DE19946476A1

DE19946476A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Schutzbereichs

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Publication number: DE19946476A1
Application number: DE19946476A
Authority: DE
Inventors: Otto Goernemann
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-03-29
Also published as: DE50011954D1; EP1089030B1; EP1089030A3; ATE314607T1; EP1089030A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Überwachen eines Schutzbereichs beschrieben, bei dem zumindest ein Lichtsignal durch den Schutzbereich hindurch in Richtung eines den Schutzbereich zumindest bereichsweise begrenzenden Begrenzungselement ausgesandt wird. Das Lichtsignal wird von dem Begrenzungselement zu einem Lichtempfänger reflektiert oder remittiert und die Lichtlaufzeit vom Aussenden bis zum Empfangen des Lichtsignals wird ermittelt, wobei ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit von einer vorbestimmten Maximal-Lichtlaufzeit zumindest um einen vorgegebenen Schwellenwert abweicht. Die ermittelte Lichtlaufzeit wird mit zumindest einer weiteren, von der Maximal-Lichtlaufzeit verschiedenen, zulässigen Lichtlaufzeit verglichen und es wird kein Unterbrechungssignal erzeugt, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die zulässige Lichtlaufzeit liegt. Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung beschrieben.

Description

Es wird ein Verfahren zum Überwachen eines Schutzbereichs beschrie ben, bei dem zumindest ein Lichtsignal durch den Schutzbereich hin durch in Richtung eines den Schutzbereich zumindest bereichsweise be grenzenden Begrenzungselements ausgesandt wird, das Lichtsignal von dem Begrenzungselement zu einem Lichtempfänger reflektiert oder remit tiert wird, die Lichtlaufzeit vom Ausender bis zum Empfangen des Lichtsig nals ermittelt wird und ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit von einer vorbestimmten Maximal-Lichtlaufzeit zumindest um einen vorgegebenen Schwellenwert abweicht. Weiterhin ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Ver fahrens gerichtet.

Solche Verfahren werden beispielsweise bei berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen, insbesondere in Form von mehrstrahligen Lichtgit tern oder Lichtvorhängen, und/oder bei optoelektronischen Sensoren zum Erkennen und Klassifizieren von Objekten verwendet. Dazu können ein oder mehrere Sender und Empfänger in einem gemeinsamen Gehäuse an geordnet sein, das auf der einen Seite des Schutzbereichs angeordnet ist, während auf der anderen Seite des Schutzbereichs ein Begrenzungsele ment zum Reflektieren oder Remittieren des von den Sendern ausgesand ten Lichtsignals auf den jeweiligen Empfänger ausgebildet ist.

Der Abstand zwischen den Sender-Empfänger-Paaren auf der einen Seite und dem jeweiligen reflektierenden Begrenzungselement auf der anderen Seite ist bekannt, so daß dieser Abstand bzw. die entsprechende Licht laufzeit dem System eingelernt werden kann.

Dringt ein Objekt in den Schutzbereich ein, so daß zumindest einer der ausgesandten Lichtstrahlen unterbrochen wird, ändert sich die ermittelte Lichtlaufzeit des entsprechenden Lichtsignals, so daß ein Unterbre chungssignal erzeugt wird, das je nach Anwendung eine gewünschte Fol geaktion auslöst. Dies kann beispielsweise ein Stillsetzen einer zu über wachenden Maschinen, ein Abgeben eines Alarmsignals, eine Meß wertausgabe oder auch eine Meßwertspeicherung sein.

Bei bestimmten Anwendungen ist es wünschenswert, daß vordefinierte Objekte den Schutzbereich passieren können, ohne daß ein Unterbre chungssignal erzeugt wird. So soll beispielsweise das Durchqueren des Schutzbereichs von definierten Objekten, beispielsweise auf einem För derband, kein Unterbrechungssignal auslösen, während das Durch schreiten des Schutzbereichs durch eine Person seitlich des Objekts oder auch auf dem Förderband ein entsprechende Unterbrechungssignal aus lösen soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art so auszubilden, daß in den Schutzbereich eindrin gende vordefinierte Objekte automatisch erkannt werden, so daß in die sem Fall ein Erzeugen eines Unterbrechungssignals unterbleibt. Gleich zeitig muß jedoch beim Eindringen von nicht definierten Objekten in den Schutzbereich das Erzeugen des Unterbrechungssignals weiter gewährleis tet sein.

Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ermittelte Lichtlaufzeit mit zumindest einer weiteren, von der Maximal-Lichtlaufzeit verschiede nen, zulässigen Lichtlaufzeit verglichen wird und kein Unterbrechungs signal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit innerhalb eines vor gegeben Toleranzbereichs um die zulässige Lichtlaufzeit liegt. Eine erfin dungsgemäß ausgebildete Vorrichtung umfaßt eine Auswerteeinheit, die zum Vergleichen der ermittelten Lichtlaufzeit mit zumindest einer weite ren, von der Maximal-Lichtlaufzeit verschiedenen, zulässigen Lichtlaufzeit ausgebildet ist, die kein Unterbrechungssignal erzeugt, wenn die ermit telte Lichtlaufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die zulässige Lichtlaufzeit liegt.

