监视设备、工业系统、用于监视的方法及计算机程序与流程

本发明涉及一种用于对处理设备进行安全技术监视的监视设备，其中所述处理设备具有安全区域，其中所述处理设备具有安全操作状态和工作状态，其中所述处理设备被构造为在所述工作状态下执行处理步骤，具有第一传感器单元、第二传感器单元和评估模块，其中所述第一传感器单元被构造为探测对象进入所述安全区域并作为第一传感器数据提供给所述评估模块，其中所述评估模块被构造为，基于第一传感器数据操控所述处理设备以在探测到进入所述安全区域后立即采取所述安全操作状态。

背景技术：

在工业应用中，人与机器人系统之间的安全协作要求对位于机器人的工作空间中的人进行无干扰且无故障的识别。一旦有人进入所述机器人的安全相关区域，就必须将所述机器人切换到安全状态。为此，通常针对每种应用设计相应的解决方案，并以安全技术采取这些解决方案。这样的解决方案通常容易受到应用及其环境或其环境条件的变化的干扰。例如，若干这样的解决方案仅在水平平面中扫描环境，而其他解决方案则基于借助于光栅的访问检查。在发生故障的情况下，这样的解决方案必须由专业人员手动重置并再次接通。

可能形成最接近的现有技术的出版物de102010063214a1描述了一种用于处理设备的安全装置。在该文献中，所述处理设备例如被构造为工业机器人。所述安全装置包括用于识别冲突的第一传感器单元，其中所述第一传感器单元具有第一检测区域。此外，所述安全装置包括第二传感器单元，其中所述第二传感器单元具有第二检测区域。所述第二检测区域检测距所述处理设备更大距离的区域。在探测到碰撞时，控制装置可以关闭所述处理设备。

技术实现要素：

在本发明的范围内，提出了一种具有权利要求1的特征的监视设备，具有权利要求12的特征的具有所述监视设备的工业系统，具有权利要求13的特征的方法以及具有权利要求14的特征的计算机程序。本发明的优选的和/或有利的实施方式由从属权利要求、以下说明和附图得出。

根据本发明，提出了一种用于对处理设备进行安全技术监视的监视设备。优选地，所述监视设备以数据技术与所述处理设备连接，例如借助于无线电连接或缆线连接。

所述处理设备具有安全区域。特别地，所述处理设备布置在监视区域中，其中所述监视区域例如由工厂车间、制造室或生产系统的一部分形成。所述处理设备特别是具有机器人和/或由机器人形成。所述处理设备被构造为生产、加工、平移或测量处理对象。所述处理设备具有安全操作状态和工作状态。所述安全操作状态优选通过对人无危险的状态形成和/或表征。例如，在所述安全操作状态下，将所述处理设备停止、减速或置于不危险的状态。所述工作状态优选地是其中所述处理设备执行生产步骤、工作步骤或测量步骤的状态。在此，所述处理设备被构造为在所述工作状态下执行处理步骤。所述处理步骤是例如加工、处理、移动或测量所述处理对象。例如，所述工作状态的特征在于移动的机器人。

所述监视设备具有第一传感器单元。所述监视设备特别是可以具有多个第一传感器单元，例如多于五个的第一传感器单元，尤其是多于十个的第一传感器单元。所述第一传感器单元特别是被构造为感知地监视所述安全区域和/或所述监视区域。特别地，整个安全区域由第一传感器单元感知地监视。所述第一传感器单元可以被构造为以声学、光学或其他方式感知地监视所述安全区域。

所述第一传感器单元被构造为探测对象进入所述安全区域并将该进入作为传感器数据提供给所述评估模块。对象进入所述安全区域特别是应理解为，所述对象出现在和/或被探测到在所述安全区域中，所述对象先前不在那里和/或不属于那里。例如，所述安全区域被外轮廓包围和/或界定，其中所述第一传感器单元探测所述对象何时越过所述外轮廓并进入所述安全区域，其中这样的探测被评估为对象的进入。可以将第一传感器数据连续地提供给所述评估模块，替代地仅在探测到所述对象进入时才将所述第一传感器数据提供给所述评估模块。

