WO2001013029A1 - Device for protecting a danger zone, especially the danger zone of an automatic machine - Google Patents

Device for protecting a danger zone, especially the danger zone of an automatic machine Download PDF

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WO2001013029A1
WO2001013029A1 PCT/EP2000/007531 EP0007531W WO0113029A1 WO 2001013029 A1 WO2001013029 A1 WO 2001013029A1 EP 0007531 W EP0007531 W EP 0007531W WO 0113029 A1 WO0113029 A1 WO 0113029A1
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WO
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image
defined target
image recording
recording unit
light
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Application number
PCT/EP2000/007531
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German (de)
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Claus Brenner
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Pilz Gmbh & Co.
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Publication date
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Application filed by Pilz Gmbh & Co. filed Critical Pilz Gmbh & Co.
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16PSAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/12Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • F16P3/14Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • F16P3/144Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact using light grids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16PSAFETY DEVICES IN GENERAL; SAFETY DEVICES FOR PRESSES
    • F16P3/00Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body
    • F16P3/12Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine
    • F16P3/14Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact
    • F16P3/142Safety devices acting in conjunction with the control or operation of a machine; Control arrangements requiring the simultaneous use of two or more parts of the body with means, e.g. feelers, which in case of the presence of a body part of a person in or near the danger zone influence the control or operation of the machine the means being photocells or other devices sensitive without mechanical contact using image capturing devices

Definitions

  • the present invention relates to a device for securing a danger zone, in particular the danger zone of an automated machine, with first means for generating an optically monitored, virtual barrier and with second means for generating a switching signal for stopping the machine when the barrier is broken, the first means have an image recording unit and a defined target, the image of which the image recording unit records, and wherein the second means have a comparison unit which compares the recorded image with a variable characteristic of a reference image.
  • a device is known from DE 196 44 278 AI.
  • the barrier created is referred to here as virtual, since it does not have to contain any real mechanical obstacle, such as a fence or a protective grille.
  • a breakdown of the virtual barrier can be detected solely on the basis of the optical monitoring.
  • barriers of this type such as, for example, light barriers, light curtains or light grids
  • the switching or alarm signal is triggered when one or more light beams between a transmitter and a receiver are interrupted.
  • a disadvantage of light barriers, light grids, etc. is that they require a large number of light beams, which generally run parallel to one another, to monitor a virtual barrier that is extended over a large area. The distance between the parallel light beams is determined by the size of the smallest, still detectable object.
  • light barriers etc. are susceptible to faults in the area of highly reflective environments or in areas with strong flashes of light. This is the case, for example, with large press brakes or with welding robots.
  • light barriers etc. can be overridden quite simply by conscious or unconscious manipulations by deflecting the light beam (s) on their way from the transmitter to the receiver, for example with a mirror.
  • the above-mentioned DE 196 44 278 A1 discloses the device described in the introduction, in which the virtual barrier is generated by the comparison device comparing the image of a recorded pattern field with a reference image.
  • the reference image corresponds to the undisturbed image of the defined target.
  • This has distinctive features that are easy to recognize and evaluate. It is therefore also referred to below as a cooperative goal.
  • a deviation of the recorded image from the reference image is caused in particular by an object that obscures at least part of the defined target in the field of view of the image recording unit.
  • the change in the recorded image compared to the reference image can be easily recognized on the basis of the known features of the defined target.
  • an optically monitored, virtual barrier can be generated with the aid of the image recording unit in combination with the defined target.
  • the characteristic size can include the reference image as a whole. Alternatively, it can also be limited to one or more characteristic features that can be extracted from the reference image. In addition, the reference image or its characteristic features can be stored in a memory of the comparison unit. Alternatively, it is possible to carry out the comparison in relation to an external reference.
  • the defined target contains position marks for determining its current position.
  • the device according to the invention is very flexible in several respects.
  • the shape and orientation of the virtual barrier is no longer determined by a fixed mechanical arrangement of transmitting or receiving elements, but above all by the extent and position of the defined target within the field of view of the image recording unit.
  • This makes it possible to change the shape or position of the virtual barrier simply by changing the defined target if the position and orientation of the image recording unit remain unchanged.
  • virtually any shape, including curvilinear virtual barriers can be generated in the device according to the invention by appropriate design of the defined target. If there are several defined targets in the field of view of the image recording unit, one can be determined by a corresponding selection in the comparison unit. This can only be done by changing the software of the comparison unit, i.e. without mechanical installation effort. As a result, a device according to the invention can be adapted very easily and quickly to new tasks.
  • the overall installation effort of the device according to the invention is very low. It is sufficient here to roughly align the image recording unit so that the defined target is in its field of vision. The exact alignment then takes place within the framework of the image processing with the aid of the position marks, which can be identified very easily during the image evaluation. Furthermore, the comparison unit can always take into account the current position of the defined target in a simple manner when comparing with the reference image, in order to, for example, to recognize an offset of the defined target. This can prevent false alarms during operation. Vibrations or oscillations of the defined target or of the image recording unit can also be compensated for very easily on the basis of this measure in the comparison unit.
  • the device according to the invention is therefore very flexible and at the same time easy and inexpensive to install.
  • the device according to the invention can also be used to monitor manipulations on existing mechanical barriers. For example, it is possible to monitor part of a mechanical protective grille that blocks the danger zone of the machine as a defined target. The distance of this protective grille with the defined target would be recognized by the image acquisition unit.
  • the image recording unit has a flat image sensor with a large number of pixels.
  • the image sensor can be constructed, for example, using CCD or CMOS technology. All light rays that reach the image recording unit are collected by the image sensor. In contrast to the known light grids, in which a multiplicity of light beams run parallel to one another from a transmitting element to a receiving element, all of the light beams recorded meet here at an image sensor. A fixed assignment of one transmitting element to exactly one receiving element is neither available nor necessary. The image of the defi- Rather, the nominated target is recorded together with all pixels. This has the advantage that the failure of one or more individual pixels of the image sensor does not necessarily result in a gap being created in the virtual barrier.
  • the defined target has at least one artificial area, which is highlighted in comparison to its surroundings for the image recording unit.
  • the measure mentioned differs from an alternative embodiment of the invention, in which a natural object is evaluated as a target.
  • the defined goal in this embodiment has at least one area that is highlighted in a defined manner. This can be done, for example, with a colored coating or a reflective film.
  • This measure simplifies the comparison of the image of the defined target with the reference image. As a result, the effort and costs involved in implementing the comparison unit are reduced, and the comparison of the image with the reference image can be carried out more quickly and reliably.
  • the defined target has a structured, high-contrast pattern of areas that are visually stronger and less strongly emphasized.
  • an object which breaks through the virtual barrier can be recognized independently of its own color or its reflection properties. If the penetrating object has optical properties that resemble one of the high-contrast pattern areas, this object is recognized against the background of the other pattern area. Overall, this measure increases the reliability and safety of the device according to the invention.
  • the structured pattern contains a code for uniquely identifying the defined target.
  • This code can be implemented in the form of a bar code, for example.
  • the measure mentioned has the advantage that different targets can be clearly recognized in the field of view of the image recording unit and can thus be assigned to a specific monitoring function. In addition, this measure makes it considerably more difficult to manipulate the monitoring device by introducing a “wrong target” or by moving the defined target.
  • the monitoring of mechanical protective grilles already mentioned can also be further improved in this way in order to prevent dismantling of the protective grille.
  • the highlighted area is more light-reflecting than its surroundings.
  • the highlighting of the area can then be achieved, for example, by means of light-reflecting foils or lacquers, or else by attaching reflectors, such as, for example, “cat's eyes”.
  • the measure mentioned has the advantage that the defined goal can be achieved in a very simple and inexpensive manner.
  • the defined goal in this embodiment is purely passive, so that there is no wiring effort.
  • the more reflective area is retroreflective.
  • Retroreflective materials are known per se in the prior art. These are materials that reflect a light beam in the direction from which it strikes the corresponding material. In contrast, other materials reflect either diffusely, ie in all directions, or according to the law "angle of incidence equals angle of reflection", ie deviating from the direction of incidence.
  • the measure has the advantage that the efficiency of the reflection is particularly high, as a result of which the device is particularly well protected against extraneous light interference.
  • An example of a retroreflective element are the "cat eyes" already mentioned, which are used, inter alia, as reflectors in motor vehicles.
  • the highlighted area is self-illuminating.
  • the measure has the advantage that the device according to the invention is independent of the ambient light and can therefore also be used in dark areas. In addition, the efficiency of the light generation is particularly good, since the light only has to travel the simple way from the defined target to the image recording unit.
  • the first means furthermore have a light source for illuminating the defined target.
  • This measure also has the advantage that the device according to the invention is independent of the ambient light. As a result, safe operation can be ensured even in poorly lit areas or in the event of ambient lighting failing. In addition, the comparison unit always finds determined, constant lighting conditions, which increases the reliability of the comparison.
  • the light source is an infrared light source.
  • infrared light sources such as, for example, infrared LEDs
  • the measure has the advantage that the lighting, which is not for the human eye is visible, the surrounding area is not affected.
  • an infrared light source allows the image recording unit to be restricted to the corresponding frequency range by using a blocking filter, so that disturbing influences by reflections of the visible light in the surroundings are reduced.
  • the light source is arranged in the area of the image recording unit.
  • this measure has the advantage that the efficiency and thus the sensitivity of the device is particularly good.
  • the image recording unit in this embodiment of the invention can be realized as a particularly compact and therefore easy to install unit.
  • the light source has a directional characteristic that is adapted to the course of the defined target.
  • a light source without a directional characteristic results in a very unfavorable energy balance with regard to the complete illumination of the defined target.
  • a light source with a directional characteristic also causes disturbing reflections. xions from the environment can be reduced. This in turn increases the functional reliability of the entire device.
  • the light source has light-emitting semiconductors.
  • LEDs Light-emitting semiconductors, so-called LEDs, are known per se as light sources in the prior art. With regard to the present invention, however, they have the advantage that their long service life enables a particularly reliable and safe function of the protective device. This is of particular advantage with regard to the safety aspect associated with the device according to the invention.
  • the light from the light source is modulated.
  • Modulated means that the intensity of the light source is deliberately controlled differently during operation.
  • the light from the light source is pulsed, i.e. the light source only emits individual light pulses.
  • the measure has the advantage that disturbing reflections from the surrounding area can be eliminated by comparing the reference image in the comparison unit with both an unilluminated and an illuminated image of the defined target. This can also be done by forming a difference.
  • the image recording unit has optics that influence the image.
  • This measure has the advantage that the field of view of the image recording unit can be specifically adapted to different, possibly changing environmental conditions.
  • the device according to the invention can hereby be adapted to environments which are extensive and / or have obstacles.
  • the optics contain a mirror, via which the image of the defined target is deflected onto the image recording unit.
  • This measure has the advantage that the image recording unit is given the ability to look around the corner. As a result, it is possible with the measure mentioned to set up a virtual barrier even where there are mechanical obstacles in the room.
  • the mirror is a concave mirror.
  • This measure is particularly advantageous since the beam path of the light beams that are focused on the image recording unit can be converted to a parallel beam path with a concave mirror. This makes it particularly easy to give the virtual barrier an approximately rectangular area. In addition, a very long monitoring area can be realized with a concave mirror.
  • the optics contain a prism, via which the image of the defined target is deflected onto the image recording unit.
  • the optics are anamorphic.
  • Anamorphic optics are characterized in that the imaging scale of the optics differs in two directions perpendicular to one another and in each case to the optical axis. This distorts the image.
  • the measure has the particular advantage that a very "thin” and nevertheless very elongated and large-area virtual barrier, in particular with a rectangular area, can be realized with only one image recording unit.
  • the defined target is extended in a line.
  • This measure has the advantage that very large and at the same time thin virtual barriers can be created in the manner of a curtain.
  • the lines can also be curved.
  • the second means furthermore have a device for the non-volatile storage of the recorded image.
  • This measure is particularly advantageous for documenting a breakthrough of the virtual barrier, which inevitably leads to an object entering the secured danger area.
  • documentation is possible in this way, which is advantageous for researching the causes of accidents and also with regard to approval by the responsible supervisory authorities.
  • the measure gives the device according to the invention a function which cannot be realized with the light grids etc. used hitherto.
  • the comparison unit has means for the non-volatile storage of an arrangement of defined targets.
  • the measure further develops the features of the invention already discussed above, with which the installation outlay of the device according to the invention is considerably reduced.
  • the measure at hand it is possible to store different configurations of virtual barriers in such a way that they can be easily selected for a specific operating environment. The measure therefore increases the flexibility of the device used considerably.
  • the measure has the advantage that a change in the environment in a period in which the virtual barrier is not required and in which the device is therefore switched off can be reliably detected. Malfunctions and the resulting security gaps can be avoided in this way.
  • the comparison unit has means for compensating for vibrations of the defined target.
  • the means mentioned can include, for example, software that determines the current position of the defined target and then ignores changes in the current position within predetermined tolerance ranges.
  • the measure is particularly advantageous when the device according to the invention is used in the area of heavy machinery, such as a hydraulic press, in the vicinity of which vibrations inevitably occur due to the heavy moving machine parts.
  • the comparison unit has means for compensating for soiling of the defined target.
  • Such means include, for example, a memory in which a long-term average of the recorded images is stored.
  • the comparison of a currently recorded image with this long-term mean value makes it possible to distinguish a gradual contamination of the defined target from shadowing by an object.
  • the measure is particularly advantageous in order to ensure reliable and error-free long-term operation of the device according to the invention even in dusty environments. Incorrect switching reactions of the device can be avoided due to the measure mentioned.
  • the comparison unit has a blocking filter for suppressing extraneous light.
  • This measure has the advantage that disturbing light reflections or flashes from the environment are suppressed particularly well. This increases the functional reliability of the device.
  • the comparison unit has a two-channel redundant structure.
  • the two channels of the comparison unit are diversified, i.e. are realized with different components.
  • the measure mentioned has the advantage that errors or malfunctions of the comparison unit can be identified in good time, which is particularly advantageous with regard to the safety-critical function of the virtual barrier.
  • the results from each channel of the comparison unit are compared with one another using a dual-ported RAM, in order to ensure error-free operation of the entire device.
  • Such a measure is technically particularly simple and inexpensive to implement.
  • the first means have a plurality of image recording units whose fields of vision adjoin one another.
  • the first means generate a plurality of virtual barriers which are spatially staggered one behind the other.
  • this measure has the advantage that the danger zone is still protected if one of the virtual barriers fails due to an error.
  • protection with increasing security level can be implemented in this way, for example first a pre-warning and only in the second level a shutdown of the machine.
  • the staggered barriers running parallel to one another can be implemented in a particularly simple and cost-effective manner with an image recording unit and several defined targets.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • 2 shows the embodiment of FIG. 1 in a plan view along the line II-II
  • FIG. 5 shows the block diagram of an image recording and evaluation unit according to the invention
  • FIG. 11 shows the monitored area of the virtual barrier in the exemplary embodiment according to FIG. 1,
  • 13 shows a further exemplary embodiment for generating a rectangular virtual barrier
  • 14 shows a schematic illustration to explain the functioning of an anamorphic optics
  • FIG. 17 shows an exemplary embodiment of the invention with two image recording units, the monitoring areas of which complement one another,
  • Fig. 18 shows an embodiment of the invention with two prisms and
  • Fig. 19 is a flowchart explaining the operation of the device according to the invention.
