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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18.
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Es ist in der industriellen Sicherheitstechnik aktuelle Praxis, Gefährdungen lokal an der Gefährdungsstelle zu beherrschen, indem eine Annäherung oder Anwesenheit einer Person detektiert wird und sicherheitsgerichtet eine Maschine oder Fahrbewegung gestoppt oder die Bewegung verlangsamt wird.
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Der Stand der Technik beschreibt lediglich lokale Sicherheitskonzepte.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Sicherheitssystem anzugeben, dass nicht nur eine lokale Absicherungsmöglichkeit bietet.
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Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung von mindestens zwei Objekten, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, wobei das Funkortungssystem mindestens drei angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an den Objekten jeweils mindestens zwei Funktransponder angeordnet sind, wobei die zwei Funktransponder beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten der Funktransponder und damit Positionsdaten der Objekte ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder zyklisch zu erfassen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder zyklisch zu vergleichen und zyklisch geprüfte Positionsdaten der Objekte zu bilden.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst gemäß Anspruch 18 durch ein Verfahren zur Lokalisierung von mindestens zwei Objekten, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, wobei das Funkortungssystem mindestens drei angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an den Objekten jeweils mindestens zwei Funktransponder angeordnet sind, wobei die zwei Funktransponder beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten der Funktransponder und damit Positionsdaten der Objekte ermittelt werden, wobei die Positionsdaten von der Funkstation des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt werden, und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit die Positionsdaten der Funktransponder zyklisch erfasst, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit die Positionsdaten der Funktransponder zyklisch vergleicht und zyklisch geprüfte Positionsdaten der Objekte bildet.
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Gemäß der Erfindung ist eine Absicherung über größere Bereiche, also beispielsweise von vielen Arbeitsstationen, von vielen Robotern oder beispielsweise gar von ganzen Produktionshallen möglich, da nicht nur eine lokale Anwesenheit oder Annäherung von Personen detektiert wird, sondern eine Position vieler in einem Umfeld oder Bereich aktiven Personen und mobilen Maschinen detektierbar ist und fortlaufend verfolgt werden kann.
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Das hat den Vorteil, dass sich anbahnende Gefährdungen sehr viel frühzeitiger aufgedeckt werden können, da die Steuer- und Auswerteeinheit bzw. das Sicherheitssystem die Positionen von vielen Objekten gleichzeitig kennt und deren zyklischen zeitlichen Verlauf ebenfalls kennt. Dadurch können durch das Sicherheitssystem Maßnahmen zur Risikominderung durchgeführt werden, die sehr viel weniger invasiv in die Automatisierungsabläufe eingreifen und die Produktivität weniger stören.
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Die Erfindung stellt sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten zur Verfügung. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen und Gefahrenstellen als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
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Die Positionsverfolgung erfolgt mittels Funkortung. Die Objekte erhalten Funktransponder, über die regelmäßig ein Ortungssignal an die ortsfesten Funkstationen gesendet wird und in der Steuer- und Auswerteeinheit bzw. in einer zentralen Steuerung eine Position bzw. Echtzeitposition des jeweiligen Objekts erzeugt bzw. gebildet wird.
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Gemäß der Erfindung sind somit die Positionsinformationen vieler oder aller mobilen Objekte oder mobilen Teilnehmer in einem industriellen Arbeitsumfeld in Echtzeit verfügbar.
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Da jeweils mindestens zwei Funktransponder an dem jeweiligen Objekt angeordnet sind, können Fehler in der Ortungsinformation beherrscht werden, da nämlich immer die Ortungsinformation von mindestens zwei unabhängigen Funktranspondern zur Verfügung steht. Damit ist die Ortung und das gebildete Positionssignal im Sinne einer funktionalen Sicherheit verwendbar. Damit ist es möglich, fehlerhafte Ortungen aufzudecken und zu vermeiden und die Qualität der Ortsinformation zu verbessern.
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Auf der Basis von mehreren bzw. vielen geprüften Positionsdaten bzw. Positionsinformationen kann eine Sicherheitssituation von der Steuer- und Auswerteeinheit bewertet werden. Dadurch bietet diese bereichsorientierte bzw. raumorientierte Absicherung die Möglichkeit weiterer Risikominderungsmaßnahmen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit auch bei fehleranfälligen Funkortungsinformationen im Betriebsumfeld zu überprüfen, dass diese sicherheitstechnisch im Sinne von Maschinensicherheit verwendbar sind. Dabei wird aufgedeckt, wenn es zu Ortungsfehlern außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches kommt, beispielsweise aufgrund von Abschattung, Reflektion oder zu schwachen Funksignalen. Eine fehlerhafte Ortungsinformation wird dabei möglichst korrigiert und für die weitere Verwendung nutzbar gemacht. Falls das nicht möglich ist, wird eine Fehlerbeherrschungsmaßnahme eingeleitet, beispielsweise wird der Positionswert als fehlerhaft gekennzeichnet.
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Damit werden die vorliegenden Ortungsinformationen, Positionsinformationen bzw. Positionsdaten auf ihre Zuverlässigkeit hin überprüft. Weiter kann den Positionsdaten ein für die Weiterverwendung erforderliches Zuverlässigkeitsmaß zugeordnet werden.
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Die bisher übliche Strategie nach dem Stand der Technik, wonach bei Anwesenheit einer Person in einen Gefahrenbereich eine Maschine abgeschaltet oder verlangsamt wird kann zwar auch gemäß der Erfindung vorgesehen sein, jedoch ist es mit der vorliegenden Erfindung auch möglich eine Abschaltung oder eine unmittelbare Verlangsamung zu vermeiden, da mehr Informationen zur Gesamtsituation und Positionen der Objekte vorliegt.
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Die Ortung der Funktransponder erfolgt durch Laufzeitmessungen bzw. Ankunftszeitmessung von Funksignalen, die zyklisch zwischen den Funktranspondern und mehreren festen Funkstationen ausgetauscht werden. Diese Triangulation bzw. Multilateration funktioniert sehr gut, wenn die Signale mit ausreichender Signalstärke und auf geradem bzw. direktem Ausbreitungswege übermittelt werden. Da das nicht immer gegeben sein muss, wird nun ein Quervergleich zwischen den so ermittelten Positionsinformationen der Funktransponder durchgeführt.
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Aus sicherheitstechnischen Gründen ist eine redundante Positionsbestimmung mit mindestens zwei Funktranspondern vorgesehen. Da die Funktransponder klein und relativ günstig sind ist diese Fehlerbeherrschungsmaßnahme leicht umzusetzen und im Hinblick auf die Fehlerbeherrschung sehr wirksam.
