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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherungssystem für eine Objektförderanlage mit wenigstens einem Sicherheitssensor und einer elektronischen Steuereinrichtung, die mit dem Sicherheitssensor in Signalverbindung steht.
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Solche Sicherungssysteme werden beispielsweise bei der automatisierten Produktfertigung benötigt. Die bei automatisierten Prozessen eingesetzten Roboter und Maschinen stellen nämlich ein erhebliches Gefährdungspotential für Personen dar. Daher muss sichergestellt sein, dass während des Betriebs der Roboter und Maschinen keine Personen in den Gefahrenbereich eindringen. Falls dennoch eine Person in den Gefahrenbereich eindringt, müssen entsprechende Schutzmaßnahmen ergriffen werden.
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Bei vielen Anwendungen ist es notwendig oder erwünscht, dass bestimmte Objekte wie z. B. Fahrzeuge, Bauteile oder Baugruppen mittels einer Objektförderanlage in den Arbeitsbereich der Roboter hineinbewegt werden. Diese Objekte stellen so genannte „zugelassene Objekte“ dar und sollen keinen Alarm und insbesondere keine Notabschaltung der Anlage auslösen. Es ist jedoch schwierig, zwischen zugelassenen Objekten einerseits und Personen andererseits zu unterscheiden. Häufig ist dies nur mit komplexen und kostspieligen Sensoranordnungen in akzeptablem Umfang zu bewerkstelligen. Ein weiteres Problem besteht darin, dass eine Person gleichzeitig mit einem großen Objekt in den Gefahrenbereich gelangen könnte, beispielsweise in einer Fahrzeugkarosserie.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Sicherungssystem anzugeben, das einfach aufgebaut ist, das Eindringen zulässiger Objekte in den Gefahrenbereich ermöglicht und dabei dennoch einen zuverlässigen Personenschutz gewährleistet.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Sicherungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei einem erfindungsgemäßen Sicherungssystem bildet der Sicherheitssensor im Betrieb wenigstens zwei Überprüfungs-Schutzfelder aus, deren Verletzung durch Eindringen eines Objekts jeweils erfasst wird, wobei der Sicherheitssensor derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Überprüfungs-Schutzfelder zumindest in einem Prüfbereich bezüglich einer Förderrichtung der Objektförderanlage einen Querversatz aufweisen. Unter einem Querversatz ist eine Positionsabweichung der Überprüfungs-Schutzfelder in einer rechtwinklig zur bestimmungsgemäßen Förderrichtung verlaufenden Bezugsebene zu verstehen, wobei zusätzlich auch eine Positionsabweichung in Förderrichtung bestehen kann. Weiterhin ist die Positionsabweichung auf die Zentren oder Schwerpunkte der Überprüfungs-Schutzfelder zu beziehen. Die Überprüfungs-Schutzfelder können also aneinander angrenzen oder sogar überlappen.
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Erfindungsgemäß ist die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet,
- (i) bei einem Durchgang eines Objekts durch den Prüfbereich die zeitliche Abfolge, in welcher die Überprüfungs-Schutzfelder verletzt und/oder nach einer Verletzung wieder freigegeben werden, zu ermitteln,
- (ii) die ermittelte zeitliche Abfolge mit einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge zu vergleichen und
- (iii) eine Sicherheitsfunktion auszulösen, wenn die ermittelte zeitliche Abfolge von der vorgegebenen zeitlichen Abfolge abweicht.
