DE102022208827A1

DE102022208827A1 - Safety device and procedure for its operation

Info

Publication number: DE102022208827A1
Application number: DE102022208827.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Voit; Tim Zander; Gerrit Holzbach; Jürgen Beyerer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2024-03-07
Also published as: WO2024042161A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung (1) zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine (2), enthaltend zumindest eine Werkzeugmaschine (2); zumindest eine Kamera (4), welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine (2) und/oder deren Umgebung zu erfassen; zumindest eine Bilddatenspeichervorrichtung (81), in welcher Bilder der Kamera (4) zumindest temporär speicherbar sind; zumindest eine Auswerteeinrichtung (8), welche dazu eingerichtet ist, Bilder aus der Bilddatenspeichervorrichtung (81) auszulesen und einen Vergleich zwischen zumindest einem ersten Bild (61) mit einem ersten Aufnahmezeitpunkt und zumindest einem zweiten Bild (62) mit einem zweiten Aufnahmezeitpunkt durchzuführen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitseinrichtung.The invention relates to a safety device (1) for monitoring the restart of a machine tool (2), containing at least one machine tool (2); at least one camera (4), which is set up to capture at least part of the machine tool (2) and/or its surroundings; at least one image data storage device (81) in which images from the camera (4) can be stored at least temporarily; at least one evaluation device (8) which is set up to read out images from the image data storage device (81) and to carry out a comparison between at least one first image (61) with a first recording time and at least one second image (62) with a second recording time. The invention further relates to a method for operating such a safety device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitseinrichtung.The invention relates to a safety device for monitoring the restart of a machine tool. The invention further relates to a method for operating such a safety device.

Aus der Praxis sind Werkzeugmaschinen bekannt, welche durch Aktoren betätigt werden und dabei ein voreingestelltes Programm selbständig abfahren. Beispielsweise kann eine solche Werkzeugmaschine ein Industrieroboter oder auch eine CNCgesteuerte, mehrachsige Dreh- und Fräsmaschine sein. Beim Abfahren des Programms nehmen diese Maschinen in der Regel keine Rücksicht auf Hindernisse, was zu unerwünschten Kollisionen mit Personen oder Gegenständen im Arbeitsbereich führen kann. Zur Lösung dieses Problems ist aus der Praxis bekannt, die Werkzeugmaschine mit einer Einhausung zu versehen, welche im Betrieb mit einer Tür verschlossen ist. Das Öffnen der Tür wird über einen Türkontakt erfasst, so dass die Werkzeugmaschine selbsttätig stoppt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Absicherung mittels Lichtschranken erfolgen, welche die Annäherung von Personen oder Gegenständen erfassen und ein Stoppsignal an die Steuerung der Werkzeugmaschine senden. Diese Sicherheitseinrichtungen können somit das Eindringen in den Arbeitsbereich während des Betriebes der Werkzeugmaschine zuverlässig erkennen und Kollisionen verhindern.Machine tools are known from practice which are actuated by actuators and run a preset program independently. For example, such a machine tool can be an industrial robot or a CNC-controlled, multi-axis turning and milling machine. When executing the program, these machines generally do not take obstacles into account, which can lead to unwanted collisions with people or objects in the work area. To solve this problem, it is known from practice to provide the machine tool with an enclosure which is closed with a door during operation. The opening of the door is detected via a door contact so that the machine tool stops automatically. Alternatively or additionally, protection can be achieved using light barriers, which detect the approach of people or objects and send a stop signal to the control of the machine tool. These safety devices can therefore reliably detect intrusion into the work area during operation of the machine tool and prevent collisions.

Ungelöst ist jedoch das Problem der Kollisionsvermeidung mit Gegenständen oder Personen, welche nach Wartungs- oder Einstellarbeiten im Arbeitsbereich verbleiben. Da sich diese Gegenstände nach Abschluss der Arbeiten und beim Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine innerhalb der Einhausung bzw. des durch Lichtschranken gesicherten Bereiches befinden, kann eine Kollision mit den bekannten Sicherheitseinrichtungen nicht ausgeschlossen werden. Es obliegt daher nach dem Stand der Technik ausschließlich dem Benutzer, am Ende der Arbeiten den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine zu kontrollieren und sämtliche verwendeten Werkzeuge und Gegenstände zu entfernen.However, the problem of avoiding collisions with objects or people who remain in the work area after maintenance or adjustment work remains unsolved. Since these objects are located within the enclosure or the area secured by light barriers after the work has been completed and when the machine tool restarts, a collision with the known safety devices cannot be ruled out. According to the state of the art, it is therefore the sole responsibility of the user to check the working area of the machine tool at the end of the work and to remove all tools and objects used.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine anzugeben.Based on the prior art, the invention is therefore based on the object of specifying a safety device for monitoring the restart of a machine tool.

Die Aufgabe wird durch eine Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The task is solved by a safety device according to claim 1 and a method for its operation according to claim 8. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens von zumindest einer Werkzeugmaschine. Die Sicherheitseinrichtung enthält zumindest eine Kamera, welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich zu erfassen. Die Kamera kann eine an sich bekannte Digitalkamera sein, welche ein Bild der Werkzeugmaschine und/oder des Arbeitsbereiches mittels eines Objektivs auf einen Bildsensor abbildet. Der Bildsensor kann ein CCD- oder CMOS-Sensor sein. Die Digitalkamera ist dazu eingerichtet und bestimmt, einen die Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich repräsentierenden Datenstrom zu erzeugen. Die Kamera kann im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich arbeiten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kamera ein Radarsystem und/oder ein LIDAR enthalten oder daraus bestehen, sodass eine dreidimensionale Punktwolke der Werkzeugmaschine und/oder des Arbeitsbereiches erstellt werden kann. Auch wenn nachfolgend von „einer“ Kamera die Rede ist, können in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch mehrere Kameras vorhanden sein, welche zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich mit unterschiedlichen Brennweiten und/oder aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und/oder in unterschiedlichen Spektralbereichen erfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Kamera eine Videokamera sein, welche fortlaufend Bilder erfasst. In diesem Fall können die Bilder nach einer vorgebbaren Zeitspanne gelöscht werden, wenn nicht eine längere Speicherdauer getriggert wird.According to one aspect of the invention, this relates to a safety device for monitoring the restart of at least one machine tool. The safety device contains at least one camera, which is set up to capture at least part of the machine tool and/or its work area. The camera can be a known digital camera, which images an image of the machine tool and/or the work area onto an image sensor using a lens. The image sensor can be a CCD or CMOS sensor. The digital camera is set up and intended to generate a data stream representing the machine tool and/or its work area. The camera can work in the visible and/or infrared spectral range. In some embodiments of the invention, the camera may include or consist of a radar system and/or a LIDAR such that a three-dimensional point cloud of the machine tool and/or work area can be created. Even if “one” camera is referred to below, in some embodiments of the invention several cameras can also be present, which view at least part of the machine tool and/or its working area with different focal lengths and/or from different viewing angles and/or in different spectral ranges capture. In some embodiments, the camera may be a video camera that continuously captures images. In this case, the images can be deleted after a predetermined period of time unless a longer storage period is triggered.

