EP0419833B1 - Überwachungsvorrichtung - Google Patents

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Publication number
EP0419833B1
EP0419833B1 EP90115828A EP90115828A EP0419833B1 EP 0419833 B1 EP0419833 B1 EP 0419833B1 EP 90115828 A EP90115828 A EP 90115828A EP 90115828 A EP90115828 A EP 90115828A EP 0419833 B1 EP0419833 B1 EP 0419833B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sound
signal
electroacoustic transducer
control unit
electronic control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP90115828A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0419833A1 (de
Inventor
Giorgio Citterio
Werner Hartmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Rieter AG
Original Assignee
Maschinenfabrik Rieter AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Rieter AG filed Critical Maschinenfabrik Rieter AG
Publication of EP0419833A1 publication Critical patent/EP0419833A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0419833B1 publication Critical patent/EP0419833B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H13/00—Other common constructional features, details or accessories
    • D01H13/005—Service carriages travelling along the machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H54/00—Winding, coiling, or depositing filamentary material
    • B65H54/02—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers
    • B65H54/22—Automatic winding machines, i.e. machines with servicing units for automatically performing end-finding, interconnecting of successive lengths of material, controlling and fault-detecting of the running material and replacing or removing of full or empty cores
    • B65H54/26—Automatic winding machines, i.e. machines with servicing units for automatically performing end-finding, interconnecting of successive lengths of material, controlling and fault-detecting of the running material and replacing or removing of full or empty cores having one or more servicing units moving along a plurality of fixed winding units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments

Definitions

  • the invention relates to a device for contactless monitoring of an area adjacent to a movable machine part, such as in particular a movable operating robot of a spinning machine, with at least one electroacoustic transducer arranged on the movable machine part and connected to an electronic control unit for emitting a transmitted sound signal and for receiving an on one Object present in the surveillance area or a person receiving sound reflected there.
  • a movable machine part such as in particular a movable operating robot of a spinning machine
  • an electronic control unit for emitting a transmitted sound signal and for receiving an on one Object present in the surveillance area or a person receiving sound reflected there.
  • Non-contact sensing sensors such as capacitive, magnetic, electromagnetic, and optical detectors.
  • Capacitive, magnetic and electromagnetic sensors generally have the decisive disadvantage that the measurement result depends on the respective object material. Furthermore, their range is relatively short.
  • acoustic sensors are already used which meet the requirements with regard to a measurement result that is as independent as possible of the object material (see, for example, the special print "Non-contact distance measurement” in the trade magazine “Electronics", 32nd year, No. 26/1983, Franzis-Verlag, Kunststoff).
  • the known acoustic monitoring systems have the disadvantage that dangerous collisions can no longer be reliably excluded, particularly in the case of defects occurring in the area of the sensor system.
  • a device for detecting objects in the path of a mobile object in which a small area directly in front of the mobile object is monitored by means of a light beam emitted by a transmitter, reflected by a reflector and received by a receiver.
  • the light emitted by the transmitter and reflected by the reflector is converted into a control signal by the receiver. If, for example, the control signal falls below a predetermined value as a result of an interruption of the light signal, a control device stops the mobile object.
  • a disadvantage of this device is that only a very narrowly limited area can be monitored by the light beam. If, for example, an object falls into the space between the light beam and the mobile object, the mobile object is not stopped by this device.
  • a proximity sensor is known from US Pat. No. 4,120,389, which essentially consists of a resonance chamber, an energy source and a detection element.
  • the resonance space is formed by two mutually facing, curved surfaces which are spaced apart along an axis.
  • the energy source introduces energy into the resonance space, which is spatially distributed in a mathematically described manner.
  • a disadvantage of this device is that there must always be a resonance room that generates the spatial energy distribution and that monitoring is only possible within this defined resonance room.
  • the invention has for its object to provide a device for contactless monitoring of an area adjacent to a movable machine part of the type mentioned, which not only ensures reliable monitoring of the area in question with a simple structure, but at the same time ensures that the required personnel and Collision protection is always fully provided even if errors occur that interfere with normal operation, particularly in the field of sensors.
  • the object is achieved according to the invention in that means are provided for dividing the transmitted sound signal into a sound measurement signal directed into the monitoring area and a sound reference signal which is directed at a reference reflector having a predeterminable distance from the electroacoustic transducer and a reference transit time determined by this distance between delivery and receipt, and that the electronic control unit on the one hand delivers an error signal signaling an error in the monitoring device if no sound signal was received by the end of the reference term, and on the other hand one representative of the presence of an object or a person in the monitoring area Detection signal emits as soon as a sound signal is received before this reference term.
  • the monitoring device works faultlessly and there is no operator or no disturbing object in the monitoring area, then after the transmission of the transmission sound signal, after a time which corresponds to the reference running time, a sound signal is received, which is the sound reference signal reflected at the reference reflector. In this case, the monitoring device remains passive since neither an object in the monitoring area nor an error in the device was detected. In this case, there is no reason to intervene in the drive control, for example the operating robot.
  • the electronic control unit of the monitoring device recognizes that either a disturbing object is present in the endangered monitoring area or that an operator is located in this monitoring area.
  • the electronic control unit recognizes therein an error or a defect, particularly in the sensor system of the device.
  • Possible sources of error are, for example, that as a result of a faulty one No sound pulses were emitted by the transmitter, despite the fact that no reflected reference sound was received despite the sound pulses being emitted, in particular due to contamination of the transducers, the received signals are too weak or a new adjustment of the sensor arrangement is necessary.
  • the personal and collision protection according to the invention can be used, for example, on machines such as robots, in particular spinning machines, moving machines or machine parts, vehicles and transport systems, in particular in spinning plants.
  • machines such as robots, in particular spinning machines, moving machines or machine parts, vehicles and transport systems, in particular in spinning plants.