所述监视设备具有第二传感器单元。所述第二传感器单元被构造为监视所述安全区域。特别地，所述第二传感器单元被构造为以声学、光学和/或其他方式感知地监视所述安全区域。所述第一传感器单元和所述第二传感器单元优选地基于不同的测量原理。所述监视设备特别是可以具有多个第二传感器单元，其中这些第二传感器单元可以基于相同的测量原理或者可以基于不同的测量原理。所述第二传感器单元特别是可以与所述第一传感器单元一起布置在共同的壳体中。所述第二传感器单元被构造为在所述对象进入所述安全区域时为进入的对象确定附加数据并提供给所述评估模块。在此可以规定，所述第二传感器单元仅感知地监视和/或评估所述安全区域的一个子区段，其中该子区段具有所述进入的对象。

所述评估模块被构造为基于所述附加数据将所述对象分类为人或非人。为此，所述评估模块例如具有一组规则，其中所述评估模块能够基于该组规则将所述进入的对象分类为人或非人。该组规则可以例如具有人的特征性属性，这些特征性属性可以借助于所述第二传感器单元来探测，其中可以基于这些特征性属性分配为人或非人。

所述评估模块还被构造为基于所述附加数据操控所述处理设备。在此特别是规定，当所述对象已被分类为非人时，所述处理设备由所述评估模块操控以采取所述工作状态。此外可以规定，所述评估模块被构造为当所述对象已被分类为人时，操控所述处理设备以保持所述安全操作状态。

本发明的考虑是提供一种监视设备，其实现了所述处理设备的有效操作。特别地，所述监视设备的目标是实现所述处理设备的以下操作，该操作包括很少的停机时间和/或特别是基于非人在所述安全区域中的移动而包括很少的停机时间。此外，由于不需要特别的安全人员来启动和/或重新启动所述处理设备，因此所述监视设备实现了所述处理设备的成本有利的操作。

特别优选的是，所述第一传感器单元具有用于确定所述对象的地点的传感器。地点特别是应被理解为三维或二维空间中的坐标，该坐标表征了进入的对象在所述安全区域中的绝对或相对位置。此外可以规定，所述第一传感器单元被构造为确定所述对象的速度。所述对象的速度特别是应理解为所述对象的定向速度，该定向速度例如承载关于所述对象是朝着所述处理设备移动还是远离所述处理设备移动并由此离开所述安全区域的信息。特别是可以规定，所述第一传感器单元被构造为确定所述对象的轮廓和/或所述对象的结构特征。尤其是还可以规定，所述第一传感器单元被构造为确定从所述对象到所述处理设备的距离。在该构型中特别是规定，所述第一传感器数据包括所述对象的地点、所述对象的速度、所述对象的轮廓和/或所述对象与所述处理设备之间的距离。

可选地规定，所述第一传感器单元包括一个3d相机或具有不同功能原理的两个冗余3d相机，以便检测要监视的场景的图像信息和深度信息二者，或者以三维方式扫描要监视的场景。例如可以规定，所述第一传感器单元包括立体相机和/或由立体相机形成。所述立体相机可以被构造为彩色相机或黑白相机。特别优选的是，所述立体相机是rgb-d相机。在此特别是规定，所述立体相机三维地扫描所述安全区域中的对象。此外可以规定，所述第一传感器单元由立体相机与快速渡越时间相机组合地形成，使得产生基于不同相机功能原理的冗余。

本发明的一个构型规定，所述第二传感器单元包括用于确定生命信号的传感器。在此，所述第二传感器单元例如被构造为检测人的呼吸、心跳和/或体温。例如，所述第二传感器单元为此包括脉冲多普勒雷达传感器。特别地，所述第二传感器单元可以被构造为也穿过非金属障碍物地检测生命信号。可选地规定，所述第二传感器单元包括温度曲线传感器。所述温度曲线传感器（例如，热成像相机）特别是被构造为确定所述对象的温度分布。特别地，所述温度曲线传感器被构造为以热光学方式检测和/或可视化进入的对象。该构型基于以下考虑：提供一种监视设备，该监视设备可以特别可靠地探测和/或排除人的进入。即使进入的人有意地试图完全静止不动，也至少不能抑制其生命功能，例如呼吸，特别是可通过典型的呼吸频率表征的生命功能。

