DE102020116239B4

DE102020116239B4 - System und Verfahren mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor

Info

Publication number: DE102020116239B4
Application number: DE102020116239.1A
Authority: DE
Inventors: Erik Mollbach; Ralf Zimmermann; Simon Dulat; Martin Wüstefeld
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2040-06-20
Also published as: DE102020116239A1

Abstract

System (1) mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor (2, 3) zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (4) mit mindestens einem mindestens flächigen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich (5), wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich (5) horizontal ausgerichtet ist, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (6), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, den sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich (5) auszuwerten und Objekte (7) zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich (5) in einem Abstand (14) von 100 mm bis 600 mm über einem Boden (18) angeordnet ist, die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, die Objekte (7) aufgrund einer Flächengröße und/oder Kontur und einer Bewegungssequenz (11) zu erkennen, wobei die Bewegungssequenz (11) mindestens eine detektierte Bewegung mit einer zeitlichen Dauer aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Person (9) zu erkennen, wenn die Bewegungssequenz (11) mindestens zwei Teilobjekte (12, 13) aufweist, die in einem Abstand (23) kleiner 700 mm beabstandet sind und die Teilobjekte (12, 13) jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Gegenstand (8) zu erkennen, wenn die Kontur (10) mindestens eine Gerade (16) mit mindestens einer Länge von 300 mm aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor zur Überwachung eines Überwachungsbereichs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor zur Überwachung eines Überwachungsbereichs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
Die Absicherung von Logistikbereichen wie z.B. Hochregallagern, automatisierter Container/LKW Be- und Entladung sowie Be- und Entpalettierung von Transportfahrzeugen werden in den meisten Fällen durch Mutingsysteme realisiert. Dabei soll das Material über eine Transporteinheit in den Gefährdungsbereich befördert werden können, ohne dass es zu einer sicherheitsgerichteten Abschaltung der dahinterliegenden Anlagen kommt. Hingegen soll der Zutritt von Personen rechtzeitig erkannt werden, damit die Maschinen/Anlagen in einen sicheren Zustand versetzt werden können. Dies begründet sich Aufgrund des hohen Gefahrenpotentials, was in diesen Bereichen auftreten kann, wie z.B. bei voll automatisierten Roboteranlagen, die in hoher Geschwindigkeit, Waren von und auf Fahrzeugen in den Warenlagern Ein- bzw. Auslagern. Das Gefahrenpotential ist aufgrund der zu händelnden Massen und Geschwindigkeiten so hoch, dass Personen bei einem unkontrollierten Zugang erheblich zu Schaden kommen könnten.
Momentan werden diese Anlagen in der Regel mit berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen AOPD (active opto-electronic protective device = Lichtvorhänge, Lichtgitter oder Lichtschranken) oder AOPDDR (active opto-electronic protective device responsive to diffuse reflection = Laserscanner) abgesichert. Damit der Materialtransport in den Gefahrenbereich Ein- und Ausfahren kann, wird mittels Sensoren geprüft, ob es sich dabei z.B. um einen Materialshuttle handelt oder ggf. um eine Person. Diese Art der Absicherung wird in der Industrie als Muting bezeichnet. Hierbei handelt es sich um eine Überbrückungsfunktion oder auch eine vorübergehende automatische Überbrückung einer Sicherheitsfunktion durch sicherheitsbezogene Teile des Steuerungssystems.
In der Regel werden die AOPD dabei senkrecht montiert und durch zusätzliche Mutingsensoren wird z.B. ein Materialshuttle erkannt und während dieser in den Bereich ein- oder ausfährt, wird die sicherheitstechnische Abschaltung solange überbrückt, damit das Fahrzeug ungehindert den Bereich passieren kann, ohne dass die dahinterliegende Anlage abschaltet wird. Dies setzt aber voraus, dass eine Person oder Personen nicht unerkannt diesen Gefahrenbereich während des Mutings erreichen können.
Probleme ergeben sich dabei durch die Überbrückungsfunktion an sich, die mit Hilfe von Mutingsensoren eingeleitet wird. Um eine solche Mutingfunktion zu realisieren, ist größte Sorgfalt bei der Auswahl und Positionierung der Mutingsensoren und der verwendeten Steuerungssignale notwendig, um einen unerkannten Zugang zum Gefahrenbereich auszuschließen und Störungen im Ablauf der Mutingsequenz zu vermeiden, damit es nicht dauernd zu sicherheitsgerichteten Abschaltungen der Anlagen kommt.
Der jetzige Stand der Technik ist in bestimmten Logistikbereichen so nicht mehr realisierbar, da bestimmte Anforderungen für ein Mutingsystem nicht eingehalten werden können, bedingt durch die vorhandene Infrastruktur. Des Weiteren machen die zusätzlichen Mutingsensoren das System sehr störungsanfällig. Hersteller und Betreiber suchen heute nach Möglichkeiten und Systemen, die ohne zusätzliche Sensoren in der Lage sind, Personen und Transportfahrzeuge sicher zu unterscheiden und somit einen störungsfreien Ablauf zu garantieren.
Bei der Auslegung von Mutingapplikationen nach dem Stand der Technik müssen folgende Bedingungen eingehalten werden:

- Während der Umschaltung oder Überbrückung darf kein Zugang zum Gefahrenbereich möglich sein. Der Zugang muss durch den Materialtransport versperrt sein oder es müssen weiter Maßnahmen getroffen werden.
