DE102012014057A1

DE102012014057A1 - Verfahren zum Überwachen eines Arbeitsbereichs und Überwachungsanordnung für einen Arbeitsbereich

Info

Publication number: DE102012014057A1
Application number: DE201210014057
Authority: DE
Inventors: Willi Klumpp; Matthias Reichenbach; Matthias Schreiber; Volker Zipter; Michael Zürn
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Arbeitsbereichs in einer Fertigungsanlage, bei welchem der Arbeitsbereich mittels wenigstens einer 3D-Bildaufnahmevorrichtung beobachtet und bei Erkennen des Eintretens zumindest eines vorbestimmten Ereignisses im beobachteten Arbeitsbereich ein dem vorbestimmten Ereignis zugeordnetes Signal erzeugt wird, wobei als 3D-Bildaufnahmevorrichtung eine Tiefenbildkamera verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Arbeitsbereichs nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Überwachungsanordnung für einen Arbeitsbereich nach dem Oberbegriff vom Patentanspruch 7.
Um die Prozesssicherheit bei Kommissionierungs- und Montagevorgängen zu erhöhen, finden zunehmend Anzeige- und Überwachungsvorrichtungen Anwendung, die menschliche Arbeiter bei ihrer Tätigkeit unterstützen sollen. Ein bekanntes System zur Unterstützung der Kommissionierung ist das so genannte Pick-To-Light- oder Put-To-Light-System. Hier wird dem Arbeiter durch entsprechende Leuchtanzeigen angegeben, welcher Gegenstand als nächstes entnommen bzw. wo ein Gegenstand als nächstes abgelegt werden soll. Zur zusätzlichen Absicherung ist es bekannt, Lichtschranken vor entsprechenden Behältnissen anzubringen, um so zu überprüfen, ob der Arbeiter korrekt gegriffen hat.
Ein weiterer Aspekt der Arbeitsbereichsüberwachung betrifft die Betriebssicherheit. So ist beispielsweise aus der DE 10 2006 057 605 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines dreidimensionalen Raumbereichs bekannt. Hierbei wird der Arbeitsbereich einer Maschine oder eines Roboters mittels einer stereoskopischen Kamera überwacht, so dass ein Eindringen eines Arbeiters in einen gefährlichen Bereich detektiert werden und der Roboter gegebenenfalls deaktiviert werden kann.
Beide beschriebenen Systeme sind relativ aufwendig bzgl. der notwendigen Hardwareausstattung und entsprechend unflexibel bei Änderungen des Arbeitsablaufs. Dies ist insbesondere in modernen Arbeitsumgebungen, in welchen Arbeitsplätze bedarfsgerecht und schnell umstrukturiert werden sollen, problematisch.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Überwachungsanordnung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 7 bereitzustellen, welche ein einfaches, kostengünstiges und flexibles Überwachen von Arbeitstätigkeiten erlauben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Überwachungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Überwachen eines solchen Arbeitsbereichs in einer Fertigungsanlage wird der Arbeitsbereich mittels wenigstens einer 3D-Bildaufnahmevorrichtung beobachtet und bei Erkennen des Eintretens zumindest eines vorbestimmten Ereignisses im beobachteten Arbeitsbereich ein dem vorbestimmten Ereignis zugeordnetes Signal erzeugt.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass als 3D-Bildaufnahmevorrichtung eine Tiefenbildkamera verwendet wird. Solche Tiefenbildkameras sind einfacher in der Konstruktion und damit auch kostengünstiger als echte stereoskopische Kameras und beruhen auf dem Prinzip, ein zweidimensionales Bild des Arbeitsbereichs aufzunehmen und zusätzliche Tiefeninformation aus einem über den Arbeitsbereich projizierten Lasergitter zu gewinnen, wofür in der Regel für das menschliche Auge nicht sichtbare Laser Anwendung finden. Auch die Auswertung eines derart aufgenommenen Bildes ist deutlich einfacher als die Auswertung von stereoskopischen Bildsignalen, so dass die Programmierung bzw. die Anpassung der Programmierung entsprechender Steuergeräte deutlich einfacher und flexibler Handzuhaben ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das vorbestimmte Ereignis eine fehlerhafte Entnahme und/oder ein fehlerhafter Einbau bzw. eine fehlerhafte Ablage eines Bauteils und das zugeordnete Signal eine Warnung an einen Arbeiter. Ein derart gestaltetes System kann somit bekannte Pick-To-Light- oder Put-To-Light-Systeme ersetzen und ist deutlich flexibler an sich ändernde Arbeitsbedingungen anpassbar als diese.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das vorbestimmte Ereignis ein Beginn eines Arbeitsschrittes und das zugeordnete Signal eine Anzeige einer Entnahmeposition und/oder Einbauposition eines dem Arbeitsschritt zugeordneten Bauteils. Auch dieser Aspekt der Erfindung bezieht sich auf den Ersatz unflexibler konventioneller Pick-To-Light- oder Put-To-Light-Systeme.
