DE202006017264U1 - Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches, bestehend aus
– mindestens einer Sendeeinheit mit mehreren Lichtsendern, die von einer Randseite des Überwachungsbereiches Lichtstrahlen in den Überwachungsbereich aussendet,
– mindestens einer Lichtempfangseinheit mit mehreren Lichtempfängern, die auf der den Lichtsendern gegenüberliegenden Randseite des Überwachungsbereiches so angeordnet ist, dass jeweils ein Lichtempfänger auf einen Lichtsender ausgerichtet ist,
– einer Ansteuer- und Auswerteeinheit, die nach einem vorgegebenen Zeitablauf die zueinander ausgerichteten Lichtsender und Lichtempfänger paarweise aktiviert, so dass einzelne Lichtschranken gebildet werden, die den Überwachungsbereich zeitversetzt durchdringen, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Zuordnung der einzelnen Lichtschranken in mindestens zwei Gruppen zusammengefasst sind, wobei
– der Überwachungsbereich von einer ersten Lichtschrankengruppe, in der die optischen Achsen der Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen, durchleuchtet ist,
– der Überwachungsbereich von mindestens einer weiteren Lichtschrankengruppe, mit ebenfalls parallel zueinander verlaufenden Lichtstrahlen durchleuchtet ist,
– die einzelnen Lichtschrankengruppen in unterschiedlichem Winkel den Überwachungsbereich durchleuchten und...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Vorrichtungen der genannten Art werden z. B. dann eingesetzt, wenn ein definierter Überwachungsbereich auf das Eindringen von unterschiedlichen Objekten überwacht werden muss. Zu diesem Zweck werden z. B. Lichtgitter bei automatischen Produktionsanlagen eingesetzt, mit deren Hilfe dann die Produktionsanlagen in einen bestimmten Betriebs- oder Ruhezustand gebracht werden, wenn ein nicht zulässiges Objekt in den Überwachungsbereich eindringt. Auf diese Weise können insbesondere Personen- oder Sachschäden wirksam vermieden werden.
• Derartige Lichtgitter haben in einer Sendeeinheit, welche am Rand des Überwachungsbereiches angeordnet sind, in einer Reihe eine Vielzahl von Lichtsendern. Auf dem der Sendeeinheit gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereiches befindet sich eine Lichtempfangseinheit, in der ebenfalls in einer Reihe eine Vielzahl von Lichtempfängern angeordnet sind. Dabei ist jeweils der erste Lichtsender auf den ersten Lichtempfänger, der zweite Lichtsender auf den zweiten Lichtempfänger und so weiter zueinander ausgerichtet. Eine Ansteuer- und Auswerteeinheit aktiviert nach einem vorgegebenen Zeitplan nacheinander alle aufeinander ausgerichteten Lichtsender und Lichtempfänger. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich mit einer Vielzahl von Lichtstrahlen, vergleichbar mit parallel zueinander verlaufen den Gitterstäben, durchleuchtet. Sobald ein Objekt in den Überwachungsbereich eindringt, werden, abhängig von der Größe des Objektes, eine Anzahl der Lichtstrahlen im Überwachungsbereich von dem Objekt unterbrochen. In der Auswerteeinheit wird dieser Zustand erfasst und zur Einleitung entsprechender Maßnahmen an z. B. die Steuerung der Produktionsanlage weitergeleitet.