- Die Umschaltung oder Überbrückung muss automatisch erfolgen.
- Die Umschaltung oder Überbrückung darf nicht von einem Signal abhängig und nicht vollständig von Softwaresignalen abhängig sein.
- Die Umschaltung oder Überbrückung dürfen nicht durch Erdschluss oder eine unterbrochene Leitung der Signale oder der Stromversorgung initiiert werden.
- Umschaltungs- oder Überbrückungssignale dürfen keinen Umschaltungs- oder Überbrückungszustand erlauben, wenn sie im Verlauf einer ungültigen Kombination auftreten.
- Umschaltungs- oder Überbrückungszustand müssen sofort nach dem Durchfahren des Materials aufgehoben werden.
- Zu transportierendes Material oder ein Transportfahrzeug muss über die gesamte Länge erkannt werden, d.h. es darf keine Unterbrechung der Ausgangssignale auftreten.
- Umschaltungs- oder Überbrückungssensoren müssen so ausgewählt, positioniert und konfiguriert werden, dass eine Unterscheidung zwischen einer Person und dem transportierten Material möglich ist.
- Umschaltungs- oder Überbrückungssensoren müssen so ausgewählt und positioniert werden, dass das transportierte Material und nicht der Materialträger detektiert wird, damit eine Person, die auf dem Materialträger (Palette) mitfährt, erkannt wird.
- Umschaltungs- oder Überbrückungssensoren müssen in ausreichender Nähe zur optoelektronischen Schutzeinrichtung eingebaut werden, damit Personen bei wirksamer Umschaltungs- oder Überbrückungsfunktion nicht dadurch in den Gefahrbereich gelangen können, dass sie dem Material unmittelbar vorausgehen oder folgen.
- Umschaltungs- oder Überbrückungssensoren und die optoelektronische Schutzeinrichtung müssen so positioniert werden, dass durch ihre Anordnung keine weiteren Gefahren wie Quetsch- und Scherstellen auftreten.
- Umschaltungs- oder Überbrückungssensoren müssen so angeordnet werden, dass eine Person ein unabsichtliches Überbrücken oder Umschalten der Schutzeinrichtung nicht unabsichtlich auslösen kann. Es darf nicht möglich sein, einander gegenüberliegende und nebeneinander montierte Sensoren gleichzeitig zu aktivieren.

Die DE 103 53 347 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung von Fußgängern auf der Basis von in zeitlicher Folge von wenigstens einem Sensor für elektromagnetische Strahlung, insbesondere einem Laserscanner. Bei erfassten Abstandsbildern eines Erfassungsbereichs des Sensors wird in aufeinanderfolgenden Zyklen eine Objektverfolgung von Objekten, die von dem Sensor erfassten Gegenständen in dem Erfassungsbereich entsprechen, durchgeführt, wobei für wenigstens ein Objekt in mehreren aufeinander folgenden Zyklen Verteilungen von dem Objekt in den jeweiligen Zyklen zugeordneten Bildpunkten ermittelt werden, und geprüft, ob sich die Bildpunktverteilungen für das Objekt als Funktion der Zeit wenigstens näherungsweise periodisch ändern.
Die DE 102 16 122 A1 offenbart ein Verfahren zur Erfassung von zwei oder mehr beweglichen Objekten in einem Überwachungsbereich, wobei ein horizontales Lichtgitter mit einer Mehrzahl von zueinander parallelen Lichtschranken verwendet wird. Damit sich mehrere Objekte gleichzeitig durch das Schutzfeld bewegen können, ohne die Überwachungsfunktion zu muten, werden in Kombination die Vorgabe eines Eintrittsbereiches für die Objekte, die Größe der Objekte sowie der Abstand bzw. die Abstände zwischen den Objekten überwacht. Bei Nichterfüllung wenigstens eines dieser drei Kriterien wird ein Steuersignal abgegeben und beispielsweise die Anlage abgestellt.
Die US 2014 / 0 376 780 A1 ist auf das Erfassen einer Grenzposition zwischen einem Fuß und einem Unterschenkel einer Person in einem von einer Bildgebungseinheit aufgenommenen Bild gerichtet, wobei die Grenzposition ein wesentlicher Grenzteil in einer unteren Extremität zwischen dem Fuß ist, der ein Teil ist von einem Knöchel zu einem Spitzenteil und dem Unterschenkel; Erfassen einer Merkmalsgröße, die es ermöglicht, einen Boden und einen anderen Teil als den Boden in dem Bild zu klassifizieren; Einstellen einer Vielzahl von lokalen Bereichen mit Positionsinformationen und/oder Richtungsinformationen relativ zu der Grenzposition in einem peripheren Bereich um die Grenzposition herum, und Bestimmen, ob jeder der lokalen Bereiche der Boden oder der andere Teil als der Boden ist, unter Verwendung von die für den Boden einzigartige Merkmalsmenge; Bestimmen eines Fußbereichs aus dem lokalen Bereich, der als der andere Teil als der Boden bestimmt wurde und Schätzen einer Richtung des Fußes der Person aus dem als Fußbereich klassifizierten lokalen Bereich und aus den Informationen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass gegenüber dem klassischen Muting ein Materialtransport in einem Gefährdungsbereich möglich sein soll, ohne dass die Sicherheitsfunktion überbrückt wird. Das System soll in der Lage sein, Gegenstände bzw. Fahrzeuge und Personen zu unterscheiden und die Sicherheitsfunktion aufrecht zu erhalten.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein System mit mindestens einem ortsauflösenden Sensorzur Überwachung eines Überwachungsbereichs mit mindestens einem, mindestens flächigen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich, wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich horizontal ausgerichtet ist, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, den sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich auszuwerten und Objekte zu erkennen, wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich in einem Abstand von 100 mm bis 600 mm über einem Boden angeordnet ist, die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Objekte aufgrund einer Flächengröße und/oder Kontur und einer Bewegungssequenz zu erkennen, wobei die Bewegungssequenz mindestens eine detektierte Bewegung mit einer zeitlichen Dauer aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, das Objekt als Person zu erkennen, wenn die Bewegungssequenz mindestens zwei Teilobjekte aufweist, die in einem Abstand kleiner 700 mm beabstandet sind und die Teilobjekte jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen.