Das vorbestimmte Ereignis kann ferner ein Eindringen eines Arbeiters in einen Sicherheitsbereich einer Maschine, einen Roboter oder dergleichen betreffen, wobei das zugeordnet Signal dann eine Warnung an den Arbeiter und/oder ein Abschaltsignal an die Maschine, den Roboter oder dergleichen ist. Ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Systeme kann somit auch eine Sicherheitsfunktion implementiert werden, so dass mittels des beschriebenen Verfahrens eine Art virtueller Schutzzaun um Maschinen geschaffen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das vorbestimmte Ereignis ein Eindringen eines Objekts und/oder Arbeiters in den Arbeitsbereich und das zugeordnete Signal eine Warnung und/oder ein Abschaltsignal für zumindest eine Vorrichtung des Arbeitsbereiches bzw. der Fertigungsanlage. Auch dies trägt zur zusätzlichen Arbeitssicherheit bei, indem eindringende externe Objekte, die an sich nicht im Arbeitsbereich vorhanden sein sollen, erkannt werden und entsprechende Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das vorbestimmte Ereignis eine vorgegebene Geste eines Arbeiters. Die entsprechend zugeordneten Signale können Steuersignale an das Überwachungssystem selbst sein, so dass der Arbeit durch entsprechende Gesten Befehle an das System geben kann.
Die Erfindung betrifft ferner eine Überwachungsanordnung für einen Arbeitsbereich einer Fertigungsanlage, welche wenigstens eine 3D-Bildaufnahmevorrichtung zur Überwachung des Arbeitsbereichs umfasst, die mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, welche zum Erkennen vorbestimmter Ereignisse in einem Ausgangssignal der 3D-Bildaufnahmevorrichtung und zum Erzeugen von den erkannten Ereignissen zugeordneten Signalen ausgelegt ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die 3D-Bildaufnahmevorrichtung eine Tiefenbildkamera ist. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert kann so eine kostengünstige und flexible Überwachungsanordnung geschaffen werden.
Es ist ferner zweckmäßig, eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von Signalen für einen Arbeiter vorzusehen, so dass die beschriebene Überwachungsanordnung beispielsweise bestehende Pick-To-Light- oder Put-To-Light-Systeme ersetzen kann.
Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Steuereinrichtung zum Übermitteln von Signalen, insbesondere von Abschaltsignalen, an Maschinen, an Roboter oder dergleichen der Fertigungsanlage ausgelegt ist, um dergestalt, wie bereits anhand des Verfahrens beschrieben, eine zusätzliche Sicherungsfunktion bereit zu stellen.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Arbeitsbereichs mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des gesamten Arbeitsbereichs;
2 ein Arbeitsbereich mit einem alternativen Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung zum gezielten Überwachen einer Arbeitsfläche; und
3 ein Arbeitsbereich mit einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung, welche insbesondere zur Bereitstellung zusätzlicher Sicherheitsfunktionen bei der Kooperation von menschlichen Arbeitern mit Robotern ausgelegt ist.
Ein im Ganzen mit 10 gekennzeichneter Arbeitsbereich für einen menschlichen Arbeiter 12 umfasst eine Arbeitsfläche 14, auf der mehrere Ladungsträger 16 angeordnet sind. Weitere Ladungsträger 16 sind in einem Bodenbereich 18 angeordnet bzw. können mittels eines Rollenfördersystems 20 angeliefert werden. Die Arbeitsfläche 14 umfasst ferner Montagehilfsmittel 22, an welchen der menschliche Arbeit 12 seine Montagetätigkeit durchführt.
Zur Überwachung des Arbeitsbereichs ist, wie in 1 dargestellt, eine Tiefenbildkamera 24 vorgesehen, deren Aufnahmekegel 26 im in 1 gezeigten Beispiel den gesamten Arbeitsbereich 10 umfasst. Mit Hilfe der Tiefenbildkamera 24 kann die Tätigkeit des menschlichen Arbeiters überwacht werden.
Der Arbeiter 12 kann sich dabei zunächst mit bestimmten Gesten der Kamera 24 zu erkennen geben, so dass ein an den Fertigungsprozess in den Arbeitsbereich 10 angepasste Programmablauf gestartet werden kann. Um konventionelle Pick-To-Light- oder Put-To-Light-Systeme zu ersetzen, können zusätzliche Anzeigevorrichtungen, beispielsweisen an den Ladungsträgern 16 oder im Bereich der Montagehilfsmittel 22 vorgesehen sein. Das System erkennt nun, welches Bauteil als nächstes aus einem Ladungsträger 16 entnommen werden muss und gibt ein entsprechendes optisches und/oder akustisches Signal an den Arbeiter 12 ab. Das System erkennt gleichzeitig, ob der Arbeiter 12 das korrekte Bauteil entnimmt und gibt anderenfalls eine Warnung ab. Nach Entnahme eines zu montierenden Bauteils kann im Bereich des Arbeitstisches 14 angezeigt werden, wo das Bauteil als nächstes zu montieren ist, wobei auch hier bei Fehlmontage Fehlermeldungen generiert werden können.