Erfindungsgemäß werden somit charakteristische Konturen der zulässigen Objekte eingelernt, indem entsprechende Lichtlaufzeiten, die sich beim Reflektieren der ausgesandten Lichtsignale an dem jeweiligen Objekt erge ben, in das System eingelernt werden. Tritt ein Objekt in den Schutzbe reich ein, so wird vor Erzeugen des Unterbrechungssignals die aufgrund der Reflexion des ausgesandten Lichtsignals an der Objektoberfläche er mittelte Lichtlaufzeit mit der eingelernten zulässigen Lichtlaufzeit vergli chen und es wird kein Unterbrechungssignal erzeugt, falls die ermittelte Lichtlaufzeit mit der zulässigen Lichtlaufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs übereinstimmt.

Je nach der Form der zulässigen Objekte können dabei mehrere zulässige Lichtlaufzeiten abgespeichert sein, die insbesondere bei der Verwendung von mehreren Lichtstrahlen abhängig vom Auftreffort der Lichtstrahlen unterschiedlich sein können.

Tritt hingegen ein nicht definiertes Objekt in den Schutzbereich ein oder ist ein zulässiges Objekt nicht korrekt positioniert, so stimmt die ermit telte Lichtlaufzeit weder mit der Maximal-Lichtlaufzeit noch mit der zuläs sigen Lichtlaufzeit überein, so daß in diesem Fall ein Unterbrechungs signal erzeugt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Licht laufzeit des Lichtsignals kontinuierlich oder in vorgegebenen, insbesonde re periodischen Zeitabständen ermittelt. Auf dieser Weise wird die gesamte Kontur eines sich durch den Schutzbereich hindurch bewegenden Objektes in Bewegungsrichtung abgetastet, so daß Abweichungen von der zulässigen Objektkontur sofort erkannt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die jeweils er mittelten Lichtlaufzeit automatisch mit der weiteren Lichtlaufzeit vergli chen, wenn eine Überschreitung des Schwellenwertes festgestellt wird. Ei ne solchen Vorgehensweise ist beispielsweise dann möglich, wenn das Umschalten auf den Vergleich mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit noch innerhalb einer maximal zulässigen Ansprechzeit möglich ist. In die sem Fall wird somit unmittelbar durch das Eintreten eines Objekts in den Schutzbereich die Umschaltung von der Überprüfung auf die Maximal- Lichtlaufzeit zu der Überprüfung auf die weitere zulässige Lichtlaufzeit vorgenommen.

Insbesondere wird dabei die jeweils ermittelte Lichtlaufzeit solange mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit verglichen, bis eine Überschreitung des Toleranzbereichs festgestellt wird. Eine solche Überschreitung des Tole ranzbereichs kann entweder bedeuten, daß die Kontur des erfaßten Ob jektes nicht mehr mit der zulässigen Kontur übereinstimmt, oder daß das Objekt den Schutzbereich wieder verlassen hat. Um eine entsprechende Unterscheidung treffen zu können, wird nach diese Überschreitung des Toleranzbereichs die ermittelte Lichtlaufzeit wiederum mit der Maximal- Lichtlaufzeit verglichen, wobei ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit weiterhin von der Maximal-Lichtlaufzeit um einen vorgegeben Schwellenwert abweicht.

Grundsätzlich wird in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Unterbrechungssignal erzeugt, wenn innerhalb eines vorgegeben Zeitinter valls weder das Unterschreiten des Schwellenwertes noch das Einhalten des Toleranzbereichs festgestellt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Vergleich der er mittelten Lichtlaufzeit mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit durch ein externes Startsignal ausgelöst. Dabei kann das Startsignal durch ein zu erkennendes Objekt erzeugt werden, unmittelbar bevor dieses in den Schutzbereich eindringt.

Diese Variante ist dann sinnvoll, wenn ein Umschalten der für den Ver gleich der Lichtlaufzeiten abgespeicherten Referenzwerte (Maximal-Licht laufzeit, weitere zulässige Lichtlaufzeiten) beispielsweise aufgrund einer speziellen Kontur des Objektes innerhalb einer maximalen zulässigen An sprechzeit nicht möglich ist. In diesem Fall wird die Umschaltung auf den Vergleich der ermittelten Lichtlaufzeit mit der weiteren zulässigen Licht laufzeit beispielsweise durch einen an dem System anschließbaren Hilfssensor initialisiert, durch den das externe Startsignal erzeugt wird.

Hierbei kann es sich beispielsweise um eine einfache Lichtschranke han deln, die unmittelbar vor der beispielsweise als Lichtgitter ausgebildeten Vorrichtung angeordnet ist. Idealerweise wird dann, wenn die Erfindung für den Unfallschutz verwendet wird, ein Hilfssensor gewählt, der zulässig in den Gefahrenbereich eindringende Objekte von unzulässigen Objekten, insbesondere Personen, unterscheiden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß zwei oder mehrere Hilfssensoren in Trans portrichtung so weit auseinander angeordnet werden, daß ein zulässiges Objekt mit ausreichender Länge von beiden Hilfssensoren gleichzeitig er faßt wird, während z. B. eine Person jeweils nur von einem Hilfssensor er faßt werden kann. Eine UND-Verknüpfung der Ausgangssignale der Hilfssensoren liefert somit nur dann eine logische 1, wenn ein zulässiges Objekt in den Überwachungsbereich eindringt.

Weiterhin ist es möglich, als Hilfssensoren auf beiden Seiten der Trans portstrecke Lichttaster mit begrenzter Reichweite vorzusehen, so daß nur Objekte mit einer bestimmten Breite als zulässige Objekte erkannt wer den.

