DE3606594A1 - Unfallschutzlichtvorhang - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen an einer gefährlichen Arbeits­ maschine installierten Unfallschutzlichtvorhang bestehend aus wenigstens einer Lichtsende-Empfangsanordnung mit einer Lichtstrahlschwenkvorrichtung, wie einem Spiegelrad oder einem Dreh- oder Schwingspiegel, welche einen auftreffen­ den, scharf gebündelten Lichtstrahl, insbesondere einen Laserlichtstrahl, innerhalb eines vorbestimmten Winkelbe­ reiches eine periodische Abtastbewegung ausführen läßt, damit ein Überwachungslichtstrahl eine vorbestimmte Über­ wachungsebene entsprechend periodisch überstreicht, an deren von der Lichtstrahleintrittsseite abgewandter Seite bzw. abgewandten Seiten ein oder mehrere Retroreflektoren angeordnet sind, welche das auftreffende Licht in sich zurück zu der Lichtstrahlschwenkvorrichtung lenken, von wo das Empfangslicht zu einem Photowandler geschickt wird, der über eine angeschlossene Auswerteelektronik eine Maschinen­ steuerung derart beaufschlagt, daß bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch ein in die Überwachungsebene eingebrach­ tes Hindernis die Arbeitsmaschine zumindest solange abge­ schaltet wird, wie sich das Hindernis in der Überwachungs­ ebene befindet.

Derartige Unfallschutzlichtvorhänge werden z.B. zur voll­ flächigen Absicherung relativ großer Schutzzonen verwen­ det, wie sie z.B. bei automatischen Beschickungsanlagen in der Fördertechnik oder bei Fertigungsstraßen anzutref­ fen sind.

Normalerweise arbeiten derartige Drehstrahl-Lichtvorgänge mit nur einer einzigen, einen bestimmten Winkelbereich von z.B. 90° überstreichenden Lichtsende-Empfangsanordnung (DE-PS 25 50 653).

Werden bei einem bestimmten Überwachungsproblem bestimmte Auftreffwinkel auf die gegenüber der Lichtsende-Empfangs­ anordnung angeordneten Retroreflektoren unterschritten, so können auch auf entgegengesetzten Seiten des Überwachungs­ bereiches zwei Lichtsende-Empfangsanordnungen vorgesehen werden (DE-PS 22 36 482), wobei jede Lichtsende-Empfangs­ anordnung nur einen Teilbereich der Überwachungsebene über­ streicht und überwacht.

Zur Bestimmung des Ortes eines fliegenden Gegenstandes ist es auch schon bekannt geworden (DE-OS 22 08 559), ein und dieselbe Überwachungsebene durch zwei an den beiden Ecken eines Rechtecks angeordnete Lichtsende-Empfangsan­ ordnungen mit eine sektorförmige Abtastbewegung ausführen­ den Lichtstrahlen vorzusehen, wobei ein durch die Über­ wachungsebene hindurchfliegender Gegenstand von den beiden Überwachungslichtstrahlen in einer ganz bestimmten Winkel­ stellung erfaßt wird, aus der dann die Koordinaten des Gegenstandes innerhalb der Überwachungsebene berechnet wer­ den können.

