DE202020101618U1

DE202020101618U1 - System mit einem Lichtgitter zur Erfassung von bewegten Objekten in einem Schutzfeld

Info

Publication number: DE202020101618U1
Application number: DE202020101618.0U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

System (1) mit einem Lichtgitter (2) zur Erfassung von bewegten Objekten (3) in einem Schutzfeld (4), wobei die Objekte (3) durch das Schutzfeld (4) bewegt werden, mit einer Anzahl von Strahlachsen (6), welche jeweils von einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender (7) und einem zugeordneten Empfänger (8) gebildet sind,
wobei bei freiem Schutzfeld (4) die Strahlachsen (6) nicht unterbrochen sind und bei einem Objekteingriff im Schutzfeld (4) wenigstens eine Strahlachse (6) unterbrochen ist,
und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (9), mittels derer bei Eindringen eines sicherheitskritischen Objekts (3) in das Schutzfeld (4) eine Objektmeldung generierbar ist,
wobei in der Steuer- und Auswerteeinheit (9) ein nichtsicherheitskritisches Objekt (3) beim Passieren des Schutzfeldes (4) dadurch identifizierbar ist, dass während
wenigstens einer Einlaufphase und einer Durchlaufphase die durch das nichtsicherheitskritische Objekt (3) unterbrochenen Strahlachsen (6) registriert werden und anhand dieser überprüft wird, ob für die Einlaufphase und Durchlaufphase spezifische, in der Steuer- und Auswerteeinheit (9) gespeicherte Objektmerkmale des nichtsicherheitskritischen Objekts (3) erfüllt sind,
und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) ausgebildet ist bei einem identifizierten nichtsicherheitskritischen Objekt (3) in der Steuer- und Auswerteeinheit (9) kein Objektfeststellungssignal zu generieren,
und andernfalls bei einem identifizierten sicherheitskritischen Objekt (3) ein Objektfeststellungssignal zu generieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
das sicherheitskritische Objekt (3) eine Person (12) ist,
das nicht sicherheitskritische Objekt (3) mindestens im Querschnitt quaderförmig ausgebildet ist,
wobei bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt (3) in der Einlaufphase ein einziger lückenloser Bereich mehrerer unterbrochener Strahlachsen (6) vorliegt, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen (6) größer als eine minimale Objekthöhe von mindestens 130 mm ist,
der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen (6) kleiner als eine maximale Objekthöhe ist,
wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes (4) quer zu den Strahlachsen (6).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einem Lichtgitter zur Erfassung von bewegten Objekten in einem Schutzfeld gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Mensch-Material Unterscheidung wird in der Regel durch Muting d.h. eine Stummschaltung eines Lichtgitters realisiert. Die Anforderungen an Muting sind in der Vornorm IEC/TS 62046:2008 zu finden.
Das Prinzip hierbei ist, dass das Sicherheitslichtgitter bzw. eine Mehrstrahl-Sicherheitslichtschranke bzw. ein sicherheitsgerichteter Teil einer Steuerung durch Muting-Sensoren Zusatzinformationen über das Objekt bekommt, das durch das Schutzfeld transportiert werden soll. Über eine zeitliche Abfolge und die Zustände der Signale wird die Mensch-Material-Unterscheidung vorgenommen.
Hierbei muss allerdings ein gewisser Minimalabstand eingehalten werden, damit die Sicherheit der Anlage gewährleistet ist, d. h damit die Unterscheidung zwischen Mensch und Material hinreichend sicher funktioniert.
Bei Muting sind Mutingsensoren notwendig. Dies ist mit Zusatzkosten verbunden und erfordert einen erhöhten Sicherheitsabstand zwischen Lichtschranke und Gefahrenbereich.
Die DE 10 2007 033 766 A1 betrifft ein Lichtgitter, welches zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich dient und eine Anzahl von Stahlachsen, welche jeweils von einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem zugeordneten Empfänger gebildet sind, umfasst. Weiterhin umfasst das Lichtgitter eine Auswerteeinheit, mittels derer bei Eindringen eines sicherheitskritischen Objekts in den Überwachungsbereich eine Objektmeldung generierbar ist. In der Auswerteeinheit ist ein nichtsicherheitskritisches Objekt bei Passieren des Überwachungsbereichs dadurch identifizierbar, dass während wenigstens einer Einlaufphase und einer Durchlaufphase als unterschiedliche Muting-Phasen die durch das nichtsicherheitskritische Objekt unterbrochenen Strahlachsen registriert werden und anhand dieser überprüft wird, ob für die Einlaufphase und Durchlaufphase spezifische, in der Auswerteeinheit gespeicherte Objektmerkmale des nichtsicherheitskritischen Objekts erfüllt sind. Bei einem identifizierten nichtsicherheitskritischen Objekt wird in der Auswerteeinheit ein Mutingsignal generiert.