Vorrichtung zur Überwachung mindestens eines in einem Überwachungsbe reich angeordneten Sicherheitsbereichs

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung mindes- tens eines in einem Überwachungsbereich angeordneten Sicherheitsbereichs.

Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Überwa chung mindestens eines in einem Überwachungsbereich angeordneten Sicher heitsbereichs unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Arbeitsräumen in denen Personen und automatisierte Anlagen oder Ma schinen (z.B. Roboter) gemeinsam arbeiten, besteht Verletzungsgefahr für Personen, die sich in einem Arbeitsbereich der automatisierten Anlagen oder Maschinen, beispielsweise Robotern, aufhalten. Um den Menschen vor Ge fahren (z.B. einer Kollision mit einem Roboter) zu schützen, werden typischer- weise Sicherheitsbereiche definiert. Diese Sicherheitsbereiche können bei spielsweise den Kollisionsraum bzw. Gefahrenraum umfassen, weicher den Bereich darstellt, der für den Menschen eine potentielle Gefahr (Verletzung, Tod) aufgrund der Bewegung der Maschine (z.B. des Roboters) oder aufgrund der Prozessdurchführung (z.B. Werkstückbearbeitung) der Maschine (z.B. des Roboters) darstellt. Die Sicherheitsbereiche können z.B. neben trennenden Schutzeinrichtungen (z.B. Schutzzäunen) zusätzlich durch Lichtschranken und/oder Laserscanner abgesichert werden. In diesem Fall wird durch ein Ein dringen einer Person ein Lichtstrahl abgelenkt bzw. unterbrochen, was zu ei ner Abschaltung der Anlage bzw. der Maschine (z.B. des Roboters) führt.

Bei anderen bekannten sensorischen Überwachungslösungen werden übli cherweise optische, bildverarbeitende Systeme, beispielsweise Multi-Kame- rasysteme oder Stereo-Kameras, eingesetzt. In der EP 2 095 008 Bl wird bei spielsweise ein System zur Überwachung dreidimensionaler Sicherheitsberei che unter Verwendung eines Stereokamerasystems präsentiert. Wird das Ein dringen einer Person oder eines fremden Objektes in einen vorher definierten Sicherheitsbereich festgestellt, führt dies wiederum zu einer Abschaltung der Anlage. Ein Nachteil dieses Verfahrens bzw. dieser Vorrichtung ist, dass der Sicherheitsbereich nicht dynamisch anpassbar ist.

Ein weiterer Nachteil bestehender Systeme liegt darin, dass die Vorrichtung oder das Verfahren Tiefeninformationen zur Überwachung der Sicherheitsbe reiche erfordert. Hierfür werden beispielsweise Time-of-Flight Sensoren (z.B. ToF-Kameras) oder Stereokamerasysteme oder auch Lichtschnittverfahren eingesetzt um 3D-Koordinaten der Umgebung bzw. der eingedrungenen Ob jekte zu bestimmen.

In der DE 10 2016 110514 Al wird beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren präsentiert, welches eine Time-of-Flight Kamera mit einem Licht schnittsystem kombiniert, um Objekte dreidimensional zu erfassen und Si cherheitsbereiche zu überwachen. Derartige Systeme sind jedoch stark von den Oberflächeneigenschaften und den Entfernungen der Objekte abhängig. Darüber hinaus entstehen große Datenmengen, die unter Umständen rechen aufwendig verarbeitet werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwa chung mindestens eines Sicherheitsbereichs bereitzustellen, mit welcher es möglich ist, einen gewünschten Sicherheitsbereich möglichst lückenlos zu überwachen und diesen Sicherheitsbereich möglichst flexibel anzupassen.

Diese Aufgabe wird bezüglich einer Vorrichtung zur Überwachung mindestens eines in einem Überwachungsbereich angeordneten Sicherheitsbereichs ge mäß Patentanspruch 1 und bezüglich eines Verfahrens zur Überwachung min destens eines in einem Überwachungsbereich angeordneten Sicherheitsbe reich gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche stel len dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Erfindungsgemäß wird somit eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens eines in einem Überwachungsbereich angeordneten Sicherheitsbereichs be reitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Beleuchtungseinheit, mindestens eine Erfassungseinheit und eine Auswertungseinheit umfasst. Die Beleuchtungsein heit umfasst eine Mehrzahl von Lichtquelleneinheiten, die jeweils ein Licht strahlenbündel emittieren können und die so angeordnet sind, dass die von ihnen emittierten Lichtstrahlenbündel durch den Überwachungsbereich ver laufen und mindestens ein statisches oder dynamisches, aus mehreren Pixeln bestehendes Muster auf mindestens eine Überwachungsoberfläche abbilden, wobei jedes der emittierten und auf die Überwachungsoberfläche auftreffen den Lichtstrahlenbündel jeweils einen Pixel des mindestens einen Musters er zeugt und wobei die Intensität und/oder Wellenlänge der Lichtstrahlenbündel mit einer vorgegebenen Frequenz zeitlich und/oder örtlich moduliert ist. Der mindestens eine Sicherheitsbereich umfasst mindestens einen durch die emit tierten Lichtstrahlenbündel definierten Hauptsicherheitsbereich. Die mindes tens eine Erfassungseinheit ist dazu eingerichtet, Abbilder der mindestens ei nen Überwachungsoberfläche in Synchronisation mit der vorgegebenen Fre quenz zu erfassen. Die Auswertungseinheit ist dazu eingerichtet, aus zeitlich aufeinanderfolgenden, von der mindestens einen Erfassungseinheit aufge nommenen Abbildern ein Ist-Abbild der mindestens einen Überwachungs oberfläche zu erstellen und mit einem für die mindestens eine Erfassungsein heit bestimmten Soll-Abbild der mindestens einen Überwachungsoberfläche zu vergleichen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Eindringen einer Person und/oder eines Objekts in den mindestens einen Sicherheitsbereich registriert werden, sodass eine Überwachung des mindestens einen Sicherheitsbereichs erreicht wird. Dringt eine Person und/oder ein Objekt in den mindestens ei nen Sicherheitsbereich ein, kommt es zu einer Veränderung eines oder meh rere der von der mindestens einen Erfassungseinheit erfassten Abbilder der mindestens einen Überwachungsoberfläche, woraus eine Veränderung des Ist-Abbildes der mindestens einen Überwachungsoberfläche resultiert. In der Folge stimmen das Ist-Abbild der mindestens einen Überwachungsoberfläche und das Soll-Abbild der mindestens einen Überwachungsoberfläche nicht mehr überein, was durch die Auswertungseinheit registriert und/oder detek- tiert und/oder angezeigt werden kann. Auf diese Weise kann letztlich ein Ein dringen einer Person und/oder eines Objekts in den mindestens einen Sicher heitsbereich registriert werden, sodass eine Überwachung des mindestens ei nen Sicherheitsbereichs erreicht wird.

Das Soll-Abbild dient hierbei als (virtuelles) Referenzbild und definiert die Po sitionen der durch Lichtstrahlenbündel auf der Überwachungsoberfläche er zeugten Pixel, an denen die durch die Lichtstrahlenbündel erzeugten Pixel im verletzungsfreien Fall - d.h. im Fall, dass kein fremdes Objekt oder Mensch in den Sicherheitsbereich eingedrungen ist - für die Erfassungseinheit zu sehen sein müssen.

Beispielsweise wird durch ein Eindringen einer Person und/oder eines Objekts in den Hauptsicherheitsbereich der Strahlengang mindestens eines der emit tierten Lichtstrahlenbündel unterbrochen, wodurch dieses mindestens eine Lichtstrahlenbündel nicht mehr auf die Überwachungsoberfläche treffen kann. In der Folge kommt es zu einer Veränderung des auf der Überwachungs oberfläche abgebildeten Musters (zumindest in einem Pixel). Diese Verände rung des Musters führt dann zu einer Veränderung eines oder mehrere der von der mindestens einen Erfassungseinheit erfassten Abbilder der mindes tens einen Überwachungsoberfläche.