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Die Erfindung trägt dem Umstand Rechnung, dass die Größe und die Form von zugelassenen Objekten, die keine Sicherheitsfunktion auslösen sollen, im Allgemeinen bekannt sind. Aus diesen Informationen kann die zeitliche Abfolge der Schutzfeldverletzung und -freigabe bei einem Passieren des Sicherheitssensors durch das betreffende Objekt abgeleitet werden. Beispielsweise könnte bei einer Baugruppe mit niedrigem Vorderteil und hohem Rückteil bekannt sein, dass bei einem Passieren des Sicherheitssensors zunächst ein unteres Überprüfungs-Schutzfeld verletzt wird und anschließend sowohl ein unteres und als auch ein oberes Überprüfungs-Schutzfeld verletzt werden. Ebenso könnte von einem bestimmten zugelassenen Objekt bekannt sein, dass nach einem Passieren des Sicherheitssensors alle Überprüfungs-Schutzfelder gleichzeitig freigegeben werden. Sobald die zeitliche Abfolge nicht zu den bekannten zugelassenen Objekten passt, wird eine Sicherheitsfunktion ausgelöst, also ein Alarmsignal ausgegeben, eine Maschine abgeschaltet oder sogar die gesamte Anlage stillgesetzt. Auf diese Weise ist ausgeschlossen, dass sich eine Person in den Gefahrenbereich begibt - selbst wenn die Person gemeinsam mit dem zugelassenen Objekt durch den abgesicherten Zugang gelangt. Ein zugelassenes Objekt allein löst hingegen keine Sicherheitsfunktion aus, da die entsprechende zeitliche Abfolge als vorgegeben abgespeichert ist. Es versteht sich, dass eine umso exaktere Auswertung der zeitlichen Abfolge möglich ist, je mehr querversetzte Überprüfungs-Schutzfelder vorgesehen sind. In der Praxis haben sich drei bis fünf querversetzte Überprüfungs-Schutzfelder als besonders günstig erwiesen.
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Die Ermittlung der zeitlichen Abfolge muss nicht zwingend eine Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Schutzfeldverletzungen und/oder -freigaben unter Berücksichtigung der Zeitabstände zwischen jeweiligen Zustandswechseln einschließen. Vielmehr kann es ausreichen, die bloße Reihenfolge der Zustandswechsel für die verschiedenen Überprüfungs-Schutzfelder zu betrachten, also z. B. lediglich zu ermitteln, ob zuerst das obere und danach das untere Überprüfungs-Schutzfeld verletzt bzw. freigegeben wird oder ob es gerade umgekehrt ist. Der Begriff „zeitliche Abfolge“ soll vorzugsweise in diesem Sinne zu verstehen sein. Es findet also nicht unbedingt eine direkte Überprüfung der Objektgeometrie statt. Vielmehr wird lediglich überprüft, ob ein Objekt bestimmte Stellen oder Bereiche eines abzusichernden Zugangs so durchfährt, wie dies aufgrund der bekannten Geometrie zu erwarten ist. Die zu behandelnde Datenmenge ist dadurch beträchtlich reduziert.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die zeitliche Abfolge, in welcher die Überprüfungs-Schutzfelder verletzt und/oder nach einer Verletzung wieder freigegeben werden, besonders schnell und einfach ermittelbar und überprüfbar ist. Insbesondere ist keine komplexe und rechenintensive Überprüfung von Objektkonturen erforderlich. Auch die zuverlässige Erkennung einer Person durch den Sicherheitssensor ist nicht notwendig. Es reicht vielmehr aus, „verdächtige“ Abweichungen im Betriebsablauf festzustellen.
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Die Überprüfungs-Schutzfelder können sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken. Insbesondere können die Überprüfungs-Schutzfelder länglich sein und ausgehend vom Gehäuse des Sicherheitssensors auseinanderlaufen. Je nach Montageort des Sicherheitssensors kann ein unterschiedlich großer Prüfbereich überwacht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Sicherheitssensor oder ein Zusatz-Sicherheitssensor im Betrieb ein Sicherheits-Schutzfeld ausbildet und die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, beim Eindringen eines Objekts in das Sicherheits-Schutzfeld eine Sicherheitsfunktion auszulösen, wobei sich die Überprüfungs-Schutzfelder jeweils in wenigstens einer Richtung über das Sicherheits-Schutzfeld hinaus erstrecken. Das Sicherheits-Schutzfeld kann zumindest zeitweilig derart ausgedehnt und geformt sein, dass zugelassene Objekte am Sicherheits-Schutzfeld vorbei durch den Zugang hindurchgelangen können, die nicht von zugelassenen Objekten zu passierenden Bereiche des Zugangs hingegen abgesichert sind. Falls sich eine Person in oder auf einem zugelassenen Objekt auf den abgesicherten Zugang zubewegt, so kann deren Anwesenheit mittels der über das Sicherheits-Schutzfeld hinausreichenden Überprüfungs-Schutzfelder festgestellt werden. Beispielsweise kann eine in einer Fahrzeug-Karosserie befindliche Person rechtzeitig erkannt werden, wenn eines der Überprüfungs-Schutzfelder ins Innere der Fahrzeug-Karosserie hineinreicht und die Verletzung dieses Überprüfungs-Schutzfelds zu einer Abweichung der zeitlichen Abfolge der Schutzfeldverletzungen führt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die vorgegebene zeitliche Abfolge in Abhängigkeit von einer Kontur eines zulässigen Objekts ausgewählt ist und/oder in einer der elektronischen Steuereinrichtung zugeordneten Speichereinrichtung abgelegt ist. Im Gegensatz zu einer kompletten Objektkontur beansprucht ein Datensatz, der die zeitliche Abfolge einiger weniger Schutzfeld-Verletzungen und/oder -freigaben angibt, nur wenig Speicherplatz.