Die Unterscheidung von zulässigen und nicht zulässigen Objekten kann gegebenenfalls auch durch Ausbildung der Hilfssensoren als beispielswei se induktive Näherungsschalter erfolgen, durch die zulässige metallische Objekte, nicht jedoch z. B. Personen erkannt werden.

Entsprechend kann von dem Vergleich der ermittelten Lichtlaufzeit mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit auf den Vergleich mit der Maximal- Lichtlaufzeit aufgrund eines externes Stoppsignals umgeschaltet werden. Dabei kann das Stoppsignal durch ein zu erkennendes Objekt erzeugt werden, unmittelbar nachdem dieses den Schutzbereich verlassen hat oder unmittelbar bevor es den Schutzbereich verläßt.

Hierzu kann entweder der gleiche oder ein entsprechender Hilfssensor verwendet werden, beispielsweise in Form einer Lichtschranke, der un mittelbar vor oder hinter der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist und das Stoppsignal abgibt, wenn das abgetastete Objekt vollständig durch den Schutzbereich und die Lichtschranke hindurchgetreten ist.

Während das Startsignal somit beim Eintreten der vorderen Kanten des zu erfassenden Objektes in den Schutzbereich erzeugt wird, wird das Stopp signal beim Austreten des Objektes aus dem Schutzbereich erzeugt.

Eine solche Funktionalität kann beispielsweise durch eine logische UND- Verknüpfung der Ausgangssignale der Hilfssensoren erreicht werden.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn mehrere, insbesondere ein Lichtgit ter bildende Lichtsignale verwendet werden, da bei einer größeren Anzahl von Lichtsignalen die Dichte des Lichtgitters sowie die Sicherheit einer entsprechenden Vorrichtung erhöht und damit der für die Sicherheitswir kung notwendige Sicherheitsabstand verringert werden kann. Weiterhin können in diesem Fall auch komplexe Konturen von Objekten erfaßt wer den.

Grundsätzlich ist es auch möglich, abhängig von der Bewegungsge schwindigkeit des Objektes die eingelernten zulässigen Lichtlaufzeiten zu variieren, um auf diese Weise auch Objekte als zulässig erkennen zu kön nen, deren seitliche Kontur zumindest bereichsweise schräg zur Bewe gungsrichtung der Objekts beim Durchlaufen des Schutzbereichs verläuft. Der Anfangswert der jeweiligen zulässigen Lichtlaufzeit kann dabei entwe der durch das Eintreten des Objekts in den Schutzbereich oder, wie be reits beschrieben, durch ein externes Startsignal getriggert werden.

Grundsätzlich ist es möglich, daß kein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn zumindest für einen Teil der Lichtsignale die ermittelte Licht laufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um eine jeweils zulässige Lichtlaufzeit liegt. Je nach zu erkennenden Objekten kann es beispielsweise ausreichend sein, daß beim einem Lichtgitter lediglich die beiden äußersten Strahlen auf zulässige Lichtlaufzeiten überprüft werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Lichtsignale aus unterschiedlichen Richtungen, insbesondere aus ge genüberliegenden Richtungen durch den Schutzbereich hindurch gesandt. Dies hat den Vorteil, daß beim Eindringen eines Objekts in den Schutzbe reich auf beiden Seiten des Objekts ein aktives Schutzfeld erhalten bleibt. Seitlich des zulässigen Objekts in den Schutzbereich eindringende nicht zulässige Objekte werden somit in allen Fällen sicher erfaßt.

Um eine große Breite des Schutzbereichs realisieren zu können, können die Begrenzungselemente als Reflektoren ausgebildet sein. Auf diese Weise können Schutzbereichsbreiten von sechs Metern und mehr erreicht wer den.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend eines Ausführungsbeispiels unter Bezug nahme auf die Zeichnung näher erläutert; in diesen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vor richtung mit einem zulässigen Objekt,

Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung mit einer Per son im Schutzbereich,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzbereichs 1, dessen Breite mit L1 bezeichnet ist.

Der Schutzbereich 1 wird auf einer Seite durch eine Sensoreinheit 2 und auf der anderen Seite durch ein Begrenzungselement 3 begrenzt.

Die Sensoreinheit 2 besteht aus einem Gehäuse 4, in dem schematisch angedeutete Sender 5 und Empfänger 6 angeordnet sind, wobei durch die Sender 5 gemäß Pfeilen 7 Lichtsignale in den Schutzbereich ausgesandt werden. Diese Lichtsignale 7 treffen im Falle eines freien Schutzbereichs 1 auf das Begrenzungselement 3, wie es durch die gestrichelten Linien 8 an gedeutet ist, und werden an dem Begrenzungselement 3 so reflektiert bzw. remittiert, daß die zurücklaufenden, durch Pfeile 9 dargestellten Lichtsig nale von den Empfängern 6 empfangen werden. Dies kann, wie Fig. 1 dargestellt, insbesondere im Autokollimationsverfahren erfolgen.

Durch die Verwendung von pulsförmigen Lichtsignalen kann die vom Aus senden der Lichtsignale bis zum Empfangen der Lichtsignale verstrichene Lichtlaufzeit ermittelt werden, die repräsentativ für den Abstand L1, d. h. die Breite des Schutzbereichs 1 ist (da die ermittelte Lichtlaufzeit die Zeit ist, die das ausgesandte Licht für das Zurücklegen des Weges 2 × L1 be nötigt).

