DE4411448A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle eines vorgegebenen Überwachungsbereichs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle eines vorgegebenen Überwachungsbereichs.

Beispielsweise in der Baustoffindustrie ist es häufig wün­ schenswert, kontrollieren zu können, ob sich in einem Überwa­ chungsbereich bestimmte unerwünschte Personen oder Fahrzeuge aufhalten. Daneben besteht ein Bedürfnis, Durchgänge oder Durchfahrten gegen das Eindringen von Personen oder Fahrzeu­ gen in gefährliche Bereiche sichern zu können, wobei jedoch ein Passieren von bestimmten Personen oder Fahrzeugen weiter­ hin möglich sein soll.

Grundsätzlich ist es bekannt, zu derartigen Kontroll- oder Sicherungszwecken automatische Sensorsysteme zu verwenden, die jedoch meist einer aufwendigen Installation bedürfen und nach komplizierten Kontroll- und Auswerteverfahren arbeiten.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und an die praktischen Gegebenheiten problemfrei anpaßbares Kontrollverfahren zu schaffen, das dennoch den gestellen Zu­ verlässigkeitsanforderungen in vollem Maße gerecht wird. Weiterhin ist es ein Ziel der Erfindung, eine einfach aufge­ baute und universell einsetzbare Kontroll- und Überwachungs­ vorrichtung zu schaffen, die ihren Sicherungszweck zuver­ lässig erfüllt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß zumindest ein insbesondere in Randnähe des Überwachungsbereichs vorgesehe­ ner Abstandssensor einen den Überwachungsbereich in einer vorbestimmten Abtastbewegung überstreichenden und dabei sei­ ne Richtung ändernden Abtaststrahl aussendet, den an Begren­ zungen des Überwachungsbereichs und/oder an im Überwachungs­ bereich befindlichen Objekten reflektierten Abtaststrahl em­ pfängt und ein den Abstand des Reflexionspunktes des Abtast­ strahls vom Abstandssensor repräsentierendes Abstandssignal sowie ein die Richtung des Abtaststrahls repräsentierendes Richtungssignal ermittelt, wobei die während der Abtastbewe­ gung ermittelten Abstandssignale und Richtungssignale eine Abstandskonturfunktion definieren, und daß eine an den Ab­ standssensor angeschlossene Auswerteeinheit die ermittelte Abstandskonturfunktion mit zumindest einer gespeicherten, eine erwartete Objektkontur repräsentierenden Referenzkontur­ funktion vergleicht, und ein Ausgangssignal erzeugt, sofern die ermittelte Abstandskonturfunktion und die Referenzkontur­ funktion insbesondere im Rahmen vorgegebener Toleranzgrenzen übereinstimmen bzw. nicht übereinstimmen.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung ferner vor, daß die Vorrichtung zumindest einen Abstandssensor mit einem Sen­ der, der einen den Überwachungsbereich in einer vorbestimm­ ten Abtastbewegung überstreichenden und dabei seine Richtung ändernden Abtaststrahl aussendet, und einem Empfänger auf­ weist, der den an Begrenzungen des Überwachungsbereichs und/oder an im Überwachungsbereich befindlichen Objekten reflektierten Abtaststrahl empfängt, und ein den Abstand des Reflexionspunktes des Abtaststrahls vom Abstandssensor repräsentierendes Abstandssignal sowie ein die Richtung des Abtaststrahls repräsentierendes Richtungssignal ermittelt, wobei die während der Abtastbewegung ermittelten Abstandssig­ nale und Richtungssignale eine Abstandskonturfunktion defi­ nieren, und daß an den Abstandssensor eine Auswerteeinheit angeschlossen ist, die einen Speicher, in dem zumindest eine eine erwartete Objektkontur repräsentierende Referenzkontur­ funktion gespeichert ist, sowie einen Komparator aufweist, der die ermittelte Abstandskonturfunktion mit der gespeicher­ ten Referenzkonturfunktion vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, sofern die ermittelte Abstandskonturfunktion und die Referenzkonturfunktion insbesondere im Rahmen vorgegebe­ ner Toleranzgrenzen übereinstimmen bzw. nicht übereinstim­ men.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine an die Auswerteeinheit angeschlossene Sicherheitseinrichtung bei fehlender Übereinstimmung von Abstands- und Referenzkonturfunktion ein Warnsignal abgibt und bei Übereinstimmung von Abstands- und Referenzkontur­ funktion die Abgabe eines Warnsignals unterdrückt. Dies er­ möglicht eine Kontrolle, ob sich in dem erfaßten Überwa­ chungsbereich neben den erwarteten und zulässigen Objekten auch andere, unerwünschte Objekte aufhalten.