Die Aufgabe wird weiter gemäß Anspruch 10 gelöst durch Verfahren mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor zur Überwachung eines Überwachungsbereichs mit mindestens einem, mindestens flächigen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich, wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich horizontal ausgerichtet wird, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit den sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich auswertet und damit Objekte erkennt, wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich in einem Abstand von 100 mm bis 600 mm über einem Boden angeordnet wird, die Steuer- und Auswerteeinheit die Objekte aufgrund einer Flächengröße und/oder Kontur und einer Bewegungssequenz erkennt, wobei die Bewegungssequenz mindestens eine detektierte Bewegung mit einer zeitlichen Dauer aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit das Objekt als Person erkennt, wenn die Bewegungssequenz mindestens zwei Teilobjekte aufweist, die in einem Abstand kleiner 700 mm beabstandet sind und die Teilobjekte jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen.
Die Begriffe sicherheitsgerichteter Überwachungsbereich bzw. Schutzfeld sind gleichwertig und werden im Folgenden als synonyme Begriffe verwendet.
Ein Gegenstand wie beispielsweise ein Transportfahrzeug kann beispielsweise durch die Flächengröße und/oder Kontur definiert werden und entsprechend in einem Speicher der Steuer- und Auswerteeinheit zugeordnet werden. Dies kann beispielsweise für alle in einem Lager befindlichen Fahrzeuge definiert werden und die entsprechenden Parameter in einer übergeordneten Steuer- und Auswerteeinheit hinterlegt werden. Durch die Messdaten des ortsauflösenden Sensors kann dann die Objektfläche und/oder Kontur in der Steuer- und Auswerteeinheit ermittelt und mit den entsprechenden hinterlegten Profilen verglichen werden. Entspricht das ermittelte Profil einem in der Steuer- und Auswerteeinheit gespeicherten Fahrzeugtyp, kann dies als Fahrzeug klassifiziert werden und in dem Überwachungsbereich unter ständiger Kontrolle Ein- oder Ausfahren. Verändert sich die Flächengröße und/oder die Kontur, z.B. durch eine neben dem Fahrzeug mitgehende Person, kann keine eindeutige Zuordnung erfolgen und das System geht in einen sicheren Zustand und schaltet die Anlage ab.
Bei einer zu detektierenden Person ist ebenfalls eine Flächengröße und/oder Kontur zu ermitteln. Zusätzlich wird die Bewegungssequenz beispielsweise in Abhängigkeit der Detektionshöhe des ortsauflösenden Sensors ausgewertet.
Gestützt wird die Bewegungssequenz durch die Auswertung der Gangphasen einer Person bzw. eines Menschen. Durch die Stand- und Schwungphasen der Person beim Gehen ist dies ein weiteres, eindeutiges Kriterium und unterscheidet sich somit deutlich z.B. gegenüber einem Gegenstand wie z.B. ein Transportfahrzeug.
Nach ISO 13855:2010 im Kapitel 6.3 - Schutzfeld parallel zur Annäherung - ist die niedrigste zulässige Höhe des Schutzfeldes bzw. sicherheitsgerichteten Überwachungsbereichs durch folgende Gleichung zu berechnen: $H = 15 \times (D - 50)$
Dabei ist d das Sensordedektionsvermögen.
Das Schutzfeld entspricht dem in dieser Anmeldung beschriebenen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich.
Gibt man für d den typischen einstellbaren Wert zur Beindedektion bei ortsauflösenden Sensoren von 70 mm ein, so ergibt sich daraus eine Montagehöhe von 300 mm über Flur. Dies entspricht in etwa der Höhe des Wadenbeins beim Menschen. Durch diese Anbauhöhe ist die Erkennung der Gangart eines Menschen bzw. einer Person an Hand der Bewegungssequenz der Beine möglich.
Diese Bewegungssequenz kann durch die Messdaten ermittelt und in der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet werden. Die Bewegungssequenz ist dabei aber nicht nur auf das Gangphasenmodell nach Perry begrenzt. Durch die entsprechenden Auswertungen in der Steuer- und Auswerteeinheit können auch andere Modelle des menschlichen Ganges berücksichtigt werden.
Weitere Kriterien, wie das Gangtempo, die Schrittlänge und/oder die Position im Überwachungsbereich können zusätzlich bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Durch diese beiden Merkmale, nämlich die Flächengröße und/oder die Kontur der Fahrzeuge und die Bewegungssequenz, nämlich die Gangart des Menschen oder der Person kann eine sichere Auswertung des Überwachungsbereiches während des Betriebes einer Anlage erfolgen.
