DE202018101285U1

DE202018101285U1 - Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Durchgangs

Info

Publication number: DE202018101285U1
Application number: DE202018101285.1U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2028-03-08

Abstract

Überwachungseinrichtung mit
- einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung (12), die ein Objekt (20) in einem Überwachungsbereich (16) berührungslos erfassen kann,
- einer Steuerung (30), die ein Sicherheitssignal abgeben kann, wenn das Objekt (20) im Überwachungsbereich (16) von der Schutzeinrichtung (12) erkannt wird,
- wobei die Steuerung (30) anhand ihr vorliegender und/oder ihr zugeführter Objektinformationen das Objekt (20) als zulässig oder unzulässig klassifizieren kann,
- und bei unzulässigem Objekt das Sicherheitssignal ausgibt,
- und bei zulässigem Objekt das Sicherheitssignal unterdrückt, dadurch gekennzeichnet,
- dass das zulässige Objekt (20) ein autonomes Fahrzeug (32) ist,
- dass die Objektinformationen Navigationsdaten des autonomen Fahrzeugs (32) enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung mit einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung, die ein Objekt in einem Überwachungsbereich berührungslos erfassen kann, einer Steuerung, die ein Sicherheitssignal abgeben kann, wenn das Objekt im Überwachungsbereich von der Schutzeinrichtung erkannt wird, wobei die Steuerung anhand ihr vorliegender und/oder ihr zugeführter Objektinformationen das Objekt als zulässig oder unzulässig klassifizieren kann und bei unzulässigem Objekt das Sicherheitssignal ausgibt und bei zulässigem Objekt das Sicherheitssignal unterdrückt.
Derartige Überwachungseinrichtungen finden unter Verwendung von berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen, insbesondere Lichtgittern, beispielsweise in automatisierten Bearbeitungsanlagen Anwendung, bei denen Werkstücke automatisch zugeführt, bearbeitet und wieder abgeführt werden. Die Schutzeinrichtungen sichern die Zugänge zu den potentiell Gefahr bringenden Maschinen ab.
Heute und in Zukunft kommen für den Transport der Werkstücke mehr und mehr fahrerlose Transportsysteme zum Einsatz, die autonom unterwegs sind und auf einer Ebene fahren, auf der auch Personen unterwegs sind. Die Bearbeitungsanlagen, zum Beispiel Roboter-Schweißstationen, Pressen oder dergleichen, stellen deshalb mögliche Gefahrenbereiche für das Personal dar. Es ist deshalb bei solchen Anlagen erforderlich, einen Schutz vor unzulässigem Eindringen vorzusehen. Ein solcher Schutz kann mittels einer Überwachungseinrichtung der eingangs erwähnten Art erreicht werden.
Die in solcher Sicherheitstechnik eingesetzten Schutzeinrichtungen und Steuerungen müssen besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN 13849 für Maschinensicherheit und die Gerätenorm EN61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS). Zur Erfüllung dieser Sicherheitsnormen sind eine Reihe von Maßnahmen zu treffen, wie beispielsweise sichere elektronische Auswertung durch redundante, diversitäre Elektronik, Funktionsüberwachung und/oder Vorsehen von diversen Funktionstests.
Aus der DE 10 2004 038 906 B4 ist eine gattungsgemäße Überwachungseinrichtung bekannt, bei der ein Durchgang mittels eines Lichtgitters überwacht wird, um nur zulässigen Objekten die Beförderung in einen Gefahrenbereich hinein zu erlauben. Die Unterscheidung zwischen zulässigen und unzulässigen Objekten erfolgt mittels Marken (RFID oder Barcode), die von einer vor dem Durchgang stationierten Lesestation ausgelesen werden. Die Marken enthalten Objektinformationen über das Objekt anhand derer das Objekt als zulässig oder unzulässig klassifiziert werden kann. Bei unzulässigem Objekt wird ein Sicherheitssignal ausgegeben, mit dem z.B. ein Nothalt einer gefahrbringenden Maschine erfolgen kann. Bei zulässigem Objekt wird das Sicherheitssignal unterdrückt (Muting).
Dieses bekannte System wird an Förderanlagen eingesetzt, mit denen die Objekte (Werkstücke) durch den Durchgang transportiert werden. Damit ist sichergestellt, dass die stationäre Lesestation stets die Marke lesen kann. Für Werkstückbeförderung mittels autonomen Fahrzeugen ist das System ungeeignet, unter anderem weil autonome Fahrzeuge nicht unbedingt festen Bahnen folgen und deshalb ein Lesen von Marken schwierig sein kann. Darüber hinaus sind Lesestationen störend und aufwändig. Der Begriff „autonome Fahrzeuge“ bzw. „autonomes Fahren“ steht im Rahmen dieser Erfindung für beispielsweise Folgendes:

- automatische Fahrzeuge (automatisches Fahren)
- fahrerlose Transportsysteme
- Fahrzeuge mit Fahrerassistenzsystemen

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Überwachungssystem zur Überwachung eines Durchgangs bereit zu stellen, das zukünftigen Anforderungen der autonomen Objektförderung gerecht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Überwachungseinrichtung mit

- einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung, die ein Objekt in einem Überwachungsbereich berührungslos erfassen kann,
- einer Steuerung, die ein Sicherheitssignal abgeben kann, wenn das Objekt im Überwachungsbereich von der Schutzeinrichtung erkannt wird,
- wobei die Steuerung anhand ihr vorliegender und/oder ihr zugeführter Objektinformationen das Objekt als zulässig oder unzulässig klassifizieren kann,
- und bei unzulässigem Objekt das Sicherheitssignal ausgibt,
- und bei zulässigem Objekt das Sicherheitssignal unterdrückt.

Mit der neuen Überwachungseinrichtung sind spezielle Lesestationen zur Lesung von Marken überflüssig. Tatsächlich ist keinerlei zusätzliche Hardware oder zusätzliche Marken erforderlich, was aufwändig und gegebenenfalls störend für den Fahrweg von autonomen Fahrzeugen wäre. Zur Entscheidung, ob ein sich der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung näherndes Objekt zulässig ist oder nicht, werden wenigstens die Navigationsdaten des autonomen Fahrzeugs verwendet. Bedienpersonal besitzt überhaupt keine Navigationsdaten, so dass menschliches Personal stets ein unzulässiges Objekt darstellt und somit immer geschützt ist.
Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Navigationsdaten ist, dass dem Navigationssystem die geplante Fahrtstrecke bekannt ist. Somit kann das Signal zur Einleitung der Unterdrückung des Sicherheitssignals (Muting) explizit nur dann gesendet werden, wenn die Fahrtstrecke durch den zu überbrückenden Überwachungsbereich der Schutzeinrichtung führt. Damit werden fälschlicherweise eingeleitete Überbrückungen durch die Erkennung von vorbeifahrenden Fahrzeugen nach DE 10 2004 038 906 B4 verhindert. Das Vermeiden von falschem Muting sorgt für erhöhte Sicherheit (kein Muting ohne anwesendes Fahrzeug) und erhöhte Produktivität, da ein falsches Muting erkannt würde und unnötigerweise zu einer die Produktivität behindernden Sicherheitsreaktion (beispielsweise Not-Halt) führen würde.
Navigationsdaten können in vielfältiger Weise erhalten werden. Zum Beispiel können die Navigationsdaten über GPS, Lasernavigation, Rasternavigation, Koppelnavigation, Umgebungsmarken und Ähnliches, erhalten bzw. bereitgestellt werden. GPS bietet sich nur außerhalb von Gebäuden an, die anderen Verfahren auch innerhalb. GPS bietet gerade in der Intralogistik außerhalb von Gebäuden einen Vorteil und zeichnet sich durch hohe Verfügbarkeit aus.
Ein weiterer Vorteil der Nutzung der Navigationsdaten zum erfindungsgemäßen Muting ist, dass wenn die Navigationsdaten ausfallen sollten, auch das autonome Fahrzeug nicht mehr fahren kann. Daraus ergibt sich eine inhärente Sicherheitsfunktion, je nach Architektur des Systems. Das Sicherheitssignal kann dann nicht mehr unterdrückt werden, was eine weitere Erhöhung der Sicherheit bedeutet.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein drahtloser Übertragungskanal vorhanden zur Übertragung der Objektinformationen an die Steuerung.
