DE102004031678A1

DE102004031678A1 - Sicherungsverfahren und Sicherungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004031678A1
Application number: DE200410031678
Authority: DE
Inventors: Ingolf Braune; Dieter Brodd
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sicherungsverfahren, insbesondere für optoelektronische Erfassungseinrichtungen zur Absicherung von Gefahrenbereichen an Bearbeitungsmaschinen, bei dem ein zu sichernder Bereich mittels wenigstens eines Sensors überwacht wird, vom Sensor bereitgestellte Überwachungsdaten verarbeitet werden und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Verarbeitung eine den zu sichernden Bereich betreffende Entscheidung getroffen wird, wobei der Datenfluss zwischen dem Sensor und der Entscheidungsfindung über wenigstens zwei von zumindest einer integrierten Schaltung, insbesondere einer programmierbaren Logikschaltung, bereitgestellte logische Verarbeitungskanäle geleitet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Sicherungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherungsverfahren sowie eine Sicherungsvorrichtung, insbesondere für optoelektronische Erfassungseinrichtungen zur Absicherung von Gefahrenbereichen an Bearbeitungsmaschinen.

Beispielsweise an Bearbeitungsmaschinen wie z.B. Biegepressen, deren Betrieb für Menschen und Investitionsgüter eine Gefahr darstellen kann, werden zur Absicherung der Gefahrenbereiche optoelektronische Erfassungseinrichtungen oder Sensoren wie beispielsweise Lichtgitter eingesetzt, die ein gleichbleibendes oder in Abhängigkeit vom Arbeitsablauf der Maschine veränderliches Schutzfeld beispielsweise zwischen Werkzeugteilen der Maschine definieren und beim Eindringen von unzulässigen bzw. unerwarteten Objekten in das Schutzfeld entsprechende Maßnahmen wie insbesondere das Stoppen der Maschine einleiten.

An die Verarbeitung der von der Erfassungseinrichtung bzw. von dem Sensor gelieferten Überwachungsdaten werden in der Praxis aufgrund der Tatsache, dass es sich um einen sicherheitsrelevanten Bereich handelt, sowohl hinsichtlich der Zuverlässigkeit als auch der Ansprechzeit hohe Anforderungen gestellt. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, da die für die Bereichsabsicherung verwendeten Sensoren häufig mit Bilderfassungseinrichtungen ausgestattet sind, so dass vergleichsweise aufwändige Bildverarbeitungsprozesse durchgeführt werden müssen, was bedeutet, dass nicht nur sehr große Datenmengen verarbeitet werden müssen, sondern außerdem zum Teil hochkomplexe Algorithmen zum Einsatz kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherungsverfahren und eine Sicherungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auch bei großen Datenmengen und aufwändigen Datenverarbeitungsprozessen eine schnelle, zuverlässige und insbesondere hohe Sicherheitsanforderungen erfüllende Datenverarbeitung ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zum einen durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs und insbesondere dadurch, dass ein zu sichernder Bereich mittels wenigstens eines Sensors überwacht wird, vom Sensor bereitgestellte Überwachungsdaten verarbeitet werden, und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Verarbeitung eine den zu sichernden Bereich betreffende Entscheidung getroffen wird, wobei der Datenfluss zwischen dem Sensor und der Entscheidungsfindung über wenigstens zwei von zumindest einer integrierten Schaltung bereitgestellte logische Verarbeitungskanäle geleitet wird.

Zum anderen erfolgt die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und insbesondere dadurch, dass wenigstens ein Sensor zur Überwachung eines zu sichernden Bereiches, eine Einrichtung zur Verarbeitung von mittels des Sensors bereitgestellten Überwachungsdaten und zum Treffen einer den zu sichernden Bereich betreffenden Entscheidung in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Datenverarbeitung, und zumindest ein in Abhängigkeit von der Entscheidung ansteuerbarer Signalausgang vorgesehen sind, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung zumindest eine integrierte Schaltung umfasst, die wenigstens zwei logische Verarbeitungskanäle für den Datenfluss vom Sensor zum Signalausgang aufweist.

