WO2023222868A1

WO2023222868A1 - Überwachungssystem

Info

Publication number: WO2023222868A1
Application number: PCT/EP2023/063463
Authority: WO
Inventors: Daniel Studer
Original assignee: Stumatec Ag
Priority date: 2022-05-19
Filing date: 2023-05-19
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Die Erfindung ist gerichtet auf Überwachungssystem (1) für bewegte Maschinenteile (2), insbesondere von Bohrgeräten (3), aufweisend eine Sensorvorrichtung (4), welche eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Sensoren (12) umfasst, die das zu überwachende Maschinenteil (2) jedenfalls teilweise umgeben; ein Referenzprofil (5), welches beabstandet von der Sensorvorrichtung (4) angeordnet ist, wobei die Sensoren (12) der Sensorvorrichtung (4) jeweils konfiguriert sind, Messstrahlen (M1, M2, M3, M4, M5, M6) an das Referenzprofil (5) auszusenden; und eine Steuerung (7) mit einer Auswerteeinheit (8) welche konfiguriert ist, die aus den Messstrahlen (M1, M2, M3, M4, M5, M6) resultierenden Messwerte (W1, W2, W3, W4, W5, W6) mit zugehörigen Referenzmesswerten (R1, R2, R3, R4, R5, R6) zu vergleichen und hieraus eine Messspanne (Δ) zu ermitteln.

Description

Titel

ÜBERWACHUNGSSYSTEM

Technisches Gebiet

[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für bewegte Maschinenteile, insbesondere von Bohrgeräten, gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1 .

[0002] Generell verfügen Maschinen funktionsbedingt über bewegliche Teile. Dies können beispielsweise Wellen, Spindeln, Pressstempel, Antriebselemente, Fördermittel und dergleichen sein. Diese Teile werden mit vergleichsweise hoher Kraft angetrieben. Personen und/oder Gegenstände können daher erheblichen Schaden nehmen, wenn sie sich im Bewegungsbereich von beweglichen Maschinenteilen befinden. Ferner besteht die Gefahr, dass sich bei einem Defekt der Maschine deren Teile lösen und sich in mitunter lebensgefährliche Geschosse verwandeln.

[0003] Um Personen und Gegenstände vor den vorgenannten Gefahren zu schützen, ist es bekannt und teilweise vorgeschrieben, Maschinen wenigstens bereichsweise mit sogenannten Maschinenschutzgittern zu umgeben. Zum einen können so unter Umständen umherfliegende Teile abgefangen werden, zum anderen ist ein unbefugter Zugriff auf die Maschine von außen nicht möglich. Die Maschinenschutzgitter sind je nach Hersteller des Schutzgitters unterschiedlich ausgebildet und haben unterschiedliche Maschenweiten und/oder Abkantungen.

[0004] Maschinenschutzgitter als mechanische Trennvorrichtungen sind einfach und schnell realisierbar und bieten auf den ersten Blick einen hohen Sicherheitsgewinn. Die Praxis zeigt aber, dass solche Trennvorrichtungen häufig die Arbeit mit dem Gerät derart erschweren, dass die Bedienmannschaft kreative Lösungen finden muss, um Ihren Auftrag zu erfüllen. Diese Lösung weist also wesentliche Nachteile auf, welche es nach Möglichkeit zu vermeiden gilt.

[0005] Die vorbeschriebenen Nachteile mechanischer Trennvorrichtungen werden teilweise durch Lichtschranken behoben, welche allerdings nur die Anwesenheit oder Nichtanwesenheit eines Objektes detektieren können.

[0006] Ähnliches gilt für Lichtgitter bzw. Sicherheitslichtgitter, welche verwendet werden, um eine ganze Fläche zu überwachen. Hierbei werden prinzipiell einfach mehrere Einweglichtschranken nebeneinandergesetzt. Sobald ein Strahl unterbrochen wird, wird dies vom Empfänger detektiert.

Stand der Technik

[0007] So ist etwa aus DE 20 2011 051 295 U1 ein Lichtgitter mit Lichtsendern und Lichtempfängern bekannt, die paarweise einzelne, parallel zueinander ausgerichtete Lichtschranken bilden, wobei die Lichtsender und Lichtempfänger in wenigstens einem länglichen Aluminiumgehäuse angeordnet und jeweils Optikmodulen zugeordnet sind. Das Gehäuse weist ein Frontfenster auf, durch das die Lichtstrahlen der Lichtschranken hindurchtreten und das Gehäuse ist über wenigstens eine Halterung an einer Befestigungsfläche festlegbar. Ein Optikmodul umfasst eine einstückige Mehrfachlinse mit mehreren in Längsrichtung des Gehäuses benachbart angeordneten Linsen, die miteinander verbunden sind, sowie einen einstückigen Tubuskörper mit mehreren in Längsrichtung des Gehäuses benachbart angeordneten Tuben, sowie einen einstückigen Blendenträger mit mehreren in Längsrichtung des Gehäuses benachbart angeordneten Blendenöffnungen. Dabei sind jeweils ein Tubus, eine Linse und eine Blendenöffnung zueinander ausgerichtet und definieren eine optische Achse eines Lichtstrahls wobei durch Zusammenstecken von Tubuskörper, Mehrfachlinse und Blendenträger zu dem Optikmodul die Ausrichtung erfolgt. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Tubuskörper, Blendenträger und Aluminiumgehäuse sind jeweils gleich.