Die Sicherheitseinrichtung enthält weiterhin zumindest eine Bilddatenspeichervorrichtung, in welcher Bilder der Kamera zumindest temporär speicherbar sind. Die Bilddatenspeichervorrichtung kann beispielsweise eine Festplatte oder einen Halbleiterspeicher enthalten. In einigen Ausführungsformen kann ein Halbleiterspeicher ausgewählt sein aus Flashbasiertem Speicher oder DRAM oder SDRAM.The security device further contains at least one image data storage device in which images from the camera can be stored at least temporarily. The image data storage device may include, for example, a hard drive or a semiconductor memory. In some embodiments, semiconductor memory may be selected from flash-based memory or DRAM or SDRAM.

Die Sicherheitseinrichtung enthält weiterhin zumindest eine Auswerteeinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, Bilder aus der Bilddatenspeicher-vorrichtung auszulesen und einen Vergleich zwischen zumindest einem ersten Bild mit einem ersten Aufnahmezeitpunkt und zumindest einem zweiten Bild mit einem zweiten Aufnahmezeitpunkt durchzuführen. Hierzu kann die Auswerteeinrichtung einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller enthalten, welcher den Bildvergleich vornimmt, wenn eine entsprechende Software auf dem Mikroprozessor ausgeführt wird. Dabei kann der erste Aufnahmezeitpunkt vor den Wartungs-, Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen und der zweite Aufnahmezeitpunkt kann nach den Wartungs-, Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen. Durch den Vergleich der bzw. des ersten und zweiten Bildes kann festgestellt werden, ob sich Personen oder Gegenstände im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine befinden. In diesem Fall kann der Befehl zum Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine von der Steuer- oder Regeleinrichtung ignoriert und der Bediener der Werkzeugmaschine auf den Fehlerzustand hingewiesen werden.The security device further contains at least one evaluation device, which is set up to read images from the image data storage device and to carry out a comparison between at least a first image with a first recording time and at least a second image with a second recording time. For this purpose, the evaluation device can contain a microprocessor or a microcontroller, which carries out the image comparison when appropriate software is executed on the microprocessor. The first recording time can be before maintenance, repair or adjustment work on the machine tool and the second recording time can be after Maintenance, repair or adjustment work is required on the machine tool. By comparing the first and second images, it can be determined whether there are people or objects in the work area of the machine tool. In this case, the command to restart the machine tool can be ignored by the open-loop or closed-loop control device and the operator of the machine tool can be made aware of the error condition.