• Abhängig von der Aufgabenstellung der Kontrollvorrichtung ist es ggf. notwendig, dass bestimmte Objekte, z. B. Verarbeitungsmaterial, durch den Überwachungsbereich hindurch bewegt werden müssen, ohne dass dabei die Produktionsanlage beeinflusst werden soll, während jedoch beim Eintritt einer Person die Produktionsanlage in einen sicheren Zustand gebracht werden muss. Dazu ist es nach dem Stand der Technik bekannt, in die Kontrollvorrichtung mehrere zusätzliche Mutingsensoren (Lichtschranken oder Lichttaster) zu integrieren, um damit die äußeren Abmessungen der Objekte, die sich durch den Überwachungsbereich hindurch bewegen, erfassen zu können. Diese Mutingsensoren können dabei in unmittelbarer Nähe des Überwachungsbereiches angeordnet, als auch räumlich dem Überwachungsbereich in Transportrichtung des Verarbeitungsmaterials bzw. in der Bewegungsrichtung der Person vorgelagert sein. Ebenfalls ist es bekannt, auch aus der zeitlichen Reihenfolge, in der die einzelnen Mutingsensoren vom bewegten Objekt beeinflusst werden, zur Erfassung der äußeren Abmessungen der Objekte mit einzubeziehen.
• In der Auswerteeinheit werden die Informationen von den Mutingsensoren mit zuvor festgelegten Vorgaben verglichen und damit ein Entscheidungskriterium gewonnen. Wird das Objekt einem „erlaubten" Objekt (z. B. Verarbeitungsmaterial) zugeordnet, so wird das Lichtgitter für dieses Objekt überbrückt. Wird das Objekt jedoch einem „unerlaubten" Objekt (z. B. Personen) zugeordnet, so wird die Produktionsanlage in einen sicheren Zustand gebracht.
• Nachteilig an den bekannten Kontrollvorrichtungen ist, dass diese Mutingsensoren im Einsatzfall oft eine geringe Verfügbarkeit bieten. Die Störanfälligkeit wird insbesondere durch eine Dejustage oder Verschmutzung verursacht. Zusätzlich erfordern die Mutingsensoren einen erhöhten Installationsaufwand sowohl bei der mechani schen Montage als auch bei der elektrischen Verkabelung. Sofern die Mutingsensoren räumlich dem Überwachungsbereich in Transportrichtung vorgelagert sind, wird dafür zusätzlicher Platz notwendig, der bei den kompakten Produktionsanlagen oft nicht zur Verfügung steht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches bereitzustellen, mit der ohne zusätzliche Mutingsensoren und ohne zusätzlichen Platzbedarf Objekte sicher erfasst und aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen in zulässige und unzulässige Objekte eingeteilt werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vorgesehen.
• Die Aufgabe wird demnach erfindungsgemäß durch die geometrische Anordnung von mehreren Lichtschranken gelöst. Dabei sind die einzelnen Lichtschranken in mindestens zwei Gruppen zusammengefasst. Mit der ersten Lichtschrankengruppe wird der Überwachungsbereich von Lichtstrahlen, die parallel zueinander verlaufen, durchleuchtet. Diese erste Lichtschrankengruppe überkreuzt sich innerhalb des Überwachungsbereiches mit mindestens einer weiteren Lichtschrankengruppe, die ebenfalls aus mehreren parallel zueinander verlaufenden Lichtschranken besteht.
• Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Mit der erfindungsgemäßen geometrischen Anordnung der einzelnen Lichtschranken entsteht im Überschneidungsbereich der Lichtschrankengruppen bildlich gesprochen ein optisches Lichtschrankennetz mit einer mehreckigen Maschenstruktur, die abhängig von der Anzahl der sich überkreuzenden Lichtschrankengruppen sowie dem Überkreuzungswinkel ist.
• Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass durch diese gekreuzten Strahlengänge ein mögliches Objekt im Überwachungsbereich zumindest einzelne Lichtstrahlen unterbricht, die aus unterschiedlichen Winkeln kommend auf das Objekt auftreffen. Sofern das Objekt nicht den gesamten Überschneidungsbereich der Lichtschrankengruppen unterbricht, sind auch einzelne Lichtstrahlen vor handen, welche nicht unterbrochen werden und damit die Objektkontur umhüllen. Dabei hat innerhalb einer Lichtschrankengruppe der Lichtstrahl, der gerade noch nicht vom Objekt unterbrochen wird, annäherungsweise die Funktion einer Grenztangente. Mit Hilfe der Auswerteeinheit kann aus den Lichtschranken mit Tangentenfunktion eine Aussage über die Objektkontur getroffen werden. Dadurch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise in der Lage, neben der eigentlichen Objekterfassung zusätzlich eine Aussage über die Lage und die Kontur des Objektes zu ermitteln.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass alle Lichtsender und alle Lichtempfänger der Vorrichtung jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und dass die Abstrahlrichtungen der Lichtsender aus dem gemeinsamen Gehäuse und die Empfangsrichtungen von den Lichtempfängern in dem gemeinsamen Gehäuse einzeln oder in Gruppen einstellbar angeordnet sind. Insbesondere dann, wenn die Abmessungen des Überwachungsbereiches für die erfindungsgemäße Vorrichtung schon bei deren Produktion bekannt ist, können die unterschiedlichen Lichtschrankengruppen entsprechend ausgerichtet montiert werden, was einen erheblichen Zeit- und Kostenvorteil bei der Montage der Vorrichtung an der Produktionsanlage zur Folge hat.
• Eine bevorzugte Ausführungsvariante für den Einsatz an einem variablen bzw. an einem sich gelegentlich verändernden Überwachungsbereiches ist die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die unterschiedlichen Lichtsender und Lichtempfänger jeder Lichtschrankengruppe jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet sind und wobei diese einzelnen Einheiten in einer Host-Guest1-Guest2 usw. Konfiguration elektrisch miteinander verbunden sind. Wenngleich der damit verbundene Montageaufwand beim Einbau der Vorrichtung an der Produktionsanlage ggf. höher ist, kann eine derartige Ausführungsform auch bei schwierigen und räumlich eingeengten Einsatzbedingungen angebracht werden.
• In einer vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, die Gehäuse der Lichtsender bzw. die Gehäuse der Lichtempfänger über ein verstellbares Gelenk mechanisch miteinander zu verbinden. Dadurch bleibt der variable Einbau der Vorrichtung an der Produktionsanlage weitgehend erhalten und gleichzeitig wird der Montage- bzw. Justageaufwand verringert.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit Mittel aufweist, um die bekannten Objekte anhand ihrer Lage und Abmessung in zulässige und nichtzulässige Objekte einteilen zu können.
• Damit ist es möglich, bestimmte Objekte, wie zum Beispiel Verarbeitungsmaterial, das der Produktionsanlage zugeführt werden muss, als ein erlaubtes Objekt im Überwachungsbereich zuzulassen. Gleichzeitig wird dabei gewährleistet, dass andere Objekte, wie zum Beispiel Personen, die eine vom Verarbeitungsmaterial abweichende Objektkontur ausweisen, als solche sicher erkannt werden und dann ggf. die gefahrbringende Produktionsanlage in einen sicheren Zustand gebracht wird.
• Besonders vorteilhaft ist es, dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit Mittel aufweist, um in einem Teach-In-Prozess die Lage und Abmessung von zulässigen Objektdaten aufnehmen zu können. Auf diese Weise können zum Beispiel bei einer Umstellung der Produktionsanlage sehr schnell neue zulässige Objektkonturen in die Auswerteeinheit eingegeben werden.
• Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
• In der Zeichnung zeigt:
• 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der alle Lichtsender und alle Lichtempfänger jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
• 2 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Lichtsender und die Lichtempfänger jeder Lichtschrankengruppe jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet sind.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Gehäuse 1 in dem drei Lichtsendergruppen S1 bis S3 angeordnet sind. Jede Lichtsendergruppe besteht dabei aus den einzelnen Lichtsendern S(1,2,3)-1 bis n. Gleiches gilt für ein Gehäuse 2, in dem drei Lichtempfängergruppen E1 bis E3 angeordnet sind. Jede Lichtempfängergruppe beinhaltet die Lichtempfänger E(1,2,3)-1 bis n. Wie aus 1 zu ersehen ist, ist dabei der Lichtsender S1-1 auf den Lichtempfänger E1-1 ausgerichtet. Analog dazu ist der Lichtsender S1-2 auf den Lichtempfänger E1-2 ausgerichtet, usw. Somit entstehen in jeder Gruppe eine Anzahl einzelner, parallel zueinander verlaufende Lichtschranken. Entscheidend dabei ist, dass jede Lichtschrankengruppe zu den weiteren Lichtschrankengruppen unter einem anderen Winkel ausgerichtet ist. Gehäuse 1 und Gehäuse 2 sind elektrisch mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 verbunden. Zwischen den beiden Gehäusen 1 und 2 befindet sich ein Überwachungsbereich 4. Im Überwachungsbereich 4 ist ein Objekt 5 eingezeichnet, welches sich auf einer Grundlage 6 befindet. Diese Grundlage 6 kann beispielsweise ein Fußboden, eine Auflagefläche einer Produktionsanlage oder ein Materialförderband sein.