Befindet sich der Mensch oder die Person in einem Zugangsbereich in dem Schutzfeldbereich bzw. Überwachungsbereich oder bleibt die Person auf einmal stehen, kann aufgrund der Lokalisierung und der Auswertung eine Verletzung des Schutzfeldes festgestellt werden und es kommt zur Abschaltung der dahinterliegenden Anlage.
Gegenüber dem klassischen Muting muss gemäß der Erfindung der Zutrittsbereich nicht zwangsläufig komplett durch das Fahrzeug abgedeckt sein. Des Weiteren wird auf zusätzliche Sensoren zur Erkennung der Transportfahrzeuge verzichtet. Damit unterscheidet sich die Erfindung gegenüber dem Muting nach dem Stand der Technik wie folgt:

Bei der Muting-Funktion (Überbrückung) wird die zeitlich begrenzte Deaktivierung der Schutzfunktion einer Schutzeinrichtung erlaubt. Diese wird benötigt, wenn Material durch das Schutzfeld der Schutzeinrichtung bewegt werden muss, ohne den Arbeitsablauf (Gefahr bringender Maschinenzustand) anzuhalten.

Bei dervorliegenden Erfindung bleibt gegenüber dem Muting die Schutzfunktion erhalten und wird nicht zeitweise überbrückt. Das System ist in der Lage, Personen von Materialtransporten sicherheitsgerichtet zu unterscheiden. Somit steht die Sicherheitsfunktion immer zu Verfügung, greift aber nur, wenn Personen in den Gefahrenbereich eintreten wollen.
Bei dem System kann die Konfiguration des Detektionsvermögens so gestaltet werden, dass die Anwesenheit eines Fahrzeugs innerhalb des sicherheitsgerichteten Überwachungsbereichs nicht zur Auslösung der Sicherheitsfunktion (Aus-Zustand) führt gegenüber einer Person oder Personen. Eine exakte Identifizierung erlaubt es, Objekte wie zum Beispiel mobile Roboter, autonome Transportfahrzeuge und führerlose Transportfahrzeuge gegenüber Personen eindeutig zu unterscheiden und diese dann im sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich als bekannte Objekte auszublenden.
Gemäß der Erfindung werden keine zusätzlichen Sensoren für eine Mutingsequenz benötigt. Es ist lediglich mindestens der ortsauflösende Sensor notwendig. Es erfolgt weiterhin eine klare Unterscheidung zwischen Personen und Transportfahrzeugen. Eine Sicherheitsfunktion wird nicht überbrückt, sondern steht permanent zu Verfügung.
Manipulationen von Mutingsensoren wie bei den bisherigen Systemen nach dem Stand der Technik können vermieden werden. Die Erfindung ermöglicht eine schnelle und sichere Anpassung an verschiedene Fahrzeuge bzw. Fahrzeugtypen. Gemäß der Erfindung wird eine höhere Anlagenverfügbarkeit bereitgestellt. Weiter erfolgt gemäß der Erfindung eine Berücksichtigung und flexiblere Anpassung an bestehende Infrastruktur.
Der ortsauflösende Sensor zur mindestens flächigen Überwachung eines Überwachungsbereiches ist ein Sensor zur Entfernungsmessung. Der Entfernungssensor liefert Entfernungswerte im mindestens zweidimensionalen Raum. Dabei gibt der Sensor Messwerte mit Distanzangaben und Winkelangaben aus. Beispielsweise wird die Entfernung mittels Lichtlaufzeitverfahren oder Triangulationsverfahren ermittelt.
Die Steuer- und Auswerteeinheit ist optional eine funktionssichere Steuer- und Auswerteeinheit. Die Steuer- und Auswerteeinheit weist beispielsweise Mittel zur Fehleraufdeckung auf. Diese Mittel sind beispielsweise Mittel zur Testung, beispielsweise ein redundanter und/oder diversitärer Aufbau mit zwei Kanälen zur gegenseitigen Prüfung der ermittelten Ergebnisse und der Positionsdaten.
In der Sicherheitstechnik eingesetzte Sicherheitssysteme müssen besonders zuverlässig und eigensicher arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN13849 - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen für Maschinensicherheit, die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS) oder die IEC/TS 62998 - Sicherheitsrelevante Sensoren für den Schutz von Personen.
Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie beispielsweise sichere elektronische Auswertung durch redundante und/oder diversitäre Elektronik oder verschiedene Funktionsüberwachungen, speziell die Überwachung der Verschmutzung optischer Bauteile einschließlich einer Frontscheibe eines ortsauflösenden Sensors.
Der Begriff ,funktional sicher‘ ist im Sinne der genannten oder vergleichbaren Normen zu verstehen, es sind also Maßnahmen ergriffen, um Fehler bis zu einem spezifizierten Sicherheitsniveau zu beherrschen. Das Sicherheitssystem kann daher eigensicher ausgebildet sein. Das Sicherheitssystem und/oder mindestens ein sicherer Sensor erzeugen zudem nicht sichere Daten, wie Rohdaten, Punktwolken oder dergleichen. Nicht sicher ist der Gegenbegriff zu sicher, für nicht sichere Geräte, Übertragungswege, Auswertungen und dergleichen und dabei sind demnach die genannten Anforderungen an eine Fehlersicherheit nicht erfüllt.
