Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung mindestens eines dreidimensionalen Sicherheits bereichs, insbesondere eines Raums in gemeinsamen Ar beitsbereichen von Menschen und Maschinen, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

In Arbeitsräumen, in denen Menschen und Maschinen, insbesondere auch Roboter wirken, muss zu jedem Zeit punkt ausgeschlossen werden, dass sich die Menschen beispielsweise durch Kollisionen mit der Maschine bzw. dem Roboter Verletzungen zuziehen. Für die Verhinderung derartiger Kollisionen werden Sicherheits - bereiche definiert, in denen eine potentielle Verlet zungsgefahr für den Menschen besteht.

Zur Etablierung von Sicherheitsbereichen werden bisher unterschiedliche Verfahren bzw. Vorrichtungen eingesetzt, beispielsweise trennende Schutzeinrichtungen in Kombination mit mechanischen Systemen, wie Schaltmatten, Türöffner oder dergleichen, optische Systeme, wie Laserscanner, Lichtschranken, Lichtvor- hänge oder optische bildverarbeitende Systeme.

Trennende Schutzeinrichtungen umhausen den Sicherheitsbereich des Roboters und stellen somit eine un- überwindbare Grenze zwischen Mensch und Maschine dar. Schnittstellen zum Sicherheitsbereich werden durch

Sensoren abgesichert und deaktivieren den Roboter bei der Objektdetektion. Kollisionen zwischen Mensch und Maschine sind somit ausgeschlossen. Die Nachteile dieser Umhausungen sind der hohe Installationsauf- wand, Inflexibilität und großflächiger Platzbedarf.

Auch ist eine direkte Interaktion mit dem Roboter aufgrund der Trennwände nicht oder nur eingeschränkt möglich. Sensorische Überwachungslösungen arbeiten auf dem

Prinzip, dass in dem relevanten Arbeitsraum Personen bzw. Objekte sensorisch erfasst werden. Das Eindringen von Objekten oder Personen in sicherheitskritische Bereiche des Arbeitsraums, d.h. in Bereiche, in denen sich Teile des Roboters oder der Maschine bewegen, wird dann mit Hilfe der gewonnen Daten erfasst. Als Reaktion auf eine solche Situation kann danach beispielsweise das Anhalten der Anlage erfolgen. In den letzten Jahren sind vermehrt Veröffentlichungen hinsichtlich des Einsatzes optischer, bildverarbeitender Systeme zur Überwachung von Sicherheitsbereichen erschienen. Dabei kommen Multi-Kamerasysteme, Stereo-Kameras oder Time-Of-Flight-Kameras (PMD- Kameras) zum Einsatz. Aus der WO 2008/061607 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines dreidimensionalen Raumbereichs bekannt, bei denen zwei Kameras einen Sicherheitsbereich überwachen, die so zueinander angeordnet und ausgerichtet sind, dass eine stereoskopische dreidimensionale Bildaufnahme möglich wird oder beide Bildaufnahmeeinheiten redundant zueinander arbeiten, ohne dass eine stereoskopische Bildaufnahme stattfindet. Wenn aufgrund der dreidimensionalen Bildaufnahme eine Gefahrensituation erkannt wird, wird ein in dem Sicherheitsbereich arbeitender Roboter abgeschaltet.

Ein weiteres Verfahren, das in der WO 2007/085330 AI offenbart ist, umgeht die Generierung von 2 1/2 D- bzw. 3 D-Abbildern der Umgebung und definiert den Sicherheitsbereich durch statische Markierungen auf dem Boden. Mit Hilfe von fest installierten Kameras werden Überschreitungen dieser Markierungen von Menschen bzw. Objekten erkannt und Sicherheitsbereichs - Verletzungen festgestellt. Da die Sicherheitsbereiche stets manuell durch entsprechende Markierungen aufwendig definiert werden müssen, ist dieses Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung nicht flexibel handhabbar .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung mindestens eines dreidimensionalen Sicherheitsbereichs zu schaffen, die eine schnelle Anpassung an dynamische, d.h. aktivierbare und deaktivierbare sowie in ihrer Ausdehnung und/oder Gestaltung änderbare Sicherheitsbereiche möglich macht, und die keine komplexe und rechenintensive Verarbeitung für die Analyse der von einer Bildauf - nahmevorrichtung erstellten Daten zulässt, d.h. eine