Beispielsweise ist es auch möglich, dass eine Person und/oder ein Objekt in ei nen Nebensicherheitsbereich eindringt, der außerhalb des Hauptsicherheits bereichs liegt. Bei diesem Nebensicherheitsbereich kann es sich z.B. um einen Bereich zwischen dem auf der Überwachungsoberfläche abgebildeten Muster und der Erfassungseinheit handeln. Dringt eine Person und/oder ein Objekt in diesen Bereich ein, führt dies auch zu einer Veränderung eines oder mehrere der von der mindestens einen Erfassungseinheit erfassten Abbilder der min destens einen Überwachungsoberfläche.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine Vorrichtung bereitgestellt, mit der es möglich ist, mindestens einen Sicherheitsbereich zu überwachen, der Teil eines Überwachungsbereichs ist bzw. in einem Überwachungsbereich an geordnet ist. Unter einem Überwachungsbereich wird dabei ein dreidimensio naler Raum bzw. Bereich verstanden, der vollständig oder teilweise durch die Vorrichtung überwacht werden könnte. Mit anderen Worten stellt der Über wachungsbereich den größtmöglich überwachbaren Bereich bzw. den größt möglichen Sicherheitsbereich dar. Ein Teil oder mehrere Teile dieses Überwa chungsbereichs können als ein Sicherheitsbereich oder mehrere Sicherheits bereiche definiert und dann mit der Vorrichtung überwacht werden. Der Überwachungsbereich ist vorzugsweise ein dreidimensionaler Bereich.

Vorteilhafterweise benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Tiefenin formationen bzw. 3D-Koordinaten der (in den Sicherheitsbereich) eingedrun genen Objekte, um das Eindringen eines oder mehrere solcher Objekte in den mindestens einen Sicherheitsbereich zu überwachen. Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung basiert darauf, dass Unterbrechungen der Lichtstrahlen detektiert werden. Dieser Vorteil ergibt sich aus dem Ver gleich von Soll-Abbild und Ist-Abbild, der von der Auswertungseinheit durch geführt werden kann. Dafür sind keine 3D-lnformationen (z.B. 3D-Koordina- ten, Tiefeninformationen) zum eingedrungenen Objekt notwendig.

Unter dem mindestens einen Sicherheitsbereich wird letztlich der Bereich ver standen, bei dem durch die Vorrichtung registriert wird, wenn eine Person o- der ein Objekt in diesen Bereich eindringt. Der mindestens eine Sicherheitsbe reich stellt mindestens einen Unterabschnitt des Überwachungsbereichs dar und kann vom Benutzer der Vorrichtung festgelegt (und auch flexibel ange passt) werden. Dieses Festlegen des mindestens einen Sicherheitsbereichs kann dabei durch die spezifische Verwendung der Beleuchtungseinheit und der mindestens einen Erfassungseinheit erfolgen.

So umfasst der mindestens eine Sicherheitsbereich mindestens einen Hauptsi cherheitsbereich, der durch die emittierten Lichtstrahlenbündel definiert wird. Beispielsweise können die durch den Überwachungsbereich verlaufen den Lichtstrahlenbündel die äußere Begrenzung des Hauptsicherheitsbereichs sein, sodass die Lichtstrahlenbündel eine Art Lichtvorhang darstellen, durch die der Hauptsicherheitsbereich begrenzt wird. Innerhalb dieses Lichtvor hangs wäre dann ein Abschnitt des Hauptsicherheitsbereichs durch den keine Lichtstrahlenbündel verlaufen oder nur in Teilabschnitten Lichtstrahlenbündel verlaufen. In einer alternativen Variante wäre es auch möglich, dass durch den gesamten Hauptsicherheitsbereich Lichtstrahlenbündel verlaufen, sodass der Hauptsicherheitsbereich letztlich der Bereich ist, durch den die emittierten Lichtstrahlenbündel verlaufen.

Zusätzlich zum mindestens einen Hauptsicherheitsbereich kann der mindes tens eine Sicherheitsbereich auch mindestens einen Nebensicherheitsbereich umfassen. Bei diesem Nebensicherheitsbereich kann es sich z.B. um einen Be reich zwischen dem auf der Überwachungsoberfläche abgebildeten Muster und der Erfassungseinheit handeln.

Vorzugsweise besteht der mindestens eine Sicherheitsbereich aus dem min destens einen Hauptsicherheitsbereich, d.h. der mindestens eine Sicherheits bereich weist neben dem mindestens einen Hauptsicherheitsbereich keine weiteren Bereiche auf. Mit anderen Worten handelt es sich dann bei dem mindestens einen Hauptsicherheitsbereich um den mindestens einen Sicher heitsbereich. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die min destens eine Erfassungseinheit innerhalb des mindestens einen Sicherheitsbe reichs angeordnet ist.

Erfindungsgemäß kann durch jede der Lichtquelleneinheiten genau ein Licht strahlenbündel emittiert werden, welches dann auf die Überwachungsober fläche trifft, wobei jedes der emittierten und auf die Überwachungsoberfläche auftreffenden Lichtstrahlenbündel jeweils genau einen Pixel des mindestens einen Musters erzeugt. Mit anderen Worten wird letztlich jedes der Pixel des Musters durch jeweils genau eine der Lichtquelleneinheiten erzeugt. Durch eine entsprechende Anordnung und Einstellung bzw. Ansteuerung der Licht quelleneinheiten können somit letztlich beliebige Muster und auch beliebige Sicherheitsbereiche erzeugt werden. Insbesondere kann dadurch der Sicher heitsbereich auf die notwendige bzw. gewünschte Größe und Form angepasst werden. Die Erzeugung des gewünschten Sicherheitsbereichs erfolgt letztlich dadurch, dass nur bestimmte der Lichtquelleneinheiten eingeschaltet (akti viert) werden, so dass letztlich durch die so resultierenden Lichtstrahlenbün del der gewünschte Hauptsicherheitsbereich definiert wird und zudem durch die so resultierenden Pixel ein entsprechendes Muster auf der Überwachungs oberfläche abgebildet wird. Lichtquelleneinheiten, die zur Erzeugung des ge wünschten Sicherheitsbereichs nicht benötigt werden, werden hingegen de aktiviert. Beispielsweise können die Lichtquelleneinheiten matrixförmig ange ordnet werden, wobei dann je nach Bedarf nur eine oder mehrere - aber nicht alle - dieser Lichtquelleneinheiten eingeschaltet werden, so dass dann ein gewünschter Bereich mit den Lichtquelleneinheiten durchstrahlt bzw. von den entsprechenden Lichtstrahlenbündeln passiert wird. Somit kann ein Si cherheitsbereich an der gewünschten Position sowie in der gewünschten Form und Größe im Überwachungsbereich erzeugt werden, der zudem auch noch flexibel und dynamisch anpassbar ist. In der Folge sind eine sehr flexible Anordnung und auch eine sehr flexible Variation des Sicherheitsbereichs mög lich. Somit kann der Sicherheitsbereich flexibel an sich ändernde Bedingungen angepasst werden.

Die Anpassung des mindestens einen Sicherheitsbereichs kann beispielsweise in Abhängigkeit von Maschinenzuständen (z.B. Roboterbewegung, Prozessbe ginn, Prozessende) oder aufgrund äußerer Signale (manuelle Schaltung, Sig nale von Maschinen oder Anlagenkomponenten, z.B. Förderband) oder zeit lich gesteuert, durchgeführt werden. Der Vorteil dieser dynamischen Anpas sung der Sicherheitsbereiche liegt darin, dass die Sicherheitsbereiche perma nent an die jeweilige Situation optimal angepasst werden können. Beispiels weise kann der mindestens eine Sicherheitsbereich zu jedem Zeitpunkt derart gestaltet werden, dass der Abstand zur abzusichernden Gefahr minimal ist. Somit kann permanent ein Großteil des Überwachungsbereichs für den Men schen zur Verfügung gestellt werden. Dies erhöht die Flexibilität des Men schen und verringert unnötige Abschaltungen der Anlage oder Maschine (z.B. Roboter). Die Gefahr eines unbeabsichtigten Eindringens von Personen in den Sicherheitsbereich, wie dies z.B. bei sehr großen und starren Sicherheitsberei chen vorkommt, kann so verringert werden, was zu einer Erhöhung der Ver fügbarkeit der Maschine (z.B. des Roboters) oder Anlage führt. Die zur Erzeugung eines Sicherheitsbereiches eingeschalteten (aktivierten) Lichtquelleneinheiten emittieren jeweils ein Lichtstrahlenbündel, wobei die Intensität und/oder Wellenlänge der Lichtstrahlenbündel mit einer vorgege benen Frequenz zeitlich und/oder örtlich moduliert ist. Die vorgegebene Fre quenz kann dabei beispielsweise 200 Hz betragen. Die Aufnahmefrequenz der mindestens einen Erfassungseinheit ist auf diese Frequenz synchronisiert, so dass die durch die Lichtstrahlenbündel abgebildeten Pixel im von der Erfas sungseinheit aufgenommenen Abbild einfach erkannt werden können und so mit das entsprechende Ist-Abbild für diese Erfassungseinheit bestimmt wer den kann.

