DE202010005042U1 - Optoelectronic device - Google Patents
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Abstract
Optoelektronische Vorrichtung zur Überwachung eines Durchtritts (46), die mindestens einen entfernungsmessenden Sensor (10a–b) aufweist, mit dem Anwesenheits- und Konturinformationen von Objekten (48) in dem Durchtritt (46) erzeugbar sind, wobei eine Auswertungseinheit (30, 38) dafür ausgebildet ist, bei Anwesenheit eines Objekts (48) in dem Durchtritt (46) ein sicheres Abschaltsignal auszugeben und ausnahmsweise die Anwesenheit zulässiger Objekte (48) mit erwarteten Kontureigenschaften ohne Ausgabe des Abschaltsignals zu erlauben, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (30, 38) dafür ausgebildet ist, zulässige Objekte (48) anhand von deren Symmetrie zu einer Mittelachse (50) zu erkennen.Optoelectronic device for monitoring a passage (46), which has at least one distance-measuring sensor (10a-b) with which presence and contour information of objects (48) can be generated in the passage (46), wherein an evaluation unit (30, 38) designed for outputting a safe switch-off signal in the passage (46) when an object (48) is present and exceptionally permitting the presence of permissible objects (48) with expected contour properties without outputting the switch-off signal, characterized in that the evaluation unit (30, 38 ) is adapted to detect permissible objects (48) on the basis of their symmetry to a central axis (50).
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Überwachung eines Durchtritts nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to an optoelectronic device for monitoring a passage according to the preamble of claim 1.
In industriellen Produktionsprozessen ist es häufig nötig, die zu bearbeitenden Objekte, beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie, automatisch aus einem für Menschen ungefährlichen Bereich in einen gefährlichen Bereich zu fördern. Während der weiteren Bearbeitungsschritte in dem gefährlichen Bereich muss dann der Zutritt von Personen sicher verhindert werden. Dazu können optoelektronische Sensoren wie Sicherheitslichtschranken oder Sicherheitslichtgitter eingesetzt werden. Die weitere Verarbeitung wird zur Verhinderung von Unfällen sofort unterbrochen, wenn eine Person den Eingangs- beziehungsweise Ausgangsbereich betritt. Bekannt ist auch die Absicherung mit mechanischen Mitteln, etwa Schneillauftore oder PendelklappenIn industrial production processes, it is often necessary to automatically convey the objects to be processed, for example a vehicle body, from a danger-free area into a dangerous area. During the further processing steps in the dangerous area then the access of persons must be reliably prevented. For this purpose, optoelectronic sensors such as safety light barriers or safety light grids can be used. The further processing is interrupted immediately to prevent accidents when a person enters the entrance or exit area. Also known is the protection by mechanical means, such as Schneillauftore or pendulum flaps
Zur Absicherung eignen sich neben den genannten einfachen Sensoren auch Sicherheitslaserscanner, wie beispielsweise in der
In der Sicherheitstechnik eingesetzte Sensoren müssen besonders zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Norm
Bei der eingangs genannten Absicherung eines Durchtritts in einen gefährlichen Bereich mit optoelektronischen Sensoren muss gewährleistet sein, dass die zu bearbeitenden Objekte ohne Auslösen eines sicherheitsgerichteten Nothalts den Arbeitsbereich erreichen und verlassen können. Dazu ist bekannt, die Sensoren zeitweise zu deaktivieren (Muting). Das erfordert aber zusätzliche Sensoren, um zu erkennen, wann der Sicherheitssensor gemutet werden muss, oder ein Signal von dem Transportsystem. Dies zieht einen entsprechend hohen Aufwand für die Konfiguration, Verkabelung und Inbetriebnahme der Mutingstation nach sich. Außerdem ist es oft relativ einfach möglich, unerkannt mit dem Objekt in den gefährlichen Bereich einzudringen.In the case of the above-mentioned protection of a passage into a hazardous area with optoelectronic sensors, it must be ensured that the objects to be machined can reach and leave the working area without triggering a safety-related emergency stop. For this purpose, it is known to temporarily deactivate the sensors (muting). However, this requires additional sensors to detect when the safety sensor must be mute or a signal from the transport system. This entails a correspondingly high outlay for the configuration, wiring and commissioning of the muting station. In addition, it is often relatively easy to enter the dangerous area with the object undetected.
