(57)【要約】  自動化された生産設備では、特にそれらが人物と協働している場合には、安全技術的な監視が必要となる。本明細書では、安全領域（５）を有し、安全な動作状態と作業状態とを有し、かつ、前記作業状態において操作ステップを実施するように構成されている操作装置（２）の安全技術的な監視のための監視装置が提案される。この監視装置は、第１のセンサユニット（９）と、第２のセンサユニット（１１）と、評価モジュール（８）とを備え、第１のセンサユニット（９）は、安全領域（５）内への対象物の侵入を検出し、第１のセンサデータとして評価モジュール（８）に提供するように構成されており、評価モジュール（８）は、第１のセンサデータに基づいて操作装置（２）を駆動制御し、安全領域（５）内への侵入を検出した場合には、直ちに安全な動作状態を取らせるように構成されており、第２のセンサユニット（１１）は、安全領域（５）を感知方式で監視し、安全領域（５）内に対象物が侵入した場合には、当該対象物に関して付加的データを特定し、評価モジュール（８）に提供するように構成されており、評価モジュール（８）は、付加的データに基づいて対象物を人物（３）又は非人物として分類するように構成されており、評価モジュール（８）は、付加的データに基づいて操作装置（２）を駆動制御し、対象物が非人物として分類された場合には、作業状態を取らせるように構成されている。
2021500668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全領域（５）を有し、安全な動作状態と作業状態とを有し、かつ、前記作業状態において操作ステップを実施するように構成されている操作装置（２）の安全技術的な監視のための監視装置であって、
第１のセンサユニット（９）と、第２のセンサユニット（１１）と、評価モジュール（８）とを備え、
前記第１のセンサユニット（９）は、前記安全領域（５）内への対象物の侵入を検出し、第１のセンサデータとして前記評価モジュール（８）に提供するように構成されており、
前記評価モジュール（８）は、前記第１のセンサデータに基づいて前記操作装置（２）を駆動制御し、前記安全領域（５）内への侵入を検出した場合には、直ちに安全な動作状態を取らせるように構成されている、監視装置において、
前記第２のセンサユニット（１１）は、前記安全領域（５）を感知方式で監視し、前記安全領域（５）内に対象物が侵入した場合には、当該対象物に関して付加的データを特定し、前記評価モジュール（８）に提供するように構成されており、
前記評価モジュール（８）は、前記付加的データに基づいて対象物を人物（３）又は非人物として分類するように構成されており、
前記評価モジュール（８）は、前記付加的データに基づいて前記操作装置（２）を駆動制御し、前記対象物が非人物として分類された場合には、作業状態を取らせるように構成されている、
ことを特徴とする監視装置。
【請求項２】
前記第１のセンサユニット（９）は、対象物の場所、対象物の速度、対象物の輪郭、及び／又は、対象物及び前記操作装置（２）からの距離を特定するためのセンサを含む、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記第１のセンサユニット（９）は、監視すべき前記安全領域（５）の画像情報及び深度情報を検出するための３Ｄカメラを含む、
請求項１又は２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記第２のセンサユニット（１１）は、対象物の生体信号を特定するためのセンサ及び／又は温度プロファイルセンサを含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項５】
前記センサデータは、第１の検出時間に基づいており、前記付加的データは、第２の検出時間に基づいており、前記第１の検出時間は、前記第２の検出時間よりも短い、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項６】
前記安全領域（５）内への対象物の侵入の検出は、当該対象物の運動の検出に基づいており、前記評価装置（８）は、対象物の運動がゼロである場合には、前記第２のセンサユニット（１１）を前記付加的データの提供のために駆動制御する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項７】
前記第１のセンサユニット（９）及び前記第２のセンサユニット（１１）は、１つの共通の監視センサを形成する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項８】
前記第１のセンサデータは、画像データとして形成され、かつ、前記安全領域（５）の監視画像を含み、前記評価モジュール（５）は、前記監視画像を背景と前景とに分割し、当該前景を、人物（３）又は非人物として分類するように構成されている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項９】
前記安全領域（５）は、除外区域を有しており、前記評価モジュール（８）は、前記除外区域内に侵入した対象物を非人物として分類するように構成されている、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項１０】
前記操作装置（２）は、操作ステップの実施の際に可動の運動区域を有しており、前記運動区域の運動は、前記操作装置（２）から運動データとして提供されており、前記監視装置は、前記運動データを引き継ぐためのインタフェースを有しており、前記評価モジュール（８）は、前記運動データに基づいて前記運動区域を非人物として分類するように構成されている、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項１１】