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Grundsätzlich wird fortlaufend die Position beider Funktransponder eines Objekts ermittelt und miteinander verglichen. Durch den Vergleich der Positionen der Funktransponder und insbesondere den Vergleich mit einer bekannten Erwartungshaltung, nämlich dem Abstand der Funktransponder in einem Erwartungsbereich, lassen sich eine Reihe von kritischen Fehlerfällen beherrschen:
- Ein Fehler, wonach ein Funktransponder keine Positionsinformationen mehr liefert, wird aufgedeckt und beherrscht. Ein Fehler, wonach die Signale der Funktransponder schlecht sind und mit einem großen systematischen Fehler behaftet sind, wird aufgedeckt und beherrscht. Ein Fehler, wonach eine Synchronisierung der Funktransponder nicht mehr möglich ist, wird aufgedeckt und beherrscht.
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Im Sinne der Erfindung wird also für mindestens zwei Funktransponder in einer beabstandeten Anordnung die Positionen mittels Funkortung ermittelt und diese mit der Erwartungshaltung einer bekannten beabstandeten Anordnung verglichen.
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Gemäß einer ersten Alternative der Erfindung werden die Signale eines Funktransponders von mehreren ortsfesten Funkstationen bzw. Ankerstationen empfangen und über eine Laufzeitvermessung z.B. ‚Time of arrival‘ (TOA) oder z.B. ‚Time Difference of Arrival' (TDOA) die Grundlage für die Ortung geschaffen. Die Berechnung bzw. Schätzung der Position eines Funktransponders geschieht dann auf der Steuer- und Auswerteeinheit beispielsweise einem zentralen RTLS-Server (Real-Time-Location-System-Server), der über eine drahtlose oder drahtgebundene Datenverbindung an alle Funkstationen bzw. Ankerstationen angeschlossen ist. Diesen Modus der Ortung nennt man RTLS-Modus (Real-Time-Location-System-Modus).
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Alternativ kann die Positionsinformation jedoch auch auf jedem Funktransponder ermittelt werden. In diesem Fall arbeitet das Sicherheitssystem vergleichbar mit dem GPS-Navigationssystem. Jeder Funktransponder empfängt die Signale der Funkstationen bzw. Ankerstationen, die in einem festen zeitlichen Bezug zueinander ausgesendet werden. Auch hier kann über die verschiedenen Laufzeitmessungen und die Kenntnis der Funkstationspositionen bzw. Ankerpositionen eine Positionsschätzung des Funktransponders vorgenommen werden. Der Funktransponder selbst berechnet seine Position und kann diese bei Bedarf mit Hilfe des Funk-Signals oder anderer drahtloser Datenverbindungen an den RTLS-Server übertragen.
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Die Positionsbestimmung im GPS-Modus ist in verschiedener Hinsicht unabhängig von der Positionsbestimmung im RTLS-Modus:
- - Die Berechnung findet beispielsweise nicht in einem zentralen Server statt, sondern lokal auf einem Funktransponder.
- - Die Grundlage für die Positionsberechnung sind die ermittelten Laufzeiten der Signale der ortsfesten Funkstationen. Im Gegensatz dazu dienen im RTLS-Modus die Signale der Funktransponder zur Laufzeitberechnung.
- - Die Entscheidung, welche Untermenge der vorhandenen Funkstationssignale zur Positionsberechnung verwendet werden, wird auf Basis der ermittelten Signalgüte und relativen Funkstationspositionen durch den Funktransponder getroffen. Damit wird eine Untermenge der vorhandenen Sendesignale benutzt. Im RTLS-Modus wird umgekehrt auf eine Untermenge der an den verschiedenen Funkstationen empfangenen Signale zurückgegriffen.
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Diese Unabhängigkeit der Positionsbestimmung kann nun verwendet werden, um die Ortung zu überprüfen. Wenn beide Modi parallel betrieben werden, d.h. Positionsdaten sowohl im RTLS-Modus als auch im GPS-Modus ermittelt werden, dann kann auf diesem Weg ein diversitärer und redundanter Vergleich zur Überprüfung erfolgen. Voraussetzung ist die Zusammenführung beider Positionsinformationen in der Steuer- und Auswerteeinheit.
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In Weiterbildung der Erfindung werden aufgrund der detektierten Signalstärken der Funksignale der Funktransponder und aus dem Vergleich der Positionsdaten der Funktransponder Plausibilitätswerte gebildet.
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Als Ergebnis der Konsistenzüberprüfung wird ein Plausibilitätsmaß abgeleitet, das in die weitere Verwendung der Positionsdaten bzw. der Positionsinformationen einfließt. Ein Positionswert, der durch verschiedene unabhängige Quellen mit einem geringen Relativitätsfehler bestätigt wird, erhält dabei einen sehr hohen Plausibilitätswert. Wenn es hingegen zu großen Abweichungen der unabhängigen Messungen voneinander kommt oder Messwerte fehlen oder unplausibel sind, dann wird diesen Messungen ein niedriger Plausibilitätswert zugeordnet.
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Dabei wird geprüft, ob die gemessenen Positionen im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz mit einer bekannten Konfiguration übereinstimmen, oder ob es signifikante Abweichungen gibt. Je nach Grad der Übereinstimmung wird eine Plausibilitätskennzahl der Funkortung für diesen Messzyklus gesetzt. Ein hoher Plausibilitätswert bedeutet daher gute Übereinstimmung zwischen Erwartung und Messung, während ein kleiner Plausibilitätswert eine fehlerhafte Messung signalisiert. Diese Plausibilitätszahl kann als „safety-related confidence information“ gemäß IEC62998-1 für die Weiterverarbeitung in einer sicherheits-relevanten Funktion zum Einsatz kommen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Objekt ein bewegliches Objekt, eine mobile Maschine oder eine Person.
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Bei dem beweglichen Objekt, einer bewegbaren Maschine bzw. mobilen Maschine kann es sich beispielsweise um ein führerloses Fahrzeug, fahrerloses Fahrzeug bzw. autonomes Fahrzeug, um ein automatisch geführtes Fahrzeug (Automated Guided Vehicles, AGV), um einen autonomen mobilen Roboter (Autonomous Mobile Robots, AMR), um einen industriemobilen Roboter (Industrial Mobile Robots, IMR) oder um einen Roboter mit bewegbaren Roboterarmen handeln. Die mobile Maschine weist somit einen Antrieb auf und kann in verschiedenen Richtungen bewegt werden.