  • a preferred area of application is the operating robots of spinning machines.
  • the solution according to the invention in particular also ensures reliable collision protection when using two or more operating robots. In the latter case, each of the operating robots is expediently equipped with a monitoring device according to the invention.
  • An ultrasonic transducer is preferably provided as the electro-acoustic transducer, so that the device is particularly insensitive to the normally occurring industrial noise.
  • the electroacoustic transducer preferably forms a sound transmitter and sound receiver at the same time.
  • the electroacoustic transducer is operated alternately as a transmitter and receiver in this case.
  • the structure of the entire arrangement can be kept particularly simple in this case.
  • the means for splitting the transmitted sound signal comprise at least one passive sound deflection element, which can be a reflector, for example, which is arranged in this way is that part of the transmitted sound component is passed to the monitoring area, while the other sound component is redirected to the differential reflector.
  • passive sound deflection element which can be a reflector, for example, which is arranged in this way is that part of the transmitted sound component is passed to the monitoring area, while the other sound component is redirected to the differential reflector.
  • the distance between the electroacoustic transducer and the reference reflector is adjustable and, for this purpose, the reference reflector is preferably adjustable. Since the distance that can still be measured, for example of an object present in the monitoring area, depends on the distance of the reference reflector from the transducer, the distance that can still be measured of the object can also be varied with this distance.
  • the floor or surface on which the machine in question is installed can serve as a reference reflector.
  • a reference reflector can also expediently be arranged on a fixed part of the machine in question, for example on a spinning machine along which an operating robot travels back and forth.
  • the distance between the electroacoustic transducer and the reference reflector remains the same regardless of the respective position of the movable machine part or operating robot.
  • the reference reflector is arranged on the movable machine part, for example on a movable operating robot of a spinning machine.
  • At least one electroacoustic transducer is preferably provided for each direction movable movable machine part or operating robot in a respective direction of travel, only the electroacoustic transducer assigned to this direction can be controlled by the electronic control unit. This ensures that the signals received are always clear and that the area that is endangered as a result of the machine part being led into this area is monitored in any case.
  • the drive of the movable machine part for example the operating robot in question
  • the electronic control unit when a detection signal occurs in such a way that the movement of the movable machine part is interrupted or reversed at least temporarily.
  • the respective danger is therefore automatically eliminated without any action on the part of an operator.
  • the direction of movement can be reversed when a risk of collision occurs.
  • a renewed reversal of the direction of movement can then take place at certain, predetermined path locations.
  • the occurrence of the error signal can preferably be signaled by the electronic control unit so that it can be recognized by a respective operator. It is also expediently provided that, in the event of a detected fault, the movable machine part or the operating robot is automatically shut down for safety reasons.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of one side of a ring spinning machine 10 with a plurality of spinning stations 34 which are arranged between a head part 36 and a foot part 38 of the spinning machine. An equal number of spinning positions are provided on the opposite machine side, which cannot be seen.
  • roving 42 coming from a roving bobbin 40 is drawn in a drafting device 44 and the drawn yarn is wound onto a spinning sleeve 48 by means of a ring traveler 46 to form a package 50.
  • the ring spinning machine 10 is assigned an operating robot 12 which runs along an upper guide rail 52 and a lower guide and positioning rail 54 is guided.
  • This operating robot 12, which represents a movable machine part, can be moved in the direction of the double arrow 56 along the spinning stations 34.
  • the operating robot 12 can have an automatic attachment and winding machine (not shown) and further units (also not shown) for operating the respective spinning stations.
  • the operating robot 12 which can be moved along the guide rails 52, 54, is equipped with a device for contactless monitoring of the areas 14 adjoining its two sides.
  • This monitoring device has on each of the two opposite sides of the operating robot 12 an electroacoustic transducer 18 for emitting a transmitted sound signal S S and for receiving a received sound signal S E (see also FIG. 2). These two electroacoustic transducers are connected to an electronic control unit 16.
  • This electronic control unit can be part of the control unit assigned to the operating robot 12 and in particular also serving to drive control this robot.
  • each electroacoustic transducer 18 is assigned a passive sound deflection element 22, which in the present case is a simple flat reflector, which is pivoted by 45 ° with respect to the vertical, so that the horizontally incident sound signal is perpendicular to the bottom Ring spinning machine-carrying floor is reflected, which, as will be explained in more detail below, serves as a reference reflector 24.
  • a passive sound deflection element 22 which in the present case is a simple flat reflector, which is pivoted by 45 ° with respect to the vertical, so that the horizontally incident sound signal is perpendicular to the bottom Ring spinning machine-carrying floor is reflected, which, as will be explained in more detail below, serves as a reference reflector 24.
  • the passive sound deflection element 22 serves to divide the Transmitted sound signal S S emitted by the relevant electroacoustic transducer 18 into a sound measurement signal S SM directed into the monitoring area 14 and a sound reference signal S SR . A corresponding division accordingly also takes place for the received sound signal S E received by the electroacoustic transducer 18.
  • the sound measurement signal S SM used to monitor the monitoring room 14 thus runs from the electroacoustic transducer 18 into the monitoring room 14 and, in the case of an object 20 or 20 ′ present there or a person present in this monitoring room 14, back to the transducer 18 as a result of the reflection taking place.
  • the noise reference signal S SR-forming portion is the coming from the transducer 18 transmit sound signal S S is reflected on the passive Schallumlenkelement 22 down to the bottom or the reference reflector 24, then this noise reference signal S SR in imgeParker direction again via the passive Schallumlenkelement 22 back to the transducer 18 arrives where it forms part of the received sound signal S E received by the converter 18.
  • the floor or reference reflector 24 is measured along the simple beam path of the sound reference signal S SR at a predetermined distance a from the electroacoustic transducer 18.
