DE102008052579A1

DE102008052579A1 - Safety system for working device, comprises unit and camera which is arranged at unit, where movement of unit is monitored by camera, based on degree of freedom of unit

Info

Publication number: DE102008052579A1
Application number: DE102008052579A
Authority: DE
Inventors: Joachim Franek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22

Abstract

The safety system comprises a unit and a camera (8) which is arranged at the unit. The movement of the unit is monitored by the camera, based on the degree of freedom of the unit, which comprises one or more spatial coordinates, angular positions, speed and acceleration. The camera image displays the surrounding of the unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem für eine Arbeitsvorrichtung, die mindestens eine Einrichtung aufweist, die mit einem Freiheitsgrad oder mehreren Freiheitsgraden bewegbar ist, und mit mindestens einer Kamera, die die Bewegung der Einrichtung überwacht, wobei dann, wenn die Bewegung der Einrichtung statische oder dynamische Grenzwerte überschreitet, die Arbeitsvorrichtung abgeschaltet wird.The The present invention relates to a security system for a working device having at least one device, which is movable with one degree of freedom or several degrees of freedom, and with at least one camera monitoring the movement of the device, wherein if the movement of the device is static or dynamic Exceeds limits, the working device switched off becomes.

Ein solches Sicherheitssystem ist aus der DE 10 2006 038 795 A1 bekannt. In dieser Druckschrift wird eine Überwachungsvorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben, wobei diese Laserbearbeitungsvorrichtung eine oder mehrere Laserstrahlen aufweist, der oder die jeweils in einer vorgegebenen, einstellbaren Bahnkurve entlang eines Werkstücks verfahren werden, um das Werkstück beispielsweise durch Schweißen, Löten, Schneiden oder Bohren zu bearbeiten. Die Überwachungsvorrichtung umfasst einen Sensor oder mehrere Sensoren, die räumlich um die Laserbearbeitungsvorrichtung herum angeordnet sind und den Raumbereich entlang der Bearbeitungsbahn des Laserstrahls überwachen und mit der vordefinierten Bearbeitungsbahn vergleichen. Bei einer Abweichung von der vordefinierten Bearbeitungsbahn innerhalb von Grenzwerten erfolgt eine Abschaltung der Anlage. Die räumlich um die Bearbeitungsvorrichtung verteilten Sensoren erfordern einen bestimmten Abstand von der Bearbeitungszone und somit erfordert diese Überwachungsvorrichtung einen entsprechenden Raumbedarf um die Laserbearbeitungsvorrichtung herum.Such a security system is out of the DE 10 2006 038 795 A1 known. This document describes a monitoring device for a laser processing device, this laser processing device having one or more laser beams which are respectively moved in a predetermined, adjustable trajectory along a workpiece to process the workpiece, for example by welding, soldering, cutting or drilling , The monitoring device comprises one or more sensors spatially arranged around the laser processing device and monitoring the spatial region along the processing path of the laser beam and comparing it with the predefined processing path. If there is a deviation from the predefined machining path within limit values, the system is shut down. The spatially distributed around the processing device sensors require a certain distance from the processing zone and thus this monitoring device requires a corresponding space around the laser processing device around.

An die Sicherheit von Arbeitsvorrichtungen, insbesondere solchen, die Laser einsetzen, werden zunehmend höhere Anforderungen gestellt, da die Leistungsdichte von Lasern zunimmt und die Strahlqualität ständig verbessert wird. Die heute eingesetzten Laser bzw. deren Strahlung ist nicht nur für Personen kritisch, die im Bereich dieser Laser arbeiten, sondern auch für die baulichen Strukturen um die Laser oder Laserbearbeitungsvorrichtungen herum, die bereits in kürzesten Zeiträumen dann beschädigt werden können, wenn die Laserstrahlung, beispielsweise in einem Störfall, auf diese Strukturen treffen sollte.At the safety of working devices, in particular those which Using lasers are becoming increasingly demanding As the power density of lasers increases and the beam quality increases is constantly being improved. The lasers used today or their radiation is critical not only for persons who work in the field of these lasers, but also for the Structural structures around the laser or laser processing devices around, which is already in the shortest periods then can be damaged if the laser radiation, For example, in an accident, on these structures should meet.