Unter dem Begriff „Gegenstände“ im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine werden für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung sämtliche körperlichen Gegenstände verstanden, welche eine Kollision mit beweglichen Teilen der Werkzeugmaschine hervorrufen können oder welche von der Werkzeugmaschine beschleunigt werden können, so dass sie eine Gefahr für umstehende Personen darstellen können. Beispielsweise können dies Werkzeuge oder Ersatzteile sein, Spannwerkzeuge, Spannschlüssel, Werkstücke oder Halbzeuge, aber auch Teile der Werkzeugschmaschine selbst, welche bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten abgebaut wurden oder offenstehende Wartungsklappen an der Werkzeugmaschine.For the purposes of this description, the term “objects” in the working area of the machine tool means all physical objects that can cause a collision with moving parts of the machine tool or that can be accelerated by the machine tool so that they pose a danger to surrounding people can. For example, these can be tools or spare parts, clamping tools, clamping wrenches, workpieces or semi-finished products, but also parts of the machine tool itself that were removed during maintenance or repair work or open maintenance flaps on the machine tool.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, aus dem Vergleich des ersten und zweiten Bildes einen Anomaliescore zu ermitteln und bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes des Anomaliescores das Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine zu verhindern und/oder einen optischen und/oder akustischen Alarm auszugeben und/oder den Ort der Anomalie zu visualisieren. Hierdurch kann der Bediener der Werkzeugmaschine auf den Fehlerzustand hingewiesen werden. Das Anlaufen der Werkzeugmaschine kann entweder zwingend vermieden werden, um eine Kollision der Werkzeug-maschine mit Personen oder Gegenständen zu vermeiden. Alter-nativ kann das Anlaufen der Werkzeugmaschine auch von einer Bestätigung des Benutzers abhängig gemacht werden.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to determine an anomaly score from the comparison of the first and second images and, if a predeterminable limit value of the anomaly score is exceeded, to prevent the machine tool from restarting and/or to issue an optical and/or acoustic alarm and /or to visualize the location of the anomaly. This allows the operator of the machine tool to be informed of the error condition. The start-up of the machine tool can either be avoided in order to avoid a collision of the machine tool with people or objects. Alternatively, the start-up of the machine tool can also be made dependent on confirmation from the user.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, aus dem Vergleich einen Anomaliescore zu ermitteln und bei Unterschreiten eines vorgebbaren ersten Grenzwertes des Anomaliescores das Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine freizugeben, bei Überschreiten eines vorgebbaren zweiten Grenzwertes des Anomaliescores das Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine zu verhindern und bei einem Anomaliescore zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert einen optischen und/oder akustischen Alarm auszugeben und/oder den Ort der Anomalie zu visualisieren. Dies ermöglicht einerseits, Stillstandszeiten zu minimieren, wenn nur geringe Abweichungen erkannt werden. Solche geringen Abweichungen können beispielsweise flache Gegenstände sein, welche sich zwar im Arbeitsbereich befinden, jedoch von der Werkzeugmaschine bzw. deren beweglichen Teilen gefahrlos passiert werden können. Andrerseits wird bei Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich, welche sicher zu einer Kollision führen, das Anlaufen der Werkzeugmaschine verhindert. Bei nicht eindeutigem Ergebnis kann das Benutzer mit einem optischen und/oder akustischen Alarm informiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Ort der Anomalie visualisiert werden, beispielsweise auf einem Bildschirm, welcher ein Bild der Werkzeugmaschine zeigt, auf welchem der Ort der Anomalie hervorgehoben ist. Nach Bestätigung der Unbedenklichkeit kann die Werkzeugmaschine anlaufen. Sofern eine Kollisionsgefahr besteht, kann diese zunächst beseitigt werden.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to determine an anomaly score from the comparison and to enable the restart of the machine tool when the anomaly score falls below a predeterminable first limit value, to prevent the machine tool from restarting when a predeterminable second limit value of the anomaly score is exceeded and at to issue an optical and/or acoustic alarm based on an anomaly score between the first and second limit values and/or to visualize the location of the anomaly. On the one hand, this makes it possible to minimize downtimes if only small deviations are detected. Such small deviations can be, for example, flat objects that are in the work area but can be safely passed by the machine tool or its moving parts. On the other hand, if objects or people in the work area are likely to cause a collision, the machine tool is prevented from starting. If the result is not clear, the user can be informed with a visual and/or acoustic alarm. Alternatively or additionally, the location of the anomaly can be visualized, for example on a screen which shows an image of the machine tool on which the location of the anomaly is highlighted. After confirmation of safety, the machine tool can start. If there is a risk of collision, this can first be eliminated.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können der erste und zweite Grenzwert des Anomaliescores fortlaufend angepasst werden. Hierzu kann die Information aus der vorstehend beschriebenen Interaktion mit dem Benutzer der Werkzeugmaschine genutzt werden. Wenn also der Benutzer die Harmlosigkeit der Anomalie bestätigt, kann der erste Grenzwert des Anomaliescores so verändert werden, dass die Werkzeugmaschine bei einer weiteren, gleichartigen Störung unmittelbar anläuft. Wenn der Benutzer die Störung beseitigt und dadurch die Erheblichkeit der Anomalie bestätigt, kann der zweite Grenzwert des Anomaliescores so verändert werden, dass die Werkzeugmaschine bei einer weiteren, gleichartigen Störung nicht anläuft, auch nicht nach Benutzereingriff. Hierdurch kann die Sicherheit und der Bedienkomfort erhöht sein.In some embodiments of the invention, the first and second thresholds of the anomaly score may be continuously adjusted. For this purpose, the information from the above-described interaction with the user of the machine tool can be used. If the user confirms that the anomaly is harmless, the first limit value of the anomaly score can be changed so that the machine tool starts immediately in the event of another similar malfunction. If the user eliminates the fault and thereby confirms the significance of the anomaly, the second limit value of the anomaly score can be changed so that the machine tool does not start in the event of another similar fault, even after user intervention. This can increase safety and ease of use.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Sicherheitseinrichtung weiterhin zumindest eine Triggereinrichtung enthalten, welche dazu eingerichtet ist, die Aufnahme und/oder Speicherung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes auszulösen. Eine solche Triggereinrichtung kann beispielsweise ein Türkontakt einer Einhausung, ein Not-Aus--Schalter oder sonstiger Betriebsschalter oder eine Lichtschranke oder ein Auslöseschalter sein. Hierdurch wird das zumindest eine erste Bild aufgenommen, sobald die Werkzeugmaschine steht. Alternativ kann die Aufnahme des ersten Bildes vom Benutzer getriggert werden. Die Aufnahme des zweiten Bildes kann durch das Einschalten der Maschine oder das Schließen der Tür oder die Freigabe der Lichtschranke getriggert werden.In some embodiments of the invention, the security device can further contain at least one trigger device, which is designed to trigger the recording and/or storage of the first image and/or the second image. Such a trigger device can be, for example, a door contact of an enclosure, an emergency stop switch or other operating switch or a light barrier or a trigger switch. This means that at least a first image is recorded as soon as the machine tool is stationary. Alternatively, the recording of the first image can be triggered by the user. The recording of the second image can be triggered by switching on the machine or closing the door or releasing the light barrier.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, vor dem Vergleich eine Bildbearbeitung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes durchzuführen. Hierdurch kann die Qualität des Vergleiches und damit die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person im Arbeitsbereich erhöht werden.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to carry out image processing of the first image and/or the second image before the comparison. This can improve the quality of the comparison and thus the probability of detection object or person in the work area.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, vor dem Vergleich eine Kontrastverbesserung und/oder einen Kantenfilter und/oder einen Farbfilter auf das erste Bild und/oder das zweite Bild anzuwenden. Hierdurch kann die Qualität des Vergleiches und damit die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person im Arbeitsbereich weiter erhöht werden.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to apply a contrast improvement and/or an edge filter and/or a color filter to the first image and/or the second image before the comparison. This can further increase the quality of the comparison and thus the probability of recognizing an object or person in the work area.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, vor dem Vergleich eine Maskierung auf das erste Bild und/oder das zweite Bild anzuwenden. Hierdurch kann Rechenzeit eingespart werden, weil nicht der gesamte Bildinhalt verglichen werden muss, sondern nur diejenigen Bereiche, in welchen eine Kollision vorkommen kann oder wahrscheinlich ist.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to apply masking to the first image and/or the second image before the comparison. This saves computing time because the entire image content does not have to be compared, but only those areas in which a collision can or is likely to occur.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes eine Differenzbildung der Bilddaten durchzuführen. Bildteile, welche identisch im ersten Bild und im zweiten Bild vorhanden sind, verschwinden im Differenzbild. Ein solcher Vergleich kann schnell und einfach durchgeführt werden und stellt zuverlässig die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Bild dar. Sofern keine Unterscheide bestehen, kann darauf geschlossen werden, dass keine Gegenstände oder Personen im Arbeitsbereich verblieben sind.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to carry out a difference between the image data when comparing the first image and the second image. Parts of the image that are identical in the first image and the second image disappear in the difference image. Such a comparison can be carried out quickly and easily and reliably shows the differences between the first and the second image. If there are no differences, it can be concluded that no objects or people remained in the work area.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Pixelwertmodell anzuwenden. Hierdurch kann die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to apply a pixel value model when comparing the first image and the second image. This allows the detection or absence of remaining objects or people in the work area to be carried out with greater accuracy.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein künstliches neuronales Netz zu verwenden. Ein solches neuronales Netz ist lernfähig, so dass die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen kann, je länger die Sicherheitseinrichtung in Betrieb ist.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to use an artificial neural network when comparing the first image and the second image. Such a neural network is capable of learning, so that the detection or absence of remaining objects or people in the work area can occur with greater accuracy the longer the safety device is in operation.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Residual Neural Network zu verwenden. Eine solche künstliche Intelligenz ist als Open-Source Software verfügbar und kann einfach in die vorgeschlagene Sicherheitseinrichtung integriert werden.In some embodiments of the invention, the evaluation device can be set up to use a residual neural network when comparing the first image and the second image. Such artificial intelligence is available as open source software and can be easily integrated into the proposed security device.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung weiterhin eine Bibliothek mit einer Mehrzahl erster Bilder enthalten. Für den Vergleich mit dem zweiten Bild können sodann eines oder mehrere erste Bilder aus der Bibliothek ausgewählt werden. Hierdurch kann ein Sollzustand nach Abschluss der Einstell-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten auch dann festgestellt werden, wenn die Werkzeugmaschine während der Arbeiten bewegt wurde und sich nicht mehr in der gleichen Position befindet, wie am Anfang der Einstell-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten. Fehlalarme der Sicherheitseinrichtung können dadurch vermieden werden.In some embodiments of the invention, the evaluation device can further contain a library with a plurality of first images. One or more first images can then be selected from the library for comparison with the second image. This means that a target state can be determined after the adjustment, repair or maintenance work has been completed, even if the machine tool was moved during the work and is no longer in the same position as at the beginning of the adjustment, repair or maintenance work. False alarms from the safety device can thus be avoided.

In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine, enthaltend die folgenden Schritte: Erfassen eines ersten Bildes, welches zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Umgebung zeigt, zu einem ersten Aufnahmezeitpunkt mit zumindest einer Kamera; zumindest temporäres Ablegen des ersten Bildes in zumindest einer Bilddatenspeichervorrichtung; Erfassen eines zweiten Bildes, welches zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Umgebung zeigt, zu einem zweiten Aufnahmezeitpunkt mit der Kamera; Auslesen des ersten Bildes aus der Bilddatenspeicher-vorrichtung und Vergleichen des ersten Bildes und des zweiten Bildes.In another aspect, the invention relates to a method for operating a safety device for monitoring the restart of a machine tool, comprising the following steps: Capturing a first image, which shows at least a part of the machine tool and / or its surroundings, at a first recording time with at least one Camera; at least temporarily storing the first image in at least one image data storage device; Capturing a second image, which shows at least part of the machine tool and/or its surroundings, at a second recording time with the camera; Reading out the first image from the image data storage device and comparing the first image and the second image.