  • the distance X m of the object 20 present in the monitoring space 14 is greater than the above-defined distance a of the floor or reference reflector 24 from the transducer 18.
  • the object 20 ' has a smaller distance X' m from the transducer 18 compared to the distance a .
  • the electronic control unit 16 comprises a microprocessor 26 with an input 60 connected, for example, to an input unit (not shown) and an output 62, via which the microprocessor sends an error signal U F in the case of a faulty monitoring device and a detection signal when an object 20 'present in the monitoring area 14 or a person present there is detected U E delivers.
  • a signal generator 58 (see FIG. 1) can be controlled by means of the error signal U F, for example, a respective detection signal U E can be used for a corresponding intervention in the drive control of the operating robot 12.
  • the electroacoustic transducer 18 delivering ultrasound pulses simultaneously forms a sound transmitter and a sound receiver.
  • the converter 18 is alternatively controlled by the electronic control unit 16 as a transmitter or receiver.
  • the electronic control unit 16 comprises transmission electronics 28 connected to the microprocessor 26 and also receiver electronics 30 also connected to the microprocessor, which can have a reception amplifier, for example.
  • the microprocessor 26 of the electronic control unit 16 is assigned a counter 32, by means of which the respective transit times of the sound signals received can be determined.
  • the two electroacoustic transducers 18 provided on opposite sides of the operating robot 12 are controlled individually as a function of the respective direction of travel of the robot 12.
  • the electronic control unit 16 of the monitoring device or of the operating robot 12 controls the electroacoustic transducer 18, which is connected to the operating robot 12 adjacent monitoring area delivers ultrasonic pulses into which the operating robot is moved.
  • the other converter is deactivated.
  • FIG. 3 shows a time-of-flight diagram for the ultrasound pulses as they result from an object 20 present in the monitoring area 14, which is further away from the electroacoustic transducer 18 than the distance a of the floor or reference reflector 24 from this transducer 18 defined above corresponds.
  • FIG. 4 shows a time-of-flight diagram of the ultrasound pulses, which shows their course in the case of an object 20 ′ present in the monitoring area 14, which is closer to the electroacoustic transducer 18 than corresponds to the distance a defined above. While the time is plotted on the abscissa, the ordinate indicates the respective object distance. Accordingly, it can be seen that the respective ultrasound pulse runs from the electroacoustic transducer 18 to the target object, ie to the object 20 or 20 ', is reflected there at the time t m / 2 or t' m / 2 and the transducer 18 again at time t m or t ' m reached (solid lines).
  • This transit time t m or t ' m of the sound measurement signal S SM (see FIG. 2) is directly proportional to the object distance X m or X' m .
  • the relationship applies X m 1/2 ct m , respectively.
  • X ' m 1/2 ct ' m .
  • the ultrasound pulse of the sound reference signal S SR runs from the electro-acoustic transducer 18 to the passive sound deflection element 22, is reflected there to the floor or reference reflector 24 and there again at the time T R / 2 back to the passive sound deflection element 22 and there again reflected to the transducer 18, where it follows a reference term T R arrives.
  • the monitoring device works as follows:
  • the transducer 18 If the monitoring device works correctly and there is an object 20 in the monitoring room 14 that is relatively far away from the electroacoustic transducer 18, the transducer 18 first receives the sound reference signal S SR reflected on the floor or reference reflector 24 (see FIGS. 2 and 3). The sound measurement signal S SM reflected at the more distant object 20 occurs at a later time t m . By receiving a signal, namely the sound reference signal S SR , until the reference runtime T R has expired, the electronic control unit 16 recognizes that the monitoring device is operating without errors.
  • the ultrasound pulses as shown in FIG. 4 follow over time. Accordingly, the sound measurement signal S SM reflected on the object 20 'becomes one Receive time t ' m before the expiry of the specified reference running time T R. After t ' m ⁇ T R , the electronic control unit 16 supplies a detection signal U E , which is the same for the presence of the object 20' or one distant person in the surveillance area 14 is representative.
  • the sound reference signal S SR is received only after the predetermined reference time T R , which has been stored, for example, or not at all. This is evaluated by the electronic control unit 16 as an error in the monitoring device. Consequently, the electronic control unit 16 supplies the error signal U F , via which the signal transmitter 58 (see FIG. 1) in particular can be controlled. At the same time, the operator robot 12 will be shut down for safety reasons.
  • the detection signal U E occurs , which is representative of the presence of an object or a person in the monitoring area, it is not absolutely necessary to stop the operating robot 12. Rather, it can be expedient to control the drive of the operating robot 12 in the sense of reversing the direction of travel.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung eines an ein bewegbares Maschinenteil wie insbesondere einen verfahrbaren Bedienroboter einer Spinnmaschine angrenzenden Bereichs, mit wenigstens einem am bewegbaren Maschinenteil angeordneten und mit einer elektronischen Steuereinheit verbundenen elektroakustischen Wandler zur Abgabe eines Sende-Schallsignals sowie zum Empfang eines an einem im Überwachungsbereich vorhandenen Gegenstand bzw. einer dort anwesenden Person reflektierten Empfangs-Schallsignals.
  • Im Rahmen der Automatisierung von Prozessen beispielsweise mittels verfahrbaren Bedienrobotern kommt dem Personen- und Kollisionsschutz eine zunehmende Bedeutung zu. Es muß sichergestellt sein, daß die jeweiligen Bedienungspersonen durch die automatisch gesteuerten beweglichen Maschinenteile, Roboter, Fahrzeuge und dergleichen nicht gefährdet sind. Andererseits muß dafür gesorgt werden, daß unabhängig voneinander ansteuerbare verfahrbare Maschineneinheiten, wie beispielsweise Roboter, nicht kollidieren.