Teilweise sind passive Schutzmaßnahmen nicht mehr möglich oder erfordern Abstände, die in der heutigen Produktion sehr viel Fläche erfordern würden, die unter dem zunehmenden Kostendruck nicht immer zur Verfügung steht.Partially passive protective measures are no longer possible or require gaps in today's production would require a lot of area under the Increasing cost pressures are not always available.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitssystem für eine Arbeitsvorrichtung zu schaffen, das äußerst wirkungsvoll ist, aber keinen wesentlichen Raum beispielsweise im Bereich einer Laserbearbeitungsvorrichtung erfordert, und das in einfacher Weise und unter geringem Installationsaufwand in Verbindung mit unterschiedlichen Arbeitsvorrichtungen einsetzbar ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a security system to create a working device that is extremely is effective, but no essential space for example in the Requires area of a laser processing device, and the in easy way and with little installation effort in connection with different working devices can be used.

Diese Aufgabe wird bei einem Sicherheitssystem mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass die mindestens eine Kamera an der Einrichtung angeordnet ist, dass die Bewegung der Einrichtung über die an dieser angeordneten Kamera in Bezug auf ausgewählte Freiheitsgrade der Einrichtung, die einen oder mehrere von räumlichen Koordinaten, Winkelstellungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen umfassen, aufgrund der aufgenommenen Kamerabilder, die die Umgebung der Einrichtung abbilden, ermittelt wird und dass die Abschaltung der Einrichtung erfolgt, wenn die Bewegung der Einrichtung in Bezug auf die ausgewählten Freiheitsgrade die Grenzwerte überschreitet.These Task is in a security system with the aforementioned Characteristics solved in that the at least one camera arranged at the device is that the movement of the device over the camera arranged with respect to selected ones Degrees of freedom of the device, one or more of spatial coordinates, Including angular positions, speeds and accelerations, due to the captured camera images surrounding the device map, is determined and that the shutdown of the device occurs when the movement of the device in relation to the selected degrees of freedom exceeds the limits.

Mit einem solchen Sicherheitssystem wird sichergestellt, dass beispielsweise, in Verbindung mit einem Laserbearbeitungssystem, ein aus einem Fokussierkopf an einem Handhabungssystem (z. B. eines Knickarmroboters) austretender Laserstrahl nicht durch eine Fehlfunktion oder Fehlbedienung des Handhabungssystems in eine Position oder Richtung gelenkt werden kann, die insbesondere für Personen gefährlich ist. In einem solchen Fall wird durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem die Laseremission der Strahlquelle unterbrochen. In anderen Fällen kann die Bewegung der Handhabungseinrichtung unterbrochen werden.With such a security system ensures that, for example, in conjunction with a laser processing system, one from a focusing head emerging from a handling system (eg, an articulated robot) Laser beam is not caused by a malfunction or incorrect operation of the Handling system are directed in a position or direction can be dangerous, especially for people is. In such a case, by the inventive Security system interrupted the laser emission of the beam source. In other cases, the movement of the handling device to be interrupted.

Durch die an der Arbeitsvorrichtung, die mit einem oder mehreren Freiheitsgraden bewegbar ist, bei der es sich beispielsweise um einen Laserfokussierkopf handeln kann, angebrachte Kamera wird die Umgebung beobachtet. Aus den mit der Kamera aufgenommen Bildern der Merkmale der Umgebung, zum Beispiel einer Kante oder eines bestimmten Gegenstands, deren Positionen festgelegt sind, wird dann die Kameraposition berechnet.By those at the working device, with one or more degrees of freedom is movable, which is for example a Laserfokussierkopf Camera is installed, the environment is observed. Out the images taken with the camera of the characteristics of the environment, for Example of an edge or a specific object, their positions are fixed, then the camera position is calculated.