Wenn nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung der Überwachungsbereich zweidimensional und insbesondere durch ein Tor oder eine Durchfahrt definiert ist, erfolgt die Abtastbewegung vorzugsweise innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs in der Überwachungsebene. Dadurch wird erreicht, daß ein in die zweidimensionale Überwachungsebene eintretendes Objekt erfaßt und dahingehend überprüft wird, ob es mit einer der erwarteten, als Referenzkonturfunktionen abgespeicherten Objekte übereinstimmt. Wird eine Übereinstim­ mung bzw. Nichtübereinstimmung festgestellt, ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß dies durch die Erzeugung eines Ausgangssignals angezeigt wird. Durch das Auftreten eines Ausgangssignals können dann weitere Siche­ rungsmaßnahmen eingeleitet werden, beispielsweise die Abgabe eines Warnsignals oder die Sperrung der Durchfahrt, sofern es sich bei den als Referenzkonturfunktionen gespeicherten Objekten um unzulässige Objekte handelt, oder aber die Öff­ nung der Durchfahrt, sofern es sich bei den als Referenzkon­ turfunktionen gespeicherten Objekten um zulässige Objekte handelt.

Anstelle eines Tores oder einer Durchfahrt kann auch im Rah­ men des Personenschutzes der Zugang zu einer, ein Gefahrpo­ tential darstellenden Maschine oder Anlage mittels einem er­ findungsgemäßen Verfahren überwacht werden. Wenn in diesem Fall unzulässige Objekte erkannt werden, erfolgt ein Anhal­ ten bzw. Abschalten der Maschine oder Anlage.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, daß nur bei Bedarf ein­ zelne Abtastbewegungen durchgeführt werden, ist es bevor­ zugt, wenn die Abtastbewegung fortlaufend wiederholt wird und die bei jeder Abtastbewegung neu ermittelte Abstands­ konturfunktion mit der oder den Referenzkonturfunktionen kon­ tinuierlich verglichen wird. Dadurch wird erreicht, daß nach jeder Abtastbewegung eine neue Abstandskonturfunktion verfüg­ bar ist, die stets das aktuelle Vorhandensein oder Nichtvor­ handensein von zulässigen oder nicht zulässigen Objekten im Überwachungsbereich erkennbar werden läßt.

Indem die ermittelte Abstandskonturfunktion jeweils mit ei­ ner Vielzahl von gespeicherten Referenzkonturfunktionen ver­ glichen wird, kann erreicht werden, daß der Überwachungsbe­ reich auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von ver­ schiedenen Objekten hin kontrollierbar ist. Handelt es sich bei dem Überwachungsbereich um einen zu sichernden Durch­ gangsbereich, ermöglicht die Abspeicherung einer Vielzahl von Referenzkonturfunktionen auch, daß das zulässige Eindrin­ gen von mehreren unterschiedlichen Objekten ohne Abgabe eines Warnsignals ermöglicht werden kann.

Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn eine der gespeicherten Referenzkonturfunktionen einen freien Überwachungsbereich repräsentiert. Dies gewährleistet zum einen, daß auch dann, wenn sich in einem Überwachungsbereich kein erkanntes Objekt befindet, die Abgabe eines Warnsignals unterdrückt wird. An­ dererseits läßt sich in diesem Fall erreichen, daß ein freier Durchgang gezielt als solcher erkannt wird, was bei­ spielsweise dann von Bedeutung sein kann, wenn beabsichtigt ist, den Durchgang mit einem Tor oder dergleichen zu ver­ schließen.

Die Anwesenheit oder Abwesenheit von Personen im Überwa­ chungsbereich läßt sich ermitteln, sofern eine der gespei­ cherten Referenzkonturfunktionen die Kontur einer Person repräsentiert. Dies bietet ganz allgemein den Vorteil, daß Personen von Objekten, beispielsweise Fahrzeugen, unter­ scheidbar sind, was bei bestimmten Überwachungszielen eine wertvolle Information darstellen kann, insbesondere dann, wenn vorgesehen ist, daß eine an die Auswerteeinheit ange­ schlossene Überwachungseinheit bei Auftreten eines bestimm­ ten Auswertesignals bestimmte, von der Art des erkannten Objekts abhängige Sicherungsmaßnahmen ergreift.

Die Abstandsermittlung erfolgt vorzugsweise nach dem Lauf­ zeitverfahren, wobei der Abtaststrahl von einem Laser er­ zeugt werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorge­ sehen, daß der Abtaststrahl von zumindest einem in Randnähe angeordneten Spiegel umgelenkt wird. Dadurch kann erreicht werden, daß der Abtaststrahl den Überwachungsbereich sozu­ sagen aus unterschiedlichen Blickrichtungen abtastet, so daß auch die ermittelte Abstandskonturfunktion eine aus unter­ schiedlichen Blickrichtungen aufgenommene Objektkontur reprä­ sentiert. Dies ermöglicht die Unterscheidung von Objekten, deren Konturen sich aus der Blickrichtung des Abstandssen­ sors gleichen und die nur von bestimmten anderen Betrach­ tungsperspektiven aus unterschieden werden können.

Fehler bei der Meßwerterfassung lassen sich vermeiden, so­ fern ein Ausgangssignal erst dann erzeugt wird, wenn die er­ mittelte Abstandskonturfunktion bei aufeinanderfolgenden Ab­ tastbewegungen wiederholt mit einer bestimmten Referenzkon­ turfunktion übereinstimmt.