  • Es gibt eine Vielzahl von Gegenstände berührungslos erkennenden Sensoren, wie zum Beispiel kapazitive, magnetische, elektromagnetische und optische Detektoren. Kapazitive, magnetische und elektromagnetische Sensoren weisen generell den entscheidenden Nachteil auf, daß das Meßergebnis vom jeweiligen Objektmaterial abhängig ist. Ferner ist deren Reichweite relativ gering. Zur Erkennung der Anwesenheit bestimmter Zielobjekte werden auch bereits akustische Sensoren eingesetzt, die im Hinblick auf ein vom Objektmaterial möglichst unabhängiges Meßergebnis den gestellten Anforderungen gerecht werden (vergl. z. B. den Sonderdruck "Berührungslose Entfernungsmessung" in der Fachzeitschrift "Elektronik", 32. Jahrgang, Nr. 26/1983, Franzis-Verlag, München). Die bekannten akustischen Überwachungsssysteme weisen jedoch den Nachteil auf, daß insbesondere bei im Bereich der Sensorik auftretenden Defekten gefährliche Kollisionen nicht mehr zuverlässig ausgeschlossen werden können.
  • Aus der US-PS-3,851,168 ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Objekten im Weg eines fahrbaren Gegenstandes bekannt, bei der mittels eines von einem Sender ausgesandten, von einem Reflektor reflektierten und einem Empfänger aufgenommenen Lichtstrahls ein kleiner Bereich direkt vor dem fahrbaren Gegenstand überwacht wird. Das vom Sender abgegebene und vom Reflektor zurückgeworfene Licht wird vom Empfänger in ein Steuersignal umgewandelt. Fällt beispielsweise infolge einer Unterbrechung des Lichtsignals das Steuersignal unter einen vorbestimmten Wert, so stoppt eine Steuervorrichtung den fahrbaren Gegenstand.
  • Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß nur ein sehr eng begrenzter Bereich durch den Lichtstrahl überwacht werden kann. Fällt beispielsweise ein Objekt in den Zwischenraum zwischen dem Lichtstrahl und dem fahrbaren Gegenstand, so wird durch diese Vorrichtung der fahrbare Gegenstand nicht gestoppt.
  • Aus der US-PS-4,120,389 ist ein Annäherungssensor bekannt, der im wesentlichen aus einem Resonanzraum, einer Energiequelle und einem Erfassungelement besteht. Der Resonanzraum wird durch zwei einander zugewandte, gekrümmte Oberflächen gebildet, die entlang einer Achse voneinander beabstandet sind. Die Energiequelle führt Energie in den Resonanzraum ein, welche sich in mathematisch beschriebener Weise räumlich verteilt. Mit Hilfe der Erfassungsmittel kann dann jede durch einen Gegenstand oder durch eine Person hervorgerufene Unregelmäßigkeit der Energieverteilung im Resonanzraum detektiert und ein Signal an eine Steuervorrichtung zum Steuern beispielsweise einer zu überwachenden Maschine abgegeben werden.
  • Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß immer ein die räumliche Energieverteilung erzeugender Resonanzraum vorhanden sein muß und nur innerhalb dieses festgelegten Resonanzraumes eine Überwachung möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung eines an ein bewegbares Maschinenteil angrenzenden Bereichs der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau nicht nur eine zuverlässige Überwachung des betreffenden Bereichs gewährleistet, sondern gleichzeitig sicherstellt, daß der geforderte Personen- und Kollisionsschutz stets auch dann noch in vollem Umfang gegeben ist, wenn insbesondere im Bereich der Sensorik den normalen Ablauf störende Fehler auftreten.
  • Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel zur Aufteilung des Sende-Schallsignals in ein in den Überwachungsbereich gerichtetes Schallmeßsignal und ein Schallreferenzsignal vorgesehen sind, welches auf einen einen vorgebbaren Abstand zum elektroakustischen Wandler aufweisenden Referenzreflektor gerichtet ist und eine durch diesen Abstand bestimmte Referenzlaufzeit zwischen Abgabe und Empfang besitzt, und daß die elektronische Steuereinheit einerseits jeweils ein einen Fehler in der Überwachungsvorrichtung signalisierendes Fehlersignal liefert, wenn bis zum Ablauf der Referenzlaufzeit kein Schallsignal empfangen wurde, und andererseits jeweils ein für die Anwesenheit eines Gegenstandes bzw. einer Person im Überwachungsbereich repräsentatives Erkennungssignal abgibt, sobald ein Schallsignal vor belauf dieser Referenzlaufzeit empfangen wird.
  • Aufgrund dieser Ausbildung werden Fehler und Defekte insbesondere im Bereich der Sensorik sofort und zuverlässig erkannt, so daß gegebenenfalls noch rechtzeitig ein entsprechender Eingriff in die Antriebssteueru.ng des betreffenden bewegbaren Maschinenteils, beispielsweise des entlang einer Spinnmaschine verfahrbaren Bedienroboters erfolgen kann. Ein solcher Eingriff kann bei Auftreten des von der elektronischen Steuereinheit gelieferten Fehlersignals automatisch erfolgen.
  • Arbeitet die Überwachungsvorrichtung fehlerfrei und ist im Überwachungsbereich keine Bedienungsperson bzw. kein störender Gegenstand vorhanden, so wird nach Abgabe des Sende-Schallsignals nach einer Zeit, welche der Referenzlaufzeit entspricht, ein Schallsignal empfangen, bei welchem es sich um das am Referenzreflektor reflektierte Schallreferenzsignal handelt. In diesem Falle bleibt die Überwachungsvorrichtung passiv, da weder ein Gegenstand im Überwachungsbereich noch ein Fehler der Vorrichtung erkannt wurde. Für einen Eingriff in die Antriebssteuerung, zum Beispiel des Bedienroboters besteht in diesem Falle keine Veranlassung.