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Bei der Person kann es sich beispielsweise um eine Bedienperson oder Wartungsperson handeln. Die Funktransponder sind beispielsweise an der Kleidung oder einer Ausrüstung der Person angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Weste handeln, an der die Funktransponder fest fixiert sind. Die Funktransponder sind beispielsweise an den Schultern und im Brust- oder Rückenbereich angeordnet. Jedoch können die Funktransponder auch an anderen Stellen der Person angeordnet sein. Beispielsweise sind zwei Funktransponder an den Schultern einer Weste einer Person angeordnet.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Abstände zwischen den Funktranspondern der Steuer- und Auswerteeinheit bekannt und in einem Speicher der Steuer und Auswerteeinheit abgespeichert.
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Dadurch ist es möglich, verschiedene Objekte mit individuellen Abständen der Funktransponder einzulernen und diese abzuspeichern, so dass das Sicherheitssystem abgespeicherte Objekte identifizieren und von nicht abgespeicherten Objekten unterscheiden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung variieren die Abstände zwischen den Funktranspondern bei einer Person aufgrund der Eigenbewegung der Person oder sind veränderlich aufgrund einer Eigenbewegung der Person.
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Dadurch ändert sich der Abstand von mindestens zwei Funktranspondern sobald sich die Person bewegt, wodurch die Positionserfassung der Funktransponder dynamisiert wird und dadurch testbar wird, wodurch Fehler in der Positionserfassung und in der Erfassung der Orientierung vermieden werden. Beispielsweise ändert sich der Abstand von zwei Funktranspondern, die jeweils an den Schultern einer Person angeordnet sind geringfügig beim Gehen der Person, da sich die Position der Schulterblätter leicht verändert.
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Die Abstände der Funktransponder sind damit veränderlich, wobei auch hier der veränderliche Abstand bekannt ist. Dabei kann der Abstand beispielsweise gemessen, insbesondere zyklisch gemessen werden.
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In Weiterbildung der Erfindung sind mindestens drei Funktransponder angeordnet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, aus den Positionsdaten der Funktransponder Orientierungsdaten des Objektes zu bilden.
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Beispielsweise sind zwei Funktransponder an den Schultern einer Weste einer Person angeordnet. Beispielsweise ist ein weiterer Transponder an einem Helm der Person angeordnet.
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Dadurch liegt sicherheitstechnisch vorteilhaft ein überbestimmtes System vor. Selbst wenn ein Funktransponder ausfallen sollte bzw. dessen Funksignale nicht erfassbar wären, verbleiben immer noch zwei Funktransponder, die redundant ausgewertet werden können. Dadurch liegt ein hoch verfügbares Sicherheitssystem vor.
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In Weiterbildung der Erfindung sind mindestens vier, mindestens sechs oder mindestens acht Funktransponder an dem Objekt angeordnet, wobei jeweils zwei Funktransponder auf jeweils einer Geraden liegen, wobei die Geraden jeweils senkrecht zueinander sind.
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Dadurch sind Funktransponder jeweils paarweise angeordnet, wobei die jeweiligen Paare jeweils eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Dadurch ist eine Orientierungsbestimmung aus jeder Richtung eindeutig. Weiter kann auch im Kreuzungspunkt der Geraden ein Funktransponder angeordnet sein, so dass ein einzelner Funktransponder einen Mittelpunkt bzw. einen zentralen Positionspunkt bildet, welcher als Referenzposition herangezogen werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, jeweils eine Position der Funktransponder zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bahn bzw. Trajektorie der Funktransponder zu bestimmen.
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Beispielsweise erfolgt ein Abgleich mit den Voraussagen einer Trajektorienschätzung unter Berücksichtigung bekannter Eigenschaften des mobilen Teilnehmers bzw. des Objektes.
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Auch hier wird wieder eine Erwartung an die Positionsmessung bzw. die Positionsdaten mit dem ermittelten Messwert bzw. den ermittelten Positionsdaten verglichen. Die Bewegung von Personen unterliegt nämlich Grenzen hinsichtlich der Beschleunigung und Geschwindigkeit. Bei mobilen Objekten bzw. Fahrzeugen kommt noch die Erwartung der Bewegungsrichtung hinzu. Diese Erwartungen können in Form von Bewegungsschätzern, wie zum Beispiel Kalman-Filtern, Voraussagen über zukünftige Positionen machen und diese Schätzungen werden dann zur Plausibilisierung der realen Messwerte bzw. Positionsdaten verwendet.
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Dadurch kann beispielsweise eine Route eines Objektes, einer mobilen Maschine oder eines Fahrzeuges verfolgt werden und beispielsweise abhängig von der Bewegungsrichtung oder der Bewegungsgeschwindigkeit eine Aktion ausgelöst werden. Beispielsweise kann das Objekt zielgenau positioniert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weisen die Funktransponder jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit auf, wobei die Funkstationen ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder auszulesen und zu beschreiben und die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder zu synchronisieren und die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen zu vergleichen.
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Dadurch ist eine präzisiere Positionsbestimmung möglich, welche durch die Synchronisation auch dauerhaft präzise durchgeführt werden kann, insbesondere bei sich bewegenden Objekten.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem optische Sensoren auf zur Ortung und Detektion der Objekte.
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Die Positionsdaten bzw. Positionsinformationen können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld mit Hilfe optischer Sensoren erfasst wurden, verglichen werden.
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Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines optischen Sensors, beispielsweise einer 3D-Kamera ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts im Sichtbereich die Position relativ zur 3D-Kamera ermittelt und mit der bekannten Position der 3D-Kamera die globale Position des Objekts abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte optische Sensoren als auch mobile optische Sensoren, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte ein Objekt befindet, das zu diesem Positionswert passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
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Die optischen Positionsdaten haben üblicherweise eine bessere Genauigkeit und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der mobilen Maschine zu verbessern.
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Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung möglich ist. Im oben dargestellten Fall kann die zusätzliche Schwierigkeit beispielsweise darin bestehen, dass nicht sicher festgestellt werden kann, ob eine erste Funkortung nicht möglicherweise auch zur einer zweiten optischen Ortung gehört und umgekehrt. Solche Mehrdeutigkeiten werden in der Plausibilität berücksichtigt. Diese Berücksichtigung kann dadurch erfolgen, dass die Zuordnung sicherheitsgerichtet so vorgenommen wird, dass eine minimale Abweichung zwischen Funkortung und optischer Position resultiert. Sie kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass vorangegangene Positionswerte getrackt werden und die Zuordnung so gemacht wird, dass der Abstand zur vorangegangenen Messung minimiert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem Radarsensoren auf zur Ortung und Detektion der Objekte.
