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Die
Erfindung betrifft ein Überwachungssensor, der zur Überwachung
eines Schutzfeldes vorgesehen ist und ein wenigstens zweidimensionales
zu überwachendes Schutzfeld abtastet, wobei Licht einer
Lichtquelle über eine Lichtablenkeinheit in ein zu überwachendes
Schutzfeld gesendet wird und Licht, das gegebenenfalls von einem
im Schutzfeld vorhandenen Objekt reflektiert oder remittiert wird,
mit einem Empfänger detektiert wird.
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Zur Überwachung
von Schutzfeldern werden häufig Laserscanner eingesetzt.
Ein von einem Laser erzeugter Lichtstrahl wird über eine
Lichtablenkeinheit in einen Schutzbereich gelenkt und dort von einem
gegebenenfalls vorhandenen Objekt reflektiert oder remittiert. Das
reflektierte bzw. remittierte Licht gelangt wieder zurück
zu der Laserscaneinheit und wird dort von einem Empfänger
detektiert. Die Lichtablenkeinheit ist in der Regel schwenkbar bzw. drehbar
ausgestaltet, so dass der von dem Laser erzeugte Lichtstrahl ein
durch die Schwenkbewegung erzeugtes Schutzfeld überstreicht.
Wird ein vom Empfänger empfangenes reflektiertes Lichtsignal aus
dem Schutzbereich empfangen, so kann aus der Winkelstellung der
Ablenkeinheit auf die Winkellage des Objektes im Schutzbereich geschlossen
werden.
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Wird
zusätzlich zum Beispiel die Laufzeit von zum Beispiel pulsförmigem
Laserlicht überwacht, kann aus der Laufzeit unter Verwendung
der Lichtgeschwindigkeit auch auf die Entfernung des Objektes vom
Laserscanner geschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich zum
Beispiel zweidimensionale Schutzfelder vollständig überwachen.
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Befindet
sich im Schutzfeld ein unzulässiges Objekt, so kann von
der Empfängereinheit ein entsprechendes Warn- oder Steuersignal
ausgegeben werden.
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Derartige
Systeme werden zum Beispiel bei fahrerlosen Transportsystemen eingesetzt,
um Kollisionen zu vermeiden. Andere Anwendungen betreffen zum Beispiel
Maschinen, bei denen ein Gefahrenbereich überwacht werden
muss, der beim Betrieb der Maschine von einer Bedienperson nicht
verletzt werden darf. Es kann sich dabei zum Beispiel um einen Roboterarbeitsbereich
handeln. Wird mit Hilfe des Laserscanners die Anwesenheit eines
unzulässigen Objektes – also zum Beispiel ein
Bein einer Bedienperson – im Gefahrenbereich festgestellt, wird
ein Nothalt der Maschine bewirkt.
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Beispielhaft
wird auf die Offenlegungsschrift
DE 43 40 756 A1 verwiesen, in der eine Laserscanvorrichtung
mit einer Lichtablenkvorrichtung beschrieben ist, mit der ein zweidimensionales
Schutzfeld überwacht werden kann. Bei diesem Stand der Technik
wird die Abstandsinformation aus der Messung der Impulslaufzeit
eines in den Schutzbereich gesendeten Lichtpulses bestimmt.
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Diese
Vorrichtungen weisen jedoch wesentliche Nachteile auf, nämlich
das in das Schutzfeld eindringende Partikel zu einer unerwünschten
Abschaltung führen, wodurch eine Verfügbarkeit
der Sensoren sinkt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserten Überwachungssensor
bereitzustellen, dessen Verfügbarkeit verbessert ist, und
wobei im Schutzfeld befindliche Partikel nicht zu einem Objektfeststellungssignal
führen. Weiter soll ein Überwachungssensor bereitgestellt
werden der für besonders robust ist gegenüber
Störeinflüssen innerhalb eines Überwachungsbereiches,
beispielsweise durch das Schutzfeld durchfallende Partikel.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch einen Überwachungssensor
zur Überwachung eines wenigstens zweidimensionalen Schutzfeldes
mit Überwachungsfeldern, mit wenigstens einer Lichtquelle,
vorzugsweise einem Laser, einer bewegbaren, vorzugsweise drehbaren
Lichtablenkeinheit zur Ablenkung des Lichtes der Lichtquelle in
ein zu überwachendes Schutzfeld und einem Empfänger
zur Detektion von Licht, das gegebenenfalls von einem im Schutzfeld vorhandenen
Objekt reflektiert oder remittiert wird, eine Speichereinheit, in
der wenigstens zwei Überwachungsfelder (A1, A2) abgespeichert
sind, eine Auswerteeinheit, zur Auswertung der Überwachungsfelder
wobei eine jeweilige Zeitdauer eines erlaubten Verweilens eines
Objektes in dem jeweiligen Überwachungsfeld in der Auswerteeinheit
einstellbar ist und abhängig von der Zeitdauer des Verweilens ein
Objektfeststellungssignal generierbar ist.