In einer Alternative ist das autonome Fahrzeug dazu ausgebildet, die Objektinformationen, also die Navigationsdaten, an die Steuerung zu übermitteln. Dann kommuniziert jedes Fahrzeug selber mit der Steuerung für die Schutzeinrichtung. Oder in einer anderen Alternative umfasst die Steuerung einen zentralen Leitrechner, dem die Navigationsdaten des autonomen Fahrzeugs vorliegen. Zur Entscheidung, ob das Sicherheitssignal an der Schutzeinrichtung unterdrückt oder ausgegeben werden soll, muss der Leitrechner lediglich die Soll-Position des Fahrzeugs mit der Ist-Position abgleichen. Eine solche zentrale Steuerung kann unter Umständen weniger Aufwand bedeuten.
In Weiterbildung der Erfindung kann die Steuerung in die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung integriert sein. Die Schutzeinrichtung und/oder die Steuerung sind fehlersicher im Sinne der funktionalen Sicherheit ausgebildet und erfüllen die entsprechenden Sicherheitsnormen.
Vorteilhafterweise können dabei die Objektinformationen, also die Navigationsdaten selber und/oder der Übertragungskanal selber nicht-sicher sein. Die von den Normen geforderte funktionale Sicherheit des Gesamtsystems kann durch die fehler-sichere Ausbildung der die Objektinformation verarbeitenden Steuerung und der Schutzeinrichtung sichergestellt sein.
In Weiterbildung der Erfindung enthalten die Objektinformationen neben den Navigationsdaten das Objekt charakterisierende Eigenschaften, die von der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung detektierbar sind. Dadurch kann die Sicherheit weiter erhöht werden. Wenn z.B. die Objektinformationen Daten zum Radabstand enthalten, könnte der mit der Schutzeinrichtung erkannt werden und diese Erkennung als weiteres Zulässigkeitskriterium dienen. Andere, insbesondere geometrische Daten sind denkbar.
Zusätzlich können weitere Objektinformationen über ein sich auf dem Objekt befindliches RFID-Tag oder einen sonstigen maschinenlesbaren Informationsträger wie Barcode, 2D-Code oder dergleichen, der von der Überwachungseinrichtung auslesbar ist, an die Steuerung übermittelt werden. Zwar bedeutet das wieder Hardwareaufwand, aber für bestimmte Anwendungen kann das als zusätzliche Maßnahme sinnvoll sein.
In der Anwendung der Überwachungseinrichtung erfolgt die Überwachung durch ein Verfahren bei dem

- ein Objekt in einem Überwachungsbereich mit einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung erfasst werden kann,
- bei Erkennung des Objekts im Überwachungsbereich durch die Schutzeinrichtung von einer Steuerung ein Sicherheitssignal abgegeben wird,
- wobei das Objekt durch die Steuerung anhand ihr vorliegender und/oder ihr zugeführter Objektinformationen als zulässig oder unzulässig klassifiziert wird,
- und bei unzulässigem Objekt das Sicherheitssignal ausgegeben wird,
- und bei zulässigem Objekt das Sicherheitssignal unterdrückt wird, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Objekt ein autonomes Fahrzeug, insbesondere ein fahrerloses Transportsystem ist, das selbsttätig den Durchgang passieren kann und
- dass anhand von Navigationsdaten, die in den Objektinformationen des autonomen Fahrzeugs enthalten sind, das Sicherheitssignal ausgegeben bzw. unterdrückt wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung;
2 eine weitere Ausführungsform der Überwachungseinrichtung.