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Vorzugsweise ist der wenigstens eine Sicherheitssensor ein Laserscanner, welcher eine Scan-Ebene definiert. Laserscanner sind für die Sicherung von Zugängen zu Gefahrenbereichen in besonderer Weise geeignet. Bevorzugt weist der als Sicherheitssensor vorgesehene Laserscanner frei konfigurierbare Schutzfelder auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Scan-Ebene schräg zur Förderrichtung. Die Überprüfungs-Schutzfelder werden dann z. B. bei Eintritt eines vertikalen Objekts oder einer aufrechten Person nicht gleichzeitig verletzt, sondern zeitlich aufeinanderfolgend. Dieser Umstand kann zur Erhöhung des Unterscheidungsgrads genutzt werden. Außerdem befindet sich eine durch den gesicherten Zugang tretende Person länger im Erfassungsbereich des Sicherheitssensors, wenn die Scan-Ebene schräg zur Förderrichtung, bei horizontaler Förderung also schräg zum Boden, verläuft. Grundsätzlich könnte jedoch auch eine vertikal verlaufende Scan-Ebene vorgesehen sein.
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In der Praxis hat es sich als besonders günstig herausgestellt, dass die Scan-Ebene in einem Winkel von wenigstens 45° und höchstens 85°, vorzugsweise in einem Winkel von wenigstens 60° und höchstens 80°, zur Förderrichtung verläuft.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein weiterer Sicherheitssensor vorgesehen ist, der im Betrieb wenigstens zwei übereinander angeordnete Überprüfungs-Schutzfelder ausbildet, wobei die beiden Sicherheitssensoren an gegenüberliegenden Seiten des Prüfbereichs angeordnet sind. Der Prüfbereich kann dann von zwei Seiten aus überwacht werden.
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Die beiden Sicherheitssensoren können Blickrichtungen definieren, die zumindest im Wesentlichen aufeinander zu weisen. Der zwischen den beiden Sensoren befindliche Raum kann bei dieser Ausgestaltung praktisch vollständig überwacht werden.
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Die Ausbildung und Anordnung der Sicherheits-Schutzfelder sowie der Überprüfungs-Schutzfelder einer Ausführungsform mit einem weiteren Sicherheitssensor kann spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelebene sein, die sich parallel zur Förderrichtung erstreckt. In Abweichung hierzu kann aber auch eine asymmetrische Schutzfeld-Geometrie vorgesehen sein, um beispielsweise asymmetrisch geformten Objekten Rechnung zu tragen. Zum Beispiel könnten sich bezüglich einer Mittelebene gegenüberliegende Überprüfungs-Schutzfelder unterschiedlich lang und/oder unterschiedlich geformt ausgebildet sein und/oder sich bezüglich der Mittelebene gegenüberliegende Sicherheits-Schutzfelder unterschiedliche Form und/oder Dimension haben.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Sicherung einer Objektförderanlage mittels wenigstens eines Sicherheitssensors, der im Betrieb wenigstens zwei Überprüfungs-Schutzfelder ausbildet, deren Verletzung durch Eindringen eines Objekts jeweils erfasst wird, wobei der Sicherheitssensor derart angeordnet wird, dass die Überprüfungs-Schutzfelder zumindest in einem Prüfbereich bezüglich einer Förderrichtung der Objektförderanlage einen Querversatz aufweisen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass
- (i) bei einem Durchgang eines Objekts durch den Prüfbereich die zeitliche Abfolge, in welcher die Überprüfungs-Schutzfelder verletzt und/oder nach einer Verletzung wieder freigegeben werden, ermittelt wird,
- (ii) die ermittelte zeitliche Abfolge mit einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge verglichen wird
- (iii) und eine Sicherheitsfunktion ausgelöst wird, wenn die ermittelte zeitliche Abfolge von der vorgegebenen zeitlichen Abfolge abweicht.