Da die ermittelte Abstandskonturfunktion eines Objektes ab­ hängig von der örtlichen Lage des Objektes ist, kann es vor­ teilhaft sein, wenn die Auswerteeinheit einer bestimmten Referenzkonturfunktion auch jene Referenzkonturfunktionen zum Vergleich mit der ermittelten Abstandskonturfunktion heranzieht, die sich bei einer angenommenen lagemäßigen Translation der Objektkontur längs der Abtastbewegung erge­ ben. Dadurch kann vermieden werden, daß ein an sich bekann­ tes, d. h. als Referenzkonturfunktion abgespeichertes Objekt nur deshalb im Überwachungsablauf nicht erkannt wird, weil es sich an einer Stelle befindet, an der die gemessene Ab­ standskonturfunktion des Objektes nicht mit seiner auf eine andere örtliche Lage des Objektes bezogenen abgespeicherten Referenzkonturfunktion übereinstimmt.

Die Vorrichtung zur Kontrolle eines vorgegebenen Überwa­ chungsbereichs enthält vorzugsweise einen als optischen Sen­ sor ausgebildeten Abstandssensor.

Handelt es sich bei dem Überwachungsbereich um eine im we­ sentlichen rechtwinklige Durchfahrt, ist bevorzugt, wenn der Abstandssensor entweder in einem Eckbereich oder mittig am oberen Querträger der Durchfahrt angebracht ist. Wesentlich für die Wahl der Lage des Abstandssensors ist grundsätzlich die gegenüber dem Überwachungsbereich eingenommene günstige Betrachtungsperspektive.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung handelt es sich bei dem Abstandssensor um die in der deutschen Patentanmeldung P 43 40 756.0 beschrie­ bene Laserabstandsermittlungsvorrichtung, und der Offenba­ rungsgehalt dieser Anmeldung ist somit Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beispielhaft beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1a, b, c eine erläuternde Darstellung des erfindungs­ gemäßen Kontrollverfahrens und der erfin­ dungsgemäßen Kontrollvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Kontrollvor­ richtung, und

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der erfin­ dungsgemäßen Kontrollvorrichtung.

Nach den Fig. 1a, 1b und 1c ist eine erfindungsgemäße Kontrollvorrichtung 1 mittig an einem oberen Querträger 2 einer Durchfahrt 3 angebracht, die einen vor der Durchfahrt 3 gelegenen, der Allgemeinheit zugänglichen Bereich 4 von einem hinter der Durchfahrt liegenden, gefährlichen Bereich 5 trennt. Ebenso wäre es möglich, die Kontrollvorrichtung abgehängt am Querträger 2 anzubringen.

Die Durchfahrten 3 der Fig. 1a, 1b und 1c unterscheiden sich dadurch, daß die Durchfahrt nach der Fig. 1a frei ist, während sich nach Fig. 1b im Durchfahrtsbereich ein fahrer­ loses Schienenfahrzeug 7 und in Fig. 1c eine Person 8 aufhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle der Durchfahrt 3 gegen unbefugtes Eindringen in den gefährlichen Bereich 5 funktioniert wie folgt:

Im Überwachungsbetrieb sendet die Kontrollvorrichtung 1 ei­ nen in der Ebene der Durchfahrt verlaufenden und die gesamte Durchfahrtsebene in einer vorgegebenen Abtastbewegung über­ streichenden Abtaststrahl 6, 6′, 6′′ aus, der entweder an einer Begrenzung der Durchfahrt - in den Fig. 1a und 1c am Boden 9 der Durchfahrt - oder ggf. an einem in der Durchfahrt befindlichen Objekt - in Fig. 1b dem Lastgut 10 des Schienenfahrzeugs 7 - reflektiert wird und jeweils als Reflexionsstrahl 11, 11′, 11′′ zu der Kontrollvorrichtung 1 zurückläuft.

Die Kontrollvorrichtung ermittelt in noch im folgenden zu be­ schreibender Weise den Abstand des Reflexionspunktes 12, 12′, 12′′ von der Kontrollvorrichtung 1 in Abhängigkeit von der aktuellen Strahlrichtung und erstellt so durch Abtastung des gesamten 180° Winkelbereiches der Durchfahrt 3 eine Abstandskonturfunktion, die die in der Durchfahrt 3 während eines Durchlaufs der vorgegebenen Abtastbewegung ermittelte Objektkontur repräsentiert.

Die ermittelten Abstandskonturfunktionen sind jeweils rechts in den Fig. 1a, 1b und 1c dargestellt. Sie repräsentieren die Abstandsinformation, die vom Abtaststrahl 6, 6′, 6′′ bei einem Überstreichen des Durchfahrtbereichs gesammelt wurde. Demgemäß repräsentiert die im rechten Teil der Fig. 1a dargestellte Abstandskonturfunktion 13 eine freie Durchfahrt 3, während die in den Fig. 1b und 1c gezeigten Abstands­ konturfunktionen 14 bzw. 15 die Abstandskontur des jewei­ ligen sich in der Durchfahrt 3 befindlichen Objektes 7, 10 bzw. 8 repräsentieren.