Auswertung in Echtzeit benötigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmals des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Dadurch, dass mindestens ein Projektor in Bezug auf einen Überwachungsbereich derart angeordnet ist, dass er den Sicherheitsbereich definierende Markierungen als moduliertes Licht mit vorgegebener Frequenz, z.B. auf den Boden des Uberwachungsbereichs projiziert und dass die Auswertevorrichtung die Abbilder auf Unterbrechung oder Änderungen der Form und/oder Größe und/oder Position der Markierungen auswertet, wird eine Überwachungseinrichtung zur Verfügung gestellt, bei der der oder die Sicherheitsbereiche ohne großen Aufwand verändert werden können. Dabei ist die Auf- nahmevorrichtung auf die vorgegebene Frequenz abgestimmt und die Auswertevorrichtung ist ausgebildet, aus den aufgenommenen Abbildern ein binäres Ist- Abbild des Sicherheitsbereichs mit einem für die min- destens eine Aufnahmevorrichtung bestimmten binären

Soll-Abbild des projizierten Sicherheitsbereichs zu vergleichen. Da keine Auswertung von 2 1/2 D- bzw. 3 D-Abbildern der Umgebung notwendig ist, sondern die Abbilder auf Unterbrechung oder Lichtänderung der Markierungen ausgewertet werden, kann auf komplexe, rechenintensive Algorithmen für die Analyse bzw. Datenverarbeitung der Sensordaten, d.h. der Daten der Aufnahmevorrichtung verzichtet werden. Für die Erkennung von Sicherheitsbereichsverletzungen können ein- fache Bildverarbeitungsoperationen, wie Addition,

Subtraktion von zeitlich aufeinanderfolgenden Pixel- werten genutzt werden, es kann somit Rechenaufwand gespart werden. Zur Detektion von Schutzraumverletzungen kann ein Algorithmus gewählt werden, der eine deterministische und für eine bestimmte Konfiguration konstante Laufzeit besitzt und somit in Echtzeitsystemen umsetzbar ist. Im bevorzugten Ausführungsbei- spiel sind der mindestens eine Projektor und die mindestens eine Aufnahmevorrichtung ausgebildet, abwechselnd ein Abbild des Überwachungsbereichs mit projiziertem Sicherheitsbereich und ein Abbild des Überwachungsbereichs ohne projizierten Sicherheitsbereich zu erstellen.

Das binäre Soll-Abbild als virtuelles Soll-Abbild kann über die Kenntnis der bekannten Position und Ausrichtung und mittels der Parameter des projizierten Sicherheitsbereichs von der Auswertevorrichtung bestimmt bzw. berechnet werden.

Vorzugsweise kann dann das binäre Ist-Abbild durch Addition bzw. Subtraktion der aufeinanderfolgenden Abbilder des Überwachungsbereichs mit und ohne projiziertem Sicherheitsbereich bestimmt werden und in entsprechender Weise kann eine Verletzung des Sicherheitsbereichs, aber auch eventuelle Defekte oder Dejustierungen des Projektors und/oder der Aufnahme- Vorrichtung (bei NichtVerletzung des Sicherheitsbereichs) durch Addition bzw. Subtraktion des binären Ist-Abbildes und des binären virtuellen Soll-Abbilds, bestimmt werden.

Für den mindestens einen Projektor und für die Auf- nahmevorrichtung können im Wesentlichen handelsübliche Techniken eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung kann durch Einsatz beliebig vieler Projektoren und Aufnahmevorrichtungen den je- weiligen Bedürfnissen individuell angepasst werden, so dass sie sowohl zur Überwachung einzelner kleiner Sicherheitsbereiche als auch größerer bzw. mehrerer verteilter Sicherheitsbereiche gleichermaßen einge- setzt werden kann.

Es können unterschiedliche Arten von Projektoren und Aufnahmevorrichtungen, wie Projektoren, deren ausgeendetes Licht weiß und/oder farbig und für den Men- sehen sichtbar oder nicht sichtbar sein kann und Auf- nahmevorrichtungen, die an dieses Licht angepasst sind, verwendet werden.