特别优选的是，所述第一传感器数据基于第一探测时间并且所述附加数据基于第二探测时间。例如，所述第一传感器单元被构造为至少以第一探测时间进行探测以提供传感器数据，其中所述第二传感器单元被构造为以第二探测时间进行探测以提供所述附加数据。所述第一探测时间优选小于所述第二探测时间。特别地，所述第二探测时间是所述第一探测时间的至少两倍，优选地是所述第一探测时间的至少十倍，尤其是所述第二探测时间是所述第一探测时间的至少一百倍。该构型基于以下考虑：能够可靠地排除所述监视区域中和/或所述安全区域中的人，其中例如为了探测生命功能，最小记录时间或最小评估时间是必需的。这样的最小评估时间例如是十五到六十秒，而关闭和/或转换到所述安全操作状态基于较短的探测时间。

本发明的一个构型规定，对所述对象进入所述安全区域的探测基于对所述对象的移动的探测。特别地，所述第一传感器单元可以被构造为探测所述安全区域中何时不再有任何移动和/或进入的对象何时处于静止状态。在此，所述评估装置优选地被构造为当所述对象的移动为零和/或在所述安全区域中不再能探测到移动时，操控和/或启动所述第二传感器单元以提供和/或记录所述附加数据。该构型基于这样的考虑，即，当进入的对象处于静止状态时才启动对附加数据的评估，从而也可以相应地表征所述进入的对象。

特别优选的是，所述第一传感器单元和所述第二传感器单元形成共同的监视传感器。例如，第一传感器单元和第二传感器单元为此布置在共同的壳体中。特别是还可以规定，所述第一传感器单元也形成所述第二传感器单元，其中于是所述第一传感器数据和所述附加数据可以被相同类型或不同地构造。该构型基于提供成本有利的监视设备的考虑。

本发明的一个构型规定，所述第一传感器数据被构造为图像数据并且包括所述安全区域的监视图像。所述评估模块被构造为将所述监视图像分割为背景和前景。此外，所述评估模块特别是被构造为基于所述附加数据将所述前景分类为人和/或非人。尤其是可以规定，将图像分割为背景和前景被用于使得所述评估模块确定所述前景的坐标，以便基于此在所述附加数据中将所述对象分类为人或非人。

特别是可以规定，为了分割为前景和背景而使用经训练的分类器，例如将所述评估模块构造为人工神经网络。为此，例如可以借助于特征、特别是人的特征、头部/肩膀区域、身体轮廓特征来训练人工神经网络，以便从而能够执行背景/前景分割。特别地，还可以将所述人工神经网络构造为学习特征，以便能够借助于所述评估模块在人与非人之间进行区分。为此，所述人工神经网络不仅可以使用所述第一传感器单元的第一传感器数据，而且在必要时还可以使用所述第二传感器单元的附加数据。

特别优选的是，所述安全区域具有排除区段。特别地，所述安全区域具有至少一个排除区段。所述排除区段可以是所述安全区域的边缘区域或内部区域。例如，排除区段是所述安全区域的以下区域，机器人手臂在该区域中移动，或者在该区域中自动搬运进和搬运出所述处理对象。例如，所述排除区段是传送带。在此，所述评估模块优选地被构造为在分类为人和非人时排除所述排除区段。此外可以规定，所述评估模块被构造为从对象进入的探测中排除所述排除区段。尤其是，已经进入所述排除区段的对象被所述评估模块自动分类为非人。该构型基于以下考虑：提供具有很少误警报的不容易出现故障的监视设备。