Hierzu wird mit zumindest einer Kamera zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich erfasst. Die Kamera erzeugt dabei einen die Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich repräsentierenden Datenstrom. Die Bilder können im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich aufgenommen werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Kamera ein Radarsystem und/oder ein LIDAR enthalten oder daraus bestehen, sodass eine dreidimensionale Punktwolke der Werkzeugmaschine und/oder des Arbeitsbereiches erfasst wird. Auch wenn nachfolgend von „einer“ Kamera die Rede ist, kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich mit unterschiedlichen Brennweiten und/oder aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und/oder in unterschiedlichen Spektralbereichen erfasst werden. In einigen Ausführungsformen können fortlaufend Bilder erfasst werden. In diesem Fall können die Bilder nach einer vorgebbaren Zeitspanne gelöscht werden, wenn nicht eine längere Speicherung getriggert wird.For this purpose, at least part of the machine tool and/or its work area is captured with at least one camera. The camera generates a data stream representing the machine tool and/or its work area. The images can be recorded in the visible and/or infrared spectral range. In some embodiments of the invention, the camera may include or consist of a radar system and/or a LIDAR such that a three-dimensional point cloud of the machine tool and/or the work area is captured. Even if we speak of “a” camera below, in some embodiments of the invention at least part of the machine tool and/or its working area can be captured with different focal lengths and/or from different viewing angles and/or in different spectral ranges. In some embodiments, images may be captured continuously. In this case, the images can be deleted after a predetermined period of time unless longer storage is triggered.

Die Bilder der Kamera werden zumindest temporär gespeichert. Hierzu steht eine Bilddatenspeichervorrichtung zur Verfügung, welche beispielsweise eine Festplatte oder einen Halbleiterspeicher enthält.The camera images are saved at least temporarily. An image data storage device is available for this purpose, which contains, for example, a hard drive or a semiconductor memory.

Sodann werden Bilder aus der Bilddatenspeicher-vorrichtung ausgelesen und ein Vergleich zwischen zumindest einem ersten Bild mit einem ersten Aufnahmezeitpunkt und zumindest einem zweiten Bild mit einem zweiten Aufnahmezeitpunkt durchgeführt. Dabei kann der erste Aufnahmezeitpunkt vor den Wartungs-, Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen und der zweite Aufnahmezeitpunkt kann nach den Wartungs-, Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen. Durch den Vergleich der bzw. des ersten und zweiten Bildes kann festgestellt werden, ob sich Personen oder Gegenstände im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine befinden. In diesem Fall kann der Befehl zum Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine von der Steuer- oder Regeleinrichtung ignoriert und der Bediener der Werkzeugmaschine auf den Fehlerzustand hingewiesen werden.Images are then read out of the image data storage device and a comparison is carried out between at least a first image with a first recording time and at least a second image with a second recording time. The first recording time can be before the maintenance, repair or adjustment work on the machine tool and the second recording time can be after the maintenance, repair or adjustment work on the machine tool. By comparing the first and second images, it can be determined whether there are people or objects in the work area of the machine tool. In this case, the command to restart the machine tool can be ignored by the open-loop or closed-loop control device and the operator of the machine tool can be made aware of the error condition.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Aufnahme und/oder Speicherung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes mit einer Triggereinrichtung ausgelöst werden. Eine solche Triggereinrichtung kann beispielsweise ein Türkontakt einer Einhausung, ein Not-Aus-Schalter oder sonstiger Betriebsschalter oder eine Lichtschranke oder ein Auslöseschalter sein. Hierdurch wird das zumindest eine erste Bild aufgenommen, sobald die Werkzeugmaschine steht. Alternativ kann die Aufnahme des ersten Bildes vom Benutzer getriggert werden. Die Aufnahme des zweiten Bildes kann durch das Einschalten der Maschine oder das Schließen der Tür oder die Freigabe der Lichtschranke getriggert werden.In some embodiments of the invention, the recording and/or storage of the first image and/or the second image can be triggered using a trigger device. Such a trigger device can be, for example, a door contact of an enclosure, an emergency stop switch or other operating switch or a light barrier or a trigger switch. This means that at least a first image is recorded as soon as the machine tool is stationary. Alternatively, the recording of the first image can be triggered by the user. The recording of the second image can be triggered by switching on the machine or closing the door or releasing the light barrier.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann vor dem Vergleich eine Bildbearbeitung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes durchgeführt werden. Dies kann automatisiert mit einer Auswerteeinrichtung erfolgen. Eine solche Bildbearbeitung kann ausgewählt sein aus einer Kontrastverbesserung und/oder einer Kantenerkennung und/oder einem Farbfilter, welche auf das erste Bild und/oder das zweite Bild angewendet werden. Hierdurch kann die Qualität des Vergleiches und damit die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person im Arbeitsbereich weiter erhöht werden.In some embodiments of the invention, image processing of the first image and/or the second image can be carried out before the comparison. This can be done automatically using an evaluation device. Such image processing can be selected from contrast enhancement and/or edge detection and/or a color filter, which are applied to the first image and/or the second image. This can further increase the quality of the comparison and thus the probability of recognizing an object or person in the work area.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann vor dem Vergleich eine Maskierung auf das erste Bild und/oder das zweite Bild angewendet werden. Hierdurch kann Rechenzeit eingespart werden, weil nicht der gesamte Bildinhalt verglichen werden muss, sondern nur diejenigen Bereiche, in welchen eine Kollision vorkommen kann oder wahrscheinlich ist. Eine solche Maskierung kann in einigen Ausführungsformen mittels einer statischen oder dynamischen Objekterkennung oder mittels eines CAD-Modells erfolgen.In some embodiments of the invention, masking may be applied to the first image and/or the second image prior to comparison. This saves computing time because the entire image content does not have to be compared, but only those areas in which a collision can or is likely to occur. In some embodiments, such masking can be done using static or dynamic object recognition or using a CAD model.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes eine Differenzbildung der Bilddaten durchgeführt werden. Bildteile, welche identisch im ersten Bild und im zweiten Bild vorhanden sind, verschwinden im Differenzbild. Ein solcher Vergleich kann schnell und einfach durchgeführt werden und stellt zuverlässig die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Bild dar. Sofern keine Unterscheide bestehen, kann darauf geschlossen werden, dass keine Gegenstände oder Personen im Arbeitsbereich verblieben sind.In some embodiments of the invention, when comparing the first image and the second image, the image data can be subtracted. Parts of the image that are identical in the first image and the second image disappear in the difference image. Such a comparison can be carried out quickly and easily and reliably shows the differences between the first and the second image. If there are no differences, it can be concluded that no objects or people remained in the work area.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Pixelwertmodell angewendet werden. Hierdurch kann die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen.In some embodiments of the invention, a pixel value model may be applied when comparing the first image and the second image. This allows the detection or absence of remaining objects or people in the work area to be carried out with greater accuracy.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein künstliches neuronales Netz verwendet werden. Ein solches neuronales Netz ist lernfähig, so dass die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen kann, je länger die Sicherheitseinrichtung in Betrieb ist.In some embodiments of the invention, an artificial neural network may be used when comparing the first image and the second image. Such a neural network is capable of learning, so that the detection or absence of remaining objects or people in the work area can occur with greater accuracy the longer the safety device is in operation.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Residual Neural Network verwendet werden. Eine solche künstliche Intelligenz ist als Open-Source Software verfügbar und kann einfach in die vorgeschlagene Sicherheitseinrichtung integriert werden.In some embodiments of the invention, a residual neural network may be used when comparing the first image and the second image. Such artificial intelligence is available as open source software and can be easily integrated into the proposed security device.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung.
3 zeigt ein beispielhaftes erstes Bild.
4 zeigt ein beispielhaftes zweites Bild.
5 zeigt beispielhaft das Ergebnis eines Vergleich des ersten und des zweiten Bildes.