Dynamische Änderungen der jeweiligen Sicherheitsbe- reiche, wie Position und Größe durch Anpassen an den aktuellen Arbeitsschritt der Maschine auch an die aktuelle Gefahrenlage durch sie können berücksichtigt werden. Durch die Verwendung von in der Helligkeit und/oder

Farbe moduliertem Licht mit einer bestimmten Modulationsfrequenz sind die Markierungen sicher von

Umgebungslicht, das gegebenenfalls auch etwas moduliert sein, unterscheidbar. Die Markierungen bzw. Muster sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als von dem mindestens einen Projektor projizierte Begrenzungen, die als Linien und/oder Muster realisiert sind, ausgebildet. Weiterhin ist es in bestimmten Situationen vorteilhaft, dass die projizierten Linien oder Muster zeitlich und/oder hinsichtlich ihrer Form und/oder hinsichtlich ihrer Darstellungsweise veränderbar sind. Dies bedeutet, dass zusätzlich bzw. unter Verwendung zu dem Einsatz von in seiner Intensität oder Farbe moduliertem oder gepulstem Licht mit sich zeitlich verändernden eindeutigen Mustern bzw. Markierungen, welche projiziert werden, gearbeitet werden kann. Die Darstellung bzw. Form der Markierungen kann hierbei unterschiedlich sein, z.B. können Zahlen, Buchstaben, Zeichen/Strukturen aller Art projiziert werden, sie können blinkend, farbändernd, als Laufbändeffekt oder dergleichen vorgesehen werden.

Zusätzlich zu den auf den Boden des zu sichernden Be- reichs projizierten Linien und/oder Mustern können

Informationen in Form einer Lichtschrift oder in Form von Lichtpiktogrammen projiziert werden, d.h., dass nicht nur der Grenzbereich des Arbeitsraums oder Sicherheitsbereich den Personen visuell verdeutlicht wird, sondern es können auch weitere Informationen dargestellt werden. Ein Beispiel für solche Informationen ist eine Anzeige, wie lange der Bereich noch gesperrt sein wird, bzw. wann er für Personen wieder betretbar ist. Auch können zusätzliche Informationen, die nichts mit dem Sicherheitsbereich zu tun haben, wie Statusinformationen der Anlage bzw. des Roboters, aktueller und folgender Arbeitsschritt usw. durch Einblendung angezeigt und so dem Bedienpersonal bereitgestellt werden.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel können mehrere räumliche Sicherheitsbereiche, die ineinander verschachtelt sind oder sich miteinander schneiden, projiziert werden. Beispielsweise kann ein Warnfeld als Sicherheitsbereich projiziert werden, in dem das eigentliche, kleinere Schutzfeld eingebettet ist. Auch für dieses Ausführungsbeispiel sind als minimale Ausstattung nur ein Projektor und eine Aufnah- mevorrichtung notwendig, es können jedoch jeweils auch mehrere verwendet werden. Als vorteilhaftes Ausführungsbeispiel kann das Licht des mindestens einen Projektors im Infrarotbereich liegen. Diese Variante umfasst somit die Projektion von für den Menschen nicht sichtbarem Licht, wobei eine zugeordnete Aufnahmetechnik (z.B. Infrarotkamera) gewählt werden muss. Dieses Ausführungsbeispiel kommt zum Einsatz, wenn der Mensch nicht über den Arbeitsraum bzw. den Sicherheitsbereich in Kenntnis gesetzt werden soll oder muss.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann durch beliebig viele Projektoren und Aufnahmevorrichtungen den individuellen Bedürfnissen angepasst werden. Sie kann somit sowohl zur Überwachung einzelner, kleiner Sicherheitsbereiche, als auch für größere bzw. mehrere verteilte Sicherheitsbereiche gleichermaßen eingesetzt werden, wobei das gleichzeitige Anordnen mehrerer Aufnahmevorrichtungen um das Projektionsfeld herum die Wahrscheinlichkeit, dass verdeckte Bereiche auftreten können, vermindert. Die Anzahl der verwendeten Projektoren und Kameras kann gleich oder unterschiedlich sein.