  • Wird dagegen nach Abgabe eines jeweiligen Sende-Schallsignals ein Schallsignal vor Ablauf der Referenzlaufzeit empfangen, so erkennt die elektronische Steuereinheit der Überwachungsvorrichtung, daß im gefährdeten Überwachungsbereich entweder ein störender Gegenstand vorhanden ist oder sich in diesem Überwachungsbereich eine Bedienungsperson befindet.
  • Tritt schließlich das nach Abgabe bzw. Auslösung des Sende-Schallsignals als erstes empfangene Schallsignal nach Ablauf der vorgebbaren Referenzlaufzeit auf, so erkennt die elektronische Steuereinheit darin einen Fehler bzw. einen Defekt insbesondere in der Sensorik der Vorrichtung. Mögliche Fehlerquellen sind beispielsweise, daß infolge eines fehlerhaften Senders keinerlei Schallimpulse ausgesandt wurden, trotz ausgesandter Schallimpulse kein reflektierter Referenzschall empfangen wurde, insbesondere aufgrund einer Verschmutzung der Wandler die empfangenen Signale zu schwach sind oder eine neue Justierung der Sensoranordnung erforderlich ist.
  • Der erfindungsgemäße Personen- und Kollisionsschutz kann beispielsweise an Maschinen wie insbesondere Spinnereimaschinen bedienenden Robotern, bewegten Maschinen oder Maschinenteilen, Fahrzeugen und Transportsystemen insbesondere in Spinnereianlagen verwendet werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind die Bedienroboter von Spinnmaschinen. Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet insbesondere auch einen zuverlässigen Kollisionsschutz bei der Verwendung zweier oder mehrerer Bedienroboter. Im letzten Falle ist zweckmäßigerweise jeder der Bedienroboter mit einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung ausgestattet.
  • Als elektroaktustischer Wandler ist vorzugsweise ein Ultraschallwandler vorgesehen, so daß die Vorrichtung insbesondere unempfindlich gegenüber dem normalerweise auftretenden Industrielärm ist.
  • Der elektroakustische Wandler bildet vorzugsweise gleichzeitig einen Schallsender und Schallempfänger. Durch eine entsprechende Auslegung der elektronischen Steuereinheit wird in diesem Falle der elektroakustische Wandler abwechselnd als Sender und Empfänger betrieben. Der Aufbau der gesamten Anordnung kann in diesem Falle besonders einfach gehalten werden.
  • Die Mittel zur Aufteilung des Sende-Schallsignals umfassen zumindest ein passives Schallumlenkelement, welches beispielsweise ein Reflektor sein kann, der derart angeordnet ist, daß ein Teil des gesendeten Schallanteils zum Überwachungsbereich durchgelassen wird, während der andere Schallanteil zum Differenzreflektor umgelenkt wird.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem elektroakustischen Wandler und dem Referenzreflektor einstellbar und hierzu vorzugsweise der Referenzreflektor verstellbar ist. Nachdem die gerade noch meßbare Entfernung beispielsweise eines im Überwachungsbereich vorhandenen Gegenstands vom Abstand des Referenzreflektors zum Wandler abhängt, ist mit diesem Abstand gleichzeitig auch die noch meßbare Entfernung des Gegenstands variierbar.
  • Als Referenzreflektor kann beispielsweise der Boden oder Untergrund dienen, auf dem die betreffende Maschine aufgestellt ist. Zweckmäßigerweise kann auch ein Referenzreflektor an einem feststehenden Teil der betreffenden Maschine, beispielsweise an einer Spinnmaschine, entlang der ein Bedienroboter hin- und herfährt, angeordnet sein. Hierbei ist in jedem Falle zu beachten, daß der Abstand zwischen dem elektroakustischen Wandler und dem Referenzreflektor unabhängig von der jeweiligen Position des bewegbaren Maschinenteils bzw. Bedienroboters gleichbleibt.
  • Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsvariante ist der Referenzreflektor am bewegbaren Maschinenteil, beispielsweise an einem verfahrbaren Bedienroboter einer Spinnmaschine, angeordnet.
  • Bei einem in zumindest zwei verschiedene Richtungen verfahrbaren Maschinenteil, insbesondere einem beispielsweise in zwei entgegengesetzte Richtungen verfahrbaren Bedienroboter, ist vorzugsweise für jede Richtung zumindest ein elektroakustischer Wandler vorgesehen, wobei bei einer Bewegung des verfahrbaren beweglichen Maschinenteils bzw. Bedienroboters in einer jeweiligen Fahrtrichtung jeweils nur der dieser Richtung zugeordnete elektroakustische Wandler durch die elektronische Steuereinheit ansteuerbar ist. Damit ist sichergestellt, daß die erhaltenen Signale stets eindeutig sind und in jedem Falle der Bereich überwacht wird, der infolge des in diesen Bereich hineingeführten Maschinenteils gefährdet ist.
  • Gemäß einer praktisch bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß der Antrieb des bewegbaren Maschinenteils, beispielsweise des betreffenden Bedienroboters, bei auftretendem Erkennungssignal insbesondere durch die elektronische Steuereinheit derart ansteuerbar ist, daß zumindest zeitweise eine Unterbrechung oder Umkehr der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils erfolgt. Die jeweilige Gefahr wird demnach automatisch ohne irgendein Zutun einer jeweiligen Bedienungsperson aufgehoben. Beispielsweise im Falle eines längs der Spinnstellen einer Spinnmaschine verfahrbaren Bedienroboters kann bei Auftreten einer Kollisionsgefahr die Bewegungsrichtung umgekehrt werden. Eine erneute Umkehr der Bewegungsrichtung kann dann an bestimmten, fest vorgegebenen Bahnstellen erfolgen. Andererseits ist auch denkbar, die Bewegung beispielsweise des Bedienroboters zu unterbrechen und diesen Bedienroboter dann wieder in der gleichen Richtung zu bewegen, sobald der zu überwachende Bereich freigegeben ist.