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Die Positionsdaten bzw. Positionsinformationen können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld mit Hilfe von Radarsensoren erfasst wurden, verglichen werden.
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Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines Radarsensors, beispielsweise eines Flächenradarsensors ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts im Sichtbereich die Position relativ zum Radarsensor ermittelt und mit der bekannten Position des Radarsensors die globale Position des Objekts abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte Radarsensoren als auch mobile Radarsensoren, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte ein Objekt befindet, das zu diesem Positionswert bzw. zu diesen Positionsdaten passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
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Die Positionsdaten der Radarsensoren haben üblicherweise eine höhere Reichweite und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der mobilen Maschine zu verbessern.
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Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen der Radar-Positionsbestimmung und Funkortung möglich ist. Im oben dargestellten Fall kann die zusätzliche Schwierigkeit beispielsweise darin bestehen, das nicht sicher festgestellt werden kann, ob eine erste Funkortung nicht möglicherweise auch zur einer zweiten Radar-Ortung gehört und umgekehrt. Solche Mehrdeutigkeiten werden in der Plausibilität berücksichtigt. Diese Berücksichtigung kann dadurch erfolgen, dass die Zuordnung sicherheitsgerichtet so vorgenommen wird, dass eine minimale Abweichung zwischen Funkortung und Radarortung resultiert. Sie kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass vorangegangene Positionswerte getrackt werden und die Zuordnung so gemacht wird, dass der Abstand zur vorangegangenen Messung minimiert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem RFID-Sensoren auf zur Ortung und Detektion der Objekte.
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Die Positionsdaten bzw. können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld mit Hilfe von RFID-Sensoren erfasst wurden, verglichen werden.
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Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines RFID-Sensoren ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts im Sichtbereich die Position relativ zum RFID-Sensoren ermittelt und mit der bekannten Position des RFID-Sensors die globale Position des Objekts abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte RFID-Sensoren als auch mobile RFID-Sensoren, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte ein Objekt befindet, das zu diesem Positionswert passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
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Die Positionsdaten der RFID-Sensoren haben üblicherweise eine ähnliche Genauigkeit und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der mobilen Maschine zu verbessern.
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Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen RFID-Sensor-Positionsbestimmung und Funkortung möglich ist. Im oben dargestellten Fall kann die zusätzliche Schwierigkeit beispielsweise darin bestehen, dass nicht sicher festgestellt werden kann, ob eine erste Funkortung nicht möglicherweise auch zur einer zweiten Ortung mittels RFID-Sensor gehört und umgekehrt. Solche Mehrdeutigkeiten werden in der Plausibilität berücksichtigt. Diese Berücksichtigung kann dadurch erfolgen, dass die Zuordnung sicherheitsgerichtet so vorgenommen wird, dass eine minimale Abweichung zwischen Funkortung und RFID-Sensor Position resultiert. Sie kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass vorangegangene Positionswerte getrackt werden und die Zuordnung so gemacht wird, dass der Abstand zur vorangegangenen Messung minimiert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem Ultraschallsensoren auf zur Ortung und Detektion der Objekte.
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Die Positionsdaten bzw. können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld mit Hilfe Ultraschallsensoren erfasst wurden, verglichen werden.
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Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines Ultraschallsensors, beispielsweise eines Ultraschallflächensensors ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts im Sichtbereich die Position relativ zum Ultraschallsensor ermittelt und mit der bekannten Position des Ultraschallsensors die globale Position des Objekts abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte Ultraschallsensoren als auch mobile Ultraschallsensoren, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte ein Objekt befindet, dass zu diesem Positionswert passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
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Die Ultraschallsensoren haben üblicherweise eine ähnliche Genauigkeit und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der mobilen Maschine zu verbessern.
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Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen Ultraschallsensoren-Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen Ultraschallpositionsbestimmung und Funkortung möglich ist. Im oben dargestellten Fall kann die zusätzliche Schwierigkeit beispielsweise darin bestehen, dass nicht sicher festgestellt werden kann, ob eine erste Funkortung nicht möglicherweise auch zur einer zweiten Ultraschall-Ortung gehört und umgekehrt. Solche Mehrdeutigkeiten werden in der Plausibilität berücksichtigt. Diese Berücksichtigung kann dadurch erfolgen, dass die Zuordnung sicherheitsgerichtet so vorgenommen wird, dass eine minimale Abweichung zwischen Funkortung und optischer Position resultiert. Sie kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass vorangegangene Positionswerte getrackt werden und die Zuordnung so gemacht wird, dass der Abstand zur vorangegangenen Messung minimiert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Funkortungssystem ein Ultrabreitband-Funkortungssystem ist, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation maximal 0,5 mW beträgt.
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Eine absolute Bandbreite beträgt bei einem Ultrabreitband-Funkortungssystem wenigstens 500 MHz oder eine relative Bandbreite beträgt mindestens 20% der zentralen Frequenz.
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Die Reichweite eines derartigen Funkortungssystems beträgt beispielsweise 0 bis 50 m. Dabei wird die kurze zeitliche Dauer der Funkpulse für die Ortung benutzt.
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Das Funkortungssystem sendet damit nur Funkwellen mit einer niedrigen Energie aus. Das System ist sehr flexibel einsetzbar und weist keine Interferenzen auf.
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Vorzugsweise ist eine Vielzahl, beispielsweise mehr als drei Funkstationen angeordnet, welche mindestens einen Teil des Bewegungsbereichs der Person oder des Objektes überwachen.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt aufgrund der geprüften Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems erfolgt.
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Wenn eine vorbestimmte Position erkannt ist, welche beispielsweise abgespeichert ist, kann die Steuer- und Auswerteeinheit auf eine andere Schutzmaßnahme bzw. Sicherheitsfunktion umschalten. Das Umschalten der Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Umschalten von Messdatenkonturen, ein Umschalten von Schutzfeldern, eine Größen- oder Formanpassung von Messdatenkonturen oder Schutzfeldern und/oder eine Umschaltung der Eigenschaften eines Schutzfeldes umfassen. Zu den Eigenschaften eines Schutzfeldes gehören beispielsweise die Auflösung und/oder die Reaktionszeit des Schutzfeldes. Ein Umschalten der Schutzmaßnahme kann auch eine Sicherheitsfunktion, wie beispielsweise eine Kraftbegrenzung des Antriebs sein, auf die umgeschaltet wird.
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In Weiterbildung der Erfindung werden mittels der Steuer- und Auswerteeinheit geprüften Positionsdaten mit gespeicherten Positionsdaten eines Sicherheitspunktes auf Übereinstimmung geprüft.
