized when the distance between the movable machine part and the object falls below a predetermined minimum distance. The minimum distance can be defined, for example, in the range from 2 to 50 cm. Due to the minimum distance, there is a moving protective area around the movable machine part. This means that a movement of the movable machine part leads to a constantly changing protection area. The protection area is the area in which the object must not be located, since a dangerous situation is then recognized and the machine part is braked or stopped.

Der sich ändernde Schutzbereich kann beispielsweise auch davon abhängen, ob z.B. ein Werkstück gegriffen wurde oder ein Greifer des bewegbaren Maschinenteils leer ist. Um hier die Notwendigkeit eines Rückkanals der Steuerung zu umgehen, kann zum Beispiel einer der Sensoren des Sensorsystems dazu verwendet werden, die Belegung des Greifers zu ermitteln. Hierdurch können dann durch das Sensorsystem verschiedenartige Informationen bereitgestellt werden, die der Absicherung des Werkzeugbereichs, der Positionsermittlung des Roboters und der Belegungskontrolle des gegebenenfalls verwendeten Greifers dienen.The changing protection area can, for example, also depend on whether, for example, a workpiece has been gripped or a gripper of the movable machine part is empty. In order to avoid the need for a return channel of the control, one of the sensors of the sensor system can be used to determine the occupancy of the gripper, for example. In this way, various types of information can then be provided by the sensor system, which are used to secure the tool area, to determine the position of the robot and to check the occupancy of the gripper that may be used.

Die SPAD-Distanzsensoren erfassen bevorzugt gemeinsam den Überwachungsbereich, beispielsweise durch eine Fusion der Daten verschiedener Sensoren (d.h. SPAD-Distanzsensoren). Ein einzelner SPAD-Distanzsensor kann jeweils einen Teilbereich des Überwachungsbereichs erfassen, wobei sich benachbarte Teilbereiche bevorzugt überlappen. Der Überwachungsbereich ist der Bereich, in dem das Sensorsystem in der Lage ist, die Position des Objekts und/oder des Maschinenteils zu bestimmen. Der vorgenannte Schutzbereich ist ein Teil des Überwachungsbereichs, in den das Objekt nicht eindringen darf, wobei beim Eindringen des Objekts in den Schutzbereich eine Gefahrensituation als erkannt gilt.The SPAD distance sensors preferably collectively record the monitoring area, for example by merging the data from different sensors (i.e. SPAD distance sensors). A single SPAD distance sensor can each cover a sub-area of the monitored area, with adjacent sub-areas preferably overlapping. The monitoring area is the area in which the sensor system is able to determine the position of the object and / or the machine part. The aforementioned protection area is a part of the monitoring area into which the object is not allowed to penetrate, with a dangerous situation being considered to be recognized when the object penetrates into the protection area.

Bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, bei Erkennen, dass eine Bearbeitung des Werkstücks bevorsteht, das Sensorsystem zeitweise zumindest zum Teil abzuschalten oder dessen Messwerte auszublenden, um einen Kontakt zwischen dem bewegbaren Maschinenteil und dem Werkstück zu ermöglichen. Ohne eine solche Abschaltung könnte die Überwachungseinrichtung das Eindringen des Werkstücks in den Schutzbereich erkennen und den bewegbaren Maschinenteil dann stoppen. Um nun einen Kontakt zwischen dem Maschinenteil und dem Werkstück zu ermöglichen, kann kurz vor dem Erreichen des Werkstücks das Sensorsystem zumindest zum Teil abgeschaltet werden (es erfolgt ein sogenanntes „Muting“). Während der Abschaltung des Sensorsystems kann der bewegbare Maschinenteil und insbesondere ein an dem Maschinenteil befestigtes Werkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gebracht werden.The monitoring device is preferably designed, when it is recognized that machining of the workpiece is imminent, to switch off the sensor system temporarily at least partially or to hide its measured values in order to enable contact between the movable machine part and the workpiece. Without such a shutdown, the monitoring device could detect the intrusion of the workpiece into the protected area and then stop the movable machine part. In order to enable contact between the machine part and the workpiece, the sensor system can be at least partially switched off shortly before the workpiece is reached (what is known as “muting”). During the shutdown of the sensor system, the movable machine part and in particular a tool attached to the machine part can be brought into contact with the workpiece.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Sensorsystem ausgebildet, zumindest die Position eines an dem bewegbaren Maschinenteil befestigten Werkzeugs mittels eines (z.B. weiteren) Schutzbereichs zu umschließen und ein Eindringen des Objekts in den Schutzbereich zu erkennen. Das Sensorsystem bzw. die Überwachungseinrichtung muss also nicht das komplette Maschinenteil überwachen und mit einem Schutzbereich umschließen, sondern es reicht aus, lediglich das Werkzeug mit einem Schutzbereich zu umschließen.According to a further advantageous embodiment, the sensor system is designed to enclose at least the position of a tool fastened to the movable machine part by means of a (e.g. further) protection area and to detect an intrusion of the object into the protection area. The sensor system or the monitoring device does not have to monitor the entire machine part and enclose it with a protection area, but it is sufficient to simply enclose the tool with a protection area.

Von dem Werkzeug geht (insbesondere bei dessen Verwendung) eine besondere Gefahr für den Menschen aus. Das Werkzeug kann beispielsweise mittels der optischen Sensoren direkt erfasst werden. Alternativ kann die Position des Werkzeugs auch indirekt zum Beispiel anhand der Position weiterer Bereiche des Maschinenteils ermittelt werden.The tool (especially when it is used) poses a particular danger to people. The tool can be detected directly by means of the optical sensors, for example. Alternatively, the position of the tool can also be determined indirectly, for example based on the position of further areas of the machine part.