In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Kamera derart an der Einrichtung befestigt, dass sie die Bewegungen der Einrichtung in fester sich nicht verändernder Zuordnung zu der Einrichtung ausführt. Mit einer solchen fest an der Arbeitsvorrichtung verschraubten Kamera können die Position der Kamera und die Winkelorientierung, zum Beispiel der letzten Roboterachse, bestimmt werden. Dabei ist besonders die Winkelstellung von Bedeutung, da dadurch im Falle einer Lasermaterialbearbeitungsanlage die Strahlrichtung festgestellt werden kann. Eine solche Anordnung, bei der sich die Kamera mit der Arbeitsvorrichtung mit bewegt und somit zeitlich unterschiedliche Bilder der Umgebung aufnimmt, sollte immer dann angewandt werden, wenn die Umgebung hinreichend viele erkennbare Merkmale besitzt.In one embodiment, the at least one camera is attached to the device such that it performs the movements of the device in fixed, non-changing association with the device. With such a firmly screwed to the working device camera, the position of the camera and the angular orientation, for example, the last robot axis can be determined. In this case, the angular position is particularly important, since in the case of a laser material processing system, the beam direction can be determined. Such an arrangement, in which the camera with the working device moves with and thus takes time-different images of the environment, should be applied whenever the environment has sufficiently many recognizable features.

In einer weiteren Ausführung kann die mindestens eine Kamera in Bezug auf die ausgewählten Freiheitsgrade beweglich an der Einrichtung angeordnet werden. Das bedeutet, dass die Kamera ihre Orientierung zeitlich relativ zu der sich bewegenden Einrichtung ändert und aus den sich ändernden Werten der ausgewählten Freiheitsgrade die Grenzwerte überwacht werden. Eine derartige Anordnung sollte dann eingesetzt werden, wenn in der Umgebung – die die Kamera betrachtet – wenige erkennbare Merkmale vorhanden sind.In In another embodiment, the at least one camera movable with respect to the selected degrees of freedom be arranged on the device. That means the camera their orientation changes in time relative to the moving device and from the changing values of the selected ones Degrees of freedom the limits are monitored. Such Arrangement should be used when in the environment - the looking at the camera - few recognizable features available are.

Sind die Kameras beweglich zur Handhabungseinrichtung befestigt und werden sie so ausgerichtet, dass sie ein bestimmtes Merkmal in der Umgebung beobachten, so kann aus einer Verschiebung oder dem Verschwinden des Merkmals aus dem Gesichtsfeld der Kamera auf eine fehlerhafte Bewegung des Handhabungssystems geschlossen werden und eine entsprechende Reaktion, beispielsweise das Auslösen eines Nothalts oder das Abschalten der Lasereinrichtung, erfolgen.are the cameras are movably attached to the handling device and become They are oriented so that they have a specific feature in the environment Watching may result from a shift or disappearance of the feature from the field of view of the camera on a faulty Movement of the handling system will be closed and an appropriate Reaction, for example triggering an emergency stop or the shutdown of the laser device, done.

In einer bevorzugten Ausführung des Sicherheitssystems werden mindestens zwei Kameras eingesetzt, die annähernd nebeneinander angeordnet sind. Durch Anwendung von Algorithmen der Stereovision können dann die Freiheitsgrade in Bezug auf Position und Winkelorientierung der Kameras über eine Bildverarbeitung bestimmt werden, um dann zulässige Positions- und Winkelorientierungen zu ermitteln. Falls zulässige Werte überschritten werden, erfolgt eine Abschaltung der Einrichtung. Diese beiden Kameras können unmittelbar an der Einrichtung angeordnet werden, die sich mit den verschiedenen Freiheitsgraden bewegt.In a preferred embodiment of the security system At least two cameras are used, which are almost next to each other are arranged. By using algorithms of stereo vision then the degrees of freedom in terms of position and Angular orientation of the cameras via image processing be determined, then allowable position and angle orientations to investigate. If permissible values are exceeded be done, there is a shutdown of the device. These two cameras can be placed directly on the device, which moves with the different degrees of freedom.

Um, im Vergleich zu den Algorithmen der Stereovision, einfache Algorithmen der Bildverarbeitung, zum Beispiel einer Kantendetektion, die Position und Winkelorientierung der Kameras im Bearbeitungsraum des Handhabungssystems zu bestimmen, sollten zwei Kameras eingesetzt werden, die annähernd orthogonal zueinander angeordnet sind.Around, Compared to the algorithms of stereo vision, simple algorithms Image processing, for example, an edge detection, the position and angular orientation of the cameras in the processing room of the handling system To determine two cameras should be used, which approximate are arranged orthogonal to each other.