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Durch
die unterschiedlichen Zeitdauern in den unterschiedlichen Überwachungsfeldern
ist es nun möglich das erste Überwachungsfeld
in dem beispielsweise eine kurzzeitige Unterbrechung von Lichtstrahlen
durch eindringende Objekte wie Partikel, beipielsweise Späne
oder spritzende Kühlflüssigkeit mit einer Zeitdauer
einzustellen die über der Verweildauer solcher Partikel
im Überwachungsfeld liegt. Sind die Partikel beispielsweise
nur für einen Bruchteil einer Sekunde im Überwachungsfeld
vorhanden so kann die Zeitdauer erlaubter Objekte indem Überwachungsfeld
auf zwei Sekunden eingestellt werden um eine unzulässige
Objektdetektion durch die Partikel zu vermeiden. Typische Werte
liegen hier bei 500 ms bis 10 s, vorzugsweise 2 s.
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Das
zweite Überwachungsfeld, dass beispielsweise vor dem ersten Überwachungsfeld
angeordnet ist, liegt gemäß der Erfindung in einem
Bereich wo keine Partikel mehr zu erwarten sind, jedoch eine Zugang
zu einer gefahrbringenden Bewegung überwacht werden muss.
Dieses Überwachungsfeld weist erfindungsgemäß eine
erlaubte Zeitdauer oder auch erlaubte Verweildauer von Objekten
auf in der die gefahrbringende Bewegung rechtzeitig gestoppt werden
kann. Typische Werte liegen hier bei 40 ms bis 500 ms, vorzugsweise
250 ms.
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Vorteilhaft
sind die einstellbaren Zeitdauern im Bereich von 40 ms bis 10 s
wählbar. Dadurch ist eine flexible Anpassung an jeweils
vorherrschende Umgebungsbedingungen möglich. So ist die
Zeitdauer des zweiten Bereichs flexibel an die Verweildauer der
jeweiligen Partikel anpassbar. Beispielsweise befinden sich aufgrund
der Schwerkraft und des Luftwiderstandes Holzpartikel mit einer
geringen Dichte und Gewicht länger im Überwachungsfeld
als Stahlspäne die eine höhere Dichte und ein
höheres Gewicht aufweisen. Damit kann die Zeitdauer des
zweiten Überwachungsfeldes sehr einfach an eine Art und
eine Anzahl der auftretenden Partikel angepasst werden.
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Die
Zeitdauer des ersten Überwachungsfeldes kann sehr einfach
an die gewünschten Sicherheitsabstände und Platzverhältnisse
angepasst werden. Sind nur geringe Abstände zur gefahrbringenden
Bewegung vorgesehen so wird die Zeitdauer des ersten Überwachungsfeldes
entsprechend kurz, beispielsweise auf 40 ms eingestellt sind. größere
Abstände möglich kann eine entsprechend höhere
Zeitdauer gewählt werden, vorzugsweise 250 ms.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die Zeitdauer ein Vielfaches der
Auswertezeit aller empfangenen Lichtstrahlen während eines
Zyklus, wobei der Zyklus durch eine vollständige Umdrehung der
Lichtablenkeinheit definiert ist. Dadurch ist die Auswerteeinheit
einfach aufgebaut. Zur Auswahl der entsprechenden Zeitdauern, wird
in der Auswerteeinheit einfach lediglich ein Vielfaches der kürzest
möglichen Zeitdauer gebildet. Dadurch entfallen aufwendige
Umrechnungen. Beispielsweise können die entsprechenden
Werte einfach aus einer abgespeicherten Tabelle ausgelesen und eingestellt
werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung werden Entfernungsinformationen der
empfangenen Lichtstrahlen bei einem bestimmten Winkel eines Zyklus
mit Entfernungsinformationen wenigstens eines zweiten Zyklus logisch
verknüpft. Hierdurch ist es möglich eine bestimmte
Filterfunktion zu bilden, um besonders robust gegen eine bestimmte
Art von Partikeln zu sein. So können die Entfernungsinformationen aus
beispielsweise 5 Zyklen zu einer Verknüpfung aufgrund einer
Mehrheitsentscheidung gebildet werden. Sind alle fünf Entfernungswerte
innerhalb einer vorgegebenen Toleranz gleich, so gilt ein Objekt
erkannt. Sind jedoch lediglich drei der fünf Entfernungswerte
gleich so wird von einem gültigen Objekt oder einem tolerierbaren
Partikel ausgegangen, wodurch kein Objektfeststellungssignal erzeugt
wird. Die Verknüpfung kann dabei genau auf die zu erwartenden Partikel
angepasst werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Entfernungsinformationen
logisch UND-, ODER- und/oder logisch NICHT miteinander verknüpft.