• Die Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 aktiviert kurzzeitig zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig den Lichtsender S1-1 und den Lichtempfänger E1-1. Damit wird der Lichtsender S1-1 einen Lichtstrahl 11 in Richtung zum Lichtempfänger E1-1 aussenden. Der Lichtempfänger nimmt den Lichtstrahl 11 auf und wandelt ihn in ein entsprechendes elektrisches Signal um, welches dann der Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 zugeleitet wird. Zeitlich versetzt wird so jedes aufeinander ausgerichtete Lichtsender-Lichtempfängerpaar kurzzeitig aktiviert.
• Bei der in den 1 und 2 gewählten Darstellung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur drei Lichtschrankengruppen mit jeweils nur fünf Lichtsender bzw. Lichtempfänger dargestellt. Die Erfindung soll jedoch darauf nicht beschränkt sein. In der Praxis können noch mehrere Lichtschrankengruppen mit bis zu mehreren hundert Lichtsender-Lichtempfängerpaare eingesetzt werden.
• Nachdem alle Lichtsender-Lichtempfängerpaare aktiviert waren, wird der Vorgang erneut gestartet, d, h. es beginnt ein neuer Lichtsende-Lichtempfangszyklus. Würde sich kein Objekt 5 im Überwachungsbereich 4 befinden, so würden innerhalb eines bestimmten Zyklus alle Lichtempfänger E nacheinander ein Lichtempfangssignal an die Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 abgeben. Wenn jedoch, wie in 1 gezeigt, das Objekt 5 vorhanden ist, werden nur die Lichtstrahlen 11, 12, 21, 22, 23 sowie 31 und 32 zum jeweiligen Empfänger gelangen können. Dies wird in der Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 erfasst und ausgewertet. Damit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Lage zu erkennen, ob ein Objekt 5 im Überwachungsbereich 4 vorhanden ist oder nicht. Darüber hinaus kann die Vorrichtung auch die Objektkontur und Objektlage erkennen. Die Güte, mit der die Objektkontur und Objektlage ermittelt werden kann, ist dabei von der Anzahl der Lichtschrankengruppen und der Anzahl von den in jeder Gruppe eingesetzten Lichtsender-Lichtempfängerpaare abhängig.
• In 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Lichtsender bzw. die Lichtempfänger jeder Lichtschrankengruppe in einem eigenständigen Gehäuse eingebaut sind. Dabei sind für die drei Lichtschrankengruppen drei Lichtsendergehäuse 1.1, 1.2 und 1.3 vorhanden. Gleiches gilt für die drei Lichtempfängergehäuse 2.1, 2.2 und 2.3. Das Lichtsendergehäuse 1.1 und das Lichtempfängergehäuse 2.1 sind mit der Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 verbunden. Die weiteren Lichtsendergehäuse 1.2 und 1.3, bzw. die Lichtempfängergehäuse 2.2 und 2.3 sind über eine elektrische Verbindungsleitung 7 miteinander verbunden. Dadurch wird erreicht, dass alle Lichtsender von der Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 aktiviert und von allen Lichtempfängern die entsprechenden Empfangssignale der Ansteuer- und Auswerteeinheit 3 zugeleitet werden können. Weiterhin ist aus 2 zu ersehen, dass die Lichtsendergehäuse 1.1, 1.2 und 1.3 bzw. die Lichtempfängergehäuse 2.1, 2.2 und 2.3 mechanisch mit einem einstellbaren Gelenk 8 untereinander verbunden sind. Damit ist es möglich, den Winkel α zwischen der ersten und zweiten Lichtschrankengruppe, bzw. den Winkel β zwischen der zweiten und der dritten Lichtschrankengruppe variabel einzustellen.