An der Sensoreinheit 2 ist eine Signaleinrichtung 10 angeschlossen, die in Form einer Warnleuchte ausgebildet ist und beispielsweise den geänder ten Arbeitszustand der Schutzeinrichtung beim Eindringen zulässiger Objekte und/oder ein Alarmsignal beim Eindringen unzulässiger Objekte anzeigt, und zusätzlich besitzt die Sensoreinheit 2 einen weiteren Ausgang 11, der über eine Steuerleitung 12 beispielsweise mit einer nicht darge stellten Maschinensteuerung für eine durch die Schutzeinrichtung abgesi cherte Maschine 22 (Fig. 4) verbunden ist.

In Fig. 1 ist in dem Schutzbereich ein Objekt 13 angeordnet, das im vor liegendem Beispiel aus einer Palette 14 mit darauf angeordneten kisten förmigen Elementen 15 besteht.

Das Objekt 13 wird beispielsweise durch eine Förderband 21 (Fig. 4) durch den Schutzbereich 1 hindurch bewegt, wobei der freie Abstand zwi schen der Sensoreinheit 2 und der der Sensoreinheit 2 zugeordneten Sei tenkante des Objekts 13 mit L2 bezeichnet ist.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1, wobei anstelle des Objekts 13 eine Person 16 im Schutzbereich vorhanden ist.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfah ren näher dargelegt:
Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung wird zunächst auf die Breite L1 des Schutzbereichs 1 justiert. Dazu werden die Lichtsignale 7 ohne Objekt im Schutzbereich 1 in Richtung des Begrenzungselements 3 ausgesandt und nach Empfang der reflektierten Lichtsignale 9 die Lichtlaufzeit ermit telt und als Maximal-Lichtlaufzeit im System gespeichert.

Anschließend wird ein zulässiges Objekt, beispielsweise das Objekt 13, in eine Position in den Schutzbereich 1 gebracht, die als zulässige Position erkannt werden soll, d. h. bei einem Eintreten eines Objekts 13 in den Schutzbereich 1 an die entsprechende zulässige Position im Abstand L2 von der Sensoreinheit 2 soll kein Unterbrechungssignal erzeugt und damit die Alarmeinrichtung 10 sowie die angeschlossene Maschinensteuerung nicht angesteuert werden.

Ist das Objekt 1 in der in Fig. 1 dargestellten, zulässigen Position inner halb des Schutzbereichs 1 angeordnet, so wird die Lichtlaufzeit ermittelt, die die ausgesandten Lichtsignale 7 benötigen, um den Abstand L2 zu rückzulegen, an der Seitenwand des Objekts 13 reflektiert zu werden und anschließend von den Sendern 6 wieder empfangen zu werden. Die ermit telte Lichtlaufzeit wird als weitere zulässige Lichtlaufzeit, zusätzlich zu der Maximal-Lichtlaufzeit, im System abgespeichert.

Dabei können die weiteren zulässigen Lichtlaufzeiten für die unterschied lichen Sender/Empfänger-Paare auch unterschiedlich sein, wenn dies durch die Form des zulässigen Objekts erforderlich sein sollte. Weiterhin ist es auch möglich, daß bei Objekten mit in Bewegungsrichtung schräg verlaufende Seitenwänden für die jeweiligen Sender/Empfänger-Paare unterschiedliche zulässige Lichtlaufzeiten, insbesondere ganze Lichtlauf zeitverläufe abgespeichert werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, daß sowohl die Maximal-Lichtlaufzeit als auch die weiteren zulässigen Lichtlaufzeiten nicht durch ein Lernver fahren in das System eingelernt, sondern in diesem bereits vordefiniert sind oder aufgrund von Berechnungen eingegeben werden können. In die sem Fall werden die Begrenzungselemente 3 sowie die Objekte 13 den vor gegebenen Lichtlaufzeiten entsprechend positioniert.

Nachdem das System vor Inbetriebnahme auf die beschriebene Weise jus tiert wurde, werden zulässige Objekte 13, die im zulässigen Abstand L2 in den Schutzbereich eindringen, erkannt, so daß kein Alarm oder Stopp befehl ausgelöst wird. Beim Betrieb der Schutzeinrichtung wird kontinu ierlich oder in diskreten Zeitabständen die Lichtlaufzeit der ausgesandten und reflektierten Lichtsignale 7, 9 ermittelt. Solange die ermittelte Licht laufzeit von der Maximal-Lichtlaufzeit nicht um einen vorgegeben Schwel lenwert abweicht, erkennt das System, daß kein Objekt 13 im Schutzbe reich 1 angeordnet ist.

Tritt ein Objekt 13 in den Schutzbereich 1 ein, so erreichen die ausge sandten Lichtsignale 7 nicht mehr das Begrenzungselement 3, sondern werden bereits an dem Objekt 13 reflektiert. In diesem Fall ist die ermit telte Lichtlaufzeit deutlich kürzer als die Maximal-Lichtlaufzeit, so daß sie von der Maximal-Lichtlaufzeit um mehr als den vorgegebenen Schwellen wert abweicht. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in diesem Fall vor Auslösen eines Alarms oder Stoppbefehls geprüft, ob diese kürzere ermittelte Lichtlaufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die bzw. eine der weiteren zulässigen Lichtlaufzeiten liegt, wie sie in Fig. 1 beispielsweise dem Abstand L2 entspricht.