Diese Verknüpfungen sind besonders einfach und wirkungsvoll.
Gemäß vorgenanntem Beispiel werden die Entfernungsinformationen
von Lichtstrahlen bei identischen Winkelbereichen von beispielsweise
fünf Zyklen UND verknüpft. Im Falle von durch das Überwachungsfeld
durchfallenden Holzspänen ist es statistisch unwahrscheinlich,
dass durch die Holzspäne der Lichtstrahl innerhalb von
fünf Zyklen jedes mal einen gleichen Entfernungswert innerhalb vorgegebener
Toleranzen aufweist. Dadurch ist durch eine sehr einfache Logik
eine wirkungsvolle Unterdrückung eines Objektfeststellungssignals
bei erlaubten Partikeln gewährleistet. Um weitere einfache
Verknüpfungen zu bilden sind die Verknüpfungen ODER
und/oder NICHT vorgesehen. Damit lässt sich beispielsweise
eine Logische Verknüpfung realisieren die jeweils drei
der fünf Lichtstrahlen zur Bewertung der Entfernungsinformationen
heranzieht.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist jedem Überwachungsfeld
ein Objektfeststellungssignal zuordenbar. Dadurch können
die unterschiedlichen Objektfeststellungssignale für eine
Zwischenverarbeitung bereitgestellt werden oder das Objektfeststellungssignal
jedes Überwachungsfeldes an eine nachfolgende sichere Steuerung
weitergegeben werden, wodurch komplexe Anforderungen an eine Überwachung
realisiert werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung der Erfindung weisen die Überwachungsfelder
eine unterschiedliche Geometrie zueinander auf und/oder überdecken
sich nicht. Dadurch ist es möglich die Überwachungsfelder
exakt an eine bestimmte Anwendung beispielsweise an die Platzverhältnisse
eines agierenden Handhabungs- oder Materialverarbeitungsroboters
anzupassen. So kann beispielsweise das erste Überwachungsfeld
rechteckig und das zweite Überwachungsfeld eine O-, U-
oder L-förmige Geometrie aufweisen. Das O-, U- oder L-förmige Überwachungsfeld grenzt
dabei mit seinen Innenseiten direkt an das rechteckförmige Überwachungsfeld an.
Das rechteckige Überwachungsfeld ist vorgesehen um den
Bereich direkt vor der gefahrbringenden Bewegung zu überwachen
und das angrenzende O-, U-, oder L-förmige Überwachungsfeld
wird einen bereich beabstandet zu der Gefahrstelle überwachen. So
wird der rechteckförmige Bereich beispielsweise eine Funktion
zum Festestellen eines Hintertreten des O-, U- oder L-förmigen
Bereichs übernehmen, und der O-, U- oder L-förmige
Bereich ein direktes Eintreten einer Person oder eines Objektes
detektieren.