Um zu erreichen, dass durch Lichtemission des Bearbeitungsprozesses – z. B. beim Schweißen – keine Blendwirkung eintritt, können Kameras mit logarithmischem Empfindlichkeitsverlauf verwendet werden.Around to achieve that by light emission of the machining process -. B. when welding - no glare occurs can cameras with logarithmic sensitivity be used.

Weiterhin kann es in bestimmten Fällen von Vorteil sein, eine Kamera einzusetzen, die ermöglicht, ein Teilbild deren Flächensensors auszulesen.Farther In certain cases, it can be advantageous to have a camera which allows a partial image of their area sensor read.

Hierdurch wird eine Verringerung der Datenmenge, die zu verarbeiten ist, vorgenommen, so dass die Anforderungen an die Rechenzeit sinken. Andererseits ist der Einsatz einer erhöhten Bildfrequenz möglich, was zu einem schnelleren Ansprechen bzw. einer schnelleren Reaktion des Sicherheitssystems führt.hereby a reduction in the amount of data to be processed is made, so that the demands on the computing time decrease. on the other hand is the use of an increased frame rate possible, resulting in a faster response or a faster response of the security system.

Falls die zu erkennenden Merkmale bei der Bewegung der Einrichtung im Bildfeld der Kamera verschoben werden, sollte die mindestens eine Kamera eine solche sein, die ermöglicht, das Teilbild zeitabhängig zu verschieben.If the features to be recognized in the movement of the device in the Image field of the camera should be moved, the at least one Camera be such that allows the subpicture time dependent to move.

Um ein schnelles Einrichten des Sicherheitssystems auch dann, wenn sich der Einsatzort und die Umgebungsbedingungen ändern, zu ermöglichen, sollten die Grenzwerte, die eine Sicherheitszone festlegen bzw. für die Sicherheit relevant sind, durch einen Lernmodus festgelegt werden.Around a quick setup of the security system even if the location and the environmental conditions change, To allow, the limits should be a safety zone or are relevant to safety set a learning mode.

Solche Grenzwerte können auch aus einem Vergleich zwischen der Bewegungsposition der Einrichtung, die sich aus einer Programmvorgabe ergibt, und den Werten, die über die mindestens eine Kamera ermittelt werden, abgeleitet werden.Such Limits may also be a comparison between the Movement position of the device resulting from a program default yields, and the values, over the at least one camera be derived.

Durch einen dynamischen Vergleich des ablaufenden CNC-Programms mit der detektierten Position und Winkelorientierung der Kameras ist es möglich, die Fehlergrenzen, die zum Erzeugen einer Fehlermeldung führen, dynamisch festzulegen.By a dynamic comparison of the running CNC program with the detected position and angular orientation of the cameras it is possible the error limits that lead to the generation of an error message, set dynamically.

Für eine vereinfachte und schnelle Bildauswertung werden Marken und/oder Leuchtpunkte im Sichtfeld der Kamera(s) angebracht, die dann durch die Kamera(s) erfasst werden.For a simplified and fast image analysis will be trademarks and / or Luminous dots in the field of view of the camera (s) attached, which then through the Camera (s) are detected.

Eine mögliche Alternative wäre auch diejenige, dass eine Projektion von Mustern in das mögliche Bildfeld der Kamera(s) erfolgt, die dann durch die Kamera(s) erfasst werden.A possible alternative would be the one that a projection of patterns into the possible field of view of the Camera (s) takes place, which are then detected by the camera (s).

Solche Marken können aus Reflektoren bestehen, die angestrahlt werden. Bei einer Beleuchtung aus der Kamerarichtung ergibt sich ein kontrastreiches Bild. Entsprechend den Anforderungen, insbesondere den Umgebungsbedingungen, könnte die Beleuchtung dabei inkohärent, teilkohärent oder kohärent sein.Such Brands can consist of reflectors that are illuminated become. When lighting from the camera direction results a high-contrast picture. According to the requirements, in particular the ambient conditions, the lighting could be there incoherent, partially coherent or coherent be.