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gefahrenstelle so abzusichern, dass es nicht möglich ist, mit Körperteilen ab einer Größe einer Hand in einen Gefahrenbereich einzudringen. Gleichzeitig soll es aber zulässigen Objekten erlaubt sein, auf in den Gefahrenbereich transportiert zu werden, ohne hierbei eine Sicherheitsfunktion auszulösen. Hierzu muss die Zugangsabsicherung sicher zwischen Menschen und entsprechendem Material unterscheiden können. Eine weitere unabhängige Aufgabe ist einen notwendigen Sicherheitsabstand zwischen Lichtgitter und Gefahrenbereich zu reduzieren. Eine weitere Aufgabe besteht darin ein preiswerteres System zur Gefahrbereichsabsicherung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein System mit einem Lichtgitter zur Erfassung von bewegten Objekten in einem Schutzfeld, wobei die Objekte durch das Schutzfeld bewegt werden, mit einer Anzahl von Strahlachsen, welche jeweils von einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem zugeordneten Empfänger gebildet sind, wobei bei freiem Schutzfeld die Strahlachsen nicht unterbrochen sind und bei einem Objekteingriff im Schutzfeld wenigstens eine Strahlachse unterbrochen ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, mittels derer bei Eindringen eines sicherheitskritischen Objekts in das Schutzfeld eine Objektmeldung generierbar ist, wobei in der Steuer- und Auswerteeinheit ein nichtsicherheitskritisches Objekt beim Passieren des Schutzfeldes dadurch identifizierbar ist, dass während wenigstens einer Einlaufphase und einer Durchlaufphase die durch das nichtsicherheitskritische Objekt unterbrochenen Strahlachsen registriert werden und anhand dieser überprüft wird, ob für die Einlaufphase und Durchlaufphase spezifische, in der Steuer- und Auswerteeinheit gespeicherte Objektmerkmale des nichtsicherheitskritischen Objekts erfüllt sind, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist bei einem identifizierten nichtsicherheitskritischen Objekt in der Auswerteeinheit kein Objektfeststellungssignal zu generieren, und andernfalls bei einem identifizierten sicherheitskritischen Objekt ein Objektfeststellungssignal generiert, wobei das sicherheitskritische Objekt eine Person ist, das nicht sicherheitskritische Objekt mindestens im Querschnitt quaderförmig ausgebildet ist, wobei bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt in der Einlaufphase ein einziger lückenloser Bereich mehrerer unterbrochener Strahlachsen vorliegt, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen größer als eine minimale Objekthöhe von mindestens 130 mm ist, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen kleiner als eine maximale Objekthöhe ist, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes quer zu den Strahlachsen.
Insbesondere bei Paketiermaschinen kommen quaderförmige Objekte bzw. quaderförmige Pakete zum Einsatz. Durch die Erfindung entfallen Mutingsensoren, wodurch Platz eingespart wird und wodurch das System preiswerter herstellbar ist.
Das Objekt muss lediglich durch die Lichtstrahlen des Lichtgitters einen quaderförmige Abschattung bzw. einen quaderförmigen Schatten generieren. Z.B. kann eine durch das Schutzfeld zu transportierende stehende Säule in den richtigen Abmessungen auch gültig sein.
Der Erfindung stellt ein System mit einem Lichtgitter bereit, welches durch eine spezielle Strahldatenauswertung in der Lage ist gültige, zulässige bzw. nicht sicherheitskritische Objekte mit geraden rechtwinkligen Kanten sicherheitsgerichtet von einer unzulässigen bzw. sicherheitskritischen Person zu unterscheiden.
Ein Objekt ist immer dann in diesem Kontext sicherheitskritisch' wenn es nicht die Objektmerkmale eines nicht sicherheitskritischen Objekts erfüllt.
Ein zulässiges Objekt wird durch das Schutzfeld transportiert, ohne ein sicherheitsgerichteten Ausgang abzuschalten bzw. ohne ein Objektfeststellungssignal zu generieren. Werden die Lichtachsen des Lichtgitters durch eine unzulässige bzw. sicherheitskritische Person unterbrochen, und kein zulässiges Objekt erkannt, wird der sicherheitsgerichtete Ausgang abgeschaltet bzw. ein Objektfeststellungssignal generiert.
Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Erfindung das Detektionsvermögen des Lichtgitters ist auch während der Durchfahrt des Objektes durch das Schutzfeld vorhanden und auch an Stellen aktiv die nicht durch das Objekt abgedeckt sind. Das Lichtgitter ist daher zu keinem Zeitpunkt deaktiviert.
Gemäß der Erfindung ist das sicherheitskritische Objekt eine Person. Im Vergleich zu den nichtsicherheitkritischen quaderförmigen Objekten weist die Person in allen erdenklichen Anordnungen oder Lagen immer eine unterscheidbare Kontur auf, die sich von den quaderförmigen Objekten hinreichend unterscheidet.
Bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt liegt in der Einlaufphase mindestens ein lückenloser Bereich bzw. eine lückenlose Reihe einer Mehrzahl oder Vielzahl von unterbrochenen Strahlachsen vor. Die Vielzahl beträgt dabei beispielsweise mindestens 10 Strahlachsen. Im Unterschied hierzu werden bei einer Unterbrechung der Lichtachsen durch eine sicherheitskritische Person mit hoher Wahrscheinlichkeit keine lückenlose Folge von Strahlachsen unterbrochen, sondern jeweils Lichtachsen mit dazwischenliegenden Bereichen die nicht unterbrochen sind. Es sind also bei einem Eintritt einer Person meist mehrere Bereiche des Lichtgitters unterbrochen.
Gemäß der Erfindung ist bei dem Objekt eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen ist größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm. Bei einer Person ist eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit kleiner als eine Höhe von 130 mm. Beispielsweise werden durch einen Eingriff einer Hand nur wenige Strahlachsen unterbrochen. Damit ist eine Person und Objekt bereits unterscheidbar.
