Die Erf indung betrif ft eine Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine . Weiterhin betrif ft die Erf indung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Sicherheitseinrichtung .

Aus der Praxis sind Werkzeugmaschinen bekannt , welche durch Aktoren betätigt werden und dabei ein voreingestelltes Programm selbständig abfahren . Beispielsweise kann eine solche Werkzeugmaschine ein Industrieroboter oder auch eine CNC- gesteuerte , mehrachsige Dreh- und Fräsmaschine sein . Beim Abfahren des Programms nehmen diese Maschinen in der Regel keine Rücksicht auf Hindernisse , was zu unerwünschten Kolli sionen mit Personen oder Gegenständen im Arbeitsbereich führen kann . Zur Lösung dieses Problems ist aus der Praxis bekannt , die Werkzeugmaschine mit einer Einhausung zu versehen, welche im Betrieb mit einer Tür verschlossen ist . Das Öf fnen der Tür wird über einen Türkontakt erfasst , so dass die Werkzeugmaschine selbsttätig stoppt . Alternativ oder zusätzlich kann eine Absicherung mittels Lichtschranken erfolgen, welche die Annäherung von Personen oder Gegenständen erfassen und ein Stoppsignal an die Steuerung der Werkzeugmaschine senden . Diese Sicherheitseinrichtungen können somit das Eindringen in den Arbeitsbereich während des Betriebes der Werkzeugmaschine zuverlässig erkennen und Kollisionen verhindern .

Ungelöst ist j edoch das Problem der Kollisionsvermeidung mit Gegenständen oder Personen, welche nach Wartungs - oder Einstellarbeiten im Arbeitsbereich verbleiben . Da sich diese Gegenstände nach Abschluss der Arbeiten und beim Wiederanläufen der Werkzeugmaschine innerhalb der Einhausung bzw . des durch Lichtschranken gesicherten Bereiches bef inden, kann eine Kollision mit den bekannten Sicherheitseinrichtungen nicht ausgeschlossen werden . Es obliegt daher nach dem Stand der Technik ausschließlich dem Benutzer , am Ende der Arbeiten den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine zu kontrollieren und sämtliche verwendeten Werkzeuge und Gegenstände zu entfernen .

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erf indung daher die Aufgabe zugrunde , eine Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine anzugeben .

Die Aufgabe wird durch eine Sicherheitseinrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb nach Anspruch 8 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erf indung f inden sich in den Unteransprüchen .

Gemäß einem Aspekt der Erf indung betrif ft diese eine Sicher- heitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens von zumindest einer Werkzeugmaschine . Die Sicherheitseinrichtung enthält zumindest eine Kamera , welche dazu eingerichtet ist , zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich zu erfassen . Die Kamera kann eine an sich bekannte Digitalkamera sein, welche ein Bild der Werkzeugmaschine und/oder des Arbeitsbereiches mittels eines Obj ektivs auf einen Bildsensor abbildet . Der Bildsensor kann ein CCD- oder CMOS - Sensor sein . Die Digitalkamera ist dazu eingerichtet und bestimmt , einen die Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich repräsentierenden Datenstrom zu erzeugen . Die Kamera kann im sichtbaren und/oder im infraroten Spektral - bereich arbeiten . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Kamera ein Radarsystem und/oder ein LIDAR enthalten oder daraus bestehen, sodass eine dreidimensionale Punkt wolke der Werkzeugmaschine und/oder des Arbeitsbereiches erstellt werden kann . Auch wenn nachfolgend von „ einer" Kamera die Rede ist , können in einigen Ausführungsformen der Erf indung auch mehrere Kameras vorhanden sein, welche zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeits bereich mit unterschiedlichen Brennweiten und/oder aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und/oder in unterschiedlichen Spektralbereichen erfassen . In einigen Aus führungsformen kann die Kamera eine Videokamera sein, welche fortlaufend Bilder erfasst . In diesem Fall können die Bilder nach einer vorgebbaren Zeitspanne gelöscht werden, wenn nicht eine längere Speicherdauer getriggert wird .

Die Sicherheitseinrichtung enthält weiterhin zumindest eine Bilddatenspeichervorrichtung , in welcher Bilder der Kamera zumindest temporär speicherbar sind . Die Bilddatenspeichervorrichtung kann beispielsweise eine Festplatte oder einen Halbleiterspeicher enthalten . In einigen Ausführungsformen kann ein Halbleiterspeicher ausgewählt sein aus Flashbasiertem Speicher oder DRAM oder SDRAM .