Dadurch, dass jede der Lichtquelleneinheiten nur ein Pixel eines Musters er zeugen muss, können sehr einfache und kostengünstige sowie auch kosten sparende Lichtquelleneinheiten, z.B. LEDs, verwendet werden. In der Folge können, ohne dass hohe Kosten verursacht werden, auch dann auch über eine große Fläche verteilt - beispielsweise in Form einer Matrix - angeordnet wer den können. Auf diese Weise können ungewollte Lücken - wie z.B. unüber- wachte Bereiche zwischen Lichtkegeln oder Lichtpyramiden im Falle von als Lichtquellen eingesetzten Projektoren - im Sicherheitsbereich vermieden wer den. Mit anderen Worten können solche Bereiche, die eigentlich überwacht werden sollten, aber nicht von den Lichtstrahlenbündeln durchquert werden können, vermieden oder zumindest verkleinert werden.

Der Begriff Lichtstrahlenbündel wird hier im Sinne der Wellenoptik verwen det, um eine sprachliche Unterscheidung zu dem Konzept eines Lichtstrahls im Sinne der geometrischen Optik herzustellen. Das heißt insbesondere, dass ein Lichtstrahlenbündel eine Ausdehnung orthogonal zur Ausbreitungsrichtung sowie eine Strahldivergenz aufweist. Ein gaußsches Strahlenbündel, häufig auch als Gauß-Strahl bezeichnet, ist beispielsweise ein Lichtstrahlenbündel im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Ein Lichtstrahlenbündel kann auch derart ausgeprägt sein, dass die Lichtstrah len parallel zueinander verlaufen.

Unter der mindestens einen Überwachungsoberfläche wird mindestens eine Oberfläche verstanden, auf welcher das Muster durch die Lichtstrahlenbündel abgebildet wird. Die mindestens eine Überwachungsoberfläche kann eine von mehreren Begrenzungsflächen des mindestens einen Sicherheitsbereichs sein. Bei der mindestens einen Überwachungsoberfläche kann es sich beispiels weise um die Oberfläche eines Fußbodens, um die Oberfläche einer Wand, um die Oberfläche von Treppenstufen, um die Oberfläche von Objekten, z.B. die Oberfläche von Tischen, die Oberfläche von Werkbänken, die Oberfläche von Trennwänden, die Oberfläche von Förderbändern, die Oberfläche von Pa letten, etc., oder um eine Kombination mehrerer oder aller dieser Oberflä chen handeln. Die mindestens eine Überwachungsoberfläche kann neben Ab schnitten, auf denen das mindestens eine Muster abgebildet ist, auch Ab schnitte umfassen, auf denen das mindestens eine Muster nicht abgebildet o- der kein Muster abgebildet ist. Das sind beispielsweise Abschnitte in denen automatisiert arbeitende Anlagen oder Roboter angeordnet sind, also gerade Bereiche in denen keine Überwachung notwendig ist.

Bei dem mindestens einen Muster handelt es sich um mindestens ein aus mehreren Pixeln bestehendes Muster, welches statisch oder dynamisch ist. Das mindestens eine Muster kann beispielsweise Punkte, Linien, Flächen, Strukturen oder Kombinationen hiervon umfassen oder darauf aufgebaut sein. Die Form der Pixel kann beispielsweise rechteckig, quadratisch, rund o- der hexagonal bzw. wabenförmig sind. Unter einem dynamischen Muster wird dabei ein Muster verstanden, das mit der Zeit variiert. Unter einem statischen Muster wird ein Muster verstanden, das nicht mit der Zeit variiert.

Dass die Beleuchtungseinheit derart eingerichtet ist, dass das mindestens eine Muster als moduliertes Licht mit vorgegebener Frequenz auf der Überwa chungsoberfläche abgebildet wird, trägt ebenfalls dazu bei, dass der mindes tens eine Sicherheitsbereich ohne großen Aufwand verändert werden kann.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine Vorrichtung zur Überwa chung mindestens eines Sicherheitsbereichs bereitgestellt, mit welcher es möglich ist, einen gewünschten Sicherheitsbereich möglichst lückenlos zu überwachen und diesen Sicherheitsbereich möglichst flexibel anzupassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum Beispiel für die Sicherung be- stimmter Werk- oder Arbeitsbereiche verwendet werden. Hierbei kann die er findungsgemäße Vorrichtung beispielsweise in Kombination mit einer Sicher heitsvorrichtung verwendet werden, die eine Abschaltung einer Maschine, ei ner Anlage oder eines Roboters vornimmt, wenn durch die erfindungsgemäße Vorrichtung registriert wird, dass eine Person und/oder ein Objekt in den min destens einen Sicherheitsbereich eingedrungen ist. Denkbar ist auch, dass zu sätzlich oder alternativ ein (z.B. visueller und/oder auditiver) Alarm ausgelöst wird, wenn durch die erfindungsgemäße Vorrichtung registriert wird, dass eine Person und/oder ein Objekt in den mindestens einen Sicherheitsbereich eingedrungen ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber nicht nur Sicherung bestimmter Bereiche, in denen z.B. gefährliche Maschinen angeordnet sind, eingesetzt werden, sondern stattdessen auch zur Interaktion mit Anlagen, Maschinen o- der Robotern. So kann beispielsweise auch eine definierte Funktion aufgeru fen werden, wenn durch die erfindungsgemäße Vorrichtung registriert wird, dass eine Person und/oder ein Objekt in den mindestens einen Sicherheitsbe reich eingedrungen ist. Bei dieser definierten Funktion kann es sich z.B. um das Starten oder Beenden eines Prozesses (Bewegung, Fräsen, Bohren, etc.) handeln. Hieraus ergibt sich letztlich eine Möglichkeit zur Bedienung oder Steuerung einer Anlage, einer Maschine oder eines Roboters.

Bei den Lichtquelleneinheiten handelt es sich vorzugsweise um LEDs.

Bei den emittierten Lichtstrahlenbündeln kann es sich um konvergente, kolli- mierte oder divergente Lichtstrahlenbündel handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei den emittierten Lichtstrahlenbündeln um konvergente oder kolli- mierte Lichtstrahlenbündel.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeich net sich dadurch aus, dass die Strahlachsen der (von den Lichtquelleneinhei ten) emittierten Lichtstrahlenbündel zumindest teilweise parallel zueinander sind.

Der Ausdruck teilweise parallel bedeutet hierbei, dass die Strahlachsen meh rerer der emittierten Lichtstrahlenbündel, aber nicht aller der emittierten Lichtstrahlenbündel, parallel zueinander sind. Beispielsweise kann dies bedeu ten, dass die Orthogonal-Projektionen der Strahlachsen sämtlicher Lichtstrah lenbündel auf mindestens eine zur Haupterstreckungsebene der Beleuch tungseinheit senkrechte Ebene in der besagten Ebene parallel zueinander ver laufen.