Durch die Verwendung mehrerer Projektoren kann der Sicherheitsbereich anteilsmäßig derart auf die Projektoren aufgeteilt werden, dass jeder Projektor einen Teil des Sicherheitsbereiches projiziert, wodurch insgesamt der gesamte Sicherheitsbereich projiziert wird. Dies kann besonders in Fällen notwendig sein, in denen der Einsatz eines einzelnen Projektors zur

Projektion eines Sicherheitsbereiches um eine Maschine, aufgrund deren baulicher Ausmaße nicht ohne Einschränkungen möglich ist.

Durch die Verwendung mehrerer Aufnahmevorrichtungen kann ein oder mehrere Sicherheitsbereich (e) redundant überwacht werden und/oder die Aufnahmevorrichtungen anteilsmäßig derart zur Überwachung des Sicherheits- bereiches aufgeteilt werden, dass insgesamt der gesamte Sicherheitsbereich überwacht wird.

Der Einsatz als Überwachungseinrichtung ist überall denkbar, wo ein definierter Bereich besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Dies sind vor allem Bereiche zum Schutz des Menschen, z.B. bei bestehender Verlet- zungsgefahr, zur Sicherung vor unbefugtem Betreten, z.B. gegen Diebstahl, zur Sicherung vor unbefugtem Verlassen und zur speziellen Visualisierung, z.B. zur Darstellung von Gefahrenpotentialen. Die Bereiche zum Schutz des Menschen stellen in erster Linie Sicher- heitsbereiche bei der Mensch/Roboter-Interaktion dar.

Der Sicherheitsbereich wird hierbei um den Roboter festgelegt und führt bei einer Verletzung zu einer definierten Reaktion, z.B. zum Notstop des Roboters. Die Bereiche zur Sicherung vor unbefugtem Betreten sollen allgemein gegenüber anderen Personen oder Objekten abgesichert werden. Dies kann den Schutz vor einer möglichen Gefahr, wie z.B. das vorübergehende Vorhandensein einer gesundheitsgefährdenden Substanz, aber auch z.B. den Schutz von Eigentum gegenüber Diebstahl betreffen. Zur speziellen Visualisierung benötigen Bereiche eine besondere Darstellung von Informationen. Durch blinkende, farbändernde dynamische Projektionen von Bildern, Mustern oder Strukturen sind jedwede individuellen Repräsentationen, wie zu- künftige Bewegung, Richtungsänderung, Status eines

Objekts bzw. Roboters realisierbar.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann als feststehende Einrichtung ausgebildet sein, aber auch mobil ein- gesetzt wer den. Projektor und Aufnahmevorrichtung, z.B. Kamera können an jeglichen mobilen Systemen, wie einem mobilen Roboter, angebracht werden. Sie kann auch am bzw. nahe des TCP (tool center point) am Roboter angebracht werden und somit Bewegungsbereiche bewegter bzw. mobiler Systeme absichern.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Einrichtung betreffen die Reduzierung von Umwelteinflüssen, wie z.B. sich ändernde Lichtbedingungen oder plötzlicher Schatten, auf die Detektionsgenauigkeit /-robustheit und die Überwachung der Komponenten (Aufnahmevorrich- tungen und Projektoren) auf ihre Funktionstüchtigkeit (Eigensicherheit) . Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, Sicherheitsbereiche in Form, Position, und Größe während und ohne Unterbrechung des Maschi- nenbetriebs zu ändern und gleichzeitig zu überwachen.

Die Änderung kann dabei manuell oder aber im Besonderen dynamisch in Abhängigkeit verschiedener Parameter wie zum Beispiel Maschinen-Position und Maschinen- Trajektorie erfolgen und z.B. an Robotersteuerung an- gebunden werden.