Aus der
Die
Nachteilig an den herkömmlichen Laserscannern ist, dass vorab Konturen zulässiger Objekte eingelernt werden müssen und somit ein Konfigurationsaufwand entsteht. Zudem ist auch während des Betriebs der Vergleich zwischen eingelernter und gemessener Objektkontur relativ aufwändig und erfordert entsprechende Rechenleistung. Außerdem ist es sehr schwierig, den Konturvergleich robust genug auszuführen, so dass unnötige Abschaltungen unterbleiben und dennoch die Sicherheit gewährleistet ist.A disadvantage of the conventional laser scanners is that in advance contours of permissible objects must be taught and thus creates a configuration effort. In addition, the comparison between taught-in and measured object contour is relatively complex even during operation and requires appropriate computing power. In addition, it is very difficult to perform the contour comparison robust enough so that unnecessary shutdowns are avoided and yet the safety is guaranteed.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Absicherung anzugeben, die eine einfache und robuste Unterscheidung zwischen einem zulässigen Objekt und einem gefährlichen Eingriff ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a hedge that allows a simple and robust distinction between an allowable object and a dangerous intervention.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor zur Überwachung eines Durchtritts gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, zulässige Objekte an vorab bekannten einfachen Eigenschaften zu erkennen, die sie von einer Person unterscheiden. Dazu wird die Symmetrie zu einer Mittelachse verwendet.This object is achieved by an optoelectronic sensor for monitoring a passage according to claim 1. The invention goes from the idea of recognizing allowable objects from previously known simple properties that distinguish them from a person. For this, the symmetry to a central axis is used.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Konfiguration, Montage und Verkabelung der Vorrichtung sehr einfach ist und deshalb nur minimalen Aufwand erfordert. Zusätzliche Sensoren, etwa Mutingsensoren, sind verzichtbar, und damit wird Industriefläche eingespart. Das Verfahren ist wesentlich sicherer als herkömmliche Lösungen und erkennt auf einfache, aber robuste Weise das Eindringen einer Person, wenn diese sich zusammen mit dem Objekt in dem Durchtritt befindet beziehungsweise sich in den hinter dem Durchtritt angeordneten abgesicherten Bereich bewegt.The invention has the advantage that the configuration, assembly and wiring of the device is very simple and therefore requires only minimal effort. Additional sensors, such as muting sensors, can be dispensed with, thus saving on industrial space. The method is much safer than conventional solutions and recognizes in a simple but robust way the intrusion of a person when it is together with the object in the passage or moves into the arranged behind the passage secured area.
Es müssen keinerlei besondere Anforderungen an das Objekt gestellt werden, beispielsweise an dessen Geometrie oder Oberflächenbeschaffenheit. Eine robuste Auswertung ist auch auf schlechter messbaren Oberflächen, beispielsweise schwarzen und/oder glänzenden Oberflächen möglich. Das Objekt darf jederzeit und für unbestimmte Verweildauer in dem Durchtritt verharren und sich mit beliebiger Geschwindigkeit bewegen. Die einzige Voraussetzung an das Objekt ist, dass in den noch zu erläuternden Toleranzgrenzen eine Symmetrie zu einer Mittelachse besteht.There are no special requirements to be placed on the object, for example, on its geometry or surface texture. A robust evaluation is also possible on less measurable surfaces, for example black and / or shiny surfaces. The object may at any time and indefinitely stay in the passage and move at any speed. The only requirement for the object is that in the tolerance limits to be explained, a symmetry to a central axis exists.
