DE102020133787A1

DE102020133787A1 - Sicherheitssystem und Verfahren mit einem Sicherheitssystem

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Publication number: DE102020133787A1
Application number: DE102020133787.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Hammes
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US20220189274A1; CN114706069A; US11804119B2

Abstract

Verfahren mit einem Sicherheitssystem (1) und Sicherheitssystem (1) zur Lokalisierung mindestens einer Person (2) oder mindestens eines Objektes (8) in einem Überwachungsbereich (14), mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (3), mit mindestens einem Funkortungssystem (4), mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor (7) zur Positionsbestimmung der Person (2) oder des Objektes (8), wobei das Funkortungssystem (4) angeordnete Funkstationen (5) aufweist, wobei an der Person (2) oder dem Objekt (8) mindestens ein Funktransponder (6) angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem (4) Positionsdaten der Person (2) oder des Objektes (8) ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von den Funkstationen (5) des Funkortungssystems (4) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor (7) mindestens Anwesenheitsdaten der Person (2) oder des Objekts (8) ermittelbar sind, wobei der Überwachungsbereich (14) mehrere Sektoren (9) und mehrere Durchtrittsbereiche (15) zwischen den Sektoren (9) aufweist, jedem Durchtrittsbereich (15) mindestens ein ortsauflösender Sensor (7) zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems (4) und die Anwesenheitsdaten des ortsauflösenden Sensors (7) in jeweils jedem Durchtrittsbereich (15) zyklisch zu vergleichen und zyklisch Statusinformationen für den Sektor (9) zu bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren mit einem Sicherheitssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15.
Es ist in der industriellen Sicherheitstechnik aktuelle Praxis, Gefährdungen lokal an der Gefährdungsstelle zu beherrschen, indem eine Annäherung oder Anwesenheit einer Person detektiert wird und sicherheitsgerichtet eine Maschine oder Fahrbewegung gestoppt oder die Bewegung verlangsamt wird.
Der Stand der Technik beschreibt lediglich lokale Sicherheitskonzepte.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Sicherheitssystem bereitzustellen, mit dem für ein industrielles Betriebsumfeld wie zum Beispiel eine Fertigungshalle oder ein Warenlager eine übergeordnete Absicherungsfunktion vieler verschiedener Gefährdungen realisiert werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Sicherheitssystem zur Lokalisierung mindestens einer Person oder mindestens eines Objektes in einem Überwachungsbereich, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor zur Positionsbestimmung der Person oder des Objektes, wobei das Funkortungssystem angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an der Person oder dem Objekt mindestens ein Funktransponder angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten der Person oder des Objektes ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von den Funkstationen des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor mindestens Anwesenheitsdaten der Person oder des Objekts ermittelbar sind, wobei der Überwachungsbereich mehrere Sektoren und mehrere Durchtrittsbereiche zwischen den Sektoren aufweist, jedem Durchtrittsbereich mindestens ein ortsauflösender Sensor zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems und die Anwesenheitsdaten des Sensors in jeweils jedem Durchtrittsbereich zyklisch zu vergleichen und zyklisch Statusinformationen für den Sektor zu bilden.
Die Aufgabe wird weiter gemäß Anspruch 15 gelöst durch ein Verfahren mit einem Sicherheitssystem zur Lokalisierung mindestens einer Person oder mindestens eines Objektes in einem Überwachungsbereich, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit, mit mindestens einem Funkortungssystem, mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor zur Positionsbestimmung der Person oder des Objektes, wobei das Funkortungssystem angeordnete Funkstationen aufweist, wobei an der Person oder dem Objekt mindestens ein Funktransponder angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem Positionsdaten der Person oder des Objektes ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von den Funkstationen des Funkortungssystems an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor mindestens Anwesenheitsdaten der Person oder des Objekts ermittelbar sind, wobei der Überwachungsbereich mehrere Sektoren und mehrere Durchtrittsbereiche zwischen den Sektoren aufweist, jedem Durchtrittsbereich mindestens ein ortsauflösender Sensor zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems und die Anwesenheitsdaten des Sensors in jeweils jedem Durchtrittsbereich zyklisch zu vergleichen und zyklisch Statusinformationen für den Sektor zu bilden.
Beispielsweise erfolgt der Abgleich getriggert durch die Anwesenheit einer Person oder eines Objektes im Durchtrittsbereich, d.h. angestoßen durch das Ereignis der Schutzfeldverletzung des ortsauflösenden Sensors. In dem Fall befindet sich nämlich sicher ein Objekt oder eine Person am Ort des Schutzfeldes und für diesen Augenblick kann die Steuer- und Auswerteeinheit bzw. eine RTLS-Steuerung oder beispielsweise eine Safety-Steuerung prüfen, ob sich in dem Durchtrittsbereich ein Funktransponder befindet. Wenn das der Fall ist, dann kann dieser Funktransponder einem jeweiligen Sektor zugeordnet werden, wenn der Funktransponder den Durchtrittbereich in Richtung des Sektors verlässt.
Anwesenheitsdaten sind hierbei im einfachsten Fall binäre Daten, ob eine Person oder ein Objekt im Durchtrittsbereich vorhanden ist oder nicht.
Gemäß der Erfindung werden nicht zu jedem Zeitpunkt und für alle Positionen sicherheitstechnisch verwendbare Anwesenheitsdaten bzw. Positionsinformationen anwesender Personen ermittelt, sondern nur in den definierten Durchtrittsbereichen des Überwachungsbereiches. Damit reduzieren sich die sicherheitstechnisch verwendbaren Anwesenheitsdaten bzw. Positionsinformation auf das Wissen um den Bereich oder um die Durchtrittsbereiche, in denen sich eine Person befindet. Innerhalb eines Sektors ist die Position zwar durch die Funkortung ebenfalls bekannt, aber aufgrund der fehlenden sicherheitstechnischen Überprüfung zunächst nicht für Sicherheitsfunktionen relevant.
Die Durchtrittsbereiche können auch synonym als Übergangsbereiche bezeichnet werden.
Gemäß der Erfindung bietet die sichere Ortung einer Anwesenheit einer oder mehrerer Personen in einem Durchtrittsbereich des Betriebsumfeldes große Vorteile.
Die Erfindung geht beispielsweise davon aus, dass das Betriebsumfeld so in verschiedene Sektoren unterteilt werden kann, dass Übergänge zwischen diesen Sektoren nur über definierte Durchtrittsbereiche oder -zonen möglich sind. Diese Voraussetzung ist beispielsweise an Türen oder an Eingängen in Regalgassen gegeben.
Zusätzlich zur Detektion des Durchtrittsereignisses wird mit Hilfe des Funkortungssystems erfasst, welche Funktransponder sich zu diesem Zeitpunkt im Durchtrittsbereich bzw. in unmittelbarer räumlicher Nähe zum entsprechenden Schutzfeld des ortsauflösenden Sensors befinden und beispielsweise die entsprechende Funktransponder-ID dem detektierten Ereignis zugeordnet. Dadurch können die im Betriebsumfeld erfassten Funktransponder eindeutig und sicher einem bestimmten Durchtrittsbereich zugeordnet werden. Der resultierende Status des entsprechenden Sektors lautet dann ’Person anwesend‘ bzw. ‚Potenzielle Gefährdung‘ in dem entsprechenden Sektor.
Umgekehrt erhält ein Sektor den Status ,frei‘ bzw. ‚keine Gefährdung‘, wenn sich kein Funktransponder und damit keine Person im Sektor befindet. In diesem Fall können beispielsweise Maschinen mit maximaler Betriebsgeschwindigkeit operieren, lokale Absicherungsfunktionen überbrückt oder beispielsweise die entsprechenden Sektoren als bevorzugte Routen für autonome Fahrzeuge ausgewiesen werden.
Die sicheren Anwesenheitsdaten bzw. Anwesenheitsinformation werden vom ortsauflösenden Sensor mit Hilfe einer Anwesenheitsdetektion in einem definierten Schutzbereich, in diesem Fall dem Durchtrittsbereich bereitgestellt. Die Überprüfung von Positionsinformationen der Funkortung ist daher hier zunächst gar nicht erforderlich, wird aber ergänzend in den Sichtbereichen des ortsauflösenden Sensors vorgenommen.
In diesem Sinne ist die relevante Fragestellung hier also nicht „Wo befindet sich eine Person?“, sondern „Befinden sich Personen im Sektor?“ oder alternativ „In welchem Sektor befindet sich die Person?“. Die Information des Funkortungssystems ist zusätzlich zur sicheren Anwesenheitsdetektion des ortsauflösenden Sensors deshalb erforderlich, weil ein schutzfeldbasiertes System zwar sehr zuverlässig Durchtritte in den Durchtrittsbereichen zwischen Sektoren detektieren kann, aber nicht in der Lage zu sein braucht, sich die Durchtritte zu merken. Das bedeutet, der Fall, dass zwei Personen gleichzeitig einen Sektor betreten, danach aber nur eine Person den Sektor wieder verlässt, braucht mit dem ortsauflösenden Sensor nicht von dem Fall unterschieden zu werden, in dem beide Personen den Sektor wieder verlassen. Für die sicherheitstechnische Verwendung ist diese Unterscheidung aber unbedingt erforderlich.
Durch die Verwendung eines Funkortungssystems und die genaue Zuordnung eines detektierten Durchtritts eines Funktransponders bzw. beispielsweise einer eindeutigen ID eines Funktransponders lässt sich dieses Problem jedoch lösen. Die sichere Zuordnung gelingt dadurch, dass die unabhängig gewonnenen diversitären Anwesenheitsdaten vom ortsauflösenden Sensor und Funkortungssystem beim Durchtritt des Durchtrittsbereichs miteinander verglichen werden und so eindeutig und sicher die Information abgeleitet werden kann, welche Personen bzw. welcher Funktransponder sich in einem Sektor oder einem Durchtrittsbereich befindet. Es ist daher nicht mehr erforderlich Durchtritte zu zählen, um die Information über die Anwesenheit von Personen in einem Sektor zu erhalten. Die Kenntnis des eindeutigen Funktransponders und das Tracking dieser Funktransponder im Überwachungsbereich ist sehr viel zuverlässiger.
Ergänzend kann aus der Übereinstimmung zwischen Position der Funkortung und Anwesenheit im Schutzbereiches des ortsauflösenden Sensors ein Plausibilitätsmaß für die weitere sicherheitstechnische Verwendung ermittelt werden.
Die Stati aller Sektoren werden über die Steuer- und Auswerteeinheit beispielsweise eine zentrale Steuerung ermittelt, die als Eingabedaten sowohl die vom Funkortungssystem beispielsweise einem RTLS-System ermittelten Funktransponderpositionen als auch die Schaltinformationen der Schutzbereiche aller stationären ortsauflösenden Sensoren erhält. Bei der Steuer- und Auswerteeinheit kann es sich beispielsweise um eine Sicherheitssteuerung handeln oder alternativ auch um eine nicht sichere Steuerung, die zusätzliche Plausibilisierungsmechanismen der Datenverarbeitung verwendet.
Die Steuer- und Auswerteeinheit, welche beispielsweise als zentrale Steuerung ausgeführt ist, führt beispielsweise zyklisch fortlaufend die folgenden Schritte aus:

1. Positionsinformationen des Funkortungssystems ermitteln.
2. Informationen bzw. Anwesenheitsdaten für Durchtrittsbereiche bzw. Sektorübergänge erfassen, wobei diese Informationen von den stationären ortsauflösenden Sensoren ermittelt und an die Steuer- und Auswerteeinheit gesendet werden.
3. Bei Vorliegen eines Durchtrittsereignisses: Zuordnung zwischen Funktransponder und Anwesenheitsdaten des ortsauflösenden Sensors.
4. Setzen eines Status jedes Sektors über den jeweiligen Gefährdungszustand.
5. Ggf. Einleitung von Maßnahmen zur Risikominderung für die verschiedenen Sektoren.

Dabei brauchen die Detektionszyklen des Funkortungssystems und des ortsauflösenden Sensors nicht synchron sein. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist beispielsweise ausgebildet, die diversitären Sensordaten aus den unterschiedlichen Zeitrastern in ein gemeinsames Zeitraster zu überführen und eine Datenfusion durchzuführen.
Die Sicherheitsstati der Sektoren sind sicherheitstechnisch verwendbare Informationen und können daher beispielsweise von der oder den übergeordneten Maschinensteuerungen zur Einleitung von Risikominderungsmaßnahmen verwendet werden.
Die sektorspezifischen Statusinformationen können auf verschiedene Arten zur Risikominderung zum Einsatz kommen:

Gemäß einem einfachen Ansatz wird beispielsweise eine Maschine oder Fahrbewegung in einem Sektor gestoppt, sobald der Sektorstatus die Anwesenheit einer Person signalisiert. Diese Art der Risikominderung hat den Vorteil der geringen Komplexität, leidet aber unter den bekannten Produktivitätseinbußen. Dennoch ergeben sich hier Vorteile dadurch, dass die Reichweitenlimitierung lokaler Absicherungssensoren wegfällt. Ein Beispiel ist die Geschwindigkeitsbegrenzung von Schmalgangstaplern. Diese Fahrzeuge sind in ihrer Geschwindigkeit durch die Reichweite der ,mitgeführten‘ Schutzfelder begrenzt. Eine Vergrößerung der Felder ist aus energetischen Gründen und praktischen Applikationsgründen nicht sinnvoll. Wenn aber die Information vorliegt, dass im Schmalgangbereich sicher keine Person anwesend ist, dann kann die Geschwindigkeitslimitierung überwunden werden.