Zur Auswertung der ermittelten Abstandskonturfunktionen 13, 14, 15 ist eine in Fig. 1 nicht dargestellte Auswerteein­ heit vorgesehen. In der Auswerteeinheit sind als Referenz­ konturfunktionen Abstandskonturfunktionen von bekannten, zugelassenen Objekten abgespeichert, die zum Eintritt in den gefährlichen Bereich 5 zugelassen sind. Die ermittelte, die Kontur des aktuell in der Durchfahrt vorhandenen Objektes 7, 10 bzw. 8 widerspiegelnde Abstandskonturfunktion 13, 14, 15 wird nun fortlaufend in der Auswerteeinheit mit den gespei­ cherten Referenzkonturfunktionen verglichen. Wird beim Ver­ gleich eine Übereinstimmung zwischen der ermittelten Ab­ standskonturfunktion 13 bzw. 14. bzw. 15 und einer der Refe­ renzkonturfunktionen festgestellt, wird dies durch die Ab­ gabe eines Freisignals angezeigt. Der Betreiber der Kontroll­ vorrichtung erkennt daraufhin, daß es sich bei dem in der Durchfahrt 3 befindlichen Objekt 7, 10 oder 8 um ein zugelassenes Objekt handelt und wird dem Objekt 7, 10 bzw. 8 in diesem Fall die Durchfahrt gestatten. Ist hingegen die ermittelte Abstandskonturfunktion mit keiner der gespei­ cherten Referenzkonturfunktionen gleich, bleibt ein Freiga­ besignal aus und der Bediener wird das sich in der Durch­ fahrt 3 aufhaltende Objekt 7, 10 bzw. 8 als unzulässiges Objekt ansehen und daher dessen Durchtritt mit geeigneten Mitteln verhindern.

Wenn anstelle der Durchfahrt 3 der Zugang zu einer Maschine bzw. Anlage überwacht wird, kann bei Erkennung eines unzuläs­ sigen Objektes der Zugang zu der Maschine bzw. Anlage verhin­ dert werden und/oder ein Abschalten der Maschine bzw. Anlage erfolgen.

Anstelle des Bedieners kann auch eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen sein, die je nach Vorliegen oder Ausbleiben eines Freisignals geeignete Sicherungsmaßnahmen automatisch er­ greift. In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn auch die in Fig. 1a dargestellte, einen freien Durchgang reprä­ sentierende Abstandsfunktion 13 als Referenzfunktion abge­ speichert ist. Dann wird auch die freie Durchfahrt im Rahmen der Auswertung als "freies Objekt" behandelt, wodurch erreicht wird, daß ein Freisignal immer dann vorhanden ist, wenn sich entweder ein zugelassenes Objekt 7, 10 bzw. 8 in der Durchfahrt 3 befindet oder wenn die Durchfahrt 3 frei ist. Dies bedeutet aber, daß die Abgabe des Freisignals nur dann unterdrückt wird, wenn sich in der Durchfahrt 3 ein unbekanntes, nicht zugelassenes Objekt befindet. Bei einer Unterbrechung des Freisignals könnten dann sofort geeignete Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden, um das nicht zugelas­ sene Objekt vom Eintritt in den gefährlichen Bereich abzuhalten.

Umgekehrt ist es genauso gut möglich, daß die Auswerteein­ heit nur dann ein Signal abgibt, wenn keine Übereinstimmung zwischen ermittelter Abstandskonturfunktion und abgespei­ cherten Referenzkonturfunktionen vorliegt. In diesem Fall hat das Ausgangssignal nicht den Charakter eines Freisignals sondern den eines Warnsignals. Die Abgabe eines Warnsignals bei fehlender Übereinstimmung zwischen der Abstandskontur­ funktionen des erfaßten und der zugelassenen Objekte kann insbesondere dann von großer Bedeutung sein, wenn mit der Kontrollvorrichtung überprüft werden soll, ob sich in einem festgelegten Überwachungsbereich nur zugelassene Fahrzeuge aufhalten. Gelangt ein nicht zugelassenes Fahrzeug in den Überwachungsbereich, wird dies von der Kontrollvorrichtung erkannt und gemeldet. Sind beispielsweise nur die in den Fig. 1a und 1b dargestellten Abstandskonturfunktionen 13 und 14 als Referenzkonturfunktionen gespeichert und tritt in den Überwachungsbereich, in dem sich aus Sicherheitsgründen nur Fahrzeuge aufhalten sollen, eine Person 8 mit einer Ab­ standskonturfunktion 15 nach Fig. 1c ein, so erfolgt die Ab­ gabe eines Warnsignals, wodurch die Person 8 auf die Gefähr­ lichkeit ihrer Situation hingewiesen wird. Entsprechend kann bei Überwachung des Zugangs zu einer gefährlichen Maschine und/oder Anlage ein Abschalten oder Anhalten der Maschine bzw. Anlage erfolgen.

Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Kontrollvor­ richtung auch die Unterscheidung von verschiedenen zugelasse­ nen Objekten, indem jeder abgespeicherten Referenzkontur­ funktion ein bestimmtes Ausgangssignal zugeordnet ist. Sind beispielsweise die Abstandskonturfunktionen 14 und 15 je­ weils als Referenzkonturfunktionen abgespeichert, so stellt sowohl das Schienenfahrzeug 7, 10 als auch die Person 8 ein zugelassenes Objekt im Sinne des erfindungsgemäßen Siche­ rungsverfahrens dar. Dennoch kann zwischen diesen Objekten 7, 10 und 8 unterschieden werden, da bei Übereinstimmung der ermittelten Abtastkonturfunktion mit der Referenzkonturfunk­ tion entsprechend 14 ein anderes Ausgangssignal erzeugt wird, als dies bei Übereinstimmung der ermittelten Abstands­ konturfunktion mit der Referenzkonturfunktion entsprechend 15 der Fall ist.

Ferner ist es prinzipiell auch möglich, statt zugelassener Objekte nicht zugelassene Objekte als Referenzkonturfunktio­ nen abzuspeichern. Voraussetzung hierfür ist allerdings, daß die Objektkonturen der nicht zugelassenen Objekte bekannt ist. Soll beispielsweise der Aufenthalt von Fahrzeugen aller Art in einem Überwachungsbereich gestattet, der Zutritt von Personen jedoch verboten sein, so kann die der Abstandskon­ turfunktion 15 entsprechende Referenzkonturfunktion als einzige Referenzkonturfunktion in der Auswerteeinheit abge­ speichert sein. Wird dann im Kontrollablauf eine Person 8 erfaßt, bemerkt die Auswerteeinheit das Übereinstimmen der ermittelten Abstandskonturfunktion mit der gespeicherten Referenzkonturfunktion und meldet dies durch Abgabe eines geeigneten Warnsignals.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Ähnlich wie in Fig. 1 ist die Kontrolleinrichtung 21 mittig am oberen Querträger 22 einer Durchfahrt 23 angebracht. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 sind in den Eckbereichen der Durchfahrt 23 jedoch zusätzlich gegen die Vertikalrich­ tung geneigte Umlenkspiegel 24 und 25 vorhanden.

Ein in einem zentralen Winkelbereich β mit vertikaler Winkel­ halbierenden verlaufender Abtaststrahl 26 trifft wie in Fig. 1 auf eine Begrenzung der Durchfahrt 23 auf. Demgegen­ über trifft ein in dem oberhalb des Winkelbereichs β liegen­ den Winkelbereich α verlaufender Abtaststrahl 27 auf den Um­ lenkspiegel 25 auf und wird von dort wie in Fig. 2 gezeigt als umgelenkter Abtaststrahl 28 zurückgeworfen.

Zur Erläuterung des Kontrollverfahrens nach der Fig. 2 wird im folgenden der auf dem umgelenkten Abtaststrahl 28 liegen­ de Punkt 29 betrachtet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich kann der Punkt 29 auch von einem direkten, d. h. nicht umgelenkten, im Winkelbereich β verlau­ fenden Abtaststrahl 30 getroffen werden. Der Punkt 29 kann also je nach Abstrahlungswinkel der Kontrollvorrichtung auf zwei verschiedenen Lichtwegen 27, 28 bzw. 30 erreicht wer­ den.

Allgemein können alle Punkte, die in dem einfach schraffier­ ten Bereich 31 liegen, nur direkt und damit auf einem Wege erreicht werden, während die in den seitlichen, doppelschraf­ fierten Bereichen 32, 33 liegende Punkte jeweils auf zwei Lichtwegen erreichbar sind und die im dreifach schraffierten Bereich 34 liegenden Punkte sowohl direkt als auch über bei­ de Umlenkspiegel 24, 25, d. h. auf drei verschiedenen Lichtwe­ gen erreichbar sind.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfin­ dung bietet den Vorteil, daß eine bei einem 180° Schwenk über die Winkelbereiche α, β, δ gemessene Abstandskonturfunk­ tion in der Regel mehr Objektinformation enthält, als dies bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Fall ist. Be­ findet sich der Punkt 29 beispielsweise an der Seitenwand eines gedachten, mit strichpunktierten Linien eingezeichne­ ten Objekts 35, so wird deutlich, daß der Punkt 29 über den direkten Abtaststrahl 30 nicht erreichbar ist, da dieser Strahl 30 im Punkt 36 an der Oberfläche des gedachten Objek­ tes 35 zurückgeworfen würde. Über den Spiegel 25 kann der Punkt 29 jedoch dennoch erreicht und sein Abstand bestimmt werden.

Analoge Verhältnisse liegen für die auf den Umlenkspiegel 24 gerichteten Strahlwege im Winkelbereich δ vor.