[0008] Auch mit dieser Lösung kann allerdings nicht der Abstand eines Objektes detektiert werden.

[0009] 3D-Kameras andererseits liefern optische Bilder für Objekterkennung, welche zusätzlich noch mit Tiefeninformationen ausgestattet sind. Dies geschieht durch TOF- Messtechnik (die Abkürzung TOF steht hierbei für Time-of-Flight). Diese Tiefeninformationen lassen sich nutzen, um zu erkennen, wie weit Bildobjekte von der Kamera entfernt sind. Durch die Definition von verschiedenen Zonen, könnten erlaubte und nicht erlaubte Bereiche unterschieden werden.

[0010] Eine entsprechende 3D-Kamera wird etwa in DE 20 2014 101 550 U1 beschrieben, wobei die 3D-Kameraspeziell mit einem Bildsensor zur Erfassung von dreidimensionalen Bilddaten aus einem Sichtbereich und mit einer dem Bildsensor vorgeordneten Panoramaspiegeloptik ausgestattet ist. Dabei bildet die Geometrie der Panoramaspiegeloptik keinen Rotationskörper, um so die Panoramaspiegeloptik zu verbessern. Durch den Verzicht auf den Rotationskörper gelingt es, eine durchgehende Überwachung über einen großen Winkelbereich zu gewährleisten, jedoch durch die Formgebung eine Umverteilung der Messpunkte zu erreichen und damit besonders interessante Teilbereiche auf Kosten weniger interessanter Teilbereiche genauer zu erfassen.

[0011] Hierzu sei jedoch angemerkt, dass 3D-Kameras relativ hohe Anschaffungskosten aufweisen, welche sich insbesondere für die Überwachung von Bohrgeräten regelmässig nicht rentieren. Darüber hinaus sind die 3D-Kameras oftmals nicht genügend robust für den Einsatz etwa bei Bohrungen.

[0012] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung für ein nicht-mechanisches Schutzgitter für insbesondere bewegte Maschinenteile von Bohrgeräten bereitzustellen, welches eine zuverlässige und zugleich kostengünstige Abstandsmessung gewährleistet.

Darstellung der Erfindung

[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Überwachungssystem gelöst, wie es im unabhängigen Anspruch 1 definiert ist. Vorteilhafte Ausführungsvananten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0014] Das Wesen der Erfindung besteht im Folgenden: Ein Überwachungssystem für bewegte Maschinenteile und zwar insbesondere für bewegte Maschinenteile von Bohrgeräten. Das Überwachungssystem weist eine Sensorvorrichtung auf, welche eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Sensoren umfasst, die das zu überwachende Maschinenteil jedenfalls teilweise umgeben. Das Überwachungssystem umfasst weiterhin ein Referenzprofil, welches beabstandet von der Sensorvorrichtung angeordnet ist, wobei die Sensoren der Sensorvorrichtung jeweils konfiguriert sind, Messstrahlen an das Referenzprofil auszusenden. Schliesslich umfasst das Überwachungssystem eine Steuerung mit einer Auswerteeinheit welche konfiguriert ist, die aus den Messstrahlen resultierenden Messwerte mit zugehörigen Referenzmesswerten zu vergleichen und hieraus eine Messspanne zu ermitteln.

[0015] Durch diese Form der Differenzermittlung kann insbesondere eine Unabhängigkeit des Systems von der aktuellen Position des bewegten Maschinenteils (sowie der Sensorvorrichtung) erreicht werden. Einsatzgebiete umfassen Bohrgeräte aller Art. Auch Anwendungen in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Bautechnik oder der Lagertechnik sind denkbar (d.h. generell dort, wo bewegte Maschinenteile eine Gefährdung des Arbeitspersonals darstellen können).

[0016] Die Formulierung „Messstrahl aussenden“ umfasst vorliegend das Ausgeben eines in der Regel strahlenförmigen Sensorsignals und das Empfangen eines entsprechend von einem bekannten Körper oder von einem Fremdkörper reflektierten, in der Regel strahlenförmigen Rücksignals.