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Weiterbildungen der Erfindung sind auch den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen entnehmbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben.
- 1 ist eine vereinfachte Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Sicherungssystems.
- 2 zeigt das Sicherungssystem gemäß 1 von der Seite zusammen mit einem zugelassenen Objekt.
- 3 zeigt ein zugelassenes Objekt mit einer darin befindlichen Person.
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Das in 1 und 2 gezeigte Sicherungssystem 11 dient beispielsweise der Absicherung eines Durchgangs in einer Produktionsstraße und umfasst zwei als Laserscanner ausgeführte Sicherheitssensoren 13, die gegenüberliegend an jeweiligen Begrenzungselementen oder Trägern 15 montiert sind. Die Blickrichtungen der Sicherheitssensoren 13 weisen aufeinander zu. Jeder der Sicherheitssensoren 13 bildet im Betrieb ein Sicherheits-Schutzfeld 17 aus, wie dies grundsätzlich bekannt ist. Zwischen den beiden Sicherheits-Schutzfeldern 17 befindet sich ein Freiraum 27.
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Jeder der beiden Sicherheitssensoren 13 bildet im Betrieb zusätzlich zu dem Sicherheits-Schutzfeld 17 drei Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 aus, die sich wie dargestellt über die Sicherheits-Schutzfelder 17 hinaus in den Freiraum 27 erstrecken. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 länglich und erstrecken sich in unterschiedliche Richtungen. Die Sicherheitssensoren 13 können je nach Anwendung jeweils mehr als ein Sicherheits-Schutzfeld 17 und jeweils mehr als drei Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 aufweisen.
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Gemäß der Darstellung von 1 ist die Ausbildung und Anordnung der Sicherheits-Schutzfelder 17 sowie der Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 der beiden Sicherheitssensoren 13 spiegelsymmetrisch bezüglich einer nicht gezeigten Mittelebene, die sich parallel zur Förderrichtung F erstreckt und vertikal ausgerichtet ist. In Abweichung hierzu könnte auch eine asymmetrische Schutzfeld-Geometrie vorgesehen sein, um beispielsweise asymmetrisch geformten Objekten Rechnung zu tragen. Zum Beispiel könnten korrespondierende Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 des im Bild linken Sicherheitssensors 13 und des im Bild rechten Sicherheitssensors 13 unterschiedlich lang und/oder unterscheidlich geformt ausgebildet sein oder sich bezüglich der Mittelebene gegenüberliegende Sicherheits-Schutzfelder 17 unterschiedliche Form oder Dimension haben.
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Das Sicherungssystem 11 umfasst eine elektronische Steuereinrichtung 25 in Form eines Controllers, der über geeignete Schnittstellen und Verbindungsleitungen mit den Sicherheitssensoren 13 in Signalverbindung steht. Die elektronische Steuereinrichtung 25 weist eine Schaltlogik zum logischen Verknüpfen von Ausgabesignalen auf, die Verletzungen und Freigaben der Sicherheits-Schutzfelder 17 sowie der Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 angeben.
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1 zeigt dabei einen Blick „von vorne“ also im vorliegenden Beispiel entgegen der Förderrichtung, die in 2 mit F bezeichnet ist.
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In der Seitenansicht 2 ist zu erkennen, dass die Sicherheits-Schutzfelder 17 und die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel flächig sind und in einer gemeinsamen Scan-Ebene 29 verlaufen. Durch diese treten während des Betriebs der zugehörigen Produktionslinie zugelassene Objekte 35 hier zum Beispiel in Form von Karosserieteilen hindurch, die von einer Objektförderanlage 33 entlang einer Förderrichtung F transportiert werden. Die Förderrichtung verläuft bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel horizontal. Sie könnte aber auch geneigt oder sogar vertikal verlaufen. Die Scan-Ebene 29 verläuft hier in einem Winkel von etwa 70° zur Förderrichtung F.