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An bestimmten Überwachungsstellen, die sowohl beispielsweise optisch ermittelte Positionsinformationen als auch durch Funkortung ermittelte Positionsinformationen liefern, kann zudem optional eine Überprüfung der Funkortung in dem Sinne durchgeführt werden, dass geprüft wird, ob für ein detektiertes Objekt überhaupt eine Funkortung erfolgt ist. So eine Bestätigung kann die sicherheitskritischen Fehlerfälle eines fehlenden oder nicht funktionierenden Tags aufdecken und die Anforderungen an eine zyklische Prüfung im Sinne der Norm ISO 13849-1 erfüllen.
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Der Vergleich mit unabhängigen Positionsdaten kann auch an bekannten Interaktionspunkten erfolgen. Zum Beispiel bei Betätigung eines Schalters oder beim überwachten Durchtritt durch eine Tür. In diesem Moment ist die Position des Bedieners sehr genau bekannt und kann für eine Validierung der Positionsdaten bzw. der Positionsinformation genutzt werden. Entsprechendes ist auch bei autonomen Fahrzeugen möglich. Beim Andocken in einer Ladestation oder bei der Ankunft an Übergabestationen ist die Position sehr genau bekannt und kann zur Überprüfung der Funkortung und sicherheitstechnischen Fehlerbeherrschung verwendet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Sicherheitssystem beispielsweise eine Karte oder ein Kartenmodel auf und eine Navigation der bewegbaren Maschine erfolgt in der Karte oder dem Kartenmodel.
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Dabei kann auch der Vergleich mit zugänglichen Wegen im Grundrissplan zur Überprüfung dienen. Im Rahmen der Konfiguration des Ortungssystems wird dazu der Bereich markiert, in dem sich überhaupt mobile Maschinen und Personen aufhalten können, insbesondere begehbare oder befahrbare Wege. Eine Ortung, die außerhalb dieser Bereiche liegt, wird damit einen systematischen Messfehler signalisieren. Das Plausibilitätsmaß ist durch die festgestellte Inkonsistenz reduziert.
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Diese konfigurierten Bereiche können ebenfalls zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit verwendet werden, indem die Positionsinformation so korrigiert wird, dass sie in einem zugänglichen Bereich liegt. Diese Korrektur kann optional unter Zuhilfenahme von vergangenen Ortungen und Trajektorienschätzungen z.B. mit Hilfe eines Kalman-Filters erfolgen. Eine Korrektur wird das Plausibilitätsmaß einer Positionsinformation verringern, da die Korrektur einen zusätzlichen Unsicherheitsfaktor einbringt.
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Auch hier kann durch Berücksichtigung vorangegangener Werte zusätzliche Information nutzbar gemacht werden. Die Korrektur inkonsistenter Positionswerte kann also in Richtung der letzten validen Messung oder gemäß einer Trajektorienschätzung erfolgen.
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Weiter ist ein Vergleich von Funkortungen, die mit Hilfe unabhängiger oder unterschiedlicher Teilmengen der verfügbaren Funkstationen bzw. Ankerpunkte ermittelt wurden, möglich.
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Das Verfahren macht sich zu Nutze, dass für die Bestimmung der Position in der Regel nicht alle Funkstationen bzw. Ankerpunkte benötigt werden und damit eine Plausibilisierung aus den Messdaten selbst möglich ist, indem dieselbe Ortungsaufgabe von zwei unterschiedlichen Untergruppen der stationären Funkstationen durchgeführt wird. Hier wird wie beim Vergleich unabhängiger Messungen verschiedener Funktransponder ein Quervergleich mit der Erwartungshaltung der Übereinstimmung geprüft.
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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 bis 3 und 7 und 8 jeweils ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung von mindestens zwei Objekten;
- 4 bis 6 jeweils mehrere Funktransponder an einem Objekt.
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In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Sicherheitssystem 1 zur Lokalisierung von mindestens zwei Objekten 2, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit 3, mit mindestens einem Funkortungssystem 4, wobei das Funkortungssystem 4 mindestens drei angeordnete Funkstationen 5 aufweist, wobei an den Objekten 2 jeweils mindestens zwei Funktransponder 6 angeordnet sind, wobei die zwei Funktransponder 6 beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei mittels dem Funkortungssystem 4 Positionsdaten der Funktransponder 6 und damit Positionsdaten der Objekte 2 ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von der Funkstation 5 des Funkortungssystems 4 an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 übermittelbar sind und/oder die Positionsdaten von dem Funktransponder 6 an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 übermittelbar sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder 6 zyklisch zu erfassen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Positionsdaten der Funktransponder 6 zyklisch zu vergleichen und zyklisch geprüfte Positionsdaten der Objekte 2 zu bilden. Ein Bereich A ist gemäß 1 mit Begrenzungen oder Wänden 11 begrenzt.
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2 zeigt zwei Bereiche A und B, die über einen Durchgang miteinander verbunden sind und mittels Begrenzungen oder Wänden 11 miteinander verbunden sind.
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Gemäß 2 ist eine Absicherung über größere Bereiche A und B, also beispielsweise von vielen Arbeitsstationen, von vielen Robotern oder beispielsweise von ganzen Produktionshallen möglich, da nicht nur eine lokale Anwesenheit oder Annäherung von Personen 9 detektiert wird, sondern eine Position vieler in einem Umfeld oder Bereich A, B aktiven Personen 9 und mobilen Maschinen 8 detektierbar ist und fortlaufend verfolgt werden kann. Hierzu ist beispielsweise eine Vielzahl von Funkstationen 5 vorgesehen.
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Mögliche Gefährdungen können sehr viel frühzeitiger aufgedeckt werden, da die Steuer- und Auswerteeinheit 3 bzw. mehrere verbundene Steuer- und Auswerteinheiten 3 bzw. das Sicherheitssystem 1 die Positionen von vielen Objekten 2 gleichzeitig kennt und deren zyklischen zeitlichen Verlauf ebenfalls kennt. Dadurch können durch das Sicherheitssystem Maßnahmen zur Risikominderung durchgeführt werden, die sehr viel weniger invasiv in die Automatisierungsabläufe eingreifen und die Produktivität weniger stören.
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Gemäß 2 werden sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten in einem großen Bereich A, B zur Verfügung gestellt. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen 2 und Gefahrenstellen als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
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Die Positionsverfolgung erfolgt mittels Funkortung. Die Objekte erhalten Funktransponder 6, über die regelmäßig ein Ortungssignal an die ortsfesten Funkstationen 5 gesendet wird und in der mindestens einen Steuer- und Auswerteeinheit 3 bzw. in einer zentralen Steuerung eine Position bzw. Echtzeitposition des jeweiligen Objekts 2 erzeugt bzw. gebildet wird.