[0017] Der Begriff „Referenzprofil“ umfasst vorliegend etwa die von den Sensoren abgetastete Oberfläche eines bekannten Körpers sowie (wie beispielsweise von einem Brecher, welcher das Bohrloch und ggf. einen Teil der Bohrlafette umgibt und dergleichen) sowie ggf. eine weitere Oberfläche, welche nicht zum bekannten Körper gehört und sich ggf. auf einem anderen Höhenlevel befindet als die Oberfläche des bekannten Körpers (wie beispielsweise eine Bodenfläche, welche von dem Brecher umgeben wird und dergleichen). Grundsätzlich kann das Referenzprofil auch nur aus einer Bodenoberfläche und/oder einer sonstigen geräteunspezifischen Oberfläche bestehen.

[0018] Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit konfiguriert, die Messspanne aus der Differenz der maximalen Abweichung eines (Distanz-) Messwerts vom zugehörigen (Distanz-) Referenzwert und der minimalen Abweichung eines (Distanz-) Messwerts vom zugehörigen (Distanz-) Referenzwert zu ermitteln. Diese Form der Auswertung hat sich in der Praxis als besonders effizient und zuverlässig erwiesen.

[0019] Vorzugsweise ist die Steuerung zudem konfiguriert, ein Detektionssignal auszulösen, wenn die durch die Auswerteeinheit ermittelte Messspanne einen vordefinierten Grenzwert erreicht oder übersteigt. Auf diese Weise kann ein bewegtes Maschinenteil bzw. die zugehörige Maschine bei einer Detektion eines Fremdkörpers schnell gestoppt werden.

[0020] Vorzugsweise bewegt sich im Betrieb die Sensorvorrichtung mit dem zu überwachenden Maschinenteil. Die Sensorvorrichtung ist üblicher Weise an dem bewegten Maschinenteil, etwa einer Bohrlafette, befestigt, was ihren Einsatz besonders genau und effektiv macht.

[0021 ] Vorzugsweise umfassen die Sensoren der Sensorvorrichtung Laserdistanzsensoren, welche jeweils eine Laserdiode zum Ausgeben eines Laserstrahls an das Referenzprofil umfassen sowie einen (integrierten) Empfänger zum Empfangen des durch das Referenzobjekt oder durch ein Fremdobjekt reflektierten Laserstrahls. Der Laserstrahl ist hier somit der Messstrahl. Die Verwendung der Laserdistanzsensoren (Laufzeitmessung) hat sich als gleichermassen kostengünstig wie fehlerunanfällig erwiesen. Zur Durchführung der erfindungsgemässen Distanzmessung können aber auch andere Arten von Distanzmesssensoren, welche etwa das Triangulationsverfahren oder die Phasenmodulation verwenden, angewendet werden. Der Einsatz von Radarsensoren ist ebenfalls denkbar.

[0022] Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit die erfindungsgemässe Distanzmessung mittels von einer oder mehreren 3D-Kameras durchzuführen; dies ist allerdings aus Kostengründen in der Regel weniger effizient.

[0023] Vorzugsweise wird die Sensorvorrichtung aus einem oder mehreren die Sensoren umfassenden Messbalken gebildet, welche das zu überwachende Maschinenteil umgeben. Diese können auf einfache Weise etwa am oberen Ende einer Bohrlafette angeordnet bzw. montiert sein und haben sich als praktikable Baueinheiten für die Sensoren erwiesen.

[0024] Vorzugsweise bilden der eine oder die mehreren Messbalken im Betrieb ein Lasergitter um das zu überwachende Maschinenteil aus. Dieses sozusagen virtuelle Lasergitter bietet einen effektiveren Schutz als insbesondere die oftmals sperrigen mechanischen Trennvorrichtungen (d.h. wie beispielsweise die eingangs erwähnten Maschinenschutzgitter). [0025] Vorzugsweise sind der eine oder die mehreren Messbalken konfiguriert, ein mehreckiges, rechteckiges, quadratisches, dreieckiges rundes oder ovales Lasergitter um das zu überwachende Maschinenteil auszubilden. Die geometrische Ausgestaltung des Laserschutzgitters wird regelmässig auf das jeweilige Einsatzgebiet und den jeweiligen Einsatzort abgestimmt. Insbesondere werden die Messbalken mit den Sensoren linear geführt entlang bzw. parallel zur Bohr- bzw. Zentralachse, so dass die einzelnen Sensoren des Lasergitters immer auf derselben vertikalen Linie bewegt werden.