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Vorteilhaft
wird das erste Überwachungsfeld von einem zweiten Überwachungsfeld
begrenzt, wobei das erste Überwachungsfeld das dem Überwachungssensor
näher ist als das zweite Überwachungsfeld eine
höhere Zeitdauer für eine erlaubtes Eindringen
aufweist als das zweite Überwachungsfeld. Dadurch ist gewährleistet
das in dem ersten Überwachungsfeld eindringende Partikel
aufgrund einer Materialbearbeitung nicht zu einem Objektfeststellungssignal
führen, jedoch eintretende Personen in das zweite Überwachungsfeld
umgehend erkannt werden und zu einem Objektfeststellungssignal führen
wodurch die gefahrbringende Bewegung beispielsweise gestoppt oder
in eine ungefährliche Bewegung oder ungefährliche
Bewegungsgeschwindigkeit überführt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei sichere Ausgänge
vorhanden, wobei über die sicheren Ausgänge sichere
Schaltsignale ausgebbar sind, die Testpulse aufweisen. Derartige
Ausgänge sind vorgesehen um einen maschinenseitig vorhanden
Aktor sicher abschalten zu können. Durch die vorgesehenen
sicheren Ausgänge kann der erfindungsgemäße Überwachungssensor
universal an eine Vielzahl von elektrisch betriebenen Aktoren angeschlossen
werden. So kann der Aktor durch ein einfaches Schütz, eine
Sicherheitsschaltgerät oder eine sichere Steuerung gebildet
sein, um letztendlich einen elektrischen Antrieb abzuschalten oder
zu bremsen.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind die Objektfeststellungssignale
der jeweiligen Überwachungsfelder zu jeweils einem sicheren
Ausgang logisch verknüpfbar. Dadurch ist es möglich
weitere komplexe Anwendungen zu lösen. Beispielsweise können
mehrere Überwachungsfelder zur Tolerierung von Partikeln
aktiviert werden, die räumlich die gleiche Geometrie aufweisen
und denselben Bereich überwachen. Durch eine logische Verknüpfung
der Objektfeststellungssignale, beispielsweise einer Auswertung
,zwei aus drei' kann eine Verfügbarkeit weiter erhöht
werden da entsprechende Partikel in zwei der drei Überwachungsfelder
ermittelt werden müssen um ein finales Objektfeststellungssignal
an dem sicheren Ausgang zu bilden.
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Vorteilhaft
sind die logischen Verknüpfungen durch eine UND-, ODER
und/oder NICHT Verknüpfung gebildet. Durch diese Verknüpfungen
ist eine besonders einfache Auswertung möglich. Beispielsweise
werden fünf Überwachungsfelder ,ODER' verknüpft
um verschiedene Bearbeitungsstationen einer einzigen gefahrbringenden
Bewegung abzusichern, um einen gemeinsamen sicheren Ausgang auszulösen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Steuereingang vorhanden
zum selektiven Aktivieren der jeweiligen Überwachungsfelder.
Durch den Steuereingang kann eine dynamische Aktivierung der Überwachungsfelder
vorgenommen werden. Beispielsweise können die Überwachungsfelder an
unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge mit unterschiedlichen
Materialien oder auch an unterschiedliche Geometrien angepasst werden.
Beim Einssatz an Förderfahrzeugen im Freien können Überwachungsfelder
beispielsweise an unterschiedliche Wetterbedingungen angepasst werden.
So wird man bei Partikeln wie Schnee eine längere Zeitdauer
wählen als wie bei Regen der sich aufgrund der höheren Dichte
und des geringeren Volumens schneller durch die Luft und damit durch
das Überwachungsfeld bewegt wie Schnee. Dadurch kann eine
Verfügbarkeit weiterhin hoher Sicherheit erhöht
werden.
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In
einer besonderen Ausführung sind die Steuereingänge
sicher ausgebildet, wobei die Signale auf den Steuereingängen
Testpulse aufweisen. Durch die Testpulse sind die Signale auf den
Steuereingängen überprüfbar und Fehler
aufgrund von Kurz- oder Querschlüssen zwischen den Steuereingängen
oder Steuereingängen und anderen Anschlüssen können
aufgedeckt werden. Dadurch ist es möglich die Überwachungsfelder
sicher umzuschalten und zu gewährleisten, dass das momentan aktivierte Überwachungsfeld,
dasjenige ist das auch gewünscht wurde.
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In
einem besonderen Ausführung der Erfindung ist jedem Überwachungsfeld
jeweils ein sicherheitsgerichteter Ausgang zugeordnet. Dadurch können
mit unterschiedlichen Überwachungsfeldern unterschiedliche
Aktoren angesteuert werden. So ist es damit möglich mit
nur einem einzigen Überwachungssensor mehrere Maschinen
unabhängig zu überwachen und die jeweiligen Antriebe über
die jeweiligen Aktoren unabhängig abzuschalten.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein erstes Testobjekt
außerhalb des zu überwachenden Schutzfeldes angeordnet
und/oder ein zweites Testobjekt innerhalb des zu überwachenden Schutzfeldes
angeordnet ist. Dadurch wird die Funktionsweise der Überwachungssensors
zusätzlich überprüft. Dabei wird kontinuierlich
das vorhanden sein oder bzw. das nicht vorhanden sein des Testobjektes überprüft.