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Gemäß 2 sind somit die Positionsinformationen vieler oder aller mobilen Objekte 2 oder mobilen Teilnehmer bzw. mobilen Maschinen 8 in einem industriellen Arbeitsumfeld in Echtzeit verfügbar.
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Da jeweils mindestens zwei Funktransponder 6 an dem jeweiligen Objekt 2 angeordnet sind, können Fehler in der Ortungsinformation vermieden werden, da nämlich immer die Ortungsinformation von mindestens zwei unabhängigen Funktranspondern 6 zur Verfügung steht.
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Auf der Basis von mehreren bzw. vielen geprüften Positionsdaten bzw. Positionsinformationen kann eine Sicherheitssituation von der Steuer- und Auswerteeinheit 3 bewertet werden. Dadurch bietet diese bereichsorientierte bzw. raumorientierte Absicherung die Möglichkeit weiterer Risikominderungsmaßnahmen.
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Die Ortung der Funktransponder 6 erfolgt durch Laufzeitmessungen von Funksignalen, die zyklisch zwischen den Funktranspondern 6 und mehreren festen Funkstationen 5 ausgetauscht werden. Diese Triangulation funktioniert sehr gut, wenn die Signale mit ausreichender Signalstärke und auf geradem bzw. direktem Ausbreitungswege übermittelt werden. Da das nicht immer gegeben sein muss, wird nun ein Quervergleich zwischen den so ermittelten Positionsinformationen der Funktransponder 6 durchgeführt.
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Aus sicherheitstechnischen Gründen ist eine redundante Positionsbestimmung mit mindestens zwei Funktranspondern 6 vorgesehen.
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Grundsätzlich wird fortlaufend die Position beider Funktransponder 6 eines Objekts 2 ermittelt und miteinander verglichen. Durch den Vergleich der Positionen der Funktransponder 6 und insbesondere den Vergleich mit einer bekannten Erwartungshaltung, nämlich dem Abstand der Funktransponder 6 in einem Erwartungsbereich lassen sich kritische Fehler beherrschen.
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Gemäß 2 wird also für mindestens zwei Funktransponder 6 in einer beabstandeten Anordnung an einem Objekt die Positionen mittels Funkortung ermittelt und diese mit der Erwartungshaltung einer bekannten beabstandeten Anordnung verglichen.
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Gemäß einer ersten Alternative werden die Signale eines Funktransponders 6 von mehreren ortsfesten Funkstationen 5 bzw. Ankerstationen empfangen und über eine Laufzeitvermessung z.B. ‚Time of arrival‘ (TOA) oder z.B. ‚Time Difference of Arrival‘ (TDOA) die Grundlage für die Ortung geschaffen. Die Berechnung bzw. Schätzung der Position eines Funktransponders 6 geschieht dann auf der Steuer- und Auswerteeinheit 3 beispielsweise einem zentralen RTLS-Server (Real-Time-Location-System-Server), der über eine drahtlose oder drahtgebundene Datenverbindung an alle Funkstationen 5 bzw. Ankerstationen angeschlossen ist. Diesen Modus der Ortung nennt man RTLS-Modus (Real-Time-Location-System-Modus).
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Alternativ kann die Positionsinformation jedoch auch auf jedem Funktransponder 6 ermittelt werden. In diesem Fall arbeitet das Sicherheitssystem 1 vergleichbar mit dem GPS-Navigationssystem. Jeder Funktransponder 6 empfängt die Signale der Funkstationen 5 bzw. Ankerstationen, die in einem festen zeitlichen Bezug zueinander ausgesendet werden. Auch hier kann über die verschiedenen Laufzeitmessungen und die Kenntnis der Funkstationspositionen bzw. Ankerpositionen eine Positionsschätzung der Funktransponder 6 vorgenommen werden. Der Funktransponder 6 selbst berechnet seine Position und kann diese bei Bedarf mit Hilfe des Funksignals oder anderer drahtloser Datenverbindungen an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 bzw. den RTLS-Server übertragen.
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Die Positionsbestimmung im GPS-Modus ist unabhängig von der Positionsbestimmung im RTLS-Modus. Diese Unabhängigkeit der Positionsbestimmung kann nun verwendet werden, um die Ortung zu überprüfen. Wenn beide Modi parallel betrieben werden, d.h. Positionsdaten sowohl im RTLS-Modus als auch im GPS-Modus ermittelt werden, dann kann auf diesem Weg ein diversitärer und redundanter Vergleich zur Überprüfung erfolgen. Voraussetzung ist die Zusammenführung beider Positionsinformationen in der Steuer- und Auswerteeinheit 3.
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Es werden aufgrund der detektierten Signalstärken der Funksignale der Funktransponder 6 und aus dem Vergleich der Positionsdaten der Funktransponder 6 Plausibilitätswerte gebildet.
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Als Ergebnis der Konsistenzüberprüfung wird ein Plausibilitätsmaß abgeleitet, das in die weitere Verwendung der Positionsdaten bzw. der Positionsinformationen einfließt. Ein Positionswert, der durch verschiedene unabhängige Quellen mit einem geringen Relativitätsfehler bestätigt wird, erhält dabei einen sehr hohen Plausibilitätswert. Wenn es hingegen zu großen Abweichungen der unabhängigen Messungen voneinander kommt oder Messwerte fehlen oder unplausibel sind, dann wird diesen Messungen ein niedriger Plausibilitätswert zugeordnet.
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Dabei wird geprüft, ob die gemessenen Positionen im Rahmen einer vorgegebenen Toleranz mit einer bekannten Konfiguration übereinstimmen oder ob es signifikante Abweichungen gibt. Je nach Grad der Übereinstimmung wird eine Plausibilitätskennzahl der Funkortung für diesen Messzyklus gesetzt. Ein hoher Plausibilitätswert bedeutet daher gute Übereinstimmung zwischen Erwartung und Messung, während ein kleiner Plausibilitätswert eine fehlerhafte Messung signalisiert.
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Gemäß 2 ist das Objekt 2 ein bewegliches Objekt, eine mobile Maschine 8 oder eine Person 9.