  • Vorzugsweise ist das Auftreten des Fehlersignals durch die elektronische Steuereinheit für eine jeweilige Bedienungsperson erkennbar signalisierbar. Zweckmäßigerweise ist auch vorgesehen, im Falle eines erkannten Fehlers das bewegbare Maschinenteil bzw. den Bedienungsroboter sicherheitshalber automatisch stillzusetzen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Seitenansicht einer Ringspinnmaschine, der ein entlang der Spinnstellen verfahrbarer, mit einer akustischen Überwachungsvorrichtung ausgestatteter Bedienroboter zugeordnet ist,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung der elektronischen Steuereinheit der Überwachungsvorrichtung sowie eine schematische Darstellung des Strahlverlaufs im Überwachungsbereich,
    Figur 3
    ein Laufzeitdiagramm der Schallpulse bei einem weiter vom Bedienroboter entfernten Gegenstand, und
    Figur 4
    ein Laufzeitdiagramm der Schallpulse bei einem dem Bedienroboter näher gelegenen Gegenstand.
  • In Figur 1 ist in schematischer Darstellung die eine Seite einer Ringspinnmaschine 10 mit einer Vielzahl von Spinnstellen 34 gezeigt, die zwischen einem Kopfteil 36 und einem Fußteil 38 der Spinnmaschine angeordnet sind. Auf der gegenüberliegenden, nicht zu sehenden Maschinenseite ist eine gleiche Anzahl von Spinnstellen vorgesehen.
  • An jeder der Spinnstellen 34 wird von einer Vorgarnspule 40 kommendes Vorgarn 42 in einem Streckwerk 44 verstreckt und das verstreckte Garn mittels eines Ringläufers 46 zur Bildung eines Garnkörpers 50 auf eine Spinnhülse 48 gewickelt.
  • Der Ringspinnmaschine 10 ist ein Bedienroboter 12 zugeordnet, welcher entlang einer oberen Führungsschiene 52 sowie einer unteren Führungs- und Positionierschiene 54 geführt ist. Dieser ein bewegbares Maschinenteil darstellende Bedienroboter 12 ist in Richtung des Doppelpfeiles 56 entlang der Spinnstellen 34 verfahrbar. Der Bedienroboter 12 kann einen nicht gezeigten Ansetz- und Anwickelautomaten sowie weitere ebenfalls nicht gezeigte Einheiten zur Bedienung der jeweiligen Spinnstellen aufweisen.
  • Der längs der Führungsschienen 52, 54 verfahrbare Bedienroboter 12 ist mit einer Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung der an seine beiden Seiten angrenzenden Bereiche 14 ausgestattet.
  • Diese Überwachungsvorrichtung weist auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Bedienroboters 12 jeweils einen elektroakustischen Wandler 18 zur Abgabe eines Sende-Schallsignals SS sowie zum Empfang eines Empfangs-Schallsignals SE (vergl. auch Fig. 2) auf. Diese beiden elektroakustischen Wandler sind mit einer elektronischen Steuereinheit 16 verbunden. Diese elektronische Steuereinheit kann Teil der dem Bedienroboter 12 zugeordneten und insbesondere auch zur Antriebssteuerung dieses Roboters dienenden Steuereinheit sein.
  • Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, ist jedem elektroakustischen Wandler 18 jeweils ein passives Schallumlenkelement 22 zugeordnet, welches im vorliegenden Fall ein einfacher ebener Reflektor ist, welcher bezüglich der Vertikalen um 45° verschwenkt ist, so daß das horizontal auftreffende Schallsignal senkrecht nach unten zum die Ringspinnmaschine tragenden Boden reflektiert wird, welcher, wie weiter unten im einzelnen dargelegt ist, als Referenzreflektor 24 dient.
  • Das passive Schallumlenkelement 22 dient zur Aufteilung des vom betreffenden elektroakustischen Wandler 18 abgegebenen Sende-Schallsignals SS in ein in den Überwachungsbereich 14 gerichtetes Schallmeßsignal SSM und ein Schallreferenzsignal SSR. Eine entsprechende Aufteilung erfolgt demgemäß auch für das vom elektroakustischen Wandler 18 empfangene Empfangs-Schallsignal SE.
  • Somit verläuft das der Überwachung des Überwachungsraums 14 dienende Schallmeßsignal SSM vom elektroakustischen Wandler 18 in den Überwachungsraum 14 und bei einem dort vorhandenen Gegenstand 20 bzw. 20' bzw. einer in diesem Überwachungsraum 14 anwesenden Person infolge der stattfindenden Reflexion zurück zum Wandler 18.
  • Demgegenüber wird der das Schallreferenzsignal SSR bildende Anteil des vom Wandler 18 kommenden Sende-Schallsignals SS am passiven Schallumlenkelement 22 nach unten zum Boden bzw. Referenzreflektor 24 reflektiert, worauf dieses Schallreferenzsignal SSR in imgekehrter Richtung wiederum über das passive Schallumlenkelement 22 zurück zum Wandler 18 gelangt, wo es einen Teil des vom Wandler 18 empfangenen Empfangs-Schallsignals SE bildet.
  • Der Boden bzw. Referenzreflektor 24 weist entlang dem einfachen Strahlverlauf des Schallreferenzsignals SSR gemessen einen vorgegebenen Abstand a zum elektroakustischen Wandler 18 auf.
  • Der Abstand Xm des im Überwachungsraum 14 vorhandenen Gegenstandes 20 ist größer als der oben definierte Abstand a des Bodens bzw. Referenzreflektors 24 zum Wandler 18. Demgegenüber weist der Gegenstand 20' im Vergleich zum Abstand a einen kleineren Abstand X'm zum Wandler 18 auf.