Dadurch wird die Entfernungsmessfunktion des Überwachungssensor
durchgängig überprüft.
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Vorteilhaft
ist wenigstens ein Konturtestobjekt außerhalb des zu überwachenden
Schutzfeldes aber im ersten Überwachungsfeld des Überwachungssensors
vorgesehen, wobei die Lage des Konturtestobjektes relativ zum Überwachungssensor zumindest
in einer räumlichen Dimension, vorzugsweise jedoch vollständig,
bekannt ist und wenigstens ein Feldtestobjekt außerhalb
des zu überwachenden Schutzfeldes aber im zweiten Überwachungsfeld
des Überwachungssensors vorgesehen. Das Konturtestobjekt
stellt ein komplexeres Testobjekt dar beim eine bestimmte Kontur überprüft
wird. Ein Manipulation des Überwachungssensors wird dadurch
zusätzlich erschwert. Das Feldtestobjekt ist lediglich
durch das zweite Überwachungsfeld detektierbar, wodurch
gewährleistet ist, dass in zwei unterschiedlichen Überwachungsfeldern
unterschiedliche Testobjekte vorhanden sind wodurch eine Manipulation
weiterhin erschwert wird.
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In
einer besonderen Ausführung der Erfindung ist ein erster
Feldssatz mit wenigstens zwei Überwachungsfeldern definiert,
wobei das erste Überwachungsfeld des ersten Feldsatzes
das zu überwachende Schutzfeld und den Bereich wenigstens
eines Konturtestobjektes umfasst und das zweite Überwachungsfeld
des ersten Feldsatzes wenigstens den Bereich eines Feldtestobjektes
umfasst. In einer ersten Prüfsequenz werden das zu überwachende
Schutzfeld und die Bereiche des wenigstens einen Konturtestobjektes
und des wenigstens einen Feldtestobjektes wenigstens einmal unter
Verwendung des ersten Feldsatzes abgetastet, wobei ein positives
erstes Ausgangssignal nur dann erzeugt wird, wenn ein Konturtestobjekt
im ersten Überwachungsfeld des ersten Feldsatzes in der
erwarteten Lage detektiert wird, und ein negatives zweites Ausgangssignal
erzeugt wird, wenn ein Feldtestobjekt im zweiten Überwachungsfeld
des ersten Feldsatzes detektiert wird. Ein zweiter Feldsatz mit
wenigstens zwei Überwachungsfeldern wird definiert, wobei
das erste Überwachungsfeld des zweiten Feldsatzes wenigstens
den Bereich eines Feldtestobjektes umfasst und das zweite Überwachungsfeld
des zweiten Feldsatzes das zu überwachende Schutzfeld und
den Bereich des wenigstens einen Konturtestobjektes umfasst. In
einer zweiten Prüfsequenz wird das zu überwachende
Schutzfeld und die Bereiche des wenigstens einen Konturtestobjektes
und des wenigstens einen Feldtestobjektes unter Verwendung des zweiten
Feldsatzes wenigstens einmal abgetastet und ein positives zweites
Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn ein Konturtestobjekt im zweiten Überwachungsfeld
des zweiten Feldsatzes in der erwarteten Lage detektiert wird, und
ein negatives erstes Ausgangssignal erzeugt wird, wenn ein Feldtestobjekt
im ersten Überwachungsfeld des zweiten Feldsatzes detektiert
wird. Die korrekte Funktionsfähigkeit des Sensors wird
nur dann angenommen wird, wenn nach einem Wechsel auf die erste
Prüfsequenz ein positives erstes Ausgangssignal und ein
negatives zweites Ausgangssignal festgestellt werden bzw. nach einem
Wechsel auf die zweite Prüfsequenz ein positives zweites
Ausgangssignal und ein negatives erstes Ausgangssignal festgestellt
werden. Diese Maßnahme erhöht eine Manipulationssicherheit
noch weiter da die Ausgangssignale komplementär zueinander
gebildet werden, wodurch fehlerhafte statische Signale detektierbar
sind.