Die minimale Objekthöhe ist optional konfigurierbar. Dadurch können auch andere minimale Objekthöhen eingestellt werden.
Gemäß der Erfindung ist eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen ist kleiner als eine maximale Objekthöhe, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes quer zu den Strahlachsen. Eine Person unterbricht mit hoher Wahrscheinlichkeit Lichtachsen die größer sind als eine maximale Objekthöhe wobei die Person mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die obersten Lichtachsen des Lichtgitters unterbricht, wodurch die Person als unzulässiges bzw. sicherheitskritisches Objekt detektiert ist.
Die maximale Objekthöhe ist optional auch unabhängig von der Lichtgitterhöhe konfigurierbar. Dadurch können auch andere maximale Objekthöhen eingestellt werden. Jedoch kann die maximale Objekthöhe nicht höher sein als die Höhe des Lichtgitters selbst.
Durch die Kombination der Überprüfungskriterien, wobei bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt in der Einlaufphase mindestens eine lückenloser Bereich unterbrochener Strahlachsen vorliegt, eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm ist, eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen kleiner als eine maximale Objekthöhe ist, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes quer zu den Strahlachsen, kann eine Person detektiert werden, da mindestens eines dieser Überprüfungskriterien nicht erfüllt ist. Es kann zwar vorkommen, dass die Person eines dieser Überprüfungskriterien erfüllen kann bei der Strahlunterbrechung, jedoch gleichzeitig oder nachfolgend ein anderes Kriterium nicht erfüllt ist und so die Person detektiert wird.
Insbesondere ist gemäß vorliegender Erfindung kein Einlernen von Objekten notwendig. Die Überprüfungskriterien sind unabhängig von einer bestimmten Anwendung im Lichtgitter in einer Speichereinheit nichtflüchtig gespeichert. Dadurch kann das Lichtgitter ohne vorhergehenden Konfigurationsvorgang eingesetzt werden. Zwar können die Überprüfungskriterien durch einen Anwender auf Wunsch angepasst bzw. modifiziert werden, jedoch ist das Lichtgitter bzw. das System auch ohne eine solche Anpassung direkt einsatzfähig.
Wird das Objekt nicht gültig erkannt wird immer als Rückfallposition ein Objektfeststellungssignal ausgegeben, analog zur Detektion einer Person. Damit ist das System immer funktional sicher in Zweifelsfällen der Objekterkennung.
Das Objekt durchläuft mindestens die Einlaufphase und die Durchlaufphase durch das Lichtgitter. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass detektierte Lichtachsenergebnisse von einzelnen Zyklen in der Auswertung nicht berücksichtigt werden. Ein Zyklus beinhaltet dabei die Ergebnisse aller Lichtachsen des Lichtgitters während einer bestimmten Zeitdauer von beispielsweise 10 ms bis 100 ms je nach Anzahl der Lichtachsen. Dies erfolgt beispielsweise dann wenn die detektierten Ergebnisse der Lichtachsen nicht vollständige Zwischenergebnisse sind, wie beispielsweise eine Aufnahme von unvollständigen Kanten. Dies ist sicherheitstechnisch vertretbar, da eine Vielzahl von Abtastungen mittels der Lichtachsen vorliegen und im Mindestabstand zur Gefahrstelle berücksichtigt wird.
Das Schutzfeld kann schräg zur Bewegungsrichtung angeordnet sein, jedoch ist eine Ebene des Schutzfeldes immer parallel zu einer senkrechten Kante des Objektes angeordnet bzw. ausgerichtet. Dabei sind die optischen Achsen der Strahlachsen bzw. die Strahlachsen bevorzugt horizontal angeordnet.
Das System bzw. Lichtgitter kann auch in sehr vielen Anwendungen eingesetzt werden, da Produkte auf Fördereinrichtungen sehr häufig quaderförmig verpackt sind.
Insbesondere brauchen keine zusätzlichen Mutingsensoren vorgesehen und montiert werden.
Beispielsweise werden die Objekte durch eine Fördereinrichtung oder ein Förderband durch das Schutzfeld bewegt. Jedoch kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Objekte durch ein Fahrzeug, ein führerloses Fahrzeug bzw. ein autonomes Fahrzeug durch das Schutzfeld bewegt werden.
In der Sicherheitstechnik eingesetzte Systeme bzw. Sicherheitssysteme und Lichtgitter müssen besonders zuverlässig und eigensicher arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm EN13849 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 eine redundante und/oder diversitäre Steuer- und Auswerteeinheit oder verschiedene Funktionsüberwachungen, speziell die Überwachung elektronischer und optischer Bauteile, insbesondere die Funktionsüberprüfung von verwendeten Mikrocontrollern.
Der Begriff funktional sicher' oder sicherheitsgerichtet' ist im Sinne der genannten oder vergleichbaren Normen zu verstehen, es sind also Maßnahmen ergriffen, um Fehler bis zu einem spezifizierten Sicherheitsniveau zu beherrschen. Das System bzw. Sicherheitssystem kann daher eigensicher ausgebildet sein. Dabei darf ein einzelner auftretender Fehler nicht zu einem gefährlichen Ausfall führen. Nicht sicher ist der Gegenbegriff zu sicher, für nicht sichere Geräte, Übertragungswege, Auswertungen und dergleichen und dabei sind demnach die genannten Anforderungen an eine Fehlersicherheit nicht erfüllt.