前記安全領域（５）は、事前警告区域（１４）と危険区域（１５）とを有し、前記安全な動作状態は、停止状態と低速状態とを有し、前記評価モジュール（８）は、対象物が前記事前警告区域（１４）内に侵入した場合には、前記操作装置（２）を駆動制御して、低速状態を取らせるように構成されており、さらに対象物が前記危険区域（１５）内に侵入した場合には、前記操作装置（２）を駆動制御して、停止状態を取らせるように構成されている、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の監視装置と操作装置（２）とを備えた産業用設備（１）において、
前記監視装置は、対象物が侵入した場合には、前記操作装置（２）を安全な動作状態に移行させるように構成されている、
ことを特徴とする産業用設備（１）。
【請求項１３】
操作装置（２）を安全技術的に監視するための方法において、
第１のセンサユニットによって対象物が安全領域内に侵入したことが検出された場合には、前記操作装置を駆動制御して、安全な動作状態を取らせるようにし、
付加的データに基づく人物及び／又は非人物への分類において、対象物が非人物として分類された場合には、前記操作装置を駆動して、作業状態に移行させるようにする、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
プログラムがコンピュータ及び／又は請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の監視装置上で実行されるときに、請求項１３に記載の方法のすべてのステップを実施するためのプログラム手段を備えたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、安全領域を有し、安全な動作状態と作業状態とを有し、かつ、作業状態において操作ステップを実施するように構成されている操作装置の安全技術的な監視のための監視装置に関する。この装置は、第１のセンサユニットと、第２のセンサユニットと、評価モジュールとを備え、第１のセンサユニットは、安全領域内への対象物の侵入を検出し、第１のセンサデータとして評価モジュールに提供するように構成されており、評価モジュールは、第１のセンサデータに基づいて操作装置を駆動制御し、安全領域内への侵入を検出した場合には、直ちに安全な動作状態を取らせるように構成されている。
【背景技術】
【０００２】
産業分野において人間とロボットシステムとの間の安全な協働には、ロボットの作業空間内の人物の支障のない識別とエラーのない識別とが必要である。人物がロボットの安全性に係る領域に立ち入った場合には、直ちにロボットを安全な状態に切り換える必要がある。この目的のために、多くの場合、用途毎に適切な解決手段が立ち上げられ、安全技術的な検査がなされる。そのような解決手段は、多くの場合、用途及びその環境又は環境条件の変化に対する影響を受けやすい。例えばそのような解決手段のいくつかは、周辺環境を水平面だけでスキャンするのに対し、他の解決手段は、光電スイッチを用いたアクセス制御に基づいている。そのような解決手段では、エラーが発生した場合、専門的スキルによるマニュアルでのリセットと、再度のスイッチオンとが必要になる。
【０００３】
本願に最も近いと思われる先行技術文献を形成する独国特許出願公開第１０２０１００６３２１４号明細書は、操作装置用の安全装置を開示している。ここでは、この操作装置は、例えば産業用ロボットとして構成されている。安全装置は、衝突識別のための第１のセンサユニットを含み、ここでは、この第１のセンサユニットは、第１の検出領域を有する。さらに、この安全装置は、第２のセンサユニットを含み、ここでは、この第２のセンサユニットは、第２の検出領域を有する。この第２の検出領域は、操作装置からより広大な距離の領域を検出する。制御装置は、衝突を検出した場合には、操作装置をスイッチオフすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００６３２１４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の開示
本発明の枠内においては、請求項１の特徴を有する監視装置、請求項１２の特徴を有する監視装置を備えた産業用設備、請求項１３の特徴を有する方法、及び、請求項１４の特徴を有するコンピュータプログラムが提案される。本発明の有利な及び／又は好適な実施形態は、従属請求項、以下の説明、及び、添付の図面から明らかとなる。
【０００６】
本発明によれば、操作装置の安全技術的な監視のための監視装置が提案される。好適には、この監視装置は、データ技術的な操作装置と例えば無線接続又はケーブル接続を用いて接続されている。
【０００７】
操作装置は安全領域を有する。特に操作装置は、監視領域内に配置されており、ここでは、監視領域は、例えば、工場ホール、製造室又は生産設備の区域によって形成されている。操作装置は、特にロボットを有し、及び／又は、ロボットによって形成される。操作装置は、操作対象物を生産、処理、移送又は測定するように構成されている。操作装置は、安全な動作状態と作業状態とを有する。安全な動作状態は、好適には、人物にとって危険ではない状態によって形成され及び／又は特徴付けられている。例えば、操作装置は、安全な動作状態においては、停止され、又は、減速状態若しくは危険のない状態に置き換えられる。作業状態は、好適には、操作装置が、生産ステップ、作業ステップ又は測定ステップを実施する状態である。この場合、操作装置は、作業状態においては、操作ステップを実施するように構成されている。操作ステップとは、例えば、操作対象物の加工、処理、移動又は測定である。例えば、作業状態は、可動のロボットによって特徴付けられている。
【０００８】