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Dadurch dass sich die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 innerhalb der schräg zur Förderrichtung F verlaufenden Scan-Ebene 29 erstrecken, weisen sie in dem Freiraum 27 einen Querversatz bezüglich der Förderrichtung F auf, der hier gleichbedeutend mit einem Höhenversatz ist. Dieser Querversatz wird zur Absicherung des Freiraums 27 genutzt, wie nachfolgend näher ausgeführt wird.
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Bei einer Verletzung eines der Sicherheits-Schutzfelder 17 sorgt die elektronische Steuereinrichtung 25 dafür, dass eine Sicherheitsfunktion ausgelöst wird, also zum Beispiel ein Warnsignal ausgegeben wird und/oder eine Abschaltung der Anlage erfolgt. Bei einer Verletzung der Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 wird hingegen nicht unter allen Umständen eine Sicherheitsfunktion ausgelöst, damit ein betriebsgemäßer Durchtritt geförderter Objekte 35 durch die Scan-Ebene 29 ermöglicht ist.
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Die elektronische Steuereinrichtung 25 ermittelt jedoch bei einem Durchgang eines Objekts 35 durch die Scan-Ebene 29 die zeitliche Abfolge, in welcher die einzelnen Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 verletzt und nach einer Verletzung wieder freigegeben werden. Anschließend führt die elektronische Steuereinrichtung 25 einen Vergleich der zeitlichen Abfolge mit einer vorgegebenen zeitlichen Abfolge durch. Lediglich dann, wenn die ermittelte zeitliche Abfolge von der vorgegebenen zeitlichen Abfolge abweicht, wird eine Sicherheitsfunktion ausgelöst. Dabei kann es sich um die gleiche Sicherheitsfunktion handeln, die auch bei einer Verletzung der Sicherheits-Schutzfelder 17 ausgelöst wird, oder um eine andere Sicherheitsfunktion.
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In 2 sind in Überlagerung mit dem Objekt 35 mehrere Anordnungen von Überprüfungs-Schutzfeldern 20, 21, 22 gezeigt. Diese befinden sich nicht tatsächlich an den angegebenen Stellen, sondern sollen lediglich verdeutlichen, dass beim Durchtritt des Objekts 35 durch die Scan-Ebene 29 die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 zu verschiedenen Zeitpunkten in unterschiedlicher Weise verletzt bzw. freigegeben werden. Die Reihenfolge der Verletzung und/oder der Freigabe ist charakteristisch für das geförderte Objekt 35. Die elektronische Steuereinrichtung 25 kann somit anhand einer Abweichung der ermittelten Reihenfolge von der vorgegebenen Reihenfolge einen unsicheren Zustand feststellen.
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Wenn z. B. wie in 3 gezeigt eine Person 45 auf oder in einem Objekt 35' mitfährt und dabei durch die Scan-Ebene 29 tritt, erfolgt eine Verletzung desjenigen Überprüfungs-Schutzfelds 21 (2), das in eine Aussparung 50 des Objekts 35' hineinreicht. Diese Schutzfeldverletzung verändert die Reihenfolge und führt daher zu einer Auslösung der Sicherheitsfunktion. Die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 können speziell zu einem Überprüfen der Aussparungen 50, 51, 52 ausgebildet sein. Insbesondere können die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 unterschiedliche Längen aufweisen. Bei korrekter Reihenfolge werden die Überprüfungs-Schutzfelder 20, 21, 22 durch die Schaltlogik ausgeblendet.
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Die Erfindung ermöglicht mit einfachen Mitteln eine sichere und zuverlässige Erkennung zulässiger Objekte 35, 35' bei gleichzeitiger Sicherstellung eines dauerhaften Personenschutzes.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Zugangsabsicherungssystem
- 13
- Sicherheitssensor
- 15
- Träger
- 17
- Sicherheits-Schutzfeld
- 20, 21, 22
- Überprüfungs-Schutzfeld
- 25
- elektronische Steuereinrichtung
- 27
- Freiraum
- 29
- Scan-Ebene
- 33
- Objektförderanlage
- 35, 35'
- Objekt
- 45
- Person
- 50, 51, 52
- Aussparung
- F
- Förderrichtung