Desweiteren unterliegen die Sicherheitsbereiche bei der Erfindung kaum Einschränkungen. Es sind keine besonderen Formen, geometrische Strukturen, Farben oder andere Merkmale (z.B. Schwerpunkt, Gradienten, .. ) vorgegeben. Sicherheitsbereiche bestehen aus einzelnen geometrischen Elementen, wie z.B. Punkte, Linien oder Kreise, die durch Kombination verschiedener Längen und Breiten beliebige komplexe Formen an- nehmen können. Die Sicherheitsbereiche müssen nicht aus geschlossenen Linienzügen bestehen. Es sind genauso auch einzelne Punkte und einzelne Linien möglich. Flächige oder teilflächige Überwachungen, also Sicherheitsbereiche, bei denen nicht nur die den Sicherheitsbereich begrenzende Linie überwacht wird, sondern auch der gesamte oder partielle Innenbereich, können ebenfalls realisiert werden. Ebenso können Sicherheitsbereiche aus Kombinationen der genannten Formen, wie z.B. Punkten, einzelnen Linien und

(teil-) flächigen Bereichen bestehen.

Vorteilhaft ist, dass Defekte der Aufnähme orrichtung und/oder des Projektors festgestellt werden können. Wenn ein Projektor und/oder Aufnahmevorrichtung defekt ist oder wenn diese Komponenten nicht mehr exakt zueinander ausgerichtet sind, führt das ebenfalls zur

Detektion einer Verletzung des Sicherheitsbereiches. Durch die Kalibrierung von Aufnahmevorrichtung und Projektor ist das projizierte Bild im Bild der Auf- nahmevorrichtung "bekannt", eine Verletzung des

Sicherheitsbereichs durch Objekte, defekte Komponenten (Aufnahmevorrichtung/Proj ektor) oder fehlerhafte Ausrichtung Aufnahmevorrichtung/Proj ektor führen zu einem "Verletzungssignal". Umgekehrt bedeutet dies, dass bei einer Nicht-Detektion einer Verletzung die Komponenten einwandfrei funktionieren und weiterhin exakt zueinander ausgerichtet sind. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil bezüglich der Eigensicherheit des Systems dar. Die erfindungsgemäße Einrichtung erlaubt eine dynamische Anpassung des Sicherheitsbereichs in Echtzeit, so kann z.B. ein einen Roboter umgebender Sicherheitsbereich so angepasst werden, dass er unter Berücksichtigung der Roboterbewegung für den Menschen in seinem Bewegungsfreiraum immer optimal ausgeführt ist .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. l eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Überwachung mit projizierten Sicherheitsbereichen; Fig. 2 schematisch einen Sicherheitsbereich mit

Projektor und Aufnahmevorrichtung mit

Lichtstrahl (a) und Sichtstrahl (b) ohne und mit Unterbrechung des Sichtstrahls, Fig. 3 schematisch einen Sicherheitsbereich mit

Projektor und Aufnahmevorrichtung mit

Lichtstrahl und Sichtstrahl mit unterbrochenem Lichtstrahl und veränderter Pixelposition des korrespondierenden Sichtstrahls in der Bildebene der Aufnahmevorrichtung .

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung umfasst mindestens einen Projektor, im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Projektoren 1, 1' und mindestens eine Aufnahmevorrichtung, die im Ausführungsbeispiel als Kamera 3 ausgebildet ist, und die oberhalb eines Erfassungsbereichs 8 ortsfest angeordnet sind. Der Schnittbereich zwischen einem Sichtbereich 4 der Kamera 3 und einem Projektionsbereich 2, hier des Pro- jektors 1, definieren diesen Erfassungsbereich 8. Die

Projektoren 1, 1' und die Kamera 3 sind dabei zu einem schematisch dargestellten Weltkoordinatensystem 6 kalibriert . Die Kamera 3 und die Projektoren 1, 1' sind mit einer

Auswerteeinrichtung 9 verbunden, die eine Ansteuer- einheit umfasst, wobei die Ansteuereinheit die Projektoren 1, 1' zum Projizieren von Markierungen 5, 7 ansteuert. Die Markierungen 5, 7 bilden Begrenzungen für Sicherheitsbereiche 10, 11, wobei der Sicherheitsbereich 11 innerhalb des Sicherheitsbereichs 10 liegt. Die Markierungen 5, 7 sind linienförmig ausgebildet und weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei unterschiedliche Muster auf, welche ausschließlich als zusätzliche Information zur Unterscheidung der Sicherheitsbereiche für den Nutzer dienen.