The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention. This shows

1 a schematic representation of a safety device according to one aspect of the invention.
2 shows a flowchart of a method for operating a safety device according to another aspect of the invention.
3 shows an exemplary first picture.
4 shows an exemplary second image.
5 shows an example of the result of a comparison of the first and second images.

Anhand der 1 wird eine schematische Darstellung einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung näher erläutert. 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 2, beispielsweise einen Industrieroboter. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann statt des Industrieroboters auch eine mehrachsige Dreh- und Fräsmaschine oder jede andere automatisierte Werkzeugmaschine verwendet werden, welche mittels Aktoren und einer Steuer- oder Regeleinrichtung selbsttätig Bewegungen ausführt. Die Werkzeugmaschine 2 kann mit einer nicht dargestellten Einhausung versehen sein, welche mit zumindest einer Tür bzw. Öffnung versehen ist, um Reparatur-, Wartungs- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine 2 vorzunehmen. Alternativ kann die Werkzeugmaschine 2 bzw. deren Arbeitsbereich mit einer oder mehreren Lichtschranken begrenzt sein, welche bei Unterbrechung des Lichtstrahles die Werkzeugmaschine 2 anhalten, um eine Kollision mit Gegenständen oder Personen zu vermeiden.Based on 1 a schematic representation of a safety device according to one aspect of the invention is explained in more detail. 1 shows a machine tool 2, for example an industrial robot. In other embodiments of the invention, instead of the industrial robot, a multi-axis turning and milling machine or any other automated machine tool can be used, which automatically carries out movements using actuators and a control or regulating device. The machine tool 2 can be provided with an enclosure, not shown, which is provided with at least one door or opening in order to carry out repair, maintenance or adjustment work on the machine tool 2. Alternatively, the machine tool 2 or its working area can be limited with one or more light barriers, which stop the machine tool 2 when the light beam is interrupted in order to avoid a collision with objects or people.

Die Sicherheitseinrichtung 1 kann insbesondere das Problem lösen, dass es zu Kollisionen zwischen Personen oder Gegenständen und der Werkzeugmaschine 2 kommen kann, wenn nach der Durchführung von Wartungs-, Reparatur- oder Einstellarbeiten die Werkzeugmaschine 2 wieder in Betrieb genommen wird, während sich noch Personen oder Gegenstände im Arbeitsbereich befinden. Hierdurch kann großer Schaden entstehen.The safety device 1 can in particular solve the problem that collisions can occur between people or objects and the machine tool 2 if, after carrying out maintenance, repair or adjustment work, the machine tool 2 is put into operation again while people or Objects are in the work area. This can cause great damage.

Die Sicherheitseinrichtung 1 enthält weiterhin zumindest eine Kamera 4. Die Kamera 4 kann eine an sich bekannte Digitalkamera sein, welche ein Bild der Werkzeugmaschine und/oder des die Werkzeugmaschine umgebenden Arbeitsbereiches erfasst. Hierzu kann die Kamera 4 einen Bildsensor aufweisen, auf welchen mittels eines Objektivs ein Bild abgebildet wird. Die Kamera 4 kann eine multifokale Kamera sein, welche eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlichen Brennweiten aufnimmt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können nicht dargestellte weitere Kameras vorhanden sein, um Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln und/oder Abständen zu erfassen.The safety device 1 further contains at least one camera 4. The camera 4 can be a known digital camera, which captures an image of the machine tool and/or the work area surrounding the machine tool. For this purpose, the camera 4 can have an image sensor on which an image is imaged using a lens. The camera 4 can be a multifocal camera, which takes a plurality of images with different focal lengths. In some embodiments of the invention, additional cameras (not shown) may be present to capture images from different viewing angles and/or distances.

Die Kamera 4 muss nicht zwingend im sichtbaren Spektralbereich arbeiten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können auch Infrarotkameras und/oder UV-Kameras vorgesehen sein. Schließlich kann die Kamera 4 auch mit Radarstrahlen oder nach dem Lidar-Prinzip arbeiten, um auf diese Weise ein dreidimensionales Bild des Arbeitsbereiches der Werkzeugmaschine 2 anzufertigen.The camera 4 does not necessarily have to work in the visible spectral range. In some embodiments of the invention, infrared cameras and/or UV cameras may also be provided. Finally, the camera 4 can also work with radar beams or according to the lidar principle in order to produce a three-dimensional image of the working area of the machine tool 2.

Die Kamera 4 erzeugt einen digitalen Datenstrom, welcher die Bilder der Werkzeugmaschine 2 und den diese umgebenden Arbeitsbereich repräsentieren. Die Bilder können einer Auswerteeinrichtung 8 zugeführt werden und dort in einer Bilddatenspeichervorrichtung 81 abgelegt werden.The camera 4 generates a digital data stream which represents the images of the machine tool 2 and the work area surrounding it. The images can be fed to an evaluation device 8 and stored there in an image data storage device 81.

Weiterhin kann die Sicherheitseinrichtung 1 in einigen Ausführungsformen eine Triggereinrichtung 3 enthalten. Sofern die Werkzeugmaschine 2 von einer Einhausung umgeben ist, kann die Triggereinrichtung 3 einen Türkontaktschalter enthalten oder daraus bestehen. Sofern die Werkzeugmaschine 2 und deren Arbeitsbereich mit einer Lichtschranke umgeben ist, kann die Triggereinrichtung 3 auch eine solche Lichtschranke enthalten oder daraus bestehen. Darüber hinaus kann die Triggereinrichtung 3 mit einem Ein-/Aus-Schalter verbunden sein oder mit einem Not-Aus-Schalter. Schließlich kann die Triggereinrichtung 3 unabhängig von den übrigen Sicherheitseinrichtungen der Werkzeugmaschine 2 sein und beispielsweise zeitgesteuert arbeiten oder mittels eines separaten mechanischen oder elektronischen Schalters vom Bedienpersonal ausgelöst werden.Furthermore, in some embodiments, the safety device 1 can contain a trigger device 3. If the machine tool 2 is surrounded by an enclosure, the trigger device 3 can contain or consist of a door contact switch. If the machine tool 2 and its working area are surrounded by a light barrier, the trigger device 3 can also contain or consist of such a light barrier. In addition, the trigger device 3 can be connected to an on/off switch or to an emergency off switch. Finally, the trigger device 3 can be independent of the other safety devices of the machine tool 2 and, for example, work in a time-controlled manner or can be triggered by the operating personnel using a separate mechanical or electronic switch.