Auf diese Weise kann das gedachte Objekt 35 sozusagen aus verschiedenen Blickrichtungen betrachtet werden: Dies ermög­ licht, auch Objektkontur an den Seitenflächen des Objektes 35 zu ermitteln. Dadurch wird erreicht, daß Objekte, die vom Winkelbereich β aus gesehen eine ähnliche Objektkontur auf­ weisen, trotzdem unterschieden werden können, sofern sie an über die Spiegel 24, 25 erreichbaren Flächen eine unter­ schiedliche Formgebung aufweisen.

Neben der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, Umlenkspiegel in den Seitenwänden der Durchfahrt 23 anzuordnen und weiterhin kann vorgesehen sein, neben planen Umlenkspiegeln auch sphärische oder zylindrische Spiegel ein­ zusetzen. Die Kontrollvorrichtung 1 muß nicht am oberen Quer­ träger 22 angebracht sein, sondern kann beispielsweise auch in einem der Eckbereiche oder an einer Seitenwand angeordnet sein. Ferner ist es möglich, mehrere Kontrollvorrichtungen, beispielsweise in jedem Eckbereich eine, vorzusehen, wodurch ebenfalls erreicht wird, daß ein sich im Überwachungsbereich befindliches Objekt von verschiedenen Blickrichtungen aus ge­ sehen werden kann.

Nach Fig. 3 besteht eine erfindungsgemäße Kontrollvorrich­ tung 41 aus einem Sender 42, der einen Abtaststrahl 43 unter einer vorgebbaren Richtung Θ in einen Überwachungsbereich aussendet. Die Größe Θ repräsentiert hier allgemein eine be­ liebige, beispielsweise in Polarkoordinaten angebbare Raum­ richtung. Handelt es sich bei dem Überwachungsbereich wie in den Fig. 1 und 2 um eine Ebene, ist Θ als Winkel aufzu­ fassen.

Der Abtaststrahl 43 trifft in einem Punkt 44 auf ein Objekt 45 auf und wird von dort in einem Reflexionsstrahl 46 zu einem Empfänger 47 der Kontrollvorrichtung 41 reflektiert. Abtaststrahl 43 und Reflexionsstrahl 46 verlaufen in der Praxis kolinear und sind lediglich zur besseren Unterschei­ dung in Fig. 3 parallel beabstandet gezeichnet.

Sender 42 und Empfänger 47 sind mit einer Steuerstufe 48 ver­ bunden, die einerseits dazu dient, den Abtaststrahl 43 ent­ lang der vorbestimmten, umlaufenden Abtastbewegung zu führen und die andererseits in Verbindung mit dem Sender 42 und dem Empfänger 47 dazu ausgelegt ist, die richtungsabhängigen Ab­ standswerte A (Θ) des Reflexionspunktes 44 vom Sender 42 zu ermitteln. Sender 42, Empfänger 47 und Steuerstufe 48 bilden zusammen den Abstandssensor 49.

Bei dem Abstandssensor 49 kann es sich beispielsweise um die in der deutschen Patentanmeldung P 43 40 756.0 beschriebene Laserabstandsermittlungsvorrichtung handeln. In diesem Fall ist der Sender 42 als optischer Sender und der Empfänger 47 als Photoempfänger ausgebildet, und die Ermittlung des Ab­ standes zwischen Reflexionspunkt 44 und dem Sender 42 er­ folgt nach dem Licht-Impuls-Laufzeitverfahren. Grundsätzlich können zur Abstandsmessung jedoch auch andere Sender und Em­ pfänger herangezogen werden, wobei es lediglich darauf an­ kommt, daß die Steuerstufe 48 an ihrem Ausgang 50 ein rich­ tungsabhängiges Abstandssignal A (Θ) bereitstellt.

Komparator 52 und Speicher 55 bilden zusammen die Auswerte­ einheit 70.

Die während einzelner Abtastbewegungen ermittelten, jeweils eine Abstandskonturfunktion definierenden Abstandssignale A (Θ) werden einem Eingang 51 eines Komparators 52 zuge­ führt. Am anderen Eingang 53 des Komparators 52 ist der Aus­ gang 54 eines Speichers 55 angeschlossen. Im Speicher 55 sind n vorgegebene Referenzkonturfunktionen R₁ (Θ),. . .,R_n (Θ) abgespeichert, die jeweils die winkelabhängigen Abstands­ konturdaten der vorgegebenen, zulässigen Objekte 1 bis n ent­ halten.

Wie bereits zu Fig. 1 und 2 erwähnt, wird am Ausgang 56 des Komparators 52 beispielsweise genau dann ein Ausgangssignal 57 erzeugt, wenn die ermittelte Abstandskonturfunktion A (Θ) mit keiner der im Speicher vorhandenen Referenzkonturfunk­ tionen R₁ (Θ),. . .,R_n (Θ) übereinstimmt. Das Ausgangssignal 57 wird einer Sicherheitseinrichtung 58 zugeleitet, die nach­ folgenden Einrichtungen geeignete Steuersignale 59, 60 und 61 zur Verfügung stellt.