可选地规定，所述处理设备具有在执行处理步骤时移动的移动区段。例如，所述移动区段是机器人手臂。所述移动区段的移动由所述处理设备作为移动数据提供。在此，所述移动数据包括所述移动区段在所述安全区域中的路径和/或位置。将所述移动数据提供给所述监视设备，特别是借助于接口以数据技术的方式提供。所述评估模块在此优选地被构造为基于所述移动数据在分类为人和非人时排除所述移动区段。特别是还可以规定，所述评估模块被构造为，基于所述移动数据在确定所述对象的进入时排除所述移动区段。通过反馈所述处理设备的移动，可以提供对误警报特别不敏感的监视设备。

特别优选的是，所述安全区域具有预警区段和危险区段。所述危险区段特别是所述安全区域的靠近所述移动区段和/或所述处理设备的部分。所述预警区段优选是所述安全区域的向外包围所述危险区段的区段。所述安全操作状态可以划分为停止状态和慢速状态。所述停止状态在此对应于所述处理设备的完全静止状态，该完全静止状态由所述处理设备的控制系统可靠地监视。所述慢速状态还优选地对应于以下状态，在该状态中所述移动区段的移动剧烈减速，并且因此优选地所述处理设备对人无害，从而人例如可以躲避。该慢速状态还必须由所述处理设备的控制系统可靠地监视。所述评估模块在此优选地被构造为在所述对象进入所述预警区段时操控所述处理设备以采取慢速状态。此外在此规定，当所述对象进入所述危险区段时，所述评估模块操控所述处理设备以采取停止状态。该构型基于以下考虑：当所述对象进入位于外部的区域时将所述处理设备置于预警状态，并且当所述对象到达和/或进入所述危险区段时才完全停止所述处理设备。

本发明的另一主题形成一种工业系统。所述工业系统包括处理设备和如前所述的监视设备。所述监视设备以数据技术的方式与所述处理设备耦合。例如，所述监视设备和所述处理设备借助于无线电连接而连接，替代地，它们借助于数据缆线连接。所述监视设备在此被构造为在对象进入所述安全区域时使所述处理设备进入安全操作状态。

本发明的另一主题形成一种用于对处理设备进行安全技术监视的方法。在此，如果第一传感器单元已经探测到对象进入安全区域和/或进入到安全区域中，则操控所述处理设备以采取安全操作状态。根据该方法进一步规定，如果所述对象被分类为非人，则操控所述处理设备以进入工作状态，特别是如果所述对象被分类为非人，则从所述安全操作状态又进入所述工作状态，其中分类为人和/或非人是基于附加数据的。所述附加数据特别是借助于第二传感器单元加以记录。在此，转换到所述工作状态并不一定要在一个步骤中完成。可选地可以规定，从安全状态开始逐步地或连续地提高所述处理设备的速度，直到达到所述工作状态为止。在此还连续地监视所述安全区域。该措施基于创建额外的临时安全缓冲区的考虑。此外，所述工业系统可以可选地配备有警告装置（例如信号灯或声音信号），借助该警告装置特别是可以发信号告知即将转换到所述工作状态（例如，闪烁的信号灯或警告音），以由此创建额外的安全特征。

本发明的另一主题形成一种具有程序装置的计算机程序，以便当程序在计算机和/或所述监视设备上执行时执行前述方法的所有步骤。

附图说明

本发明的其他特征、优点和效果由对本发明的优选实施例的以下说明和附图得出。在此：

图1示意性地示出了工厂系统；

图2示意性地示出了工业系统的透视俯视图；

图3示出了方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了作为本发明的实施例的监工业系统1，其具有视设备和处理设备2。工厂系统1例如是制造或生产的一部分。特别地，工厂系统1也可以是制造线的一部分。

处理设备2例如是机器人。处理设备2被构造为执行工作步骤。例如，所述机器人可以运输、加工或测量处理对象4（图2）。所述机器人具有手臂，其中这些手臂可以在移动区域内移动，从而可能对人构成潜在危险。因此，处理设备2具有安全区域5。安全区域5是3维的或平面的区域，当处理设备2应当执行处理步骤时，不允许任何人停留在所述区域中。如果人3位于安全区域5中，则处理设备2应当切换到安全状态（例如，安全监视的静止状态/停止状态或安全监视的慢速状态）。