Beispielsweise können die Lichtquelleneinheiten so angeordnet sein, dass die Strahlachsen mehrerer von den Lichtquelleneinheiten emittierten Lichtstrah lenbündel parallel zueinander sind, wobei vorzugsweise nicht die Strahlachsen aller der von den Lichtquelleneinheiten emittierten Lichtstrahlenbündel paral lel zueinander sind. Weiterhin ist es möglich, dass die Lichtquelleneinheiten so angeordnet sind, dass die Strahlachsen aller der von den Lichtquelleneinhei ten emittierten Lichtstrahlenbündel parallel zueinander sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Lichtquelleneinheiten in der Beleuchtungseinheit in mehreren Gruppen, bevorzugt in mindestens 5 Gruppen, besonders bevorzugt in mindestens 10 Gruppen, so angeordnet, dass die von einer Gruppe der Lichtquelleneinheiten emittierten Lichtstrah lenbündel jeweils parallel zueinander verlaufen, wobei alle Lichtstrahlenbün del, die jeweils von einer Gruppe der Lichtquelleneinheiten emittiert werden, vorzugsweise in einer einzigen Ebene angeordnet sind.

Aufgrund der zumindest teilweise parallel zueinander verlaufenden emittier ten Lichtstrahlenbündel können ungewünschte Lücken im Sicherheitsbereich noch besser und einfacher vermieden werden.

Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von Beleuchtungs modulen auf oder besteht aus diesen. Die Form der Beleuchtungsmodule ist dabei bevorzugt rechteckig, besonders bevorzugt quadratisch. Ebenso ist es möglich, dass die Beleuchtungsmodule eine sechseckige Form aufweisen.

Aufgrund dieser Ausgestaltung kann die Beleuchtungseinheit auf einfache Weise aus einzelnen Beleuchtungsmodulen zusammengesetzt werden. Der Vorteil der beschriebenen Formen liegt dabei darin, dass eine Fläche effizient in Flächen bestimmter Form unterteilt werden kann, ohne dass die Beleuch tungseinheit Abschnitte ohne Lichtquelleneinheiten aufweist. Die Beleuchtungsmodule können vorzugsweise jeweils nur eine Lichtquelleneinheit, mehrere wenige Lichtquelleneinheiten, bevorzugt 2 bis 500 Lichtquel leneinheiten, besonders bevorzugt 10 bis 100 Lichtquelleneinheiten, oder eine Vielzahl an Lichtquelleneinheiten, bevorzugt 1000 bis 100000 Lichtquelleneinheiten, besonders bevorzugt 10000 bis 50000 Licht quelleneinheiten, umfassen.

Die Lichtquelleneinheiten können innerhalb eines Beleuchtungsmoduls eindi mensional angeordnet, zweidimensional angeordnet oder dreidimensional an geordnet sein.

Vorzugsweise enthält die Beleuchtungseinheit mehrere Beleuchtungsmodule oder besteht aus diesen, wobei jedes der mehreren Beleuchtungsmodule mehrere Lichtquelleneinheiten, bevorzugt 2 bis 100000 Lichtquelleneinheiten, besonders bevorzugt 10 bis 50000 Lichtquelleneinheiten, ganz besonders be vorzugt 100 bis 10000 Lichtquelleneinheiten, insbesondere 1000 bis 5000 Lichtquelleneinheiten, umfasst.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Beleuchtungs einheit mindestens 2, bevorzugt mindestens 4, besonders bevorzugt mindes ten 25, ganz besonders bevorzugt mindestens 100, insbesondere mindestens 2500 Lichtquelleneinheiten auf.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Lichtquelleneinheiten jeweils eine Licht quelle, insbesondere eine Leuchtdiode, und jeweils ein Strahlformungsele ment umfassen. Das Strahlformungselement dient dabei der Formung eines konvergenten, kollimierten oder divergenten Lichtstrahlenbündels, welches jede der Lichtquelleneinheiten aussendet. Das Strahlformungselement kann seinerseits hierfür eine reflektierende Fläche (z.B. einen Spiegel) und/oder Linse umfassen. Die Linse kann dabei insbesondere in Form einer Freiformop tik ausgestaltet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtquellen einheiten in Form einer zweidimensionalen Anordnung, insbesondere in Form einer zweidimensionalen Matrix oder in Form eines (zweidimensionalen) Wa benmusters, angeordnet. Vorzugsweise sind sämtliche der Lichtquelleneinhei ten im Wesentlichen in einer Ebene arrangiert, welche einer Haupterstre ckungsebene der Beleuchtungseinheit entspricht. Die Lichtquelleneinheiten können dabei so angeordnet sein, dass die damit emittierten Lichtstrahlen bündel den gesamten Überwachungsbereich oder auch einen bestimmten Teil des Überwachungsbereichs (im Wesentlichen lückenlos) abdecken könnten. Die Lichtquelleneinheiten können vorzugsweise so ausgerichtet sein, dass die Strahlachsen der emittierten Lichtstrahlenbündel senkrecht zu der Haupter streckungsebene der Beleuchtungseinheit verlaufen.

Die Lichtquelleneinheiten können so angeordnet sein, dass sie einen (im We sentlichen) lückenlosen Lichtvorhang erzeugen. Das heißt, dass die Beleuch tungseinheit entlang einer Achse der Haupterstreckungsebene nur eine ge ringe Anzahl von Reihen, in der die Lichtquelleneinheiten angeordnet sind, aufweist, beispielsweise 1 bis 5 Reihen, während sie entlang der dazu senk rechten Achse eine sehr viel größere Anzahl an Reihen aufweist, beispiels weise 50 bis 200 Reihen.

Ein Pixel des abgebildeten Musters kann vorzugsweise rechteckig, insbeson dere quadratisch, sein oder andere Formen aufweisen, wie beispielsweise die eines Kreises oder Sechsecks. Ein quadratischer Pixel kann (auf der Überwa chungsoberfläche) bevorzugt eine Größe von 0,5 cm ² bis 15 cm ² , besonders bevorzugt von 1 cm ² bis 10 cm ² , aufweisen.

Der Abstand der einzelnen Pixel kann dabei an die spezifischen Sicherheitsan forderungen angepasst werden. Sollen beispielsweise eine Hand eines Men schen erkannt werden können, wird ein geringer Abstand der Pixel gewählt, als in einem Fall in dem ein Rumpf eines Menschen oder ein ähnlich großer mobiler Roboter erkannt werden soll, in dem ein entsprechend großer Ab stand ausreicht.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der (von den Lichtquelleneinheiten) emittierten Lichtstrah lenbündel im sichtbaren oder im nicht-sichtbaren Bereich, insbesondere im Infrarotbereich, liegt. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge der (von den Licht quelleneinheiten) emittierten Lichtstrahlenbündel im Bereich von 300 nm bis 1 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 780 nm bis 1 mm.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verlaufen zudem sämtliche Strahlachsen der von der Beleuchtungseinheit emittierten Licht strahlenbündel parallel zueinander.

Vorzugsweise sind die Lichtquelleneinheiten in der Beleuchtungseinheit so an geordnet, dass die Strahlachsen der emittierten Lichtstrahlenbündel entlang von Schnittachsen zweier Ebenenscharen verlaufen. Schnittpunkte der Schnit tachsen der zwei Ebenenscharen mit der Erstreckungsebene der Beleuch tungseinheit bilden ein regelmäßiges Gitter, wobei dieses Gitter vorzugsweise eine rechteckige oder sechseckige Grundform aufweist. Ferner ist es bevor zugt, wenn die Ebenen einer ersten Ebene der zwei Ebenenscharen parallel zueinander und die Ebenen einer zweiten Ebenenschar der zwei Ebenenscha ren nicht parallel zueinander sind.