In Weiterbildung der Erfindung ist in der Einlaufphase mindestens die unterste und/oder die zweitunterste Lichtachse durch das Objekt unterbrochen.
Da die Objekte quaderförmig sind und zwingend aufgrund der Schwerkraft mit mindestens einer Seite auf dem Förderband aufliegen wird mindestens die unterste und/oder die zweitunterste Lichtachse unterbrochen. Diese Eigenschaft wird bei der Auswertung berücksichtigt.
Lediglich bei eingedrückten Kanten oder Ecken würde eine Abweichung hierzu vorliegen. Dann aber würde wiederum das Objekt nicht gültig erkannt werden und ein Objektfeststellungssignal würde ausgegeben werden so wie bei einer Erkennung einer Person. Damit ist die Sicherheit gewährleistet.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Schutzfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung der Objekte angeordnet. Damit sind auch die Strahlachsen senkrecht zur Bewegungsrichtung.
Wenn das Schutzfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung angeordnet ist, ist eine Ebene des Schutzfeldes ebenfalls parallel zu einer senkrechten Kante des Objektes angeordnet bzw. ausgerichtet. Dabei sind die optischen Achsen der Strahlachsen bzw. die Strahlachsen ebenfalls bevorzugt horizontal angeordnet.
Gemäß der Weiterbildung ist das Schutzfeld in Bewegungsrichtung platzsparend angeordnet.
In Weiterbildung ist während mindestens einer Durchlaufphase eine konstante Anzahl von Strahlachsen unterbrochen, wobei eine Toleranz von bis zu +10 mm zulässig ist. Damit ist für eine horizontale Kante bzw. waagerechte Kante des quaderförmigen Objekts eine Toleranz von 0 mm bis +10 mm vorgesehen.
Dadurch können Unebenheiten des Objektes durch das System toleriert werden. Jedoch ist die erlaubte Toleranz so klein, dass selbst eine Person die auf dem Objekt liegen würde erkannt werden würde. Die Toleranz von 0 bis +10 mm ist wiederum so bemessen, dass eine Person alleine oder in Verbindung mit dem Objekt sicher detektiert wird.
Optional ist es vorgesehen, dass die Größe der Toleranzeinstellung konfiguierbar ist. Dadurch kann die Toleranzangabe an eine bestimmte Anwendung angepasst werden.
In Weiterbildung hat das zulässige Objekt mindestens eine Länge von 100 mm.
Dadurch wird die Verfügbarkeit und eine Vielseitigkeit des Systems erhöht. Würden kürzere Objekte erlaubt werden, könnte eine Toleranz für eine senkrechte oder vertikale Kante nicht groß genug bemessen werden. Würden nur längere Objekte erlaubt werden wäre das eine zu große Einschränkung für die vielseitige Verwendung des Systems.
Optional ist die zulässige Objektlänge konfigurierbar. Damit kann die zulässige Objektlänge an bestimmte Objekte einer bestimmten Anwendung angepasst werden.
In Weiterbildung der Erfindung weist das zulässige Objekt eine maximale Kantentoleranz von 80 mm an den senkrechten bzw. vertikalen Kanten des Objektes auf.
Insbesondere bei Objekten die aus einer Vielzahl von Einzelobjekten gebildet sind, beispielsweise bei einer beladenen Palette, können einzelne Teilobjekte nicht bündig sein oder beispielsweise eine leicht schräge Kante auftreten, insbesondere, wenn Teilobjekte mittels einer Folie zu einem Gesamtobjekt verpackt sind und die Teilobjekte verrutscht sind. Solche Objekte können aufgrund der Kantentoleranz dennoch mit einer hohen Verfügbarkeit toleriert werden und die Objekte als zulässige Objekte bestimmt werden.
Optional ist die maximale Kantentoleranz konfigurierbar. Die maximale Kantentoleranz ist insbesondere auch von der Bandgeschwindigkeit abhängig. Die Kantentoleranz beträgt beispielsweise minimal 6 mm.
In Weiterbildung der Erfindung sind am Ende einer Auslaufphase des Objektes alle Strahlachsen nicht unterbrochen.
Damit wird automatisch ein Objektende erkannt. Dadurch, dass das zulässige Objekt quaderförmig ist, erfolgt auch eine unmittelbare Nichtunterbrechung aller Strahlachsen bei einem Objektende wodurch das zulässige Objekt erkannt wird.
Werden die Strahlachsen nicht abrupt frei, so liegt kein zulässiges Objekt vor, sondern ein unzulässiges Objekt oder eine unzulässige bzw. sicherheitskritische Person, so dass ein Objektfeststellungssignal generiert wird.
In Weiterbildung der Erfindung beträgt die Auflösung des Lichtgitters mindestens 14 mm. Dadurch kann bereits ein Finger oder eine Hand einer Person detektiert werden, wodurch der Sicherheitsabstand zu einer Gefahrstelle hin niedrig oder gering bemessen werden kann. Weiterhin können die zulässigen Objekte hochauflösend detektiert werden. Damit sind Fehlschaltungen vermieden, wodurch eine hohe Verfügbarkeit des Systems gegeben ist. Zwar könnte auch eine andere Auflösung wie beispielsweise 7 mm verwendet werden, jedoch wäre bei 7 mm eine unnötig hohe Anzahl von Strahlachsen notwendig.