[0026] Vorzugsweise beträgt der Mindestabstand zwischen dem zu überwachenden Maschinenteil und dem Lasergitter etwa 5 cm, vorzugsweise etwa 10 cm und weiter vorzugsweise etwa 12 cm. In diesen Bereichen ergibt sich insbesondere für die Anwendung bei Bohrgeräten ein optimaler Schutz. Andere Abstände sind für anderweitige Anwendungen denkbar.

[0027] Vorzugsweise umfassen die Messbalken eine Länge von etwa 400 mm bis etwa 500 mm aufweisen und vorzugsweise eine Länge von etwa 450 mm. Diese Abmessungen haben sich wiederum insbesondere für die Anwendung bei Bohrgeräten als besonders praktikabel erwiesen. Andere Längen sind für anderweitige Anwendungen denkbar.

[0028] Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Sensoren pro Messbalken von etwa 10 Stück bis etwa 18 Stück und vorzugsweise von etwa 14 Stück bis etwa 16 Stück. Diese Stückzahlen haben sich wiederum insbesondere für die Anwendung bei Bohrgeräten als besonders effizient erwiesen. Entsprechend sind andere Stückzahlen für anderweitige Anwendungen denkbar.

[0029] Vorzugsweise beträgt der Achsabstand zwischen den einzelnen Sensoren von etwa 25 mm bis etwa 35 mm und vorzugsweise etwa 30 mm. Auf diese Weise kann ein möglichst engmaschiges Schutzgitter erreicht werden bei gleichzeitig geringstmöglicher wechselseitiger Beeinflussung der Sensoren.

[0030] Vorzugsweise beträgt eine Messdistanz der Sensorvorrichtung zwischen etwa 1 cm und etwa 10 m, vorzugsweise zwischen etwa 5 cm und etwa 5 m und weiter vorzugsweise zwischen 3 cm und 3 m. Innerhalb dieser Distanzen arbeitet das erfindungsgemässe Überwachungssystem besonders zuverlässig. [0031] Vorzugsweise beträgt eine Messfrequenz der Sensoren von etwa 10 Hz bis etwa 50 Hz beträgt und vorzugsweise etwa 30 Hz. Diese Frequenzbereiche liefern vorliegend eine besonders gute System reaktionszeit und somit eine hohe Messgenauigkeit.

[0032] Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung der Sensoren sequentiell. Auch diese Massnahme dient insbesondere der Gewährleistung einer besonders hohen Messgenauigkeit.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0033] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Hilfe der schematischen Zeichnung. Insbesondere wird im Folgenden das erfindungsgemässe System unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : einen beispielhaften Messbalken für eine Sensorvorrichtung in einem erfindungsgemässen Überwachungssystem;

Fig. 2: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemässen Überwachungssystems anhand eines beispielhaften Bohrgeräts;

Fig. 3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen

Überwachungssystems beim Aufnehmen der Referenzmesswerte;

Fig. 4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen

Überwachungssystems in einem beispielhaften Szenario A in welchem kein Fremdobjekt vorhanden ist;

Fig. 5: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Überwachungssystems in einem beispielhaften Szenario B in welchem ein Fremdobjekt vorhanden ist; und

Fig. 6: eine Tabelle mit beispielhaften Zahlenwerten für insbesondere die Referenzwerte, Messwerte und Messspannen der vorliegenden Beispielszenarien A und B. Weq(e) zur Ausführung der Erfindung

[0034] Bestimmte Ausdrücke werden in der folgenden Beschreibung ggf. aus praktischen Gründen verwendet und sind nicht einschränkend zu verstehen. Die Wörter „rechts“, „links“, „unten“ und „oben“ bezeichnen Richtungen in der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. Die Ausdrücke „nach innen“, „nach aussen“ „unterhalb“, „oberhalb“, „links“, „rechts“ oder ähnliche werden zur Beschreibung der Anordnung bezeichneter Teile zueinander, der Bewegung bezeichneter Teile zueinander und der Richtungen hin zum oder weg vom geometrischen Mittelpunkt der Erfindung sowie benannter Teile derselben wie in den Figuren dargestellt verwendet. Diese räumlichen Relativangaben umfassen auch andere Positionen und Ausrichtungen als die in den Figuren dargestellten. Zum Beispiel wenn ein in den Figuren dargestelltes Teil umgedreht wird, sind Elemente oder Merkmale, die als „unterhalb“ beschrieben sind, dann „oberhalb“. Die Terminologie umfasst die oben ausdrücklich erwähnten Wörter, Ableitungen von denselben und Wörter ähnlicher Bedeutung.