  • a device according to the invention is designated in its entirety by reference number 10.
  • the device 10 has a combined image acquisition and evaluation unit 12, which in the following is referred to simply as a camera.
  • the camera 12 records, via a lens 14, the image of a defined target in the form of a marking 16, which is explained in more detail below with reference to FIGS. 6 to 8.
  • the reference number 18 denotes a light source which in the present case contains a plurality of infrared LEDs
  • Reference number 20 denotes individual light beams which are reflected by the marking 16 towards the camera 12.
  • the reference numeral 22 denotes the light cone which emanates from the light source 18 and which illuminates the marking 16 in such a way that the reflected light beams 20 reach the camera 12.
  • the light source 18 has a directional characteristic such that the light cone 22 is focused approximately on the extent of the marking 16. In the case of the linear marking 16, which is linear here, this is achieved in that the light source 18 has individual LEDs which are arranged next to one another parallel to the extension of the marking 16.
  • the reference numeral 24 denotes a rod which is held in the space between the camera 12 and the marking 16 in such a way that it interrupts at least some of the light beams 20 and therefore changes the image of the marking 16 recorded by the camera 12.
  • the reference number 26 in FIG. 2 denotes a danger zone which surrounds a machine 28 in the form of a robot arm in a circle.
  • 3 shows four different images 34a to 34d, which the camera 12 records from the marking 16 in different situations.
  • the image 34a shows the marking 16 in the initial state after the device 10 has been started up.
  • the image 34a thus corresponds to the reference image with which the subsequently recorded images of the marking 16 for monitoring the virtual barrier 30 are compared.
  • the marking 16 is shifted in comparison to the image 34a.
  • Such a shift can be the result of a snapshot when the marking 16 vibrates, for example due to heavy movements of the machine 28.
  • the offset of the marking 16 that occurs in this case must, however, move within predetermined limits. If the offset exceeds these predetermined limits or if there is no vibration compensation when evaluating the recorded image 34, the evaluation unit of the camera 12 determines that the image 34b does not correspond to the expected reference image according to image 34a. This can be the result, for example, of an unintentional or deliberately manipulative displacement of the marking 16. In both cases, the evaluation unit of the camera 12 will generate a switching or alarm signal.
  • the mark 16 in the image 34c has completely disappeared. This can be the result of excessive contamination of the marking 16 or a failure of the light source 18, for example.
  • the deviation of the image 34c from the reference image according to image 34a indicates a malfunction that endangers the security of the virtual barrier 30. Also in this case, the evaluation unit of the camera 12 will therefore generate a switching signal.
  • the marking 16 is overlaid by the rod 24.
  • This situation also means a change compared to the reference image according to image 34a.
  • the evaluation unit of the camera 12 will therefore also generate a switching or alarm signal in this case.
  • This example clearly shows that the camera 12 can detect a breakdown of the virtual barrier 30 by comparing the recorded image 34d with the expected reference image.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of the camera 12, in which the light source 18 has individual infrared LEDs which are arranged concentrically with the lens 14 of the camera. Furthermore, in this exemplary embodiment, the entire image recording and evaluation electronics are accommodated within the housing 38 of the camera 12.
  • the camera 12 has, in addition to the components already explained, a control circuit 42 and, in the present case, two comparison units 44a and 44b which are redundant to one another.
  • the control circuit 42 controls the light source 18, which is pulsed modulated in the present case. This is shown by way of example using a flash of light 46.
  • the control circuit 42 also controls the actual image acquisition and for this purpose is connected to a flat image sensor 48 with a large number of pixels not shown here.
  • the image sensor 48 is an example of a CCD (charge coupled device) image sensor. Alternatively, this can be an image sensor using CMOS technology.
  • control circuit 42 is connected to two mutually redundant processors 50a and 50b, to which it supplies the signals from the image sensor 48 and further control information.
  • the processors 50a, 50b each form the core of the comparison units 44a, 44b.
  • Reference numbers 52a, 52b each designate a memory in which a variable characteristic of the image 34 of the marking 16 is stored.
  • the characteristic size can include, for example, all the pixels of the reference image corresponding to the image 34a. As an alternative to this, however, only characteristic features which are extracted from the reference image of the marking 16 are stored in the present exemplary embodiment.
  • Reference numerals 54a, 54b each denote a non-volatile memory in which the comparison units 44a, 44b store the image 34 last recorded when they detect a breakdown of the virtual barrier 30. The saved image can later be used to evaluate possible causes of accidents or for documentation.
  • configurations of different markings 16 in the field of view of the camera 12 can be stored in the non-volatile memories 54a, 54b and can optionally be activated.
  • the reference numeral 56 denotes an interface to a safe bus system. In this way, the camera 12 can be integrated into an existing security system. In addition, the camera 12 can be configured via this interface 56 and switching or alarm signals can be transmitted.
  • the reference number 58 denotes a switching and / or alarm signal which is triggered by each of the comparison units 44a, 44b if either a breakdown of the virtual barrier 30 is detected or if an error is found within the camera 12.
  • the two processors 50a, 50b are connected via a dual-ported RAM for mutual monitoring and control of the comparison units 44a, 44b. This is a memory that can be accessed by each of the two processors 50a, 50b so that the stored data can be compared.
  • the dual-ported RAM is represented here by an arrow 60.
  • the camera 12 has, in other exemplary embodiments, two mutually redundant image sensors 48 and mutually redundant light sources 18.
  • the two image sensors 48 are then either provided with their own optics or combined with a common stereo optic.
  • exemplary embodiments of the marking 16 are shown in more detail. All of the exemplary embodiments have in common that the marking 16 has a structured, high-contrast pattern of highly reflective regions 66 and weakly reflective regions 68.
  • the marking 16 is extended linearly and is sits an elongated, linear region 66 that is highly reflective. This area consists of a retroreflective sheeting.
  • the surrounding area 68 is weakly reflective and consists of a very dark film.
  • the reference number 70 designates two reflective position marks which, in the case of the marking 16, stand out from the dark area 68 in an identifiable manner.
  • the position marks 70 are arranged at a defined distance from one another and enable the position 16 of the mark 16 to be determined exactly.
  • a circular or point-shaped marking 16 is shown in FIG. 7 as a further exemplary embodiment. It has a highly reflective central area 72 and also concentrically arranged, also highly reflective angular marks 74.
  • the area 68 which surrounds the central area 72 and the angular marks 74 is weakly reflective.
  • the arc length of the angle marks 74 represents a code with which the marking 16 in this exemplary embodiment can be distinguished from other, similar markings 16.
  • a multiplicity of punctiform markings 16 according to FIG. 7 can be lined up to form a linear marking.
  • FIG. 8 shows a section of a further exemplary embodiment of a linear, elongated marking 16.
  • this marking 16 has a bar code 76 which is defined by a defined sequence of strongly and weakly reflecting areas. areas is formed. With the aid of the barcode 76, the marking 16 of this exemplary embodiment can be clearly distinguished from other markings in the field of view of the camera 12.
  • All of the markings 16 shown have in common that, due to the combination of a strongly and a weakly reflecting area, the breaking through of the virtual barrier 30 with objects of different intensities can be detected. If, for example, it is an object that itself has a highly reflective surface, there is the possibility that this object will not be detected by the camera 12 against the background of the highly reflective areas 66. In this case, however, the camera 12 recognizes this object against the background of the weakly reflecting areas 68. Conversely, a rather dark object is easily recognized against the background of the highly reflecting and therefore bright areas 66.
  • the marking 16 has at least two mutually parallel, highly reflective regions 66, which are separated from one another by at least one weakly reflective region 68. With such an arrangement, the direction of movement of an object that breaks through the virtual barrier 30 can be determined.
  • the highly reflective regions 66 of the markings 16 are realized with the aid of reflective lacquers or with the aid of actively illuminating elements, for example luminescent foils or LED strips.
  • 9 shows an exemplary embodiment of a device 80 according to the invention, in which the camera 12 is arranged vertically above a floor 82. There is a wall 84 on one side which prevents access to a danger zone below the camera 12. The remaining three sides, from which access to the danger zone is possible, are secured by a virtual barrier 30. For this purpose, there is a U-shaped marking 16 on the bottom 82, the open side of which lies on the wall 84. Overall, a pyramid-shaped, virtual barrier 30 is thus created, which secures access to the danger area from three sides. The fourth side is secured by wall 84.
  • the virtual barrier 30 runs approximately horizontally and parallel to the floor 82.
  • the camera 12 is located diagonally opposite the corner 87 of the two walls 84 at the level of the marking 16.
  • a special feature of this exemplary embodiment of the invention is that here the two legs 88, 90 of the L-shaped marking can be used mutually as a reference image.
  • a variable characteristic of the reference image is preferably used in the memory 52 of the camera 12.
  • the virtual barrier 30 of the exemplary embodiment is again shown in order to explain the following figures Fig. 1 shown.
  • the virtual barrier 30 in this arrangement has a triangular shape.
  • the camera 12 is arranged above a U-shaped marking 16.
  • the opening angle of the camera 12 is 180 °, i.e. the field of view of the camera 12 covers the entire U-shaped marking 16.
  • a rectangular virtual barrier 30 is hereby generated.
  • FIG. 13 shows an arrangement which corresponds approximately to the exemplary embodiment according to FIG. 10. It is understood that this arrangement can not only be used to create a horizontal barrier 30.
  • the marking 16 is L-shaped and the camera 12 is arranged diagonally opposite the corner point of the L-shaped marking 16.
  • a rectangular virtual barrier 30 is also produced with this embodiment.
  • a difficulty with this arrangement as well as with the arrangement according to FIG. 12 is that a very large length range of the marking 16 has to be monitored here.
  • this length range is shown “developed” as it is recorded by the camera 12.
  • the overall effective length range recorded by the camera 12 is 1.41 (B + H). Assuming H with 2 m and B with 4 m, for example, the total length to be recorded is approx. 8.5 m.
  • the width of the line or strip-shaped marking 16 is only a few centimeters, for example 5 cm.
  • the image sensor 48 must therefore detect 8.5 m in one direction and at the same time be able to resolve 0.5 cm in the other direction.
  • the camera 12 in this exemplary embodiment has an anamorphic optics which has different imaging scales in the two directions mentioned. An anamorphic appearance is achieved in particular with the help of cylindrical lenses.
  • FIGS. 15 to 18 Alternative exemplary embodiments for realizing a substantially rectangular virtual barrier 30 are shown in FIGS. 15 to 18.
  • the camera 12 views the marking 16 via a concave mirror 94, ie the beam path of the reflected light rays 20 is deflected and bundled on the way from the marking 16 to the camera 12 via the concave mirror 94.
  • the light beams 20 therefore run from the marking 16 to the concave mirror 94 first along a parallel first beam path 96 and then on their way from the concave mirror 94 to the camera 12 along a focused second beam path 98.
  • the concave mirror 94 is symmetrical to the optical axis 100 of the camera 12 arranged.
  • the virtual barrier 30 can have a very large extension L up to 12 m and more.
  • a special feature of this exemplary embodiment is that the marking 16 is arranged here next to or at least in the region of the camera 12, which enables the marking 16 to be illuminated particularly efficiently.
  • the concave mirror 94 with the camera 12 is arranged in a common housing 102. Accordingly, the beam path 98 is shortened compared to the exemplary embodiment according to FIG. 15.
  • This embodiment of the invention has the advantage over the example according to FIG. 15 that the adjustment of the arrangement during installation is not critical. Furthermore, the recorded image only has to pass through the distance L here once.
  • a rectangular virtual barrier 30 is generated by a combination of two triangular monitoring areas 104, 106.
  • each of the triangular monitoring areas 104, 106 is formed with the aid of a camera 12, 12 'and a marking 16, 16' which cooperates with it.
  • the two monitoring areas 104, 106 which in the present case are characterized by different hatching, overlap along the diagonal of the rectangle in order to exclude a gap within the virtual barrier 30.
  • This embodiment of the invention is characterized in that the cameras 12, 12 'can be constructed very simply, since no additional optics are required.
  • FIG. 18 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 18, in which a rectangular virtual barrier 30 is formed by a combination of two monitoring areas 104, 106.
  • the special feature of this exemplary embodiment is that the two monitoring areas 104, 106 are each imaged on one half of the image sensor 48. This is achieved with the aid of two prisms 108, 110, via which the image of one leg of the again L-shaped marking 16 is directed.
  • This exemplary embodiment is characterized in that the image sensor 48 only has to record half of the entire longitudinal extent of the marking 16 across its width, as a result of which a gain in resolution is achieved.
  • step 120 the switching signal 58 is switched to the "red" state, ie the virtual barrier 30 is not yet ready for operation.
  • step 124 an image 34 is first recorded.
  • markings 16 are then searched for at the positions stored in the non-volatile memory 54. If no marking is found at the expected positions, the device remains in the "red” state according to step 128.
  • the device remains in the "red" state according to step 132. If, on the other hand, the defined tolerances are observed, the virtual barrier 30 is checked in accordance with step 134 by comparing the recorded images 34 of the markings 16 with the reference images become. In particular, the images 34 of the markings 16 are checked for shadowing from an intruding object. As long as there are no interruptions, the device remains in the "green” state according to steps 136, 138, ie the danger area 26 of the machine 28 is reliably secured.
  • the installation of the device according to the invention can also be carried out simply using the method shown in FIG. 19, since the device automatically searches for markings 16 in the field of view of the camera 12 in accordance with step 126. Found markings 16 can then be stored in the non-volatile memory 54 in the context of a configuration mode. However, manual teaching of the device is also possible.
  • the light beams 20 are deflected to the camera 12 with the aid of a spherical mirror.
  • Such an arrangement is characterized in that a complete area of the room can be monitored with a camera.
  • two virtual barriers 30 are formed with the aid of two cameras 12, which are essentially parallel to one another, i.e. spatially staggered, run.
  • the two cameras can be housed in a common housing.
  • a camera with stereo optics can also be used here.
  • Such an arrangement is characterized in that there is also redundancy with regard to the image recording unit. This makes it possible, for example, to detect shading of the lens 14 of only one of the two cameras 12, for example by an insect, without triggering a false alarm.
  • staggered virtual barriers 30 can be realized with increasing security level.
  • two defined targets 16 are preferably also used.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a device for protecting a danger zone (26), especially the danger zone (26) of an automatic machine (28). The inventive device (10) comprises first means (12, 16) for producing an optically monitored, virtual barrier (30) and second means for generating a switch signal that stops the machine (28) when said barrier (30) is broken through (24). The first means (12, 16) are provided with an image recording element (12) and a defined target (16) the image of which is recorded by the image recording element (12). The second means contain a comparative element that compares the recorded image with a value that is characteristic of a reference image. The inventive device is further characterized in that the defined target (16) contains position marks that are used to determine its present position.