Es besteht die Möglichkeit, nur das Werkzeug mittels des Schutzbereichs zu umschließen. Dies ist z.B. bei sicheren Kleinrobotern möglich, welche sonstige Kollisionen selbst erkennen können und bei welchen eine maximale Kraft begrenzt ist. Der Schutzbereich kann nach Art eines „optischen Käfigs“ um das Werkzeug herum errichtet werden.It is possible to only enclose the tool by means of the protection zone. This is possible, for example, with safe small robots, which can detect other collisions themselves and for which a maximum force is limited. The protection area can be set up around the tool like an “optical cage”.

Bevorzugt ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, die Bewegungsrichtung des bewegbaren Maschinenteils und/oder die Bewegungsrichtung des Objekts zu erfassen und auch anhand der erfassten Bewegungsrichtung(en) eine Gefahrensituation zu erkennen. Zusätzlich zu der Ermittlung der Positionen des Maschinenteils und des Objekts kann also auch eine Erfassung der Bewegungsrichtung erfolgen. Bevorzugt kann neben der Bewegungsrichtung auch die Geschwindigkeit des Maschinenteils und/oder des Objekts in der jeweiligen Bewegungsrichtung ermittelt werden. Anhand der Bewegungsrichtung und/oder der Geschwindigkeit kann eine Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen Maschinenteil und Objekt berechnet werden. Übersteigt die Wahrscheinlichkeit einen vorbestimmten Schwellenwert, so kann eine Gefahrensituation als erkannt gelten.The monitoring device is preferably designed to detect the direction of movement of the movable machine part and / or the direction of movement of the object and also to recognize a dangerous situation on the basis of the detected direction (s) of movement. In addition to determining the positions of the machine part and the object, the direction of movement can also be recorded. In addition to the direction of movement, the speed of the machine part and / or of the object in the respective direction of movement can preferably also be determined. Using the direction of movement and / or the speed, a probability of a collision between the machine part and the object can be calculated. If the probability exceeds a predetermined threshold value, a dangerous situation can be considered recognized.

Der mit dem Roboter bzw. dem bewegbaren Maschinenteil mitbewegte Schutzbereich kann bevorzugt in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils und/oder der Geschwindigkeit des Objekts vergrößert und verkleinert werden. Je höher die Geschwindigkeit des Maschinenteils und/oder des Objekts ist, umso größer kann der Schutzbereich gewählt werden.The protected area moved along with the robot or the movable machine part can preferably be enlarged and reduced as a function of the speed of the movement of the movable machine part and / or the speed of the object. The higher the speed of the machine part and / or the object, the larger the protection area that can be selected.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Prozesssystem mit einem bewegbaren Maschinenteil insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks, wobei das bewegbare Maschinenteil von einer Prozesssteuerung gesteuert wird. Das Prozesssystem umfasst eine Überwachungseinrichtung, die unabhängig von dem bewegbaren Maschinenteil und unabhängig von der Prozesssteuerung ist. Dabei umfasst die Überwachungseinrichtung zumindest ein berührungsloses Sensorsystem zur Erfassung der Position des bewegbaren Maschinenteils und zur Erfassung der Position eines Objekts in der Umgebung des bewegbaren Maschinenteils. Die Überwachungseinrichtung ist ausgebildet, die Position des bewegbaren Maschinenteils ausschließlich mittels des Sensorsystems zu bestimmen. Das Sensorsystem umfasst mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren und ist ausgebildet, jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils und mehrere verschiedene Positionen des Objekts zu unterscheiden. Dabei ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, anhand der mittels des Sensorsystems erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils und des Objekts eine Gefahrensituation zu erkennen und bei Vorliegen der Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang des bewegbaren Maschinenteils zu senden, um den bewegbaren Maschinenteil zu verlangsamen, ausweichen zu lassen und/oder zum Stillstand zu bringen.The invention further relates to a process system with a movable machine part, in particular for machining a workpiece, the movable machine part being controlled by a process controller. The process system comprises a monitoring device that is independent of the movable machine part and independent of the process control. The monitoring device comprises at least one contactless sensor system for detecting the position of the movable machine part and for detecting the position of an object in the vicinity of the movable machine part. The monitoring device is designed to determine the position of the movable machine part exclusively by means of the sensor system. The sensor system comprises several single photon avalanche diode (SPAD) distance sensors and is designed to distinguish between several different positions of the movable machine part and several different positions of the object. The monitoring device is designed to use the positions of the movable machine part and the object detected by means of the sensor system to recognize a dangerous situation and, if the dangerous situation exists, to send a braking and / or switch-off and / or evasive signal to a safety input of the movable machine part in order to to slow down the movable machine part, to evade and / or to bring it to a standstill.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die SPAD-Distanzsensoren (nur) teilweise an dem bewegbaren Maschinenteil angebracht. Dies bedeutet, nur eine Teilmenge der SPAD-Distanzsensoren ist an dem bewegbaren Maschinenteil angebracht. Dabei sind zumindest die an dem bewegbaren Maschinenteil angebrachten SPAD-Distanzsensoren modular angeordnet und definieren einen an das Werkzeug angepassten Schutzbereich. Der Schutzbereich, welcher durch die SPAD-Distanzsensoren beobachtet wird, kann das Werkzeug in einem vorbestimmten Abstand umhüllen. Der Abstand kann in Abhängigkeit von der Ansprechzeit des Sensors und der Zeit, die notwendig ist, um eine Bewegung des bewegbaren Maschinenteils und/oder des Werkzeugs zu stoppen, gewählt werden. Hierzu können die SPAD-Distanzsensoren benachbart zu dem Werkzeug an dem bewegbaren Maschinenteil angeordnet sein. Durch die Anordnung unmittelbar in der Umgebung des Werkzeugs und durch die Verwendung mehrerer SPAD-Distanzsensoren können Totzonen der Überwachung vermieden werden, da sich die Kontur des Schutzbereichs gut an den von dem Werkzeug beanspruchten Bereich anpassen lässt. Auch eine komplexe Geometrie des Schutzbereichs kann durch die Verwendung der modular angeordneten SPAD-Distanzsensoren konturgenau abgesichert werden, beispielsweise um eine Annäherung durch einen Menschen in einem bestimmten Bereich zu erlauben. Außerdem wird es ermöglicht, bei bewegbaren Maschinenteilen mit komplexen Bewegungsprofilen die Absicherung des Werkzeugs zu vereinfachen, da die SPAD-Distanzsensoren ortsfest relativ zur „Gefahrenstelle“ angeordnet sind.According to an advantageous embodiment, the SPAD distance sensors are (only) partially attached to the movable machine part. This means that only a subset of the SPAD distance sensors is attached to the movable machine part. In this case, at least the SPAD distance sensors attached to the movable machine part are arranged in a modular manner and define a protection area adapted to the tool. The protected area, which is observed by the SPAD distance sensors, can surround the tool at a predetermined distance. The distance can vary depending on the response time of the Sensor and the time necessary to stop a movement of the movable machine part and / or the tool can be selected. For this purpose, the SPAD distance sensors can be arranged adjacent to the tool on the movable machine part. Due to the arrangement in the immediate vicinity of the tool and the use of several SPAD distance sensors, dead zones of the monitoring can be avoided, since the contour of the protected area can be easily adapted to the area stressed by the tool. Even a complex geometry of the protected area can be safeguarded with precise contours using the modularly arranged SPAD distance sensors, for example to allow a person to approach a certain area. In addition, it is made possible to simplify the protection of the tool in the case of movable machine parts with complex movement profiles, since the SPAD distance sensors are arranged in a stationary manner relative to the "danger point".