[0035] Um Wiederholungen in den Figuren und der zugehörigen Beschreibung der verschiedenen Aspekte und Ausführungsbeispiele zu vermeiden, sollen bestimmte Merkmale als gemeinsam für verschieden Aspekte und Ausführungsbeispiele verstanden werden. Das Weglassen eines Aspekts in der Beschreibung oder einer Figur lässt nicht darauf schliessen, dass dieser Aspekt in dem zugehörigen Ausführungsbeispiel fehlt. Vielmehr kann ein solches Weglassen der Klarheit und dem Verhindern von Wiederholungen dienen. In diesem Zusammenhang gilt für die gesamte weitere Beschreibung folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen. Sind ausserdem im unmittelbar zu einer Figur gehörigen Beschreibungstext Bezugszeichen erwähnt, die in der zugehörigen Figur nicht enthalten sind, so wird auf die vorangehenden und nachstehenden Figuren verwiesen. Ähnliche Bezugszeichen in zwei oder mehreren Figuren stehen für ähnliche oder gleiche Elemente.

[0036] In Fig. 1 wird ein beispielhafter Messbalken 10 für eine Sensorvorrichtung eines erfindungsgemässen Überwachungssystems veranschaulicht. Der Messbalken 10 umfasst ein Gehäuse 16 in welchem ein Sensorhalter 15 für die einzelnen Sensoren 12 angeordnet ist. Jeder der gezeigten Sensoren 12, welche hier beispielhaft als Lasersensoren ausgestaltet sind, umfasst eine Laserdiode 13 zum Aussenden eines Laserstrahls sowie einen Empfänger 14 zum Empfangen des entsprechend durch ein neutrales Objekt (z.B. ein Stein) oder ein Fremdobjekt reflektierten Laserstrahls. Seitlich an dem Gehäuse 16 des Messbalkens 10 ist ein Steckverbinder 11 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Messbalken 10 insgesamt vierzehn Lasersensoren 12, je nach Einsatzgebiet können es aber auch mehr oder weniger Sensoren sein. Der Abstand zwischen den einzelnen Sensoren 12 bzw. den von der Leuchtdiode ausgesendeten Laserstrahlen wird vorliegend als Achsabstand S angegeben. Der Achsabstand S zwischen den einzelnen Sensoren sollte im Hinblick auf allfällige gegenseitige Beeinflussungen etwa 25 mm bis etwa 35 mm und vorzugsweise etwa 30 mm betragen. Als mögliche Korrekturmassnahme ist die sequentielle Ansteuerung der Sensoren vorgesehen.

[0037] In Fig. 2 wird schematisch der Aufbau eines erfindungsgemässen Überwachungssystems 1 anhand eines beispielhaften Bohrgeräts 3 illustriert. Das Bohrgerät 3 mit der Zentral- bzw. Bohrerachse Z umfasst eine Bohrlafette 2 als bewegliches Maschinenteil. Am oberen Ende der Bohrlafette 2 ist hier ein Messbalken 10 einer Sensorvorrichtung 4 gezeigt, wobei die Sensorvorrichtung 4 an der Bohrlafette 2 bzw. am Bohrgerät 3 montiert ist. Die Sensorvorrichtung 4 wird im Betrieb mit der Bohrlafette 2 in Y-Richtung mitbewegt und umfasst die (Laser-) Sensoren, welche die einzelnen Messstrahlen M aussenden. Die Gesamtheit der Messstrahlen M bildet das Lasergitter 18 um die Bohrlafette 2 herum. Im Bereich des Bodens 9 ist die Bohrlafette 2 jedenfalls teilweise umgeben von einem Referenzobjekt bzw. einem Brecher 5, welcher zusammen mit dem Boden 9 ein Referenzprofil 5, 9 bildet, welches zur Bestimmung der Referenzmesswerte R dient. Die Sensorvorrichtung 4 ist verbunden mit einer Steuerung 7, welche eine Auswerteeinheit 8 aufweist. Die Verbindung zwischen der Sensorvorrichtung 4 und der Steuerung 7 kann mittels geeigneter Verbindungselemente (z.B. Kabel oder Leitungen etc.) oder aber kabellos erfolgen. Die Steuerung 7 ist des Weiteren mit einem Antrieb des Bohrgeräts 3 verbunden, welcher hier allerdings nicht extra gezeigt ist.