Umgekehrt kann der Sektorstatus auch um die Anwesenheitsinformation über bewegliche Gefahrenstellen, insbesondere autonome Fahrzeuge, erweitert werden. Damit können Personen bei Annäherung an den betreffenden Sektor gewarnt oder mit Hilfe von sicheren Türzuhaltungen am Durchtritt in den Sektor gehindert werden.
Der Sektorstatus kann auch für eine kaskadierte Risikominderungsstrategie eingesetzt werden, bei der beim Betreten eines Sektors durch eine Person die Bewegungen der Maschinen oder Fahrzeuge verlangsamt werden und so ein geringeres Risiko für die anwesende Person besteht. Dieses Restrisiko kann dann entweder akzeptabel sein oder durch ergänzende lokale Absicherungsmaßnahmen weiter reduziert werden. Zum Beispiel durch Sicherheitssensoren mit geringerem Sicherheitsniveau.
Außerdem kann der Sektorstatus zur dynamischen Routenplanung von Fahrzeugen verwendet werden. Ein Sektor mit Status ,frei / keine Person anwesend‘ kann als bevorzugte Route ausgewiesen werden. Umgekehrt kann ein Sektor mit anwesenden Personen für die Durchfahrt autonomer Fahrzeuge gesperrt und die Fahrzeuge auf andere Routen umgelenkt werden.
Wenn für einen Sektor die Information vorliegt, dass sich keine Personen dort befinden, kann mit dieser Information die Funktion lokaler Absicherungssensoren überbrückt werden. Das verbessert die Verfügbarkeit der Maschinen und damit deren Produktivität, indem ungewollte fehlerhafte Abschaltungen vermieden werden.
In einem Betriebsumfeld, in dem aufgrund widriger Bedingungen beispielsweise von Staub, optische Sensoren nicht oder nur sehr eingeschränkt zum Einsatz kommen können, kann mit Hilfe der Sektorüberwachung ein Absicherungsring von der Maschine weg verlegt werden. D.h. in diesem Fall erfolgt die Absicherung dadurch, dass der Zutritt einer Person in die Umgebung der gefährlichen Maschine bereits an der Sektorgrenze erfasst und die Maschine gestoppt wird.
Beispielsweise weisen die Funktransponder eine Identifikation auf, wobei jeweils ein Funktransponder mindestens entweder einer Person oder einem mobilen Objekt zugeordnet ist, wodurch die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die Personen und mobilen Objekte zu unterscheiden und jeweils zu identifizieren.
Der ortsauflösende Sensor und die Funkstationen sind vorzugsweise stationär angeordnet.
Gemäß der Erfindung ist jedem Durchtrittsbereich mindestens ein ortsauflösender Sensor zugeordnet.
Bei dem Objekt, einem mobilen Objekt, einer bewegbaren Maschine bzw. mobilen Maschine kann es sich beispielsweise um ein führerloses Fahrzeug, fahrerloses Fahrzeug bzw. autonomes Fahrzeug, um ein autonom geführtes Fahrzeug (Autonomous Guided Vehicles, AGV), um einen automatischen mobilen Roboter (Automated Mobile Robots, AMR), um einen industriemobilen Roboter (Industrial Mobile Robots, IMR) oder um einen Roboter mit bewegbaren Roboterarmen handeln. Die mobile Maschine weist somit einen Antrieb auf und kann in verschiedenen Richtungen bewegt werden.
Bei der Person kann es sich beispielsweise um eine Bedienperson oder Wartungsperson handeln. Der oder die Funktransponder sind beispielsweise an der Kleidung oder einer Ausrüstung der Person angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Weste handeln, an der der Funktransponder fest fixiert sind. Ein Funktransponder ist beispielsweise an den Schultern und im Brust- oder Rückenbereich angeordnet. Jedoch können die Funktransponder auch an anderen Stellen der Person angeordnet sein. Beispielsweise sind zwei Funktransponder an den Schultern einer Weste einer Person angeordnet.
Das Sicherheitssystem wird mindestens durch die Steuer- und Auswerteeinheit, das Funkortungssystem und den ortsauflösenden Sensor gebildet.
In Weiterbildung der Erfindung sind mittels dem ortsauflösenden Sensor Positionsdaten der Person oder des Objekts ermittelbar.
Die Weiterbildung beruht darauf, dass eine Position der Person oder des Objekts durch zwei voneinander unabhängige Teilsysteme im Durchtrittsbereich eindeutig bestimmbar ist. Zum einen wird die Position über den ortsauflösenden Sensor ermittelt, sowie die Position, welche über das Funkortungssystem ermittelt wird. Damit wird die Position durch ein redundantes, insbesondere diversitäres System bestimmt.
Die Erfindung nutzt die Kombination von zwei diversitären Sensortechnologien aus, die sich im Hinblick auf die Detektionsaufgabe gegenseitig validieren.
Die erste der beiden Sensortechnologien ist das Funkortungssystem bzw. ein funkbasiertes Lokalisierungssystem, mit dem die Positionen von Funktranspondern bis auf wenige Zentimeter genau bestimmt werden kann.
Die Funkortung basiert dabei beispielsweise auf einer Triangulation von mindestens einem Funktransponder an der Person oder dem Objekt. Hierzu sind mindestens drei Funkstationen notwendig, die den Funktransponder erfassen können. Dabei ist dem Funkortungssystem der Abstand zwischen den jeweiligen Funkstationen bekannt.
Es handelt es sich vorzugsweise um ein Echtzeitortungssystem oder der englischen Entsprechung RTLS (Real-Time-Locating-System). Dabei ist der Funktransponder oder sind die Funktransponder an der Person oder dem Objekt angeordnet. Die Funkstationen erhalten die Funksignale von den Funktranspondern und können so deren Position und damit die Position der Person oder des Objekts bestimmen.
Dabei werden die Positionsdaten von dem Funkortungssystem, nämlich den Funkstationen an die Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt.
Das zweite System ist der ortsauflösende Sensor bzw. ein ortsauflösendes Umfelderfassungssystem. Hierbei wird kein Funktransponder zur Lokalisierung benötigt. Dieses Umfelderfassungssystem bzw. der ortsauflösende Sensor liefert also Informationen, dass sich ein Objekt an einer bestimmten Position befindet und ermittelt beispielsweise dessen Position und Abmessung bzw. Kontur.
Die beiden diversitären Teilsysteme, nämlich das Funkortungssystem und der ortsauflösende Sensor ergänzen sich sehr gut im Hinblick auf die funktionalen Aufgaben Positionserfassung und können daher wechselseitig zur Validierung und damit zur sicherheitstechnischen Positionierung kombiniert werden.
Eine Validierung einer Objekt- oder Personenposition könnte also schematisch wie folgt ablaufen:

Das Funkortungssystem ermittelt die Position eines Objektes oder einer Person. Diese Informationen werden der Steuer- und Auswerteeinheit übermittelt.