  • Gemäß Figur 2 umfaßt die elektronische Steuereinheit 16 einen Mikroprozessor 26 mit einem beispielsweise mit einer nicht gezeigten Eingabeeinheit verbundenen Eingang 60 sowie einem Ausgang 62, über den der Mikroprozessor bei einer fehlerhaften Überwachungsvorrichtung ein Fehlersignal UF und bei Erfassung eines im Überwachungsbereich 14 vorhandenen Gegenstands 20' bzw. einer dort anwesenden Person ein Erkennungssignal UE liefert.
  • Während mittels des Fehlersignals UF beispielsweise ein Signalgeber 58 (vergl. Fig. 1) ansteuerbar ist, kann ein jeweiliges Erkennungssignal UE für einen entsprechenden Eingriff in die Antriebssteuerung des Bedienroboters 12 verwendet werden.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet der Ultraschallpulse liefernde elektroakustische Wandler 18 gleichzeitig einen Schallsender und einen Schallempfänger. Dabei wird der Wandler 18 durch die elektronische Steuereinheit 16 alternativ als Sender bzw. Empfänger angesteuert. Dazu umfaßt die elektronische Steuereinheit 16 eine mit dem Mikroprozessor 26 verbundene Sendeelektronik 28 sowie eine ebenfalls mit dem Mikroprozessor in Verbindung stehende Empfängerelektronik 30, welche beispielsweise einen Empfangsverstärker aufweisen kann. Ferner ist dem Mikroprozessor 26 der elektronischen Steuereinheit 16 ein Zähler 32 zugeordnet, über den insbesondere die jeweiligen Laufzeiten der empfangenen Schallsignale bestimmbar sind.
  • Die beiden, auf einander gegenüberliegenden Seiten des Bedienroboters 12 vorgesehenen elektroakustischen Wandler 18 werden einzeln in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrtrichtung des Roboters 12 angesteuert. Durch die elektronische Steuereinheit 16 der Überwachungsvorrichtung bzw. des Bedienroboters 12 erfolgt jeweils eine Ansteuerung des elektroakustischen Wandlers 18, welcher in den an den Bedienroboter 12 angrenzenden Überwachungsbereich Ultraschallpulse liefert, in den der Bedienroboter hineinbewegt wird. Der andere Wandler ist hierbei jeweils außer Betrieb gesetzt.
  • In Figur 3 ist ein Laufzeitdiagramm für die Ultraschallpulse dargestellt, wie sie sich bei einem im Überwachungsbereich 14 vorhandenen Gegenstand 20 ergeben, der weiter vom elektroakustischen Wandler 18 entfernt ist, als dies dem oben definierten Abstand a des Bodens bzw. Referenzreflektors 24 zu diesem Wandler 18 entspricht.
  • Dagegen ist in Figur 4 ein Laufzeitdiagramm der Ultraschallpulse wiedergegeben, das deren Verlauf bei einem im Überwachungsbereich 14 vorhandenen Gegenstand 20' zeigt, der dem elektroakustischen Wandler 18 näher ist, als dies dem oben definierten Abstand a entspricht. Während auf der Abszisse jeweils die Zeit aufgetragen ist, gibt die Ordinate die jeweilige Objektentfernung an. Demnach ist zu erkennen, daß der jeweilige Ultraschallpuls vom elektroakustischen Wandler 18 zum Zielobjekt, d.h. zum Gegenstand 20 bzw. 20' läuft, dort zum Zeitpunkt tm/2 bzw. t'm/2 reflektiert wird und den Wandler 18 wieder zur Zeit tm bzw. t'm erreicht (durchgezogene Linien). Diese Laufzeit tm bzw. t'm des Schallmeßsignals SSM (vergl. Fig. 2) ist direkt proportional zur Objektentfernung Xm bzw. X'm. Es gilt die Beziehung X m = 1/2 c t m , bzw.
    Figure imgb0001
     X' m = 1/2 c t' m .
    Figure imgb0002
  • Der Ultraschallpuls des Schallreferenzsignals SSR läuft vom elektroaktustischen Wandler 18 zum passiven Schallumlenkelement 22, wird dort zum Boden bzw. Referenzreflektor 24 reflektiert und dort zum Zeitpunkt TR/2 wieder zurück zum passiven Schallumlenkelment 22 und dort wiederum zum Wandler 18 reflektiert, wo er nach einer Referenzlaufzeit TR eintrifft.
  • Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung funktioniert wie folgt:
  • Arbeitet die Überwachungsvorrichtung fehlerfrei und ist im Überwachungsraum 14 ein relativ weit vom elektroakustischen Wandler 18 entfernter Gegenstand 20 vorhanden, so wird vom Wandler 18 zunächst das am Boden bzw. Referenzreflektor 24 reflektierte Schallreferenzsignal SSR empfangen (vergl. Fig. 2 und 3). Das am weiter entfernten Gegenstand 20 reflektierte Schallmeßsignal SSM tritt zu einem späteren Zeitpunkt tm auf. Indem bis zum Ablauf der Referenzlaufzeit TR ein Signal empfangen wurde, nämlich das Schallreferenzsignal SSR, erkennt die elektronische Steuereinheit 16, daß die Überwachungsvorrichtung fehlerfrei arbeitet. Da das am Gegenstand 20 reflektierte Schallmeßsignal SSM zu einem späteren Zeitpunkt tm > TR empfangen wird, wird dieses Signal von der elektronischen Steuereinheit 16 nicht mehr berücksichtigt, so daß ein Erkennungssignal UE nicht abgegeben wird. Andererseits unterbleibt auch die Abgabe eines Fehlersignals UF da das Schallreferenzsignal SSR zur vorgegebenen Zeit, d.h. nach der Referenzlaufzeit TR aufgetreten ist. In diesem in Figur 3 dargestellten Fall ist entsprechend die Entfernung Xm größer als der Abstand a.