Description

Vorrichtung zur Absicherung eines Gefahrenbereichs, insbesondere des Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine Device for protecting a danger zone, in particular the danger zone of an automated machine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung eines Gefahrenbereichs, insbesondere des Gefahrenbereichs einer automatisiert arbeitenden Maschine, mit ersten Mitteln zum Erzeugen einer optisch überwachten, virtuellen Barriere und mit zweiten Mitteln zum Erzeugen eines Schaltsignals zum Anhalten der Maschine bei einem Durchbrechen der Barriere, wobei die ersten Mittel eine Bildaufnahmeeinheit sowie ein definiertes Ziel aufweisen, dessen Abbild die Bildaufnahmeeinheit aufnimmt, und wobei die zweiten Mittel eine Vergleichseinheit aufweisen, die das aufgenommene Abbild mit einer für ein Referenzbild charakteristischen Größe vergleicht. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 196 44 278 AI bekannt .The present invention relates to a device for securing a danger zone, in particular the danger zone of an automated machine, with first means for generating an optically monitored, virtual barrier and with second means for generating a switching signal for stopping the machine when the barrier is broken, the the first means have an image recording unit and a defined target, the image of which the image recording unit records, and wherein the second means have a comparison unit which compares the recorded image with a variable characteristic of a reference image. Such a device is known from DE 196 44 278 AI.
Die erzeugte Barriere wird hier als virtuell bezeichnet, da sie kein reales, mechanisches Hindernis wie bspw. einen Zaun oder ein Schutzgitter beinhalten muß. Ein Durchbrechen der virtuellen Barriere kann allein aufgrund der optischen Überwachung de- tektiert werden. Bei früheren Barrieren dieser Art, wie bspw. Lichtschranken, Lichtvorhängen oder Lichtgittern, wird das Schalt- oder Alarmsignal dann ausgelöst, wenn einer oder mehrere Lichtstrahlen zwischen einem Sender und einem Empfänger unterbrochen werden. Nachteilig bei Lichtschranken, Lichtgittern etc. ist jedoch, daß sie zur Überwachung einer flächig ausgedehnten, virtuellen Barriere eine Vielzahl von im Regelfall parallel zueinander verlaufenden Lichtstrahlen erfordern. Der Abstand der parallelen Lichtstrahlen voneinander bestimmt sich dabei nach der Größe des kleinsten, noch detektierbaren Objektes. Um bspw. ein Objekt in der Größe eines Fingers zu detek- tieren, was zum Absichern einer Maschine häufig erforderlich ist, ist eine große Anzahl von parallel zueinander angeordneten Sende- und Empfangselementen notwendig, was einen beträchtlichen Installations- und Kostenaufwand bedeutet. Darüber hinaus sind Lichtschranken etc. störanfällig im Bereich von stark spiegelnden Umgebungen oder in Bereichen mit starken Lichtblitzen. Dies ist bspw. bei großen Abkantpressen oder bei Schweißrobotern der Fall Ferner können Lichtschranken etc. durch bewußte oder unbewußte Manipulationen recht einfach außer Kraft gesetzt werden, indem der oder die Lichtstrahlen auf ihrem Weg vom Sender zum Empfänger bspw. mit einen Spiegel umgelenkt werden. Zur Beseitigung dieser Nachteile ist in der bereits genannten DE 196 44 278 AI die eingangs beschriebene Vorrichtung offenbart, bei der die virtuelle Barriere erzeugt wird, indem die Vergleichseinrichtung das Abbild eines aufgenommenen Musterfeldes mit einem Referenzbild vergleicht. Das Referenzbild entspricht dabei im einfachsten Fall dem ungestörten Abbild des definierten Ziels. Dieses besitzt markante Merkmale, die leicht zu erkennen und auszuwerten sind. Es wird daher nachfolgend auch als kooperatives Ziel bezeichnet. Eine Abweichung des aufgenommenen Abbildes von dem Referenzbild wird insbesondere durch ein Objekt hervorgerufen, das im Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit zumindest einen Teil des definierten Ziels verdeckt. Die Veränderung des aufgenommenen Abbildes gegenüber dem Referenzbild kann aufgrund der bekannten Merkmale des definierten Ziels leicht erkannt werden. Infolge dessen läßt sich mit Hilfe der Bildaufnahmeeinheit in Kombination mit dem definierten Ziel eine optisch überwachte, virtuelle Barriere erzeugen.The barrier created is referred to here as virtual, since it does not have to contain any real mechanical obstacle, such as a fence or a protective grille. A breakdown of the virtual barrier can be detected solely on the basis of the optical monitoring. With earlier barriers of this type, such as, for example, light barriers, light curtains or light grids, the switching or alarm signal is triggered when one or more light beams between a transmitter and a receiver are interrupted. A disadvantage of light barriers, light grids, etc., however, is that they require a large number of light beams, which generally run parallel to one another, to monitor a virtual barrier that is extended over a large area. The distance between the parallel light beams is determined by the size of the smallest, still detectable object. For example, in order to detect an object the size of a finger, which is often required to secure a machine, a large number of transmitting and receiving elements arranged in parallel with one another is necessary, which means considerable installation and cost expenditure. In addition, light barriers etc. are susceptible to faults in the area of highly reflective environments or in areas with strong flashes of light. This is the case, for example, with large press brakes or with welding robots. Furthermore, light barriers etc. can be overridden quite simply by conscious or unconscious manipulations by deflecting the light beam (s) on their way from the transmitter to the receiver, for example with a mirror. In order to eliminate these disadvantages, the above-mentioned DE 196 44 278 A1 discloses the device described in the introduction, in which the virtual barrier is generated by the comparison device comparing the image of a recorded pattern field with a reference image. In the simplest case, the reference image corresponds to the undisturbed image of the defined target. This has distinctive features that are easy to recognize and evaluate. It is therefore also referred to below as a cooperative goal. A deviation of the recorded image from the reference image is caused in particular by an object that obscures at least part of the defined target in the field of view of the image recording unit. The change in the recorded image compared to the reference image can be easily recognized on the basis of the known features of the defined target. As a result, an optically monitored, virtual barrier can be generated with the aid of the image recording unit in combination with the defined target.
Die charakteristische Größe kann das Referenzbild insgesamt beinhalten. Alternativ hierzu kann sie auch auf ein oder mehrere charakteristische Merkmale beschränkt sein, die aus dem Referenzbild extrahiert werden können. Zudem können das Referenzbild oder seine charakteristischen Merkmale in einem Speicher der Vergleichseinheit abgespeichert sein. Alternativ hierzu ist es möglich, den Vergleich in bezug zu einer externen Referenz durchzuführen.The characteristic size can include the reference image as a whole. Alternatively, it can also be limited to one or more characteristic features that can be extracted from the reference image. In addition, the reference image or its characteristic features can be stored in a memory of the comparison unit. Alternatively, it is possible to carry out the comparison in relation to an external reference.
In der Praxis ergeben sich bei der bekannten Vorrichtung jedoch Schwierigkeiten, wenn man eine Maschine einerseits im Hinblick auf kleinere Objekte, bspw. in der Größe eines Fingers oder einer Hand, zuverlässig und fehlerfrei absichern möchte und wenn man andererseits Fehlalarme weitgehend ausschließen möchte. Da man zum Detektieren von kleineren Objekten nur eine geringe Toleranz hinsichtlich möglicher Veränderungen des aufgenommenen Abbildes zulassen darf, können bereits kleine Verschiebungen in der Raumlage der Bildaufnahmeeinheit und/oder des definierten Ziels einen Fehlalarm auslösen. Die bekannte Vorrichtung muß daher zu Beginn sehr exakt justiert werden, und die Justierung muß auch im Betrieb der Vorrichtung wiederholt überprüft und ggf. korrigiert werden. Dies kann zwar grundsätzlich mit Hilfe moderner elektronischer Bildverarbeitungsmethoden automatisiert werden, bei der bekannten Vorrichtung ist dies jedoch mit einem erheblichen zusätzlichen Aufwand verbunden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine vereinfachte Überwachung der virtuellen Barriere vor allem im Hinblick auf kleinere Objekte ermöglicht.In practice, however, difficulties arise with the known device if, on the one hand, one wants to reliably and without fail to secure a machine with regard to smaller objects, for example the size of a finger or hand on the other hand, you want to largely rule out false alarms. Since only a small tolerance with regard to possible changes in the recorded image may be allowed for the detection of smaller objects, even small shifts in the spatial position of the image recording unit and / or the defined target can trigger a false alarm. The known device must therefore be adjusted very precisely at the beginning, and the adjustment must also be repeatedly checked and corrected when the device is in operation. In principle, this can be automated with the aid of modern electronic image processing methods, but with the known device this involves considerable additional effort. It is therefore an object of the present invention to provide a device of the type mentioned at the outset which enables simplified monitoring of the virtual barrier, especially with regard to smaller objects.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß das definierte Ziel Positionsmarken zum Bestimmen seiner aktuellen Position beinhaltet.This object is achieved in the device mentioned at the outset in that the defined target contains position marks for determining its current position.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in mehrfacher Hinsicht sehr flexibel. So wird bspw. die Form und Ausrichtung der virtuellen Barriere nicht mehr durch eine feste mechanische Anordnung von Sende- bzw. Empfangselementen bestimmt, sondern vor allem durch die Ausdehnung und Lage des definierten Ziels innerhalb des Sichtfeldes der Bildaufnahmeeinheit. Hierdurch ist es möglich, bei unveränderter Position und Ausrichtung der Bildaufnahmeeinheit allein durch eine Veränderung des definierten Ziels die Form oder Lage der virtuellen Barriere zu verändern. Darüber hinaus können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch entsprechende Ausgestaltung des definierten Ziels nahezu beliebig geformte, auch krummlinige virtuelle Barrieren erzeugt werden. Bei mehreren definierten Zielen im Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit kann eines durch eine entsprechende Auswahl in der Vergleichseinheit bestimmt werden. Dies kann allein durch eine Änderung in einer Software der Vergleichseinheit, also ohne mechanischen Installationsaufwand, geschehen. Infolge dessen kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach und schnell an neue Aufgaben angepaßt werden.The device according to the invention is very flexible in several respects. For example, the shape and orientation of the virtual barrier is no longer determined by a fixed mechanical arrangement of transmitting or receiving elements, but above all by the extent and position of the defined target within the field of view of the image recording unit. This makes it possible to change the shape or position of the virtual barrier simply by changing the defined target if the position and orientation of the image recording unit remain unchanged. In addition, virtually any shape, including curvilinear virtual barriers can be generated in the device according to the invention by appropriate design of the defined target. If there are several defined targets in the field of view of the image recording unit, one can be determined by a corresponding selection in the comparison unit. This can only be done by changing the software of the comparison unit, i.e. without mechanical installation effort. As a result, a device according to the invention can be adapted very easily and quickly to new tasks.
Ferner ist es möglich, mit einer einzigen Bildaufnahmeeinheit mehrere definierte Ziele gleichzeitig zu überwachen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, mehrere virtuelle Barrieren zu erzeugen, die gemeinsam oder alternativ zueinander verwendet werden. Bspw. können so mehrere hintereinander angeordnete virtuelle Barrieren mit zunehmender Sicherheitspriorität erzeugt und wahlweise aktiviert werden. Des weiteren können mehrere, voneinander unabhängige Gefahrenbereiche mit nur einer Bildaufnahmeeinheit in Kombination mit mehreren definierten Zielen überwacht werden.It is also possible to monitor several defined targets at the same time with a single image acquisition unit. This results in the possibility of generating several virtual barriers that are used together or as an alternative to one another. For example. In this way, several virtual barriers arranged one behind the other can be created with increasing security priority and optionally activated. Furthermore, several danger areas that are independent of one another can be monitored with only one image recording unit in combination with several defined targets.
Der Installationsaufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insgesamt sehr gering. Es genügt hier nämlich, die Bildaufnahmeeinheit grob auszurichten, so daß sich das definierte Ziel in deren Sichtfeld befindet. Die exakte Ausrichtung erfolgt dann im Rahmen der Bildverarbeitung mit Hilfe der Positionsmarken, die bei der Bildauswertung sehr einfach identifiziert werden können. Des weiteren kann die Vergleichseinheit die aktuelle Position des definierten Ziels beim Vergleich mit dem Referenzbild stets auf einfache Weise berücksichtigen, um so bspw. ei- nen Versatz des definierten Ziels zu erkennen. Hierdurch können Fehlalarme im Betrieb verhindert werden. Auch Vibrationen oder Schwingungen des definierten Ziels oder der Bildaufnahmeeinheit können aufgrund dieser Maßnahme in der Vergleichseinheit sehr einfach kompensiert werden.The overall installation effort of the device according to the invention is very low. It is sufficient here to roughly align the image recording unit so that the defined target is in its field of vision. The exact alignment then takes place within the framework of the image processing with the aid of the position marks, which can be identified very easily during the image evaluation. Furthermore, the comparison unit can always take into account the current position of the defined target in a simple manner when comparing with the reference image, in order to, for example, to recognize an offset of the defined target. This can prevent false alarms during operation. Vibrations or oscillations of the defined target or of the image recording unit can also be compensated for very easily on the basis of this measure in the comparison unit.
Insgesamt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher sehr flexibel und gleichzeitig einfach und kostengünstig zu installieren.Overall, the device according to the invention is therefore very flexible and at the same time easy and inexpensive to install.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch verwendet werden, um Manipulationen an bestehenden mechanischen Absperrungen zu überwachen. So ist es bspw. möglich, als definiertes Ziel einen Teil eines mechanischen Schutzgitters, das den Gefahrenbereich der Maschine absperrt, mit zu überwachen. Die Entfernung dieses Schutzgitters mit dem definierten Ziel würde von der Bildaufnahmeeinheit erkannt.In addition, the device according to the invention can also be used to monitor manipulations on existing mechanical barriers. For example, it is possible to monitor part of a mechanical protective grille that blocks the danger zone of the machine as a defined target. The distance of this protective grille with the defined target would be recognized by the image acquisition unit.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bildaufnahmeeinheit einen flächigen Bildsensor mit einer Vielzahl von Bildpunkten auf.In one embodiment of the invention, the image recording unit has a flat image sensor with a large number of pixels.
Der Bildsensor kann bspw. in CCD- oder CMOS-Technologie aufgebaut sein. Sämtliche Lichtstrahlen, die die Bildaufnahmeeinheit erreichen, werden von dem Bildsensor gesammelt. Im Unterschied zu den bekannten Lichtgittern, bei denen eine Vielzahl von Lichtstrahlen parallel zueinander von jeweils einem Sende- zu einem Empfangselement verläuft, treffen sich alle aufgenommenen Lichtstrahlen hier bei einem Bildsensor. Eine feste Zuordnung von jeweils einem Sende- zu exakt einem Empfangselement ist nicht vorhanden und auch nicht notwendig. Das Abbild des defi- nierten Ziels wird vielmehr mit sämtlichen Bildpunkten gemeinsam aufgenommen. Dies besitzt den Vorteil, daß der Ausfall eines oder auch mehrerer einzelner Bildpunkte des Bildsensors nicht zwangsläufig zur Folge hat, daß in der virtuellen Barriere eine Lücke entsteht.The image sensor can be constructed, for example, using CCD or CMOS technology. All light rays that reach the image recording unit are collected by the image sensor. In contrast to the known light grids, in which a multiplicity of light beams run parallel to one another from a transmitting element to a receiving element, all of the light beams recorded meet here at an image sensor. A fixed assignment of one transmitting element to exactly one receiving element is neither available nor necessary. The image of the defi- Rather, the nominated target is recorded together with all pixels. This has the advantage that the failure of one or more individual pixels of the image sensor does not necessarily result in a gap being created in the virtual barrier.