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Vorzugsweise
umfasst die Erfindung eine Maschine zur zerspanenden Bearbeitung
von Material mit der Überwachungseinrichtung, wobei das
Material insbesondere Holz, Papier oder Stahl ist.
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Vorteilhaft
handelt es sich dabei um abgetragene Späne oder abgetragenes
Material das sich aufgrund des Bearbeitungsprozesses zeitweise im Schutzfeld
befindet.
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Im
Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1;
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Überwachungssensors
an einer Holzverarbeitungsmaschine;
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2 eine
Fotografie von fallenden Holzspänen im Schutzfeld des Überwachungssensors;
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2 eine
schematische Darstellung von unterschiedlichen Überwachungsfeldern.
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Der
im Folgenden beschriebene Überwachungssensor kann zum Beispiel
zur Überwachung des Schutzfeldes eines Roboters oder einer
Maschine dienen. Zum Beispiel kann als Schutzfeld der Gefahrenbereich
einer Holzverarbeitungsmaschine überwacht werden, in dessen
Gefahrenbereich während des Betriebes keine Bedienperson
eindringen darf. Befindet sich ein unzulässiges Objekt,
zum Beispiel das Bein einer Bedienperson, in dem Gefahrenbereich,
so wird dies von dem beschriebenen Sensor detektiert und ein Warnsignal
ausgegeben und/oder die Gefahr bringende Bewegung gestoppt.
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Andere
Anwendungen des im Folgenden beschriebenen Sensors betreffen zum
Beispiel Transportsysteme, insbesondere fahrerlose Transportsysteme,
wobei hier der Bereich vor dem Transportsystem überwacht
wird, um Kollisionen zu vermeiden. Wird ein Objekt in dem Schutzfeld
vor dem Transportsystem detektiert, so wird ein Stoppsignal ausgelöst, um
das Transportsystem anzuhalten. Weiter wird der erfindungsgemäße
Sensor im Freien bei verschiedenen Wetterbedingungen eingesetzt.
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Der
Begriff des ”unzulässigen Objektes” wird im
vorliegenden Text für unzulässige bzw. störende Objekte
im Schutzfeld verwendet. Insbesondere können damit zum
Beispiel auch gefährdete Körperteile von Bedienpersonen
gemeint sein. Der Begriff des „unzulässigen Objektes
wird im vorliegenden Text für zulässige bzw. nicht
störende Objekte im Schutzfeld verwendet. Insbesondere
können damit zum Beispiel, Partikel, Materialabtrag, Späne,
Sägespäne, insbesondere Holzspäne gemeint
sein.
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1 zeigt
schematisch die Anordnung eines Überwachungssensors 1 an
einer Holzverarbeitungsmaschine 14. Bezugsziffer 2 bezeichnet
ein im vorliegenden Beispiel rechteckförmiges Schutzfeld 2, das
mit dem erfindungsgemäßen optoelektronischen Überwachungssensor 1 auf
die Anwesenheit von unzulässigen oder störenden
Objekten oder Personen 16 überwacht werden soll.
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In
an sich bekannter Weise wird dazu von dem Überwachungssensor 1 ein
Laserstrahl als Scanlichtstrahl in das Schutzfeld 2 geschickt,
der mit Hilfe einer in dem Überwachungssensor 1 vorgesehenen
schwenkbaren Lichtablenkeinheit in einer drehrichtung bewegt wird,
um das Schutzfeld 2 zu überstreichen. Von einem
Objekt reflektiertes Licht wird zurück zum Überwachungssensor 1 reflektiert und
dort detektiert. Aus der Stellung der Lichtablenkeinheit kann auf
den Winkel geschlossen werden, unter dem sich das reflektierende
Objekt relativ zum Überwachungssensor 1 befindet.
Aus der Laufzeit eines Lichtimpulses vom Überwachungssensor 1 bis zu
dem reflektierenden Objekt und zurück kann mit Hilfe der
Lichtgeschwindigkeit auf die Entfernung des Objektes von dem Überwachungssensor 1 geschlossen
werden.
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Das
verwendete Licht kann im sichtbaren, aber auch in anderen Spektralbereichen
gewählt sein, zum Beispiel im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich.
Vorteilhafterweise wird Laserlicht verwendet.