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die SPAD-Distanzsensoren ausgebildet, gemeinsam einen Überwachungsbereich zu erfassen, wobei ein jeder SPAD-Distanzsensor zumindest jeweils einen Teilbereich des Überwachungsbereichs erfasst, wobei sich benachbarte Teilbereiche bevorzugt überlappen. Die gemeinsame Erfassung des Überwachungsbereichs, kann - wie oben ausgeführt - z.B. durch eine Fusion der Daten der einzelnen Sensoren erfolgen.According to an advantageous embodiment, the SPAD distance sensors are designed to collectively detect a monitoring area, each SPAD distance sensor detecting at least one sub-area of the monitoring area, with adjacent sub-areas preferably overlapping. The joint detection of the monitoring area can - as explained above - take place e.g. by merging the data from the individual sensors.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der bewegbare Maschinenteil ausgebildet, eine vorbestimmte Referenzposition einzunehmen, wobei die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, einen Selbsttest vorzunehmen, während der bewegbare Maschinenteil in der Referenzposition ist. Bei dem Selbsttest werden bevorzugt von dem Sensorsystem erfasste Positionsdaten des bewegbaren Maschinenteils mit erwarteten Positionsdaten verglichen. Durch die Referenzposition und den Selbsttest kann auf einfache Weise ein mittleres Sicherheits-Performance-Level erreicht werden, da die korrekte Funktion des Sensorsystems anhand der Referenzposition überprüft werden kann. Eine korrekte Funktion des Sensorsystems liegt beispielsweise dann vor, wenn die von dem Sensorsystem erfassten Positionsdaten des bewegbaren Maschinenteils in der Referenzposition um nicht mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert von den erwarteten Positionsdaten abweichen. Die Referenzposition kann durch Stoppen des Maschinenteils oder auch nur kurzzeitig „im Vorbeifahren“ (d.h. ohne ein Anhalten des Maschinenteils) eingenommen werden. Bevorzugt findet der Selbsttest in der Nähe der Bearbeitungsposition für das Werkstück statt.According to a further advantageous embodiment, the movable machine part is designed to assume a predetermined reference position, the monitoring device being set up to carry out a self-test while the movable machine part is in the reference position. In the self-test, position data of the movable machine part acquired by the sensor system are preferably compared with expected position data. A medium safety performance level can be achieved in a simple manner by means of the reference position and the self-test, since the correct function of the sensor system can be checked using the reference position. The sensor system is functioning correctly, for example, when the position data of the movable machine part recorded by the sensor system in the reference position do not differ from the expected position data by more than a predetermined threshold value. The reference position can be assumed by stopping the machine part or only briefly "while driving past" (i.e. without stopping the machine part). The self-test preferably takes place in the vicinity of the machining position for the workpiece.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Sensorsystem SPAD-Distanzsensoren, welche ortsfest und bevorzugt beabstandet zu dem bewegbaren Maschinenteil angeordnet sind. Neben den benachbart zu dem Werkzeug an dem Maschinenteil angeordneten SPAD-Distanzsensoren kann das Sensorsystem also auch weitere SPAD-Distanzsensoren umfassen, die beispielsweise unabhängig und beabstandet zu dem bewegbaren Maschinenteil sind.According to a further advantageous embodiment, the sensor system comprises SPAD distance sensors, which are arranged in a stationary manner and preferably at a distance from the movable machine part. In addition to the SPAD distance sensors arranged adjacent to the tool on the machine part, the sensor system can thus also include further SPAD distance sensors which are, for example, independent and spaced from the movable machine part.

Bevorzugt sind an dem bewegbaren Maschinenteil optische Referenzmarken angebracht. Die Referenzmarken vereinfachen die Positionserkennung mittels der optischen Sensoren, d.h. der SPAD-Distanzsensoren. Die Referenzmarken können daher für die Erkennung mittels der SPAD-Distanzsensoren optimiert sein.Optical reference marks are preferably attached to the movable machine part. The reference marks simplify position detection using the optical sensors, i.e. the SPAD distance sensors. The reference marks can therefore be optimized for detection by means of the SPAD distance sensors.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines bewegbaren Maschinenteils mittels einer Überwachungseinrichtung, bei welchem