Ist dies der Fall, so wird das Objekt 13 als zulässiges Objekt erkannt und kein Unterbrechungssignal erzeugt und damit weder ein Alarmsignal durch die Alarmeinrichtung 10 noch ein Abschaltsignal über die Steuer leitung 12 generiert.

Solange beim Transport des Objekts 13 durch den Schutzbereich 1 die ermittelten Lichtlaufzeiten innerhalb des vorgegeben Toleranzbereichs um die zulässige Lichtlaufzeit liegen, wird in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich die jeweils ermittelte Lichtlaufzeit mit der zulässigen Licht laufzeit verglichen.

Tritt das Objekt 13 wieder aus dem Schutzbereich 1 aus, so liegt die im nächsten Meßzeitpunkt ermittelte Lichtlaufzeit nicht mehr innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs um die zulässige Lichtlaufzeit, so daß das Austreten des Objekts 13 aus dem Schutzbereich von dem System er kannt wird. In diesem Fall wird vor Erzeugen eines Unterbrechungssignals geprüft, ob die ermittelte Lichtlaufzeit nun wiederum der Maximal- Lichtlaufzeit bzw. einer sonstigen weiteren zulässigen Lichtlaufzeit ent spricht, und nur wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Unterbrechungs signal erzeugt, durch das die Alarmeinrichtung 10 angesteuert sowie über die Steuerleitung 12 die Maschinensteuerung zum Stillsetzen der durch die Schutzeinrichtung abgesicherten Maschine 22 ausgelöst wird.

Als Kriterium für das Erzeugen eines Unterbrechungssignals kann bei spielsweise überprüft werden, ob innerhalb eines vorgegebenen Zeitinter valls weder die Maximal-Lichtlaufzeit noch eine sonstige zulässige Licht laufzeit, jeweils mit entsprechenden Toleranzwerten ermittelt wird.

Ein solcher Fall tritt beispielsweise bei der Konstellation gemäß Fig. 2 auf.

In dieser Konstellation ist eine Person 16 in den Schutzbereich 1 einge drungen, so daß die ausgesandten Lichtsignale 7 nicht mehr bis zu dem Begrenzungselement 3 gelangen, sondern an der Person 16 in Abständen L3 und L4 remittiert werden.

Da die in diesem Fall ermittelten Lichtlaufzeiten weder der Maximal- Lichtlaufzeit, entsprechend dem Abstand L1, noch der dem Abstand L2 entsprechenden zulässigen Lichtlaufzeit entsprechen, wird in diesem Fall das Unterbrechungssignal erzeugt und über die Alarmeinrichtung ein Alarm ausgelöst sowie über die Steuerleitung 12 ein Abschaltsignal an die Maschinensteuerung abgegeben.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß zusätz lich zu der Sensoreinheit 2 Hilfssensoren 17, 18 vorgesehen sind, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich, bezüglich der Transportrichtung des Objekts 13 vor bzw. hinter dem Schutzbereich 1 angeordnet sind. Dabei können die Hilfssensoren 17, 18, wie in Fig. 3 dargestellt, an unterschiedlichen Seiten des Schutzbereichs 1 oder, wie in Fig. 4 dargestellt, auf der gleichen Seite des Schutzbereichs 1 angeordnet sein. Die jeweils vor bzw. hinter dem Schutzbereich 1 angeordneten Hilfssensoren 17, 18 können jeweils red undant, d. h. zwei- oder mehrfach vorhanden sein, wobei jeweils die Aus gangssignale der vor dem Schutzbereich angeordneten Hilfssensoren 17 bzw. der hinter dem Schutzbereich angeordneten Hilfssensoren 18 mitein ander UND-verknüpft sind.

Die Hilfssensoren 17, 18 sind über Leitungen 19, 20 mit der Sensoreinheit 2 verbunden, wobei über die Leitungen 19, 20 Start- und Stoppsignale an die Sensoreinheit abgegeben werden können.

Während beider Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 das Umschal ten der Vergleichswerte der Lichtlaufzeit von der Maximal-Lichtlaufzeit auf die weitere zulässige Lichtlaufzeit automatisch durch das Eindringen des Objekts 13 in den Schutzbereich 1 erfolgt, ist die Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 insbesondere dann sinnvoll, wenn beispielsweise auf grund der Kontur des Objektes 13 dieses Umschalten innerhalb einer ma ximal zulässigen Ansprechzeit nicht möglich ist.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 wird das Um schalten nicht durch das Eindringen des Objekts 13 in den Schutzbereich 1, sondern durch ein von dem Hilfssensor 17 abgegebenes Startsignal ini tiiert. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, wird das Objekt 13 kurz vor seinem Eintreten in den Schutzbereich 1 von dem Hilfssensor 17, der beispiels weise als Lichtschranke oder als sonstige geeignete Erfassungseinheit ausgebildet sein kann, erfaßt, woraufhin ein entsprechendes Startsignal über die Leitung 19 zu der Sensoreinheit 2 abgegeben wird. Aufgrund die ses Startsignals wird beim nächsten Abtastvorgang anstelle der Maximal- Lichtlaufzeit die weitere zulässige Lichtlaufzeit für den Vergleich mit der ermittelten Lichtlaufzeit verwendet, so daß bereits beim Eintreten der vor deren Kante des Objekts 13 in den Schutzbereich 1 die korrekte zulässige Lichtlaufzeit als Vergleichswert verwendet wird.