Erfindungsgemäß wird der Datenfluss über wenigstens eine integrierte Schaltung geleitet, die zumindest zwei logische Verarbeitungskanäle für den Datenfluss bereitstellt. Die Datenverarbeitung erfolgt erfindungsgemäß also in mehreren logischen Kanälen. Es kann genau eine integrierte Schaltung vorgesehen sein. Alternativ können mehrere integrierte Schaltungen hintereinander im Datenfluss vorgesehen sein, wobei eine oder mehrere dieser Schaltungen jeweils mehrere logische Kanäle für die Datenverarbeitung bereitstellen.

Durch eine derartige mehrkanalige Datenflussmaschine kann die vorteilhafte Möglichkeit geschaffen werden, durch eine geschickte Ausgestaltung der integrierten Schaltung frühzeitig eine Datenreduktion und damit eine Reduzierung der insgesamt benötigten Datenverarbeitungszeit zu erzielen.

Zur Bereitstellung der logischen Verarbeitungskanäle kann insbesondere eine programmierbare Logikschaltung vorgesehen sein. Bevorzugt wird hierfür ein FPGA (Field Programmable Gate Array) oder eine CPLD (Complex Programmable Logic Device) eingesetzt. Derartige Logikschaltungen sind in Form preisgünstiger Standardbausteine erhältlich und können in Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation durch entsprechende Programmierung optimal an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden, so dass einer insbesondere in den Empfänger des Überwachungssensors integrierten Datenverarbeitungseinrichtung eine perfekt auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Organisation der Schaltungsstruktur verliehen werden kann.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in den logischen Kanälen jeweils zumindest im Wesentlichen die gleichen Überwachungsdaten verarbeitet werden. Bevorzugt werden die Überwachungsdaten in den logischen Kanälen parallel verarbeitet. Ferner ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass die Überwachungsdaten in den logischen Kanälen in zumindest im Wesentlichen identischer oder diversitärer Weise verarbeitet werden.

Erfindungsgemäß können die vom Sensor gelieferten Überwachungsdaten also vor der von der integrierten Schaltung gebildeten Verarbeitungsstufe vervielfältigt und anschließend in den logischen Kanälen zeitgleich in identischer Weise verarbeitet werden.

Bei den logischen Kanälen kann es sich insbesondere um in jeder Hinsicht gleichberechtigte Verarbeitungskanäle handeln.

Bevorzugt bildet die die logischen Kanäle bereitstellende integrierte Schaltung die erste Datenverarbeitungsstufe, die dem Sensor nachgeordnet ist.

Ferner ist erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehen, dass die logischen Kanäle die Datenverarbeitung nicht unabhängig voneinander durchführen. Vielmehr wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, für die Erarbeitung des Verarbeitungsergebnisses die logischen Kanäle gemeinsam zu berücksichtigen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Ergebnisse und/oder Zwischenergebnisse der jeweils in den logischen Kanälen erfolgenden Datenverarbeitungen an wenigstens einer Stelle miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann durch die Verarbeitung der Überwachungsdaten ein besonders hohes Sicherheitsniveau realisiert werden.

Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei während der Datenverarbeitung erkannten Fehlern oder Störungen eine Vorentscheidung getroffen und wenigstens ein Signalausgang mit einem Sicherheitssignal, insbesondere einem Abschaltsignal, beaufschlagt werden. Die Datenverarbeitung kann also gegenüber einem Normalbetrieb vorzeitig abgebrochen werden, wenn festgestellt wird, dass ein unerwarteter oder ein von zulässigen Zuständen abweichender Zustand vorliegt, der dann insbesondere als Fehler oder Störung interpretiert werden und zu entsprechenden Gegenmaßnahmen führen kann.

Dabei kann der Signalausgang von einer Stelle aus angesteuert werden, an der die Vorentscheidung getroffen wird. Hierdurch kann besonders schnell auf das Auftreten z.B. von Fehlern bzw. Störungen reagiert werden.