  • - der bewegbare Maschinenteil von einer Prozesssteuerung gesteuert wird,
  • - die Überwachungseinrichtung unabhängig von der Prozesssteuerung ist,
  • - die Überwachungseinrichtung mittels zumindest eines berührungslosen Sensorsystems jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils und mehrere verschiedene Positionen eines Objekts erfasst,
  • - die Überwachungseinrichtung die Position des bewegbaren Maschinenteils ausschließlich mittels des Sensorsystems bestimmt,
  • - das Sensorsystem mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren verwendet, um die Positionen des bewegbaren Maschinenteils und des Objekts zu erfassen,
  • - die Überwachungseinrichtung anhand der mittels des Sensorsystems erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils und des Objekts eine Gefahrensituation erkennt und bei Vorliegen der Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang des bewegbaren Maschinenteils sendet, um den bewegbaren Maschinenteil zu verlangsamen, ausweichen zu lassen und/oder zum Stillstand zu bringen.
Finally, the invention relates to a method for monitoring a movable machine part by means of a monitoring device, in which
  • - the movable machine part is controlled by a process controller,
  • - the monitoring device is independent of the process control,
  • the monitoring device detects several different positions of the movable machine part and several different positions of an object by means of at least one contactless sensor system,
  • - the monitoring device determines the position of the movable machine part exclusively by means of the sensor system,
  • - the sensor system uses several single photon avalanche diode (SPAD) distance sensors to detect the positions of the movable machine part and the object,
  • - the monitoring device recognizes a dangerous situation based on the positions of the movable machine part and the object detected by means of the sensor system and, if the dangerous situation exists, sends a braking and / or switch-off and / or evasive signal to a safety input of the movable machine part in order to slow down the movable machine part to evade and / or to bring to a standstill.

Für das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Prozesssystem gelten die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung entsprechend, insbesondere hinsichtlich Vorteilen und bevorzugten Ausführungsformen.For the method according to the invention and the process system according to the invention, the statements relating to the monitoring device according to the invention apply accordingly, in particular with regard to advantages and preferred embodiments.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

  • 1 ein Prozesssystem mit einem Roboter und einer Überwachungseinrichtung; und
  • 2 einen schematischen Aufbau der Komponenten des Prozesssystems von 1.
The invention is described below purely by way of example with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a process system with a robot and a monitoring device; and
  • 2 a schematic structure of the components of the process system of 1 .

1 zeigt ein Prozesssystem 10, welches einen bewegbaren Maschinenteil in Form eines kollaborierenden Roboters 12 aufweist. Der Roboter 12 dient der Bearbeitung eines Werkstücks 14. Zur Bearbeitung des Werkstücks 14 umfasst der Roboter 12 ein Werkzeug 16, beispielsweise einen Bohrer. 1 shows a process system 10 , which is a movable machine part in the form of a collaborative robot 12th having. The robot 12th is used to machine a workpiece 14th . For machining the workpiece 14th includes the robot 12th a tool 16 , for example a drill.

Das Prozesssystem 10 umfasst weiterhin mehrere ortsfeste SPAD-(Single-Photon-Avalanche-Dioden)-Distanzsensoren 18 sowie mit dem Roboter 12 mitbewegte SPAD-Distanzsensoren 20. Die SPAD-Distanzsensoren 18, 20 sind zur Entfernungsmessung ausgebildet.The process system 10 further comprises a plurality of stationary SPAD (single photon avalanche diodes) distance sensors 18 as well as with the robot 12th Moving SPAD distance sensors 20th . The SPAD distance sensors 18th , 20th are designed for distance measurement.

Die ortsfesten SPAD-Distanzsensoren 18 erfassen gemeinsam einen Überwachungsbereich 22, in welchem sich der Roboter 12 und auch ein Objekt, hier beispielsweise als menschlicher Bediener 24 dargestellt, bewegen können. In dem Überwachungsbereich 22 befindet sich zudem das Werkstück 14.The fixed SPAD distance sensors 18th collectively capture a monitoring area 22nd in which the robot 12th and also an object, here for example as a human operator 24 shown, can move. In the surveillance area 22nd the workpiece is also located 14th .

Das zur Bearbeitung des Werkstücks 14 dienende Werkzeug 16 wird von einem Schutzbereich 26 eingeschlossen, welcher durch die mitbewegten SPAD-Distanzsensoren 20 beobachtet und überwacht wird. Der Schutzbereich 26 ist an die Größe des Werkzeugs 16 angepasst. Greift der Bediener 24 in den Schutzbereich 26 ein, wird das Werkzeug 16 sofort gestoppt, wie unten näher erläutert.That for processing the workpiece 14th serving tool 16 is covered by a protection area 26th included, which is caused by the moving SPAD distance sensors 20th is observed and monitored. The protection area 26th is due to the size of the tool 16 customized. The operator takes action 24 in the protection area 26th one, becomes the tool 16 stopped immediately as explained in more detail below.

Neben dem in der 1 gezeigten Schutzbereich 26, der sich um das Werkzeug 16 herum erstreckt, beobachten die ortsfesten SPAD-Distanzsensoren 18 einen sich mit dem Roboter 12 mitbewegenden dynamischen Schutzbereich 27, welcher ein Teilbereich des Überwachungsbereichs 22 ist, den Roboter 12 umgibt und sich in Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Bewegung des Roboters 12 vergrößert und verkleinert.Besides the one in the 1 shown protection area 26th who takes care of the tool 16 around, the stationary SPAD distance sensors observe 18th one with the robot 12th moving dynamic protection area 27 , which is a sub-area of the monitored area 22nd is the robot 12th surrounds and changes depending on the speed of movement of the robot 12th enlarged and reduced.

In 2 ist nun die schematische Verschaltung des Prozesssystems 10 von 1 dargestellt. In dem Prozesssystem 10 übernimmt eine Prozesssteuerung 28 die Steuerung des Roboters 12. Die Prozesssteuerung 28 sorgt insbesondere dafür, dass das Werkstück 14 korrekt bearbeitet wird. Hierfür ist die Prozesssteuerung 28 in bidirektionaler Kommunikation mit dem Roboter 12.In 2 is now the schematic interconnection of the process system 10 from 1 shown. In the process system 10 takes over process control 28 the control of the robot 12th . The process control 28 in particular ensures that the workpiece 14th is processed correctly. This is what process control is for 28 in bidirectional communication with the robot 12th .