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung 10 weist eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung 12 auf, die in 1 als Lichtgitter dargestellt und nachfolgend stets als Lichtgitter 12 bezeichnet ist. Das Lichtgitter 12 ist nach den genormten Sicherheitsanforderungen (EN13849 und EN61496) ausgebildet und überwacht mit seinen Lichtstrahlen 14, die von einer Sendeleiste 12-1 zu einer Empfangsleiste 12-2 verlaufen, einen hier ebenen Überwachungsbereich 16. Damit wird ein Durchgang 18 daraufhin überwacht, ob Objekte 20 von einem Zugangsbereich 22 in einen Gefahrenbereich 24 eindringen. Der Gefahrenbereich 24 ist ein Arbeitsbereich einer automatisch arbeitenden Maschine, hier ein Roboter 26, mit dem Werkstücke 28 bearbeitet werden können.
Das Lichtgitter 12 dient in erster Linie dem Schutz von Personal. Wenn ein Objekt 20 in den Überwachungsbereich 16 eindringt wird dies vom Lichtgitter 12 berührungslos erfasst, indem das Lichtgitter 12 registriert, ob ein oder mehrere der Lichtstrahlen 14 unterbrochen sind. Wenn das der Fall ist, kann nach einer Strahlauswertung in einer Steuerung 30 des Lichtgitters 12 ein Sicherheitssignal von der Steuerung 30 abgeben werden, wodurch eine Sicherheitsreaktion erfolgt, beispielsweise ein Not-Halt des Roboters 26. Damit aber ohne Unterbrechung des Roboters 26 eine zulässige Materialzuführung ohne Sicherheitsabschaltung möglich ist, kann die Steuerung 30 anhand ihr vorliegender und/oder ihr zugeführter Objektinformationen das Objekt 20 als zulässig oder unzulässig klassifizieren, so dass bei unzulässigem Objekt das Sicherheitssignal ausgeben wird und bei zulässigem Objekt 20 das Sicherheitssignal unterdrückt wird, also kein Not-Halt erfolgt. Diese Funktion wird auch, wie eingangs bereits dargestellt, als „Muting“ bezeichnet.
Die Erfindung betrifft nun die Charakterisierung von zulässigen Objekten 20. Und zwar ist nach der Erfindung ein zulässiges Objekt 20 von einem autonomen Fahrzeug 32 gebildet, das insbesondere ein fahrerloses Transportsystem (FTS) ist und im Weiteren nur als FTS 32 bezeichnet ist. Weiter ist die Objektinformation, die die Steuerung 30 dazu veranlasst, das Muting einzuleiten in spezieller Weise ausgebildet. Und zwar muss die Objektinformation Navigationsdaten des FTS 32 enthalten.
Anhand der Navigationsdaten kann die Steuerung 30 auswerten, dass es sich erstens um ein zulässiges FTS 32 handelt, und zweitens kann die Steuerung 30 an den Navigationsdaten erkennen, welche Fahrtroute das FTS 32 nehmen wird. Ist aus den Navigationsdaten/Routendaten zu entnehmen, dass das FTS 32 den Durchgang 18 nicht passieren wird, sondern beispielsweise vorher in Richtung des Pfeiles 34 abbiegt, wird das Muting nicht eingeschaltet und das Lichtgitter 12 behält seine Schutzfunktion bei. Ist aus den Navigationsdaten aber zu entnehmen, dass das FTS 32 den Durchgang 18 passieren wird und in Richtung des Pfeiles 36 fährt, wird das Muting eingeleitet und das FTS 32 kann mit dem Werkstück 28 passieren ohne dass ein Not-Halt ausgelöst wird.
Die Kommunikation kann über ein GPS-System erfolgen. Das Fahrzeug gibt seine Navigationsdaten, also Position und Route, über das GPS per Funk an die Steuerung 30.
Alternativ umfasst die Steuerung einen zentralen Leitrechner 40 (2), dem die Navigationsdaten des autonomen Fahrzeugs vorliegen. Der zentrale Leitrechner übermittelt die Navigationsdaten und damit die Routendaten aus der Ferne an das FTS 32. Zur Entscheidung, ob das Muting eingeleitet werden soll oder nicht, muss der Leitrechner 40 lediglich die Soll-Position des FTS 32 mit der Ist-Position abgleichen, denn die Fahrtroute kennt der zentrale Leitrechner 40 bereits. Eine solche zentrale Steuerung kann unter Umständen weniger Aufwand bedeuten.
In einer in 2 ebenfalls dargestellten Ausführungsform ist die Steuerung 30 in das Lichtgitter 12 integriert.
In einer weiteren Ausführungsform enthalten die Objektinformationen neben den Navigationsdaten weitere Informationen, die das FTS 32 und gegebenenfalls auch seine Ladung, also das Werkstück 28, charakterisieren. Wenn diese zusätzlichen Informationen von dem Lichtgitter 12 verifizierbar sind, beispielsweise geometrische Informationen, wie den Radabstand oder die Höhe des FTS 32 oder die Höhe des Werkstücks 28 oder dergleichen, dann kann das Muting auch von diesen Informationen abhängig gemacht werden, so dass das Lichtgitter 12 zum Beispiel immer prüfen kann, ob das Objekt 20, das den Durchgang 18 passiert, auch tatsächlich das zulässige FTS 32 ist.
In einer weiteren Ausführungsform können zusätzlich weitere Objektinformationen über ein oder mehrere sich auf dem Objekt 20 befindliche maschinenlesbare Informationsträger 42, wie Barcode, 2D-Code, RFID-Tags, die von der Überwachungseinrichtung 10 auslesbar sind, an die Steuerung 30 übermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004038906 B4 [0005, 0010]