監視装置は、第１のセンサユニットを有している。特に、監視装置は、複数の第１のセンサユニット、例えば５を超える第１のセンサユニット、特に１０を超える第１のセンサユニットを有することができる。第１のセンサユニットは、特に、安全領域及び／又は監視領域を感知方式で監視するように構成されている。特に、第１のセンサユニットによって安全領域全体が感知方式で監視される。第１のセンサユニットは、安全領域を音響的に、光学的に又はそれ以外の感知方式で監視するように構成することができる。
【０００９】
第１のセンサユニットは、安全領域内への対象物の侵入を検出し、この侵入をセンサデータとして評価モジュールに提供するように構成されている。安全領域内への対象物の侵入とは、特に、それまではそこにいなかった及び／又はそこに属していなかった対象物が、安全領域内に出現すること及び／又は検出されることを意味するものと理解されたい。例えば、安全領域は、外側輪郭によって包囲され及び／又は画定され、この場合、第１のセンサユニットは、いつ対象物が外側輪郭を越えて安全領域内に入ったかを検出し、この場合、そのような検出は対象物の侵入として評価される。第１のセンサデータは、連続的に評価モジュールに提供されてよい。また、代替的に、第１のセンサデータは、対象物の侵入が検出されている場合にのみ評価モジュールに提供されている。
【００１０】
監視装置は、第２のセンサユニットを有している。この第２のセンサユニットは、安全領域を監視するように構成されている。特に、第２のセンサユニットは、安全領域を音響的、光学的及び／又はそれ以外の感知方式で監視するように構成されている。好適には、第１のセンサユニット及び第２のセンサユニットは、異なる測定原理に基づいている。特に、監視装置は、複数の第２のセンサユニットを有することができ、この場合、第２のセンサユニットは、同様の測定原理に基づくことができ、又は、異なる測定原理に基づくことができる。第２のセンサユニットは、特に、第１のセンサユニットと一緒に共通のハウジング内に配置されてよい。第２のセンサユニットは、安全領域内に対象物が侵入した場合には、当該侵入対象物に関して付加的データを特定し、評価モジュールに提供するように構成されている。この場合、ここでは、第２のセンサユニットが、安全領域の一部区域のみを感知方式で監視及び／又は評価することを想定してよく、その場合、当該一部区域は、侵入対象物を包含する。
【００１１】
評価モジュールは、付加的データに基づいて対象物を人物又は非人物として分類するように構成されている。この目的のために、評価モジュールは、例えば基準ルールを有しており、ここでは、評価モジュールは、この基準ルールに基づいて、侵入した対象物に関する人物又は非人物としての分類を実施することができる。基準ルールは、例えば第２のセンサユニットを用いて検出し得る人物の特徴的な特性を有することができ、この場合、これらの特徴的な特性に基づいて人物又は非人物への割り当てを行うことができる。
【００１２】
評価モジュールは、さらに、付加的データに基づいて操作装置を駆動制御するように構成されている。その際、特に、ここでは、対象物が非人物として分類された場合には、操作装置が、評価モジュールによって作業状態を取るように駆動制御されていることが想定されている。さらに、ここでは、評価モジュールは、対象物が人物として分類された場合には、操作装置を安全な動作状態に維持すべく駆動制御するように構成されていることが想定されてよい。
【００１３】
本発明の考察は、操作装置の効果的な動作を可能にする監視装置を提供することにある。特に、監視装置の目的は、安全領域内の非人物による運動に基づく僅かなシャットダウン時間及び／又は特に僅かなシャットダウン時間しか含まない操作装置の動作を可能にすることにある。さらに、この監視装置は、操作装置の低コストの動作を可能にする。なぜなら、操作装置の起動及び／又は再起動に特別な安全管理者を必要としないからである。
【００１４】
特に好適には、第１のセンサユニットは、対象物の場所を特定するためのセンサを有する。この場所とは、特に、安全領域内に侵入した対象物の絶対位置又は相対位置を特徴付ける３次元空間又は２次元空間内の座標を意味するものと理解されたい。さらに、第１のセンサユニットが、対象物の速度を特定するように構成されていることが想定されてよい。対象物の速度とは、特に、例えば、対象物が操作装置に向かって移動するのかどうか、又は、操作装置から離隔するように移動し、ひいては安全領域から逸脱するように移動するのかどうかに関する情報をもたらすような、対象物の方向性を示す速度を意味するものと理解されたい。特に、第１のセンサユニットが、対象物の輪郭及び／又は対象物の構造的特徴を特定するように構成されていることが想定されてよい。特に、第１のセンサユニットが、対象物から操作装置までの距離を特定するように構成されていることが想定されてもよい。この実施形態においては、特に、第１のセンサデータが、対象物の場所、対象物の速度、対象物の輪郭、及び／又は、対象物と操作装置との間の距離を含むことが想定されている。
【００１５】
任意選択的に、第１のセンサユニットは、監視すべきシーンの画像情報も深度情報も検出するために３Ｄカメラを含み、あるいは監視すべきシーンを３次元走査するために異なる機能原理を有する２つの冗長的３Ｄカメラを含むことが想定されている。例えば、第１のセンサユニットは、ステレオカメラを含むこと及び／又はステレオカメラによって形成されていることが想定されてもよい。ステレオカメラは、カラーカメラとして又は白黒カメラとして構成されてよい。特に好適には、ステレオカメラは、ＲＧＢ−Ｄカメラである。この場合、特に、ステレオカメラが安全領域内の対象物を３次元で走査することが想定されている。さらに、ここでは、第１のセンサユニットが、高速なタイムオブフライトカメラとの組み合わせでステレオカメラによって形成されていることが想定されてもよい。それにより、異なるカメラ機能原理に基づく冗長性が生じる。