  • Liegt dagegen der Gegenstand 20' näher beim elektroakustischen Wandler 18, d.h. ist der Abstand a größer als die Entfernung X'm, so ergibt sich ein zeitlicher Verlauf der Ultraschallpulse gemäß Figur 4. Demnach wird das am Gegenstand 20' reflektierte Schallmeßsignal SSM zu einem Zeitpunkt t'm vor Ablauf der vorgegebenen Referenzlaufzeit TR empfangen. Nachdm t'm < TR ist, liefert die elektronische Steuereinheit 16 ein Erkennungssignal UE, welches für die Anwesenheit des Gegenstandes 20' bzw. einer gleich weit entfernten Person im Überwachungsbereich 14 repräsentativ ist.
  • Fehlt bei fehlerfrei arbeitender Überwachungsvorrichtung der Gegenstand 20 bzw. 20' im Überwachungsbereich 14, so ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie im Falle eines weiter vom Wandler 18 entfernten und damit nicht erfaßten Gegenstands 20 (vergl. Fig. 3).
  • Insbesondere bei einem Fehler oder Defekt der Sensorik wird das Schallreferenzsignal SSR erst nach Ablauf der vorgegebenen und beispielsweise fest gespeicherten Referenzlaufzeit TR oder gar nicht empfangen. Dies wird von der elektronischen Steuereinheit 16 als Fehler in der Überwachungsvorrichtung gewertet. Folglich liefert die elektronische Steuereinheit 16 das Fehlersignal UF, über welches insbesondere der Signalgeber 58 (vergl. Fig. 1) ansteuerbar ist. Gleichzeitig wird sicherheitshalber der Bedienroboter 12 still gesetzt werden.
  • Dagegen ist bei einem Auftreten des Erkennungssignals UE, welches repräsentativ für die Anwesenheit eines Gegenstands bzw. einer Person im Überwachungsbereich ist, nicht zwangsläufig ein Stillsetzen des Bedienroboters 12 erforderlich. Vielmehr kann es zweckmäßig sein, den Antrieb des Bedienroboters 12 im Sinne einer Umkehrung der Fahrtrichtung anzusteuern.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung eines an ein bewegbares Maschinenteil (12) wie insbesondere einen verfahrbaren Bedienroboter einer Spinnmaschine (10) angrenzenden Bereichs (14), mit wenigstens einem am bewegbaren Maschinenteil angeordneten und mit einer elektronischen Steuereinheit (16) verbundenen elektroakustischen Wandler (18) zur Abgabe eines Sende-Schallsignals (SS) sowie zum Empfang eines an einem im Überwachungsbereich (14) vorhandenen Gegenstand (20) bzw. einer dort anwesenden Person reflektierten Empfangs-Schallsignals (SE),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Mittel (22) zur Aufteilung des Sende-Schallsignals (SS) in ein in den Überwachungsbereich (14) gerichtetes Schallmeßsignal (SSM) und ein Schallreferenzsignal (SSR) vorgesehen sind, welches auf einen einen vorgebbaren Abstand (a) zum elektroakustischen Wandler (18) aufweisenden Referenzreflektor (24) gerichtet ist und eine durch diesen Abstand (a) bestimmte Referenzlaufzeit (TR) zwischen Abgabe und Empfang besitzt, und daß die elektronische Steuereinheit (16) einerseits jeweils ein einen Fehler in der Überwachungsvorrichtung signalisierendes Fehlersignal (UF) liefert, wenn bis zum Ablauf der Referenzlaufzeit (TR) kein Schallsignal empfangen wurde, und andererseits jeweils ein für die Anwesenheit eines Gegenstandes (20) bzw. einer Person im Überwachungsbereich (14) repräsentatives Erkennungssignal (UE) abgibt, sobald ein Schallsignal vor Ablauf dieser Referenzlaufzeit (TR) empfangen wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß als elektroakustischer Wandler ein Ultraschallwandler (18) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der elektroakustische Wandler (18) gleichzeitig einen Schallsender und Schallempfänger bildet.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mittel (22) zur Aufteilung des Sende-Schallsignals (SS) zumindest ein passives Schallumlenkelement umfassen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Abstand (a) zwischen dem elektroakustischen Wandler (18) und dem Referenzreflektor (24) einstellbar und hierzu vorzugsweise der Referenzreflektor (24) verstellbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Referenzreflektor (24) an einem feststehenden Teil der betreffenden Maschine, insbesondere Ringspinnmaschine, angeordnet oder durch den die Maschine tragenden Boden gebildet oder an diesem angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Referenzreflektor (24) am bewegbaren Maschinenteil (12) und insbesondere an einem verfahrbaren Bedien roboter angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei einem in zumindest zwei verschiedene Richtungen verfahrbaren Maschinenteil (12), insbesondere einem Bedienroboter, für jede Richtung zumindest ein elektroakustischer Wandler (18) vorgesehen ist, und daß bei einer Bewegung des verfahrbaren bzw. beweglichen Maschinenteils (12) in einer jeweiligen Fahrtrichtung jeweils nur der dieser Richtung zugeordnete elektroakustische Wandler (18) durch die elektronische Steuereinheit (16) ansteuerbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Antrieb des bewegbaren Maschinenteils (12) bei auftretendem Erkennungssignal (UE) insbesondere durch die elektronische Steuereinheit (16) derart ansteuerbar ist, daß zumindest zeitweise eine Unterbrechung oder Umkehr der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils (12) erfolgt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Auftreten des Fehlersignals (UF) durch die elektronische Steuereinheit (16) für eine jeweilige Bedienungsperson erkennbar signalisierbar ist.
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