Je größer die Anzahl der Bildpunkte des Bildsensors bei gleicher Größe des überwachten Bereichs ist, desto größer ist die Auflösung der Bildaufnahmeeinheit. Da hierdurch auch die Genauigkeit des Abbildes erhöht wird, wird durch eine Vielzahl von Bildpunkten die Genauigkeit und auch die Flexibilität der Vorrichtung gesteigert.The greater the number of pixels of the image sensor with the same size of the monitored area, the greater the resolution of the image recording unit. Since this also increases the accuracy of the image, the accuracy and also the flexibility of the device is increased by a large number of pixels.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das definierte Ziel zumindest einen künstlichen Bereich auf, der im Vergleich zu seiner Umgebung für die Bildaufnahmeeinheit erkennbar hervorgehoben ist.In a further embodiment, the defined target has at least one artificial area, which is highlighted in comparison to its surroundings for the image recording unit.
Die genannte Maßnahme unterscheidet sich von einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, bei der ein natürliches Objekt als Ziel ausgewertet wird. Im Gegensatz dazu besitzt das definierte Ziel in dieser Ausgestaltung zumindest einen Bereich, der definiert hervorgehoben ist. Dies kann bspw. durch einen farbigen Anstrich oder eine reflektierende Folie geschehen. Aufgrund dieser Maßnahme vereinfacht sich der Vergleich des Abbildes des definierten Ziels mit dem Referenzbild. Infolge dessen reduzieren sich der Aufwand und die Kosten bei der Realisierung der Vergleichseinheit, und der Vergleich des Abbildes mit dem Referenzbild kann schneller und zuverlässiger durchgeführt werden. In einer weiteren Ausgestaltung weist das definierte Ziel ein strukturiertes, kontrastreiches Muster aus optisch stärker und weniger stark hervorgehobenen Bereichen auf.The measure mentioned differs from an alternative embodiment of the invention, in which a natural object is evaluated as a target. In contrast to this, the defined goal in this embodiment has at least one area that is highlighted in a defined manner. This can be done, for example, with a colored coating or a reflective film. This measure simplifies the comparison of the image of the defined target with the reference image. As a result, the effort and costs involved in implementing the comparison unit are reduced, and the comparison of the image with the reference image can be carried out more quickly and reliably. In a further embodiment, the defined target has a structured, high-contrast pattern of areas that are visually stronger and less strongly emphasized.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, daß ein Objekt, das die virtuelle Barriere durchbricht, unabhängig von seiner eigenen Farbe bzw. seinen Reflexionseigenschaften erkannt werden kann. Wenn das eindringende Objekt nämlich optische Eigenschaften aufweist, die einem der kontrastreichen Musterbereiche ähneln, wird dieses Objekt vor dem Hintergrund des anderen Musterbereichs erkannt. Insgesamt wird aufgrund dieser Maßnahme die Zuverlässigkeit und Sicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht.In this embodiment of the invention it is achieved that an object which breaks through the virtual barrier can be recognized independently of its own color or its reflection properties. If the penetrating object has optical properties that resemble one of the high-contrast pattern areas, this object is recognized against the background of the other pattern area. Overall, this measure increases the reliability and safety of the device according to the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet das strukturierte Muster einen Code zum eindeutigen Identifizieren des definierten Ziels.In a further embodiment, the structured pattern contains a code for uniquely identifying the defined target.
Dieser Code kann bspw. in Form eines Barcodes realisiert sein. Die genannte Maßnahme besitzt den Vorteil, daß verschiedene Ziele im Sichtbereich der Bildaufnahmeeinheit eindeutig erkannt und somit einer bestimmten Überwachungfunktion zugeordnet werden können. Darüber hinaus ist aufgrund dieser Maßnahme eine Manipulation der Überwachungsvorrichtung durch Einführen eines "Falschziels" oder durch ein Verschieben des definierten Ziels beträchtlich erschwert. Auch die bereits erwähnte Überwachung von mechanischen Schutzgittern kann hierdurch nochmals verbessert werden, um eine Demontage des Schutzgitters zu verhindern. In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahmen ist der hervorgehobene Bereich stärker lichtreflektierend als seine Umgebung.This code can be implemented in the form of a bar code, for example. The measure mentioned has the advantage that different targets can be clearly recognized in the field of view of the image recording unit and can thus be assigned to a specific monitoring function. In addition, this measure makes it considerably more difficult to manipulate the monitoring device by introducing a “wrong target” or by moving the defined target. The monitoring of mechanical protective grilles already mentioned can also be further improved in this way in order to prevent dismantling of the protective grille. In a further embodiment of the measures mentioned above, the highlighted area is more light-reflecting than its surroundings.
Das Hervorheben des Bereichs kann hiernach bspw. durch lichtreflektierende Folien oder Lackierungen oder auch durch das Anbringen von Reflektoren, wie bspw. "Katzenaugen", erreicht werden. Die genannte Maßnahme besitzt den Vorteil, daß sich das definierte Ziel auf sehr einfache und kostengünstige Weise realisieren läßt. Darüber hinaus ist das definierte Ziel in dieser Ausgestaltung rein passiv, so daß hier jeglicher Verkabelungsaufwand entfällt.The highlighting of the area can then be achieved, for example, by means of light-reflecting foils or lacquers, or else by attaching reflectors, such as, for example, “cat's eyes”. The measure mentioned has the advantage that the defined goal can be achieved in a very simple and inexpensive manner. In addition, the defined goal in this embodiment is purely passive, so that there is no wiring effort.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der stärker reflektierende Bereich retroreflektierend.In a further embodiment of the measure mentioned above, the more reflective area is retroreflective.
Retroreflektierende Materialien sind im Stand der Technik an sich bekannt. Es handelt sich dabei um Materialien, die einen Lichtstrahl in die Richtung reflektieren, aus der er auf das entsprechende Material auftrifft. Im Gegensatz dazu reflektieren andere Materialien entweder diffus, d.h. in alle Richtungen, oder entsprechend dem Gesetz "Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel", d.h. abweichend von der Einfallsrichtung. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß der Wirkungsgrad der Reflexion besonders hoch ist, wodurch die Vorrichtung besonders gut gegen Fremdlichtstörungen geschützt ist. Ein Beispiel für ein retroreflektierendes Element sind die bereits erwähnten "Katzenaugen", die unter anderem als Rückstrahler bei Kraftfahrzeugen Verwendung finden. In einer alternativen Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahmen ist der hervorgehobene Bereich selbstleuchtend.Retroreflective materials are known per se in the prior art. These are materials that reflect a light beam in the direction from which it strikes the corresponding material. In contrast, other materials reflect either diffusely, ie in all directions, or according to the law "angle of incidence equals angle of reflection", ie deviating from the direction of incidence. The measure has the advantage that the efficiency of the reflection is particularly high, as a result of which the device is particularly well protected against extraneous light interference. An example of a retroreflective element are the "cat eyes" already mentioned, which are used, inter alia, as reflectors in motor vehicles. In an alternative embodiment of the aforementioned measures, the highlighted area is self-illuminating.
Dies kann mit aktiv leuchtenden Folien, bspw. Fluoreszenz- Folien, oder auch mit Hilfe von Leuchtdioden realisiert sein. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung vom Umgebungslicht unabhängig ist und somit auch in dunklen Bereichen verwendet werden kann. Hinzu kommt, daß der Wirkungsgrad der Lichterzeugung besonders gut ist, da das Licht nur den einfachen Weg von dem definierten Ziel zur Bildaufnahmeeinheit zurücklegen muß.This can be achieved with actively illuminating foils, for example fluorescent foils, or with the aid of light-emitting diodes. The measure has the advantage that the device according to the invention is independent of the ambient light and can therefore also be used in dark areas. In addition, the efficiency of the light generation is particularly good, since the light only has to travel the simple way from the defined target to the image recording unit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die ersten Mittel ferner eine Lichtquelle zur Beleuchtung des definierten Ziels auf.In a further embodiment of the invention, the first means furthermore have a light source for illuminating the defined target.
Auch diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig vom Umgebungslicht ist. Infolge dessen kann eine sichere Funktion auch in schlecht beleuchteten Bereichen oder beim Ausfall der Umgebungsbeleuchtung gewährleistet werden. Hinzu kommt, daß die Vergleichseinheit hierdurch stets determinierte, gleichbleibende Lichtverhältnisse vorfindet, wodurch die Zuverlässigkeit des Vergleichs erhöht ist.This measure also has the advantage that the device according to the invention is independent of the ambient light. As a result, safe operation can be ensured even in poorly lit areas or in the event of ambient lighting failing. In addition, the comparison unit always finds determined, constant lighting conditions, which increases the reliability of the comparison.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist die Lichtquelle eine Infrarot-Lichtquelle.In a further embodiment of the measure mentioned above, the light source is an infrared light source.
Die Verwendung von Infrarot-Lichtquellen, wie bspw. Infrarot- LED' s, ist im Stand der Technik an sich bekannt. Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besitzt die Maßnahme den Vorteil, daß durch die Beleuchtung, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, der umgebende Bereich nicht beeinträchtigt wird. Hinzu kommt, daß durch die Verwendung einer Infrarot- Lichtquelle die Bildaufnahmeeinheit durch Verwendung eines Sperrfilters auf den entsprechenden Frequenzbereich beschränkt werden kann, so daß störende Einflüsse durch Reflexionen des sichtbaren Lichts in der Umgebung reduziert werden.The use of infrared light sources, such as, for example, infrared LEDs, is known per se in the prior art. With regard to the present invention, the measure has the advantage that the lighting, which is not for the human eye is visible, the surrounding area is not affected. In addition, the use of an infrared light source allows the image recording unit to be restricted to the corresponding frequency range by using a blocking filter, so that disturbing influences by reflections of the visible light in the surroundings are reduced.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahmen ist die Lichtquelle im Bereich der Bildaufnahmeeinheit angeordnet.In a further embodiment of the aforementioned measures, the light source is arranged in the area of the image recording unit.
In Verbindung mit der Verwendung von retroreflektierenden Materialien für das definierte Ziel besitzt diese Maßnahme den Vorteil, daß der Wirkungsgrad und damit die Empfindlichkeit der Vorrichtung besonders gut ist. Darüber hinaus kann die Bildaufnahmeeinheit in dieser Ausgestaltung der Erfindung als besonders kompakte und daher leicht zu installierende Einheit realisiert werden.In connection with the use of retroreflective materials for the defined goal, this measure has the advantage that the efficiency and thus the sensitivity of the device is particularly good. In addition, the image recording unit in this embodiment of the invention can be realized as a particularly compact and therefore easy to install unit.
In einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Lichtquelle eine Richtcharakteristik, die dem Verlauf des definierten Ziels angepaßt ist.In a further embodiment, the light source has a directional characteristic that is adapted to the course of the defined target.
Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, wenn das definierte Ziel zur Erzeugung einer flächigen virtuellen Barriere in Form eines länglichen Streifens ausgebildet wird. Bei einer Lichtquelle ohne Richtcharakteristik ergibt sich in diesem Fall eine sehr ungünstige Energiebilanz im Hinblick auf die vollständige Beleuchtung des definierten Ziels. Hinzu kommt, daß durch eine Lichtquelle mit einer Richtcharakteristik auch störende Refle- xionen aus der Umgebung verringert werden. Dies wiederum erhöht die Funktionssicherheit der gesamten Vorrichtung.This measure is particularly advantageous if the defined target is designed to generate a flat virtual barrier in the form of an elongated strip. In this case, a light source without a directional characteristic results in a very unfavorable energy balance with regard to the complete illumination of the defined target. In addition, a light source with a directional characteristic also causes disturbing reflections. xions from the environment can be reduced. This in turn increases the functional reliability of the entire device.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Lichtquelle lichtemittierende Halbleiter auf.In a further embodiment, the light source has light-emitting semiconductors.
Lichtemittierende Halbleiter, sogenannte LED's, sind im Stand der Technik als Lichtquellen an sich bekannt. Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung besitzen sie jedoch den Vorteil, daß ihre hohe Lebensdauer eine besonders zuverlässige und sichere Funktion der Schutzvorrichtung ermöglicht. Dies ist im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt, der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist, von besonderem Vorteil.Light-emitting semiconductors, so-called LEDs, are known per se as light sources in the prior art. With regard to the present invention, however, they have the advantage that their long service life enables a particularly reliable and safe function of the protective device. This is of particular advantage with regard to the safety aspect associated with the device according to the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Licht der Lichtquelle moduliert.In a further embodiment, the light from the light source is modulated.
Moduliert bedeutet, daß die Intensität der Lichtquelle während des Betriebs bewußt unterschiedlich gesteuert wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird das Licht der Lichtquelle gepulst, d.h. die Lichtquelle sendet nur einzelne Lichtimpulse aus. Die Maßnahme besitzt den Vorteil, daß störende Reflexionen aus dem Umgebungsbereich eliminiert werden können, indem das Referenzbild in der Vergleichseinheit sowohl mit einem unbeleuchteten als auch mit einem beleuchteten Abbild des definierten Ziels verglichen wird. Dies kann auch mittels einer Differenzbildung erfolgen.Modulated means that the intensity of the light source is deliberately controlled differently during operation. In a particularly preferred embodiment, the light from the light source is pulsed, i.e. the light source only emits individual light pulses. The measure has the advantage that disturbing reflections from the surrounding area can be eliminated by comparing the reference image in the comparison unit with both an unilluminated and an illuminated image of the defined target. This can also be done by forming a difference.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Bildaufnahmeeinheit eine bildbeeinflussende Optik auf. Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß das Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit gezielt an verschiedene, ggf. wechselnde Umgebungsbedingungen angepaßt werden kann. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung hierdurch an weit ausgedehnte und/oder mit Hindernissen bestückte Umgebungen angepaßt werden.In a further embodiment of the invention, the image recording unit has optics that influence the image. This measure has the advantage that the field of view of the image recording unit can be specifically adapted to different, possibly changing environmental conditions. In particular, the device according to the invention can hereby be adapted to environments which are extensive and / or have obstacles.
In einer Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme beinhaltet die Optik einen Spiegel, über den das Abbild des definierten Ziels auf die Bildaufnahmeeinheit umgelenkt ist.In one embodiment of the measure mentioned above, the optics contain a mirror, via which the image of the defined target is deflected onto the image recording unit.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Bildaufnahmeeinheit die Fähigkeit erhält, "um die Ecke" zu gucken. Infolge dessen ist es mit der genannten Maßnahme möglich, eine virtuelle Barriere auch dort einzurichten, wo mechanische Hindernisse im Raum vorhanden sind.This measure has the advantage that the image recording unit is given the ability to look around the corner. As a result, it is possible with the measure mentioned to set up a virtual barrier even where there are mechanical obstacles in the room.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Spiegel ein Hohlspiegel.In a further embodiment of the measure mentioned above, the mirror is a concave mirror.
Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, da mit einem Hohlspiegel der Strahlengang der Lichtstrahlen, die auf die Bildaufnahmeeinheit fokussiert sind, zu einem parallelen Strahlengang umgewandelt werden kann. Hierdurch ist es besonders einfach möglich, der virtuellen Barriere eine in etwa rechteckige Fläche zu geben. Darüber hinaus kann mit einem Hohlspiegel ein sehr lang gestreckter Überwachungsbereich realisiert werden.This measure is particularly advantageous since the beam path of the light beams that are focused on the image recording unit can be converted to a parallel beam path with a concave mirror. This makes it particularly easy to give the virtual barrier an approximately rectangular area. In addition, a very long monitoring area can be realized with a concave mirror.
In einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Optik ein Prisma, über das das Abbild des definierten Ziels auf die Bildaufnahmeeinheit umgelenkt ist. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, um mit einer einzigen Bildaufnahmeeinheit verschiedene, voneinander getrennte Bereiche zu überwachen. Auch mit dieser Maßnahme ist es daher sehr einfach und kostengünstig möglich, bspw. eine rechteckige virtuelle Barriere zu erzeugen.In a further embodiment, the optics contain a prism, via which the image of the defined target is deflected onto the image recording unit. This measure is particularly advantageous in order to monitor different, separate areas with a single image acquisition unit. With this measure, too, it is therefore very simple and inexpensive to generate, for example, a rectangular virtual barrier.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahmen ist die Optik anamorphotisch.In a further embodiment of the aforementioned measures, the optics are anamorphic.
Eine anamorphotische Optik zeichnet sich dadurch aus, daß der Abbildungsmaßstab der Optik in zwei zueinander und jeweils zur optischen Achse senkrechten Richtungen verschieden ist. Hierdurch wird das Abbild verzerrt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besitzt die Maßnahme den besonderen Vorteil, daß mit nur einer Bildaufnahmeeinheit eine sehr "dünne" und trotzdem sehr langgestreckte und großflächige virtuelle Barriere, insbesondere mit einer rechteckigen Fläche, realisiert werden kann.Anamorphic optics are characterized in that the imaging scale of the optics differs in two directions perpendicular to one another and in each case to the optical axis. This distorts the image. Within the scope of the present invention, the measure has the particular advantage that a very "thin" and nevertheless very elongated and large-area virtual barrier, in particular with a rectangular area, can be realized with only one image recording unit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das definierte Ziel linienförmig ausgedehnt.In a further embodiment of the invention, the defined target is extended in a line.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch sehr großflächige und gleichzeitig dünne virtuelle Barrieren in der Art eines Vorhangs erzeugt werden können. Die Linien können dabei auch gekrümmt verlaufen.This measure has the advantage that very large and at the same time thin virtual barriers can be created in the manner of a curtain. The lines can also be curved.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die zweiten Mittel ferner eine Einrichtung zum nicht-flüchtigen Abspeichern des aufgenommenen Abbildes auf. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft zur Dokumentation eines Durchbrechens der virtuellen Barriere, die zwangsläufig dazu führt, daß ein Objekt in den abgesicherten Gefahrenbereich eindringt. Bei der Absicherung von Maschinen ist auf diese Weise eine Dokumentation möglich, die zur Erforschung von Unfallursachen und auch im Hinblick auf die Zulassung durch zuständige Aufsichtsbehörden vorteilhaft ist. Die Maßnahme verleiht der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Funktion, die mit den bisher verwendeten Lichtgittern etc. allein nicht realisierbar ist.In a further embodiment of the invention, the second means furthermore have a device for the non-volatile storage of the recorded image. This measure is particularly advantageous for documenting a breakthrough of the virtual barrier, which inevitably leads to an object entering the secured danger area. When securing machines, documentation is possible in this way, which is advantageous for researching the causes of accidents and also with regard to approval by the responsible supervisory authorities. The measure gives the device according to the invention a function which cannot be realized with the light grids etc. used hitherto.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vergleichseinheit Mittel zum nicht-flüchtigen Abspeichern einer Anordnung von definierten Zielen auf.In a further embodiment of the invention, the comparison unit has means for the non-volatile storage of an arrangement of defined targets.
Diese Maßnahme bildet die bereits weiter oben diskutierten Merkmale der Erfindung weiter, mit denen sich der Installationsaufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträchtlich reduziert. Mit der hier vorliegenden Maßnahme ist es möglich, verschiedene Konfigurationen von virtuellen Barrieren derart abzuspeichern, daß sie für eine bestimmte Betriebsumgebung einfach ausgewählt werden können. Die Maßnahme erhöht daher die Flexibilität der verwendeten Vorrichtung beträchtlich. Darüber hinaus besitzt die Maßnahme den Vorteil, daß hierdurch eine Veränderung der Umgebung in einem Zeitraum, in dem die virtuelle Barriere nicht benötigt wird und in dem die Vorrichtung daher abgeschaltet ist, zuverlässig erkannt werden kann. Hierdurch können Fehlfunktionen und daraus folgende Sicherheitslük- ken vermieden werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vergleichseinheit Mittel zur Kompensation von Vibrationen des definierten Ziels auf.This measure further develops the features of the invention already discussed above, with which the installation outlay of the device according to the invention is considerably reduced. With the measure at hand, it is possible to store different configurations of virtual barriers in such a way that they can be easily selected for a specific operating environment. The measure therefore increases the flexibility of the device used considerably. In addition, the measure has the advantage that a change in the environment in a period in which the virtual barrier is not required and in which the device is therefore switched off can be reliably detected. Malfunctions and the resulting security gaps can be avoided in this way. In a further embodiment of the invention, the comparison unit has means for compensating for vibrations of the defined target.
Die genannten Mittel können bspw. eine Software beinhalten, die die aktuelle Position des definierten Ziels bestimmt und anschließend Veränderungen der aktuellen Position innerhalb vorgegebener Toleranzbereiche ignoriert. Die Maßnahme ist besonders vorteilhaft bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich schwerer Maschinenanlagen, wie bspw. einer hydraulischen Presse, in deren Umgebung aufgrund der schweren bewegten Maschinenteile zwangsläufig Vibrationen auftreten.The means mentioned can include, for example, software that determines the current position of the defined target and then ignores changes in the current position within predetermined tolerance ranges. The measure is particularly advantageous when the device according to the invention is used in the area of heavy machinery, such as a hydraulic press, in the vicinity of which vibrations inevitably occur due to the heavy moving machine parts.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vergleichseinheit Mittel zur Kompensation von Verschmutzungen des definierten Ziels auf.In a further embodiment of the invention, the comparison unit has means for compensating for soiling of the defined target.
Derartige Mittel beinhalten bspw. einen Speicher, in dem ein Langzeit-Mittelwert der aufgenommenen Abbilder gespeichert wird. Der Vergleich eines aktuell aufgenommenen Abbildes mit diesem Langzeit-Mittelwert ermöglicht es, eine schleichend auftretende Verschmutzung des definierten Ziels von einer Abschattung durch ein Objekt zu unterscheiden. Die Maßnahme ist besonders vorteilhaft, um einen zuverlässigen und fehlerfreien Langzeitbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch in staubigen Umgebungen zu gewährleisten. Dabei können aufgrund der genannten Maßnahme fehlerhafte Schaltreaktionen der Vorrichtung vermieden werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vergleichseinheit ein Sperrfilter zur Unterdrückung von Fremdlicht auf .Such means include, for example, a memory in which a long-term average of the recorded images is stored. The comparison of a currently recorded image with this long-term mean value makes it possible to distinguish a gradual contamination of the defined target from shadowing by an object. The measure is particularly advantageous in order to ensure reliable and error-free long-term operation of the device according to the invention even in dusty environments. Incorrect switching reactions of the device can be avoided due to the measure mentioned. In a further embodiment of the invention, the comparison unit has a blocking filter for suppressing extraneous light.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß störende Lichtreflexe oder -blitze aus der Umgebung besonders gut unterdrückt werden. Hierdurch wird die Funktionssicherheit der Vorrichtung erhöht.This measure has the advantage that disturbing light reflections or flashes from the environment are suppressed particularly well. This increases the functional reliability of the device.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vergleichseinheit zweikanalig-redundant aufgebaut.In a further embodiment of the invention, the comparison unit has a two-channel redundant structure.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden Kanäle der Vergleichseinheit diversitär, d.h. mit unterschiedlichen Bauelementen realisiert sind. Die genannte Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch Fehler bzw. Fehlfunktionen der Vergleichseinheit rechtzeitig erkannt werden können, was im Hinblick auf die sicherheitskritische Funktion der virtuellen Barriere von besonderem Vorteil ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Ergebnisse aus jedem Kanal der Vergleichseinheit mit Hilfe eines Dual-Ported-RAM miteinander verglichen, um einen fehlerfreien Betrieb der gesamten Vorrichtung zu gewährleisten. Eine derartige Maßnahme ist technisch besonders einfach und kostengünstig realisierbar.It is particularly preferred if the two channels of the comparison unit are diversified, i.e. are realized with different components. The measure mentioned has the advantage that errors or malfunctions of the comparison unit can be identified in good time, which is particularly advantageous with regard to the safety-critical function of the virtual barrier. In a particularly preferred embodiment of the invention, the results from each channel of the comparison unit are compared with one another using a dual-ported RAM, in order to ensure error-free operation of the entire device. Such a measure is technically particularly simple and inexpensive to implement.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die ersten Mittel mehrere Bildaufnahmeeinheiten auf, deren Sichtfelder aneinander angrenzen.In a further embodiment of the invention, the first means have a plurality of image recording units whose fields of vision adjoin one another.
Mit dieser Maßnahme lassen sich virtuelle Barrieren in beliebiger Ausdehnung und Form erzeugen, so daß eine besonders große Flexibilität hinsichtlich der Verwendungsmöglichkeiten erreicht wird.With this measure, virtual barriers of any size and shape can be created, so that a particularly large one Flexibility with regard to the possible uses is achieved.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erzeugen die ersten Mitteln mehrere virtuelle Barrieren, die räumlich hintereinander gestaffelt sind.In a further embodiment of the invention, the first means generate a plurality of virtual barriers which are spatially staggered one behind the other.
Diese Maßnahme besitzt zum einen den Vorteil, daß eine Absicherung des Gefahrenbereichs auch dann noch gegeben ist, wenn eine der virtuellen Barrieren aufgrund eines Fehlers ausfällt. Zu anderen kann auf diese Weise eine Absicherung mit zunehmender Sicherheitsstufe realisiert werden, beispielsweise zunächst eine Vorwarnung und erst in der zweiten Stufe eine Abschaltung der Maschine. Die zueinander parallel verlaufenden, gestaffelten Barrieren können aufgrund der Erfindung auf besonderes einfache und kostengünstige Weise mit einer Bildaufnahmeeinheit sowie mehreren definierten Zielen realisiert werden.On the one hand, this measure has the advantage that the danger zone is still protected if one of the virtual barriers fails due to an error. For others, protection with increasing security level can be implemented in this way, for example first a pre-warning and only in the second level a shutdown of the machine. The staggered barriers running parallel to one another can be implemented in a particularly simple and cost-effective manner with an image recording unit and several defined targets.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 2 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht entlang der Linie II-II,1 is a schematic representation of a first embodiment of the invention, 2 shows the embodiment of FIG. 1 in a plan view along the line II-II,
Fig. 3 verschiedene Abbilder des definierten Ziels in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,3 different images of the defined target in the embodiment according to FIG. 1,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeeinheit,4 shows a perspective view of an image recording unit according to the invention,
Fig. 5 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Auswerteeinheit,5 shows the block diagram of an image recording and evaluation unit according to the invention,
Fig. 6 - 8 Ausführungsbeispiele von definierten Zielen,6 - 8 embodiments of defined goals,
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,9 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the invention,
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,10 shows a schematic illustration of a third exemplary embodiment of the invention,
Fig. 11 die überwachte Fläche der virtuellen Barriere bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,11 shows the monitored area of the virtual barrier in the exemplary embodiment according to FIG. 1,
Fig. 12 ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung einer rechteckigen virtuellen Barriere,12 shows an exemplary embodiment for generating a rectangular virtual barrier,
Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Erzeugung einer rechteckigen virtuellen Barriere, Fig. 14 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise einer anamorphotischen Optik,13 shows a further exemplary embodiment for generating a rectangular virtual barrier, 14 shows a schematic illustration to explain the functioning of an anamorphic optics,
Fig. 15 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hohlspiegel,15 shows an embodiment of the invention with a concave mirror,
Fig. 16 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Hohlspiegel,16 shows a further exemplary embodiment of the invention with a concave mirror,
Fig. 17 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Bildaufnahmeeinheiten, deren Überwachungsbereiche sich ergänzen,17 shows an exemplary embodiment of the invention with two image recording units, the monitoring areas of which complement one another,
Fig. 18 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Prismen undFig. 18 shows an embodiment of the invention with two prisms and
Fig. 19 ein Flußdiagramm, das die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.Fig. 19 is a flowchart explaining the operation of the device according to the invention.
In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.1 and 2, a device according to the invention is designated in its entirety by reference number 10.
Die Vorrichtung 10 weist eine kombinierte Bildaufnahme- und Auswerteeinheit 12 auf, die nachfolgend vereinfacht als Kamera bezeichnet wird. Die Kamera 12 nimmt über ein Objektiv 14 das Abbild eines definierten Ziels in Form einer Markierung 16 auf, die nachfolgend anhand der Fig. 6 bis 8 näher erläutert wird.The device 10 has a combined image acquisition and evaluation unit 12, which in the following is referred to simply as a camera. The camera 12 records, via a lens 14, the image of a defined target in the form of a marking 16, which is explained in more detail below with reference to FIGS. 6 to 8.
Mit der Bezugsziffer 18 ist eine Lichtquelle bezeichnet, die im vorliegenden Fall mehrere Infrarot-LED" s beinhaltet. Mit der Bezugsziffer 20 sind einzelne Lichtstrahlen bezeichnet, die von der Markierung 16 zur Kamera 12 reflektiert werden. Mit der Bezugsziffer 22 ist der Lichtkegel bezeichnet, der von der Lichtquelle 18 ausgeht und der die Markierung 16 derart beleuchtet, daß die reflektierten Lichtstrahlen 20 die Kamera 12 erreichen.The reference number 18 denotes a light source which in the present case contains a plurality of infrared LEDs Reference number 20 denotes individual light beams which are reflected by the marking 16 towards the camera 12. The reference numeral 22 denotes the light cone which emanates from the light source 18 and which illuminates the marking 16 in such a way that the reflected light beams 20 reach the camera 12.