In Weiterbildung der Erfindung weisen die zwei Teilobjekte einen veränderlichen Abstand auf, innerhalb der zeitlichen Dauer. Bei einer gehenden Bewegung der Person bewegen sich somit die durch die Beine gebildeten Teilobjekte. Diese weisen dadurch einen veränderlichen Abstand auf, welcher als zusätzliches Kriterium ausgewertet wird. Dabei wird beim Gehen der veränderliche Abstand zyklisch verkleinert und wieder vergrößert. Insbesondere wird diese zyklische Abstandsveränderung durch die Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet. Die zeitliche Dauer kann dabei beispielsweise eine bis mehrere Sekunden dauern.
In Weiterbildung der Erfindung verändern die zwei Teilobjekte die Position innerhalb des Schutzfeldes in die gleiche Richtung, während der zeitlichen Dauer. Bei einer gehenden Bewegung der Person verändern sich die Teilobjekte innerhalb einer bestimmten Zeitspanne in die gleiche Richtung. Das Merkmal der gleichen Richtung wird von der Steuer- und Auswerteeinheit als zusätzliches Kriterium ausgewertet. Die Zeitdauer kann dabei beispielsweise mehrere Sekunden betragen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, das Objekt als Gegenstand zu erkennen, wenn die Flächengröße eine Mindestfläche von 300 cm² aufweist. Dabei wird davon ausgegangen, dass Personen eine kleinere Mindestfläche als 300 cm² aufweisen. Bei Gegenständen als Objekte wird jedoch davon ausgegangen, dass diese mindestens eine Flächengröße von 300 cm² aufweisen. Die Mindestfläche wird als weiteres Kriterium zur Unterscheidung von Gegenstand bzw. Person herangezogen und von der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, das Objekt als Gegenstand zu erkennen, wenn die Kontur mindestens eine Gerade mit mindestens einer Länge von 300 mm aufweist. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine Kontur von Personen insbesondere eine Querschnittskontur von Beinen einer Person keine Gerade mit einer Mindestlänge von 300 mm aufweist. Ein Gegenstand, beispielsweise ein Fahrzeug wird aber mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Gerade mit einer Mindestlänge aufweisen. Die Mindestlänge wird als weiteres Kriterium zur Unterscheidung von Gegenstand bzw. Person herangezogen und von der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, das Objekt als Gegenstand zu erkennen und den Gegenstand als zulässigen Gegenstand zu klassifizieren. Damit werden die erkannten Gegenstände von der Steuer- und Auswerteeinheit als Gegenstände klassifiziert und zwischengespeichert. Damit kann der klassifizierte Gegenstand als zulässig eingestuft werden und beispielsweise als zulässiger Gegenstand verfolgt werden und während der Bewegung in dem sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich toleriert werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind mindestens zwei Sensoren beabstandet angeordnet, wobei die sicherheitsgerichteten Überwachungsbereiche bzw. Schutzfelder der zwei Sensoren aneinandergrenzen. Dadurch kann das Objekt von zwei verschiedenen Richtungen aus detektiert werden, wodurch Abschattungen vermieden werden können. Die Schutzfelder der Sensoren können dabei auch teilweise oder vollständig überlappen. Die Schutzfelder der mindestens zwei Sensoren sind dabei vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die zwei Sensoren werden beispielsweise von einer gemeinsamen Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann dabei übergeordnet und räumlich getrennt von den zwei Sensoren angeordnet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor ein optoelektronischer Sensor. Optoelektronische Sensoren senden Lichtstrahlen aus und werten beispielsweise die Objektdistanzen aufgrund von Lichtlaufzeitverfahren aus. Optoelektronische Sensoren haben den Vorteil, dass die gebildeten Schutzfelder geometrisch sehr präzise ausgebildet werden können und die Abstandswerte mit einer hohen Genauigkeit gebildet werden können. So können optoelektronische Sensoren Schutzfelder mit mehreren Metern Durchmesser bilden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der optoelektronische Sensor ein Laserscanner.
Laserscanner sind Sensoren, die Lichtpulse aussenden und das remittierte Licht nach dem Lichtlaufzeitverfahren auswerten. Dabei ist sowohl eine hohe Winkelauflösung als auch eine hohe Reichweite möglich.
Laserscanner weisen beispielsweise eine mechanisch rotierbare oder schwingbare Optik auf. Mit der um eine Z-Achse rotierbaren oder schwingbaren meist relativ großen Optik wird in fast beliebigen kleinen Winkelschritten Licht ausgesendet und das aus der aktuellen Richtung aus dem Überwachungsbereich remittierte Licht wird in einer Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet. Dank der großen Optik ist eine lichtstarke Auswertung des remittierten Lichts möglich und dadurch kann eine hohe Empfindlichkeit und damit eine große Reichweite erzielt werden.
Jedoch kann es sich bei dem Laserscanner auch um einen Solid State Laserscanner ohne bewegliche Teile handeln, also einen Laserscanner mit mindestens einem Sendeelement und mindestens einem Empfangselement und einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Auswertung der Lichtlaufzeit von Lichtstrahlen vom Sendeelement über ein Objekt zum Empfangselement, eine Vielzahl von Sendeelementen und eine Vielzahl von Empfangselementen, die kreisabschnittsförmig in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Lichtstrahlen in verschiedenen Winkelrichtungen fächerförmig ausgesendet und/oder empfangen werden.
Dabei wird statt einer rotierenden Optik pro Winkelinkrement ein Empfängerelement eingesetzt. Damit kann auch bei einer praktikabel kleinen Bauform des Gesamtgeräts eine brauchbare Winkelauflösung erzielt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor auch in der Ausführungsvariante als eine TOF-Kamera bzw. Lichtlaufzeitkamera möglich.