Die Erfindung befaßt sich mit der Problematik, daß die Lichtsende-Empfangsanordnung eines Unfallschutzlichtvor­ hanges durch irgendeine Störung oder den Ausfall eines Bauelements versagen kann, was jedoch unter keinen Um­ ständen dazu führen darf, daß die gefährliche Arbeits­ maschine nunmehr unüberwacht weiterläuft, weil dies für die sich auf den Unfallschutzlichtvorhang verlassende Bedienungsperson verheerende, unter Umständen sogar töd­ liche Folgen haben kann.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Unfallschutzlichtvorhang der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welcher auch beim Ausfall der Licht­ sende-Empfangsanordnung noch eine sichere Abschaltung der Arbeitsmaschine gestattet, wenn die Bedienungsperson oder ein sonstiges Hindernis in die Überwachungsebene ein­ greift. Weiter soll in diesem Fall gewährleistet sein, daß ein Wiedereinschalten der Arbeitsmaschine ohne vorherige Reparatur oder Austausch der defekten Lichtsende-Empfangs­ anordnung nicht möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß im Abstand von der ersten Lichtsende-Empfangsanordnung am Rande der Überwachungsebene eine zweite Lichtsende- Empfangsanordnung vorgesehen ist, welche mit dem aus ihr austretenden Überwachungslichtstrahl die gleiche Über­ wachungsebene wie die erste Lichtsende-Empfangsanordnung periodisch überstreicht und der ebenfalls Retroreflektoren am gegenüberliegenden Rand der Überwachungsebene zugeord­ net sind, daß die Auswerteleketronik der zweiten Lichtsende- Empfangsanordnung die Maschinensteuerung ebenfalls so be­ einflußt, daß bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch ein in die Überwachungsebene eingebrachtes Hindernis die Arbeitsmaschine zumindest solange abgeschaltet wird, wie sich das Hindernis in der Überwachungsebene befindet, und daß die Auswerteelektroniken über eine logische Ver­ knüpfungsschaltung so verknüpft sind, daß bei einer Hin­ dernisanzeige durch nur eine der beiden Auswerteelektro­ niken die Arbeitsmaschine unabhängig vom Schaltzustand der beiden Auswerteelektroniken abgeschaltet wird.

Der Erfindungsgedanke ist also darin zu sehen, exakt die gleiche Überwachungsebene von einer zweiten, praktisch identisch wie die erste ausgebildeten Lichtsende-Empfangs­ anordnung und vollständig unabhängig von dieser überwachen zu lassen. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß eine Abschaltung der Arbeitsmaschine auch noch dann erfolgt, wenn eine der Lichtsende-Empfangsanordnungen ausfällt. Da die beiden vorgesehenen Lichtsende-Empfangsanordnungen vollständig unabhängig voneinander arbeiten, ist die Wahr­ scheinlichkeit, daß beide gleichzeitig ausfallen, praktisch gleich Null. In Sonderfällen, wo es auf extreme Sicherheit ankommt, könnten gemäß dem vorstehend beschriebenen Erfin­ dungsgedanken auch drei oder vier unabhängige Lichtsende- Empfangsanordnungen ein und dieselbe Überwachungsebene überstreichen und damit überwachen.

Ein weiterer wesentlicher Erfindungsgedanke besteht darin, daß die Ausgangssignale der beiden Lichtsende-Empfangs­ anordnungen logisch so verknüpft werden, daß für den Fall, daß nur eine der Lichtsende-Empfangsanordnungen ein Hinder­ nissignal abgibt, die Arbeitsmaschine nicht wie bei ein­ wandfreier Arbeitsweise beider Lichtsende-Empfangsanord­ nungen nur abgeschaltet wird, bis das Hindernis wieder aus der Überwachungsebene herausgelangt, sondern auch in letzterem Fall solange abgeschaltet bleibt, bis die defekte Lichtsende-Empfangsanordnung repariert oder durch eine intakte ausgetauscht worden ist.

Eine besonders bevorzugte praktische Ausführungsform zur Überwachung rechteckiger Felder kennzeichnet sich dadurch, daß die Überwachungsebene ein Rechteck ist, in zwei benachbarten Ecken von dem die jeweils einen Winkel von etwa 90° überstreichenden Lichtsende-Empfangs­ anordnung spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, und daß die von den Überwachungslichtstrahlen senkrecht oder zumindest unter steilen Winkeln beaufschlagten Seiten des Rechtecks mit Retroreflektoren versehen sind.