Die Vorrichtung weist bevorzugt zwei entfernungsmessende Sensoren auf, mit denen jeweils Konturinformationen eines bezüglich der Mittelachse rechten beziehungsweise linken Anteils eines Objekts in dem Durchtritt erzeugbar sind. So werden die beiden bezüglich ihrer Symmetrie zu vergleichenden Konturbereiche aus einem günstigen Sichtwinkel aufgenommen. Dadurch werden Abschattungen vermieden und Messdaten von teilspiegelnden oder schlechter messbaren Oberflächen besonders gut erfasst. Es ist alternativ auch denkbar, nur einen Sensor einzusetzen, vor allem wenn dieser ein entsprechendes Gesichtsfeld aufweist. Dafür ist beispielsweise ein tastendes Lichtgitter geeignet, also ein Lichtgitter, welches statt aus Lichtschranken aus Lichttastern und insbesondere aus entfernungsmessenden Lichttastern aufgebaut ist.The device preferably has two distance-measuring sensors with which contour information of a right or left portion of an object with respect to the central axis can be generated in the passage. Thus, the two contour areas to be compared with respect to their symmetry are recorded from a favorable viewing angle. As a result, shadowing is avoided and measured data from partially reflecting or poorly measurable surfaces are recorded particularly well. Alternatively, it is also conceivable to use only one sensor, especially if it has a corresponding field of view. For example, a momentary light grid is suitable for this purpose, that is to say a light grid which is constructed of light sensors instead of light barriers and in particular of distance-measuring light sensors.
Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Sicherheitssteuerung auf, die mit den Sensoren verbunden ist, wobei insbesondere die Sicherheitssteuerung die Auswertungseinheit umfasst. Es ist somit möglich, die Rechenkapazität für die Auswertung statt in den einzelnen Sensoren zentral in der Sicherheitssteuerung unterzubringen. Über die Sicherheitssteuerung werden die Sensoren nach erfolgter Registrierung, also Einigung auf ein gemeinsames Koordinatensystem, praktisch zu einem einzigen Sensor mit erweitertem Sichtbereich beziehungsweise verbessertem Sichtwinkel.The device preferably has a safety control, which is connected to the sensors, wherein in particular the safety control comprises the evaluation unit. It is thus possible to accommodate the computing capacity for the evaluation centrally in the safety control instead of in the individual sensors. After the registration, ie agreement on a common coordinate system, the sensors become practically a single sensor with an extended field of vision or improved viewing angle via the safety control.
Die Sensoren sind bevorzugt derart vertikal an dem Durchtritt montiert, dass eine Durchtrittsebene senkrecht zu einer Durchtrittsrichtung überwachbar ist und somit Konturinformationen eines durch den Durchtritt bewegten Objekts in vertikalen Schnitten erzeugbar sind. Bei einer derartigen Zugangsabsicherung mit zwei vertikal montierten Sensoren, speziell Laserscannern, ist eine gute Sicht gewährleistet, und zugleich stören die Sensoren den Ablauf in keiner Weise, da sie oberhalb montiert werden.The sensors are preferably mounted vertically on the passage in such a way that a passage plane perpendicular to a passage direction can be monitored and thus contour information of an object moved through the passage can be generated in vertical sections. In such a access protection with two vertically mounted sensors, especially laser scanners, a good view is ensured, and at the same time the sensors interfere with the flow in any way, as they are mounted above.