Eine Lichtlaufzeitkamera erzeugt Abstandswerte bzw. ein Entfernungsbild im Überwachungsbereich. Eine Lichtlaufzeitkamera hat den Vorteil, dass keine mechanisch beweglichen Teile notwendig sind und gleichzeitig eine Vielzahl von Entfernungswerten erzeugt werden können.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

1 ein System mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor;
2 ein System mit zwei ortsauflösenden Sensoren;
3 ein System mit einem ortsauflösenden Sensor und einer Person in verschiedenen Gangphasen.

In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein System 1 mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor 2 zur Überwachung eines Überwachungsbereichs 4 mit mindestens einem, mindestens flächigen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich 5, wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich 5 horizontal ausgerichtet ist, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit 6, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgebildet ist, den sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich 5 auszuwerten und Objekte 7 zu erkennen, wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich 5 in einem Abstand 14 von 100 mm bis 600 mm über einem Boden 18 angeordnet ist, die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgebildet ist, die Objekte 7 aufgrund einer Flächengröße und/oder einer Kontur 10 und einer Bewegungssequenz 11 zu erkennen, wobei die Bewegungssequenz 11 mindestens eine detektierte Bewegung mit einer zeitlichen Dauer aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgebildet ist, das Objekt 7 als Person 9 zu erkennen, wenn die Bewegungssequenz 11 mindestens zwei Teilobjekte 12 und 13 aufweist, die in einem Abstand 23 kleiner 700 mm beabstandet sind und die Teilobjekte 12 und 13 jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen.
Der Boden 18 ist in 1 und 2 zur besseren Darstellung segmentartig dargestellt, obwohl der Boden durchgehend flächig ausgebildet ist. Innerhalb des sicherheitsgerichteten Überwachungsbereichs bzw. Schutzfeldes sind zur Illustration beispielsweise einzelne Abtaststrahlen mit Doppelpfeil dargestellt.
Ein Gegenstand 8 wie beispielsweise ein Transportfahrzeug 21 kann beispielsweise durch die Flächengröße und/oder Kontur 10 definiert werden und entsprechend in einem Speicher der Steuer- und Auswerteeinheit 6 zugeordnet werden. Dies kann beispielsweise für alle in einem Lager befindlichen Fahrzeuge definiert werden und die entsprechenden Parameter in einer übergeordneten Steuer- und Auswerteeinheit 6 hinterlegt werden. Durch die Messdaten des ortsauflösenden Sensors 2 kann dann die Objektfläche und/oder Kontur 10 in der Steuer- und Auswerteeinheit 6 ermittelt und mit den entsprechenden hinterlegten Profilen verglichen werden. Entspricht das ermittelte Profil einem in der Steuer- und Auswerteeinheit 6 gespeicherten Fahrzeugtyp, kann dies als Fahrzeug klassifiziert werden und in dem Überwachungsbereich 4 unter ständiger Kontrolle Ein- oder Ausfahren. Verändert sich die Flächengröße und/oder die Kontur 10, z.B. durch eine neben dem Fahrzeug mitgehende Person 9, kann keine eindeutige Zuordnung erfolgen und das System geht in einen sicheren Zustand und schaltet die Anlage ab.
Bei einer zu detektierenden Person 9 ist ebenfalls eine Flächengröße und/oder Kontur 10 zu ermitteln. Zusätzlich wird die Bewegungssequenz 11 beispielsweise in Abhängigkeit der Detektionshöhe des ortsauflösenden Sensors 2 ausgewertet.
Gestützt wird die Bewegungssequenz 11 durch die Auswertung der Gangphasen der Person 9 bzw. eines Menschen. Durch die Stand- und Schwungphasen der Person 9 beim Gehen ist dies ein weiteres, eindeutiges Kriterium und unterscheidet sich somit deutlich z.B. gegenüber einem Gegenstand 8 wie z.B. ein Transportfahrzeug 21.
Diese Bewegungssequenz 11 kann durch die Messdaten ermittelt und in der Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgewertet werden.
Weitere Kriterien, wie das Gangtempo, die Schrittlänge und/oder die Position im Überwachungsbereich können zusätzlich bei der Auswertung berücksichtigt werden.
Durch diese beiden Merkmale, nämlich die Flächengroße und/oder die Kontur 10 der Fahrzeuge und die Bewegungssequenz 11, nämlich die Gangart des Menschen oder der Person 9, kann eine sichere Auswertung des Überwachungsbereiches 4 während des Betriebes einer Anlage erfolgen.
Befindet sich der Mensch oder die Person 9 in einem Zugangsbereich in dem sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich 5 bzw. Überwachungsbereich 4 oder bleibt die Person 9 auf einmal stehen, kann Aufgrund der Lokalisierung und der Auswertung eine Verletzung des Schutzfeldes 5 festgestellt werden und es kommt zur Abschaltung der dahinterliegenden Anlage 22.
Das System ist in der Lage, Personen 9 von Materialtransporten sicherheitsgerichtet zu unterscheiden. Somit steht die Sicherheitsfunktion immer zu Verfügung, greift aber nur, wenn Personen 9 in den Überwachungsbereich 4 eintreten wollen.