Optional übermittelt die Steuer- und Auswerteeinheit ein Suchfeld, in dem das Funkortungssystem die Person oder das Objekt geortet hat, an den ortsauflösenden Sensor.
Der ortsauflösende Sensor prüft, ob in seinem Erfassungsbereich oder seinem Suchfeld eine Person oder ein Objekt vorhanden ist, optional mit dessen Größe und ggf. anderer detektierter Validierungsparameter wie Form, Geschwindigkeit usw. Der ortsauflösende Sensor übermittelt die erfassten Daten an die Steuer- und Auswerteeinheit.
Durch die Steuer- und Auswerteeinheit wird die erfasste Position der Person oder des Objektes des Funkortungssystems und die erfasste Position der Person oder des Objektes des ortsauflösenden Sensors miteinander verglichen.
Die Steuer- und Auswerteeinheit vergleicht optional die erfassten Merkmale bzw. die Kontur der Person oder des Objektes des ortsauflösenden Sensors mit den erfassten Merkmalen bzw. der Kontur der Person oder des Objektes des Funkortungssystems.
Somit kann die Personen- bzw. Objektposition wechselseitig durch die beiden diversitären Informationskanäle validiert und so für eine sicherheitstechnische Anwendung geprüft werden.
Die Weiterbildung ermöglicht eine sichere Positionserkennung von Personen oder Objekten in einem Überwachungsbereich und erschließt damit die Möglichkeit, eine Sicherheitsfunktion spezifisch auf eine jeweilige Situation zuzuschneiden. Damit besteht die Möglichkeit, eine Forderung nach einer Risikominderung zu erfüllen ohne eine Produktivität eines Automatisierungsprozesses zu beeinträchtigen.
Die physikalischen Wirkprinzipien und deren Stärken und Schwächen der diversitären Sensoren sind vorteilhaft komplementär. Funkortungssysteme weisen beispielsweise aufgrund des Wirkprinzips eine natürliche Immunität gegenüber Fremdlicht auf. Weiter sind Funkortungssysteme wenig empfindlich bei störenden Objekten wie Staub, Spänen oder Nebel. Zudem ist es durch Funkortungssysteme möglich, durch nichtmetallische Wände hindurchzusehen, so dass eine besonders frühe Erkennung von Personen oder Objekten möglich ist. Diese erlaubt eine qualitativ hochwertige Optimierung von Prozessen bei steter Gewährleistung der Arbeitssicherheit.
In Weiterbildung der Erfindung ist der ortsauflösende Sensor ein optoelektronischer Sensor, ein Ultraschallsensor oder ein Radarsensor.
Die Positionsdaten bzw. können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld, nämlich den Durchtrittsbereichen mit Hilfe optischer Sensoren erfasst wurden, verglichen werden.
Die Positionsdaten der Radarsensoren haben üblicherweise eine höhere Reichweite und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der Objekte zu verbessern.
Die Ultraschallsensoren haben üblicherweise eine ähnliche Genauigkeit und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der Objekte zu verbessern.
In Weiterbildung der Erfindung ist der ortsauflösende Sensor zur mindestens flächigen Überwachung des Durchtrittsbereichs des Überwachungsbereiches ausgebildet.
Der ortsauflösende Sensor zur mindestens flächigen Überwachung eines Durchtrittsbereichs ist ein Sensor zur Entfernungsmessung. Der Entfernungssensor liefert Entfernungswerte in mindestens einer zweidimensionalen Fläche. Dabei gibt der Sensor Messwerte mit Distanzangaben und Winkelangaben aus. Beispielsweise wird die Entfernung mittels Lichtlaufzeitverfahren oder Triangulationsverfahren ermittelt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der ortsauflösende Sensor zur mindestens räumlichen Überwachung eines Durchtrittsbereichs ausgebildet.
In Weiterbildung der Erfindung ist der optoelektronische Sensor ein Laserscanner, ein Sicherheitslaserscanner, eine 3D-Kamera, eine Stereokamera oder eine Lichtlaufzeitkamera.
Speziell die Durchtrittsbereiche werden dann mit stationär angebrachten sicheren 3D-Kameras mit Hilfe der integrierten Schutzfeldfunktion so überwacht, dass der Übergang einer Person von außen in den Durchtrittsbereich oder umgekehrt vom Durchtrittsbereich in einen angrenzenden Sektor sicher detektiert wird. Diese Detektion ist insofern ortsaufgelöst, dass sie über die räumlich voneinander getrennten Felder im Durchtrittsbereich unterscheiden kann, in welchen oder von welchem Sektor ein Durchtritt stattfand.
Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines optischen Sensors, beispielsweise einer 3D-Kamera ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich als Durchtrittsbereich sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts im Sichtbereich die Position relativ zur 3D-Kamera ermittelt und mit der bekannten Position der 3D-Kamera die globale Position des Objekts abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte optische Sensoren als auch mobile optische Sensoren, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte ein Objekt befindet, das zu diesem Positionswert passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
Die optischen Positionsdaten haben üblicherweise eine bessere Genauigkeit und können zusätzlich dazu benutzt werden, die Positionsgenauigkeit der Person oder der mobilen Maschine zu verbessern.
Die Plausibilität eines Positionswertes ist also umso größer, je besser die Übereinstimmung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung ist und je eindeutiger auch die Zuordnung zwischen optischer Positionsbestimmung und Funkortung möglich ist. Im oben dargestellten Fall kann die zusätzliche Schwierigkeit beispielsweise darin bestehen, dass nicht sicher festgestellt werden kann, ob eine erste Funkortung nicht möglicherweise auch zur einer zweiten optischen Ortung gehört und umgekehrt. Solche Mehrdeutigkeiten werden in der Plausibilität berücksichtigt. Diese Berücksichtigung kann dadurch erfolgen, dass die Zuordnung sicherheitsgerichtet so vorgenommen wird, dass eine minimale Abweichung zwischen Funkortung und optischer Position resultiert. Sie kann alternativ auch dadurch erfolgen, dass vorangegangene Positionswerte weiterverfolgt bzw. ,getrackt‘ werden und die Zuordnung so gemacht wird, dass der Abstand zur vorangegangenen Messung minimiert wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, bei einer Übereinstimmung der Positionsdaten des Funkortungssystems und der Positionsdaten des Sensors in einem Durchtrittsbereich geprüfte Positionsdaten zu bilden.
Gemäß der Weiterbildung werden sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten zur Verfügung gestellt. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen und Objekte als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
Die vorliegende Weiterbildung ermöglicht es somit auch bei fehleranfälligen Funkortungsinformationen im Betriebsumfeld zu überprüfen, dass diese sicherheitstechnisch im Sinne von Maschinensicherheit verwendbar sind. Dabei wird aufgedeckt, wenn es zu Ortungsfehlern außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches kommt, beispielsweise aufgrund von zu schwachen Funksignalen. Eine fehlerhafte Ortungsinformation wird dabei möglichst korrigiert und für die weitere Verwendung nutzbar gemacht. Falls das nicht möglich ist, wird eine Fehlerbeherrschungsmaßnahme eingeleitet, beispielsweise wird der Positionswert als fehlerhaft gekennzeichnet.
Damit werden die vorliegenden Ortungsinformationen, Positionsinformationen bzw. Positionsdaten auf ihre Zuverlässigkeit hin überprüft. Weiter kann den Positionsdaten ein für die Weiterverwendung erforderliches Zuverlässigkeitsmaß zugeordnet werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Sektoren beabstandet und räumlich getrennt voneinander. Zwischen den Sektoren sind dann entweder Durchtrittsbereiche angeordnet oder die Sektoren sind räumlich getrennt voneinander angeordnet. Beispielsweise bilden Regalgassen die Sektoren, wobei Quergänge zwischen Regalgassen Durchtrittsbereiche bilden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, jeweils eine Position der Funktransponder zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bahn (Trajektorie) der Funktransponder zu bestimmen.
Beispielsweise erfolgt ein Abgleich mit den Voraussagen einer Trajektorienschätzung unter Berücksichtigung bekannter Eigenschaften des mobilen Teilnehmers bzw. des Objektes oder der Person.
Auch hier wird wieder eine Erwartung an die Positionsmessung bzw. die Positionsdaten geprüft und erwartete Positionsdaten mit dem ermittelten Messwert bzw. den ermittelten Positionsdaten verglichen. Die Bewegung von Personen unterliegt nämlich Grenzen hinsichtlich der Beschleunigung und Geschwindigkeit. Bei mobilen Objekten bzw. Fahrzeugen kommt noch die Erwartung der Bewegungsrichtung hinzu. Diese Erwartungen können in Form von Bewegungsschätzern, wie zum Beispiel Kalman-Filtern, Voraussagen über zukünftige Positionen machen und diese Schätzungen werden dann zur Plausibilisierung der realen Messwerte bzw. Positionsdaten verwendet.
Dadurch kann beispielsweise eine Route eines Objektes, einer mobilen Maschine oder eines Fahrzeuges verfolgt werden und beispielsweise abhängig von der Bewegungsrichtung oder der Bewegungsgeschwindigkeit eine Aktion ausgelöst werden. Beispielsweise kann das Objekt zielgenau positioniert werden.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Funktransponder mindestens eine Zeitmesseinheit auf, wobei die Funkstationen ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder auszulesen und zu beschreiben und die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder zu synchronisieren und die Funkstationen ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen zu vergleichen.
Dadurch ist eine präzisiere Positionsbestimmung möglich, welche durch die Synchronisation auch dauerhaft präzise durchgeführt werden kann, insbesondere bei sich bewegenden Objekten.
In Weiterbildung der Erfindung werden aufgrund der Positionsdaten des Funkortungssystems und der Positionsdaten des Sensors geprüfte Positionsdaten gebildet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet ist, die geprüften Positionsdaten mit Referenzdaten zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung mittels der Steuer- und Auswerteeinheit eine Veränderung der Sicherheitsfunktion in dem Sektor des Sicherheitssystems erfolgt.
Gemäß der Weiterbildung der Erfindung kann eine sichere Kollaboration zwischen bewegbarer Maschine bzw. Aktor und Person realisiert werden. Abhängig von der Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder dem Abstand der Person wird die bewegbare Maschine bzw. der Aktor abgebremst, gestoppt, umgelenkt und/oder wieder beschleunigt.
Insbesondere wenn sich die Person oder das Objekt in einem gefahrbringenden Bereich der bewegbaren Maschine befindet, wird die bewegbare Maschine in einer ungefährlichen Betriebsart betrieben.
Sicherheitskritische Fehlerfälle, wie zum Beispiel der Verlust des Funksignals, z. B. weil kein Funktransponder vorhanden ist, weil eine Energieversorgung des Funktransponders ausgefallen ist oder weil beispielsweise der Funktransponder abgeschirmt wird oder eine fehlerhafte Lokalisierung der Person oder des Objektes durch den ortsauflösenden Sensor oder die fehlerhafte Verarbeitung von Positionsdaten durch die Steuer- und Auswerteeinheit, führen zu einem sicherheitsgerichteten Abschalten durch die primäre Sicherheitsfunktion, nämlich durch die Steuer- und Auswerteeinheit, falls keine gültigen Positionsdaten von dem ortsauflösenden Sensor vorliegen.
Basierend auf Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit erfolgt eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems.
Wenn eine vorbestimmte Position erkannt ist, welche beispielsweise abgespeichert ist, kann die Steuer- und Auswerteeinheit auf eine andere Schutzmaßnahme bzw. Sicherheitsfunktion umschalten. Das Umschalten der Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Umschalten von Messdatenkonturen, ein Umschalten von Schutzfeldern, eine Größen- oder Formanpassung von Messdatenkonturen oder Schutzfeldern und/oder eine Umschaltung der Eigenschaften eines Schutzfeldes umfassen. Zu den Eigenschaften eines Schutzfeldes gehören beispielsweise die Auflösung und/oder die Reaktionszeit des Schutzfeldes. Ein Umschalten der Schutzmaßnahme kann auch eine Sicherheitsfunktion, wie beispielsweise eine Kraftbegrenzung des Antriebs sein, auf die umgeschaltet wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, basierend auf den geprüften Positionsdaten der Steuer- und Auswerteeinheit eine veränderte Sicherheitsfunktion in dem Sektor einzustellen, wobei abstandsabhängig von der Person zum Objekt eine Bewegung des Objekts durch die Steuer- und Auswerteeinheit verändert bzw. beeinflusst wird.
Beispielsweise wird mittels der Steuer- und Auswerteeinheit eine veränderte Sicherheitsfunktion eingestellt, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit die geprüfte Positionsinformation in einen sicheren Abstand von der Gefahrenstelle umrechnet und abstandsabhängig von der Person eine Bewegung des Objekts beeinflusst.
Gemäß der Weiterbildung der Erfindung kann ebenfalls eine sichere Kollaboration zwischen Objekt und Person realisiert werden. Abhängig von der Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder dem Abstand der Person wird das Objekt abgebremst, gestoppt, umgelenkt und/oder wieder beschleunigt.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Funkortungssystem ein Ultrabreitband-Funkortungssystem ist, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation maximal 0,5 mW beträgt.
Eine absolute Bandbreite beträgt bei einem Ultrabreitband-Funkortungssystem wenigstens 500 MHz oder eine relative Bandbreite beträgt mindestens 20% der zentralen Frequenz.
Die Reichweite eines derartigen Funkortungssystems beträgt beispielsweise 0 bis 50 m. Dabei wird die kurze zeitliche Dauer der Funkpulse für die Ortung benutzt.
Das Funkortungssystem sendet damit nur Funkwellen mit einer niedrigen Energie aus. Das System ist sehr flexibel einsetzbar und weist keine Interferenzen auf.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl, beispielsweise mehr als drei Funkstationen angeordnet, welche mindestens einen Teil des Bewegungsbereichs der Person oder des Objektes überwachen.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine Maschine in deren Sektor in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Statusinformationen für den betreffenden Sektor gesteuert.Beispielsweise wird die Maschine abhängig von der Statusinformation in ihrer Betriebsart geändert, beispielsweise eine gefahrbringende Bewegung der Maschine verlangsamt oder gestoppt, bzw. beschleunigt oder gestartet.
Beispielweise erfolgt aufgrund der Statusinformationen mittels der Steuer- und Auswerteeinheit eine Änderung einer Reihenfolge von Prozessschritten eines Automatisierungsablaufs einer Anlage.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen in:

1 und 2 jeweils ein Sicherheitssystem.

In den nachfolgenden Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Sicherheitssystem 1 zur Lokalisierung mindestens einer Person 2 oder mindestens eines Objektes 8 in einem Überwachungsbereich 14, mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit 3, mit mindestens einem Funkortungssystem 4, mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor 7 zur Positionsbestimmung der Person 2 oder des Objektes 8, wobei das Funkortungssystem 4 angeordnete Funkstationen 5 aufweist, wobei an der Person 2 oder dem Objekt 8 mindestens ein Funktransponder 6 angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem 4 Positionsdaten der Person 2 oder des Objektes 8 ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von den Funkstationen 5 des Funkortungssystems 4 an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor 7 mindestens Anwesenheitsdaten der Person 2 oder des Objekts 8 ermittelbar sind, wobei der Überwachungsbereich 14 mehrere Sektoren 9 und mehrere Durchtrittsbereiche 15 zwischen den Sektoren 9 aufweist, wobei jedem Durchtrittsbereich 15 mindestens ein ortsauflösender Sensor 10 zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems 4 und die Anwesenheitsdaten des ortsauflösenden Sensors 7 in jeweils jedem Durchtrittsbereich 15 zyklisch zu vergleichen und zyklisch Statusinformationen für den Sektor 9 zu bilden.
Damit werden nicht zu jedem Zeitpunkt und für alle Positionen sicherheitstechnisch verwendbare Positionsinformationen anwesender Personen 2 ermittelt, sondern nur in den definierten Durchtrittsbereichen 15 des Überwachungsbereiches 14. Damit reduziert sich die sicherheitstechnisch verwendbare Positionsinformation auf das Wissen um den Bereich oder Durchtrittsbereich 15, in dem sich eine Person 2 befindet. Innerhalb eines Sektors 9 ist die Position zwar durch die Funkortung ebenfalls bekannt, aber aufgrund der fehlenden sicherheitstechnischen Überprüfung zunächst nicht für Sicherheitsfunktionen relevant.
Die Durchtrittsbereiche 15 können auch synonym als Übergangsbereiche bezeichnet werden.
Gemäß 1 kann das Betriebsumfeld so in verschiedene Sektoren 9 unterteilt werden, dass Übergänge zwischen diesen Sektoren 9 nur über definierte Durchtrittsbereiche 15 oder -zonen möglich sind. Diese Voraussetzung ist beispielsweise an Türen oder an Eingängen in Regalgassen gegeben.
Zusätzlich zur Detektion des Durchtrittsereignisses wird mit Hilfe des Funkortungssystems 4 erfasst, welche Funktransponder 6 sich zu diesem Zeitpunkt im Durchtrittsbereich 15 bzw. in unmittelbarer räumlicher Nähe zum entsprechenden Schutzfeld 13 des ortsauflösenden Sensors 7 befinden und beispielsweise die entsprechenden Funktransponder-ID dem detektierten Ereignis zugeordnet. Dadurch können die im Betriebsumfeld erfassten Funktransponder 6 eindeutig und sicher einem bestimmten Durch‚trittsbereich 15 zugeordnet werden. Der resultierende Status des entsprechenden Sektors 9 lautet dann ‚Person anwesend‘ bzw. ‚Potenzielle Gefährdung‘ in dem entsprechenden Sektor 9.
Umgekehrt erhält ein Sektor den Status ,frei‘ bzw. keine Gefährdung‘, wenn sich kein Funktransponder 6 und damit keine Person 2 im Sektor 9 befindet. In diesem Fall können beispielsweise Maschinen 11 mit maximaler Betriebsgeschwindigkeit operieren, lokale Absicherungsfunktionen überbrückt oder beispielsweise die entsprechenden Sektoren 9 als bevorzugte Routen für autonome Fahrzeuge ausgewiesen werden.
Die sichere Positionsinformation wird vom ortsauflösenden Sensor 7 mit Hilfe einer Anwesenheitsdetektion in einem definierten Schutzbereich, in diesem Fall der Durchtrittsbereich 15, bereitgestellt. Die Überprüfung von Positionsinformationen der Funkortung ist daher hier zunächst gar nicht erforderlich, wird aber ergänzend in den Sichtbereichen des ortsauflösenden Sensors 7 vorgenommen.
Die Information des Funkortungssystems 4 ist zusätzlich zur sicheren Anwesenheitsdetektion des ortsauflösenden Sensors 7 deshalb erforderlich, weil ein schutzfeldbasiertes System zwar sehr zuverlässig Durchtritte in den Durchtrittsbereichen 15 zwischen Sektoren 9 detektieren kann, aber nicht in der Lage zu sein braucht, sich die Durchtritte zu merken. Das bedeutet, der Fall, dass zwei Personen 2 gleichzeitig einen Sektor 9 betreten, danach aber nur eine Person 2 den Sektor 9 wieder verlässt, braucht mit dem ortsauflösenden Sensor 7 nicht von dem Fall zu unterschieden werden, in dem beide Personen 2 den Sektor 9 wieder verlassen. Für die sicherheitstechnische Verwendung ist diese Unterscheidung aber unbedingt erforderlich.
Durch die Verwendung eines Funkortungssystems 4 und die genaue Zuordnung eines detektierten Durchtritts eines Funktransponders 6 bzw. beispielsweise einer eindeutigen ID eines Funktransponders 6 lässt sich dieses Problem jedoch lösen. Die sichere Zuordnung gelingt dadurch, dass die unabhängig gewonnenen diversitären Positionsinformationen vom ortsauflösenden Sensor 7 und Funkortungssystem 4 beim Durchtritt des Durchtrittsbereichs 15 miteinander verglichen werden und so eindeutig und sicher die Information abgeleitet werden kann, welche Personen 2 bzw. welcher Funktransponder 6 sich in einem Sektor 9 oder einem Durchtrittsbereich 15 befindet. Es ist daher nicht mehr erforderlich Durchtritte zu zählen, um die Information über die Anwesenheit von Personen 2 in einem Sektor 9 zu erhalten. Die Kenntnis des eindeutigen Funktransponders 6 und das Tracking bzw. Verfolgen dieser Funktransponder 6 im Überwachungsbereich 14 ist sehr viel zuverlässiger.
Ergänzend kann aus der Übereinstimmung zwischen Position der Funkortung und Position des Schutzbereiches 13 des ortsauflösenden Sensors 7 ein Plausibilitätsmaß für die weitere sicherheitstechnische Verwendung ermittelt werden.
Die Stati aller Sektoren 9 werden über die Steuer- und Auswerteeinheit 3 beispielsweise eine zentrale Steuerung ermittelt, die als Eingabedaten sowohl die vom Funkortungssystem 4 beispielsweise einem RTLS-System ermittelten Funkttransponderpositionen als auch die Schaltinformationen der Schutzbereiche 13 aller stationären ortsauflösenden Sensoren 7 erhält.Bei der Steuer- und Auswerteeinheit 3 kann es sich beispielsweise um eine Sicherheitssteuerung handeln oder alternativ auch um eine nicht sichere Steuerung, die zusätzliche Plausibilisierungsmechanismen der Datenverarbeitung verwendet.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 3, welche beispielsweise als zentrale Steuerung ausgeführt ist, führt beispielsweise zyklisch fortlaufend die folgenden Schritte aus:

1. Positionsinformationen des Funkortungssystems 4 ermitteln.
2. Informationen für Durchtrittsbereiche 15 bzw. Sektorübergänge erfassen, wobei diese Informationen von den stationären ortsauflösenden Sensoren 7 ermittelt und an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 gesendet werden.
3. Bei Vorliegen eines Durchtrittsereignisses: Zuordnung zwischen Funktransponder 6 und Positionsinformation des ortsauflösenden Sensors 7.
4. Setzen eines Status jedes Sektors 9 über den jeweiligen Gefährdungszustand.
5. Ggf. Einleitung von Maßnahmen zur Risikominderung für die verschiedenen Sektoren 9.

Die sektorspezifischen Statusinformationen können auf verschiedene Arten zur Risikominderung zum Einsatz kommen:

Gemäß einem einfachen Ansatz wird beispielsweise eine Maschine 11 oder Fahrbewegung eines Objekts 8 in einem Sektor 9 gestoppt, sobald der Sektorstatus die Anwesenheit einer Person 2 signalisiert. Diese Art der Risikominderung hat den Vorteil der geringen Komplexität, leidet aber unter den bekannten Produktivitätseinbußen. Dennoch ergeben sich hier Vorteile dadurch, dass die Reichweitenlimitierung lokaler Absicherungssensoren wegfällt. Ein Beispiel ist die Geschwindigkeitsbegrenzung von Schmalgangstaplern. Diese Fahrzeuge sind in ihrer Geschwindigkeit durch die Reichweite der ‚mitgeführten‘ Schutzfelder begrenzt. Eine Vergrößerung der Schutzfelder ist aus energetischen Gründen und praktischen Applikationsgründen nicht sinnvoll. Wenn aber die Information vorliegt, dass im Schmalgangbereich sicher keine Person 2 anwesend ist, dann kann die Geschwindigkeitslimitierung überwunden werden.