Wie anhand der Darstellung in den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, besitzt die Lichtquelle 18 eine Richtcharakteristik derart, daß der Lichtkegel 22 in etwa auf die Ausdehnung der Markierung 16 fokussiert ist. Bei der hier linienförmigen, länglichen Markierung 16 ist dies dadurch realisiert, daß die Lichtquelle 18 einzelne, parallel zur Ausdehnung der Markierung 16 nebeneinander angeordnete LED ' s besitzt.As can be seen from the illustration in FIGS. 1 and 2, the light source 18 has a directional characteristic such that the light cone 22 is focused approximately on the extent of the marking 16. In the case of the linear marking 16, which is linear here, this is achieved in that the light source 18 has individual LEDs which are arranged next to one another parallel to the extension of the marking 16.
Mit der Bezugsziffer 24 ist ein Stab bezeichnet, der derart in den Raumbereich zwischen der Kamera 12 und der Markierung 16 gehalten wird, daß er zumindest einige der Lichtstrahlen 20 unterbricht und daher das von der Kamera 12 aufgenommene Abbild der Markierung 16 verändert.The reference numeral 24 denotes a rod which is held in the space between the camera 12 and the marking 16 in such a way that it interrupts at least some of the light beams 20 and therefore changes the image of the marking 16 recorded by the camera 12.
Mit der Bezugsziffer 26 ist in Fig. 2 ein Gefahrenbereich bezeichnet, der eine Maschine 28 in Form eines Roboterarms kreisförmig umgibt.The reference number 26 in FIG. 2 denotes a danger zone which surrounds a machine 28 in the form of a robot arm in a circle.
Die Lichtstrahlen 20, mit denen die Kamera 12 das Abbild der Markierung 16 aufnimmt, bilden in Kombination mit der nachfolgend näher erläuterten Auswertung eine virtuelle Barriere 30, deren Durchbrechen mit einem Gegenstand oder von einer Person detektiert werden kann. In Fig. 3 sind beispielhaft vier verschiedene Abbilder 34a bis 34d gezeigt, die die Kamera 12 in unterschiedlichen Situationen von der Markierung 16 aufnimmt. Das Abbild 34a zeigt die Markierung 16 im Ausgangszustand nach dem Inbetriebnehmen der Vorrichtung 10. Das Abbild 34a entspricht damit dem Referenzbild, mit dem die nachfolgend aufgenommenen Abbilder der Markierung 16 zur Überwachung der virtuellen Barriere 30 verglichen werden.The light beams 20 with which the camera 12 records the image of the marking 16, in combination with the evaluation explained in more detail below, form a virtual barrier 30, the breakthrough of which can be detected by an object or by a person. 3 shows four different images 34a to 34d, which the camera 12 records from the marking 16 in different situations. The image 34a shows the marking 16 in the initial state after the device 10 has been started up. The image 34a thus corresponds to the reference image with which the subsequently recorded images of the marking 16 for monitoring the virtual barrier 30 are compared.
In dem Abbild 34b ist die Markierung 16 im Vergleich zum Abbild 34a verschoben. Eine derartige Verschiebung kann das Ergebnis einer Momentaufnahme sein, wenn die Markierung 16 bspw. aufgrund von schweren Bewegungen der Maschine 28 vibriert. Der in diesem Fall auftretende Versatz der Markierung 16 muß sich jedoch innerhalb vorgegebener Grenzen bewegen. Überschreitet der Versatz diese vorgegebenen Grenzen oder findet keine Vibrationskompensation bei der Auswertung des aufgenommenen Abbildes 34 statt, stellt die Auswerteeinheit der Kamera 12 fest, daß das Abbild 34b nicht dem erwarteten Referenzbild gemäß Abbild 34a entspricht. Dies kann bspw. das Ergebnis einer unbeabsichtigten oder auch einer bewußt manipulierenden Verschiebung der Markierung 16 sein. In beiden Fällen wird die Auswerteeinheit der Kamera 12 ein Schalt- oder Alarmsignal generieren.In the image 34b, the marking 16 is shifted in comparison to the image 34a. Such a shift can be the result of a snapshot when the marking 16 vibrates, for example due to heavy movements of the machine 28. The offset of the marking 16 that occurs in this case must, however, move within predetermined limits. If the offset exceeds these predetermined limits or if there is no vibration compensation when evaluating the recorded image 34, the evaluation unit of the camera 12 determines that the image 34b does not correspond to the expected reference image according to image 34a. This can be the result, for example, of an unintentional or deliberately manipulative displacement of the marking 16. In both cases, the evaluation unit of the camera 12 will generate a switching or alarm signal.
In dem Abbild 34c ist die Markierung 16 vollständig verschwunden. Dies kann bspw. die Folge einer zu starken Verschmutzung der Markierung 16 oder eines Ausfalls der Lichtquelle 18 sein. In jedem Fall deutet die Abweichung des Abbildes 34c von dem Referenzbild gemäß Abbild 34a auf eine Funktionsstörung hin, die die Sicherheit der virtuellen Barriere 30 gefährdet. Auch in diesem Fall wird die Auswerteeinheit der Kamera 12 daher ein Schaltsignal generieren.The mark 16 in the image 34c has completely disappeared. This can be the result of excessive contamination of the marking 16 or a failure of the light source 18, for example. In any case, the deviation of the image 34c from the reference image according to image 34a indicates a malfunction that endangers the security of the virtual barrier 30. Also in this case, the evaluation unit of the camera 12 will therefore generate a switching signal.
In dem Abbild 34d ist die Markierung 16 durch den Stab 24 überlagert. Auch diese Situation bedeutet eine Veränderung gegenüber dem Referenzbild gemäß Abbild 34a. Die Auswerteeinheit der Kamera 12 wird daher auch in diesem Fall ein Schalt- oder Alarmsignal erzeugen. An diesem Beispiel wird deutlich, daß die Kamera 12 ein Durchbrechen der virtuellen Barriere 30 durch Vergleich des aufgenommenen Abbildes 34d mit dem erwarteten Referenzbild detektieren kann.In the image 34d, the marking 16 is overlaid by the rod 24. This situation also means a change compared to the reference image according to image 34a. The evaluation unit of the camera 12 will therefore also generate a switching or alarm signal in this case. This example clearly shows that the camera 12 can detect a breakdown of the virtual barrier 30 by comparing the recorded image 34d with the expected reference image.
Bei der Beschreibung der nachfolgenden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente, die bereits anhand der vorhergehenden Figuren 1 bis 3 erläutert wurden.In the description of the following figures, the same reference numerals designate the same elements which have already been explained with reference to the preceding FIGS. 1 to 3.
In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführung der Kamera 12 dargestellt, bei der die Lichtquelle 18 einzelne Infrarot-LED ' s aufweist, die konzentrisch zu dem Objektiv 14 der Kamera angeordnet sind. Des weiteren ist bei diesem Ausführungsbeispiel die gesamte Bildaufnahme- und Auswerteelektronik innerhalb des Gehäuses 38 der Kamera 12 untergebracht.FIG. 4 shows a preferred embodiment of the camera 12, in which the light source 18 has individual infrared LEDs which are arranged concentrically with the lens 14 of the camera. Furthermore, in this exemplary embodiment, the entire image recording and evaluation electronics are accommodated within the housing 38 of the camera 12.
Wie anhand des Blockschaltbildes in Fig. 5 zu erkennen ist, weist die Kamera 12 zusätzlich zu den bereits erläuterten Komponenten eine Steuerschaltung 42 sowie im vorliegenden Fall zwei zueinander redundante Vergleichseinheiten 44a und 44b auf. Die Steuerschaltung 42 steuert die Lichtquelle 18, die im vorliegenden Fall gepulst moduliert ist. Dies ist beispielhaft anhand eines Lichtblitzes 46 dargestellt. Die Steuerschaltung 42 steuert des weiteren die eigentliche Bildaufnahme und ist zu diesem Zweck mit einem flächigen Bildsensor 48 mit einer Vielzahl von hier nicht dargestellten Bildpunkten verbunden. Der Bildsensor 48 ist beispielhaft ein CCD- Bildsensor (Charge Coupled Device). Alternativ kann es sich hier um einen Bildsensor in CMOS-Technologie handeln.As can be seen from the block diagram in FIG. 5, the camera 12 has, in addition to the components already explained, a control circuit 42 and, in the present case, two comparison units 44a and 44b which are redundant to one another. The control circuit 42 controls the light source 18, which is pulsed modulated in the present case. This is shown by way of example using a flash of light 46. The control circuit 42 also controls the actual image acquisition and for this purpose is connected to a flat image sensor 48 with a large number of pixels not shown here. The image sensor 48 is an example of a CCD (charge coupled device) image sensor. Alternatively, this can be an image sensor using CMOS technology.
Schließlich ist die Steuerschaltung 42 mit zwei zueinander redundanten Prozessoren 50a und 50b verbunden, denen sie die Signale des Bildsensors 48 sowie weitere Steuerinformationen zuführt. Die Prozessoren 50a, 50b bilden jeweils den Kern der Vergleichseinheiten 44a, 44b.Finally, the control circuit 42 is connected to two mutually redundant processors 50a and 50b, to which it supplies the signals from the image sensor 48 and further control information. The processors 50a, 50b each form the core of the comparison units 44a, 44b.
Mit der Bezugsziffer 52a, 52b ist jeweils ein Speicher bezeichnet, in dem jeweils eine für das Abbild 34 der Markierung 16 charakteristische Größe abgelegt ist. Die charakteristische Größe kann bspw. sämtliche Bildpunkte des Referenzbildes entsprechend dem Abbild 34a beinhalten. Alternativ hierzu sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch nur charakteristische Merkmale, die aus dem Referenzbild der Markierung 16 extrahiert sind, abgelegt.Reference numbers 52a, 52b each designate a memory in which a variable characteristic of the image 34 of the marking 16 is stored. The characteristic size can include, for example, all the pixels of the reference image corresponding to the image 34a. As an alternative to this, however, only characteristic features which are extracted from the reference image of the marking 16 are stored in the present exemplary embodiment.
Mit der Bezugsziffer 54a, 54b ist jeweils ein nicht-flüchtiger Speicher bezeichnet, in dem die Vergleichseinheiten 44a, 44b das zuletzt aufgenommene Abbild 34 abspeichern, wenn sie ein Durchbrechen der virtuellen Barriere 30 detektieren. Das gespeicherte Abbild kann später zur Auswertung von möglichen Unfallursachen oder zur Dokumentation verwendet werden. Darüber hinaus können in den nicht-flüchtigen Speichern 54a, 54b Konfigurationen verschiedener Markierungen 16 im Sichtfeld der Kamera 12 abgespeichert sein, die wahlweise aktivierbar sind. Mit der Bezugsziffer 56 ist eine Schnittstelle an ein sicheres Bussystem bezeichnet. Hierüber kann die Kamera 12 in ein bestehendes Sicherheitssystem eingebunden werden. Darüber hinaus ist über diese Schnittstelle 56 die Kamera 12 konfigurierbar und es können Schalt- oder Alarmsignale übertragen werden.Reference numerals 54a, 54b each denote a non-volatile memory in which the comparison units 44a, 44b store the image 34 last recorded when they detect a breakdown of the virtual barrier 30. The saved image can later be used to evaluate possible causes of accidents or for documentation. In addition, configurations of different markings 16 in the field of view of the camera 12 can be stored in the non-volatile memories 54a, 54b and can optionally be activated. The reference numeral 56 denotes an interface to a safe bus system. In this way, the camera 12 can be integrated into an existing security system. In addition, the camera 12 can be configured via this interface 56 and switching or alarm signals can be transmitted.
Mit der Bezugsziffer 58 ist ein Schalt- und/oder Alarmsignal bezeichnet, das von jeder der Vergleichseinheiten 44a, 44b ausgelöst wird, wenn entweder ein Durchbrechen der virtuellen Barriere 30 detektiert wird oder wenn ein Fehler innerhalb der Kamera 12 festgestellt wird. Zur gegenseitigen Überwachung und Kontrolle der Vergleichseinheiten 44a, 44b sind die beiden Prozessoren 50a, 50b über ein Dual-Ported-RAM verbunden. Hierbei handelt es sich um einen Speicher, auf den jeder der beiden Prozessoren 50a, 50b zugreifen kann, so daß ein Abgleich der abgelegten Daten stattfinden kann. Das Dual-Ported-RAM ist hier durch einen Pfeil 60 dargestellt.The reference number 58 denotes a switching and / or alarm signal which is triggered by each of the comparison units 44a, 44b if either a breakdown of the virtual barrier 30 is detected or if an error is found within the camera 12. The two processors 50a, 50b are connected via a dual-ported RAM for mutual monitoring and control of the comparison units 44a, 44b. This is a memory that can be accessed by each of the two processors 50a, 50b so that the stored data can be compared. The dual-ported RAM is represented here by an arrow 60.
Abweichend von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Kamera 12 in anderen Ausführungsbeispielen zwei zueinander redundante Bildsensoren 48 sowie zueinander redundante Lichtquellen 18. Die beiden Bildsensoren 48 sind dann entweder mit jeweils einer eigenen Optik versehen oder mit einer gemeinsamen Stereooptik kombiniert.In a departure from the exemplary embodiment shown here, the camera 12 has, in other exemplary embodiments, two mutually redundant image sensors 48 and mutually redundant light sources 18. The two image sensors 48 are then either provided with their own optics or combined with a common stereo optic.
In den Fig. 6 bis 8 sind Ausführungsbeispiele der Markierung 16 näher dargestellt. Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die Markierung 16 ein strukturiertes, kontrastreiches Muster aus stark reflektierenden Bereichen 66 und schwach reflektierenden Bereichen 68 aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 ist die Markierung 16 linienförmig ausgedehnt und be- sitzt einen länglichen, linienförmigen Bereich 66, der stark reflektierend ist. Dieser Bereich besteht hier aus einer retroreflektierenden Folie. Der umgebende Bereich 68 ist schwach reflektierend und besteht aus einer sehr dunklen Folie. Mit der Bezugsziffer 70 sind zwei reflektierende Positionsmarken bezeichnet, die sich bei der Markierung 16 eigenständig identifizierbar von dem dunklen Bereich 68 abheben. Die Positionsmarken 70 sind in einem definierten Abstand zueinander angeordnet und ermöglichen eine exakte Positionsbestimmung der Markierung 16.6 to 8, exemplary embodiments of the marking 16 are shown in more detail. All of the exemplary embodiments have in common that the marking 16 has a structured, high-contrast pattern of highly reflective regions 66 and weakly reflective regions 68. In the exemplary embodiment in FIG. 6, the marking 16 is extended linearly and is sits an elongated, linear region 66 that is highly reflective. This area consists of a retroreflective sheeting. The surrounding area 68 is weakly reflective and consists of a very dark film. The reference number 70 designates two reflective position marks which, in the case of the marking 16, stand out from the dark area 68 in an identifiable manner. The position marks 70 are arranged at a defined distance from one another and enable the position 16 of the mark 16 to be determined exactly.