• Es ist natürlich auch möglich, dass die Lichtsendergehäuse 1.1, 1.2, 1.3 und die Lichtempfängergehäuse 2.1, 2.2, 2.3 nicht mit dem Gelenk 8 ausgestattet sind, wobei dann die mechanische Zuordnung der jeweiligen Gehäuse nur über die Befestigungsmontage an der Anlage sichergestellt wird.
• Durch die getrennten Lichtsendergehäuse 1.1, 1.2, 1.3 und die Lichtempfängergehäuse 2.1, 2.2 und 2.3 besteht die Möglichkeit, die Vorrichtung an die unterschiedlichsten Anbaubedingungen anzupassen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches, bestehend aus – mindestens einer Sendeeinheit mit mehreren Lichtsendern, die von einer Randseite des Überwachungsbereiches Lichtstrahlen in den Überwachungsbereich aussendet, – mindestens einer Lichtempfangseinheit mit mehreren Lichtempfängern, die auf der den Lichtsendern gegenüberliegenden Randseite des Überwachungsbereiches so angeordnet ist, dass jeweils ein Lichtempfänger auf einen Lichtsender ausgerichtet ist, – einer Ansteuer- und Auswerteeinheit, die nach einem vorgegebenen Zeitablauf die zueinander ausgerichteten Lichtsender und Lichtempfänger paarweise aktiviert, so dass einzelne Lichtschranken gebildet werden, die den Überwachungsbereich zeitversetzt durchdringen, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Zuordnung der einzelnen Lichtschranken in mindestens zwei Gruppen zusammengefasst sind, wobei – der Überwachungsbereich von einer ersten Lichtschrankengruppe, in der die optischen Achsen der Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen, durchleuchtet ist, – der Überwachungsbereich von mindestens einer weiteren Lichtschrankengruppe, mit ebenfalls parallel zueinander verlaufenden Lichtstrahlen durchleuchtet ist, – die einzelnen Lichtschrankengruppen in unterschiedlichem Winkel den Überwachungsbereich durchleuchten und sich dabei im Überwachungsbereich überkreuzen und dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit Mittel aufweist, um aus dem Betriebszustand der einzelnen Lichtschranken Informationen über die Lage und die Abmessung von einem sich im Überwachungsbereich befindlichen Objekt bestimmen zu können.
2. Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lichtsender und alle Lichtempfänger der Vorrichtung jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und dass die Abstrahlrichtungen der Lichtsender aus dem gemeinsamen Gehäuse und die Empfangsrichtungen von den Lichtempfängern in dem gemeinsamen Gehäuse einzeln oder in Gruppen einstellbar angeordnet sind.
3. Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsender und die Lichtempfänger jeder Lichtschrankengruppe jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet sind und dass die einzelnen Gehäuse elektrisch miteinander verbunden sind.
4. Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Gehäuse der Lichtsender bzw. der Lichtempfänger über ein verstellbares Winkelgelenk mechanisch miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches nach einem davor genannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit Mittel aufweist, um die ermittelten Objekte anhand ihrer Lage und Abmessung in zulässige und nichtzulässige Objekte einteilen zu können.
6. Vorrichtung zur Kontrolle eines Überwachungsbereiches nach einem davor genannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuer- und Auswerteeinheit Mittel aufweist, um die Lage und Abmessung von zulässigen Objektdaten über einen Teach-In-Prozess aufnehmen zu können.