[0038] In Fig. 3 wird beispielhaft eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Überwachungssystems 1 beim Aufnehmen der Referenzmesswerte R1-6 wiedergegeben. Das Aufnehmen der Referenzmesswerte R1-6 kann in jeder beliebigen Stellung der Bohrlafette 2 mit der Sensorvorrichtung 4 erfolgen. Vorliegend beträgt rein beispielhaft der Abstand von der Unterkante der Sensorvorrichtung 4 und dem Boden 9 drei Meter. Der Brecher 5 weist eine Höhe von einem Meter auf. Die nunmehr zur besseren Veranschaulichung einzeln dargestellten Messstrahlen Mi, M2, M3, M4, M5 und Mß der entsprechenden Sensoren bilden das Lasergitter 18 aus, mit dem Referenzprofil 5, 9 welches durch die Oberseite des Brechers 5 sowie durch die Oberfläche des Bodens 9 gebildet wird. Für die Messstrahlen Mi und M2 ergeben sich, wie in der Tabelle gemäss Fig. 6 angegeben, die Referenzmesswerte Ri und R2 von jeweils 200 cm, für die Messstrahlen M3, M4 und M5 ergeben sich die Referenzmesswerte R3, R4 und R5 von jeweils 300 cm und für den Messstrahl Mß ergibt sich der Referenzmesswert Rß von 200 cm.

[0039] Wenn nun im Betrieb das Bohrgerät 3 bzw. die Bohrlafette 2 mit der Sensorvorrichtung 4 nach unten bewegt wird, ergeben sich die nachfolgend anhand der Fig. 4 und 5 dargestellten Beispielszenarien A und B für die Funktionsweise des erfindungsgemässen Überwachungssystems 1 bzw. für die Feststellung, ob sich ein Fremdobjekt in dem durch das Lasergitter 18 überwachten Bereich um das bewegte Maschinenteil bzw. die Bohrlafette 3 herum befindet oder nicht. Es sei noch angemerkt, dass die Sensorvorrichtung 4 linear geführt entlang bzw. parallel zur Bohr- bzw. Zentralachse Z, so dass die einzelnen Sensoren des Lasergitters 18 immer auf derselben vertikalen Linie bewegt werden, welche hier durch die Messstrahlen Mi, M2, M3, M4, M5 und Mß repräsentiert sind.

[0040] In Fig. 4 wird dabei eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Überwachungssystems 1 in dem beispielhaften Szenario A wiedergegeben in welchem sich kein Fremdobjekt in dem durch das Lasergitter 18 überwachten Bereich befindet. Nunmehr beträgt der Abstand zwischen der Unterkante der Sensorvorrichtung 4 und dem Boden 9 nur noch zweieinhalb Meter. Der Brecher 5 weist nach wie vor eine Höhe von einem Meter auf. Unterhalb der Bohrlafette 3 befinden sich am Boden 9 Steine bzw. Neutralkörper 6. Der Stein unter dem Messstrahl M3 weist eine Grösse bzw. Höhe von 5 cm auf, der Stein unter dem Messstrahl M4 weist eine Grösse bzw. Höhe von 10 cm auf und der Stein unter dem Messstrahl M5 weist eine Grösse bzw. Höhe von 7 cm auf.

[0041 ] Für die Messstrahlen Mi und M2 ergeben sich hier die Messwerte W1 = 151 cm und W2 = 152 cm. Für die Messstrahlen M3, M4 und M5 ergeben sich hier die Messwerte W3 = 243 cm, W4 = 239 cm und W5 = 244 cm und für den Messstrahl Mß ergibt sich der Messwert Wß von 150 cm. Diese Messwerte W1, W2, W3, W4, W5 und Wß sind wiederum in der Tabelle gemäss Fig. 6 für das Szenario A wiedergegeben. Aus der kleinsten Differenz zwischen Messwert W2 und Referenzwert R2 und der grössten Differenz zwischen Messwert M4 und Referenzwert R4 ermittelt die Auswerteeinheit 8 die Messspanne AA = 13 cm. Der Grenzwert für die Auslösung eines Detektionssignals durch die Steuerung 7 wurde für die beiden hier diskutierten Beispielszenarien A und B mit 15 cm festgelegt, so dass durch die ermittelte Messspanne A vorliegend kein Detektionssignal ausgelöst wird (d.h. weil nur Steine bzw. Neutralkörper 6 ermittelt wurden und kein Fremdkörper).

[0042] In Fig. 5 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Überwachungssystems 1 in dem beispielhaften Szenario B wiedergegeben, in welchem sich ein Fremdobjekt 17 (d.h. beispielsweise ein Arm bzw. eine Hand einer Arbeitsperson) mit einer Höhe bzw. Grösse von 10 cm in dem durch das Lasergitter 18 überwachten Bereich befindet (d.h. auf der rechten Seite des Brechers 5 unter den Messstrahlen M5 und MB; das Fremdobjekt muss sich dabei nicht zwingend auf dem Brecher 5 befinden, das erfindungsgemässe System erfasst ein Fremdobjekt in jeder beliebigen Stellung zwischen dem Brecher 5 und der Sensorvorrichtung 4 bzw. zwischen dem Boden 9 und der Sensorvorrichtung 4). Der Abstand zwischen der Unterkante der Sensorvorrichtung 4 und dem Boden 9 beträgt wiederum zweieinhalb Meter. Der Brecher 5 weist wiederum eine Höhe von einem Meter auf. Unterhalb der Bohrlafette 3 befinden sich auch in diesem Beispiel am Boden 9 Steine bzw. Neutralkörper 6. Der Stein unter dem Messstrahl M3 weist wiederum eine Grösse bzw. Höhe von 5 cm auf, der Stein unter dem Messstrahl M4 weist wiederum eine Grösse bzw. Höhe von 10 cm auf und der Stein unter dem Messstrahl M5 weist wiederum eine Grösse bzw. Höhe von 7 cm auf.