Eine Überwachungseinrichtung 30 des Prozesssystems 10 umfasst die bereits erwähnten ortsfesten und mitbewegten SPAD-Distanzsensoren 18, 20. Die SPAD-Distanzsensoren 18, 20 sind alle mit einer Recheneinheit in Form eines SPAD-Masters 32 gekoppelt. Um den Roboter 12 bei einer Gefahrensituation abzuschalten, kann der SPAD-Master 32 an einen schnellen Sicherheitseingang 34 des Roboters 12 ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal senden. Der SPAD-Master 32 ist hierfür mittels eines unidirektionalen Kommunikationsausgangs 36 mit dem Sicherheitseingang 34 verbunden.A monitoring device 30th of the process system 10 includes the already mentioned stationary and moving SPAD distance sensors 18th , 20th . The SPAD distance sensors 18th , 20th are all with a computing unit in the form of a SPAD master 32 coupled. To the robot 12th The SPAD-Master can switch off in a dangerous situation 32 to a fast security entrance 34 of the robot 12th send a braking and / or shutdown and / or evasive signal. The SPAD master 32 is for this purpose by means of a unidirectional communication output 36 with the security entrance 34 connected.

Im Betrieb senden die SPAD-Distanzsensoren 18, 20 mittels (nicht gezeigter) Lichtquellen jeweils Lichtimpulse in den Überwachungsbereich 22 aus und ermitteln eine jeweilige Lichtlaufzeit der rückgestrahlten Lichtsignale. Aus der Lichtlaufzeit kann ein Abstand des jeweiligen SPAD-Distanzsensors 18, 20 zu dem Roboter 12 bzw. zu dem Bediener 24 ermittelt werden. Aus den ermittelten Abständen und der bekannten Position der ortsfesten SPAD-Distanzsensoren 18, können die Positionen des Roboters 12 und des Bedieners 24 im Überwachungsbereich 22 ermittelt werden.The SPAD distance sensors transmit during operation 18th , 20th light pulses into the monitored area by means of light sources (not shown) 22nd and determine a respective time of flight of the reflected light signals. A distance of the respective SPAD distance sensor can be calculated from the light travel time 18th , 20th to the robot 12th or to the operator 24 be determined. From the determined distances and the known position of the stationary SPAD distance sensors 18th , can change the positions of the robot 12th and the operator 24 in the monitoring area 22nd be determined.

Bei Bewegungen des Roboters 12 findet nun eine kontinuierliche Erfassung der Position des Roboters 12 und auch der Position des Werkzeugs 16 mittels der ortsfesten SPAD-Distanzsensoren 18 statt. Die Position des Roboters 12 wird ständig mit der Position des Bedieners 24 verglichen, um eine mögliche Kollision oder Gefahrensituation schnell zu erkennen.When the robot moves 12th now finds a continuous detection of the position of the robot 12th and also the position of the tool 16 using the stationary SPAD distance sensors 18th instead of. The position of the robot 12th is constantly changing with the operator's position 24 compared to quickly identify a possible collision or dangerous situation.

Bewegt sich der Roboter 12 auf das Werkstück 14 zu, so verharrt der Roboter 12 kurz vor dem Erreichen des Werkstücks 14 für eine vorbestimmte Zeitspanne in seiner Position. Dieses Verharren wird von dem SPAD-Master 32 erkannt, wobei die dann ermittelte Position des Roboters 12 mit einer erwarteten Position verglichen wird, um eine Funktionsüberprüfung der Überwachungseinrichtung 30 durchzuführen.The robot moves 12th on the workpiece 14th closed, the robot pauses 12th shortly before reaching the workpiece 14th in position for a predetermined period of time. This persistence is controlled by the SPAD master 32 detected, with the then determined position of the robot 12th is compared with an expected position in order to check the functionality of the monitoring device 30th perform.

Alternativ kann die Funktionsprüfung auch im Vorbeifahren (d.h. ohne ein Anhalten des Roboters 12) durchgeführt werden, was aufgrund der schnellen Messvorgänge der Sensoren 18, 20 möglich ist. Der hierdurch erreichte Zeitgewinn kann zum Einhalten geforderter Zykluszeiten und zur Steigerung der Produktivität beitragen.Alternatively, the function test can also be performed while driving past (ie without stopping the robot 12th ), which is due to the rapid measuring processes of the sensors 18th , 20th is possible. The time saved in this way can contribute to maintaining the required cycle times and increasing productivity.

Bewegt sich der Roboter 12 dann weiter auf das Werkstück 14 zu, werden die mitbewegten SPAD-Distanzsensoren 20 kurz vor Erreichen des Werkstücks 14 kurzzeitig abgeschaltet („Muting“), um den Roboter 12 nicht durch das Erkennen des Werkstücks 14 als unzulässiges Objekt in dem Schutzbereich 26 zu stoppen.The robot moves 12th then on to the workpiece 14th to, the moving SPAD distance sensors 20th shortly before reaching the workpiece 14th switched off briefly ("muting") to the robot 12th not by recognizing the workpiece 14th as an impermissible object in the protection area 26th to stop.

Sobald der Roboter 12 das Werkstück 14 mittels des Werkzeugs 16 bearbeitet, werden die mitbewegten SPAD-Distanzsensoren 20 wieder aktiviert, wobei während der Bearbeitung des Werkstücks 14 der Schutzbereich 26 (beispielsweise dynamisch) verkleinert ist.Once the robot 12th the workpiece 14th by means of the tool 16 processed, the moving SPAD distance sensors are processed 20th activated again, while machining the workpiece 14th the protection area 26th (for example dynamically) is reduced.