Claims

Überwachungseinrichtung mit - einer berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung (12), die ein Objekt (20) in einem Überwachungsbereich (16) berührungslos erfassen kann, - einer Steuerung (30), die ein Sicherheitssignal abgeben kann, wenn das Objekt (20) im Überwachungsbereich (16) von der Schutzeinrichtung (12) erkannt wird, - wobei die Steuerung (30) anhand ihr vorliegender und/oder ihr zugeführter Objektinformationen das Objekt (20) als zulässig oder unzulässig klassifizieren kann, - und bei unzulässigem Objekt das Sicherheitssignal ausgibt, - und bei zulässigem Objekt das Sicherheitssignal unterdrückt, dadurch gekennzeichnet, - dass das zulässige Objekt (20) ein autonomes Fahrzeug (32) ist, - dass die Objektinformationen Navigationsdaten des autonomen Fahrzeugs (32) enthalten.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein drahtloser Übertragungskanal vorhanden ist zur Übertragung der Objektinformationen an die Steuerung.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das autonome Fahrzeug dazu ausgebildet ist, die Objektinformationen über den Übertragungskanal an die Steuerung zu übermitteln.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einen zentralen Leitrechner umfasst, dem die Navigationsdaten des autonomen Fahrzeugs vorliegen und die Steuerung zur Entscheidung über die Ausgabe oder Unterdrückung des Sicherheitssignals die Soll-Position des Fahrzeugs mit der Ist-Position abgleicht.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung in die berührungslos wirkende Schutzeinrichtung integriert ist, die fehlersicher im Sinne der funktionalen Sicherheit ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformationen und/oder der Übertragungskanal nicht-sicher im Sinne der funktionalen Sicherheit sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektinformationen das Objekt charakterisierende Eigenschaften beschreiben, die von der berührungslos wirkenden Schutzeinrichtung detektierbar sind.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Objektinformationen über ein sich auf dem Objekt befindliches RFID-Tag, das von der Überwachungseinrichtung auslesbar ist, an die Steuerung übermittelbar ist.