Das Durchlaufen der vorgegebenen Abtastbewegung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit, was bewirkt, daß sich auch verhält­ nismäßig rasch bewegende Objekte 45 in dem Sinne als quasi­ stationär erfaßt werden, daß in aufeinanderfolgenden Abtast­ bewegungen ermittelte Abstandskonturfunktionen einander im Rahmen vorgegebener Toleranzgrenzen gleichen. Zur Unter­ drückung von Fehlmessungen kann der Komparator 52 daher so ausgelegt sein, daß ein Ausgangssignal 57 erst dann erzeugt wird, wenn die Abstandskonturfunktionen A (Θ) auch nach mehrfachen Durchlaufen der vorgegebenen Abtastbewegung nicht mit einem der gespeicherten Referenzkonturfunktionen R₁ (Θ),. . .,R_n (Θ) übereinstimmen.

Ferner ist es möglich, in nicht dargestellter Weise zwischen Speicherausgang 54 und Komparatoreingang 53 eine Transfor­ mationsstufe vorzusehen, über die dem Komparator 52 nicht nur die abgespeicherten Referenzkonturfunktionen R₁ (Θ), . . ., R_n (Θ), sondern zusätzlich auch Sätze von zugehörigen transformierten Referenzkonturfunktionen zur Verfügung ge­ stellt werden. Werden beispielsweise zu jeder Referenzkontur­ funktion R_i (Θ); i = 1,. . ., n in der Transformationsstufe 62 diejenigen Referenzkonturfunktionen erzeugt, die aus einer transversalen Verschiebung der Kontur des Referenzob­ jektes hervorgehen, wird das Kontrollsystem unempfindlich gegen eine lagemäßige Translations des abgetasteten Objektes 45 längs der Abtastbewegung.

Obgleich es grundsätzlich nicht notwendig ist, daß Sender 42 und Empfänger 47 wie in Fig. 4 dargestellt an ein und dem­ selben Ort und vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse un­ tergebracht sind, ist diese Ausführungsform jedoch aus Grün­ den der Kompaktheit des Abstandssensors 49 bevorzugt.

Wenn mehrere Abstandssensoren 49 mit zugehörigen Speichern 55 und Komparatoren 52 zur Kontrolle des gleichen Überwa­ chungsbereiches vorgesehen sind, können die Ausgänge 56 der verschiedenen Komparatoren 52 sowohl über eine UND-Logik als auch eine ODER-Logik mit der Sicherheitseinrichtung 58 verbun­ den sein. Dadurch können auch komplexe Überwachungsabläufe kontrolliert und die Redundanz des Gesamtsystems erhöht werden.

Claims (28)

1. Verfahren zur Kontrolle eines vorgegebenen Überwachungs­ bereichs, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein insbesondere in Randnähe des Überwa­ chungsbereichs vorgesehener Abstandssensor einen den Überwachungsbereich in einer vorbestimmten Abtastbewe­ gung übersteichenden und dabei seine Richtung ändernden Abtaststrahl aussendet, den an Begrenzungen des Überwa­ chungsbereichs und/oder an im Überwachungsbereich befind­ lichen Objekten reflektierten Abtaststrahl empfängt und ein den Abstand des Reflexionspunktes des Abtaststrahls vom Abstandssensor repräsentierendes Abstandssignal so­ wie ein die Richtung des Abtaststrahls repräsentierendes Richtungssignal ermittelt,
wobei die während der Abtastbewegung ermittelten Ab­ standssignale und Richtungssignale eine Abstandskontur­ funktion definieren, und
daß eine an den Abstandssensor angeschlossene Auswerte­ einheit die ermittelte Abstandskonturfunktion mit zumin­ dest einer gespeicherten, eine erwartete Objektkontur repräsentierenden Referenzkonturfunktion vergleicht, und ein Ausgangssignal erzeugt, sofern die ermittelte Ab­ standskonturfunktion und die Referenzkonturfunktion ins­ besondere im Rahmen vorgegebener Toleranzgrenzen überein­ stimmen bzw. nicht übereinstimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastbewegung innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs in der durch einen zweidimensionalen, insbesondere durch ein Tor oder eine Durchfahrt defi­ nierten Überwachungsbereich festgelegten Ebene erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Auswerteeinheit angeschlossene Sicher­ heitseinrichtung bei fehlender Übereinstimmung von Abstands- und Referenzkonturfunktion ein Warnsignal abgibt und bei Übereinstimmung von Abstands- und Referenzkonturfunktion die Abgabe eines Warnsignals unterdrückt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Auswerteeinheit angeschlossene Sicher­ heitseinrichtung bei Übereinstimmung von Abstands- und Referenzkonturfunktion ein Warnsignal abgibt und bei fehlender Übereinstimmung von Abstands- und Referenz­ konturfunktion die Abgabe eines Warnsignals unterdrückt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastbewegung fortlaufend wiederholt wird und die bei jeder Abtastbewegung neu ermittelte Abstands­ konturfunktion mit der oder den Referenzkonturfunktionen verglichen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzkonturfunktion einen freien Überwachungsbereich repräsentiert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzkonturfunktion die Kontur einer Person im Überwachungsbereich repräsentiert.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzkonturfunktion die Kontur eines Fahrzeuges im Überwachungsbereich repräsentiert.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandskonturfunktion jeweils mit einer Vielzahl von gespeicherten Referenzkonturfunktionen verglichen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Referenzkonturfunktion ein bestimmtes Ausgangssignal zugeordnet ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Auswerteeinheit angeschlossene Überwa­ chungseinheit bei Auftreten eines bestimmten Ausgangs­ signals bestimmte, von der Art des erkannten Objektes abhängige Sicherungsmaßnahmen ergreift.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmessung nach dem Licht-Impuls-Laufzeit­ verfahren erfolgt.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaststrahl von einem Laser erzeugt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastwinkelbereich etwa 180° beträgt.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaststrahl von zumindest einem in Randnähe des Überwachungsbereichs angeordneten Umlenkspiegel umgelenkt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaststrahl unter einem ersten Winkelbereich α auf einen in einem oberen Eckbereich einer im wesent­ lichen rechtwinkligen Durchfahrt angebrachten ersten Umlenkspiegel und unter einem zweiten Winkelbereich δ auf einen im anderen oberen Eckbereich der Durchfahrt angebrachten Umlenkspiegel auftrifft und in einem Zwischenwinkelbereich β nicht umgelenkt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß α = δ gilt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß α + β + δ = 180° gilt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal erst dann erzeugt wird, wenn die ermittelte Abstandskonturfunktion bei aufeinander­ folgenden Abtastbewegungen wiederholt mit einer bestimmten Referenzkonturfunktion übereinstimmt.