Bewegt z.B. der Bediener 24 seine Hand in den Schutzbereich 26 hinein, so wird dies durch eine Veränderung des Messsignals der mitbewegten SPAD-Distanzsensoren 20 erfasst, woraufhin der SPAD-Master 32 dies als Gefahrensituation einstuft und ein Abschaltsignal an den schnellen Sicherheitseingang 34 sendet, was zur sofortigen Abschaltung des Roboters 12 samt dessen Werkzeug 16 führt.Moves, for example, the operator 24 his hand in the protection area 26th into it, this is done by changing the measurement signal from the SPAD distance sensors that are moved along with it 20th recorded, whereupon the SPAD master 32 classifies this as a dangerous situation and sends a switch-off signal to the fast safety input 34 sends what leads to the immediate shutdown of the robot 12th including its tools 16 leads.

In ähnlicher Art und Weise erkennt der SPAD-Master 32 eine Gefahrensituation, wenn sich der Roboter 12 bewegt und sich in seiner Bewegung dem Bediener 24 zu schnell oder zu stark nähert. Eine zu schnelle Annäherung und/oder eine zu starke Annäherung (d.h. eine Annäherung, bei der der Abstand zwischen Roboter 12 und Bediener 24 einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet) können mittels der ortsfesten SPAD-Distanzsensoren 18 erfasst werden. Der SPAD-Master 32 erzeugt daraufhin ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal, welches über den Kommunikationsausgang 36 an den schnellen Sicherheitseingang 34 des Roboters 12 gesendet wird, woraufhin der Roboter 12 abbremst, ausweicht oder ganz stoppt.The SPAD master recognizes in a similar way 32 a dangerous situation when the robot is 12th moves and the operator in its movement 24 approaching too quickly or too strongly. Too fast an approach and / or too close an approach (ie an approach where the distance between robots 12th and operator 24 falls below a predetermined threshold value) can by means of the stationary SPAD distance sensors 18th are recorded. The SPAD master 32 then generates a braking and / or switch-off and / or evasive signal, which is transmitted via the communication output 36 to the fast security entrance 34 of the robot 12th is sent, whereupon the robot 12th decelerates, evades or stops completely.

Aus 2 ist zu erkennen, dass eine Datenübertragung ausschließlich von der Überwachungseinrichtung 30 hin zu dem Roboter 12 erfolgt. Eine Datenübertragung von dem Roboter 12 oder dessen Prozesssteuerung 28 hin zu der Überwachungseinrichtung 30 wird nicht benötigt. Da die Überwachungseinrichtung 30 sämtliche benötigten Informationen über die Position des Roboters 12 und des Bedieners 24 ausschließlich selbst erfasst, muss die Überwachungseinrichtung 30 nicht warten, bis die benötigten Informationen beispielsweise von der Prozesssteuerung 28 geliefert werden. Aus diesem Grund kann die Überwachungseinrichtung 30 besonders schnell auf Gefahrensituationen reagieren, wobei zusätzlich der schnelle Sicherheitseingang 34 des Roboters 12 zum Abschalten verwendet wird, der keinen Umweg über die Prozesssteuerung 28 erforderlich macht.Out 2 it can be seen that data transmission is exclusively from the monitoring device 30th towards the robot 12th he follows. A data transfer from the robot 12th or its process control 28 towards the monitoring device 30th is not needed. Because the monitoring device 30th all necessary information about the position of the robot 12th and the operator 24 only recorded by the monitoring device 30th do not wait for the required information, for example from process control 28 to be delivered. For this reason, the monitoring device 30th react particularly quickly to dangerous situations, with the addition of the quick safety entrance 34 of the robot 12th is used for switching off, which does not take a detour via the process control 28 makes necessary.

Die Sicherheit des gesamten Prozesssystems 10 kann aufgrund der so erreichten schnellen Reaktionszeit gesteigert werden.The security of the entire process system 10 can be increased due to the fast response time achieved in this way.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
ProzesssystemProcess system
1212th
Roboterrobot
1414th
Werkstückworkpiece
1616
Werkzeugtool
1818th
ortsfester SPAD-DistanzsensorFixed SPAD distance sensor
2020th
mitbewegter SPAD-DistanzsensorMoving SPAD distance sensor
2222nd
ÜberwachungsbereichMonitoring area
2424
Bedieneroperator
2626th
SchutzbereichProtection area
2727
dynamischer Schutzbereichdynamic protection area
2828
ProzesssteuerungProcess control
3030th
ÜberwachungseinrichtungMonitoring device
3232
SPAD-MasterSPAD master
3434
schneller Sicherheitseingangfast security entrance
3636
KommunikationsausgangCommunication output

Claims (14)