Die erfindungsgemäß wichtige logische Verknüpfung kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dadurch herbeigeführt werden, daß jede Auswerteelektronik ein bei freier Überwachungsebene angezogenes, sonst abgefallenes Hauptrelais mit jeweils zwei Schließkontakten und einen Öffnungskontakt aufweist und daß in einem Maschinensteuer­ kreis jeweils zwei Schließkontakte der beiden Hauptrealais und ein dritter Schließkontakt eines ersten Hilfsrelais hintereinandergeschaltet sind, welches im Falle des Ab­ fallens nur eines der Hauptrelais abfällt und auch beim Wiederanziehen beider Hauptrelais abgefallen bleibt. Hier­ bei soll insbesondere vorgesehen sein, daß das erste Hilfs­ relais mit je einem Schließkontakt der beiden Hauptrelais und von sich selbst in Reihe liegt, daß ein zweites Hilfs­ relais vorgesehen ist, welches mit je einem Öffnungskon­ takt der beiden Hauptrelais und des ersten Hilfsrelais in Reihe liegt, und daß ein Schließkontakt des zweiten Hilfsrelais dem Selbsthalte-Schließkontakt des ersten Hilfsrelais parallel geschaltet ist.

Vorzugsweise sind die beiden Lichtsende-Empfangsanordnungen des erfindungsgemäßen Lichtvorhangs identisch und arbeiten auch mit gleicher Abtastfrequenz.

Ein besonderer Vorteil der letztgenannten Ausführungsform besteht darin, daß bei jedem Eingriff in den Lichtvorhang jeder Schaltkontakt der Relais einmal betätigt wird.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungs­ gemäßen Lichtvorhangs,

Fig. 1a schematisch den optischen Aufbau jeder Lichtsende-Empfangsanordnung des Unfall­ schutzlichtvorhanges nach Fig. 1 und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Auswerteelektroniken der beiden Lichtsende-Empfangsanordnungen eines erfindungsgemäßen Unfallschutzlichtvor­ hanges sowie deren Verknüpfung.

Nach Fig. 1 sind in den beiden unteren Ecken 25, 26 einer eine größere Breite als Höhe aufweisenden rechteckigen Überwachungsebene 13 zwei Lichtsende-Empfangsanordnungen 11 bzw. 12 angeordnet, welche je­ weils einen Überwachungslichtstrahl 14 bzw. 15, der in der Überwachungsebene 13 liegt, aussenden, der eine Abtast­ bewegung in Richtung der Pfeile in Fig. 1 ausführt. Jeder der beiden Überwachungslichtstrahlen 14, 15 ist in Fig. 1 mehrfach dargestellt, um dadurch die sektorförmige Abtast­ bewegung der Überwachungslichtstrahlen 14, 15 anschaulich zu machen.

Jede der beiden Lichtsende-Empfangsanordnungen 11, 12 kann erfindungsgemäß so ausgebildet sein, wie das in Fig. 1a veranschaulicht ist. Danach sendet eine Laserlichtquelle 27 einen Sende-Lichtstrahl 28 zu einem Sendeprisma 29, welches den Sendelichtstrahl 28 zu einem Drehspiegel 30 umlenkt, der auf der Drehachse eines schnellumlaufenden Elektromotors 31 unter einem Winkel von 45° zur Achse angeordnet ist. Der umgelenkte Sendelichtstrahl 28 trifft auf der Achse des Motors 31 und mit dieser axial ausgerichtet auf den Dreh­ spiegel 30 auf. Vom Drehspiegel 30 wird der Überwachungs­ lichtstrahl 14 bzw. 15 reflektiert, welcher in Fig. 1 wiedergegeben ist.