Ferner ist bevorzugt nicht nur die die logischen Kanäle bereitstellende integrierte Schaltung selbst, sondern auch außerdem zumindest eine der integrierten Schaltung nachgeordnete Verarbeitungsstufe mehrkanalig ausgebildet. Im Anschluss an die mehrkanalige integrierte Schaltung kann die Datenverarbeitung erneut oder weiterhin mehrkanalig durchgeführt werden. Insbesondere ist die gesamte erfindungsgemäße Datenflussmaschine durchgehend mehrkanalig ausgelegt.

Vorzugsweise sind die logischen Kanäle in einem einzigen elektronischen Baustein vorgesehen, beispielsweise einem FPGA oder einer CPLD, wie vorstehend bereits erwähnt.

Eine der integrierten Schaltung nachgeordnete, zum Treffen der Entscheidung ausgebildete Steuereinrichtung kann insbesondere von einem Mi kocontroller oder einem digitalen Signalprozessor gebildet sein. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ebenfalls mehrkanalig ausgebildet.

Ferner kann die Datenverarbeitungsstrecke derart ausgelegt sein, dass der Signalausgang von mehreren Stellen im Datenfluss aus ansteuerbar ist. Insbesondere kann der Signalausgang sowohl mittels der integrierten Schaltung selbst als auch mittels einer der integrierten Schaltung nachgeordneten Steuereinrichtung angesteuert werden, um beispielsweise für ein Abschalten der jeweiligen Bearbeitungsmaschine zu sorgen.

Der Signalausgang kann insbesondere vom OSSD-Typ sein (OSSD = Output Signal Switching Device).