In Weiterbildung der Erfindung bewegen sich mindestens die zulässigen Objekte mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m bis 1 m pro Sekunde durch das Schutzfeld.
Dadurch können die Objekte ausreichend schnell abgetastet werden und ein Sicherheitsabstand zu einer Gefahrstelle kann genügend klein gewählt werden.
Optional ist eine Geschwindigkeit mit der sich Objekte durch das Schutzfeld bewegen dürfen einstellbar bzw. konfigurierbar.
In Weiterbildung ist zwischen zwei zulässigen Objekten mindestens ein Abstand von 100 mm vorgesehen.
Dadurch wird die Verfügbarkeit und eine Vielseitigkeit des Systems erhöht. Würden kürzere Objektabstände erlaubt werden, könnte eine Toleranz für eine senkrechte oder vertikale Kante nicht groß genug bemessen werden. Würden nur längere Objektabstände erlaubt werden wäre das eine zu große Einschränkung für die vielseitige Verwendung des Systems.
Optional ist es vorgesehen den Mindestabstand zwischen zwei zulässige Objekten zu konfigurieren.
In Weitebildung der Erfindung weist das Schutzfeld eine Höhe von mindestens 800 mm auf.
Dadurch können eine Vielzahl von unterschiedlichen Objekten detektiert werden. Würde eine kleinere Schutzfeldhöhen erlaubt werden, so könnte eine unzulässige Person nicht zweifelsfrei erkannt werden.
In Weiterbildung beträgt die Ansprechzeit des Lichtgitters mindestens 80 ms.
Dadurch können die Objekte ausreichend schnell abgetastet werden und ein Sicherheitsabstand zu einer Gefahrstelle kann genügend klein gewählt werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind zwei Objekte übereinander angeordnet, wobei das Objekt, welches auf der Fördereinrichtung aufliegt, zuerst eine Strahlunterbrechung hervorruft, wobei das obere Objekt, welches nicht auf der Fördereinrichtung aufliegt eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm aufweist. Dadurch können auch gestapelte Objekte als zulässige Objekte identifiziert werden.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

1 ein System mit einem Lichtgitter zur Erfassung von bewegten Objekten in einem Schutzfeld, wobei die Objekte mittels einer Fördereinrichtung bewegt werden;
2 und 3 eine Einlaufphase eines zulässigen Objektes in das Schutzfeld des Lichtgitters;
3a eine Durchlaufphase eines zulässigen Objektes durch das Schutzfeld;
4 eine Auslaufphase eines zulässigen Objektes durch das Schutzfeld;
5 eine Strahlachsenunterbrechung des Lichtgitters durch eine Person beim Eintritt in ein Schutzfeld;
6 eine Strahlachsenunterbrechung des Lichtgitters durch eine Person bei einem Austritt aus dem Schutzfeld;
7 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Objekten übereinander;
8 und 9 eine perspektivische Darstellung einer Einlaufphase und einer Durchlaufphase eines zulässigen Objektes in das Schutzfeld des Lichtgitters;
10 eine perspektivische Darstellung einer Auslaufphase eines zulässigen Objektes durch das Schutzfeld;
11 eine Strahlachsenunterbrechung des Lichtgitters durch eine Person beim Eintritt in ein Schutzfeld;

In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein System 1 mit einem Lichtgitter 2 zur Erfassung von bewegten Objekten 3 in einem Schutzfeld 4, wobei die Objekte 3 durch das Schutzfeld bewegt werden, mit einer Anzahl von Strahlachsen 6, welche jeweils von einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender 7 und einem zugeordneten Empfänger 8 gebildet sind, wobei bei freiem Schutzfeld 4 die Strahlachsen 6 nicht unterbrochen sind und bei einem Objekteingriff im Schutzfeld 4 wenigstens eine Strahlachse 6 unterbrochen ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 9, mittels derer bei Eindringen eines sicherheitskritischen Objekts 3 in das Schutzfeld 4 eine Objektmeldung generierbar ist, wobei in der Steuer- und Auswerteeinheit 9 ein nichtsicherheitskritisches Objekt 3 beim Passieren des Schutzfeldes 4 dadurch identifizierbar ist, dass während wenigstens einer Einlaufphase und einer Durchlaufphase die durch das nichtsicherheitskritische Objekt 3 unterbrochenen Strahlachsen 6 registriert werden und anhand dieser überprüft wird, ob für die Einlaufphase und Durchlaufphase spezifische, in der Steuer- und Auswerteeinheit 9 gespeicherte Objektmerkmale des nichtsicherheitskritischen Objekts 3 erfüllt sind, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit 9 ausgebildet ist bei einem identifizierten nichtsicherheitskritischen Objekt 3 in der Steuer- und Auswerteeinheit 9 kein Objektfeststellungssignal zu generieren, und andernfalls bei einem identifizierten sicherheitskritischen Objekt 3 ein Objektfeststellungssignal generiert, wobei das sicherheitskritische Objekt 3 eine Person 12 ist, das nicht sicherheitskritische Objekt 3 mindestens im Querschnitt quaderförmig ausgebildet ist, wobei bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt 3 in der Einlaufphase ein einziger lückenloser Bereich mehrerer unterbrochener Strahlachsen 6 vorliegt, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 größer als eine minimale Objekthöhe von mindestens 130 mm ist, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 kleiner als eine maximale Objekthöhe ist, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes 4 quer zu den Strahlachsen 6.