Die Konturinformationen sind bevorzugt ausgebbar, um eine dreidimensionale Visualisierung der Objekte in dem Durchtritt auf einer Anzeige zu ermöglichen. In dem Durchtritt wird mit fortschreitender Bewegung des Objekts stückweise die gesamte dreidimensionale Außenkontur ermittelt. Bei einem Sensor mit Ebenenüberwachung, etwa einem Laserscanner, entstehen nacheinander vertikale Schnitte des Objekts, die zu einem 3D-Bild aus den Sensordaten zusammengesetzt werden können. Damit kann beispielsweise im Falle einer sicherheitsgerichteten Abschaltung diagnostiziert werden, welcher Eingriff zu dem Nothalt geführt hat und ob beispielsweise eine Person oder eine Fehlschaltung die Ursache war.The contour information is preferably outputable to allow three-dimensional visualization of the objects in the passage on a display. In the passage, the entire three-dimensional outer contour is determined piecemeal with progressive movement of the object. In a sensor with level monitoring, such as a laser scanner, successive vertical sections of the object, which can be assembled to form a 3D image of the sensor data. This can be diagnosed, for example, in the case of a safety-related shutdown, which intervention has led to the emergency stop and whether, for example, a person or a faulty circuit was the cause.
Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die Symmetrie eines zulässigen Objekts anhand dessen maximaler Ausdehnung nach rechts und links bezüglich der Mittelachse zu erkennen. Damit muss nicht die gesamte rechte und linke Teilkontur verglichen werden und auch kein geeignetes Vergleichsmaß gefunden werden. Die maximale Ausdehnung ist ein sehr einfach auswertbares und zugleich robustes Symmetriemaß.The evaluation unit is preferably designed to detect the symmetry of a permissible object on the basis of its maximum extent to the right and left with respect to the central axis. This does not mean that the entire right and left partial contour has to be compared and that no suitable comparison measure can be found. The maximum extent is a very easy to evaluate and at the same time robust symmetry measure.
Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, ein Objekt nur dann als symmetrisch zu erkennen, wenn die Symmetrie aus der Kontur bis auf eine Toleranz in jedem Bewegungsstadium durch den Durchtritt erkannt wird. Es findet also während der gesamten Bewegung durch den Durchtritt eine Symmetrieüberwachung statt, um Personen oder sonstige unzulässige Eingriffe lückenlos zu erkennen.The evaluation unit is preferably designed to recognize an object as symmetrical only if the symmetry from the contour is recognized by the passage except for a tolerance in each movement stage. Thus, during the entire movement through the passage, a symmetry monitoring takes place in order to completely recognize persons or other impermissible interventions.
Dabei ist die Auswertungseinheit besonders bevorzugt dafür ausgebildet, als Toleranz ein vorübergehendes Abweichen von der Symmetrie zu akzeptieren, sofern die Abweichung in einem kurz darauf folgenden Bewegungsstadium auf der gegenüberliegenden Seite bezüglich der Mittelachse nachvollzogen und so die Symmetrie wiederhergestellt wird. Dies wäre beispielsweise bei einem leicht schräg stehenden Objekt der Fall. Wird aber die Abweichung von der Symmetrie nicht auf der gegenüberliegenden Seite nachvollzogen, so handelt es sich um einen echten Bruch der Symmetrie und damit einen unzulässigen Eingriff.In this case, the evaluation unit is particularly preferably designed to accept a tolerance as a temporary deviation from the symmetry, provided that the deviation in a shortly following movement stage on the opposite side with respect to the central axis retraced and so the symmetry is restored. This would be the case, for example, with a slightly inclined object. But if the deviation from the symmetry is not reconstructed on the opposite side, then it is a genuine break in symmetry and thus an impermissible intervention.
Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, ein Objekt auch bei geringfügigen Abweichungen von der Symmetrie als zulässig zu akzeptieren, wobei die geringfügigen Abweichungen insbesondere kleiner sind als ein menschlicher Körper oder ein Körperteil und ein Objekt insbesondere dann zuzulassen, wenn es eine geringe vertikale Ausdehnung aufweist. Die Symmetrieanforderung muss nicht strenger sein als der kleinste zu detektierende Eingriff. Dabei wird eine Abweichung natürlich aus der Perspektive der Sensoren gemessen, häufig also in der Projektion von oben. Beispielhafte Maße für eine noch zulässige Symmetrieabweichung sind 70 mm zur Erkennung eines Beins oder 150 mm zur Erkennung eines Körpers, wobei in diesen Maßen schon eine Sicherheitsreserve vorgehalten ist. Andererseits ist bei schräger Montage der Sensoren auch die vertikale Ausdehnung einer erkannten Asymmetrie messbar. Diese vertikale Ausdehnung ist ein gutes Unterscheidungskriterium zwischen unkritischen Objektbestandteilen und einem menschlichen Körper.The evaluation unit is preferably designed to accept an object as permissible even with slight deviations from the symmetry, wherein the minor deviations are in particular smaller than a human body or a body part and to allow an object in particular if it has a small vertical extent. The symmetry requirement need not be stricter than the smallest interference to be detected. Of course, a deviation is measured from the perspective of the sensors, often in the projection from above. Exemplary dimensions for a still admissible symmetry deviation are 70 mm for the detection of a leg or 150 mm for the detection of a body, whereby a safety reserve is already provided in these dimensions. On the other hand, if the sensors are mounted at an angle, the vertical extent of a detected asymmetry can also be measured. This vertical extent is a good distinguishing criterion between non-critical object components and a human body.
Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus den Kontureigenschaften eine Fläche eines in dem Durchtritt anwesenden Objekts zu berechnen, insbesondere durch Abschätzung mittels eines umgeschriebenen Rechtecks. Die Fläche ist ein einfaches zusätzliches geometrisches Maß zur Bewertung eines Objekts in dem Durchtritt. Anstelle eines umgeschriebenen Rechtecks (Bounding box) werden auch andere einfache geometrische Formen als gleichwertig angesehen, etwa ein Umkreis, ein Dreieck oder dergleichen.The evaluation unit is preferably designed to calculate from the contour properties an area of an object present in the passage, in particular by estimation by means of a circumscribed rectangle. The surface is a simple additional geometric measure for evaluating an object in the passage. Instead of a rewritten rectangle (Bounding box) other simple geometric shapes are considered equivalent, such as a perimeter, a triangle or the like.
Die Auswertungseinheit ist besonders bevorzugt dafür ausgebildet, ein Objekt nur dann als zulässig zu akzeptieren, wenn die Fläche des Objekts bei Eintritt in den Durchtritt monoton zunimmt und/oder bei Austritt aus dem Durchtritt monoton abnimmt. Damit wird unterschieden, ob eine Person vor oder hinter dem Objekt einzudringen versucht und dabei aus Sicht der Sensoren mit dem Objekt verschmolzen ist.The evaluation unit is particularly preferably configured to accept an object as permissible only if the area of the object monotonously increases on entry into the passage and / or monotonically decreases on exit from the passage. This distinguishes whether a person tries to penetrate in front of or behind the object and is fused to the object from the perspective of the sensors.
Der Durchtritt ist bevorzugt an einem spargeführten Transportsystem angeordnet, wobei insbesondere das Abschaltsignal an eine Halteeinrichtung des Transportsystems ausgebbar ist. Ein spargeführtes Transportsystem sorgt dafür, dass nicht Querbewegungen oder Drehungen die Symmetrie zu der Mittelachse stören. Außer dem Anhalten des Transportsystems können weitere Absicherungen erforderlich sein, beispielsweise das Anhalten einer Roboterbewegung in dem gefährlichen Bereich hinter dem Durchtritt.The passage is preferably arranged on a spar-guided transport system, wherein in particular the switch-off signal can be output to a holding device of the transport system. A spar-led transport system ensures that no transverse movements or rotations disturb the symmetry to the central axis. In addition to stopping the transport system, additional safeguards may be required, such as stopping a robot movement in the hazardous area behind the passageway.