Entsprechend wird nach Austreten des Objekts 13 aus dem Schutzbereich 1 von dem Hilfssensor 18 ein Stoppsignal erzeugt, wenn die hintere Kante des Objekts 13 den Erfassungsbereichs des Hilfssensors 18 verlassen hat. Dieses Stoppsignal wird über die Leitung 20 an die Sensoreinheit 2 wei tergeleitet, woraufhin diese wieder auf die Maximal-Lichtlaufzeit als Ver gleichswert umschaltet. Der Hilfssensor 18 ist dabei üblicherweise sehr dicht unmittelbar hinter dem Schutzbereich 1 angeordnet.

Prinzipiell können die Hilfssensoren 17, 18 auf unterschiedliche Arten eingesetzt werden. Es ist beispielsweise möglich, daß die Hilfssensoren 17, 18 zur Initiierung des Automutings, d. h. des automatischen Umschaltens von der Maximal-Lichtlaufzeit auf die weitere zulässige Lichtlaufzeit, ver wendet werden. Diese Umschaltung erfolgt dann, wenn zumindest einer der Hilfssensoren 17, 18 ein zulässiges Objekt erkennt, d. h. die Ausgänge der Hilfssensoren 17, 18 sind beispielsweise ODER-verknüpft. Tritt das Objekt aus dem Erfassungsbereich des Hilfssensors 17 aus und wird das Objekt nicht von dem zweiten Hilfssensor 18 erkannt, so wird wieder auf den Vergleich mit der Maximal-Lichtlaufzeit umgeschaltet. Durch diese Initiierung wird die Ansprechzeit der Schutzeinrichtung verbessert.

Weiterhin ist es möglich, das Automuting nur dann zu aktivieren und auf rechtzuerhalten, wenn zumindest einer der Hilfssensoren 17, 18 ein zu lässiges Objekt erkennt und von der Sensoreinheit 2 anstelle der Maximal- Lichtlaufzeit die weitere zulässige Lichtlaufzeit ermittelt wird. Wenn das Objekt den Erfassungsbereich des Hilfssensors 17 verläßt und von dem zweiten Hilfssensor 18 nicht erkannt wird, so wird wieder auf den Ver gleich mit der Maximal-Lichtlaufzeit umgeschaltet. Auch wenn die Sen soreinheit 2 nicht mehr die weitere zulässige Lichtlaufzeit ermittelt wird automatisch auf den Vergleich mit der Maximal-Lichtlaufzeit umgeschal tet. Durch diese Variante kann die Sicherheit einer erfindungsgemäßen Anlage weiter verbessert werden.

Darüber hinaus ist es auch denkbar, eine Verbesserung der Ansprechzeit durch folgende Verwendung eines Hilfssensors zu erreichen. Grundsätz lich läßt sich die Ansprechzeit der Schutzvorrichtung angeben durch

T_v = (n × T_m) + T_a,

wobei T_v die Gesamtansprechzeit der Vorrichtung, n die Anzahl der Licht laufzeitmessungen eines Strahles, die zur Auswertung herangezogen wer den, T_m die Ansprechzeit oder Meßzeit einer Lichtlaufzeitmessung und T_a die Ansprechzeit der Auswertung der Ergebnisse der Lichtlaufzeitmessung darstellen.

Die Ansprechzeit der Auswertung kann dabei definiert werden als

T_a = T_aa + T_v1 + T_v2,

wobei mit T_a die Ansprechzeit der Auswertung der Ergebnisse der Lichtlauf zeitmessungen, T_aa die allgemeine Ansprechzeit der Auswertungen, T_v1 die Ansprechzeit für den Vergleich mit der Maximal-Lichtlaufzeit und T_v2 die Ansprechzeit für den Vergleich mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit darstellen.

Um einen zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung zu gewährleisten, muß es möglich sein, störende Einwirkungen auf die Lichtlaufzeitmessungen, wie z. B. Insekten, Staub, Späne, gegenseitige Beeinflussung von Systemen usw. entgegenzuwirken. Eine mögliche Maßnahme hierzu ist die Verwen dung von Mehrfachmessungen zur Erzeugung eines zuverlässigen Meßer gebnisses. Je mehr Lichtlaufzeitmessungen zur Erzeugung der Auswer tung herangezogen werden, desto höher ist die Zuverlässigkeit des Meßer gebnisses, desto höher wird allerdings auch die Gesamtansprechzeit der Vorrichtung. Die Anzahl der Lichtlaufzeitmessungen, die jeweils zu einer Auswertung führen, kann in der Vorrichtung einstellbar sein.