【００１６】
本発明の一実施形態においては、第２のセンサユニットは、生体信号を特定するためのセンサを含むことを想定している。この場合、第２のセンサユニットは、例えば、人間の呼吸、心拍及び／又は体温を検出するように構成されている。例えば、第２のセンサユニットは、この目的のためにパルスドップラレーダセンサを含む。特に、第２のセンサユニットは、非金属の障害物を貫通して生体信号を検出するように構成されてもよい。任意選択的に、第２のセンサユニットは、温度プロファイルセンサを含むことが想定されている。この温度プロファイルセンサ（例えば熱画像カメラ）は、特に、対象物の温度分布を特定するように構成されている。特に、温度プロファイルセンサは、侵入した対象物を熱光学的に検出するように及び／又は視覚化するように構成されている。この実施形態は、人物の侵入を、特に確実に検出及び／又は除外し得る監視装置を提供するという考察に基づいている。侵入者が意図的に完全に静止することを試みる場合であっても、少なくとも自身の生体機能、例えば、特に典型的な呼吸頻度によって特徴付けられる呼吸は、抑制することができない。
【００１７】
特に好適には、第１のセンサデータは第１の検出時間に基づいており、付加的データは第２の検出時間に基づいている。例えば、第１のセンサユニットは、センサデータを提供するために少なくとも第１の検出時間で検出するように構成されており、ここで、第２のセンサユニットは、付加的データを提供するために第２の検出時間で検出するように構成されている。第１の検出時間は、好適には第２の検出時間よりも短い。特に、第２の検出時間は、第１の検出時間の少なくとも２倍、好適には第１の検出時間の少なくとも１０倍の長さであり、特に、第２の検出時間は、第１の検出時間の少なくとも１００倍の長さである。この実施形態は、監視領域内及び／又は安全領域内の人物は確実に除外することができるという考察に基づいている。ただし、この場合、例えば、生体機能の検出のための最短記録時間又は最短評価時間は、必要である。そのような最短評価時間は、例えば、１５乃至６０秒である。一方、スイッチオフ及び／又は安全な動作状態への移行は、より短い検出時間に基づいている。
【００１８】
本発明の一実施形態においては、安全領域内への対象物の侵入の検出は、対象物の運動の検出に基づくことが想定される。特に、第１のセンサユニットは、安全領域内で運動がもはや存在していない場合、及び／又は、侵入対象物が静止状態にある場合を検出するように構成されてよい。この場合、評価装置は、好適には、対象物の運動がゼロである場合、及び／又は、安全領域内でもはや運動を検出することができない場合に、第２のセンサユニットを付加的データの提供及び／又は記録のために駆動制御及び／又は起動するように構成されている。この実施形態は、侵入対象物が静止状態にある場合にのみ、付加的データの評価を開始すべきであるという考察に基づいている。そのため、この対象物も相応に特徴付けることが可能である。
【００１９】
特に好適には、第１のセンサユニット及び第２のセンサユニットは、１つの共通の監視センサを形成する。例えば、この目的のために、第１のセンサユニット及び第２のセンサユニットは、１つの共通のハウジング内に配置されている。特に、ここでは、第１のセンサユニットが第２のセンサユニットも形成することを想定してもよく、従って、その場合には、第１のセンサデータ及び付加的データは、同種の構成であってもよいし異なる構成であってもよい。この実施形態は、低コストの監視装置を提供するという考察に基づいている。
【００２０】
本発明の一実施形態においては、第１のセンサデータは、画像データとして形成され、安全領域の監視画像を含むことを想定している。評価モジュールは、監視画像を、背景と前景とに分割するように構成されている。さらに、評価モジュールは、特に前景を、付加的データに基づいて人物及び／又は非人物へ分類するように構成されている。特に、ここでは、背景及び前景への画像分割は、評価モジュールが前景の座標を特定し、付加的データにおける前景の座標に基づき、対象物を人物又は非人物として分類するために使用されることを想定してもよい。
【００２１】
特に、ここでは、前景及び背景への分割のためにトレーニングされた分類器が使用されること、例えば、評価モジュールが人工ニューラルネットワークとして構成されていることを想定してよい。この目的のために、人工ニューラルネットワークは、背景／前景分割を実施し得るようにするために、例えば複数の特徴、特に個人の特徴、頭部／肩部、体の輪郭特徴などを用いて、トレーニングすることができる。特に、人工ニューラルネットワークは、評価モジュールを用いて人物と非人物とを区別し得るようにするために、複数の特徴を学習するように構成してもよい。この目的のために、人工ニューラルネットワークは、第１のセンサユニットの第１のセンサデータだけを使用することができるのではなく、場合によっては、第２のセンサユニットの付加的データも使用することができる。
【００２２】
特に好適には、安全領域は、除外区域を有する。特に、安全領域は、少なくとも１つの除外区域を有する。これらの除外区域は、縁部領域であってもよいし、安全領域の内部領域であってもよい。例えば、１つの除外区域は、ロボットアームが移動したり、操作対象物の自動搬入及び自動搬出が行われたりする安全区域の領域である。例えば、除外区域は、ベルトコンベアである。この場合、評価モジュールは、好適には、当該除外区域を、人物と非人物との分類の際に除外するように構成されている。さらに、ここでは、評価モジュールが、当該除外領域を対象物の侵入の検出から除外するように構成されていることを想定してよい。特に、除外区域内に侵入した対象物は、評価モジュールによって自動的に非人物として分類される。この構成は、誤警報が少なくてエラーに強い監視装置を提供することができるという考察に基づいている。