Diese Anordnung bedingt, dass die Orthogonalprojektionen der Strahlachsen der Lichtstrahlenbündel auf eine erste Ebene, welche orthogonal zur Haupter streckungsebene der Beleuchtungseinheit ist, parallel zueinander verlaufen, beispielsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene. Die Orthogonalprojek tionen der Strahlachsen der Lichtstrahlenbündel auf eine zweite Ebene, wel che sich senkrecht zur ersten Ebene und senkrecht zur Haupterstreckungs ebene der Beleuchtungseinheit erstreckt, verlaufen nicht parallel zueinander.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Abschnitt der Überwachungs oberfläche, auf welchem das Muster abgebildet wird, eine andere Größe, also einen größeren oder kleineren Flächeninhalt, als die Beleuchtungseinheit ha ben kann und/oder seitlich versetzt zu dieser angeordnet sein kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Beleuchtungs einheit und die mindestens eine Erfassungseinheit dazu eingerichtet, in einer definierten Reihenfolge Abbilder der Überwachungsoberfläche zu erstellen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswertungseinheit dazu ausgebildet ist, das Soll-Abbild als virtuelles Soll-Ab bild mit für die mindestens eine Erfassungseinheit bekannter Position und Ausrichtung sowie bei bekannter Form, Position und Größe des Sicherheitsbe reichs zu bestimmen.

Die Auswertungseinheit kann weiterhin dazu ausgebildet sein, dass Soll-Abbild auf Basis eines Umgebungsmodells zu erstellen. Dieses Umgebungsmodell kann dabei 3D-lnformationen zur Position und Ausrichtung von Projektionsflä chen, die Roboterkinematik, intrinsische und extrinsische Parameter zu den Erfassungseinheiten und Beleuchtungseinheiten, und/oder die zu überwa chenden Sicherheitsbereiche beinhalten.

Das Soll-Abbild definiert dabei vorzugsweise die Bildpositionen, an denen Lichtstrahlenbündel durch die Erfassungseinheit im unterbrechungs- und feh lerfreien Fall erwartet werden.

Das Soll-Abbild kann hierbei darüber hinaus derart ausgeprägt sein, dass für jede Bildposition, an der ein Lichtstrahlenbündel erwartet wird, ein spezifi scher Code definiert wird.

Die Auswertungseinheit kann dazu eingerichtet sein, das Ist-Abbild auf Basis von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Abbildern der Überwachungsober fläche zu bestimmen (bzw. zu erstellen), wobei jedes Lichtstrahlenbündel zum Zeitpunkt der Bilderfassung entweder aktiviert oder deaktiviert sein kann.

Die Auswertungseinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, das Ist-Abbild der art zu bestimmen, dass für jede Bildposition im Ist -Abbild, an der ein Licht strahlenbündel erfasst wird, ein Code bestimmt wird, der z.B. in Abhängigkeit der Aktivierung bzw. Deaktivierung des entsprechenden Lichtstrahlenbündels definiert wird.

Beispielsweise könnte für ein abgebildetes Lichtstrahlenbündel der Code „0-1- 1" generiert werden, wenn das entsprechende Lichtstrahlenbündel im ersten Abbild der drei aufgenommenen aufeinanderfolgenden Abbilder deaktiviert war und in den zwei darauffolgenden Abbildern der drei aufgenommenen auf einanderfolgenden Abbilder aktiviert war.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen benachbarte Lichtstrahlen bündel voneinander verschiedene Codes.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Ist-Abbild durch Addition und/oder Sub traktion der aufeinanderfolgenden Abbilder der Überwachungsoberfläche be stimmbar ist und ein Eindringen in den Sicherheitsbereich durch Addition und/oder Subtraktion des Ist-Abbilds und des virtuellen Soll-Abbildes be stimmbar ist.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so ausgebil det sein, dass ein Eindringen in den Sicherheitsbereich dadurch bestimmt wird, dass der Code eines Lichtstrahlenbündels im Soll-Abbild nicht mit dem entsprechenden Code im Ist-Abbild übereinstimmt.

Die Verwendung eines Codes hat weiterhin den Vorteil, dass hochdynamische Fremdlichtänderungen (z.B. Blitzlicht oder plötzlicher Schatten) von der Vor richtung detektiert werden können. Derartige Störungen würden zu einer Än derung des Codes im Ist-Abbild führen und sich damit von den erwarteten Codes im Soll-Abbild unterscheiden. Dadurch kann ein nachteiliges Systemver halten (z.B. die Nicht-Detektion eines Eindringens in den Sicherheitsbereich) verhindert werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt das von der Be leuchtungseinheit abgebildete Muster mindestens eine linienförmige Begren zung des Sicherheitsbereichs auf der Überwachungsoberfläche dar.

Vorzugsweise ist das Muster zeitlich und/oder hinsichtlich seiner Form und/o der hinsichtlich seiner Darstellungsweise veränderbar.

Vorzugsweise ist der Auswertungseinheit zu jedem Zeitpunkt bekannt, mit welcher Form und Größe und an welcher Position im Überwachungsbereich bezüglich eines Weltkoordinatensystems sich der Sicherheitsbereich befindet. Dies ergibt sich daraus, dass der Sicherheitsbereich manuell oder programma tisch, zum Beispiel aufgrund einer aktuellen Roboterkonfiguration (z.B. Ge lenkstellungen, Gelenkgeschwindigkeiten, Traglast), in seiner Größe, Position und Form als ein internes Modell erstellt wird. Dieses interne Modell beinhal tet ebenso eine geometrische Repräsentation der Oberflächen des Überwa chungsbereichs, welche als Überwachungsoberfläche zur Abbildung des Mus ters genutzt werden können. Auf Grundlage des internen Modells wird zum einen das abzubildende Muster erzeugt und zum anderen für jede der min destens einen Erfassungseinheit ein virtuelles Referenzbild (Soll-Bild) gene riert. Das virtuelle Referenzbild definiert somit Pixelpositionen, an denen die jeweiligen Erfassungseinheiten Lichtstrahlenbündel auf der Überwachungs oberfläche sehen muss.

Dadurch, dass zu keinem Zeitpunkt ein reales Referenzbild von einer Erfas sungseinheit aufgenommen wird, sondern ein virtuelles Referenzbild erzeugt wird, ist es möglich einen schnellen Vergleich zwischen Ist- und Soll-Zustand des Sicherheitsbereichs durchzuführen und somit wird gleichzeitig eine ge ringe Rechenkapazität zur Auswertung der Bilddaten benötigt.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Überwachung mindestens eines dreidimensionalen Sicherheitsbereichs unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch ge kennzeichnet, dass mehrere oder alle der Lichtquelleneinheiten (6) jeweils ein Lichtstrah lenbündel (8) emittieren und die emittierten Lichtstrahlenbündel (8) durch den Überwachungsbereich (1) verlaufen und mindestens ein sta tisches oder dynamisches, aus mehreren Pixeln bestehendes Muster (9) auf mindestens eine Überwachungsoberfläche abbilden, wobei je des der emittierten und auf die Überwachungsoberfläche auftreffen den Lichtstrahlenbündel (8) jeweils einen Pixel des mindestens einen Musters (9) erzeugt und wobei die Intensität und/oder Wellenlänge der Lichtstrahlenbündel (8) mit einer vorgegebenen Frequenz zeitlich und/oder örtlich moduliert wird, und/oder die mindestens eine Erfassungseinheit (4) Abbilder der mindestens ei nen Überwachungsoberfläche in Synchronisation mit der vorgegebe nen Frequenz erfasst, und/oder die Auswertungseinheit (7) aus zeitlich aufeinanderfolgenden, von der mindestens einen Erfassungseinheit (4) aufgenommenen Abbildern ein Ist-Abbild der mindestens einen Überwachungsoberfläche erstellt und mit einem für die mindestens eine Erfassungseinheit (4) bestimmten Soll-Abbild der mindestens einen Überwachungsoberfläche vergleicht.

Vorteilhafterweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren keine Tiefenin formationen bzw. 3D-Koordinaten der (in den Sicherheitsbereich) eingedrun genen Objekte benötigt, um das Eindringen eines oder mehrere solcher Ob jekte in den mindestens einen Sicherheitsbereich zu überwachen. Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert darauf, dass Unterbrechungen der Lichtstrahlen detektiert werden. Dieser Vorteil ergibt sich aus dem Vergleich von Soll-Abbild und Ist-Abbild, der von der Auswertungseinheit durchgeführt wird. Dafür sind keine 3D-lnformationen (z.B. 3D-Koordinaten, Tiefeninforma tionen) zum eingedrungenen Objekt notwendig.

Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeich net sich dadurch aus, dass die Auswertungseinheit das Soll-Abbild als virtuel les Soll-Abbild mit für die mindestens eine Erfassungseinheit bekannter Posi tion und Ausrichtung sowie bei bekannter Form, Position und Größe des Si cherheitsbereichs bestimmt.

Ferner kann die Auswertungseinheit das Soll-Abbild auf Basis eines Umge bungsmodells erstellen. Dieses Umgebungsmodell kann dabei 3D-lnformatio- nen zur Position und Ausrichtung von Projektionsflächen, die Roboterkinema tik, intrinsische und extrinsische Parameter zu den Erfassungseinheiten und Beleuchtungseinheiten, und/oder die zu überwachenden Sicherheitsbereiche beinhalten.

Das Soll-Abbild definiert dabei vorzugsweise die Bildpositionen, an denen Lichtstrahlenbündel durch die Erfassungseinheit im unterbrechungs- und feh lerfreien Fall erwartet werden.

Das Soll-Abbild kann hierbei darüber hinaus derart ausgeprägt sein, dass für jede Bildposition, an der ein Lichtstrahlenbündel erwartet wird, ein spezifi scher Code definiert wird.

Das Ist-Abbild kann vorzugsweise auf Basis von zwei oder mehr aufeinander folgenden Abbildern der Überwachungsoberfläche bestimmt (bzw. erstellt) werden, wobei jedes Lichtstrahlenbündel zum Zeitpunkt der Bilderfassung entweder aktiviert oder deaktiviert sein kann.

Für jede Bildposition im Ist-Abbild, an der ein Lichtstrahlenbündel erfasst wird, kann ein Code bestimmt werden, der z.B. in Abhängigkeit der Aktivierung bzw. Deaktivierung des entsprechenden Lichtstrahlenbündels definiert wird.

Beispielsweise könnte für ein abgebildetes Lichtstrahlenbündel im Ist-Abbild der Code „0-1-1" generiert werden, wenn das entsprechende Lichtstrahlen bündel im ersten Abbild der drei aufgenommenen aufeinanderfolgenden Ab bilder deaktiviert war und in den zwei darauffolgenden Abbildern der drei auf genommenen aufeinanderfolgenden Abbilder aktiviert war.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen benachbarte Lichtstrahlen bündel voneinander verschiedene Codes.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Ist-Abbild durch Addition und/oder Sub traktion der aufeinanderfolgenden Abbilder der Überwachungsoberfläche be stimmt wird und ein Eindringen in den Sicherheitsbereich durch Addition und/oder Subtraktion des Ist-Abbilds und des virtuellen Soll-Abbildes be stimmt wird.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Eindringen in den Sicherheitsbereich dadurch bestimmt wird, dass der Code eines Lichtstrahlenbündels im Soll-Ab bild nicht mit dem entsprechenden Code im Ist-Abbild übereinstimmt.

Die Verwendung eines Codes hat weiterhin den Vorteil, dass hochdynamische Fremdlichtänderungen (z.B. Blitzlicht oder plötzlicher Schatten) von der Vor richtung detektiert werden können. Derartige Störungen würden zu einer Än derung des Codes im Ist-Abbild führen und sich damit von den erwarteten Codes im Soll-Abbild unterscheiden. Dadurch kann ein nachteiliges Systemver halten (z.B. die Nicht-Detektion eines Eindringens in den Sicherheitsbereich) verhindert werden.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche oder entsprechende Bezugszeichen kennzeichnen dabei glei che oder entsprechende Merkmale, so dass deren Erläuterung gegebenenfalls nicht wiederholt wird. Die nachfolgenden Beispiele weisen eine Vielzahl zusätz licher Merkmale auf, welche die Erfindung weiterhin verbessern können. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale können darüber hinaus unabhängig von den entsprechenden Beispielen realisiert werden und zwischen verschie denen Beispielen kombiniert werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die in den Figuren und Beispielen gezeigten spezifischen Ausführungsform und Merkmale beschränkt.

Fig. 1(a) zeigt eine Vorrichtung gemäß dem Stand derTechnik.

Fig. 1(b) zeigt eine weitere Vorrichtung gemäß dem Stand derTechnik.

Fig. 2(a) zeigt eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausgestal tung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Sicher heitsbereichs.

Fig. 2(b) zeigt die beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung aus Fig. 2(a) in einer anderen Darstellung und in einer anderen Betriebs einstellung.

Fig. 3(a) zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Sicherheitsbereichs.

Fig. 3(b) zeigt eine perspektivische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Sicherheitsbereichs. Fig. 4(a) zeigt eine Seitenansicht einer Anlage zur Bearbeitung eines Werk stücks mit einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Beleuch tungseinheit.

Fig. 4(b) zeigt eine Seitenansicht einer Anlage zur Bearbeitung eines Werk stücks mit einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Beleuch tungseinheit.

Fig. 4(c) zeigt eine Draufsicht einer Anlage zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsein heit.

Fig. 5(a) zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung einer erfin dungsgemäßen Beleuchtungseinheit in der x-z Ebene.

Fig. 5(b) zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung einer erfin dungsgemäßen Beleuchtungseinheit in der y-z Ebene.

Fig. 5(c) zeigt Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsge mäßen Beleuchtungseinheit in der x-y Ebene.

Fig. 1(a) zeigt eine Vorrichtung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist Die Vorrichtung umfasst einen Projektor 40 und eine Kamera 50. Der Projek tor 40 projiziert ein Muster auf die Oberfläche eines Bodens, die hier beispiel haft als Überwachungsoberfläche dient. Eine Kamera 50 erfasst das Muster. Sowohl ein Projektor-Sichtbereich 41, welcher dem Projektionsvolumen ent spricht, das von dem vom Projektor emittierten Licht bis zur Projektionsfläche durchquert wird, als auch ein Kamera-Sichtbereich 51 weisen die Form einer Pyramide auf, die in Fig. 1(a) als Dreiecke mit dünnen Linien dargestellt sind.

Somit ist die in Fig. 1(a) dargestellte Vorrichtung in der Lage einen doppelpy ramidenartigen Überwachungsbereich 1 zu erfassen, welcher dem Raum ent spricht, den Licht durchquert, das vom Projektor 40 emittiert, von der Über wachungsoberfläche reflektiert und von der Kamera 50 erfasst wird. Der Überwachungsbereich 1 kann ein oder mehrere Sicherheitsbereiche 2 umfas sen, die von der Vorrichtung überwacht werden. Ein Mensch oder Objekt, welches in den Sicherheitsbereich 2 eindringt, führt zu einer Abweichung zwi schen dem Ist-Abbild und dem Soll-Abbild.

In Fig. 1(b) ist eine Kombination mehrerer Vorrichtungen gemäß Fig. 1(a) dar gestellt, welche im Stand der Technik kombiniert werden, um beispielsweise einen Überwachungsbereich zu vergrößern. Jede der Vorrichtungen weist da bei einen Projektor 40-a, 40-b und eine Kamera 50-a, 50-b auf. Es ergibt sich für jede der beiden Vorrichtungen ein Überwachungsbereich 1-a, 1-b, wie er am in Fig. 1(a) dargestellten Beispiel beschrieben wurde.

Ein Bereich 30, weicher zwischen den beiden doppelpyramidenförmigen Überwachsungsbereichen 1-a, 1-b liegt, wird hingegen nicht überwacht. Ein Objekt oder Mensch, der in den Bereich 30 eindringt, wird somit nicht von den Kameras 50-a, 50-b erfasst, da es zu keiner Änderung des abgebildeten Musters kommt. Zudem ist die Position, Form und Größe eines möglichen Si cherheitsbereichs auch aufgrund der doppelpyramidenförmigen Form des Überwachungsbereichs, die aus der Verwendung der Projektoren resultiert, nur sehr eingeschränkt wählbar.