In Fig. 7 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine kreis- bzw. punktförmige Markierung 16 dargestellt. Sie besitzt einen stark reflektierenden Zentralbereich 72 sowie konzentrisch dazu angeordnete, ebenfalls stark reflektierende Winkelmarken 74. Der Bereich 68, der den Zentralbereich 72 sowie die Winkelmarken 74 umgibt, ist schwach reflektierend. Die Bogenlänge der Winkelmarken 74 stellt einen Code dar, mit dem die Markierung 16 in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber anderen, ähnlichen Markierungen 16 unterscheidbar ist. Im übrigen ist mit Hilfe der Markierung 16 gemäß Fig. 7 die Erzeugung einer virtuellen Barriere möglich, deren Form in etwa derjenigen einer Lichtschranke entspricht. Alternativ hierzu können jedoch eine Vielzahl von punktförmigen Markierungen 16 entsprechend Fig. 7 zu einer linienförmigen Markierung aneinander gereiht werden.A circular or point-shaped marking 16 is shown in FIG. 7 as a further exemplary embodiment. It has a highly reflective central area 72 and also concentrically arranged, also highly reflective angular marks 74. The area 68 which surrounds the central area 72 and the angular marks 74 is weakly reflective. The arc length of the angle marks 74 represents a code with which the marking 16 in this exemplary embodiment can be distinguished from other, similar markings 16. Moreover, with the aid of the marking 16 according to FIG. 7 it is possible to create a virtual barrier, the shape of which roughly corresponds to that of a light barrier. As an alternative to this, however, a multiplicity of punctiform markings 16 according to FIG. 7 can be lined up to form a linear marking.
In Fig. 8 ist ein Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer linienförmigen, länglich ausgedehnten Markierung 16 dargestellt. Zusätzlich zu dem bereits erläuterten, stark reflektierenden Bereich 66 sowie dem schwach reflektierenden Bereich 68 besitzt diese Markierung 16 einen Barcode 76, der durch eine definierte Abfolge von stark und schwach reflektie- renden Bereichen gebildet ist. Mit Hilfe des Barcodes 76 ist die Markierung 16 dieses Ausführungsbeispiels eindeutig von anderen Markierungen im Sichtfeld der Kamera 12 unterscheidbar.FIG. 8 shows a section of a further exemplary embodiment of a linear, elongated marking 16. In addition to the already strongly reflecting area 66 and the weakly reflecting area 68, this marking 16 has a bar code 76 which is defined by a defined sequence of strongly and weakly reflecting areas. areas is formed. With the aid of the barcode 76, the marking 16 of this exemplary embodiment can be clearly distinguished from other markings in the field of view of the camera 12.
Sämtlichen gezeigten Markierungen 16 ist gemeinsam, daß aufgrund der Kombination eines stark und eines schwach reflektierenden Bereichs das Durchbrechen der virtuellen Barriere 30 mit unterschiedlich stark reflektierenden Objekten detektierbar ist. Handelt es sich bspw. um ein Objekt, das selbst eine stark reflektierende Oberfläche aufweist, besteht die Möglichkeit, daß dieses Objekt von der Kamera 12 vor dem Hintergrund der stark reflektierenden Bereiche 66 nicht detektiert wird. In diesem Fall erkennt die Kamera 12 dieses Objekt jedoch vor dem Hintergrund der schwach reflektierenden Bereiche 68. Umgekehrt wird ein eher dunkles Objekt leicht vor dem Hintergrund der stark reflektierenden und daher hellen Bereiche 66 erkannt.All of the markings 16 shown have in common that, due to the combination of a strongly and a weakly reflecting area, the breaking through of the virtual barrier 30 with objects of different intensities can be detected. If, for example, it is an object that itself has a highly reflective surface, there is the possibility that this object will not be detected by the camera 12 against the background of the highly reflective areas 66. In this case, however, the camera 12 recognizes this object against the background of the weakly reflecting areas 68. Conversely, a rather dark object is easily recognized against the background of the highly reflecting and therefore bright areas 66.
In einem weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Markierung 16 zumindest zwei parallel zueinander verlaufende, stark reflektierende Bereiche 66 auf, die durch zumindest einen schwach reflektierenden Bereich 68 voneinander getrennt sind. Mit einer solchen Anordnung kann die Bewegungsrichtung eines Objektes, das die virtuelle Barriere 30 durchbricht, festgestellt werden.In a further exemplary embodiment, which is not shown here, the marking 16 has at least two mutually parallel, highly reflective regions 66, which are separated from one another by at least one weakly reflective region 68. With such an arrangement, the direction of movement of an object that breaks through the virtual barrier 30 can be determined.
In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die stark reflektierenden Bereiche 66 der Markierungen 16 mit Hilfe von reflektierenden Lacken oder mit Hilfe von aktiv leuchtenden Elementen, bspw. Leuchtfolien oder LED-Bändern realisiert. Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 80, in dem die Kamera 12 senkrecht oberhalb eines Bodens 82 angeordnet ist. An einer Seite befindet sich eine Wand 84, die einen Zugang zu einem Gefahrenbereich unterhalb der Kamera 12 verhindert. Die übrigen drei Seiten, von denen aus ein Zugang in den Gefahrenbereich möglich ist, sind durch eine virtuelle Barriere 30 abgesichert. Hierzu befindet sich am Boden 82 eine U-förmige Markierung 16, deren offene Seite an der Wand 84 liegt. Insgesamt wird so eine pyramidenförmige, virtuelle Barriere 30 erzeugt, die den Zugang zu dem Gefahrenbereich von drei Seiten her absichert. Die vierte Seite wird durch die Wand 84 abgesichert.In further exemplary embodiments of the invention, the highly reflective regions 66 of the markings 16 are realized with the aid of reflective lacquers or with the aid of actively illuminating elements, for example luminescent foils or LED strips. 9 shows an exemplary embodiment of a device 80 according to the invention, in which the camera 12 is arranged vertically above a floor 82. There is a wall 84 on one side which prevents access to a danger zone below the camera 12. The remaining three sides, from which access to the danger zone is possible, are secured by a virtual barrier 30. For this purpose, there is a U-shaped marking 16 on the bottom 82, the open side of which lies on the wall 84. Overall, a pyramid-shaped, virtual barrier 30 is thus created, which secures access to the danger area from three sides. The fourth side is secured by wall 84.
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Vorrichtung 86. In diesem Fall verläuft die virtuelle Barriere 30 in etwa waagerecht und parallel zum Boden 82. Zur Realisierung ist eine Markierung 16 L-förmig an zwei senkrecht zusammenlaufenden Wänden 84 angeordnet. Die Kamera 12 befindet sich in Höhe der Markierung 16 diagonal gegenüber von der Ecke 87 der beiden Wände 84.10 shows a further exemplary embodiment of the invention with the aid of a device 86. In this case, the virtual barrier 30 runs approximately horizontally and parallel to the floor 82. The camera 12 is located diagonally opposite the corner 87 of the two walls 84 at the level of the marking 16.
Eine Besonderheit bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, daß hier die beiden Schenkel 88, 90 der L-förmigen Markierung gegenseitig als Referenzbild verwendet werden können. Bevorzugt wird jedoch auch in diesem Fall eine für das Referenzbild charakteristische Größe im Speicher 52 der Kamera 12 verwendet .A special feature of this exemplary embodiment of the invention is that here the two legs 88, 90 of the L-shaped marking can be used mutually as a reference image. However, in this case too, a variable characteristic of the reference image is preferably used in the memory 52 of the camera 12.
In Fig. 11 ist zur Erläuterung der nachfolgenden Figuren nochmals die virtuelle Barriere 30 des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 dargestellt. Wie zu erkennen ist, besitzt die virtuelle Barriere 30 in dieser Anordnung eine dreieckige Form.In FIG. 11, the virtual barrier 30 of the exemplary embodiment is again shown in order to explain the following figures Fig. 1 shown. As can be seen, the virtual barrier 30 in this arrangement has a triangular shape.
Häufig wird zur Absicherung eines Gefahrenbereichs jedoch nicht ein dreieckiger Schutz, sondern eher ein rechteckiger Schutz benötigt. Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele zeigen daher Möglichkeiten, wie auf der Basis der vorliegenden Erfindung auch rechteckige virtuelle Barrieren 30 erzeugt werden können.Often, however, a triangular protection rather than a triangular protection is required to secure a danger zone. The following exemplary embodiments therefore show possibilities of how rectangular virtual barriers 30 can also be generated on the basis of the present invention.
In Fig. 12 ist die Kamera 12 oberhalb einer U-förmig verlaufenden Markierung 16 angeordnet. Der Öffnungswinkel der Kamera 12 beträgt dabei 180°, d.h. das Sichtfeld der Kamera 12 erfaßt die gesamte U-förmige Markierung 16. Wie zu erkennen ist, wird hierdurch eine rechteckige virtuelle Barriere 30 erzeugt.12, the camera 12 is arranged above a U-shaped marking 16. The opening angle of the camera 12 is 180 °, i.e. the field of view of the camera 12 covers the entire U-shaped marking 16. As can be seen, a rectangular virtual barrier 30 is hereby generated.
In Fig. 13 ist eine Anordnung gezeigt, die in etwa dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 entspricht. Es versteht sich, daß diese Anordnung nicht nur zur Erzeugung einer waagerecht verlaufenden Barriere 30 verwendet werden kann. Die Markierung 16 ist im vorliegenden Fall L-förmig und die Kamera 12 ist diagonal gegenüber von dem Eckpunkt der L-förmigen Markierung 16 angeordnet. Auch mit dieser Ausführung wird eine rechteckige virtuelle Barriere 30 erzeugt.FIG. 13 shows an arrangement which corresponds approximately to the exemplary embodiment according to FIG. 10. It is understood that this arrangement can not only be used to create a horizontal barrier 30. In the present case, the marking 16 is L-shaped and the camera 12 is arranged diagonally opposite the corner point of the L-shaped marking 16. A rectangular virtual barrier 30 is also produced with this embodiment.
Eine Schwierigkeit bei dieser Anordnung wie auch bei der Anordnung gemäß Fig. 12 ist, daß hier ein sehr großer Längenbereich der Markierung 16 überwacht werden muß. In Fig. 14 ist dieser Längenbereich "abgewickelt" dargestellt, wie er von der Kamera 12 aufgenommen wird. Wenn die beiden Schenkel der L-förmigen Markierung 16 die Abmessungen H und B aufweisen, ist der insgesamt wirksame, von der Kamera 12 aufgenommene Längenbereich 1,41 (B + H). Nimmt man beispielsweise H mit 2 m und B mit 4 m an, beträgt die aufzunehmende Gesamtlänge ca. 8,5 m. Zum Aufbau einer virtuellen Barriere in Form eines dünnen Vorhangs beträgt die Breite der linien- bzw. streifenförmigen Markierung 16 demgegenüber nur wenige Zentimeter, beispielsweise 5 cm. In diesem Fall muß der Bildsensor 48 also in der einen Richtung 8,5 m erfassen und gleichzeitig in der Lage sein, in der anderen Richtung 0,5 cm aufzulösen. Um diese Maßstabsunterschiede auszugleichen, besitzt die Kamera 12 in diesem Ausführungsbeispiel eine anamorphotische Optik, die in den beiden genannten Richtungen unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe aufweist. Eine anamorphotische Optik wird insbesondere mit Hilfe von Zylinderlinsen erreicht.A difficulty with this arrangement as well as with the arrangement according to FIG. 12 is that a very large length range of the marking 16 has to be monitored here. In FIG. 14, this length range is shown “developed” as it is recorded by the camera 12. If the two legs of the L-shaped marking 16 have the dimensions H and B, the overall effective length range recorded by the camera 12 is 1.41 (B + H). Assuming H with 2 m and B with 4 m, for example, the total length to be recorded is approx. 8.5 m. In contrast, to build up a virtual barrier in the form of a thin curtain, the width of the line or strip-shaped marking 16 is only a few centimeters, for example 5 cm. In this case, the image sensor 48 must therefore detect 8.5 m in one direction and at the same time be able to resolve 0.5 cm in the other direction. In order to compensate for these differences in scale, the camera 12 in this exemplary embodiment has an anamorphic optics which has different imaging scales in the two directions mentioned. An anamorphic appearance is achieved in particular with the help of cylindrical lenses.
Alternative Ausführungsbeispiele zur Realisierung einer im wesentlichen rechteckigen virtuellen Barriere 30 sind in den Fig. 15 bis 18 dargestellt.Alternative exemplary embodiments for realizing a substantially rectangular virtual barrier 30 are shown in FIGS. 15 to 18.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 betrachtet die Kamera 12 die Markierung 16 über einen Hohlspiegel 94, d.h. der Strahlengang der reflektierten Lichtstrahlen 20 wird auf dem Weg von der Markierung 16 zur Kamera 12 über den Hohlspiegel 94 umgelenkt und gebündelt. Die Lichtstrahlen 20 verlaufen daher von der Markierung 16 zum Hohlspiegel 94 zunächst entlang eines parallelen ersten Strahlengangs 96 und anschließend auf ihrem Weg vom Hohlspiegel 94 zur Kamera 12 entlang eines fokussierten zweiten Strahlengangs 98. Der Hohlspiegel 94 ist dabei symmetrisch zur optischen Achse 100 der Kamera 12 angeordnet. Bei dieser Ausführung der Erfindung kann die virtuelle Barriere 30 eine sehr große Ausdehnung L bis hin zu 12 m und mehr besitzen. Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels ist, daß die Markierung 16 hier neben oder zumindest im Bereich der Kamera 12 angeordnet ist, was eine besonders effiziente Beleuchtung der Markierung 16 ermöglicht.In the exemplary embodiment according to FIG. 15, the camera 12 views the marking 16 via a concave mirror 94, ie the beam path of the reflected light rays 20 is deflected and bundled on the way from the marking 16 to the camera 12 via the concave mirror 94. The light beams 20 therefore run from the marking 16 to the concave mirror 94 first along a parallel first beam path 96 and then on their way from the concave mirror 94 to the camera 12 along a focused second beam path 98. The concave mirror 94 is symmetrical to the optical axis 100 of the camera 12 arranged. In this embodiment of the invention, the virtual barrier 30 can have a very large extension L up to 12 m and more. A special feature of this exemplary embodiment is that the marking 16 is arranged here next to or at least in the region of the camera 12, which enables the marking 16 to be illuminated particularly efficiently.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 ist der Hohlspiegel 94 mit der Kamera 12 in einem gemeinsamen Gehäuse 102 angeordnet. Dementsprechend ist der Strahlengang 98 gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 verkürzt. Diese Ausführung der Erfindung besitzt gegenüber dem Beispiel gemäß Fig. 15 den Vorteil, daß die Justierung der Anordnung bei der Installation unkritisch ist. Des weiteren muß das aufgenommene Bild die Strek- ke L hier nur einmal durchlaufen.In the exemplary embodiment according to FIG. 16, the concave mirror 94 with the camera 12 is arranged in a common housing 102. Accordingly, the beam path 98 is shortened compared to the exemplary embodiment according to FIG. 15. This embodiment of the invention has the advantage over the example according to FIG. 15 that the adjustment of the arrangement during installation is not critical. Furthermore, the recorded image only has to pass through the distance L here once.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 17 wird eine rechteckige virtuelle Barriere 30 durch eine Kombination von zwei dreieckigen Überwachungsbereichen 104, 106 erzeugt. Jeder der dreieckigen Überwachungsbereiche 104, 106 wird entsprechend der vorliegenden Erfindung mit Hilfe einer Kamera 12, 12' sowie einer damit zusammenwirkenden Markierung 16, 16' gebildet. Die beiden Überwachungsbereiche 104, 106, die im vorliegenden Fall durch unterschiedliche Schraffuren gekennzeichnet sind, überlagern sich entlang der Diagonalen des Rechtecks, um eine Lücke innerhalb der virtuellen Barriere 30 auszuschließen. Diese Ausführung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kameras 12, 12' sehr einfach aufgebaut sein können, da keine zusätzliche Optik erforderlich ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 17, a rectangular virtual barrier 30 is generated by a combination of two triangular monitoring areas 104, 106. According to the present invention, each of the triangular monitoring areas 104, 106 is formed with the aid of a camera 12, 12 'and a marking 16, 16' which cooperates with it. The two monitoring areas 104, 106, which in the present case are characterized by different hatching, overlap along the diagonal of the rectangle in order to exclude a gap within the virtual barrier 30. This embodiment of the invention is characterized in that the cameras 12, 12 'can be constructed very simply, since no additional optics are required.