Bei dem System 1 kann die Konfiguration des Detektionsvermögens so gestaltet werden, dass die Anwesenheit eines Fahrzeugs 21 innerhalb des Schutzfeldes 5 nicht zur Auslösung der Sicherheitsfunktion (Aus-Zustand) führt gegenüber einer Person 9 oder Personen 9. Eine exakte Identifizierung erlaubt es, Objekte 7 wie zum Beispiel mobile Roboter, autonome Transportfahrzeuge 21 und führerlose Transportfahrzeuge 21 gegenüber Personen 9 eindeutig zu identifizieren und diese dann im sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich als bekannte Objekte auszublenden.
Der ortsauflösende Sensor 2 zur mindestens flächigen Überwachung des Überwachungsbereiches 4 ist ein Sensor 2 zur Entfernungsmessung. Der Entfernungssensor liefert Entfernungswerte im mindestens zweidimensionalen Raum. Dabei gibt der Sensor 2 Messwerte mit Distanzangaben und Winkelangaben aus. Beispielsweise wird die Entfernung mittels Lichtlaufzeitverfahren oder Triangulationsverfahren ermittelt.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ist optional eine funktionssichere Steuer- und Auswerteeinheit 6. Die Steuer- und Auswerteeinheit 6 weist beispielsweise Mittel zur Fehleraufdeckung auf.
Gemäß 1 ist der Sensor 2 ein optoelektronischer Sensor 19. Optoelektronische Sensoren 19 senden Lichtstrahlen aus und werten beispielsweise die Objektdistanzen aufgrund von Lichtlaufzeitverfahren aus. Optoelektronische Sensoren 19 haben den Vorteil, dass die gebildeten Schutzfelder geometrisch sehr präzise ausgebildet werden können und die Abstandwerte mit einer hohen Genauigkeit gebildet werden können. So können optoelektronische Sensoren 19 Schutzfelder mit mehreren Metern Durchmesser bilden.
Gemäß 1 und 3 weisen die zwei Teilobjekte 12 und 13 einen veränderlichen Abstand 23 auf, innerhalb der zeitlichen Dauer.
3 zeigt die einzelnen Phasen von verschiedenen Bewegungssequenzen 11 einer einzigen Person 9 nacheinander.
Bei einer gehenden Bewegung der Person 9 bewegen sich somit die durch die Beine gebildeten Teilobjekte 12 und 13. Diese weisen dadurch einen veränderlichen Abstand 23 auf, welcher als zusätzliches Kriterium ausgewertet wird. Dabei wird beim Gehen der veränderliche Abstand 23 zyklisch verkleinert und wieder vergrößert. Insbesondere wird diese zyklische Abstandsveränderung durch die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgewertet. Die zeitliche Dauer kann dabei beispielsweise eine bis mehrere Sekunden dauern.
Gemäß 3 verändern die zwei Teilobjekte 12 und 13 die Position innerhalb des Schutzfeldes in die gleiche Richtung, während der zeitlichen Dauer. Bei einer gehenden Bewegung der Person 9 verändern sich die Teilobjekte 12 und 13 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne in die gleiche Richtung. Das Merkmal der gleichen Richtung wird von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 als zusätzliches Kriterium ausgewertet. Die Zeitdauer kann dabei beispielsweise mehrere Sekunden betragen.
Gemäß 1 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgebildet, das Objekt 7 als Gegenstand 8 zu erkennen, wenn die Flächengröße eine Mindestfläche von 300 cm² aufweist. Dabei wird davon ausgegangen, dass Personen 9 eine kleinere Mindestfläche als 300 cm² aufweisen. Bei Gegenständen 8 als Objekte 7 wird jedoch davon ausgegangen, dass diese mindestens eine Flächengröße von 300 cm² aufweisen. Die Mindestfläche wird als weiteres Kriterium zur Unterscheidung von Gegenstand 8 bzw. Person 9 herangezogen und von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgewertet.
Gemäß 1 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgebildet, das Objekt 7 als Gegenstand 8 zu erkennen, wenn die Kontur 10 mindestens eine Gerade 16 mit mindestens einer Länge von 300 mm aufweist. Dabei wird davon ausgegangen, dass eine Kontur 10 von Personen 9 insbesondere eine Querschnittskontur von Beinen einer Person 9 keine Gerade 16 mit einer Mindestlänge von 300 mm aufweist. Ein Gegenstand 8, beispielsweise ein Fahrzeug 21 wird aber mit hoher Wahrscheinlichkeit mindestens eine Gerade 16 mit einer Mindestlänge aufweisen. Die Mindestlänge wird als weiteres Kriterium zur Unterscheidung von Gegenstand 8 bzw. Person 9 herangezogen und von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgewertet.
Gemäß 1 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgebildet, das Objekt 7 als Gegenstand 8 zu erkennen und den Gegenstand 8 als zulässigen Gegenstand 8 zu klassifizieren. Damit werden die erkannten Gegenstände 8 von der Steuer- und Auswerteeinheit 6 als Gegenstände 8 klassifiziert und zwischengespeichert. Damit kann der klassifizierte Gegenstand 8 als zulässig eingestuft werden und beispielsweise als zulässiger Gegenstand 8 verfolgt werden und während der Bewegung in dem Überwachungsbereich 4 bzw. dem sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich 5 gültig toleriert werden.