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Bei dem beweglichen Objekt, einer bewegbaren Maschine bzw. mobilen Maschine 8 kann es sich beispielsweise um ein führerloses Fahrzeug, fahrerloses Fahrzeug bzw. autonomes Fahrzeug, um ein automatisch geführtes Fahrzeug (Automated Guided Vehicles, AGV), um einen autonomen mobilen Roboter (Autonomous Mobile Robots, AMR), um einen industriemobilen Roboter (Industrial Mobile Robots, IMR) oder um einen Roboter mit bewegbaren Roboterarmen handeln. Die mobile Maschine 8 weist somit einen Antrieb auf und kann in verschiedenen Richtungen bewegt werden.
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Bei der Person 9 kann es sich beispielsweise um eine Bedienperson oder Wartungsperson handeln. Die Funktransponder 6 sind beispielsweise an der Kleidung oder einer Ausrüstung der Person 9 angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Weste handeln, an der die Funktransponder 6 fest fixiert sind. Die Funktransponder 6 sind beispielsweise an den Schultern und im Brust- oder Rückenbereich angeordnet. Jedoch können die Funktransponder 6 auch an anderen Stellen der Person 9 angeordnet sein. Beispielsweise sind zwei Funktransponder 6 an den Schultern einer Weste einer Person 9 angeordnet.
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Gemäß 2 sind die Abstände zwischen den Funktranspondern 6 der Steuer- und Auswerteeinheit 3 bekannt und in einem Speicher 10 der Steuer und Auswerteeinheit 3 abgespeichert.
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Dadurch ist es möglich, verschiedene Objekte 2 mit individuellen Abständen der Funktransponder 6 einzulernen und diese abzuspeichern, so dass das Sicherheitssystem 1 abgespeicherte Objekte 2 identifizieren kann und von nicht- abgespeicherten Objekten 2 unterscheiden kann.
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Gemäß 2 variieren die Abstände zwischen den Funktranspondern 6 bei einer Person 9 aufgrund der Eigenbewegung der Person 9 oder sind veränderlich aufgrund einer Eigenbewegung der Person 9.
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Dadurch ändert sich der Abstand von mindestens zwei Funktranspondern 6 sobald sich die Person 9 bewegt, wodurch die Positionserfassung der Funktransponder 6 dynamisiert wird und dadurch testbar wird, wodurch Fehler in der Positionserfassung und in der Erfassung der Orientierung vermieden werden. Beispielsweise ändert sich der Abstand von zwei Funktranspondern, die jeweils an den Schultern einer Person 9 angeordnet sind geringfügig beim Gehen der Person 9, da sich die Position der Schulterblätter leicht verändert.
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Die Abstände der Funktransponder 6 sind damit veränderlich, wobei auch hier der veränderliche Abstand bekannt ist. Dabei kann der Abstand beispielsweise gemessen, insbesondere zyklisch gemessen werden.
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Gemäß 3 sind mindestens drei Funktransponder 6 angeordnet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, aus den Positionsdaten der Funktransponder 6 Orientierungsdaten des Objektes 2 zu bilden.
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Beispielsweise sind zwei Funktransponder 6 an den Schultern einer Weste einer Person 9 angeordnet. Beispielsweise ist ein weiterer Funktransponder 6 an einem Helm der Person 9 angeordnet.
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Dadurch liegt sicherheitstechnisch vorteilhaft ein überbestimmtes System vor. Selbst wenn ein Funktransponder 6 ausfallen sollte bzw. dessen Funksignale nicht erfassbar wären, verbleiben immer noch zwei Funktransponder 6, die redundant ausgewertet werden können.
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Gemäß 4 sind mindestens vier, gemäß 5 mindestens sechs oder gemäß 6 mindestens acht Funktransponder 6 an einem Objekt 2 angeordnet, wobei jeweils zwei Funktransponder 6 auf jeweils einer Geraden liegen, wobei die Geraden jeweils senkrecht zueinander sind.
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Dadurch sind Funktransponder 6 jeweils paarweise angeordnet, wobei die jeweiligen Paare jeweils eine unterschiedliche Orientierung aufweisen. Dadurch ist eine Orientierungsbestimmung aus jeder Richtung eindeutig. Weiter kann auch im Kreuzungspunkt der Geraden ein Funktransponder 6 angeordnet sein, so dass ein einzelner Funktransponder 6 einen Mittelpunkt bzw. einen zentralen Positionspunkt bildet, welcher als Referenzposition herangezogen werden kann.
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Gemäß 7 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet, jeweils eine Position der Funktransponder 6 zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bahn 12 bzw. Trajektorie 12 der Funktransponder 6 zu bestimmen.
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Beispielsweise erfolgt ein Abgleich mit den Voraussagen einer Trajektorienschätzung unter Berücksichtigung bekannter Eigenschaften des mobilen Teilnehmers bzw. des Objektes 2.
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Auch hier wird wieder eine Erwartung an die Positionsmessung bzw. die Positionsdaten mit dem ermittelten Messwert bzw. den ermittelten Positionsdaten verglichen. Die Bewegung von Personen 9 unterliegt nämlich Grenzen hinsichtlich der Beschleunigung und Geschwindigkeit. Bei mobilen Objekten 2 bzw. Fahrzeugen kommt noch die Erwartung der Bewegungsrichtung hinzu. Diese Erwartungen können in Form von Bewegungsschätzern, wie zum Beispiel Kalman-Filtern, Voraussagen über zukünftige Positionen machen und diese Schätzungen werden dann zur Plausibilisierung der realen Messwerte bzw. Positionsdaten verwendet.
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Dadurch kann beispielsweise eine Route eines Objektes 2, einer mobilen Maschine 8 oder eines Fahrzeuges verfolgt werden und beispielsweise abhängig von der Bewegungsrichtung oder der Bewegungsgeschwindigkeit eine Aktion ausgelöst werden. Beispielsweise kann das Objekt 2 zielgenau positioniert werden.
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Beispielsweise weisen die Funktransponder 6 jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit auf, wobei die Funkstationen 5 ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen 5 ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder 6 auszulesen und zu beschreiben und die Funkstationen 5 ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder 6 zu synchronisieren und die Funkstationen 5 ausgebildet, sind die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder 6 mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen 5 zu vergleichen.
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Dadurch ist eine präzisiere Positionsbestimmung möglich, welche durch die Synchronisation auch dauerhaft präzise durchgeführt werden kann, insbesondere bei sich bewegenden Objekten 2.
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Gemäß 8 weist das Sicherheitssystem 1 zusätzliche Sensoren einer anderen Sensortechnologie auf. Beispielsweise sind zusätzliche optische Sensoren 13 zur Ortung und Detektion der Objekte 2 vorgesehen. Jedoch kann es sich bei den zusätzlichen Sensoren auch um Radarsensoren, RFID-Sensoren, Ultraschallsensoren und/oder andere geeignete Sensoren handeln.