Mittels der Tiefenbildkamera 24 kann auch erkannt werden, wenn Ladungsträger 16 vom Arbeit 12 vollständig geleert werden und daher neue über das Rollenfördersystem 20 angeliefert werden müssen. Die Beobachtung durch die Tiefenbildkamera 24 ist dabei robust gegenüber dem Verrücken der Ladungsträger 16, so dass im normalen Arbeitsablauf keine Störungen zu erwarten sind.
Wie 2 zeigt, kann die Tiefenbildkamera 24 auch näher an den Arbeitstisch 14 montiert werden, um so spezifisch den Montagebereich zu überwachen und genauere Angaben. oder Hinweise zur Entnahme und Montageorten zu geben.
3 zeigt schließlich eine weitere alternative Ausgestaltung des Arbeitsbereichs 10. In diesem Fall ist der Arbeitsbereich 10 für die Kooperation des menschlichen Arbeiters 12 mit einem Leichtbauroboter 28 ausgelegt, der auf der Arbeitsfläche 14 montiert ist. Neben den bereits erwähnten Aspekten der Kommissionierungs- und Montageunterstützung bzw. -überwachung können die in diesem Fall doppelt vorhandenen Tiefenbildkameras 24 hier zusätzlich erkennen, ob der menschliche Arbeiter 12 in einen Gefahrenbereich um den Roboter 28 kommt und den Roboter in diesem Fall bewegungslos schalten. Gleichzeitig kann überwacht werden, ob fremde Objekte, beispielsweise andere Arbeiter, Förderzeuge oder dergleichen in den Arbeitsbereich 10 einfahren. Auch in diesem Fall können entsprechende Abschaltsignale oder Warnungen erzeugt werden. Das doppelte Vorhandensein der Tiefenbildkamera 24 stellt hier eine zusätzliche Redundanz zur Verfügung, die angesichts des sicherheitsrelevanten Funktion von besonderem Vorteil ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006057605 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Überwachen eines Arbeitsbereichs (10) in einer Fertigungsanlage, bei welchem der Arbeitsbereich (10) mittels wenigstens einer 3D-Bildaufnahmevorrichtung (24) beobachtet und bei Erkennen des Eintretens zumindest eines vorbestimmten Ereignisses im beobachteten Arbeitsbereich (10) ein dem vorbestimmten Ereignis zugeordnetes Signal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als 3D-Bildaufnahmevorrichtung (24) eine Tiefenbildkamera (24) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Ereignis eine fehlerhafte Entnahme und/oder einen fehlerhaften Einbau eines Bauteils ist und das zugeordnete Signal eine Warnung an einen Arbeiter (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Ereignis ein Beginn eines Arbeitsschritts und das zugeordnete Signal eine Anzeige einer Entnahmeposition und/oder Einbauposition eines dem Arbeitsschritt zugeordneten Bauteils ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Ereignis ein Eindringen eines Arbeiters (12) in einen Sicherheitsbereich um eine Maschine, einen Roboter (18) oder dgl. und das zugeordnete Signal eine Warnung an den Arbeiter und/oder ein Abschaltsignal an die Maschine, den Roboter (28), oder dgl. ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Ereignis ein Eindringen eines Objekts und/oder Arbeiters (12) in den Arbeitsbereich (10) ist und das zugeordnete Signal eine Warnung und/oder ein Abschaltsignal für zumindest eine Vorrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Ereignis eine vorgegebene Geste eines Arbeiters (12) ist.
Überwachungsanordnung für einen Arbeitsbereich (10) einer Fertigungsanlage, mit wenigstens einer 3D-Bildaufnahmevorrichtung (24) zum Überwachen des Arbeitsbereichs (10), welche mit einer Steuereinrichtung gekoppelt ist, welche zum Erkennen vorbestimmter Ereignisse in einem Ausgangssignal der 3D-Bildaufnahmevorrichtung und zum Erzeugen von den erkannten Ereignissen zugeordneten Signalen ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Bildaufnahmevorrichtung (24) eine Tiefenbildkamera ist.
Überwachungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von Signalen für einen Arbeiter (12) vorgesehen ist.
Überwachungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum Übermitteln von Signalen, insbesondere von Abschaltsignalen, an Maschinen, Roboter (28) oder dgl. der Fertigungsanlage ausgelegt ist.