处理设备2具有安全操作状态和工作状态。在所述工作状态中，处理设备2执行处理步骤并且可能对安全区域5中的人构成危险。在所述安全操作状态中，处理设备2减速或停止，从而不该处理设备会对安全区域5中的人构成任何重大危险。

所述监视设备具有第一传感器单元9。该第一传感器单元9被构造为3d相机，例如以立体相机的形式，必要时与冗余的快速渡越时间相机组合。第一传感器单元9对监视区域7a进行监视。监视区域7a包括安全区域5。所述第一传感器单元被构造为探测对象进入安全区域5。所述第一传感器单元将探测所需的探测数据以数据技术提供给评估模块8。为此，第一传感器单元9具有接口6，其中在本示例中，接口6被构造为无线电接口。评估模块8具有对应接口10，其中对应接口10这里同样是无线电接口并且能够与接口6耦合。以这种方式，将第一传感器数据提供给评估模块8。

为了确定对象是否已经进入安全区域5和/或进入了安全区域5中，第一传感器单元9比较例如两个或更多个用第一传感器单元9记录的连续3d图像。评估模块8被构造为操控处理设备2，使得当探测到对象已经进入安全区域5或在安全区域5中移动时将处理设备2转换和/或切换到安全操作状态。由此评估模块8被构造为，一旦在安全区域5中探测到移动的对象，就关闭处理设备2和/或将处理设备2置于安全状态中。

所述监视设备具有第二传感器单元11。第二传感器单元11被构造为对监视区域7b进行感知的监视。监视区域7a和监视区域7b具有重叠，其中该重叠包含或包括安全区域5。第二传感器单元11例如是用于探测在监视区域7b中和/或在安全区域5中停留的人的生命信号（呼吸，心跳）的传感器单元。例如，第二传感器单元11包括单个脉冲多普勒雷达传感器或整个脉冲多普勒雷达传感器阵列（或具有多个发射天线对的脉冲多普勒雷达传感器矩阵），以便能够3维地检测对象、对象的空间扩展及对象的移动。所述监视设备特别是可以包括多个第二传感器单元11，并且因此包括多个脉冲多普勒雷达传感器。此外，除了所述雷达传感器之外，第二传感器单元11还可以包括温度曲线传感器（例如，热成像相机），以便检测在监视区域7b中和/或在安全区域5中停留的人的温度曲线。

第二传感器单元11被构造为针对已经进入安全区域5的对象确定附加数据。为此，例如第二传感器单元11测量进入安全区域5的对象。第二传感器单元11将所述附加数据提供给评估模块8。为此，第二传感器单元11包括接口6，这里该接口在本示例中是无线电接口，其中接口6能够与对应接口10耦合以便提供所述附加数据。

评估模块8被构造为基于所述附加数据来判定已经进入安全区域5的对象是人还是非人。为此，评估模块8将进入的对象分类为人3或非人。此外，评估模块8被构造为在对象被分类为非人的情况下操控处理设备2以再次采取所述工作状态。因此，评估模块8判定通过转换到所述安全操作状态而关闭处理设备2是否是正确的决定，其方式是评估模块8检查所述进入的对象是否需要保护并且是否表示人3。

图2示意性地示出了具有工业系统1的区域的透视俯视图。这里，工业系统1也包括布置在安全区域5中的处理设备2。安全区域5由三个第一传感器单元9感知地监视。这里在本示例中，安全区域5形成半圆，其中第一传感器单元9的两个模块分别监视略大于四分之一圆，其中这两个模块的传感器视场存在一定的重叠。这两个第一传感器单元9例如被安装在柱子上或天花板上，特别是在处理设备2上方的中央。第三个第一传感器单元9从相对侧观察处理设备2连同安全区域5，从而一方面避免覆盖和遮蔽（例如，通过处理设备2本身），另一方面通过传感器视场的进一步重叠产生额外的冗余。