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Bei den optischen Sensoren 13 kann es sich beispielsweise um Laserscanner, Lichtgitter, Lichtvorhänge, Lichtschranken, optische Distanzsensoren oder ähnliche handein.
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Beispielsweise ist das Funkortungssystem 4 ein Ultrabreitband-Funkortungssystem, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation maximal 0,5 mW beträgt.
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Gemäß 8 sind eine Vielzahl, beispielsweise mehr als drei Funkstationen 5 angeordnet, welche mindestens einen Teil des Bewegungsbereichs der Person 9 oder des Objektes 2 überwachen.
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Gemäß 8 erfolgt beispielsweise aufgrund der geprüften Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems 1. Die mobile Maschine 8 kann beispielsweise im Bereich A mit einer höheren Geschwindigkeit fahren als im Bereich B, in dem eine Person 9 sich bewegt, da im Bereich B eine Gefährdung der Person 9 vermieden werden muss. Der Wechsel von dem Bereich A in den Bereich B des Fahrzeuges kann beispielsweise mittels der Funkstationen 5 in der Nähe des Durchgangs zwischen Bereich A und Bereich B festgestellt werden.
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Wenn eine vorbestimmte Position erkannt ist, welche beispielsweise abgespeichert ist, kann die Steuer- und Auswerteeinheit 3 auf eine andere Schutzmaßnahme bzw. Sicherheitsfunktion umschalten, beispielsweise ein Verändern der Geschwindigkeit einer mobilen Maschine 8 bzw. eines mobilen autonomen Fahrzeugs. Das Umschalten der Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Umschalten von Messdatenkonturen, ein Umschalten von Schutzfeldern, eine Größen- oder Formanpassung von Messdatenkonturen oder Schutzfeldern und/oder eine Umschaltung der Eigenschaften eines Schutzfeldes umfassen. Zu den Eigenschaften eines Schutzfeldes gehören beispielsweise die Auflösung und/oder die Reaktionszeit des Schutzfeldes. Ein Umschalten der Schutzmaßnahme kann auch eine Sicherheitsfunktion, wie beispielsweise eine Kraftbegrenzung des Antriebs sein, auf die umgeschaltet wird.
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Beispielsweise werden mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 geprüften Positionsdaten mit gespeicherten Positionsdaten eines Sicherheitspunktes auf Übereinstimmung geprüft.
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An bestimmten Überwachungsstellen, beispielsweise an dem Durchgang in 8, die sowohl beispielsweise optisch ermittelte Positionsinformationen als auch durch Funkortung ermittelte Positionsinformationen liefern, kann zudem optional eine Überprüfung der Funkortung in dem Sinne durchgeführt werden, dass geprüft wird, ob für ein detektiertes Objekt 2 überhaupt eine Funkortung erfolgt ist. So eine Bestätigung kann die sicherheitskritischen Fehlerfälle eines fehlenden oder nicht funktionierenden Tags aufdecken und die Anforderungen an eine zyklische Prüfung im Sinne der Norm ISO 13849-1 erfüllen.
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Der Vergleich mit unabhängigen Positionsdaten kann auch an bekannten Interaktionspunkten erfolgen. Zum Beispiel bei Betätigung eines Schalters oder beim überwachten Durchtritt durch eine Tür. In diesem Moment ist die Position des Bedieners sehr genau bekannt und kann für eine Validierung der Positionsdaten bzw. der Positionsinformation genutzt werden. Entsprechendes ist auch bei autonomen Fahrzeugen möglich. Beim Andocken in einer Ladestation oder bei der Ankunft an Übergabestationen ist die Position sehr genau bekannt und kann zur Überprüfung der Funkortung und sicherheitstechnischen Fehlerbeherrschung verwendet werden.
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Beispielsweise weist das Sicherheitssystem 1 eine Karte oder ein Kartenmodel auf und eine Navigation der bewegbaren Maschine erfolgt in der Karte oder dem Kartenmodel.
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Dabei kann auch der Vergleich mit zugänglichen Wegen im Grundrissplan zur Überprüfung dienen. Im Rahmen der Konfiguration des Ortungssystems wird dazu der Bereich markiert, in dem sich überhaupt mobile Maschinen und Personen 9 aufhalten können, insbesondere begehbare oder befahrbare Wege. Eine Ortung, die außerhalb dieser Bereiche liegt, wird damit einen systematischen Messfehler signalisieren. Das Plausibilitätsmaß ist durch die festgestellte Inkonsistenz reduziert.
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Diese konfigurierten Bereiche können ebenfalls zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit verwendet werden, indem die Positionsinformation so korrigiert wird, dass sie in einem zugänglichen Bereich liegt. Diese Korrektur kann optional unter Zuhilfenahme von vergangenen Ortungen und Trajektorienschätzungen z.B. mit Hilfe eines Kalman-Filters erfolgen. Eine Korrektur wird das Plausibilitätsmaß einer Positionsinformation verringern, da die Korrektur einen zusätzlichen Unsicherheitsfaktor einbringt.
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Auch hier kann durch Berücksichtigung vorangegangener Werte zusätzliche Information nutzbar gemacht werden. Die Korrektur inkonsistenter Positionswerte kann also in Richtung der letzten validen Messung oder gemäß einer Trajektorienschätzung erfolgen.
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Weiter ist ein Vergleich von Funkortungen, die mit Hilfe unabhängiger oder unterschiedlicher Teilmengen der verfügbaren Funkstationen 5 bzw. Ankerpunkte ermittelt wurden möglich.
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Das Verfahren macht sich zu Nutze, dass für die Bestimmung der Position in der Regel nicht alle Funkstationen 5 bzw. Ankerpunkte benötigt werden und damit eine Plausibilisierung aus den Messdaten selbst möglich ist, indem dieselbe Ortungsaufgabe von zwei unterschiedlichen Untergruppen der stationären Funkstationen 5 durchgeführt wird. Hier wird wie beim Vergleich unabhängiger Messungen verschiedener Funktransponder 6 ein Quervergleich mit der Erwartungshaltung der Übereinstimmung geprüft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sicherheitssystem
- 2
- Objekt
- 3
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 4
- Funkortungssystem
- 5
- Funkstationen
- 6
- Funktransponder
- 7
- bewegliches Objekt
- 8
- mobile Maschine
- 9
- Person
- 10
- Speicher
- 11
- Wand/Begrenzung
- 12
- Bahn/Trajektorie
- 13
- optische Sensoren
- A
- Bereich
- B
- Bereich