Das Objektiv der mindestens einen Kamera kann eine Entfernungseinstellung besitzen, die durch die Ergebnisse der Bildauswertung gesteuert wird, so dass auch bei großen Distanzänderungen immer ein scharfes Bild zur Auswertung bereitsteht.The Lens of the at least one camera can be a distance setting own, controlled by the results of image analysis will, so even with large distance changes always a sharp picture ready for evaluation.

Falls das Objektiv der mindestens einen Kamera als Zoom-Objektiv ausgebildet wird, können die Merkmale der Umgebung, die für die Auswertung erfasst werden, mit veränderlicher Größe abgebildet werden.If the lens of the at least one camera is designed as a zoom lens can, the characteristics of the environment, which for the evaluation will be recorded, with variable size be imaged.

Ein solches Zoom-Objektiv ist auch dann von Vorteil, wenn ein möglichst großer Bereich um die Arbeitsvorrichtung herum überwacht werden soll. Befinden sich bestimmte Merkmale, die erfasst werden müssen, in sehr unterschiedlichen Abständen zu den Kameras, so können sie nicht immer scharf abgebildet werden. Außerdem ändert sich die Größe solcher Merkmale im Bildfeld der Kamera. In einem solchen Fall kann aus den berechneten Werten der Entfernungseinstellung die Verstellung der Bildschärfe von Objektiven herangezogen werden. Durch die Verwendung von Zoom-Objektiven kann darüber hinaus auch die Größe von Umgebungsmerkmalen, zum Beispiel Marken, immer so eingestellt werden, dass eine zuverlässige Bildauswertung möglich ist.One Such zoom lens is also advantageous if a possible monitored area around the working device shall be. Are there certain characteristics that need to be captured? at very different distances to the cameras, so they can not always be sharply imaged. In addition, changes the size of such features in the image field of Camera. In such a case, the calculated values of the Distance adjustment the adjustment of the image sharpness used by lenses. By using zoom lenses In addition, the size of Environment features, for example, brands, always be set so that a reliable image analysis possible is.

Falls die Einrichtung, für die das Sicherheitssystem eingesetzt werden soll, einen Fokussierkopf für Laserstrahlung aufweist, kann durch die Bildauswertung der Umgebung die Position und Winkelorientierung der aus dem Fokussierkopf austretenden Laserstrahlung überwacht werden. Bevorzugt wird die mindestens eine Kamera entgegen der Laserstrahlrichtung ausgerichtet, was dahingehend von Vorteil ist, dass die Berechnung der Strahlrichtung einfach ist, da sie gegenüberliegend ist.If the device for which the security system is used to be, has a focusing head for laser radiation, can by the image analysis of the environment the position and angular orientation monitors the exiting from the focusing head laser radiation become. Preferably, the at least one camera is opposite to the laser beam direction aligned, which is advantageous in that the calculation the beam direction is simple as they are opposite is.

Zur Vermeidung von Prozessleuchten im Bildfeld der mindestens einen Kamera sollten abschirmende Elemente, beispielsweise Platten (Bleche), angeordnet werden.to Avoidance of process lights in the image field of at least one Camera should be shielding elements, such as plates (sheets), to be ordered.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Further Details and features of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment with reference to the drawing.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

1 den schematischen Aufbau einer Arbeitsvorrichtung mit Sicherheitssystem und 1 the schematic structure of a working device with safety system and

2 ein Ablaufdiagramm, um die Arbeitsweise des Sicherheitssystems zu verdeutlichen. 2 a flowchart to illustrate the operation of the security system.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems ist in 1 schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, dargestellt. Diese Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst einen Sockel 2, der auf einer Standebene 3 positioniert ist. Dieser Sockel 2, und damit die Laserbearbeitungsvorrichtung 1, ist mit den Raumkoordinaten X0, Y0 und Z0 im Raum positioniert. Die Koordinaten X, Y und Z bilden hierbei ein rechtwinkliges Koordinatensystem.To explain the safety system according to the invention is in 1 schematically a laser processing apparatus, generally with the reference numeral 1 is indicated, shown. This laser processing device 1 includes a pedestal 2 on a stand level 3 is positioned. This pedestal 2 , and thus the laser processing device 1 , is positioned in space with the space coordinates X0, Y0 and Z0. The coordinates X, Y and Z in this case form a rectangular coordinate system.

Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weist einen dreiteiligen Roboterarm 4 auf. An dem Ende des Roboterarms 4 befindet sich ein Laserbearbeitungskopf bzw. ein Fokussierkopf 5, über den Laserstrahlung 6 abgegeben wird. Die Laserstrahlung 6 ist in dem gezeigten Beispiel in einem Laserfokus 7 fokussiert. Dem Laserfokus 7 sind die Koordinaten X3, Y3, Z3 sowie zwei Winkelkoordinaten A1 und B1 zugeordnet, die sich je nach Stellung des Roboterarms 1 und des Fokussierkopfs 5 während der Bearbeitung eines Werkstücks ändern. Mit den Winkelkoordinaten A1, B1 ist das Koordinatensystem X3, Y3, Z3 in seiner räumlichen Winkelorientierung festgelegt.The laser processing device 1 has a three-part robotic arm 4 on. At the end of the robot arm 4 is a laser processing head or a focusing head 5 , about the laser radiation 6 is delivered. The laser radiation 6 is in a laser focus in the example shown 7 focused. The laser focus 7 are the coordinates X3, Y3, Z3 and two angle coordinates assigned to A1 and B1, depending on the position of the robot arm 1 and the focusing head 5 change during machining of a workpiece. With the angle coordinates A1, B1, the coordinate system X3, Y3, Z3 is set in its spatial angular orientation.

Auf dem Fokussierkopf 5 befinden sich zwei Kameras, die beide mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet sind. Die beiden Kameras 8 sind fest an dem Fokussierkopf 5 montiert, das bedeutet, sie führen die Bewegung des Fokussierkopfs 5 aus. Die Position der Kameras 8 ist durch die rechtwinkligen Koordinaten X2, Y2, Z2 sowie die beiden Winkelkoordinaten A2 und B2 bestimmt.On the focusing head 5 There are two cameras, both with the reference number 8th are designated. The two cameras 8th are fixed to the focusing head 5 mounted, that is, they guide the movement of the focusing head 5 out. The position of the cameras 8th is determined by the rectangular coordinates X2, Y2, Z2 and the two angle coordinates A2 and B2.

Die beiden Kameras 8 nehmen Bilder von der Umgebung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 auf; dieser Umgebung, die durch die Umrisslinien 9 dargestellt ist, sind die räumlichen Koordinaten X1, Y1 und Z1 sowie die beiden Winkelkoordinaten A1 und B1 zugeordnet.The two cameras 8th take pictures of the environment of the laser processing device 1 on; this environment, by the outlines 9 is shown, the spatial coordinates X1, Y1 and Z1 and the two angle coordinates A1 and B1 are assigned.

Im Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, wie sie die 1 zeigt, wird fortlaufend, oder aber auch in vorgegebenen Zeitintervallen, eine Bestimmung der Koordinaten X2, Y2, Z2 sowie A2, B2 der Kameras 8 vorgenommen, d. h. die Position der Kameras 8 im Raum wird durch insgesamt fünf Freiheitsgrade festgelegt. Dies ist durch den Verfahrensschritt 100 in 2 dargestellt. Gleichzeitig wird eine Bestimmung der Lage des Laserfokus 7 über die Ermittlung der Größen X3, Y3, Z3, A3, B3 aus den Werten X2, Y2, Z2, A2 und B2 in einem Schritt 101 vorgenommen.During operation of the laser processing device 1 like her 1 shows, is continuously, or even at predetermined time intervals, a determination of the coordinates X2, Y2, Z2 and A2, B2 of the cameras 8th made, ie the position of the cameras 8th in space is determined by a total of five degrees of freedom. This is through the process step 100 in 2 shown. At the same time, a determination of the position of the laser focus 7 by determining the quantities X3, Y3, Z3, A3, B3 from the values X2, Y2, Z2, A2 and B2 in one step 101 performed.