[0043] Für die Messstrahlen Mi und M2 ergeben sich hier die Messwerte W1 = 150 cm und W2 = 149 cm. Für die Messstrahlen M3, M4 und M5 ergeben sich hier die Messwerte W3 = 247 cm, W4 = 241 cm und W5 = 140 cm und für den Messstrahl Mß ergibt sich der Messwert Wß von 141 cm. Diese Messwerte W1, W2, W3, W4, W5 und Wß sind entsprechend in der Tabelle gemäss Fig. 6 für das Szenario B wiedergegeben. Aus der kleinsten Differenz zwischen Messwert W1 und Referenzwert Ri und der grössten Differenz zwischen Messwert M5 und Referenzwert R5 ermittelt die Auswerteeinheit 8 hier die Messspanne AB = 110 cm. Der Grenzwert für die Auslösung eines Detektionssignals durch die Steuerung 7 wurde für die beiden hier diskutierten Beispielszenarien A und B wie erwähnt mit 15 cm festgelegt, so dass durch die Messspanne AB vorliegend ein Detektionssignal DS ausgelöst wird (d.h. da ein Fremdkörper 17 ermittelt wurde). Das Detektionssignal DS kann beispielsweise bewirken, dass der Antrieb des Bohrgeräts 3 sofort abgestellt wird.

[0044] Die Fig. 6 umfasst, wie bereits zuvor erläutert, die Tabelle mit den Zahlenwerten für insbesondere die Referenzwerte Ri bis Re, die Messwerte Mi bis Me und die Messspannen AA und B der beiden zuvor diskutierten Beispielszenarien A und B für den Betrieb des erfindungsgemässen Überwachungssystems 1 .

[0045] Die vorliegende Offenbarung umfasst auch Ausführungsformen des erfindungsgemässen Systems mit jeglicher Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind. Sie umfasst ebenfalls einzelne Merkmale in den Figuren, auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind. Auch können die in den Figuren und der Beschreibung beschriebenen Alternativen von Ausführungsformen und einzelne Alternativen deren Merkmale vom Erfindungsgegenstand beziehungsweise von den offenbarten Gegenständen ausgeschlossen sein. Die Offenbarung umfasst Ausführungsformen, die ausschliesslich die in den Ansprüchen beziehungsweise in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale umfasst sowie auch solche, die zusätzliche andere Merkmale umfassen.

[0046] Im Weiteren schliesst der Ausdruck „umfassen“ und Ableitungen davon andere Elemente oder Schritte nicht aus. Ebenfalls schliesst der unbestimmte Artikel „ein“ bzw. „eine“ und Ableitungen davon eine Vielzahl nicht aus. Die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Merkmale können durch eine Einheit beziehungsweise einen Schritt erfüllt sein. Die Begriffe „im Wesentlichen“, „etwa“, „ungefähr“ und dergleichen in Verbindung mit einer Eigenschaft beziehungsweise einem Wert definieren insbesondere auch genau die Eigenschaft beziehungsweise genau den Wert. Die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ im Zusammenhang mit einem gegebenen Zahlenwert oder -bereich kann sich auf einen Wert beziehungsweise Bereich beziehen, der innerhalb 20%, innerhalb 10%, innerhalb 5% oder innerhalb 2% des gegebenen Werts beziehungsweise Bereichs liegt. Liste der Bezuqszeichen:

1 Überwachungssystem

2 Bohrlafette

3 Bohrgerät

4 Sensorvorrichtung

5 Referenzobjekt (Brecher)

6 Neutralkörper (Steine etc.)

7 Steuerung

8 Auswerteeinheit

9 Boden

10 Messbalken

11 Steckverbinder

12 Sensor

13 Laserdiode

14 Empfänger

15 Sensorhalter

16 Gehäuse

17 Fremdkörper

18 Lasergitter

DS Detektionssignal

L Länge Messbalken

MI-6 Messstrahlen

R-I-6 Referenzwerte

S Achsabstand

W1-6 Messwerte

Y Bewegungsrichtung

Z Zentral- bzw. Bohrerachse

AA,B Messspannen

Claims

AN SPRÜ CH E

Anspruch 1 : Überwachungssystem (1 ) für bewegte Maschinenteile (2), insbesondere von Bohrgeräten (3), aufweisend eine Sensorvorrichtung (4), welche eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Sensoren (12) umfasst, die das zu überwachende Maschinenteil (2) jedenfalls teilweise umgeben; ein Referenzprofil (5, 9), welches beabstandet von der Sensorvorrichtung (4) angeordnet ist, wobei die Sensoren (12) der Sensorvorrichtung (4) jeweils konfiguriert sind, Messstrahlen (Mi, M2, M3, M4, M5, Mß) an das Referenzprofil (5) auszusenden; und eine Steuerung (7) mit einer Auswerteeinheit (8) welche konfiguriert ist, die aus den Messstrahlen (Mi, M2, M3, M4, M5, Mß) resultierenden Messwerte (W1, W2, W3, W4, W5, Wß) mit zugehörigen Referenzmesswerten (Ri , R2, R3, R4, Rs, Rß) zu vergleichen und hieraus eine Messspanne (A) zu ermitteln.

Anspruch 2: Überwachungssystem (1 ) gemäss Anspruch 1 , wobei die Auswerteeinheit (8) konfiguriert ist, die Messspanne (A) aus der Differenz der maximalen Abweichung eines Messwerts (W1, W2, W3, W4, W5, Wß) vom zugehörigen Referenzwert (Ri, R2, R3, R4, Rs, Rß) und der minimalen Abweichung eines Messwerts (W1, W2, W3, W4, W5, Wß) vom zugehörigen Referenzwert (Ri, R2, R3, R4, Rs, Rß) zu ermitteln.

Anspruch 3: Überwachungssystem (1 ) gemäss Anspruch 2, wobei die Steuerung (7) konfiguriert ist, ein Detektionssignal auszulösen, wenn die durch die Auswerteeinheit (8) ermittelte Messspanne (A) einen vordefinierten Grenzwert erreicht oder übersteigt. Anspruch 4: Überwachungssystem (1 ) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich im Betrieb die Sensorvorrichtung (4) mit dem zu überwachenden Maschinenteil (2) bewegt.

Anspruch s: Überwachungssystem (1 ) gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoren (12) der Sensorvorrichtung (4) Laserdistanzsensoren umfassen, welche jeweils eine Laserdiode (13) zum Ausgeben eines Laserstrahls an das Referenzprofil (5, 9) umfassen sowie einen Empfänger (14) zum Aufnehmen des durch das Referenzobjekt (5) oder durch ein Fremdobjekt (17) reflektierten Laserstrahls.

Ansprüch e: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (4) aus einem oder mehreren die Sensoren (12) umfassenden Messbalken (10) gebildet wird, welche das zu überwachende Maschinenteil (2) umgeben.

Anspruch ?: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Messbalken (10) im Betrieb ein Lasergitter (18) um das zu überwachende Maschinenteil (2) ausbilden.

Anspruch s: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Messbalken (10) konfiguriert sind, ein mehreckiges, rechteckiges, quadratisches, dreieckiges rundes oder ovales Lasergitter (18) um das zu überwachende Maschinenteil (2) ausbilden.

Anspruch 9: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mindestabstand zwischen dem zu überwachenden Maschinenteil (2) und dem Lasergitter (18) etwa 5 cm, vorzugsweise etwa 10 cm und weiter vorzugsweise etwa 12 cm beträgt.

Anspruch 10: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messbalken (10) eine Länge (L) von etwa 400 mm bis etwa 500 mm aufweisen und vorzugsweise eine Länge (L) von etwa 450 mm. Anspruch 11 : Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Sensoren (12) pro Messbalken (10) von etwa 10 Stück bis etwa 18 Stück beträgt und vorzugsweise von etwa 14 Stück bis etwa 16 Stück beträgt.

Anspruch 12: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Achsabstand (S) zwischen den einzelnen Sensoren von etwa 25 mm bis etwa 35 mm beträgt und vorzugsweise etwa 30 mm beträgt.

Anspruch 13: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Messdistanz der Sensorvorrichtung (4) zwischen etwa 1 cm und etwa 10 m, vorzugsweise zwischen etwa 5 cm und etwa 5 m und weiter vorzugsweise zwischen 3 cm und 3 m beträgt.

Anspruch 14: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Messfrequenz der Sensoren (12) von etwa 10 Hz bis etwa 50 Hz beträgt und vorzugsweise etwa 30 Hz.

Anspruch 15: Überwachungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, wobei die Ansteuerung der Sensoren (12) sequentiell erfolgt.