Wenn die Triggereinrichtung 3 auslöst, erfasst die Kamera 4 zumindest ein erstes Bild der Werkzeugmaschine 2. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn eine Einhausung geöffnet, eine Lichtschranke unterbrochen oder die Werkzeugmaschine 2 anderweitig außer Betrieb gesetzt wird. Der Aufnahmezeitpunkt des zumindest einen ersten Bildes kann in einigen Ausführungsformen der Zeitpunkt sein, in welchem die Wartungs-, Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine 2 beginnen. Das Bild wird sodann in der Bilddatenspeichervorrichtung 81 abgelegt.When the trigger device 3 triggers, the camera 4 captures at least a first image of the machine tool 2. This can occur, for example, if an enclosure is opened, a light barrier is interrupted or the machine tool 2 is otherwise put out of operation. In some embodiments, the recording time of the at least one first image can be the time at which the maintenance, repair or adjustment work on the machine tool 2 begins. The image is then stored in the image data storage device 81.

Nach Beendigung der Arbeiten an der Werkzeugmaschine 2 wird die Erfassung zumindest eines zweiten Bildes mit der Kamera 4 getriggert. Die Bilderfassung kann vom Bedienpersonal entweder manuell ausgelöst werden. Alternativ kann die Bilderfassung automatisch getriggert werden, wenn die Werkzeugmaschine 2 wieder eingeschaltet wird. Auch das zweite Bild wird der Auswerteeinrichtung 8 zugeführt. Eine Speicherung in der Bilddatenspeichervorrichtung 81 ist optional.After work on the machine tool 2 has been completed, the capture of at least a second image with the camera 4 is triggered. The image capture can either be triggered manually by the operating personnel. Alternatively, the image capture can be triggered automatically when the machine tool 2 is switched on again. The second image is also fed to the evaluation device 8. Storage in the image data storage device 81 is optional.

Die Auswerteeinrichtung 8 nimmt nun einen Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes vor. Ein solcher Vergleich kann beispielsweise durch eine Differenzbildung erfolgen. Bildteile, welche identisch im ersten Bild und im zweiten Bild vorhanden sind, verschwinden im Differenzbild. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes durch die Anwendung eines Pixelwertmodels erfolgen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes durch ein künstliches neuronales Netz erfolgen, beispielsweise ein Residual Neural Network. Hierdurch kann die Erkennungsgenauigkeit und der Bedienkomfort erhöht sein, weil einerseits die Qualität des Bildvergleiches erhöht ist und andererseits durch zusätzliches Anlernen des neuronalen Netzes im Betrieb stetig verbessert wird.The evaluation device 8 now compares the first image and the second image. Such a comparison can be carried out, for example, by forming a difference. Parts of the image that are identical in the first image and the second image disappear in the difference image. Alternatively or additionally, the comparison of the first image and the second image can be carried out by using a pixel value model. In some embodiments of the invention, the comparison of the first Image and the second image are done by an artificial neural network, for example a residual neural network. As a result, the recognition accuracy and ease of use can be increased because, on the one hand, the quality of the image comparison is increased and, on the other hand, it is constantly improved during operation through additional training of the neural network.

Ergibt der Vergleich, dass im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 4 keine Gegenstände und Personen vorhanden sind, sodass für die Werkzeugmaschine 2 im Betrieb keine Kollisionsgefahr besteht, läuft die Werkzeugmaschine 2 wieder an. Ergibt sich eine Kollisionsgefahr durch zurückgelassene Gegenstände im Arbeitsbereich, so wird das Wiederanlaufen der Werkzeugmaschine 2 verhindert. In Zweifelsfällen kann die Auswerteeinrichtung 8 dazu eingerichtet sein, das Bedienpersonal auf mögliche Kollisionsgefahren hinzuweisen und eine Bestätigung der sicheren Betriebsaufnahme anzufordern.If the comparison shows that there are no objects or people in the working area of the machine tool 4, so that there is no risk of collision for the machine tool 2 during operation, the machine tool 2 starts up again. If there is a risk of collision due to objects left behind in the work area, the machine tool 2 is prevented from restarting. In cases of doubt, the evaluation device 8 can be set up to point out possible collision risks to the operating personnel and to request confirmation of the safe start of operation.

Es sind Fälle denkbar, in welchen die Werkzeugmaschine 2 während der Einstell-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten bewegt wird, sodass sich die Werkzeugmaschine 2 zum Aufnahmezeitpunkt des zweiten Bildes nicht mehr in derselben Position befindet wie während der Aufnahme des ersten Bildes. In diesem Fall würde die geänderte Position der Werkzeugmaschine 2 als Abweichung erkannt und unter Umständen ein Wiedereinschalten der Werkzeugmaschine 2 verhindert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Sicherheitseinrichtung 1 daher eine Bibliothek 80 mit einer Mehrzahl erster Bilder enthalten, welche unterschiedliche Ruhepositionen der Werkzeugmaschine 2 darstellen. Durch Auswahl eines oder mehrerer erster Bilder aus der Bibliothek für den von der Auswerteeinrichtung 8 durchgeführten Bildvergleich können diese Fälle von solchen Fällen unterschieden werden, in welchen tatsächlich Gegenstände im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 2 verblieben sind. Hierdurch werden Fehlalarme verhindert oder zumindest reduziert.Cases are conceivable in which the machine tool 2 is moved during adjustment, repair or maintenance work, so that the machine tool 2 is no longer in the same position at the time the second image is taken as it was when the first image was taken. In this case, the changed position of the machine tool 2 would be recognized as a deviation and, under certain circumstances, the machine tool 2 would be prevented from being switched on again. In some embodiments of the invention, the safety device 1 can therefore contain a library 80 with a plurality of first images which represent different rest positions of the machine tool 2. By selecting one or more first images from the library for the image comparison carried out by the evaluation device 8, these cases can be distinguished from cases in which objects actually remain in the working area of the machine tool 2. This prevents or at least reduces false alarms.

Anhand der 2 wird ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung näher erläutert. Im ersten Verfahrensschritt 51 erkennt oder erwartet die Sicherheitseinrichtung 1 eine menschliche Interaktion im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 2. Dies kann beispielsweise durch Auslösen einer Lichtschranke, durch Öffnen einer Einhausung oder durch Ausschalten der Werkzeugmaschine 2 erfolgen. Sodann kann durch das Bedienpersonal die erforderliche Wartungs-, Einstell- oder Reparaturarbeit an der Werkzeugmaschine 2 vorgenommen werden.Based on 2 a flowchart of a method for operating a safety device according to one aspect of the invention is explained in more detail. In the first method step 51, the safety device 1 recognizes or expects human interaction in the working area of the machine tool 2. This can be done, for example, by triggering a light barrier, by opening an enclosure or by switching off the machine tool 2. The operating personnel can then carry out the necessary maintenance, adjustment or repair work on the machine tool 2.