【００２３】
任意選択的に、操作装置は、操作ステップの実施の際に可動の運動区域を有することが想定されている。例えば、この運動区域は、ロボットアームである。運動区域の運動は、操作装置から運動データとして提供されている。この場合、この運動データには、安全領域内の運動区域の経路及び／又は位置が含まれる。運動データは、監視装置に提供されており、特にインタフェースを用いてデータ技術的に提供されている。評価モジュールは、この場合好適には、運動データに基づいて運動区域を、人物及び非人物への分類の際に除外するように構成されている。特に、ここでは、評価モジュールが、運動データに基づいて運動区域を、対象物の侵入の特定の際に除外するように構成されていることを想定してもよい。操作装置の運動のフィードバックにより、特に誤警報の影響を受けない監視装置を提供することができる。
【００２４】
特に好適には、安全領域は、事前警告区域と危険区域とを有している。この危険区域とは、特に、運動区域の近傍及び／又は操作装置の近傍に存在する安全領域の一部である。事前警告区域とは、好適には、当該危険区域を外側から包囲する安全領域の区域である。安全な動作状態は、停止状態と低速状態とに分割することができる。停止状態とは、この場合、操作装置の完全な静止状態に相当し、これは操作装置の制御システムによって確実に監視される。さらに、低速状態とは、好適には、運動区域の運動が大幅に減速され、それゆえ好適には、操作装置が人物にとって危険のない状態であり、従って、人物が例えば回避し得るような状態に相当する。この低速状態も、操作装置の制御システムによって確実に監視する必要がある。評価モジュールは、ここでは、好適には、対象物が事前警告区域内に侵入した場合には、操作装置を駆動制御して、低速状態を取らせるように構成されている。さらに、ここでは、評価モジュールは、対象物が危険区域内に侵入した場合には、操作装置を駆動制御して、停止状態を取らせることが想定されている。この実施形態は、対象物が外側領域内に侵入した場合に操作装置を事前警告状態に置き換え、対象物が危険区域に到達及び／又は立ち入った場合に初めて操作装置を完全に停止させるという考察に基づいている。
【００２５】
本発明のさらなる対象は、産業用設備を形成する。この産業用設備は、前述した監視装置と操作装置とを含む。監視装置は、操作装置とデータ技術的に結合されている。例えば、監視装置と操作装置とは無線接続を用いて接続されている。また、代替的に、これらは、データケーブルを用いて接続されている。監視装置は、ここで、対象物が安全領域内に侵入した場合には、操作装置を安全な動作状態に移行させるように構成されている。
【００２６】
本発明のさらなる対象は、操作装置を安全技術的に監視するための方法を形成する。ここでは、操作装置は、第１のセンサユニットによって対象物が安全領域に立ち入った及び／又は侵入したことが検出された場合には、安全な動作状態を取るように駆動制御される。この方法によれば、さらに、操作装置は、対象物が非人物として分類された場合には、作業状態に移行するように駆動制御され、特に、対象物が非人物として分類された場合には、安全な動作状態から再び作業状態に移行するように駆動制御されることが想定されている。ここでは、人物及び／又は非人物への分類は、付加的データに基づいている。これらの付加的データは、特に第２のセンサユニットを用いて記録されている。この場合、作業状態への移行は、必ずしも１つのステップにおいて行う必要はない。任意付加的に、操作装置の速度を、安全な状態から作業状態に達するまで、段階的に又は連続的に増加させることを想定してもよい。この場合、安全領域はさらに連続的に監視される。この手法は、付加的で一時的な安全上の緩衝手段を得るという考察に基づいている。その上さらに、産業用設備は、任意付加的に警告装置を備えていてもよい（例えば信号機や音響信号など）。それらの支援により、付加的な安全特徴を得るために、前述した作業状態への移行がシグナリングされる（例えば信号機の点滅や警告音など）。
【００２７】
本発明のさらなる対象は、プログラムがコンピュータ及び／又は監視装置上で実行されるときに、前述の方法のすべてのステップを実施するためのプログラム手段を備えたコンピュータプログラムである。
【００２８】
本発明のさらなる特徴、利点及び効果は、以下の本発明の好適な実施例の説明及び添付の図面から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】産業用設備の概略図。
【図２】産業用設備の概略的な斜視上面図。
【図３】本方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明の一実施例として、監視装置と操作装置２とを有する産業用設備１を概略的に示している。この産業用設備１は、例えば、製造又は生産分野の一部である。特に、産業用設備１は、生産ラインの一部でもあり得る。
【００３１】
操作装置２は、例えばロボットである。この操作装置２は、作業ステップを実施するように構成されている。例えば、ロボットは、操作対象物４（図２）を搬送、加工又は測定することができる。ロボットはアームを有しており、この場合、これらのアームは運動領域内で可動であり、そのため、人間にとって潜在的な危険を及ぼす可能性がある。それゆえ、操作装置２は安全領域５を有している。この安全領域５は、操作装置２が操作ステップを実施すべき場合に人物が留まることが許されない３次元の領域又は平坦な領域である。人物３が安全領域５内に存在しているならば、操作装置２は、安全な状態（例えば確実に監視された静止状態／停止状態か又は確実に監視された低速状態など）に切り換えられるべきである。
【００３２】