Damit die projizierten Linien und Muster für die Kamera 3 auch bei Vorhandensein von Fremdlicht eindeutig zugeordnet werden können, wird mit moduliertem Licht gearbeitet, wobei die Modulation auf der Grundlage von Helligkeitsänderungen und/oder Farbänderungen durchgeführt werden kann. Dazu sind den Projektoren 1, 1' entsprechende Modulatoren zugeordnet, die von der in der Auswerteeinheit 9 vorhandenen An- steuereinheit angesteuert werden.

Die Kamera 3 nimmt Abbilder oder Bilder des Sicherheitsbereichs 10, 11 bzw. des Erfassungsbereichs 8 auf und gibt sie an die Auswerteeinheit 9 weiter. Diese umfasst ein einfaches Bildverarbeitungsprogramm, das auf relativ einfachen Algorithmen für die Analyse der als Pixeln vorliegenden Kameradaten basiert. Dieser verwendete Algorithmus ist ein deterministischer Algorithmus, wobei er für eine bestimmte Konfiguration der aufgenommenen Bilder eine konstante Laufzeit aufweist.

Wenn eine Person oder ein Objekt in die Sicherheits- bereiche 10, 11 eindringt, werden an entsprechender Stelle die Proj ektionsstrahlen vom Projektor 1 oder vom Projektor 1' unterbrochen und diese Unterbrechung wird in der Auswerteeinheit 9 unter Verwendung der aufgenommenen Bilder festgestellt, dahingehend, dass die auf den Boden der Sicherheitsbereiche 10, 11 pro- jizierten Begrenzungslinien sich in den Bildern ändern oder ganz verschwinden. Es werden dabei unter anderem die unterschiedlichen Helligkeiten und/oder die unterschiedlichen Farben einer Folge von Bildern ausgewertet . Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den

Sicherheitsbereichen 10, 11 keine Gegenstände dargestellt, beispielsweise können in diesen Bereichen Roboter oder andere Maschinen aufgestellt werden, mit denen Kollisionen vermieden werden sollen. Um eine Abschattung der Begrenzungen durch etwaige Roboter oder Maschinen zu vermeiden, ist es sinnvoll, mehrere Projektoren und mehrere Kameras oder sonstige Auf- zeichnungsgeräte über den Sicherheitsbereichen anzuordnen, wobei sich dabei selbstverständlich auch der Erfassungsbereich ändert. Auf diese Weise ist es möglich, die Sicherheitsbereiche vollständig abzusichern.

Falls ein Eindringen einer Person oder eines Objekts durch die Auswerteeinheit 9 festgestellt wird, werden ein oder mehrere Ausgangssignale 12 erzeugt, die zu Warneinrichtungen oder Nothalt-Einrichtungen geliefert werden können. Die Auswerteeinheit kann auch mit einer Steuerung für eine im Sicherheitsbereich vorhandene Maschine verbunden sein und abhängig von Steuerparametern der Maschine den Sicherheitsbereich in seinen Abmessungen und Formen an die Sicherheitsbedingungen anpassen.

Wie schon erwähnt, wird die Aufnahmevorrichtung bzw. die eine Kamera oder die mehreren Kameras auf das Weltkoordinatensystem ausgerichtet, d.h. sie wird bzw. werden extrinsisch kalibriert. Mittels dieser extrinsischen Kalibrierung können Funktions- bzw.

Selbsttests sowohl mit dem oder den Projektoren und/oder der oder den Kameras permanent durchgeführt werden, um deren einwandfreie Funktionsweise festzustellen, da es grundsätzlich bekannt ist, welche Markierungen/Muster/Linien an welcher Stelle in dem Ka- merabild erscheinen muss. Somit kann ein Ausfall oder

Fehler der Kamera- oder der Projektoranordnung in einfacher Weise nach vorheriger extrinsischer Kalibrierung festgestellt werden. Im Folgenden soll das Detektionsprinzip der erfindungsgemäßen Einrichtung genauer beschrieben werden.