Die Überwachungslichtstrahlen 14, 15 treffen auf an den Rändern der Überwachungsebene 13 angeordnete Retroreflekto­ ren 16, 17, 18, 19, 20. Während an der die beiden Licht­ sende-Empfangsanordnungen 11, 12 verbindenden Grundlinie 32 der rechteckigen Überwachungsebene 13 keine Retro­ reflektoren vorgesehen sind, weil dort die Überwachungs­ lichtstrahlen 14, 15 streifend auftreffen, sind die übrigen drei Seiten der Überwachungsebene 13 mit Retroreflektoren 16, 17, 18 versehen. In den Eckbereichen, wo die streifen­ förmigen Retroreflektoren 16, 17, 18 zusammentreffen, sind über Eck noch kleine Eckreflektoren 19, 20 vorgesehen, um Unterbrechungen von reflektiertem Licht in den Eckbereichen zu vermeiden.

Nach Fig. 1a wird das von den Retroreflektoren 16, 17, 18, 19, 20 in sich selbst zurückreflektierte Licht über den Drehspiegel 30 auf ein Empfängerprisma 35 zurückreflektiert, von wo das Empfangslicht zu einem Photowandler 33 gelenkt wird, an den eine Auswerteelektronik 34 angeschlossen ist. Statt des Senderprismas 29 und des Empfängerprismas 35 kann jeder andere geeignete Strahlteiler verwendet werden.

Nach Fig. 2 betätigen die in jeder Lichtsende-Empfangsan­ ordnung 11 bzw. 12 vorgesehenen Photowandler 33 über nicht gezeigte Relais jeweils einen Ein-Aus-Schalter 21 bzw. 22, wobei bei ununterbrochenen Überwachungslichtstrahlen 14, 15 die Schalter 21, 22 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise geschlossen sind.

Jeder Schalter 21, 22 liegt im Speisestromkreis eines Hauptrelais A bzw. B, parallel zu denen jeweils ein RC-Glied 36 bzw. 37 geschaltet ist.

Die gefährliche Arbeitsmaschine 24 ist über einen Maschi­ nensteuerkreis 23 an die Betriebsspannung angelegt. Der Maschinensteuerkreis 23 umfaßt drei hintereinander ge­ schaltete Schließkontakte a 3, b 3 und c 3 der beiden Hauptrelais A und B sowie eines ersten Hilfsrelais C, in dessen Speiseleitung hintereinander ein Schließkontakt a 1, b 1 der beiden Hauptrelais A, B und ein Schließkontakt c 1 des Relais C selbst angeordnet sind.

Weiter ist an die gleiche Spannungsquelle wie das erste Hilfsrelais C ein zweites Hilfsrelais D angelegt, in dessen Speiseleitung hintereinander Öffnungskontakte a 2, b 2 der beiden Hauptrelais und ein Öffnungskontakt c 2 des ersten Hilfsrelais hintereinander geschaltet sind. Parallel zum Relais D liegt ein dessen Abfall verzögerndes RC-Glied 38.

Die Arbeitsweise des beschriebenen Lichtvorhangs ist wie folgt:

Sobald ein Hindernis in die Überwachungsebene 13 eingreift, werden beide Überwachungslichtstrahlen 14, 15 während jedes Abtastzyklus einmal unterbrochen, was zu einer dauernden Öffnung der beiden Schalter 21, 22 und damit zum Abfallen der Hauptrelais A, B führt.

Dadurch wird der Maschinensteuerkreis 23 wegen des Öffnens der Schließkontakte a 3, b 3 geöffnet und die Arbeitsmaschine 24 abgeschaltet.

Gleichzeitig fällt das erste Hilfsrelais C ab, denn die Schließkontakte a 1, b 1 sind nunmehr geöffnet. Wegen Ab­ fallens des Hilfsrelais C öffnet auch dessen Selbsthalte- Schließkontakt c 1.

Gleichzeitig schließen die Öffnungskontakte a 2, b 2 und c 2, so daß das zweite Hilfsrelais D anzieht und dabei den parallel zu c 1 liegenden Schließkontakt d 1 schließt. Das erste Hilfsrelais C bleibt jedoch wegen der Öffnung von a 1 und b 1 stromlos. Auch der Kontakt c 3 im Maschinensteuer­ kreis 23 ist geöffnet.