Umgekehrt kann der Sektorstatus auch um die Anwesenheitsinformation über bewegliche Gefahrenstellen, insbesondere autonome Fahrzeuge, erweitert werden. Damit können Personen 2 bei Annäherung an den betreffenden Sektor 9 gewarnt oder mit Hilfe von sicheren Türzuhaltungen am Durchtritt in den Sektor 9 gehindert werden.
Der Sektorstatus kann auch für eine kaskadierte Risikominderungsstrategie eingesetzt werden, bei der beim Betreten eines Sektors 9 durch eine Person 2 die Bewegungen der Maschinen 11 oder der Objekte 8, z.B. Fahrzeuge, verlangsamt werden und so ein geringeres Risiko für die anwesende Person 2 besteht. Dieses Restrisiko kann dann entweder akzeptabel sein oder durch ergänzende lokale Absicherungsmaßnahmen weiter reduziert werden. Zum Beispiel durch Sicherheitssensoren mit geringerem Sicherheitsniveau.
Außerdem kann der Sektorstatus zur dynamischen Routenplanung von Fahrzeugen verwendet werden. Ein Sektor 9 mit Status ,frei / keine ‚Person 2 anwesend‘ kann als bevorzugte Route ausgewiesen werden. Umgekehrt kann ein Sektor 9 mit anwesenden Personen 2 für die Durchfahrt autonomer Fahrzeuge gesperrt und die Fahrzeuge auf andere Routen umgelenkt werden.
Wenn für einen Sektor 9 die Information vorliegt, dass sich keine Personen 2 dort befinden, kann mit dieser Information die Funktion lokaler Absicherungssensoren überbrückt werden. Das verbessert die Verfügbarkeit der Maschinen 11 und damit deren Produktivität, indem ungewollte fehlerhafte Abschaltungen vermieden werden.
Beispielsweise weisen die Funktransponder 6 eine Identifikation auf, wobei jeweils ein Funktransponder 6 mindestens entweder einer Person 2 oder einem mobilen Objekt 8 zugeordnet ist, wodurch die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die Personen 2 und mobilen Objekte 8 zu unterscheiden und jeweils zu identifizieren.
Der ortsauflösende Sensor 7 und die Funkstationen 5 sind vorzugsweise stationär angeordnet.
Es ist beispielsweise jedem Durchtrittsbereich 15 mindestens ein ortsauflösender Sensor 7 zugeordnet.
Die Funkortung basiert dabei beispielsweise auf einer Triangulation von mindestens einem Funktransponder 6 an der Person 2 oder dem Objekt 8. Hierzu sind mindestens drei Funkstationen 5 notwendig, die den Funktransponder 6 erfassen können. Dabei ist dem Funkortungssystem 4 der Abstand zwischen den jeweiligen Funkstationen 5 bekannt.
Dabei werden die Positionsdaten von dem Funkortungssystem 4, nämlich den Funkstationen 5, an die Steuer- und Auswerteeinheit 3 übermittelt.
Das zweite System ist der ortsauflösende Sensor 7 bzw. ein ortsauflösendes Umfelderfassungssystem. Hierbei wird kein Funktransponder 6 zur Lokalisierung benötigt. Dieses Umfelderfassungssystem bzw. der ortsauflösende Sensor 7 liefert also Informationen, dass sich ein Objekt 8 an einer bestimmten Position befindet und ermittelt beispielsweise dessen Position und Abmessung bzw. Kontur.
Gemäß 1 ist der ortsauflösende Sensor 7 beispielsweise ein optoelektronischer Sensor 10. Jedoch kann der ortsauflösende Sensor 7 auch ein Ultraschallsensor oder ein Radarsensor sein.
Die Positionsdaten bzw. Positionsinformationen können mit sicheren oder nicht-sicheren Positionsdaten bzw. Positionsinformationen, die punktuell an bestimmten Orten im Betriebsumfeld, nämlich den Durchtrittsbereichen 15 mit Hilfe optoelektronischer Sensoren 10 erfasst wurden, verglichen werden.
Gemäß 1 ist der ortsauflösende Sensor 7 beispielsweise zur mindestens flächigen Überwachung des Durchtrittsbereichs 15 des Überwachungsbereiches 14 ausgebildet.
Der ortsauflösende Sensor 7 zur mindestens flächigen Überwachung eines Durchtrittsbereichs 15 ist ein Sensor zur Entfernungsmessung. Der Entfernungssensor liefert Entfernungswerte im mindestens zweidimensionalen Raum. Dabei gibt der Sensor 7 Messwerte mit Distanzangaben und Winkelangaben aus. Beispielsweise wird die Entfernung mittels Lichtlaufzeitverfahren oder Triangulationsverfahren bzw. Stereoskopie ermittelt.
Beispielsweise ist der ortsauflösende Sensor 7 zur mindestens räumlichen Überwachung eines Durchtrittsbereichs 15 ausgebildet.
Gemäß 1 ist der beispielsweise optoelektronische Sensor 10 beispielsweise ein Laserscanner, ein Sicherheitslaserscanner, eine 3D-Kamera, eine Stereokamera oder eine Lichtlaufzeitkamera.
Speziell die Durchtrittsbereiche 15 werden dann mit stationär angebrachten sicheren 3D-Kameras mit Hilfe der integrierten Schutzfeldfunktion so überwacht, dass der Übergang einer Person 2 von außen in den Durchtrittsbereich 15 oder umgekehrt vom Durchtrittsbereich 15 in einen angrenzenden Sektor 9 sicher detektiert wird. Diese Detektion ist insofern ortsaufgelöst, dass sie über die räumlich voneinander getrennten Felder im Durchtrittsbereich 15 unterscheiden kann, in welchen oder von welchem Sektor 9 ein Durchtritt stattfand oder stattfindet.
Ein Beispiel ist der Abgleich mit den Positionsdaten, die im Sichtbereich eines optoelektronischen Sensors 10, beispielsweise einer 3D-Kamera ermittelt wurden. Das kann zum Beispiel in einem Kreuzungsbereich als Durchtrittsbereich 15 sein. Hierbei wird bei Erfassung eines Objekts 8 im Sichtbereich die Position relativ zur 3D-Kamera ermittelt und mit der bekannten Position der 3D-Kamera die globale Position des Objekts 8 abgeleitet. Dabei sind sowohl statisch angebrachte optoelektronischen Sensoren 10 als auch mobile optoelektronische Sensoren 10, deren Position und Orientierung durch andere Quellen bekannt ist, vorgesehen. Anschließend wird geprüft, ob sich in einer Liste der mittels Funkortung verfolgten Objekte 8 ein Objekt 8 befindet, das zu diesem Positionswert passt. Bei hinreichender Übereinstimmung gilt der Positionswert der Funkortung als geprüft. In diesem Fall hat ein diversitär redundanter Ansatz die Messung bestätigt.
Beispielsweise ist die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet, bei einer Übereinstimmung der Positionsdaten des Funkortungssystems und der Positionsdaten des Sensors 7 in einem Durchtrittsbereich 15 geprüfte Positionsdaten zu bilden.
Damit werden sicherheitstechnisch verwendbare Positionsdaten zur Verfügung gestellt. Das bedeutet, dass die so gewonnenen Positionsdaten aller Personen 2 und Objekte 8 als Grundlage für ein umfassendes, vorausschauendes und produktivitätsoptimierendes Absicherungskonzept verwendet werden können.
Gemäß 1 sind die Sektoren 9 beispielsweise beabstandet und räumlich getrennt voneinander. Zwischen den Sektoren 9 sind dann entweder Durchtrittsbereiche 15 angeordnet oder die Sektoren 9 sind räumlich getrennt voneinander angeordnet. Beispielsweise bilden Regalgassen die Sektoren 9, wobei Quergänge zwischen Regalgassen Durchtrittsbereiche 15 bilden.
Gemäß 2 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 3 beispielsweise ausgebildet, jeweils eine Position der Funktransponder 6 zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bahn (Trajektorie) der Funktransponder 6 zu bestimmen.
Beispielsweise erfolgt ein Abgleich mit den Voraussagen einer Trajektorienschätzung unter Berücksichtigung bekannter Eigenschaften des mobilen Teilnehmers bzw. des Objektes 8 oder der Person 2.
Dadurch kann beispielsweise eine Route eines Objektes 8, einer mobilen Maschine oder eines Fahrzeuges verfolgt werden und beispielsweise abhängig von der Bewegungsrichtung oder der Bewegungsgeschwindigkeit eine Aktion ausgelöst werden. Beispielsweise kann das Objekt 8 zielgenau positioniert werden.
Beispielsweise werden aufgrund der Positionsdaten des Funkortungssystems 4 und der Positionsdaten des Sensors 7 geprüfte Positionsdaten gebildet, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 ausgebildet ist, die geprüften Positionsdaten mit Referenzdaten zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eine Veränderung der Sicherheitsfunktion in dem Sektor 9 des Sicherheitssystems 1 erfolgt.
Damit kann eine sichere Kollaboration zwischen Objekt 8 bzw. bewegbarer Maschine bzw. Aktor und Person 2 realisiert werden. Abhängig von der Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder dem Abstand der Person 2 wird das Objekt 8, die bewegbare Maschine bzw. der Aktor abgebremst, gestoppt, umgelenkt und/oder wieder beschleunigt.
Insbesondere wenn sich die Person 2 oder das Objekt 8 in einem gefahrbringenden Bereich der bewegbaren Maschine befindet, wird die bewegbare Maschine in einer ungefährlichen Betriebsart betrieben.
Basierend auf Positionsdaten mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3, kann eine Veränderung der Sicherheitsfunktion des Sicherheitssystems 1 erfolgen.
Wenn eine vorbestimmte Position erkannt ist, welche beispielsweise abgespeichert ist, kann die Steuer- und Auswerteeinheit 3 auf eine andere Schutzmaßnahme bzw. Sicherheitsfunktion umschalten. Das Umschalten der Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Umschalten von Messdatenkonturen, ein Umschalten von Schutzfeldern, eine Größen- oder Formanpassung von Messdatenkonturen oder Schutzfeldern 13 und/oder eine Umschaltung der Eigenschaften eines Schutzfeldes 13 umfassen. Zu den Eigenschaften eines Schutzfeldes 13 gehören beispielsweise die Auflösung und/oder die Reaktionszeit des Schutzfeldes 13. Ein Umschalten der Schutzmaßnahme kann auch eine Sicherheitsfunktion, wie beispielsweise eine Kraftbegrenzung des Antriebs sein, auf die umgeschaltet wird.
Gemäß 1 ist die Steuer- und Auswerteeinheit 3 beispielsweise ausgebildet, basierend auf den geprüften Positionsdaten der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eine veränderte Sicherheitsfunktion in dem Sektor 9 einzustellen, wobei abstandsabhängig von der Person 2 zum Objekt 8 eine Bewegung des Objekts 8 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 3 verändert bzw. beeinflusst wird.
Beispielsweise wird mittels der Steuer- und Auswerteeinheit 3 eine veränderte Sicherheitsfunktion eingestellt, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 3 die geprüfte Positionsinformation in einen sicheren Abstand von der Gefahrenstelle umrechnet und abstandsabhängig von der Person 2 eine Bewegung des Objekts 8 beeinflusst.
Gemäß 2 kann ebenfalls eine sichere Kollaboration zwischen Objekt 8 und Person 2 realisiert werden. Abhängig von der Position, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und/oder dem Abstand der Person 2 wird das Objekt 8 abgebremst, gestoppt, umgelenkt und/oder wieder beschleunigt.
Vorzugsweise ist das Funkortungssystem 4 ein Ultrabreitband-Funkortungssystem, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation maximal 0,5 mW beträgt.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl, beispielsweise mehr als drei Funkstationen 5 angeordnet, welche mindestens einen Teil des Bewegungsbereichs der Person 2 oder des Objektes 8 überwachen.
Bezugszeichenliste