操作装置２は、安全な動作状態と作業状態とを有する。作業状態においては、操作装置２は、操作ステップを実行し、安全領域５内の人物にとって危険を及ぼす可能性がある。安全な動作状態においては、操作装置２は減速又は停止されるため、この操作装置２が安全領域５内の人物にとって重大な危険を及ぼすことにはならない。
【００３３】
監視装置は、第１のセンサユニット９を有する。この第１のセンサユニット９は、３Ｄカメラとして例えばステレオカメラの形態で構成されており、場合によっては冗長的で高速のタイムオブフライトカメラとの組み合わせでも構成される。第１のセンサユニット９は、監視領域７ａを監視する。この監視領域７ａは、安全領域５を含む。第１のセンサユニットは、安全領域５内への対象物の侵入を検出するために構成されている。第１のセンサユニットは、検出に必要な検出データをデータ技術的に評価モジュール８に提供する。この目的のために、第１のセンサユニット９はインタフェース６を有し、この場合、このインタフェース６は、本実施例においては、無線インタフェースとして構成されている。評価モジュール８は、対応インタフェース１０を有し、この場合、この対応インタフェース１０も、ここでは同様に無線インタフェースであり、インタフェース６とリンクすることができる。このようにして、評価モジュール８には第１のセンサデータが提供される。
【００３４】
対象物が安全領域５に立ち入ったかどうか、及び／又は、安全領域内に侵入しているかどうかを特定するために、第１のセンサユニット９は、例えば当該第１のセンサユニット９を用いて記録された２つ以上の順次連続する３Ｄ画像を比較する。評価モジュール８は、操作装置２を駆動制御するように構成されており、それにより、この操作装置２は、安全領域５に立ち入ったか又はその中で移動している対象物を検出した場合には、安全な動作状態に移行及び／又は切り換えられる。従って、評価モジュール８は、可動対象物が安全領域５内で検出される場合には、直ちに操作装置２をスイッチオフするように及び／又は安全な状態に置き換えるように構成されている。
【００３５】
監視装置は、第２のセンサユニット１１を有する。この第２のセンサユニット１１は、監視領域７ｂを感知方式で監視するように構成されている。監視領域７ａ及び監視領域７ｂは、重畳部分を有し、この重畳部分は、安全領域５を包含しており又は包囲している。第２のセンサユニット１１は、例えば、監視領域７ｂ及び／又は安全領域５内に留まっている人物の生体信号（呼吸、心拍）を検出するためのセンサユニットである。例えば、第２のセンサユニット１１は、対象物やそれらの空間的拡がり及び運動を３次元的に検出し得るようにするために、個別のパルスドップラレーダセンサ若しくは完全なパルスドップラレーダセンサアレイ（又は、複数の送信機アンテナ対を備えたパルスドップラレーダセンサマトリックス）を含む。特に、監視装置は、複数の第２のセンサユニット１１、従って、複数のパルスドップラレーダセンサを含むことができる。その上さらに、第２のセンサユニット１１は、レーダセンサの他に、監視領域７ｂ及び／又は安全領域５内に留まる人物の温度プロファイルを検出するために温度プロファイルセンサ（例えば熱画像カメラ）を含むことも可能である。
【００３６】
第２のセンサユニット１１は、安全領域５に立ち入った対象物に関する付加的データを特定するように構成されている。例えば、この目的のために、第２のセンサユニット１１は、安全領域５内の侵入対象物を測定する。第２のセンサユニット１１は、この付加的データを評価モジュール８に提供する。この目的のために、第２のセンサユニット１１は、例えばここでは、無線インタフェースであるインタフェース６を含み、この場合、このインタフェース６は、付加的データの提供のために対応インタフェース１０とリンク可能である。
【００３７】
評価モジュール８は、付加的データに基づいて、安全領域５内への侵入対象物が人物であるか又は非人物であるかを判断するように構成されている。この目的のために、評価モジュール８は、侵入対象物を人物３又は非人物に分類する。さらに、評価モジュール８は、非人物として分類された対象物の場合には、操作装置２を駆動制御して、作業状態を再び取らせるように構成されている。従って、評価モジュール８は、安全な動作状態への移行による操作装置２のスイッチオフが正しい判断であったかどうかを、ここでは、侵入対象物が保護を必要としている人物３を表しているかどうかを検査することによって判断する。
【００３８】
図２は、産業用設備１を有する領域の斜視上面図を概略的に示す。この産業用設備１は、ここでも安全領域５内に配置された操作装置２を含む。この安全領域５は、３つの第１のセンサユニット９によって感知方式で監視される。この安全領域５は、ここでの実施例においては、半円を形成し、この場合、第１のセンサユニット９の２つのモジュールがそれぞれ、それらのセンサ視野の所定の重畳部分と伴に四分円よりやや広い領域を監視する。これら２つの第１のセンサユニット９は、例えば、ポスト又は天井に、特に操作装置２の中央上部に取り付けられている。第３の第１のセンサユニット９は、安全領域５と一緒に反対側から操作装置２を観察するため、一方では、（例えば操作装置２自体による）遮蔽や影になることが回避され、他方では、センサ視野のさらなる重畳による付加的冗長性が生じる。
【００３９】
操作装置２は、ベルトコンベア１２を用いてより広大な生産設備に統合されている。操作対象物４は、ベルトコンベア１２上で搬送される。裏側からの操作装置２及び／又はベルトコンベア１２へのアクセスは、受け身形の遮断部によって遮断されており、この場合、これらの受け身形の遮断部は、ここでの実施例においては、遮蔽グリル１３として構成されている。これらの遮断グリル１３は、裏側からの又はベルトコンベア越しの操作装置２へのアクセスを防止する。従って、操作装置２へのアクセスは、第１のセンサユニット９によって監視された側からのみ、又は、安全領域５を介してのみ可能である。それにより、安全領域５は、平面内の半円状のゾーンとして、又は、３次元空間内の半円筒状のゾーンとして示される。場合によっては、裏側からベルトコンベアへのさらなる操作装置のアクセスを可能にするために、遮蔽グリルの開口部を裏側に設けてもよい。次いで、この第２の操作装置自体も、同様に、裏側からの当該操作装置２及び安全領域５への人物のアクセスを高い信頼性のもとで防止するために相応に保護すべきである。