Sobald das Hindernis die Überwachungsebene 13 verlassen hat, schließen die Schalter 21, 22 wieder und die Haupt­ relais A, B ziehen an. Dies hat die Schließung von a 1, b 1, a 3, b 3 zur Folge, worauf auch wegen des zunächst noch ge­ schlossenen (Abfallverzögerung) Schließkontaktes d 1 das erste Hilfsrelais C anzieht und in Selbsthaltung übergeht. Nunmehr sind die Kontakte a 3, b 3 und c 3 im Maschinensteuer­ kreis 23 wieder geschlossen und die Arbeitsmaschine 24 ist betriebsbereit.

Versagt eine der beiden Lichtsende-Empfangsanordnungen, so öffnet beim Eintreten eines Hindernisses in die Über­ wachungsebene 13 nur einer der Schalter 21, 22. Es sei angenommen, daß der Schalter 21 öffnet, der Schalter 22 der Lichtsende-Empfangsanordnung 12 jedoch wegen einer Störung geschlossen bleibt. Es fällt jetzt lediglich das Hauptrelais A ab, während das Hauptrelais B angezogen bleibt.

Gleichwohl wird aber durch Öffnen des Kontaktes a 3 der Maschinensteuerkreis 23 unterbrochen, so daß die Arbeitsmaschine 24 stehen bleibt. Auch der Stromkreis des ersten Hilfsrelais C wird wegen Öffnung des Schließ­ kontaktes a 1 geöffnet, so daß auch der Kontakt c 3 im Maschinensteuerkreis 23 öffnet.

Im Stromkreis des zweiten Hilfsrelais D schließen jetzt aber nur die Öffnungskontakte a 2 und c 2, während b 2 wegen der angenommenen Störung offen bleibt. Das Relais D kann also nicht anziehen, und auch der Kontakt d 1 bleibt ge­ öffnet.

Wird jetzt das Hindernis aus der Überwachungsebene 13 ent­ fernt, so schließt der Schalter 21 wieder und das Haupt­ relais A zieht an. Jetzt werden wieder beide Hauptrelais A und B von Strom durchflossen. Da jedoch das zweite Hilfs­ relais D zuvor nicht erregt war, d.h. der Kontakt d 1 ge­ öffnet blieb, kann jetzt das Relais C nicht anziehen, weil sowohl d 1 als auch c 1 geöffnet sind. Der Kontakt c 3 im Maschinensteuerkreis 23 bleibt also ebenfalls geöff­ net, und die Arbeitsmaschine 24 ist trotz Schließung der Kontakte a 3 und b 3 nicht betriebsfähig. Hierdurch und ggfs. auch durch ein besonderes Warnsignal wird die Be­ dienungsperson auf eine Störung in einer der Lichtsende­ empfangsanordnungen 11 oder 12 hingewiesen, welche nunmehr repariert werden muß, bevor die Arbeitsmaschine 24 wieder in Betrieb gesetzt werden kann.

Claims (5)