Grundsätzlich ist es möglich, daß erfindungsgemäß die gemessene Licht laufzeit ständig mit der Maximal-Lichtlaufzeit und mit der weiteren zuläs sigen Lichtlaufzeit verglichen wird. In diesem Fall kann in Verbindung mit der für die eingestellte Anzahl der auszuwertenden Lichtlaufzeitmessun gen notwendige Zeit, die Gesamtansprechzeit der Vorrichtung, eine Größe erreichen, die insbesondere bei sicherheitskritischen Anforderungen nicht mehr zulässig ist. Um die Ansprechzeit der Vorrichtung in solchen Fällen zu verbessern, können die Hilfssensoren 17, 18 wie folgt eingesetzt wer den:

a) Das Signal der Hilfssensoren bewirkt eine Umschaltung der Anzahl der Lichtlaufzeitmessungen, die zu einer Auswertung führen, von dem eingestellten Wert auf einen vorgegebenen Mindestwert. Dies führt zu einer Verringerung der Gesamtansprechzeit der Vorrich tung.
b) Das Signal der Hilfssensoren bewirkt das Umschalten der Ver gleichswerte der Lichtlaufzeit von der Maximal-Lichtlaufzeit auf die weitere zulässige Lichtlaufzeit. Hierdurch wird der Vergleich zwi schen gemessener Lichtlaufzeit und Maximal-Lichtlaufzeit nicht ausgeführt und damit eine Verringerung der Gesamtlichtlaufzeit der Vorrichtung um die Zeit T_v1 erreicht.

Dies Kriterien können jeweils separat oder in Kombination miteinander verwendet werden.

Es ist grundsätzlich auch denkbar, daß der Hilfssensor 17 sowohl das Start- als auch das Stoppsignal erzeugt, so daß in diesem Falle auf den Hilfssensor 18 verzichtet werden kann.

Während die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 bis 4 lediglich ein seitige Schutzeinrichtungen zeigen, ist die Ausführungsform gemäß Fig. 5 als zweiseitige Schutzeinrichtung ausgebildet.

Dazu ist jeweils auf beiden Seiten des Schutzbereichs eine Sensoreinheit 2, 2' angeordnet, die im wesentlichen baugleich ausgebildet sein können. Durch die beidseitige Anordnung der Sensoreinheiten 2, 2' ist gewährleis tet, daß beim Eindringen eines Objekts 13 in den Schutzbereich 1 auf beiden Seiten des Objekts 13 ein aktives Schutzfeld bestehen bleibt. In dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch die Lichtsig nale 7, 9 der Sensoreinheit 2 ein linksseitiges Schutzfeld und durch die Lichtsignale 7', 9' der Sensoreinheit 2' ein rechtsseitiges Schutzfeld erhal ten.

Weiterhin ist aus Fig. 5 zu erkennen, daß bei entsprechenden Außen konturen der zulässigen Objekte 13, das in Fig. 5 als Kraftfahrzeug aus gebildet ist, unterschiedliche zulässige Abstände zwischen den Außensei ten des Objekts 13 und der jeweiligen Sensoreinheit 2, 2' und damit un terschiedliche zulässige Lichtlaufzeiten für die jeweiligen Sen der/Empfänger-Paare möglich sind.

Weiterhin ist aus Fig. 5 zu erkennen, daß jeweils die Sensoreinheit 2, 2' für die jeweils gegenüberliegende Sensoreinheit 2', 2 unmittelbar das je weilige Begrenzungselement 3, 3' bilden, wobei zur Erzeugung von extrem breiten Schutzbereichen 1 Reflektorelemente 23, 23' an den jeweiligen Sensoreinheiten 2, 2' vorgesehen sein können. Selbstverständlich können entsprechende Sensorelemente auch bei den Ausführungsbeispielen ge mäß den Fig. 1 bis 4 vorgesehen sein, um einen möglichst breiten Schutz bereich zu erhalten.

Die Sensoreinheiten 2, 2' können über eine einfachen Folgeanschluß (OSSD-Ausgang) miteinander verbunden sein, so daß eine Ansteuerung der Alarmeinrichtung 10 sowie der Maschinensteuerung über die Steuer leitung 12 durch jede der Sensoreinheiten 2, 2' unabhängig möglich ist. Sämtliche bezüglich der Fig. 1 bis 4 beschriebenen Varianten der Er findung können selbstverständlich auch bei einer zweiseitigen Schutzein richtung, wie sie beispielhaft anhand der Fig. 5 beschrieben ist, einge setzt werden.

Mit der vorliegenden Erfindung ist eine einfache, sehr variable und kos tengünstige Schutzeinrichtung erzeugbar, für die Objekte mit praktisch beliebigen Konturen als zulässige Objekte definiert werden können, wäh rend nicht zulässige Objekte sicher beim Eindringen in den Schutzbereich erkannt werden.

Bezugszeichenliste

1

Schutzbereich

2

,

2

' Sensoreinheiten

3

,

3

' Begrenzungselement

4

Gehäuse

5

,

5

' Sender

6

,

6

' Empfänger

7

,

7

' Pfeile/Lichtsignale

8

,

8

' gestrichelte Linie

9

,

9

' Pfeile/reflektierte Lichtsignale

10

Alarmeinrichtung

11

Ausgang

12

Steuerleitung

13

Objekt

14

Palette

15

kistenförmige Elemente

16

Person

17

Hilfssensor

18

Hilfssensor

19

Leitung

20

Leitung

21

Förderband

22

Maschine

23

,

23

' Reflektoren
L1 Breite des Schutzbereichs
L2, L2', L2", L2''' zulässige Abstände
L3, L4 unzulässige Abstände