【００４０】
安全領域５は、ここでは、事前警告区域１４と危険区域１５とに分割されている。事前警告区域１４も危険区域１５も半円を形成している。危険区域１５は、事前警告区域１４よりも小さい半径を有する。事前警告区域１４は、操作装置２が低速状態に置き換えられるが、まだ完全に停止する必要性のない領域である。危険区域１５が人物３によって立ち入られた場合に初めて操作装置２は、停止状態に移行しなければならない。それにより、人物３が危険にさらされることがなくなり及び／又は負傷することがなくなる。
【００４１】
第１のセンサユニット９のモジュールは、ここでもそれぞれ第２のセンサユニット１１を含む。第１のセンサユニット９のように、第２のセンサユニット１１も、異なる視点から安全領域５全体を監視する。この第２のセンサユニット１１は、ここでは、侵入対象物の温度分布を特定し得る温度プロファイルセンサとして構成されている。特に、第２のセンサユニット１１は、例えば顔などのように衣服によって覆われない露出した身体箇所を明確に検出し、評価モジュール８に付加的データとして提供することができる。温度プロファイルセンサの他に、第２のセンサユニット１１は、パルスドップラレーダセンサアレイも含む。このセンサアレイを用いることにより、安全領域５内への侵入対象物が人間を特徴付ける生体信号（例えば呼吸及び／又は心拍）を有しているかどうかを求めることができる。これらのレーダ信号も、評価モジュール８に付加的データとして提供される。評価モジュール８は、これらの付加的データに含まれる温度プロファイルやレーダ信号に基づいて、侵入対象物が人物３であるかどうか又は非人物であるかどうかを特定することができる。非人物は、例えば操作ステップの実施のために必要になるパレット１６であり得る。この目的のために、例えば定期的に、新しいパレット１６を安全領域５内に持ち込み、そこに置いておく必要がある。
【００４２】
産業用設備は、警告装置１７も有することができ、ここでは、この警告装置１７は、例えば、信号機設備である。警告装置１７は、人物３が安全領域５内、事前警告区域１４内又は危険区域１５内に存在しているかどうかを人物３に表示するために、評価モジュール８に接続されてもよい。例えば、警告装置１７は、安全領域５内に人物３がいない場合には緑色を表示し、事前警告区域１４内に人物３がいる場合には黄色を表示し、危険区域１５内に人物３がいる場合には赤色を表示する。その上さらに、この警告装置１７は、監視装置が安全領域５内にもはや人物が存在しなくなったことを識別した場合に、作業状態への操作装置２の移行を（例えば黄色光の点滅によって）表示するために使用することができる。
【００４３】
図３は、本方法の一実施例として、監視装置を備えた操作装置２を安全技術的に監視するための方法の概略的なフローチャートを示している。この場合、個々のセンサユニットから第１のセンサデータも付加的データも提供される。センサデータ特定ステップ１００においては、第１のセンサユニット９を用いて安全領域５が感知方式で監視される。第１のセンサユニット９は、例えば、画像データ及び深度情報を提供する３色カメラ又はＲＧＢ−Ｄカメラを形成している。
【００４４】
付加的データ特定ステップ２００ａ及び２００ｂにおいては、安全領域５内に侵入した対象物に対する付加的データが特定される。例えば、付加的データ特定ステップ２００ａにおいては、熱画像カメラを用いて侵入対象物の温度プロファイルが特定され、それに対して、付加的データ特定ステップ２００ｂにおいては、パルスドップラレーダセンサアレイを用いて侵入対象物の呼吸頻度及び／又は心拍数が求められる。
【００４５】
評価ステップ３００においては、第１のセンサデータを用いて、対象物が安全領域５内に侵入しているかどうかを特定する。対象物が安全領域５内に侵入した場合には、安全な動作状態に移行させるために操作装置２が駆動制御される。安全領域５内への対象物の侵入が検出され、操作装置２が安全な動作状態に置き換えられた場合には、さらに評価ステップ３００において、付加的データに基づいて侵入対象物が人物３であるかどうか又は非人物であるかどうかが特定される。侵入対象物が人物３であることが確定された場合には、操作装置２は安全な動作状態に置かれ、それに対して、侵入対象物が非人物であることが確定された場合には、操作装置２は作業状態に移行すべく駆動制御される。この場合、作業状態への間近な移行は、警告装置１７を用いて視認可能に表示することが可能である。
【００４６】
さらに、この方法は、認識ステップ４００を有することができ、その場合、当該認識ステップ４００においては、人工知能、例えばニューラルネットワークを用いて評価モジュール８が、人物を非人物から区別するようにトレーニングされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月21日(2020.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全領域（５）を有し、安全な動作状態と作業状態とを有し、かつ、前記作業状態において操作ステップを実施するように構成されている操作装置（２）の安全技術的な監視のための監視装置であって、
第１のセンサユニット（９）と、第２のセンサユニット（１１）と、評価モジュール（８）とを備え、
前記第１のセンサユニット（９）は、前記安全領域（５）内への対象物の侵入を検出し、第１のセンサデータとして前記評価モジュール（８）に提供するように構成されており、