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Die
Holzverarbeitungsmaschine 14 gemäß 1 weist
einer Materialzuführungseinheit 20 auf um Werkstücke 22 aus
Holz einer Verarbeitungseinheit mit einer Säge 24 zuzuführen.
Aus den Werkstücken 22 aus Holz werden mit der
Säge 24 Formteile ausgesägt die über
eine Materialabführungseinheit 28 abtransportiert
werden.
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Der
Bereich vor der Überwachungseinheit 1 soll bei
stillstehender Maschine frei zugänglich sein um beispielsweise
mit Staplern oder Hubwagen Material zu der Maschine 12 transportieren
zu können. Bei laufender Maschine 12 soll jedoch
der Bereich vor der gefahrbringenden Bewegung abgesichert werden,
so dass die Säge 24 abgeschaltet wird, sobald
eine Person 16 in diesen Bereich eintritt. Herabfallende
Partikel oder Sägespäne 30 die während
des Bearbeitungsvorganges entstehen sollen jedoch nicht zu einer
Abschaltung führen.
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Derartige
auftretende Sägespäne 30 zeigt die Fotografie
gemäß 2. In 2 ist der Überwachungssensor 1 gezeigt
der während einer der laufenden Säge aus 1 ein
Schutzfeld überwacht. Durch den Sägevorgang fallen
Sägespäne 30 durch das Schuztfeld auf
den Boden. Die durch das Schutzfeld fallende Sägespäne 30 sollen
nicht zu einem unerwünschten Stoppen der Maschine führen.
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Die 3 bis 5 zeigen
schematisch die Holzverarbeitungsmaschine 14 aus 1 in
einer Draufsicht in unterschiedlichen Betriebsphasen. Die Säge 24 ist
dabei beweglich an der Holzverarbeitungsmaschine 14 angeordnet,
um Sägevorgänge an verschiedenen Positionen durchzuführen.
In der Mitte vor der Maschine ist der Überwachungssensor 1 zur Überwachung
des Schutzfeldes 2 angeordnet.
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Das
Schutzfeld 2 vor der Holzverarbeitungsmaschine 14 wird
dabei von zu drei verschiedenen Überwachungsfeldern 6, 8 und 10 abgesichert.
Ein erstes Überwachungsfeld 6 ist dabei rechteckig
ausgebildet und überwacht einen Bereich direkt bei der Säge 24.
Das erste Überwachungsfeld 6 erlaubt dabei eine
Zeitdauer oder Verweildauer von Objekten im Schutzfeld bis zu zwei
Sekunden. Herabfallende Sägespäne 30 werden
dadurch ignoriert und führen nicht zum Abschalten der Säge 24.
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Damit
jedoch Personen vor der gefahrbringenden Bewegung geschützt
werden, ist der erste Überwachungsfeld 6 von einem
zweiten U-förmigen Überwachungsfeld 8 umschlossen.
Das zweite Überwachungsfeld 8 erlaubt nun lediglich
noch eine zulässige Zeitdauer oder Verweildauer von 250
ms im Schutzfeld 2. Diese Zeitdauer ist dabei angepasst
an die Entfernung zur Gefahrstelle gemäß aktueller
sicherheitsnormen wie beispielsweise die EN 999 zur Berechnung
von Sicherheitsabständen. Gelangt eine Person in das zweite Überwachungsfeld 8 so
wird nach einer Zeitdauer von 250 ms die Säge 24 abgeschaltet
um eine Gefahr für die Person zu vermeiden. Erfolgt jedoch
nur eine zufälliger Eingriff, beispielsweise durch einzelne
Sägespäne für lediglich kleiner 250 ms
so erfolgt keine Abschaltung der Säge 24.
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Durch
die Anordnung der zwei Überwachungsfelder 6 und 8 mit
unterschiedlichen Zeitdauern zur Detektion von Objekten im Schutzfeld 2 wird eine
optimale Sicherheit für Bedienpersonal gewährleistet,
als auch eine Verfügbarkeit der Anlage optimal vergrößert,
da es nicht zu unnötigen Abschaltungen der Säge 24 kommt,
wodurch eine Produktivität erhöht wird.
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Weiter
ist ein drittes Überwachungsfeld 10 vorgesehen
um den restlichen Bereich des Schutzfeldes 2 zu überwachen.
