[发明专利]用于防护机器的光电安全传感器和方法

说明书

本申请涉及用于防护机器的光电安全传感器和方法。给出了一种用于防护机器(34)的光电安全传感器(10)，具有：光接收器(24)，其用于光学检测对象数据；以及控制和评估单元(26)，该控制和评估单元被配置用于基于对象数据来决定在机器(34)的周围环境中是否检测到安全关键的对象(36)，并且在检测到的情况下触发以安全为导向的响应。在此，控制和评估单元(26)还被配置用于根据先前和/或同时检测到的对象来适配用于决定是否检测到安全关键的对象(36)的标准的灵敏度。

本发明涉及根据权利要求1或13的主题的用于防护机器的光电安全传感器和方法。

安全技术的主要目的是保护人员免受危险源伤害，这些危险源例如是工业环境中的机器。借助于安全传感器对机器进行监控，因此如果存在人员将面临有危险地靠近机器的情况，则应采取适当的防护措施。

安全传感器或安全式传感器，即在用于人员保护的安全技术意义上使用的传感器，必须特别可靠地工作，因此要满足高的安全要求，例如针对机器安全的EN13849标准和针对无接触式作用的保护装置(BWS)的IEC61496或EN61496设备标准。为了满足这些安全标准，应采取一系列措施，例如通过冗余的、多样的电子器件进行安全电子评估、功能监控或光学构件污染的监控。

通用的防护概念提出，配置在机器运行期间不允许操作人员进入的保护区。在交通工具中，这种考虑也反向适用：既不允许任何人员进入行驶路径，也不允许交通工具向有人员停留的方向快速运动。如果传感器识别到不允许的保护区入侵，则该传感器触发以安全为导向的响应，该响应包括制动机器、使机器绕路或在紧急情况下立即停止机器。

在工业环境中，最经常使用光电安全传感器(例如，安全光栅或安全激光扫描仪)，其检测一维信息或二维信息。现有技术也已知用于检测三维图像数据的3D传感器。对此主要包括各种技术(例如，立体观测、三角测量、光飞行时间)的3D相机，其对无源二维图案或投影照明图案的干扰进行评估。与常见的二维相机相比，这种3D传感器记录如下图像，这些图像在其像素中包含距离值。这些具深度分辨的或三维的图像数据也被称为深度图。此外，还已知的是激光扫描仪，这些激光扫描仪检测多个扫描平面或改变其仰角。利用这种3D传感器也可以监控保护区，例如从机器人单元上方的鸟瞰视角来进行监控。例如，EP 3 421191 A1选择了另一种安全方法，在该方法中确定从被监控的机器到被检测的对象的最短距离，并由此来评估危险情况(速度和分离监控，Speed-and-Separation-Monitoring)。

尽管有时输入数据非常复杂，而且通常为了满足安全标准对评估的要求特别高，但最终仅要对是否进行以安全为导向的响应做出二元决定。这从概念上讲，这可以概括为触发阈值。在具体实现方式中，触发阈值可以是复杂的和高维度的，并且可以考虑各种方面，例如时间属性或几何属性，或者例如可以评估接收信号的走向或水平。

原则上，总是存在二元决定不正确的可能性。在此，可以设想两种错误：虽然人员处于危险中，但这种情况被评估为不危险；或者识别到实际上不存在的危险。第一个提到的错误是安全关键的(sicherheitskritisch)，第二个提到的错误产生不必要的安全响应，因此对可用性产生不利影响。对安全传感器的性能重要的一项主要挑战是如何调整触发阈值，以便在检测安全性与稳健性之间找到良好的平衡。

传统的安全传感器以固定设定的触发阈值工作，该触发阈值在开发时或在配置过程的期间被确定。这个触发阈值须选择得足够灵敏，以考虑所有可能发生的情况。在这里，安全是重中之重，因为如果有任何疑问，都不允许任何人员为了机器运行的利益而受到危害。然而，这意味着，在某些临界情况的标准下灵敏设定的固定的触发阈值在其他根本不需要的情况下生效。因此，安全功能的不必要触发的概率增加，而这对可用性有极大的不利影响。

在保护区监控中，触发阈值通常仅评估来自保护区的传感器信息，不从被配置的保护区以外的区域获得任何安全技术可用的传感器信息。因此，信息库(Informationsbasis)比传感器本身所能提供的信息库要小，有时甚至要小得多。因此，即使客观上根本没有相关的保护区入侵，但经常导致会引起以安全为导向的响应的怀疑情况。