处理设备2借助于传送带12集成到较大的生产系统中。处理对象4在传送带12上运输。在背侧，借助于无源屏障阻挡了进入处理设备2和/或输送带12，其中这些无源屏障这里在本示例中被构造为屏障栅格13。屏障栅格13防止从背侧或越过所述传送带进入处理设备2。因此，只能从通过第一传感器单元9监视的一侧或经由安全区域5进入处理设备2。因此，安全区域5表现为平面中的半圆形区域或三维空间中的半圆柱形区域。必要时可以在背侧设置屏障栅格中的开口，以允许其他处理设备从背侧进入传送带。然后同样必须相应地对该第二处理设备进行防护，以可靠地防止人们从背侧进入处理设备2和进入安全区域5。

这里，安全区域5分为预警区段14和危险区段15。预警区段14和危险区段15两者均形成半圆。危险区段15的半径小于预警区段14的半径。预警区段14是使处理设备2置于慢速状态但还不必完全停止的区域。当人3进入危险区段15时，处理设备2才必须转换到停止状态，从而人3不会受到危险和/或伤害。

这里，第一传感器单元9的模块还分别包括第二传感器单元11。与第一传感器单元9一样，第二传感器单元11也从不同的角度监视整个安全区域5。在此，第二传感器单元11被构造为温度曲线传感器，其可以确定进入的对象的温度分布。特别地，第二传感器单元11可以清楚地探测未被衣物覆盖的裸露的身体部位，例如脸部，并且作为附加数据提供给评估模块8。除了温度曲线传感器之外，第二传感器单元11还包括脉冲多普勒雷达传感器阵列，借助于该传感器阵列可以确定进入安全区域5的对象是否具有人的特征性生命信号（例如呼吸和/或心跳）。雷达信号也可以作为附加数据提供给评估模块8。基于所述附加数据所包括的温度曲线和雷达信号，评估模块8可以确定进入的对象是人3还是非人。非人可以是例如执行所述处理步骤所需的货盘16。为此，例如必须将新的货盘16定期地带入安全区域5中并停放在那里。

所述工业系统还可以具有警告装置17，其中警告装置17例如是信号灯系统。警告装置17可以与评估模块8连接，以便向人3表明人3是处于安全区域5中、在预警区段14中还是在危险区段15中。例如，当在安全区域5中没有人3时，警告装置17显示为绿色，当人3在预警区段14中时，警告装置17显示为黄色，而当人3在危险区段15中时，警告装置17显示为红色。警告装置17还可以用于当所述监视设备识别到再没有人位于安全区域5中时表明处理设备2转换到工作状态（例如通过黄灯闪烁）。

图3示意性地示出了用于利用所述监视设备对处理设备2进行安全技术监视的方法的流程作为所述方法的实施例。在此，第一传感器数据以及附加数据都由各个传感器单元提供。在传感器数据确定步骤100中，借助于第一传感器单元9感知地监视安全区域5。在此，第一传感器单元9形成例如三色相机或rgb-d相机，所述三色相机或rgb-d相机提供图像数据和深度信息。

在附加数据确定步骤200a和200b中，确定已经进入安全区域5的对象的附加数据。例如，在附加数据确定步骤200a中，借助于热成像相机确定进入对象的温度曲线，而在附加数据确定步骤200b中，借助于脉冲多普勒雷达传感器阵列确定进入对象的呼吸频率和/或心跳频率。

在评估步骤300中，借助于第一传感器数据确定对象是否已经进入安全区域5。当对象进入安全区域5时，操控处理设备2以转换到安全操作状态。如果已经探测到对象进入安全区域5并且处理设备2已经被置于安全操作状态，则还在评估步骤300中基于所述附加数据确定进入的对象是人3还是非人。如果确定进入的对象是人3，则让处理设备2留在所述安全操作状态中，而如果确定进入的对象是非人，则操控处理设备2以转换到工作状态。在此，即将到来的向工作状态的转换可以借助于警告装置17可视地显示。

此外，所述方法可以具有识别步骤400，其中在识别步骤400中借助于人工智能（例如神经网络）训练评估模块8以区分人与非人。