Claims

1. Verfahren zum Überwachen eines Schutzbereichs, bei dem zumin dest ein Lichtsignal durch den Schutzbereich hindurch in Richtung eines den Schutzbereich zumindest bereichsweise begrenzenden Be grenzungselements ausgesandt wird, das Lichtsignal von dem Be grenzungselement zu einem Lichtempfänger reflektiert oder remit tiert wird, die Lichtlaufzeit vom Aussenden bis zum Empfangen des Lichtsignals ermittelt wird und ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit von einer vorbestimmten Ma ximal-Lichtlaufzeit zumindest um einen vorgegebenen Schwellen wert abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Lichtlaufzeit mit zumindest einer weiteren, von der Maximal-Lichtlaufzeit verschiedenen, zulässigen Lichtlaufzeit verglichen wird und kein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbe reichs um die zulässige Lichtlaufzeit liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlaufzeit des Lichtsignals kontinuierlich oder in vorge gebenen, insbesondere periodischen Zeitabständen ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ermittelte Lichtlaufzeit automatisch mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit verglichen wird, wenn eine Überschreitung des Schwellenwertes festgestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ermittelte Lichtlaufzeit solange mit der weiteren zu lässigen Lichtlaufzeit verglichen wird, bis eine Überschreitung des Toleranzbereichs festgestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls weder das Unterschreiten des Schwel lenwertes noch das Einhalten des Toleranzbereichs festgestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der ermittelten Lichtlaufzeit mit der weiteren zu lässigen Lichtlaufzeit durch ein externes Startsignal ausgelöst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Startsignal durch ein zu erkennendes Objekt erzeugt wird, unmittelbar bevor dieses in den Schutzbereich eindringt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Vergleich der ermittelten Lichtlaufzeit mit der weiteren zulässigen Lichtlaufzeit auf den Vergleich mit der Maximal- Lichtlaufzeit aufgrund eines externen Stoppsignals umgeschaltet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoppsignal durch ein zu erkennendes Objekt erzeugt wird, unmittelbar nachdem dieses den Schutzbereich verlassen hat.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn die ermittelte Lichtlaufzeit die vorbestimmte Maximal-Lichtlaufzeit zumindest um den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erzeugen des Unterbrechungssignals eine durch den Schutzbereich gesicherte Vorrichtung abgeschaltet und/oder ein Alarmsignal erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximal-Lichtlaufzeit und/oder die weitere zulässige Licht laufzeit in einem Teach-In-Verfahren eingelernt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Lichtlaufzeit mit mehreren weiteren zulässigen Lichtlaufzeiten verglichen wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, insbesondere ein Lichtgitter bildende Lichtsignale verwendet werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kein Unterbrechungssignal erzeugt wird, wenn zumindest für einen Teil der Lichtsignale die ermittelte Lichtlaufzeit innerhalb ei nes vorgegebenen Toleranzbereichs um eine jeweils zulässige Licht laufzeit liegt.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsignale aus unterschiedlichen Richtungen, insbesonde re aus gegenüberliegenden Richtungen durch den Schutzbereich hindurch gesandt werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet zeichnet, daß pulsförmige Lichtsignale verwendet werden.

18. Vorrichtung zur Überwachung eines Schutzbereichs (1) mit zumin dest einem ein Lichtsignal (7, 7') in den Schutzbereich aussenden Sender (5, 5'), einem dem Sender (5, 5') gegenüberliegenden, den Schutzbereich (1) zumindest teilweise begrenzenden Begrenzungs element (3, 3', 23, 23') zum Reflektieren oder Remittieren des ausge sandten Lichtsignals (7, 7'), zumindest einem Empfänger (6, 6') zum Empfangen des reflektierten oder remittierten Lichtsignals (9, 9') und einer Auswerteeinheit zum Ermitteln der Lichtlaufzeit zwischen Aussenden und Empfangen des Lichtsignals (7, 7', 9, 9') und zum Erzeugen eines Unterbrechungssignals, wenn die ermittelte Licht laufzeit von einer vorbestimmten Maximal-Lichtlaufzeit zumindest um einen vorgegebenen Schwellenwert abweicht, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit zum Vergleichen der ermittelten Lichtlauf zeit mit zumindest einer weiteren, von der Maximal-Lichtlaufzeit verschiedenen, zulässigen Lichtlaufzeit ausgebildet ist und daß die Auswerteeinheit kein Unterbrechungssignal erzeugt, wenn die er mittelte Lichtlaufzeit innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs um die zulässige Lichtlaufzeit liegt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sender (5, 5') und Empfänger (6, 6') vorgesehen sind, die zusammen mit einem oder mehreren Begrenzungselementen (3, 3', 23, 23') ein Lichtgitter bilden.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (5, 5') und Empfänger (6, 6') sowie die Begrenzungs elemente (3, 23) im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einander zugeordnete Sender (5, 5') und Empfänger (6, 6') auf derselben Seite des Schutzbereichs (1) und das zugeordnete Begrenzungselement (3, 3', 23, 23') auf der gegenüberliegenden Seite der Schutzbereichs (1) angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungselement (3, 3') als Reflektor (23, 23') ausgebil det ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Schutzbereichs (1) sowohl Sender (5, 5') als auch Empfänger (6, 6') als auch Begrenzungselemente (3, 3', 23, 23') angeordnet sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die auf beiden Seiten des Schutzbereichs (1) angeordneten Sen der (5, 5'), Empfänger (6, 6') und Begrenzungselemente (3, 3', 23, 23') im wesentlichen baugleich ausgebildet sind.