In Fig. 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine rechteckige virtuelle Barriere 30 durch eine Kombination von zwei Überwachungsbereichen 104, 106 gebildet wird. Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die beiden Überwachungsbereiche 104, 106 auf jeweils eine Hälfte des Bildsensors 48 abgebildet werden. Dies wird mit Hilfe zweier Prismen 108, 110 erreicht, über die das Abbild jeweils eines Schenkels der wiederum L-förmigen Markierung 16 gelenkt wird. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß der Bildsensor 48 über seine Breite hinweg jeweils nur die Hälfte der gesamten Längsausdehnung der Markierung 16 aufnehmen muß, wodurch ein Auflösungsgewinn erreicht wird.A further exemplary embodiment is shown in FIG. 18, in which a rectangular virtual barrier 30 is formed by a combination of two monitoring areas 104, 106. The special feature of this exemplary embodiment is that the two monitoring areas 104, 106 are each imaged on one half of the image sensor 48. This is achieved with the aid of two prisms 108, 110, via which the image of one leg of the again L-shaped marking 16 is directed. This exemplary embodiment is characterized in that the image sensor 48 only has to record half of the entire longitudinal extent of the marking 16 across its width, as a result of which a gain in resolution is achieved.
Anhand der Darstellung in Fig. 19 wird der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Vorrichtung erkennbar. Nach dem Einschalten der Vorrichtung erfolgt im Schritt 120 zunächst ein Selbsttest, um vorhandene Fehler im Hinblick auf den Sicherheitsaspekt der Vorrichtung frühzeitig zu erkennen. Anschließend wird im Schritt 122 das Schaltsignal 58 in den Zustand "rot" versetzt, d.h. die virtuelle Barriere 30 ist noch nicht betriebsbereit. Im Schritt 124 erfolgt eine erste Aufnahme eines Abbildes 34. Im Schritt 126 werden anschließend Markierungen 16 an den im nicht-flüchtigen Speicher 54 abgelegten Positionen gesucht. Wird keine Markierung an den erwarteten Positionen gefunden, verbleibt die Vorrichtung gemäß Schritt 128 im Zustand "rot". Werden hingegen die erwarteten Markierungen gefunden, wird deren Lage, Orientierung und innere Geometrie gemäß Schritt 130 anhand des bekannten Referenzbildes überprüft. Haben sich diese Werte soweit verändert, daß sie außerhalb einer festgelegten Toleranz liegen, verbleibt die Vorrichtung gemäß Schritt 132 weiter im Zustand "rot". Werden demgegenüber die festgelegten Toleranzen eingehalten, erfolgt gemäß Schritt 134 die Überprüfung der virtuellen Barriere 30, indem die aufgenommenen Abbilder 34 der Markierungen 16 mit den Referenzbildern verglichen werden. Im einzelnen werden die Abbilder 34 der Markierungen 16 dabei auf Abschattungen von einem eindringenden Objekt geprüft. Solange keine Unterbrechungen vorliegen, verbleibt die Vorrichtung gemäß den Schritten 136, 138 im Zustand "grün", d.h. der Gefahrenbereich 26 der Maschine 28 ist zuverlässig abgesichert.The functional sequence of the device according to the invention can be seen from the illustration in FIG. 19. After the device has been switched on, a self-test is first carried out in step 120 in order to detect existing errors with regard to the safety aspect of the device at an early stage. Then, in step 122, the switching signal 58 is switched to the "red" state, ie the virtual barrier 30 is not yet ready for operation. In step 124, an image 34 is first recorded. In step 126, markings 16 are then searched for at the positions stored in the non-volatile memory 54. If no marking is found at the expected positions, the device remains in the "red" state according to step 128. If, on the other hand, the expected markings are found, their position, orientation and internal geometry are checked in accordance with step 130 using the known reference image. If these values have changed to such an extent that they lie outside a defined tolerance, the device remains in the "red" state according to step 132. If, on the other hand, the defined tolerances are observed, the virtual barrier 30 is checked in accordance with step 134 by comparing the recorded images 34 of the markings 16 with the reference images become. In particular, the images 34 of the markings 16 are checked for shadowing from an intruding object. As long as there are no interruptions, the device remains in the "green" state according to steps 136, 138, ie the danger area 26 of the machine 28 is reliably secured.
Die Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit Hilfe des in Fig. 19 dargestellten Verfahrens ebenfalls einfach durchgeführt werden, da die Vorrichtung gemäß Schritt 126 automatisch nach Markierungen 16 im Sichtfeld der Kamera 12 sucht. Gefundene Markierungen 16 können anschließend im Rahmen eines Konfigurationsmodus in dem nicht-flüchtigen Speicher 54 abgelegt werden. Darüber hinaus ist jedoch auch ein manuelles Einlernen der Vorrichtung möglich.The installation of the device according to the invention can also be carried out simply using the method shown in FIG. 19, since the device automatically searches for markings 16 in the field of view of the camera 12 in accordance with step 126. Found markings 16 can then be stored in the non-volatile memory 54 in the context of a configuration mode. However, manual teaching of the device is also possible.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, das hier nicht dargestellt ist, werden die Lichtstrahlen 20 mit Hilfe eines kugelförmigen Spiegels zur Kamera 12 umgelenkt. Eine derartige Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß mit einer Kamera ein kompletter Raumbereich überwacht werden kann.In a further exemplary embodiment of the invention, which is not shown here, the light beams 20 are deflected to the camera 12 with the aid of a spherical mirror. Such an arrangement is characterized in that a complete area of the room can be monitored with a camera.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung, die ebenfalls nicht dargestellt ist, werden mit Hilfe von zwei Kameras 12 zwei virtuelle Barrieren 30 gebildet, die im wesentlichen parallel zueinander, d.h. räumlich hintereinander gestaffelt, verlaufen. Die beiden Kameras können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Alternativ kann hier auch eine Kamera mit einer Stereooptik verwendet werden.In a further embodiment of the invention, which is also not shown, two virtual barriers 30 are formed with the aid of two cameras 12, which are essentially parallel to one another, i.e. spatially staggered, run. The two cameras can be housed in a common housing. Alternatively, a camera with stereo optics can also be used here.
Eine solche Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß auch hinsichtlich der Bildaufnahmeeinheit eine Redundanz vorhanden ist. Hierdurch ist es bspw. möglich, eine Abschattung des Objektivs 14 nur einer der beiden Kameras 12, bspw. durch ein Insekt, zu erkennen, ohne daß ein Fehlalarm ausgelöst wird. Außerdem können so gestaffelte virtuelle Barrieren 30 mit zunehmender Sicherheitsstufe realisiert werden. Für eine vollständige Redundanz werden dabei bevorzugt auch zwei definierte Ziele 16 verwendet . Such an arrangement is characterized in that there is also redundancy with regard to the image recording unit. This makes it possible, for example, to detect shading of the lens 14 of only one of the two cameras 12, for example by an insect, without triggering a false alarm. In addition, staggered virtual barriers 30 can be realized with increasing security level. For a complete redundancy, two defined targets 16 are preferably also used.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Absicherung eines Gefahrenbereichs (26), insbesondere des Gefahrenbereichs (26) einer automatisiert arbeitenden Maschine (28), mit ersten Mitteln (12, 16, 18) zum Erzeugen einer optisch überwachten, virtuellen Barriere (30) und mit zweiten Mitteln (44a, 44b) zum Erzeugen eines Schaltsignals (56; 58) zum Anhalten der Maschine (28) bei einem Durchbrechen der Barriere (30), wobei die ersten Mittel (12, 16, 18) eine Bildaufnahmeeinheit (12) sowie ein definiertes Ziel (16) aufweisen, dessen Abbild (34a - 34d) die Bildaufnahmeeinheit (12) aufnimmt, und wobei die zweiten Mittel eine Vergleichseinheit (44a, 44b) aufweisen, die das aufgenommene Abbild (34a - 34d) mit einer für ein Referenzbild charakteristischen Größe vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Ziel (16) Positionsmarken (70) zum Bestimmen seiner aktuellen Position beinhaltet.1. Device for securing a danger zone (26), in particular the danger zone (26) of an automated machine (28), with first means (12, 16, 18) for generating an optically monitored, virtual barrier (30) and with second means (44a, 44b) for generating a switching signal (56; 58) for stopping the machine (28) when the barrier (30) is broken, the first means (12, 16, 18) having an image recording unit (12) and a defined target (16), the image (34a - 34d) of which records the image recording unit (12), and wherein the second means have a comparison unit (44a, 44b) which compares the recorded image (34a - 34d) with a variable characteristic of a reference image , characterized in that the defined target (16) contains position marks (70) for determining its current position.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit (12) einen flächigen Bildsensor (48) mit einer Vielzahl von Bildpunkten aufweist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the image recording unit (12) has a flat image sensor (48) with a plurality of pixels.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Ziel (16) zumindest einen künstlichen Bereich (66; 72, 74) aufweist, der im Vergleich zu seiner Umgebung (68) für die Bildaufnahmeeinheit (12) erkennbar hervorgehoben ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the defined target (16) has at least one artificial area (66; 72, 74) which is visibly highlighted in comparison to its surroundings (68) for the image recording unit (12) ,
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Ziel (16) ein struktu- riertes, kontrastreiches Muster aus optisch stärker und weniger stark hervorgehobenen Bereichen (66, 68) aufweist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the defined target (16) is a struc- rated, high-contrast pattern from optically stronger and less strongly emphasized areas (66, 68).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das strukturierte Muster einen Code (74; 76) zum eindeutigen Identifizieren des definierten Ziels beinhaltet.5. The device according to claim 4, characterized in that the structured pattern includes a code (74; 76) for uniquely identifying the defined target.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorgehobene Bereich (66; 72, 74) stärker lichtreflektierend ist als seine Umgebung (68).6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the highlighted area (66; 72, 74) is more light reflecting than its surroundings (68).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der stärker reflektierende Bereich (66; 72, 74) retrore- flektierend ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the more reflective region (66; 72, 74) is retroreflective.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorgehobene Bereich (66; 72, 74) selbstleuchtend ist.8. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the highlighted area (66; 72, 74) is self-illuminating.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (12, 16, 18) ferner eine Lichtquelle (18) zur Beleuchtung des definierten Ziels (16) aufweisen.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first means (12, 16, 18) further comprise a light source (18) for illuminating the defined target (16).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (18) im Bereich der Bildaufnahmeeinheit (12) angeordnet ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the light source (18) is arranged in the region of the image recording unit (12).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (18) eine Richtcharakteri- stik besitzt, die dem Verlauf des definierten Ziels (16) angepaßt ist.11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the light source (18) has a directional character Stik has, which is adapted to the course of the defined target (16).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (18) lichtemittierende Halbleiter aufweist.12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the light source (18) has light-emitting semiconductors.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (46) der Lichtquelle (18) moduliert ist.13. Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the light (46) of the light source (18) is modulated.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinheit (12) eine bildbeeinflussende Optik (14; 94; 108, 110) aufweist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the image recording unit (12) has an image-influencing optics (14; 94; 108, 110).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik einen Spiegel (94) beinhaltet, über den das Abbild (34) des definierten Ziels (16) auf die Bildaufnahmeeinheit (12) umgelenkt ist.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the optics includes a mirror (94) via which the image (34) of the defined target (16) is deflected onto the image recording unit (12).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (94) ein Hohlspiegel ist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the mirror (94) is a concave mirror.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik ein Prisma (108, 110) beinhaltet, über das das Abbild (34) des definierten Ziels (16) auf die Bildaufnahmeeinheit (12) umgelenkt ist.17. Device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the optics includes a prism (108, 110) via which the image (34) of the defined target (16) is deflected onto the image recording unit (12).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (14) anamorphotisch ist. 18. Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the optics (14) is anamorphic.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das definierte Ziel (16) linienförmig ausgedehnt ist.19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the defined target (16) is linear.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (44a, 44b) ferner eine Einrichtung (54a, 54b) zum nicht-flüchtigen Abspeichern des aufgenommenen Abbildes (34) aufweisen.20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the second means (44a, 44b) further comprise a device (54a, 54b) for non-volatile storage of the recorded image (34).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit (44a, 44b) eine Einrichtung (54a, 54b) zum nicht-flüchtigen Abspeichern einer Anordnung von definierten Zielen (16) aufweist.21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that the comparison unit (44a, 44b) has a device (54a, 54b) for the non-volatile storage of an arrangement of defined targets (16).
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit (44a, 44b) Mittel (50a, 50b) zur Kompensation von Vibrationen des definierten Ziels (16) aufweist.22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that the comparison unit (44a, 44b) has means (50a, 50b) for compensating for vibrations of the defined target (16).
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit (44a, 44b) Mittel (50a, 50b) zur Kompensation von Verschmutzungen des definierten Ziels (16) aufweist.23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the comparison unit (44a, 44b) has means (50a, 50b) for compensating for contamination of the defined target (16).
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit (44a, 44b) ein Sperrfilter zur Unterdrückung von Fremdlicht aufweist.24. Device according to one of claims 1 to 23, characterized in that the comparison unit (44a, 44b) has a blocking filter for suppressing extraneous light.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinheit (44a, 44b) zweika- nalig-redundant aufgebaut ist. 25. Device according to one of claims 1 to 24, characterized in that the comparison unit (44a, 44b) is constructed in two-channel redundancy.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel (12, 16, 18) mehrere Bildaufnahmeeinheiten (12, 12') aufweisen, deren Sichtfelder aneinandergrenzen.26. Device according to one of claims 1 to 25, characterized in that the first means (12, 16, 18) have a plurality of image recording units (12, 12 ') whose fields of view adjoin one another.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mitteln (12, 16, 18) mehrere virtuelle Barrieren (30) erzeugen, die räumlich hintereinander gestaffelt sind. 27. The device according to one of claims 1 to 26, characterized in that the first means (12, 16, 18) generate a plurality of virtual barriers (30) which are spatially staggered one behind the other.
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