Überwachungseinrichtung (30) zur Überwachung eines bewegbaren Maschinenteils (12), welches insbesondere zur Bearbeitung oder Handhabung eines Werkstücks (14) dient, wobei der bewegbare Maschinenteil (12) von einer Prozesssteuerung (28) gesteuert wird, wobei die Überwachungseinrichtung (30) zumindest ein berührungsloses Sensorsystem (18, 20, 32) zur Erfassung der Position des bewegbaren Maschinenteils (12) und zur Erfassung der Position eines Objekts (24), beispielsweise einer Person oder eines Hindernisses, in der Umgebung des bewegbaren Maschinenteils (12) umfasst, wobei das Sensorsystem (18, 20, 32) ausgebildet ist, jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und mehrere verschiedene Positionen des Objekts (24) zu unterscheiden, wobei das Sensorsystem (18, 20, 32) mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren (18, 20) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (30) ausgebildet ist, anhand der mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und des Objekts (24) eine Gefahrensituation zu erkennen und bei Vorliegen der Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang (34) des bewegbaren Maschinenteils (12) zu senden und wobei die Überwachungseinrichtung (30) unabhängig von der Prozesssteuerung (28) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (30) ausgestaltet ist, die Position des bewegbaren Maschinenteils (12) ausschließlich mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) zu bestimmen.Monitoring device (30) for monitoring a movable machine part (12), which is used in particular for processing or handling a workpiece (14), the movable machine part (12) being controlled by a process controller (28), the monitoring device (30) at least one Contactless sensor system (18, 20, 32) for detecting the position of the movable machine part (12) and for detecting the position of an object (24), for example a person or an obstacle, in the vicinity of the movable machine part (12), the Sensor system (18, 20, 32) is designed to distinguish between several different positions of the movable machine part (12) and several different positions of the object (24), the sensor system (18, 20, 32) having several single-photon avalanche Diode (SPAD) distance sensors (18, 20), the monitoring device (30) being designed to detect by means of the sensor system (18, 20, 32) Most positions of the movable machine part (12) and the object (24) to recognize a dangerous situation and to send a braking and / or switch-off and / or evasive signal to a safety input (34) of the movable machine part (12) if the dangerous situation exists wherein the monitoring device (30) is independent of the process control (28), characterized in that the monitoring device (30) is designed to determine the position of the movable machine part (12) exclusively by means of the sensor system (18, 20, 32). Überwachungseinrichtung (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kommunikationsausgang (36) zur Datenübertragung an den Sicherheitseingang (34) des bewegbaren Maschinenteils (12), wobei der Kommunikationsausgang (36) ausgebildet ist, Daten nur von der Überwachungseinrichtung (30) zu dem Sicherheitseingang (34) zu übertragen.Monitoring device (30) after Claim 1 , characterized by a communication output (36) for data transmission to the safety input (34) of the movable machine part (12), the communication output (36) being designed to transmit data only from the monitoring device (30) to the safety input (34). Überwachungseinrichtung (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (30) ausgebildet ist, ausschließlich durch eine unidirektionale Kommunikation mittels des Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignals mit dem bewegbaren Maschinenteil (12) zu kommunizieren, und/oder ausschließlich anhand der mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und der erfassten Position des Objekts (24) eine Gefahrensituation zu erkennen.Monitoring device (30) after Claim 1 or 2 , characterized in that the monitoring device (30) is designed to communicate with the movable machine part (12) exclusively by means of unidirectional communication by means of the braking and / or switch-off and / or evasive signal, and / or exclusively by means of the means of the sensor system (18, 20, 32) detected positions of the movable machine part (12) and the detected position of the object (24) to detect a dangerous situation. Überwachungseinrichtung (30) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gefahrensituation dann als erkannt gilt, wenn der Abstand zwischen dem bewegbaren Maschinenteil (12) und dem Objekt (24) einen vorbestimmten Mindestabstand unterschreitet.Monitoring device (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that a dangerous situation is considered recognized when the distance between the movable machine part (12) and the object (24) falls below a predetermined minimum distance. Überwachungseinrichtung (30) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (30) ausgebildet ist, bei Erkennen, dass eine Bearbeitung des Werkstücks (14) bevorsteht, das Sensorsystem (18, 20, 32) zeitweise zumindest zum Teil abzuschalten oder dessen Messwerte auszublenden, um einen Kontakt zwischen dem bewegbaren Maschinenteil (12) und dem Werkstück (14) zu ermöglichen.Monitoring device (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device (30) is designed to switch off the sensor system (18, 20, 32) at least partially when it is detected that machining of the workpiece (14) is imminent or hide its measured values in order to enable contact between the movable machine part (12) and the workpiece (14). Überwachungseinrichtung (30) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (18, 20, 32) ausgebildet ist, zumindest die Position eines an dem bewegbaren Maschinenteil (12) befestigten Werkzeugs (16) mittels eines Schutzbereichs (26) zu umschließen und ein Eindringen des Objekts (24) in den Schutzbereich (26) zu erkennen.Monitoring device (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the sensor system (18, 20, 32) is designed to at least determine the position of a tool (16) attached to the movable machine part (12) by means of a protected area (26) enclose and detect a penetration of the object (24) into the protected area (26). Überwachungseinrichtung (30) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (30) ausgebildet ist, die Bewegungsrichtung des bewegbaren Maschinenteils (12) und/oder des Objekts (24) zu erfassen und auch anhand der erfassten Bewegungsrichtung oder der erfassten Bewegungsrichtungen eine Gefahrensituation zu erkennen.Monitoring device (30) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device (30) is designed to detect the direction of movement of the movable machine part (12) and / or the object (24) and also based on the detected direction of movement or the detected Directions of movement to recognize a dangerous situation. Prozesssystem (10) mit einem bewegbaren Maschinenteil (12), insbesondere zur Bearbeitung eines Werkstücks (14) mittels eines Werkzeugs (16), wobei der bewegbare Maschinenteil (12) von einer Prozesssteuerung (28) gesteuert wird, und mit einer Überwachungseinrichtung (30), die unabhängig von dem bewegbaren Maschinenteil (12) ist, wobei die Überwachungseinrichtung (30) zumindest ein berührungsloses Sensorsystem (18, 20, 32) zur Erfassung der Position des bewegbaren Maschinenteils (12) und zur Erfassung der Position eines Objekts (24) in der Umgebung des bewegbaren Maschinenteils (12) umfasst, wobei das Sensorsystem (18, 20, 32) ausgebildet ist, jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und mehrere verschiedene Positionen des Objekts (24) zu unterscheiden, wobei das Sensorsystem (18, 20, 32) mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren (18, 20) aufweist, wobei die Überwachungseinrichtung (30) ausgebildet