Da in diesem Bereich keine Sägespäne 30 anfallen,
ist hier ein rechteckiges drittes Überwachungsfeld 10 vorgesehen,
welches lediglich eine Zeitdauer von 250 ms für eine Verletzung des Überwachungsfeldes
zulässt. Befindet sich eine eintretende Person für
einen Zeitraum von mehr als 250 ms in dem dritten Überwachungsfeld 10 ist
es vorgesehen die Säge 24 abzuschalten oder zumindest
in eine ungefährliche langsame Bewegungsgeschwindigkeit
zu überführen.
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Gemäß 4 befindet
sich die Säge 24 in der rechten Hälfte
der Holzverarbeitungsmaschine 14. Das erste Überwachungsfeld 6 ist
räumlich wieder direkt der Säge 24 zugeordnet
und das zweite Überwachungsfeld 8 umschließt
das erste Überwachungsfeld 6. Das dritte Überwachungsfeld 10 befindet
sich nun im links vor der Maschine.
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Gemäß 5 befindet
sich die Säge 24 ungefähr in der Mitte
der Maschine. Das erste rechteckige Überwachungsfeld 6 füllt
nahezu das gesamte Schutzfeld 2 vor der Holzverarbeitungsmaschine 14 aus.
Das erste Überwachungsfeld 6 wird wiederum von
dem zweiten Überwachungsfeld 8 umschlossen. Gemäß dieser
Betriebsart kann die Säge 24 über die ganze
Länge der Holzverarbeitungsmaschine 14 bewegt
werden, ohne dass es zu einer unerwünschten Abschaltung
durch herabfallende Sägespäne 30 kommt.
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Eine
Umschaltung der Überwachungsfelder 6, 8 und 10 auf
unterschiedliche Positionen wird dabei durch eine Maschinensteuerung
ausgelöst. Die Maschinensteuerung weist hierzu Ausgänge
auf die mit Steuereingängen des Überwachungssensors 1 verbunden
sind. Bei der Maschinensteuerung kann es sich auch um eine sicher
Steuerung handeln die sicher Ausgänge aufweist. Beispielsweise
sind zur Umschaltung der Überwachungsfelder 6, 8, 10 lediglich
zwei Steuereingänge notwendig, denen binäre Codierungen
aufgeschaltet werden zur Umschaltung der Überwachungsfelder.
Die Steuereingänge können dabei auch redundant
ausgeführt werden und als sichere Eingänge ausgeführt
sein.
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Die Überwachungsfelder 6, 8 und 10 gemäß den 3 bis 5 können
auch unabhängig voneinander definiert werden so dass im
Speicher des Überwachungssensors 1 acht oder mehr
unterschiedliche Überwachungsfelder gespeichert sind die
unabhängig voneinander aktivierbar sind. Die Überwachungsfelder
werden dann jeweils bestimmten Feldsätzen zugeordnet. Beispielsweise
bilden die Überwachungsfelder gemäß 3 einen
ersten Feldsatz, die Überwachungsfelder gemäß 4 einen
zweiten Feldsatz und die Überwachungsfelder gemäß 5 einen
dritten Feldsatz. Durch die Steuereingänge werden dann
lediglich die Feldsätze umgeschaltet, die die jeweiligen Überwachungsfelder beinhalten
und aktivieren.
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Der Überwachungssensor
weist mehrere sichere Schaltausgänge auf zur Beeinflussung
der Säge auf. Jedem der Überwachungsfelder ist
dabei ein sicherer Schaltausgang zugeordnet. Das Abschalten der
Säge wird beispielsweise lediglich durch eine Verletzung
des zweiten Überwachungsfeldes durchgeführt wird.
Bei ei ner Objekterkennung in dem ersten und dritten Überwachungsfeld
wird die Säge beispielsweise lediglich ein eine langsame
ungefährliche Bewegung überführt.
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- 1
- Überwachungssensor
- 2
- Schutzfeld
- 4
- Überwachungsfelder
- 6
- erstes Überwachungsfeld
- 8
- zweites Überwachungsfeld
- 10
- drittes Überwachungsfeld
- 12
- Maschine
- 14
- Holzverarbeitungsmaschine
- 16
- Person
oder Objekt
- 18
- Gefahrenbereich
- 20
- Materialzuführungseinheit
- 22
- Werkstücke
- 24
- Säge
- 26
- Formteile
- 28
- Materialabführungseinheit
- 30
- Sägespäne
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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