In Fig. 2(a) wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die eine Be leuchtungseinheit 3, eine Erfassungseinheit 4 und eine Auswertungseinheit 7 umfasst. Die Erstreckungsrichtung der Beleuchtungseinheit 3 entlang der x- Achse ist sehr viel größer als ihre Erstreckung entlang der y-Achse. Folglich ist die Haupterstreckungsebene des Überwachungsbereichs 1 die x-z-Ebene. Der Überwachungsbereich umfasst einen Sicherheitsbereich 2, dessen Haupter streckungsebene ebenfalls die x-z-Ebene ist. Der Sicherheitsbereich 2 ent spricht somit einer Art Lichtvorhang. Aufgrund der Anordnung der Erfassungs einheit 4 umfasst der Sicherheitsbereich 2 lediglich den durch die emittierten Lichtstrahlenbündel definierten Hauptsicherheitsbereich, d.h. der Hauptsi cherheitsbereich entspricht hier dem Sicherheitsbereich 2. Die Position des Si cherheitsbereichs 2 wird letztlich dadurch festgelegt, dass nur bestimmte der Lichtquelleneinheiten im mittleren Bereich der Beleuchtungseinheit aktiviert sind und Lichtstrahlenbündel emittieren, wohingegen die restlichen der Licht quelleneinheiten in den äußeren Bereichen der Beleuchtungseinheit deakti viert sind und somit keine Lichtstrahlenbündel emittieren. In Fig. 2(b) ist die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 2(a) in einer anderen Darstellung und in einer anderen Betriebseinstellung gezeigt. Die Beleuch tungseinheit 3 ist hier dursichtig dargestellt, sodass die einzelnen Lichtquel leneinheiten 6 erkennbar sind. Im Unterschied zu Fig. 2(a) sind in der Betriebs einstellung in Fig. 2(b) nun sämtliche der Lichtquelleneinheiten aktiviert. In der Folge erstreckt sich der Sicherheitsbereich nun über den gesamten Über wachungsbereich 1, d.h. der Sicherheitsbereich entspricht dem Überwa chungsbereich 1. Die Beleuchtungseinheit 3 ist im Wesentlichen in einer Ebene gegenüber der Oberfläche eines Bodens, welche hier beispielhaft als Überwachungsoberfläche dient, ausgebildet. Die Lichtquelleneinheiten 6 sind in regelmäßigen Abständen in der Beleuchtungseinheit 3 angeordnet und emittieren (z.B. kollimierte) Lichtstrahlenbündel 8, deren Strahlachsen parallel zueinander und senkrecht zur Erstreckungsebene der Beleuchtungseinheit 3 verlaufen. Die Lichtstrahlenbündel 8 bilden ein aus Pixeln bestehendes Muster auf die Überwachungsoberfläche ab. Jede der Lichtquelleneinheiten 6 emit tiert genau ein Lichtstrahlenbündel 8, wobei jedes der Lichtstrahlenbündel ge nau ein Pixel des Musters erzeugt.

Die Beleuchtungseinheit 3 kann ein Muster, welches beispielsweise mit einer Frequenz von 200 Hz intensitätsmoduliert ist, durch Aussendung von Licht strahlenbündeln 8 auf die Überwachungsoberfläche abbilden. Die Erfassungs einheit 4, welche mit der Beleuchtungseinheit 3 und der zeitlichen Modula tion des Musters synchronisiert ist, ist dazu eingerichtet, in einer definierten Reihenfolge ein Abbild der Überwachungsoberfläche mit dem Bereich, auf dem das Muster abgebildet wird bzw. werden kann, aufzunehmen. Auf Grundlage der Abbilder wird die aktuelle Position der durch die Lichtstrahlen bündel 8 auf der Überwachungsoberfläche erzeugten Pixel extrahiert. Die extrahierten Positionen liegen dann in Form eines Ist-Abbildes vor.

Das Ist-Abbild wird anschließend mit einem Soll-Abbild verglichen. Das Soll- Abbild wird auf Basis eines internen Modells des Sicherheitsbereichs 2 erstellt. Das Soll-Abbild dient als virtuelles Referenzbild und definiert die Positionen der durch Lichtstrahlenbündel 8 auf der Überwachungsoberfläche erzeugten Pixel, an denen die durch die Lichtstrahlenbündel 8 erzeugten Pixel im verlet zungsfreien Fall - d.h. im Fall, dass kein fremdes Objekt oder Mensch in den Sicherheitsbereich 2 eingedrungen ist - für die Erfassungseinheit 4 zu sehen sein müssen. Dass auf Grundlage des internen Modells des Sicherheitsbe reichs 2 ein virtuelles Referenzbild erzeugt wird, hat dabei den Vorteil, einen einfachen und vor allem schnellen Vergleich zwischen Ist-Abbild und Soll-Ab bild durchführen zu können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass weder zu Beginn des Überwachungsprozesses und auch nicht während des Überwa chungsprozesses Referenzbilder durch die Erfassungseinheit (oder durch an dere Vorrichtungen bzw. Verfahren) aufgenommen werden müssen.

Figur 3(a) zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä ßen Vorrichtung. Auch in diesem Fall umfasst die Vorrichtung eine Beleuch tungseinheit 3, eine Erfassungseinheit 4 und eine Auswertungseinheit 7. Im Unterschied zu der in Fig. 2(a) und Fig. 2(b) gezeigten Variante, ist die Erstre ckungsrichtung der Beleuchtungseinheit 3 entlang der x-Achse ähnlich groß wie die Erstreckung entlang der y-Achse. Es ergibt sich eine flächig entlang der x-y-Ebene ausgebildete Beleuchtungseinheit, die mehrere Lichtquelleinheiten umfasst. Die Lichtquelleneinheiten können in regelmäßigen Abständen in der Beleuchtungseinheit 3 angeordnet sein und (z.B. kollimierte) Lichtstrahlen bündel emittieren, deren Strahlachsen parallel zueinander und senkrecht zur Erstreckungsebene der Beleuchtungseinheit 3 verlaufen, wobei die Lichtstrah lenbündel dann auf eine unterhalb der Beleuchtungseinheit 3 angeordnete Überwachungsoberfläche treffen. Bei der Überwachungsoberfläche handelt es sich hierbei um die Oberfläche eines Bodens, auf welchem eine Maschine 11 (z.B. ein Roboter) angeordnet ist. Der Überwachungsbereich 1 ergibt sich als der maximale durch die Vorrichtung überwachbare Bereich.

In der in Fig. 3(a) gezeigten Vorrichtung sind nur einige der Lichtquelleneinhei ten aktiviert. Diese emittieren nun Lichtstrahlenbündel, die ein aus mehreren Pixeln bestehendes Muster 9 auf die Überwachungsoberfläche abbilden, wel che letztlich eine Art linienförmige Begrenzung des Hauptsicherheitsbereichs auf der Überwachungsoberfläche markiert. Die Lichtstrahlenbündel bilden hierbei eine Art Lichtvorhang, der sich von der Beleuchtungseinheit 3 bis nach unten zur Überwachungsoberfläche erstreckt und entlang des Musters 9 um die Maschine 11 herum verläuft. Dieser Lichtvorhang stellt letztlich die äußere Begrenzung des Hauptsicherheitsbereichs dar, der auf diese Weise durch die emittierten Lichtstrahlen definiert wird. Der Hauptsicherheitsbereich umfasst hier somit sowohl den Bereich, den die Lichtstrahlenbündel passieren, d.h. den Bereich des Lichtvorhangs, als auch den vom Lichtvorhang eingegrenzten Bereich. Mit anderen Worten stellt das von der Beleuchtungseinheit abgebil dete Muster hier eine linienförmige Begrenzung des Hauptsicherheitsbereichs auf der Überwachungsoberfläche dar.

In Fig. 3(a) umfasst der Überwachungsbereich 1 einen Sicherheitsbereich 2. Aufgrund der Anordnung der Erfassungseinheit 4 umfasst der Sicherheitsbe reich 2 lediglich den durch die emittierten Lichtstrahlenbündel definierten Hauptsicherheitsbereich, d.h. der Hauptsicherheitsbereich entspricht hier dem Sicherheitsbereich 2. Die Position des Sicherheitsbereichs 2 wird letztlich dadurch festgelegt, dass nur bestimmte der Lichtquelleneinheiten aktiviert sind und Lichtstrahlenbündel emittieren, wohingegen die restlichen der Licht quelleneinheiten der Beleuchtungseinheit deaktiviert sind und somit keine Lichtstrahlenbündel emittieren.