ist, anhand der mittels des Sensorsystems erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und des Objekts (24) eine Gefahrensituation zu erkennen und bei Vorliegen der Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang (34) des bewegbaren Maschinenteils (12) zu senden, um den bewegbaren Maschinenteil (12) zu verlangsamen, ausweichen zu lassen und/oder zum Stillstand zu bringen, und wobei die Überwachungseinrichtung (30) unabhängig von der Prozesssteuerung (28) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (30) ausgestaltet ist, die Position des bewegbaren Maschinenteils (12) ausschließlich mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) zu bestimmen.Process system (10) with a movable machine part (12), in particular for machining a workpiece (14) by means of a tool (16), the movable machine part (12) being controlled by a process controller (28), and with a monitoring device (30) which is independent of the movable machine part (12), the monitoring device (30) having at least one contactless sensor system (18, 20, 32) for detecting the position of the movable machine part (12) and for detecting the position of an object (24) in the surroundings of the movable machine part (12), the sensor system (18, 20, 32) being designed to distinguish between several different positions of the movable machine part (12) and several different positions of the object (24), the sensor system (18 , 20, 32) has several single photon avalanche diode (SPAD) distance sensors (18, 20), the monitoring device (30) being designed based on the means of the sensorsy stems detected positions of the movable machine part (12) and the object (24) to recognize a dangerous situation and to send a braking and / or switch-off and / or evasive signal to a safety input (34) of the movable machine part (12) if the dangerous situation is present , in order to slow down, evade and / or bring the movable machine part (12) to a standstill, and wherein the monitoring device (30) is independent of the process control (28) characterized in that the monitoring device (30) is designed which To determine the position of the movable machine part (12) exclusively by means of the sensor system (18, 20, 32). Prozesssystem (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die SPAD-Distanzsensoren (20) teilweise an dem bewegbaren Maschinenteil (12) angebracht sind, wobei zumindest die an dem bewegbaren Maschinenteil (12) angebrachten Sensoren (20) modular angeordnet sind und einen an das Werkzeug (16) angepassten Schutzbereich (26) definieren.Process system (10) according to Claim 8 , characterized in that the SPAD distance sensors (20) are partially attached to the movable machine part (12), at least the sensors (20) attached to the movable machine part (12) being arranged in a modular manner and one adapted to the tool (16) Define the protection area (26). Prozesssystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die SPAD-Distanzsensoren (18) ausgebildet sind, gemeinsam einen Überwachungsbereich (22) zu erfassen, wobei ein jeder SPAD-Distanzsensor (18) zumindest jeweils einen Teilbereich des Überwachungsbereichs (22) erfasst, wobei sich benachbarte Teilbereiche bevorzugt überlappen.Process system (10) according to Claim 9 , characterized in that the SPAD distance sensors (18) are designed to collectively capture a monitoring area (22), each SPAD distance sensor (18) capturing at least one sub-area of the monitoring area (22), with adjacent sub-areas preferably overlapping . Prozesssystem (10) nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Maschinenteil (12) ausgebildet ist, eine vorbestimmte Referenzposition einzunehmen, wobei die Überwachungseinrichtung (30) eingerichtet ist, einen Selbsttest vorzunehmen, während der bewegbare Maschinenteil (12) in der Referenzposition ist, bei welchem bevorzugt von dem Sensorsystem (18, 20, 32) erfasste Positionsdaten des bewegbaren Maschinenteils (12) mit erwarteten Positionsdaten verglichen werden.Process system (10) according to at least one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the movable machine part (12) is designed to assume a predetermined reference position, the monitoring device (30) being set up to carry out a self-test while the movable machine part (12) is in the reference position, in which preferably by the sensor system (18, 20, 32) detected position data of the movable machine part (12) are compared with expected position data. Prozesssystem (10) nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem SPAD-Distanzsensoren (18) umfasst, welche ortsfest und beabstandet zu dem bewegbaren Maschinenteil (12) angeordnet sind.Process system (10) according to at least one of the Claims 8 until 11 , characterized in that the sensor system comprises SPAD distance sensors (18) which are stationary and spaced apart from the movable machine part (12). Prozesssystem (10) nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem bewegbaren Maschinenteil (12) optische Referenzmarken angebracht sind.Process system (10) according to at least one of the Claims 8 until 12th , characterized in that optical reference marks are attached to the movable machine part (12). Verfahren zur Überwachung eines bewegbaren Maschinenteils (12) mittels einer Überwachungseinrichtung (30), bei welchem - der bewegbare Maschinenteil (12) von einer Prozesssteuerung (28) gesteuert wird, - die Überwachungseinrichtung (30) unabhängig von der Prozesssteuerung (28) ist, - die Überwachungseinrichtung (30) mittels zumindest eines berührungslosen Sensorsystems (18, 20, 32) jeweils mehrere verschiedene Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und mehrere verschiedene Positionen eines Objekts (24) erfasst, - die Überwachungseinrichtung (30) die Position des bewegbaren Maschinenteils (12) ausschließlich mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) bestimmt, - das Sensorsystem (18, 20, 32) mehrere Single-Photon-Avalanche-Dioden-(SPAD)-Distanzsensoren (18, 20) verwendet, um die Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und des Objekts (24) zu erfassen, - die Überwachungseinrichtung (30) anhand der mittels des Sensorsystems (18, 20, 32) erfassten Positionen des bewegbaren Maschinenteils (12) und des Objekts (24) eine Gefahrensituation erkennt und bei Vorliegen der Gefahrensituation ein Brems- und/oder Abschalt- und/oder Ausweichsignal an einen Sicherheitseingang (34) des bewegbaren Maschinenteils (12) sendet, um den bewegbaren Maschinenteil (12) zu verlangsamen, ausweichen zu lassen und/oder zum Stillstand zu bringen.Method for monitoring a movable machine part (12) by means of a monitoring device (30), in which - the movable machine part (12) is controlled by a process controller (28), - the monitoring device (30) is independent of the process control (28), - the monitoring device (30) detects several different positions of the movable machine part (12) and several different positions of an object (24) by means of at least one contactless sensor system (18, 20, 32), - the monitoring device (30) determines the position of the movable machine part (12) exclusively by means of the sensor system (18, 20, 32), - The sensor system (18, 20, 32) uses several single photon avalanche diode (SPAD) distance sensors (18, 20) to detect the positions of the movable machine part (12) and the object (24), - the monitoring device (30) recognizes a dangerous situation based on the positions of the movable machine part (12) and the object (24) detected by means of the sensor system (18, 20, 32) and, if the dangerous situation exists, a braking and / or shutdown and / or sends an evasive signal to a safety input (34) of the movable machine part (12) in order to slow down the movable machine part (12), allow evasive action and / or bring it to a standstill.
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