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur schematisch ein mögliches Ausführungsbeispiel einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden erfindungsgemäßen Sicherungsvorrichtung zeigt.
Die erfindungsgemäße Sicherungsvorrichtung 11 kann beispielsweise an einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine angeordnet werden und umfasst eine Sendeeinheit 21 sowie eine eine Optikeinheit 25 und eine Datenverarbeitungseinrichtung 17 umfassende Empfangseinheit 23. Sender 21 und Empfänger 23 sind durch eine Steuerleitung 27 und eine Versorgungsleitung 29 miteinander verbunden.
Bei der im Folgenden auch einfach als Sensor bezeichneten Sicherungseinrichtung 11 kann es sich beispielsweise um ein Lichtgitter handeln, wobei im Folgenden jedoch nicht näher auf die konkrete Ausgestaltung des Sensors 11 eingegangen werden soll, da die vorliegende Anmeldung im Wesentlichen die Datenverarbeitung des Sensors 11 betrifft, die grundsätzlich unabhängig von der Auslegung des Sensors 11 ist.
Die als Strahlungsquelle beispielsweise eine Lasereinheit 31 sowie eine nachgeordnete Optikeinheit 33 umfassende Sendeeinheit 21 sendet elektromagnetische Strahlung 39 aus, die einen nicht näher dargestellten zu sichernden Bereich oder Gefahrenbereich an einer Bearbeitungsmaschine durchquert und hierdurch ein Schutzfeld definiert. Die Strahlung 39 wird in der Optikeinheit 25 des Empfängers 23 mittels optischer Einrichtungen 35 einer im Folgenden auch als Imager bezeichneten Abbildungseinrichtung 37 zugeführt, die beispielsweise von einer CCD- oder CMOS-Matrix gebildet wird, grundsätzlich aber beliebig und z.B. auch lediglich als einzeiliger Bildaufnehmer ausgestaltet sein kann. Die Abbildungseinrichtung 37 kann auch von einem Array von Fotoempfängern gebildet werden.
Die von der zur Bildaufnahme dienenden Abbildungseinrichtung 37 bereitgestellten Überwachungsdaten werden ausgelesen und einer nachgeordneten, im Folgenden näher beschriebenen Datenverarbeitungseinrichtung 17 zugeführt, deren erste Verarbeitungsstufe von einem einzigen programmierbaren elektronischen Baustein als Logikschaltung gebildet ist, der z. B. in Form eines FPGA vorgesehen ist, alternativ aber beispielsweise auch als CPLD ausgebildet sein kann. Diese programmierbare Logikschaltung 13 ist derart programmiert, dass für die Überwachungsdaten der Abbildungseinrichtung 37 mehrere – in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei – logische Verarbeitungskanäle A, B bereitgestellt werden, denen jeweils die gleichen Überwachungsdaten gleichzeitig zugeführt werden. Die Imagerdaten werden also vor Eintritt in den FPGA 13 an einer in der Figur als Knotenpunkt gezeigten Stelle vervielfältigt.
In dieser ersten Stufe der erfindungsgemäßen mehrkanaligen Datenflussmaschine kann durch entsprechende Programmierung der logischen Kanäle A, B eine erste Datenreduktion erzielt werden, so dass in den hier jeweils von einem Mikrocontroller gebildeten, die nächsten Verarbeitungsstufen bildenden Steuereinrichtungen 19a, 19b eine reduzierte Datenrate ansteht.
Die Controller 19a, 19b können für eine Bilddatenverarbeitung auf höherem Niveau ausgelegt sein, bei der insbesondere logische Aspekte betont werden. In den beiden Controllern 19a, 19b erfolgt die Verarbeitung der von den logischen Kanälen A, B des FPGA 13 stammenden, identischen Überwachungsdaten weiterhin parallel und in identischer oder ähnlicher Weise.
Jeder Controller 19a, 19b ist grundsätzlich in der Lage, auf der Basis eines von ihm selbst gelieferten Ergebnisses der Datenverarbeitung eine Entscheidung beispielsweise darüber zu treffen, ob aufgrund der im zu sichernden Bereich "gesehenen" Verhältnisse eine Abschaltung der zu sichernden Bearbeitungsmaschine zu initiieren ist oder nicht. In diesem Fall wird von dem Controller 19a bzw. 19b ein sicherheitsgerichteter Signalausgang 15a bzw. 15b insbesondere vom OSSD-Typ angesteuert. Die beiden Kanäle der erfindungsgemäßen Datenflussmaschine sind insofern gleichberechtigt.
Eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Datenflussmaschine besteht darin, dass zwischen den beiden parallelen Kanälen A, B an verschiedenen Stellen eine Kommunikation derart möglich ist, dass sich die beiden Kanäle gewissermaßen gegenseitig kontrollieren und das Nichtübereinstimmen von Zwischenergebnissen und/oder Ergebnissen als unzulässigen Zustand, insbesondere als Fehler oder Störung, interpretie ren, woraufhin eine entsprechende Sicherheitsmaßnahme – z.B. der vorstehend bereits erwähnte Abschaltvorgang – eingeleitet werden kann, indem einer der Signalausgänge 15a, 15b entsprechend angesteuert wird.
Hierzu ist vorgesehen, dass die Signalausgänge 15a, 15b nicht nur von den Controllern 19a, 19b, sondern ggf. auch direkt von dem die erste Datenverarbeitungsstufe darstellenden FPGA 13 angesteuert werden können, und zwar von jedem der beiden logischen Kanäle A, B aus.
Diese "interne Vernetzung" der erfindungsgemäßen Datenflussmaschine ist in der Figur durch die nicht mit separaten Bezugszeichen versehenen Pfeile angedeutet.

11: Sensor
13: integrierte Schaltung, programmierbare Logikschaltung, FPGA
15: Signalausgang
17: Datenverarbeitungseinrichtung
19: Steuereinrichtung
21: Sendeeinheit
23: Empfangseinheit
25: Optikeinheit
27: Steuerleitung
29: Versorgungsleitung
31: Lasereinheit
33: Optikeinheit
35: optische Einrichtungen
37: Abbildungseinrichtung, Imager, CCD-Matrix
39: Strahlung