Insbesondere bei Paketiermaschinen kommen quaderförmige Objekte 3 bzw. quaderförmige Pakete zum Einsatz.
Ein zulässiges Objekt 3 wird durch das Schutzfeld 4 transportiert, ohne einen sicherheitsgerichteten Ausgang abzuschalten bzw. ohne ein Objektfeststellungssignal zu generieren. Werden die Lichtachsen bzw. Strahlachsen 6 des Lichtgitters 2 durch eine unzulässige bzw. sicherheitskritische Person 12 unterbrochen, und kein zulässiges Objekt 3 erkannt, wird der sicherheitsgerichtete Ausgang abgeschaltet bzw. ein Objektfeststellungssignal generiert.
Insbesondere ist gemäß 1 das Detektionsvermögen des Lichtgitters 2 auch während der Durchfahrt des Objektes 3 durch das Schutzfeld 4 vorhanden und aktiv. Dabei sind die Strahlachsen 6 welche durch das Objekt 3 abgedeckt sind und die Strahlachsen 6 die nicht durch das Objekt 3 abgedeckt sind aktiv. Das Lichtgitter 4 ist daher zu keinem Zeitpunkt deaktiviert.
Gemäß 1 ist das sicherheitskritische Objekt 3 eine Person 12. Im Vergleich zu den nicht sicherheitskritischen quaderförmigen Objekten 3 weist die Person 12 in allen erdenklichen Anordnungen oder Lagen immer eine unterscheidbare Kontur auf, die sich von den quaderförmigen Objekten 3 hinreichend unterscheidet.
Bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt 3 liegt in der Einlaufphase mindestens ein lückenloser Bereich bzw. eine lückenlose Reihe einer Vielzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 vor. Dabei wird beispielsweise während einer Dauer von bis zu 80 ms nach einer ersten Strahlachsenunterbrechung keine Auswertung der Strahlachsen vorgenommen, um sicherzugehen, dass eine lückenlose Reihe vorliegen würde. Die Vielzahl beträgt dabei beispielsweise mindestens zehn Strahlachsen 6. Im Unterschied hierzu werden bei einer Unterbrechung der Lichtachsen 6 durch eine sicherheitskritischen Person 12 mit hoher Wahrscheinlichkeit kein lückenloser Bereich von Strahlachsen 6 unterbrochen, sondern jeweils Lichtachsen 6 mit dazwischenliegenden Bereichen die nicht unterbrochen sind. Es sind also bei einem Eintritt einer Person 12 meist mehrere Bereiche des Lichtgitters 4 unterbrochen.
Gemäß 3 ist bei dem Objekt 3 ein Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 ist größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm. Bei einer Person 12 gemäß 5 ist ein Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit kleiner als eine Höhe von 130 mm. Beispielsweise werden durch einen Eingriff einer Hand nur wenige Strahlachsen 6 unterbrochen. Damit ist eine Person 12 und Objekt 3 unterscheidbar.
Gemäß 3 ist ein Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen ist kleiner als eine maximale Objekthöhe, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes 4 quer zu den Strahlachsen 6. Eine Person unterbricht gemäß 5 mit hoher Wahrscheinlichkeit einen Bereich mit einer Anzahl Lichtachsen 6 der größer ist als eine maximale Objekthöhe wobei die Person 12 mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die obersten Lichtachsen 6 des Lichtgitters unterbricht, wodurch die Person 12 als unzulässiges bzw. sicherheitskritisches Objekt 3 detektiert ist.
Durch die Kombination der Überprüfungskriterien, wobei bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt 3 in der Einlaufphase ein einziger lückenloser Bereich unterbrochener Strahlachsen 6 vorliegt, eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm ist, eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 kleiner als eine maximale Objekthöhe ist, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes 4 quer zu den Strahlachsen 6, kann eine Person 12 detektiert werden, da mindestens eines dieser Überprüfungskriterien nicht erfüllt ist. Es kann zwar vorkommen, dass die Person 12 eines dieser Überprüfungskriterien erfüllen kann bei der Strahlunterbrechung, jedoch gleichzeitig oder nachfolgend ein anderes Kriterium nicht erfüllt ist und so die Person 12 detektiert wird.
Die Überprüfungskriterien sind unabhängig von einer bestimmten Anwendung im Lichtgitter 2 in einer Speichereinheit nichtflüchtig gespeichert. Dadurch kann das Lichtgitter 2 ohne vorhergehenden Konfigurationsvorgang eingesetzt werden. Zwar können die Überprüfungskriterien durch einen Anwender auf Wunsch angepasst bzw. modifiziert werden, jedoch ist das Lichtgitter 2 bzw. das System 1 auch ohne eine solche Anpassung direkt einsatzfähig.
Wird das Objekt 3 nicht gültig erkannt wird quasi immer als Rückfallposition ein Objektfeststellungssignal ausgegeben, analog zur Detektion einer Person 12. Damit ist das System immer funktional sicher in Zweifelsfällen der Objekterkennung.
Das Objekt durchläuft gemäß 3 und 3a mindestens die Einlaufphase und die Durchlaufphase durch das Lichtgitter 2. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass detektierte Lichtachsenergebnisse von einzelnen Zyklen in der Auswertung nicht berücksichtigt werden. Ein Zyklus beinhaltet dabei die Ergebnisse aller Strahlachsen 6 des Lichtgitters 2 während einer bestimmten Zeitdauer von beispielsweise 10 ms bis 100 ms je nach Anzahl der Lichtachsen 6.