Die Sensoren sind bevorzugt als Laserscanner ausgebildet und weisen jeweils einen Lichtsender zum Aussenden eines Lichtstrahls in den Durchtritt, einen Lichtempfänger zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem von Objekten in dem Durchtritt remittierten Lichtstrahl sowie eine bewegliche Ablenkeinheit zur periodischen Abtastung des Durchtritts. Laserscanner sind für die Absicherung einer Ebene, wie sie der Durchtritt bildet, besonders geeignet und liefern zugleich die erforderlichen Messpunkte zur Beurteilung der Symmetrie. Prinzipiell sind andere entfernungsmessende Sensoren denkbar, beispielsweise eine Lichtlaufzeitkamera oder eine Stereokamera, aber diese Sensoren sind meist deutlich aufwändiger und haben dann so viel Rechenleistung, dass sie auch wesentlich komplexere Konturerkennungen als eine Symmetrieerkennung ausführen könnten.The sensors are preferably designed as laser scanners and each have a light emitter for emitting a light beam in the passage, a light receiver for generating a received signal from the remitted by objects in the passage of light beam and a movable deflection unit for periodic sampling of the passage. Laser scanners are particularly suitable for securing a plane, as it forms the passage, and at the same time provide the necessary measuring points for assessing the symmetry. In principle, other distance-measuring sensors are conceivable, for example, a light-time camera or a stereo camera, but these sensors are usually much more complex and then have so much computing power that they could also perform much more complex contour recognition as a symmetry detection.
Die zulässigen Objekte sind bevorzugt Fahrzeuge. Fahrzeuge werden in großer Zahl industriell bearbeitet, so dass hier ein wichtiges Anwendungsfeld besteht. Dabei werden meist ohnehin spargeführte Transportsysteme verwendet. Außerdem weist ein Fahrzeug in nahezu jedem Fertigungsschritt die erforderliche Symmetrie auf.The permissible objects are preferably vehicles. Vehicles are industrially processed in large numbers, so that an important field of application exists here. In most cases, spared transport systems are used anyway. In addition, a vehicle has the required symmetry in almost every production step.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:
Die Lichtablenkeinheit
Zusätzlich wird die Laufzeit der einzelnen Laserlichtpulse von ihrem Aussenden bis zu dem Empfang nach Reflexion an dem Objekt in dem Überwachungsbereich
Alle genannten Funktionskomponenten sind in einem Gehäuse
Erfindungsgemäß wird ein Sicherheitsscanner
Die Sicherheitsscanner
In jedem Bewegungsstadium, also mit fortschreitender Förderung der Fahrzeugkarosserien
Ein Beispiel dieser dreidimensionalen Ansicht zeigt die
Zur Symmetrieerkennung wird eine Mittelachse
Die Auswertung legt in der Überwachungsebene
Die Bestimmung der linken Grenze
Ein sehr einfaches Kriterium für die Grenzen
Die Anforderung für zulässige Objekte
Anders ist die Situation, wenn eine Person beispielsweise an der linken Seite des Objekts
Von derartigen scheinbaren Asymmetrien, wie sie beispielsweise durch Toleranzen in der Orientierung oder Messung entstehen, sind echte Asymmetrien des Objekts
Noch bevorzugter sind die Sicherheitsscanner
Eine Person kann den Durchtritt nicht nur seitlich, sondern auch vor beziehungsweise nach dem Objekt
Sollte aber die Person eine Hand auf das Objekt
Die derart ermittelte Fläche muss während der Bewegung des Objekts
Eine Person auf dem Objekt
Sicherheitslaserscanner
Mit zweidimensionalem Muting kann die eigentliche Schutzfeldauswertung auf die technisch kleinstmöglichen Ansprechzeiten eingestellt werden, solange kein Fahrzeug durch den Durchtritt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4340756 A1 [0003] DE 4340756 A1 [0003]
- EP 4411448 B4 [0006] EP 4411448 B4 [0006]
- DE 102004044973 A1 [0007] DE 102004044973 A1 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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