Claims

Sicherungsverfahren, insbesondere für optoelektronische Erfassungseinrichtungen zur Absicherung von Gefahrenbereichen an Bearbeitungsmaschinen, bei dem – ein zu sichernder Bereich mittels wenigstens eines Sensors (11) überwacht wird, – vom Sensor (11) bereitgestellte Überwachungsdaten verarbeitet werden, und – in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Verarbeitung eine den zu sichernden Bereich betreffende Entscheidung getroffen wird, wobei der Datenfluss zwischen dem Sensor (11) und der Entscheidungsfindung über wenigstens zwei von zumindest einer integrierten Schaltung (13), insbesondere einer programmierbaren Logikschaltung, bereitgestellte logische Verarbeitungskanäle (A, B) geleitet wird.
Sicherungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den logischen Kanälen (A, B) jeweils zumindest im Wesentlichen die gleichen Überwachungsdaten verarbeitet werden.
Sicherungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsdaten in den logischen Kanälen (A, B) parallel verarbeitet werden.
Sicherungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsdaten in den logischen Kanälen (A, B) in zumindest im Wesentlichen identischer oder diversitärer Weise verarbeitet werden.
Sicherungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erarbeitung des Ergebnisses die logischen Kanäle (A, B) gemeinsam berücksichtigt werden.
Sicherungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ergebnisse und/oder Zwischenergebnisse der jeweils in den logischen Kanälen (A, B) erfolgenden Datenverarbeitungen an wenigstens einer Stelle miteinander verglichen werden.
Sicherungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei während der Datenverarbeitung erkannten Fehlern oder Störungen eine Vorentscheidung getroffen und wenigstens ein Signalausgang (15) mit einem Sicherheitssignal, insbesondere einem Abschaltsignal, beaufschlagt wird.
Sicherungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorentscheidung vor dem einem Normalbetrieb entsprechenden Ende des Datenflusses getroffen wird.
Sicherungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (15) von einer Stelle aus angesteuert wird, an der die Vorentscheidung getroffen wird.
Sicherungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der logischen Kanäle (A, B) durch eine Vorverarbeitung der Überwachungsdaten eine Datenreduktion vorgenommen wird.
Sicherungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an die mehrkanalige integrierte Schaltung (13) die Datenverarbeitung erneut oder weiterhin mehrkanalig durchgeführt wird.
Sicherungsvorrichtung, insbesondere für optoelektronische Erfassungseinrichtungen zur Absicherung von Gefahrenbereichen an Bearbeitungsmaschinen, mit – wenigstens einem Sensor (11) zur Überwachung eines zu sichernder Bereiches, – einer Einrichtung (17) zur Verarbeitung von mittels des Sensors (11) bereitgestellten Überwachungsdaten und zum Treffen einer den zu sichernden Bereich betreffenden Entscheidung in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Datenverarbeitung, und – zumindest einem in Abhängigkeit von der Entscheidung ansteuerbaren Signalausgang (15), wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (17) zumindest eine integrierte Schaltung (13), insbesondere eine programmierbare Logikschaltung, umfasst, die wenigstens zwei logische Verarbeitungskanäle (A, B) für den Datenfluss vom Sensor (11) zum Signalausgang (15) aufweist.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die logischen Kanäle in einem einzigen elektronischen Baustein (13) vorgesehen sind.
Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (13) in Form eines CPLD oder FPGA vorgesehen ist.
Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierten Schaltung (13) eine zum Treffen der Entscheidung ausgebildete Steuereinrichtung (19) nachgeordnet ist.
Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der integrierten Schaltung (13) nachgeordnete Verarbeitungsstufe (19, 17), insbesondere eine Steuereinrichtung, ebenfalls mehrkanalig ausgebildet ist.
Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (15) von mehreren Stellen im Datenfluss aus ansteuerbar ist, insbesondere sowohl mittels der integrierten Schaltung (13) als auch mittels einer der integrierten Schaltung (13) nachgeordneten Steuereinrichtung (19).
Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden logischen Kanal (A, B) ein separater Signalausgang (15) vorgesehen ist.
Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden logischen Kanal (A, B) eine separate, zum Treffen der Entscheidung ausgebildete Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist.
Sicherungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalausgang (15) vom OSSD-Typ ist.