Das Schutzfeld 4 kann schräg zur Bewegungsrichtung 13 angeordnet sein, jedoch ist eine Ebene des Schutzfeldes 4 immer parallel zu einer senkrechten Kante des Objektes 3 angeordnet bzw. ausgerichtet. Damit sind die optischen Achsen der Strahlachsen 6 bzw. die Strahlachsen 6 horizontal angeordnet.
Gemäß 3 ist in der Einlaufphase mindestens die unterste und/oder die zweitunterste Lichtachse durch das Objekt 3 unterbrochen.
Da die Objekte 3 quaderförmig sind und zwingend aufgrund der Schwerkraft mit mindestens einer Seite auf dem Förderband 5 aufliegen wird mindestens die unterste und/oder die zweitunterste Strahlachse 6 unterbrochen. Diese Eigenschaft wird bei der Auswertung berücksichtigt.
Lediglich bei eingedrückten Kanten oder Ecken würde eine Abweichung hierzu vorliegen. Dann aber würde wiederum das Objekt 3 nicht gültig erkannt werden und ein Objektfeststellungssignal würde ausgegeben werden so wie bei einer Erkennung einer Person 12.
Gemäß 2 ist das Schutzfeld 4 senkrecht zur Bewegungsrichtung der Objekte 3 angeordnet. Damit sind auch die Strahlachsen 6 senkrecht zur Bewegungsrichtung 13.
Wenn das Schutzfeld 4 senkrecht zur Bewegungsrichtung 13 angeordnet ist, ist eine Ebene des Schutzfeldes 4 ebenfalls parallel zu einer senkrechten Kante des Objektes 3 angeordnet bzw. ausgerichtet. Damit sind die optischen Achsen der Strahlachsen 6 bzw. die Strahlachsen 6 ebenfalls horizontal angeordnet.
Gemäß 3a ist während mindestens einer Durchlaufphase eine konstante Anzahl von Strahlachsen 6 unterbrochen, wobei eine Toleranz von bis zu +10 mm zulässig ist. Damit ist für die horizontale Kante bzw. waagerechte Kante des quaderförmigen Objekts 3 eine Toleranz von 0 mm bis +10 mm vorgesehen. Dadurch können Unebenheiten des Objektes 3 durch das System 1 toleriert werden.
Gemäß 3a hat das zulässige Objekt 3 mindestens eine Länge von 100 mm. Dadurch wird die Verfügbarkeit und eine Vielseitigkeit des Systems 1 erhöht. Würden kürzere Objekte 3 erlaubt werden, könnte eine Toleranz für eine senkrechte oder vertikale Kante nicht groß genug bemessen werden. Würden nur längere Objekte 3 erlaubt werden wäre das eine zu große Einschränkung für die vielseitige Verwendung des Systems 1.
Gemäß 2 und 3 weist das zulässige Objekt 3 eine maximale Kantentoleranz von 80 mm an den senkrechten bzw. vertikalen Kanten des Objektes 3 auf.
Insbesondere bei Objekten 3 die aus einer Vielzahl von Einzelobjekten gebildet sind, beispielsweise bei einer beladenen Palette, können einzelne Teilobjekte nicht bündig sein oder beispielsweise eine leicht schräge Kante auftreten, insbesondere wenn Teilobjekte mittels einer Folie zu einem Gesamtobjekt verpackt sind und die Teilobjekte verrutscht sind.
Gemäß 4 sind in einer Auslaufphase des Objektes 3 alle Strahlachsen 6 nicht unterbrochen. Damit wird automatisch ein Objektende erkannt. Dadurch, dass das zulässige Objekt 3 quaderförmig ist, erfolgt auch eine unmittelbare Nichtunterbrechung aller Strahlachsen 6 bei einem Objektende wodurch das zulässige Objekt 3 weiter erkannt bleibt.
Werden die Strahlachsen gemäß 6 bei einer Person 12 nicht abrupt frei, so liegt kein zulässiges Objekt 3 vor, sondern ein unzulässiges Objekt 3 oder eine unzulässige bzw. sicherheitskritische Person 12, so dass ein Objektfeststellungssignal generiert wird.
Beispielsweise beträgt die Auflösung des Lichtgitters mindestens 14 mm. Dadurch kann gemäß 5 bereits ein Finger oder eine Hand einer Person 12 detektiert werden, wodurch der Sicherheitsabstand zu einer Gefahrstelle hin niedrig oder gering bemessen werden kann. Zwar könnten auch andere Auflösungen wie beispielsweise 7 mm, 30 mm oder 40 mm verwendet werden, jedoch wäre bei 7 mm eine unnötig hohe Anzahl von Strahlachsen notwendig und bei Auflösungen von 30 mm oder 40 mm müsste der Sicherheitsabstand zur Gefahrstelle vergrößert werden.
Gemäß 1 bewegen sich mindestens die zulässigen Objekte 3 mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m bis 1 m pro Sekunde durch das Schutzfeld 4. Gemäß 1 ist zwischen zwei zulässigen Objekten 3 mindestens ein Abstand von 100 mm.