Dadurch, dass die Lichtstrahlenbündel den Überwachungsbereich 1 nur an der Begrenzung des Sicherheitsbereichs 2 passieren, wird durch Vorrichtung nicht mehr registriert, wenn sich ein Objekt im Sicherheitsbereich innerhalb dieser Begrenzung bewegt, d.h. ohne in den Begrenzungsbereich zu gelangen. Bei spielsweise wird somit eine Bewegung eines Roboterarms der Maschine 11 nicht registriert und würde nicht zu einem Alarm oder einer Abschaltung der Maschine führen. Trotzdem würde aufgrund des lückenlosen Lichtvorhangs immer noch jegliches Eindringen (von außen) in den Sicherheitsbereich durch die Vorrichtung registriert werden.

Die Form, Position und Größe des Sicherheitsbereichs kann dynamisch zu je dem Zeitpunkt geändert bzw. angepasst werden. Aktive Lichtquelleneinheiten können dafür gegebenenfalls deaktiviert und inaktive Lichtquelleneinheiten gegebenenfalls aktiviert werden, um die neue Form, Position und Größe des Sicherheitsbereichs erreichen zu können. Die einzelnen Lichtquelleneinheiten der Beleuchtungseinheit können hierfür mit einer hohen Ansteuerungsrate, beispielweise 1kHz, aktiviert und deaktiviert werden. Für die Überwachung ei nes Sicherheitsbereichs zu einem bestimmten Zeitpunkt werden dann genau all die Lichtquelleneinheiten aktiviert, die zur Ausbildung des gewünschten Si cherheitsbereichs benötigt werden. Auf diese Weise kann der Sicherheitsbe- reich zu jedem Zeitpunkt dynamisch an die Bewegung der Maschine 11 ange passt werden, so dass der Sicherheitsbereich zu jedem Zeitpunkt die erforder liche Position, Form und Größe aufweist.

Fig. 3(b) zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Beleuchtungseinheit 3, einer Erfassungseinheit 4 sowie einer Auswertungseinheit 7. Die Beleuchtungseinheit 3 weist zehn rechteckige Beleuchtungsmodule 5 auf, wobei in der Mitte der Beleuchtungseinheit 3 eine Fläche, beispielsweise der Arbeitsbereich eines dort befindlichen Roboters, in einer Größe von etwa zwei Beleuchtungsmodulen freigelassen ist. Aufgrund der fehlenden Beleuchtungsmodule 5 in der Mitte der Beleuchtungseinheit 3, wird die Mitte des Raumes, welcher von dem Sicherheitsbereich 2 umgeben wird, nicht erfasst, da in diesem Bereich auch keine Überwachung erforderlich ist. Die Beleuchtungsmodule umfassen jeweils eine Vielzahl einzelner Licht quelleneinheiten, von denen dann einige zur Abbildung des linienförmigen Musters 9 aktiviert werden können, wobei die restlichen Lichtquelleneinhei ten inaktiv bleiben. Auch hier kann der Sicherheitsbereich z.B. in Abhängigkeit der aktuellen Roboterkonfiguration dynamisch angepasst werden.

Fig. 4(a) zeigt eine mögliche Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrich tung in einer Anlage 10. Dargestellt ist eine Seitenansicht der Anlage 10 mit ei nem feststehenden Maschinenteil 25 und eines darauf beweglich angeordne ten bzw. beweglichen Maschinenteils 15 sowie eines angebrachten, zu bear beitenden Werkstücks 20. Der bewegliche Maschinenteil 15 kann dabei ent lang des feststehenden Maschinenteils 25 bewegt werden. Die Bewegung des beweglichen Maschinenteils 15 muss aus Sicherheitsgründen überwacht wer den. Zu diesem Zweck ist eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung vorgesehen. Die Erfassungseinheit und Auswertungseinheit der Vorrichtung sind in Fig. 4(a) aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dar gestellt. Die Beleuchtungseinheit 3 ist am oberen Rand des beweglichen Ma schinenteils 15 angebracht und kann einzelne Reihen nebeneinander angeord neter Lichtquelleneinheiten aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass die Be leuchtungseinheit mehrere Reihen von Lichtquelleneinheiten, insbesondere 2 bis 5 Reihen, aufweisen kann. Die Lichtquelleneinheiten sind derart ausgerich tet, dass in einem entsprechenden Abstand, beispielsweise 50 cm, auf der Oberfläche des Bodens unterhalb der Maschine ein linienförmiges Muster ab gebildet wird, welches eine lückenlose Aneinanderreihung von Pixeln auf weist. Das linienförmige Muster zeigt hierbei die Begrenzung des Sicherheits bereichs auf der Bodenoberfläche an.

Fig. 4(b) zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Anlage 10, die der Anlage 10 aus Figur 4(a) ähnlich ist. Im Unterschied zu Figur 4(a) ist eine weitere Be leuchtungseinheit 3 am unteren Rand des beweglichen Maschinenteils ange bracht.

In Fig. 4(c) ist eine Draufsicht einer Anlage 10 gezeigt, bei der es sich um die Anlage 10 aus Fig. 4(a) oder um die Anlage 10 aus Fig. 4(b) handeln kann. Das linienförmige Muster 9, welches hier wie schon in Fig. 3(a) und Fig. 3(b) die Begrenzung des Sicherheitsbereichs auf der Oberfläche anzeigt, wird dabei von der Beleuchtungseinheit 3 auf die Oberfläche des Bodens, welche als Überwachungsoberfläche dient, abgebildet.

Fig. 5(a) zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung einer in der er findungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Beleuchtungseinheit 3 in der x-z Ebene. Die Lichtquelleneinheiten 6 sind in der Beleuchtungseinheit 3 in einem regelmäßigen Abstand dl entlang der x-Achse angeordnet und die Orthogo nalprojektionen der Strahlachsen sämtlicher Lichtstrahlenbündel 8 auf die x-z Ebene sind im Wesentlichen parallel zueinander.

Fig. 5(b) zeigt die Beleuchtungseinheit aus Fig. 5(a) in der y-z Ebene. Die Licht quelleneinheiten 6 sind in einem regelmäßigen Abstand d2 in der Beleuch tungseinheit 3 entlang der y-Achse angeordnet, wobei der Abstand d2 kleiner als der Abstand dl ist, d.h. d2<dl. Die Orthogonalprojektionen der Strahlach sen sämtlicher Lichtstrahlenbündel 8 auf die y-z Ebene sind nicht parallel zuei nander.

Figur 5(c) zeigt die Beleuchtungseinheit 3 aus Fig. 5(a) und Fig. 5(b) in der x-y Ebene. Der in dünnen Linien gezeichnete Teil der Figur stellt die räumliche An ordnung der Lichtquelleneinheiten 6 in der Beleuchtungseinheit 3 in der x-y Ebene dar. Der in dicken Linien gezeichnete Teil der Figur stellt den Bereich der Überwachungsoberfläche dar, auf welchem die Pixel des gesamten durch die Lichtquelleneinheiten erzeugten Musters abgebildet sind. Dadurch, dass die Orthogonalprojektionen der Strahlachsen auf die z-y Ebene nicht parallel zueinander verlaufen, ist die Ausdehnung des genannten Bereichs auf der Überwachungsoberfläche entlang der y-Achse größer als die Ausdehnung der Beleuchtungseinheit 3 in derselben Dimension.

Bezugszeichenliste:

1 Überwachungsbereich

2 Sicherheitsbereich

3 Beleuchtungseinheit

4 Erfassungseinheit

5 Beleuchtungsmodul

6 Lichtquelleneinheit

7 Auswertungseinheit

8 Lichtstrahlenbündel

9 Muster

10 Anlage

11 Maschine

15 Bewegliches Maschinenteil

20 Werkstück

25 Feststehendes Maschinenteil

30 Nicht überwachter Bereich

40 Projektor

41 Projektor-Sichtbereich

50 Kamera

51 Kamera-Sichtbereich