1: Sicherheitssystem
2: Person
3: Steuer- und Auswerteeinheit
4: Funkortungssystem
5: Funkstationen
6: Funktransponder
7: ortsauflösender Sensor
8: Objekt
9: Sektor
10: optoelektronischer Sensor
11: Maschine
12: 3D-Kamera
13: Schutzfeld/Schutzbereich
14: Überwachungsbereich
15: Durchtrittsbereich

Claims

Sicherheitssystem (1) zur Lokalisierung mindestens einer Person (2) oder mindestens eines Objektes (8) in einem Überwachungsbereich (14), mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (3), mit mindestens einem Funkortungssystem (4), mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor (7) zur Positionsbestimmung der Person (2) oder des Objektes (8), wobei das Funkortungssystem (4) angeordnete Funkstationen (5) aufweist, wobei an der Person (2) oder dem Objekt (8) mindestens ein Funktransponder (6) angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem (4) Positionsdaten der Person (2) oder des Objektes (8) ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von den Funkstationen (5) des Funkortungssystems (4) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor (7) mindestens Anwesenheitsdaten der Person (2) oder des Objekts (8) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich (14) mehrere Sektoren (9) und mehrere Durchtrittsbereiche (15) zwischen den Sektoren (9) aufweist, jedem Durchtrittsbereich (15) mindestens ein ortsauflösender Sensor (7) zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems (4) und die Anwesenheitsdaten des ortsauflösenden Sensors (7) in jeweils jedem Durchtrittsbereich (15) zyklisch zu vergleichen und zyklisch Statusinformationen für den Sektor (9) zu bilden.
Sicherheitssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels dem ortsauflösenden Sensor (7) Positionsdaten der Person (2) oder des Objekts (8) ermittelbar sind.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsauflösende Sensor (7) ein optoelektronischer Sensor (10), ein Ultraschallsensor oder ein Radarsensor ist.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsauflösende Sensor (7) zur mindestens flächigen Überwachung eines Durchtrittsbereichs (15) ausgebildet ist.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsauflösende Sensor (7) zur mindestens räumlichen Überwachung eines Durchtrittsbereichs (15) ausgebildet ist.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektronische Sensor (10) ein Laserscanner, ein Sicherheitslaserscanner, eine 3D-Kamera, eine Stereokamera oder eine Lichtlaufzeitkamera ist.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, bei einer Übereinstimmung der Positionsdaten des Funkortungssystems (4) und der Positionsdaten des Sensors (7) in einem Durchtrittsbereich (15) geprüfte Positionsdaten zu bilden.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektoren (9) beabstandet und räumlich getrennt voneinander sind.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, jeweils eine Position der Funktransponder (6) zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu ermitteln und daraus eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bahn oder Trajektorie der Funktransponder (6) zu bestimmen.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktransponder (6) jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen (5) ebenfalls jeweils mindestens eine Zeitmesseinheit aufweisen, wobei die Funkstationen (5) ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder (6) auszulesen und zu beschreiben und die Funkstationen (5) ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder (6) zu synchronisieren und die Funkstationen (5) ausgebildet sind, die Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funktransponder (6) mit den Zeiten der Zeitmesseinheiten der Funkstationen (5) zu vergleichen.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Positionsdaten des Funkortungssystems (4) und der Positionsdaten des Sensors (7) geprüfte Positionsdaten gebildet werden, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die geprüften Positionsdaten mit Referenzdaten zu vergleichen und bei einer Übereinstimmung mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eine Veränderung der Sicherheitsfunktion in dem Durchtrittsbereich (15) des Sicherheitssystems (1) erfolgt.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist basierend auf den geprüften Positionsdaten der Steuer- und Auswerteeinheit (3) eine veränderte Sicherheitsfunktion in dem Durchtrittsbereich (15) einzustellen, wobei abstandsabhängig von der Person (2) zum Objekt (8) eine Bewegung des Objekts (8) durch die Steuer- und Auswerteeinheit (3) verändert bzw. beeinflusst wird.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funkortungssystem (4) ein Ultrabreitband-Funkortungssystem ist, wobei die verwendete Frequenz im Bereich von 3,1 GHz bis 10,6 GHz ist, wobei die Sendeenergie pro Funkstation (5) maximal 0,5 mW beträgt.
Sicherheitssystem (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maschine in deren Sektor in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Statusinformationen für den Sektor gesteuert wird.
Verfahren mit einem Sicherheitssystem (1) zur Lokalisierung mindestens einer Person (2) oder mindestens eines Objektes (8) in einem Überwachungsbereich (14), mit mindestens einer Steuer- und Auswerteeinheit (3), mit mindestens einem Funkortungssystem (4), mit mindestens einem ortsauflösenden Sensor (7) zur Positionsbestimmung der Person (2) oder des Objektes (8), wobei das Funkortungssystem (4) angeordnete Funkstationen (5) aufweist, wobei an der Person (2) oder dem Objekt (8) mindestens ein Funktransponder (6) angeordnet ist, wobei mittels dem Funkortungssystem (4) Positionsdaten der Person (2) oder des Objektes (8) ermittelbar sind, wobei die Positionsdaten von den Funkstationen (5) des Funkortungssystems (4) an die Steuer- und Auswerteeinheit (3) übermittelbar sind, und mittels dem ortsauflösenden Sensor (7) mindestens Anwesenheitsdaten der Person (2) oder des Objekts (8) ermittelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich (14) mehrere Sektoren (9) und mehrere Durchtrittsbereiche (15) zwischen den Sektoren (9) aufweist, jedem Durchtrittsbereich (15) mindestens ein ortsauflösender Sensor (7) zugeordnet ist, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) ausgebildet ist, die Positionsdaten des Funkortungssystems (4) und die Anwesenheitsdaten des ortsauflösenden Sensors (7) in jeweils jedem Durchtrittsbereich (15) zyklisch zu vergleichen und zyklisch Statusinformationen für den Sektor (9) zu bilden.