Nach Abschluss der Arbeiten wird der Sicherheitseinrichtung im zweiten Verfahrensschritt 52 mitgeteilt, dass die Arbeiten beendet sind. Dies kann die Sicherheitseinrichtung entweder eigenständig detektieren, beispielsweise durch das Schließen der Tür einer Einhausung oder durch Quittieren des Arbeitsendes oder durch Einschalten der Maschine. Hierdurch wird die Aufnahme eines zweiten Bildes durch die Kamera 4 getriggert.After the work has been completed, the safety device is informed in the second method step 52 that the work has been completed. The safety device can either detect this independently, for example by closing the door of an enclosure or by acknowledging the end of work or by switching on the machine. This triggers the recording of a second image by the camera 4.

Im dritten Verfahrensschritt 53vergleicht die Auswerteeinrichtung 8 das zweite Bild nach Beendigung der Arbeiten mit dem im ersten Verfahrensschritt 51 aufgenommenen ersten Bild vor Beginn der Arbeiten. Es wird somit das tatsächliche Aussehen der Werkzeugmaschine 2 und des diese umgebenden Arbeitsbereiches mit dem erwarteten Aussehen verglichen. Das Ergebnis des im dritten Verfahrensschritt 53 durchgeführten Bildvergleiches kann positiv oder negativ sein, d.h. entweder ist der Sollzustand und der Istzustand der Werkzeugmaschine 2 und des Arbeitsbereiches identisch oder innerhalb tolerabler Abweichungen. In diesem Fall wird das Verfahren mit dem sechsten Verfahrensschritt 56 fortgesetzt. Sofern Abweichungen zwischen Soll- und Istzustand oberhalb eines tolerablen Bereiches vorhanden sind, setzt das Verfahren mit dem vierten Verfahrensschritt 54 fort.In the third method step 53, the evaluation device 8 compares the second image after the work has been completed with the first image recorded in the first method step 51 before the work begins. The actual appearance of the machine tool 2 and the work area surrounding it is thus compared with the expected appearance. The result of the image comparison carried out in the third method step 53 can be positive or negative, i.e. either the target state and the actual state of the machine tool 2 and the work area are identical or within tolerable deviations. In this case, the method continues with the sixth method step 56. If there are deviations between the target and actual states above a tolerable range, the method continues with the fourth method step 54.

Im vierten Verfahrensschritt 54 wird das Bedienpersonal der Werkzeugmaschine 2 mit einem optischen oder akustischen Alarm darüber informiert, dass Abweichungen zwischen dem erwarteten Zustand und dem tatsächlichen Zustand der Werkzeugmaschine 2 und des Arbeitsbereiches bestehen. Alternativ oder zusätzlich können die veränderten Bereiche auf einem Bild visualisiert werden, sodass das Bedienpersonal die Fehlersuche in einer kürzeren Zeitspanne durchführen kann.In the fourth method step 54, the operating personnel of the machine tool 2 is informed by a visual or acoustic alarm that there are deviations between the expected state and the actual state of the machine tool 2 and the work area. Alternatively or additionally, the changed areas can be visualized on an image so that the operating personnel can carry out troubleshooting in a shorter period of time.

Der Benutzer kann nun im siebten Verfahrensschritt 57 die Veränderungen akzeptieren und deren Harmlosigkeit quittieren. Sofern der Benutzer erkennt, dass die Veränderungen an der Werkzeugmaschine tatsächlich eine Kollisionsgefahr darstellen, beispielsweise, weil Werkzeuge im Arbeitsbereich vergessen wurden, kann der Benutzer im fünften Verfahrensschritt 55 diese ungewollten Veränderungen des Arbeitsbereiches beheben.The user can now accept the changes in the seventh method step 57 and acknowledge their harmlessness. If the user recognizes that the changes to the machine tool actually represent a risk of collision, for example because tools were forgotten in the work area, the user can correct these unwanted changes to the work area in the fifth method step 55.

Nach dem fünften Verfahrensschritt 55 wird erneut der zweite Verfahrensschritt 52 durchgeführt, indem erneut ein zweites Bild der Werkzeugmaschine 2 und des Arbeitsbereiches erfasst wird. Dieser Istzustand wird im dritten Verfahrensschritt 53 erneut mit dem erwarteten Sollzustand verglichen. Die zweiten bis fünften Verfahrensschritte 52, 53, 54 und 55 laufen so lange ab, bis entweder keine oder nur eine untergeordnete Veränderung von Soll- und Istzustand erkannt wird. Dann fährt das Verfahren mit dem sechsten Verfahrensschritt 56 fort. Alternativ läuft die Schleife des zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschrittes so lange, bis der Benutzer im vierten Verfahrensschritt 54 die Harmlosigkeit der veränderten Bereiche quittiert.After the fifth method step 55, the second method step 52 is carried out again by again capturing a second image of the machine tool 2 and the work area. This actual state is compared again with the expected target state in the third method step 53. The second to fifth method steps 52, 53, 54 and 55 continue until either no change or only a minor change in the target and actual states is detected. Then it works Proceed to the sixth method step 56. Alternatively, the loop of the second, third, fourth and fifth method steps runs until the user acknowledges the harmlessness of the changed areas in the fourth method step 54.

Auf den sechsten Verfahrensschritt 56 bzw. den siebten Verfahrensschritt 57 folgt sodann der achte Verfahrensschritt 58, in welchem die Werkzeugmaschine 2 wieder anläuft bzw. ein vorher unterbrochenes Programm weiter abarbeitet. Das Verfahren kann somit sicherstellen, dass Kollisionen der Werkzeugmaschine 2 mit Gegenständen in deren Arbeitsbereich auch dann vermieden werden, wenn diese Gegenstände bei ausgeschalteter Werkzeugmaschine 2 in den Arbeitsbereich verbracht und dort vergessen werden. Darüber hinaus können auch Personenschäden vermieden werden, welche dadurch entstehen, dass die Werkzeugmaschine 2 während der Wartungs-, Einstell- oder Reparaturarbeiten ungewollt anläuft.The sixth method step 56 or the seventh method step 57 is then followed by the eighth method step 58, in which the machine tool 2 starts up again or continues processing a previously interrupted program. The method can thus ensure that collisions between the machine tool 2 and objects in its work area are avoided even if these objects are brought into the work area when the machine tool 2 is switched off and forgotten there. In addition, personal injury can also be avoided that arises from the machine tool 2 starting unintentionally during maintenance, adjustment or repair work.

Das Verfahren wird nochmals anhand der 3, 4 und 5 näher erläutert. Dabei zeigt 3 beispielhaft ein erstes Bild 61, welches mit der Kamera 4 aufgenommen wurde und die Werkzeugmaschine 2 unmittelbar nach dem Abschalten zeigt.The procedure is repeated using the 3 , 4 and 5 explained in more detail. This shows 3 For example, a first image 61, which was recorded with the camera 4 and shows the machine tool 2 immediately after it was switched off.