Die projektionsbasierte Überwachungseinrichtung mit dynamischen Sicherheitsbereich (en) und gegebenenfalls Fremdlichtunterdrückung umfasst folgende Merkmale, die einzeln oder gemeinsam vorhanden sein können:

1. Der Projektor 1, 1' sendet moduliertes Licht mit einer definierten Frequenz aus. Dies geschieht in pulsierender Weise, so dass abwechselnd die den Sicherheitsbereich 10, 11 definierenden Linien projiziert/ nicht projiziert werden. Dabei ist die Frequenz theoretisch auch während des Betriebs einstellbar, im Ausführungsbeispiel sind z.B. 120 Hz realisiert (für das menschliche

Auge "stehende" Projektion, keine Flimmereffekte) . Die beschriebene abwechselnde Bildaufnahme von Bildern mit projiziertem Sicherheitsbereich und ohne projizierten Sicherheitsbereich führt zu einer Reduzierung des Einflusses von Lichtänderungen, wie künstliche Lichtquellen oder plötzlicher Schatten. Dies basiert auf der Tatsache, dass die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten der Bildaufnahme hinreichend klein ist.

2. Die zumindest eine Kamera 3 wird auf die jewei- lige Frequenz derart synchronisiert, dass diese abwechselnd Bilder aufnimmt, die eine Projektion bzw. Nicht-Projektion enthalten. Auf Basis zweier aufeinanderfolgender Bilder, also Bilder die eine Projektion/ Nicht-Projektion oder umgekehrt enthalten, wird ein Differenzbild erstellt, welches ein binäres Bild ist, das nur an den Pixel- Positionen "1" enthält, an denen eine Projektion detektiert wird. Dieses Differenzbild repräsen- tiert während des Betriebs den aktuellen Sicherheitsbereich (Ist-Abbild des projizierten

Sicherheitsbereiches) .

Auf Basis der exakt zueinander ausgerichteten Komponenten bestehend aus zumindest einer Kamera und zumindest eines Projektors wird ein für jede Kamera virtuelles Referenzbild bestimmt. Dieses (binäre) Referenzbild (Soll-Abbild des projizierten Sicherheitsbereiches) definiert alle Pixelpositionen mit "1", an denen eine Projektion erwartet wird.

Durch einen Vergleich der Bilder von Ist- Zustand und Soll-Zustand des Sicherheitsbereiches, werden Verletzungen des Sicherheitsbereiches bei detektierten Unterschieden zwischen den beiden Bi1dern erkannt .

In den Fign. 2 und 3 ist noch einmal schematisch die Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit

Strahlengängen ohne und mit Verletzung des Sicherheitsbereichs dargestellt.

Die Anordnung beruht auf dem Arbeitsprinzip von

Lichtschranken, wobei mögliche Sicherheitsbereiche hier nicht näher dargestellt sind, sondern lediglich Strahlengänge. Jedes Lichtpixel des Projektors 1, der beispielsweise mit MEMS-Spiegelelementen ausgerüstet sein kann, kann als Teil einer Lichtschranke angesehen werden, die Licht emittiert, das durch die Umge- bung reflektiert und von der Kamera als weiteres Teil der Lichtschranke empfangen wird. Mit gestrichelten Linien in den Figuren ist ein Lichtstrahl 14, der am Boden reflektiert wird, und mit durchgezogenen Linien ist der entsprechende Sichtstrahl 15 der Kamera 3 be- zeichnet. Längs dieser zwei Strahlen 14, 15 kann eine

Unterbrechung auftreten (siehe Fig. 2(b), Lichtstrahlunterbrechung durch ein Objekt 13) , wobei die Kamera 3 nicht erkennen kann, ob der Lichtstrahl 14 oder der Sichtstrahl 15 unterbrochen wird.

In Fig. 3 ist das Objekt 13 in den Lichtstrahl 14 eingebracht, der als Sichtstrahl 15 reflektiert und von der Kamera 3 empfangen wird, wobei nicht erkannt werden kann, ob der empfangene Strahl sich an der "richtigen" Position in der Kamerabildebene 16 befindet. Mit 14' und 15' sind die entsprechenden unterbrochenen Strahlen in grauen Linien bezeichnet, deren Bildpunkt in der Bildebene 16 als Kreis zu erkennen ist. Durch die oben aufgeführte Auswertungsweise wird dieser Zustand berücksichtigt, indem die Bild- oder

Pixelpositionen der Lichtstrahlen bzw. Sichtstrahlen im aktuellen Kamerabild mit den Positionen verglichen werden, die die Strahlen bzw. Pixel eigentlich haben sollen.

Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen kann neben der Verletzung des Sicherheitsbereichs auch festgestellt werden, ob der bzw. die Projektor (en) 1, 1' und die Kamera (s) 3 funktionsfähig sind oder dejustiert sind. Bei der Auswertung gibt es verschiedene Szenarien. Wenn der Projektor oder Elemente desselben defekt sind, werden keine oder nicht alle für die Projektion vorgesehenen Lichtstrahlen ausgesandt. Die Kamera empfängt in entsprechender Weise keine Sichtstrahlen.

Dies entspricht dem Fall, dass sich ein Objekt "vor" dem Projektor befindet. Durch die Addition bzw. Subtraktion der Bilder mit und ohne Projektion (Ist- Abbild) und Differenzbildung von Ist- und Soll-Bilder wird ein Pixelbild extrahiert, das aussagt, dass das

Ist-Bild nicht mit den entsprechenden Soll-Bild übereinstimmt, was ein Zeichen für eine Verletzung des Sicherheitsbereichs ist. Ein zweiter Fall ist, dass die Kamera teilweise defekt ist, was einem Gegenstand "vor" der Kamera entspricht. Es tritt dann der Zustand nach Fig. 2(b) auf. Das Objekt unterbricht ganz oder teilweise die von der Kamera erfassten Sichtstrahlen. Das Ist- Abbild enthält korrespondierende Lücken im Pixelbild und es stimmt nicht mit dem erwarteten Soll-Abbild überein. Dies kann Zeichen einer Verletzung des

Sicherheitsbereichs, aber auch Anzeichen einer defekten Kamera sein.

Ein dritter Fall ist gegeben, wenn das System

dekalibriert ist, d.h. die Projektor- und/oder die Kameraposition stimmen nicht mehr mit den vorher berechneten überein. Da das Soll-Abbild auf der Berech- nung der intrinsischen und extrinsischen Parameter der Kamera basiert, ist das Ist-Abbild zum Soll- Abbild verschoben.

Das Soll-Abbild einer Aufnahmevorrichtung basiert zum einen auf den extrinsischen und intrinsischen Parametern der Aufnahmevorrichtung und zum anderen auf der Konfiguration (Form, Position, Größe) des Sicherheitsbereiches. Dieses Soll-Abbild ist somit nur so lange zulässig, wie keinerlei Änderungen an der

Sicherheitsbereichs- Konfiguration vorgenommen werden. Sobald der Sicherheitsbereich angepasst wird (z.B. Änderung der Position), z.B. dynamisch aufgrund einer Roboterbewegung, muss ein neues Soll-Abbild unter Berücksichtigung der geänderten Sicherheitsbereichs- Konfiguration bestimmt werden und ist wiederum nur für genau diese gültig.

Es ist nicht möglich, zwischen einer Verletzung des Sicherheitsbereiches und einem Defekt des Projektors zu unterscheiden. Erst wenn zu einem späteren Zeitpunkt wieder eine Nicht-Verletzung des Sicherheitsbereiches detektiert wird, kann daraus geschlossen werden, dass es sich womöglich um eine Verletzung des Sicherheitsbereiches gehandelt hat. Es ist jedoch theoretisch genauso möglich, dass ein temporärer Defekt des Projektors vorgelegen hat oder das System zeitweise dekalibriert war. Bei einer Detektion einer Verletzung ist nicht direkt ersichtlich, ob ein Objekt in den Sicherheitsbereich eingedrungen ist, ein Defekt (Kamera/ Projektor) vorliegt oder die Komponenten (Kamera/ Projektor) nicht mehr genauestens zueinander ausgereichtet sind. Wichtig ist, dass im umgekehrten Fall (Nicht-Verletzung des Sicherheitsbereiches) keiner der drei möglichen Ursachen vorliegen kann .