20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit neben der eine bestimmte Objektkontur repräsentierenden Referenzkonturfunktion auch jene Referenzkonturfunktionen zum Vergleich mit dem Abstandskontursignal heranzieht, die sich bei einer angenommenen lagemäßigen Translation der Objektkontur längs der Abtastbewegung ergeben.

21. Vorrichtung zur Kontrolle eines vorgegebenen Über­ wachungsbereichs, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zumindest einen Abstandssensor (49) mit einem Sender (42), der einen den Überwachungsbereich in einer vorbestimmten Abtastbewegung überstreichenden und dabei seine Richtung ändernden Abtaststrahl (6, 6′, 6′′, 26, 27, 30; 43) aussendet, und einem Empfänger (47) aufweist, der den an Begrenzungen des Überwachungsbe­ reichs und/oder an im Überwachungsbereich befindlichen Objekten (7, 10; 8; 35; 45) reflektierten Abtaststrahl (6, 6′, 6′′; 26, 27, 30; 43) empfängt, und ein den Ab­ stand des Reflexionspunktes (12, 12′, 12′′; 20, 36, 44) des Abtaststrahls (6, 6′, 6′′; 26, 27, 30; 43) vom Ab­ standssensor (49) repräsentierendes Abstandssignal (A) sowie ein die Richtung des Abtaststrahls (6, 6′, 6′′; 26, 27, 30; 43) repräsentierendes Richtungssignal (Θ) ermittelt,
wobei die während der Abtastbewegung ermittelten Ab­ standssignale (A) und Richtungssignale (Θ) eine Abstands­ konturfunktion (A(Θ)) definieren, und
daß an den Abstandssensor (49) eine Auswerteeinheit (70) angeschlossen ist, die einen Speicher (55), in dem zumin­ dest eine eine erwartete Objektkontur repräsentierende Referenzkonturfunktion (R(Θ)) gespeichert ist, sowie ei­ nen Komparator (52) aufweist, der die ermittelte Ab­ standskonturfunktion (A(Θ)) mit der gespeicherten Refe­ renzkonturfunktion (R(Θ)) vergleicht und ein Ausgangssig­ nal (57) erzeugt, sofern die ermittelte Abstandskontur­ funktion (A(Θ)) und die Referenzkonturfunktion (R(Θ)) insbesondere im Rahmen vorgegebener Toleranzgrenzen über­ einstimmen bzw. nicht übereinstimmen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (49) als optischer Sensor ausge­ bildet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (49) in einem Eckbereich einer im wesentlichen rechtwinkligen Durchfahrt (3; 23) ange­ bracht ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor (49) mittig am oberen Querträger (2, 22) einer Durchfahrt angebracht ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß in Randnähe des Überwachungsbereichs zumindest ein bei auftreffendem Abtaststrahl (27) diesen umlenkenden Spiegel (24, 25) angebracht ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Spiegel (24, 25) als Zylinderspiegel oder sphärische Spiegel ausgebildet sind.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (42) und Empfänger (47) des Abstandssensors (49) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Abstandssensor (49) um die in der deutschen Patentanmeldung P 43 40 756.0 beschriebene Laserabstandsermittlungsvorrichtung handelt.