4 zeigt ein zweites Bild 62, welches die Werkzeugmaschine 2 nach Beendigung der Wartungs-, Einstell- oder Reparaturarbeiten zeigt. In 4 ist ein zylinderförmiger Gegenstand 7 zu sehen, welcher vom Bedienpersonal nach Beendigung der Arbeiten im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 2 vergessen wurde. Nach dem Stand der Technik könnte ein solcher Gegenstand 7 zu einer Kollision mit der Werkzeugmaschine 2 führen, weil die Werkzeugmaschine 2 nach Schließen der Einhausung und dem Neustart davon ausgeht, dass sich keinerlei Gegenstände in ihrem Verfahrweg befinden. 4 shows a second image 62, which shows the machine tool 2 after completion of the maintenance, adjustment or repair work. In 4 A cylindrical object 7 can be seen, which was forgotten by the operating personnel after completing the work in the working area of the machine tool 2. According to the prior art, such an object 7 could lead to a collision with the machine tool 2 because, after closing the enclosure and restarting, the machine tool 2 assumes that there are no objects in its travel path.

5 zeigt ein Differenzbild 63, welches von der Auswerteeinrichtung 8 durch Vergleich des ersten Bildes 61 und des zweiten Bildes 62 erzeugt wurde. Wie 5 zeigt, werden die identisch in beiden Bildern vorhandenen Teile, somit insbesondere die Werkzeugmaschine 2, ausgeblendet. 5 zeigt somit nur noch den Gegenstand 7, welcher im ersten Bild 61 noch nicht vorhanden war. 5 shows a difference image 63, which was generated by the evaluation device 8 by comparing the first image 61 and the second image 62. How 5 shows, the parts that are identical in both images, in particular the machine tool 2, are hidden. 5 thus only shows object 7, which was not yet present in the first picture 61.

Bei einem völlig leeren Differenzbild 63 würde die Sicherheitseinrichtung 1 die Werkzeugmaschine 2 freigeben, sodass diese wieder in Betrieb gehen kann. Aufgrund der in 5 gezeigten Abweichungen würde die Sicherheitseinrichtung jedoch in die Steuerung bzw. Regelung der Werkzeugmaschine 2 eingreifen und deren Wiederanlaufen verhindern.With a completely empty difference image 63, the safety device 1 would release the machine tool 2 so that it can go back into operation. Due to the in 5 However, in the deviations shown, the safety device would intervene in the control or regulation of the machine tool 2 and prevent it from restarting.

Statt dem in 5 gezeigten Differenzbild 63 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch ein Anomaliescore berechnet oder eine Heatmap angezeigt werden, welche den Grad der Abweichungen zwischen Soll- und Istzustand quantifizieren können.Instead of the in 5 In some embodiments of the invention, an anomaly score can also be calculated or a heat map can be displayed in the difference image 63 shown, which can quantify the degree of deviations between the target and actual states.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the embodiments shown. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the claims and the above description define “first” and “second” embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without establishing a ranking.

Claims

Safety device (1) for monitoring the restart of a machine tool (2), containing at least one machine tool (2); at least one camera (4), which is set up to capture at least part of the machine tool (2) and/or its working area; at least one image data storage device (81) in which images from the camera (4) can be stored at least temporarily; at least one evaluation device (8) which is set up to read out images from the image data storage device (81) and to carry out a comparison between at least one first image (61) with a first recording time and at least one second image (62) with a second recording time.

Safety device after Claim 1 , characterized in that the evaluation device (8) is set up to determine an anomaly score from the comparison and, if a predeterminable limit value of the anomaly score is exceeded, to prevent the machine tool (2) from restarting and/or to issue an optical and/or acoustic alarm and /or to visualize the location of the anomaly or that the evaluation device (8) is set up to determine an anomaly score from the comparison and to enable the restart of the machine tool (2) when the anomaly score falls below a predeterminable first limit value, and when a predeterminable second limit value is exceeded of the anomaly score to prevent the machine tool (2) from restarting and in the event of an anomaly score between the first and to issue a visual and/or acoustic alarm at the second limit value and/or to visualize the location of the anomaly.

Safety device after Claim 1 or 2 , further contain at least one trigger device (3), which is set up to trigger the recording and/or storage of the first image (61) and/or the second image (62).

Safety device after Claim 3 , characterized in that the trigger device (3) is selected from a light barrier and/or a door contact and/or a trigger switch.

Safety device according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the evaluation device (8) is set up to carry out image processing of the first image (61) and / or the second image (62) before the comparison or that the evaluation device (8) is set up to carry out an image processing before the comparison Apply contrast improvement and/or an edge filter and/or a color filter to the first image (61) and/or the second image (62) or that the evaluation device (8) is set up to mask the first image (61) before the comparison ) and/or the second image (62).

Safety device according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the evaluation device (8) is set up to carry out a difference between the image data when comparing the first image (61) and the second image (62) and / or that the evaluation device (8) is set up to do this when comparing the first image (61) and the second image (62) to apply a pixel value model and/or that the evaluation device (8) is set up to use an artificial neural network when comparing the first image (61) and the second image (62) and /or that the evaluation device (8) is set up to use a residual neural network when comparing the first image (61) and the second image (62).

Safety device according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the evaluation device (8) further contains a library (80) with a plurality of first images (61).

Method for operating a safety device (1) for monitoring the restart of a machine tool (2), comprising the following steps: Capturing a first image (61), which shows at least part of the machine tool (2) and/or its working area, at a first recording time with at least one camera (4); at least temporarily storing the first image (61) in at least one image data storage device (81); Capturing a second image (62), which shows at least part of the machine tool (2) and/or its surroundings, at a second recording time with the camera (4); Reading out the first image (61) from the image data storage device (81) and Comparing the first image (61) and the second image (62).

Procedure according to Claim 8 , characterized in that an anomaly score is determined from the comparison of the first image (61) and the second image (62) and, if a predeterminable limit value of the anomaly score is exceeded, the machine tool () is prevented from restarting and/or an optical and/or an acoustic one An alarm is issued and/or the location of the anomaly is visualized or that an anomaly score is determined from the comparison of the first image (61) and the second image (62) and if the anomaly score falls below a predeterminable first limit value, the restart of the machine tool (2) is enabled if a predeterminable second limit value of the anomaly score is exceeded, the restart of the machine tool (2) is prevented and if an anomaly score is between the first and the second limit value, an optical and/or an acoustic alarm is issued and/or the location of the anomaly is visualized.

Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that the recording and/or storage of the first image and/or the second image is triggered with at least one trigger device (3).

Procedure according to Claim 10 , characterized in that the trigger device (3) is selected from a light barrier and/or a door contact and/or a trigger switch.

Procedure according to one of the Claims 8 until 11 , characterized in that image processing of the first image (61) and/or the second image (62) is carried out before the comparison or that a contrast improvement and/or edge detection and/or a color filter are applied to the first image (61) before the comparison ) and/or the second image (62) is applied or that masking is applied to the image before the comparison first image (61) and/or the second image (62) is applied or that before the comparison a masking is applied to the first image (61) and/or the second image (62) using static or dynamic object recognition or using a CAD model ) is applied.

Procedure according to one of the Claims 8 until 12 , characterized in that when comparing the first image (61) and the second image (62), a difference is formed between the image data and/or that a pixel value model is applied when comparing the first image (61) and the second image (62) and /or that an artificial neural network is used when comparing the first image (61) and the second image (62) and/or that a residual neural network is used when comparing the first image (61) and the second image (62).

Procedure according to one of the Claims 8 until 13 , characterized in that a library (80) with a plurality of first images (61) is present, one or more first images (61) being selected from the library (80) for comparison with the second image (62).