1. An einer gefährlichen Arbeitsmaschine installierter Unfall­ schutzlichtvorhang bestehend aus wenigstens einer Lichtsende- Empfangsanordnung mit einer Lichtstrahlschwenkvorrichtung, wie einem Spiegelrad oder einem Dreh- oder Schwingspiegel, welche einen auftreffenden, scharf gebündelten Lichtstrahl, insbesondere einen Laserlichtstrahl, innerhalb eines vorbe­ stimmten Winkelbereiches eine periodische Abtastbewegung aus­ führen läßt, damit ein Überwachungslichtstrahl eine vorbe­ stimmte Überwachungsebene entsprechend periodisch überstreicht, an deren von der Lichtstrahleintrittsseite abgewandter Seite bzw. abgewandten Seiten ein oder mehrere Retroreflektoren angeordnet sind, welche das auftreffende Licht in sich zurück zu der Lichtstrahlschwenkvorrichtung lenken, von wo das Empfangslicht zu einem Photowandler geschickt wird, der über eine angeschlossene Auswerteelektronik eine Maschinen­ steuerung derart beaufschlagt, daß bei Unterbrechung des Lichtstrahls durch ein in die Überwachungsebene eingebrach­ tes Hindernis die Arbeitsmaschine zumindest solange abge­ schaltet wird, wie sich das Hindernis in der Überwachungs­ ebene befindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der ersten Lichtsende-Empfangsanordnung (11) am Rande der Überwachungsebene (13) eine zweite Licht­ sende-Empfangsanordnung (12) vorgesehen ist, welche mit dem aus ihr austretenden Überwachungslichtstrahl (15) die gleiche Überwachungsebene (13) wie die erste Lichtsende-Empfangsan­ ordnung (11) periodisch überstreicht und der ebenfalls Retroreflektoren (17, 18, 20) am gegenüberliegenden Rand der Überwachungsebene (13) zugeordnet sind, daß die Auswerte­ elektronik (22, B) der zweiten Lichtsende-Empfangsanordnung (12) die Maschinensteuerung ebenfalls so beeinflußt, daß bei Un­ terbrechung des Lichtstrahls durch ein in die Überwachungs­ ebene eingebrachtes Hindernis die Arbeitsmaschine zumin­ dest solange abgeschaltet wird, wie sich das Hindernis in der Überwachungsebene befindet, und daß die Auswerteelektroni­ ken (21, A; 22, B) über eine logische Verknüpfungsschaltung (23, C, D) so verknüpft sind, daß bei einer Hindernisanzeige durch nur eine der beiden Auswerteelektroniken (21, A; 22, B) die Arbeitsmaschine (24) unabhängig vom weiteren Schaltzustand der beiden Auswerteelektroniken (21, A; 22, B) abgeschaltet ist.

2. Unfallschutzlichtvorhang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ wachungsebene (13) ein Rechteck ist, in zwei benachbarten Ecken (25, 26) von dem die jeweils einen Winkel von etwa 90° überstreichenden Lichtsende-Empfangsanordnung (11, 12) spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, und daß die von den Überwachungslichtstrahlen (14, 15) senkrecht oder zumindest unter steilen Winkeln beaufschlagten Seiten des Rechtecks mit Retroreflektoren (16, 17, 18, 19, 20) versehen sind.

3. Unfallschutzlichtvorhang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aus­ werteelektronik ein bei freier Überwachungsebene (13) angezogenes, sonst abgefallenes Hauptrelais (A; B) mit jeweils zwei Schließkontakten (a 1, a 3; b 1,e b 3) und einen Öffnungskontakt (a 2; b 2) aufweist und daß in ei­ nem Maschinensteuerkreis (23) jeweils zwei Schließkon­ takte (a 3; b 3) der beiden Hauptrelais (A, B) und ein dritter Schließkontakt (c 3) eines ersten Hilfsrelais (C) hintereinandergeschaltet sind, welches im Falle des Ab­ fallens nur eines der Hauptrelais (A, B) abfällt und auch beim Wiederanziehen beider Hauptrealais (A, B) abgefallen bleibt.

4. Unfallschutzlichtvorhang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hilfsrelais (C) mit je einem Schließkontakt (a 1, b 1, c 1) der beiden Hauptrelais (A, B) und von sich selbst in Reihe liegt, daß ein zweites Hilfsrelais (D) vorgesehen ist, welches mit je einem Öffnungskontakt (a 2, b 2, c 2) der beiden Hauptrelais (A, B) und des ersten Hilfsrelais (C) in Reihe liegt, und daß ein Schließkontakt (d 1) des zweiten Hilfsrelais (D) dem Selbsthalte-Schließkontakt (c 1) des ersten Hilfsrelais (C) parallel geschaltet ist.

5. Unfallschutzlichtvorhang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Lichtsende-Empfangsanordnungen (11, 12) mit gleicher Abtastfrequenz arbeiten.