Gemäß 2 weist das Schutzfeld 4 eine Höhe von mindestens 800 mm auf. Gemäß 2 beträgt die Ansprechzeit des Lichtgitters beispielsweise mindestens 80 ms.
Dadurch können die Objekte 3 ausreichend schnell abgetastet werden und ein Sicherheitsabstand zu einer Gefahrstelle kann genügend klein gewählt werden.
Gemäß 7 sind zwei Objekte 3 übereinander angeordnet, wobei das Objekt 3, welches auf der Fördereinrichtung aufliegt, zuerst eine Strahlunterbrechung hervorruft, wobei das obere Objekt 3, welches nicht auf der Fördereinrichtung 5 aufliegt eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen 6 größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm aufweist. Dadurch können auch gestapelte Objekte 3 als zulässige Objekte 3 identifiziert werden.
8 bis 10 sind perspektivische Darstellungen analog zu den 2 bis 4.
11 zeigt eine unzulässige Person 12 kurz vor einem unzulässigen Eintritt in das Schutzfeld 4.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Lichtgitter
3: Objekt
4: Schutzfeld
5: Fördereinrichtung
6: Strahlachsen
7: Sender
8: Empfänger
9: Steuer- und Auswerteeinheit
12: Person
13: Bewegungsrichtung

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 102007033766 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm EN13849 [0029]
EN61496 [0029]

Claims

System (1) mit einem Lichtgitter (2) zur Erfassung von bewegten Objekten (3) in einem Schutzfeld (4), wobei die Objekte (3) durch das Schutzfeld (4) bewegt werden, mit einer Anzahl von Strahlachsen (6), welche jeweils von einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender (7) und einem zugeordneten Empfänger (8) gebildet sind, wobei bei freiem Schutzfeld (4) die Strahlachsen (6) nicht unterbrochen sind und bei einem Objekteingriff im Schutzfeld (4) wenigstens eine Strahlachse (6) unterbrochen ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (9), mittels derer bei Eindringen eines sicherheitskritischen Objekts (3) in das Schutzfeld (4) eine Objektmeldung generierbar ist, wobei in der Steuer- und Auswerteeinheit (9) ein nichtsicherheitskritisches Objekt (3) beim Passieren des Schutzfeldes (4) dadurch identifizierbar ist, dass während wenigstens einer Einlaufphase und einer Durchlaufphase die durch das nichtsicherheitskritische Objekt (3) unterbrochenen Strahlachsen (6) registriert werden und anhand dieser überprüft wird, ob für die Einlaufphase und Durchlaufphase spezifische, in der Steuer- und Auswerteeinheit (9) gespeicherte Objektmerkmale des nichtsicherheitskritischen Objekts (3) erfüllt sind, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (9) ausgebildet ist bei einem identifizierten nichtsicherheitskritischen Objekt (3) in der Steuer- und Auswerteeinheit (9) kein Objektfeststellungssignal zu generieren, und andernfalls bei einem identifizierten sicherheitskritischen Objekt (3) ein Objektfeststellungssignal zu generieren, dadurch gekennzeichnet, dass das sicherheitskritische Objekt (3) eine Person (12) ist, das nicht sicherheitskritische Objekt (3) mindestens im Querschnitt quaderförmig ausgebildet ist, wobei bei dem nicht sicherheitskritischen Objekt (3) in der Einlaufphase ein einziger lückenloser Bereich mehrerer unterbrochener Strahlachsen (6) vorliegt, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen (6) größer als eine minimale Objekthöhe von mindestens 130 mm ist, der Bereich mit einer Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen (6) kleiner als eine maximale Objekthöhe ist, wobei die maximale Objekthöhe kleiner ist als die Längsausdehnung des Schutzfeldes (4) quer zu den Strahlachsen (6).
System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einlaufphase mindestens die unterste und/oder die zweitunterste Lichtachse (6) durch das Objekt (3) unterbrochen ist.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzfeld (4) senkrecht zu einer Bewegungsrichtung (13) der Objekte (3) angeordnet ist.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht sicherheitskritische oder zulässige Objekt (3) eine maximale Kantentoleranz von 10 mm aufweist an den waagrechten Kanten des Objektes (3).
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht sicherheitskritische oder zulässige Objekt (3) mindestens eine Länge von 100 mm hat.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht sicherheitskritische oder zulässige Objekt (3) eine maximale Kantentoleranz von 80 mm aufweist an den senkrechten Kanten des Objektes (3).
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Auslaufphase alle Strahlachsen (6) nicht unterbrochen sind.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung des Lichtgitters (2) mindestens 14 mm beträgt.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die nicht sicherheitskritischen oder zulässigen Objekte (3) sich mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m bis 1 m pro Sekunde durch das Schutzfeld (4) bewegen.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei nicht sicherheitskritischen oder zulässigen Objekten (3) mindestens ein Abstand von 100 mm ist.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzfeld (4) eine Höhe von mindestens 800 mm aufweist.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprechzeit des Lichtgitters (2) mindestens 80 ms beträgt.
System (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Objekte (3) übereinander angeordnet sind, wobei das Objekt (3), welches auf der Fördereinrichtung (5) aufliegt, zuerst eine Strahlunterbrechung hervorruft, wobei das obere Objekt (3), welches nicht auf der Fördereinrichtung (5) aufliegt eine Anzahl von unterbrochenen Strahlachsen (6) größer als eine minimale Objekthöhe von 130 mm aufweist.