前記評価モジュール（８）は、前記第１のセンサデータに基づいて前記操作装置（２）を駆動制御し、前記安全領域（５）内への侵入を検出した場合には、直ちに安全な動作状態を取らせるように構成されている、監視装置において、
前記第２のセンサユニット（１１）は、前記安全領域（５）を感知方式で監視し、前記安全領域（５）内に対象物が侵入した場合には、当該対象物に関して付加的データを特定し、前記評価モジュール（８）に提供するように構成されており、
前記評価モジュール（８）は、前記付加的データに基づいて対象物を人物（３）又は非人物として分類するように構成されており、
前記評価モジュール（８）は、前記付加的データに基づいて前記操作装置（２）を駆動制御し、前記対象物が非人物として分類された場合には、作業状態を取らせるように構成されている、
ことを特徴とする監視装置。
【請求項２】
前記第１のセンサユニット（９）は、対象物の場所、対象物の速度、対象物の輪郭、及び／又は、対象物と前記操作装置（２）との間の距離を特定するためのセンサを含む、
請求項１に記載の監視装置。
【請求項３】
前記第１のセンサユニット（９）は、監視すべき前記安全領域（５）の画像情報及び深度情報を検出するための３Ｄカメラを含む、
請求項１又は２に記載の監視装置。
【請求項４】
前記第２のセンサユニット（１１）は、対象物の生体信号を特定するためのセンサ及び／又は温度プロファイルセンサを含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項５】
前記センサデータは、第１の検出時間に基づいており、前記付加的データは、第２の検出時間に基づいており、前記第１の検出時間は、前記第２の検出時間よりも短い、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項６】
前記安全領域（５）内への対象物の侵入の検出は、当該対象物の運動の検出に基づいており、前記評価モジュール（８）は、対象物の運動がゼロである場合には、前記第２のセンサユニット（１１）を前記付加的データの提供のために駆動制御する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項７】
前記第１のセンサユニット（９）及び前記第２のセンサユニット（１１）は、１つの共通の監視センサを形成する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項８】
前記第１のセンサデータは、画像データとして形成され、かつ、前記安全領域（５）の監視画像を含み、前記評価モジュール（８）は、前記監視画像を背景と前景とに分割し、当該前景を、人物（３）又は非人物として分類するように構成されている、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項９】
前記安全領域（５）は、除外区域を有しており、前記評価モジュール（８）は、前記除外区域内に侵入した対象物を非人物として分類するように構成されている、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項１０】
前記操作装置（２）は、操作ステップの実施の際に可動の運動区域を有しており、前記運動区域の運動は、前記操作装置（２）から運動データとして提供されており、前記監視装置は、前記運動データを引き継ぐためのインタフェースを有しており、前記評価モジュール（８）は、前記運動データに基づいて前記運動区域を非人物として分類するように構成されている、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項１１】
前記安全領域（５）は、事前警告区域（１４）と危険区域（１５）とを有し、前記安全な動作状態は、停止状態と低速状態とを有し、前記評価モジュール（８）は、対象物が前記事前警告区域（１４）内に侵入した場合には、前記操作装置（２）を駆動制御して、低速状態を取らせるように構成されており、さらに対象物が前記危険区域（１５）内に侵入した場合には、前記操作装置（２）を駆動制御して、停止状態を取らせるように構成されている、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の監視装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の監視装置と操作装置（２）とを備えた産業用設備（１）において、
前記監視装置は、対象物が侵入した場合には、前記操作装置（２）を安全な動作状態に移行させるように構成されている、
ことを特徴とする産業用設備（１）。
【請求項１３】
操作装置（２）を安全技術的に監視するための方法において、
第１のセンサユニットによって対象物が安全領域内に侵入したことが検出された場合には、前記操作装置を駆動制御して、安全な動作状態を取らせるようにし、
付加的データに基づく人物及び／又は非人物への分類において、対象物が非人物として分類された場合には、前記操作装置を駆動して、作業状態に移行させるようにする、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
コンピュータプログラムがコンピュータ及び／又は請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の監視装置上で実行されるときに、請求項１３に記載の方法のすべてのステップを実施するために構成されているコンピュータプログラム。
【国際調査報告】
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2021500668.tif 000007
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