Gemäß 2 sind mindestens zwei Sensoren 2 und 3 beabstandet angeordnet, wobei die Schutzfelder 5 der zwei Sensoren 2 und 3 aneinandergrenzen. Dadurch kann das Objekt 7 von zwei verschiedenen Richtungen aus detektiert werden, wodurch Abschattungen vermieden werden können. Die Schutzfelder 5 der Sensoren 2 und 3 können dabei auch teilweise oder vollständig überlappen. Die Schutzfelder 5 der mindestens zwei Sensoren 2 und 3 sind dabei vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die zwei Sensoren 2 und 3 werden beispielsweise von einer gemeinsamen Steuer- und Auswerteeinheit 6 ausgewertet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 6 kann dabei übergeordnet und räumlich getrennt von den zwei Sensoren 2 und 3 angeordnet sein.
Gemäß 2 wird ein Zugangsbereich durch die zwei sich gegenüberliegend angeordneten Laserscanner 20 überwacht. Der dahinterliegende Lagerbereich 24 wird durch einen mobilen Roboter jeweils bestückt oder Ware wird auf Europlatten gestapelt und zur Auslieferung vorbereitet. Der Transport der Europaletten wird durch führerlose Transportfahrzeuge 21 durchgeführt. Diese bringen entweder volle Europlatten mit Ware zu Einlagerung oder leere Europaletten zur Auslagerung. Für die Transportfahrzeuge 21 soll die Zufahrt generell möglich sein. Der Zutritt von Personen 9 im Normalbetrieb ist nicht gestattet und muss dementsprechend überwacht werden. Die Überwachung erfolgt durch die Messdaten der beiden Laserscanner 20 und deren sicherheitsgerichteter Datenauswertung durch die Steuer- und Auswerteeinheit 6.
Gemäß den 1 bis 3 kann der Sensor 2, 3 auch durch eine TOF Kamera gebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: System
2, 3: ortsauflösender Sensor
4: Überwachungsbereich
5: Sicherheitsgerichteter Überwachungsbereich
6: Steuer- und Auswerteeinheit
7: Objekt
8: Gegenstand
9: Person
10: Kontur
11: Bewegungssequenz
12, 13: Teilobjekte
14: Abstand
16: Gerade
18: Boden
19: optoelektronischer Sensor
20: Laserscanner
21: Transportfahrzeug
22: Anlage
23: Abstand
24: Lagerbereich

Claims

System (1) mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor (2, 3) zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (4) mit mindestens einem mindestens flächigen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich (5), wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich (5) horizontal ausgerichtet ist, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (6), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, den sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich (5) auszuwerten und Objekte (7) zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich (5) in einem Abstand (14) von 100 mm bis 600 mm über einem Boden (18) angeordnet ist, die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, die Objekte (7) aufgrund einer Flächengröße und/oder Kontur und einer Bewegungssequenz (11) zu erkennen, wobei die Bewegungssequenz (11) mindestens eine detektierte Bewegung mit einer zeitlichen Dauer aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Person (9) zu erkennen, wenn die Bewegungssequenz (11) mindestens zwei Teilobjekte (12, 13) aufweist, die in einem Abstand (23) kleiner 700 mm beabstandet sind und die Teilobjekte (12, 13) jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Gegenstand (8) zu erkennen, wenn die Kontur (10) mindestens eine Gerade (16) mit mindestens einer Länge von 300 mm aufweist.
System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teilobjekte (12, 13) einen veränderlichen Abstand (23) aufweisen, innerhalb der zeitlichen Dauer.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teilobjekte (12, 13) die Position innerhalb des sicherheitsgerichteten Überwachungsbereichs (5) in die gleiche Richtung verändern, während der zeitlichen Dauer.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Gegenstand (8) zu erkennen, wenn die Flächengröße eine Mindestfläche von 300 cm² aufweist.
System (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Gegenstand (8) zu erkennen und den Gegenstand (8) als zulässigen Gegenstand (8) zu klassifizieren.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei ortsauflösende Sensoren (2, 3) beabstandet angeordnet sind, wobei die sicherheitsgerichteten Überwachungsbereiche (5) der zwei Sensoren (2, 3) aneinandergrenzen.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2, 3) ein optoelektronischer Sensor (19) ist.
System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektronische Sensor (19) ein Laserscanner (20) ist.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2, 3) eine TOF-Kamera (17) ist.
Verfahren mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor (2, 3) zur Überwachung eines Überwachungsbereichs (4) mit mindestens einem, mindestens flächigen sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich (5), wobei der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich (5) horizontal ausgerichtet wird, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (6), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) den sicherheitsgerichteten Überwachungsbereich (5) auswertet und damit Objekte (7) erkennt, dadurch gekennzeichnet, dass der sicherheitsgerichtete Überwachungsbereich (5) in einem Abstand (14) von 100 mm bis 600 mm über einem Boden angeordnet wird, die Steuer- und Auswerteeinheit (6) die Objekte (7) aufgrund einer Flächengröße und/oder Kontur und einer Bewegungssequenz (11) erkennt, wobei die Bewegungssequenz (11) mindestens eine detektierte Bewegung mit einer zeitlichen Dauer aufweist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) das Objekt (7) als Person (9) erkennt, wenn die Bewegungssequenz (11) mindestens zwei Teilobjekte (12, 13) aufweist, die in einem Abstand (23) kleiner 700 mm beabstandet sind und die Teilobjekte (12, 13) jeweils unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (6) ausgebildet ist, das Objekt (7) als Gegenstand (8) zu erkennen, wenn die Kontur (10) mindestens eine Gerade (16) mit mindestens einer Länge von 300 mm aufweist.