In dem anschließenden Verfahrensschritt 102 wird ein Vergleich der Koordinaten X3, Y3, Z3, A3, B3 mit den Koordinaten der Sicherheitszone, die durch X1, Y1, Z1, A1, B1 angedeutet sind, vorgenommen. Falls im Schritt 103 die Abweichung größer als zulässige Grenzwerte ist, wird daraus ein Fehlerfall bzw. eine Gefahr abgeleitet, wie dies durch den Schritt 104 angedeutet ist, mit der Folge, dass im Schritt 105 eine Aktion eingeleitet wird, um die Sicherheit der Laserbearbeitungsvorrichtung zu gewährleisten; eine solche Aktion kann beispielsweise ein Not-Aus oder eine Abschaltung des Lasers sein.In the subsequent process step 102 a comparison of the coordinates X3, Y3, Z3, A3, B3 with the coordinates of the safety zone, which are indicated by X1, Y1, Z1, A1, B1, made. If in step 103 the deviation is greater than allowable limits, it is derived from an error case or a hazard, as determined by the step 104 is implied, with the result that in the step 105 an action is initiated to ensure the safety of the laser processing apparatus; such an action may be, for example, an emergency stop or a shutdown of the laser.

Falls im Schritt 103 die Abweichung der ermittelten Koordinaten entsprechend dem Schritt 102 geringer als ein zulässiger Grenzwert ist, wird entsprechend dem Verfahrensschritt 106 die Schlussfolgerung gezogen, dass keine Gefahr vorliegt, so dass der in 2 gezeigte Verfahrensablauf wieder am Schritt 100 beginnt.If in step 103 the deviation of the determined coordinates according to the step 102 is less than an allowable limit, according to the process step 106 concluded that there is no danger, so that in 2 shown procedure again at the step 100 starts.

Es ist ersichtlich, dass eine Kamera 8 an dem Fokussierkopf 5 ausreichend ist. Allerdings hat der Einsatz von zwei Kameras 8 an dem Fokussierkopf 5 den Vorteil, dass über einfache Algorithmen eine Bildverarbeitung erfolgen kann, um die Position bzw. Winkelorientierung der Kameras im Bearbeitungsraum zu bestimmen.It can be seen that a camera 8th on the focusing head 5 is sufficient. However, the use of two cameras 8th on the focusing head 5 the advantage that can be done via simple algorithms image processing to determine the position or angular orientation of the cameras in the editing room.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006038795 A1 [0002] - DE 102006038795 A1 [0002]

Claims

Sicherheitssystem für eine Arbeitsvorrichtung, die mindestens eine Einrichtung aufweist, die mit einem Freiheitsgrad oder mehreren Freiheitsgraden bewegbar ist, und mit mindestens einer Kamera, die die Bewegung der Einrichtung überwacht, wobei dann, wenn die Bewegung der Einrichtung statische oder dynamische Grenzwerte überschreitet, die Arbeitsvorrichtung abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (8) an der Einrichtung (1) angeordnet ist, dass die Bewegung der Einrichtung (1) über die an dieser angeordneten Kamera (8) in Bezug auf ausgewählte Freiheitsgrade der Einrichtung (1), die einen oder mehrere von räumlichen Koordinaten, Winkelstellungen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen umfassen, aufgrund der aufgenommenen Kamerabilder, die die Umgebung der Einrichtung (1) abbilden, ermittelt wird und dass die Abschaltung der Einrichtung (1) erfolgt, wenn die Bewegung der Einrichtung (1) in Bezug auf die ausgewählten Freiheitsgrade die Grenzwerte überschreitet.A safety system for a work apparatus comprising at least one device movable in one or more degrees of freedom and at least one camera monitoring the movement of the device, wherein when the movement of the device exceeds static or dynamic limits, the work device is switched off, characterized in that the at least one camera ( 8th ) at the facility ( 1 ) that the movement of the device ( 1 ) on the arranged on this camera ( 8th ) with regard to selected degrees of freedom of the facility ( 1 ) comprising one or more of spatial coordinates, angular positions, velocities and accelerations, based on the captured camera images surrounding the environment of the device ( 1 ), and that the shutdown of the facility ( 1 ) takes place when the movement of the institution ( 1 ) exceeds the limits with respect to the selected degrees of freedom.

Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (8) derart an der Einrichtung (1) befestigt ist, dass sie die Bewegungen der Einrichtung (1) in fester, sich nicht verändernder Zuordnung zu der Einrichtung (1) ausführt.Safety system according to claim 1, characterized in that the at least one camera ( 8th ) at the facility ( 1 ), that they are the movements of the institution ( 1 ) in fixed, non-changing allocation to the facility ( 1 ).

Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (8) in Bezug auf die ausgewählten Freiheitsgrade beweglich an der Einrichtung (1) angeordnet ist und dass aus den sich ändernden Werten der ausgewählten Freiheitsgrade die Grenzwerte überwacht werden.Safety system according to claim 1, characterized in that the at least one camera ( 8th ) movable with respect to the selected degrees of freedom at the device ( 1 ) and that the limit values are monitored from the changing values of the selected degrees of freedom.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kameras (8) eingesetzt sind, die annähernd nebeneinander angeordnet sind, und dass durch Anwendung von Algorithmen der Stereovision die Freiheitsgrade in Bezug auf Position und Winkelorientierung der Kameras (8) bestimmt werden.Safety system according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least two cameras ( 8th ) are used, which are arranged approximately side by side, and that by using algorithms of stereo vision, the degrees of freedom with respect to position and angular orientation of the cameras ( 8th ).

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kameras (8) eingesetzt sind, die annähernd orthogonal zueinander angeordnet sind.Safety system according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least two cameras ( 8th ) are used, which are arranged approximately orthogonal to each other.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (8) eine solche mit logarithmischem Empfindlichkeitsverlauf ist.Safety system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one camera ( 8th ) is one with logarithmic sensitivity.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (8) eine solche ist, die ermöglicht, ein Teilbild deren Flächensensors auszulesen.Safety system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one camera ( 8th ) is one which makes it possible to read out a partial image of its area sensor.

Sicherheitssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera (8) eine solche ist, die ermöglicht, das Teilbild zeitabhängig zu verschieben.Security system according to claim 7, characterized in that the at least one camera ( 8th ) is one which makes it possible to shift the field time-dependent.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte durch einen Lernmodus festgelegt werden.Safety system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the limit values by a learning mode be determined.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte aus einem Vergleich zwischen der Bewegungsposition der Einrichtung (1), die sich aus einer Programmvorgabe ergibt, und den Werten, die über die mindestens eine Kamera (8) ermittelt werden, abgeleitet werden.Safety system according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the limit values are obtained from a comparison between the movement position of the device ( 1 ), which results from a program specification, and the values which are transmitted via the at least one camera ( 8th ) are derived.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erfassung durch die Kamera (8) Marken und/oder Leuchtpunkte im Sichtfeld der Kamera (8) angebracht sind.Safety system according to one of claims 1 to 10, characterized in that for the detection by the camera ( 8th ) Brands and / or luminous points in the field of view of the camera ( 8th ) are mounted.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erfassung durch die Kamera (8) eine Projektion von Mustern in das mögliche Bildfeld der Kamera (8) erfolgt.Safety system according to one of claims 1 to 11, characterized in that for the detection by the camera ( 8th ) a projection of patterns into the possible field of view of the camera ( 8th ) he follows.

Sicherheitssystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Marken aus Reflektoren bestehen, die angestrahlt werden.Safety system according to claim 11, characterized that the marks consist of reflectors that are illuminated.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv der mindestens eine Kameras (8) eine Entfernungseinstellung besitzt.Safety system according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the objective of the at least one camera ( 8th ) has a distance setting.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv der mindestens einen Kamera (8) als Zoom-Objektiv ausgebildet ist.Safety system according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the objective of the at least one camera ( 8th ) is designed as a zoom lens.

Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) einen Fokussierkopf (5) für Laserstrahlung, der an einem Handhabungssystem (4) befestigt ist, aufweist.Safety system according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the device ( 1 ) a focusing head ( 5 ) for laser radiation incident on a handling system ( 4 ) is attached.

Sicherheitssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kamera (8) entgegen der Laserstrahlrichtung ausgerichtet ist.Security system according to claim 16, characterized in that at least one camera ( 8th ) is aligned opposite to the laser beam direction.

Sicherheitssystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Prozessleuchten im Bildfeld der mindestens einen Kamera (8) abschirmende Elemente angeordnet sind.Safety system according to claim 16 or 17, characterized in that for avoidance of process lights in the image field of the at least one camera ( 8th ) shielding elements are arranged.