Die Sicherheitseinrichtung enthält weiterhin zumindest eine Auswerteeinrichtung , welche dazu eingerichtet ist , Bilder aus der Bilddatenspeicher-vorrichtung auszulesen und einen Vergleich zwischen zumindest einem ersten Bild mit einem ersten Aufnahmezeitpunkt und zumindest einem zweiten Bild mit einem zweiten Aufnahmezeitpunkt durchzuführen . Hierzu kann die Auswerteeinrichtung einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller enthalten, welcher den Bildvergleich vornimmt , wenn eine entsprechende Software auf dem Mikroprozessor ausgeführt wird . Dabei kann der erste Aufnahmezeit punkt vor den Wartungs - , Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen und der zweite Aufnahmezeitpunkt kann nach den Wartungs - , Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen . Durch den Vergleich der bzw . des ersten und zweiten Bildes kann festgestellt werden, ob sich Personen oder Gegenstände im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine bef inden . In diesem Fall kann der Befehl zum Wiederanläufen der Werkzeugmaschine von der Steuer- oder Regeleinrichtung ignoriert und der Bediener der Werkzeugmaschine auf den Fehlerzustand hingewiesen werden .

Unter dem Begrif f „Gegenstände" im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine werden für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung sämtliche körperlichen Gegenstände verstanden, welche eine Kollision mit beweglichen Teilen der Werkzeugmaschine hervorrufen können oder welche von der Werkzeugmaschine beschleunigt werden können, so dass sie eine Gefahr für umstehende Personen darstellen können . Beispielsweise können dies Werkzeuge oder Ersatzteile sein, Spannwerkzeuge , Spannschlüssel , Werkstücke oder Halbzeuge , aber auch Teile der Werkzeugschmaschine selbst , welche bei Wartungs - oder Reparaturarbeiten abgebaut wurden oder of fenstehende Wartungsklappen an der Werkzeugmaschine .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, aus dem Vergleich des ersten und zweiten Bildes einen Anomaliescore zu ermitteln und bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes des Anomaliescores das Wiederanläufen der Werkzeugmaschine zu verhindern und/oder einen optischen und/oder akustischen Alarm auszugeben und/oder den Ort der Anomalie zu visuali sieren . Hierdurch kann der Bediener der Werkzeugmaschine auf den Fehlerzustand hingewiesen werden . Das Anlaufen der Werkzeugmaschine kann entweder zwingend vermieden werden, um eine Kollision der Werkzeug-maschine mit Personen oder Gegenständen zu vermeiden . Alter-nativ kann das Anlaufen der Werkzeugmaschine auch von einer Bestätigung des Benutzers abhängig gemacht werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, aus dem Vergleich einen Anomaliescore zu ermitteln und bei Unterschreiten eines vorgebbaren ersten Grenzwertes des Anomaliescores das Wiederanläufen der Werkzeugmaschine freizugeben, bei Über- schreiten eines vorgebbaren zweiten Grenzwertes des Anomaliescores das Wiederanläufen der Werkzeugmaschine zu verhindern und bei einem Anomaliescore zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzwert einen optischen und/oder akustischen Alarm auszugeben und/oder den Ort der Anomalie zu visuali sieren . Dies ermöglicht einerseits , Stillstandszeiten zu minimieren, wenn nur geringe Abweichungen erkannt werden . Solche geringen Abweichungen können beispielsweise f lache Gegenstände sein, welche sich zwar im Arbeitsbereich bef inden, j edoch von der Werkzeugmaschine bzw . deren beweglichen Teilen gefahrlos passiert werden können . Andrerseits wird bei Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich, welche sicher zu einer Kollision führen, das Anlaufen der Werkzeugmaschine verhindert . Bei nicht eindeutigem Ergebnis kann das Benutzer mit einem optischen und/oder akustischen Alarm informiert werden . Alternativ oder zusätzlich kann der Ort der Anomalie visualisiert werden, beispielsweise auf einem Bildschirm, welcher ein Bild der Werkzeugmaschine zeigt , auf welchem der Ort der Anomalie hervorgehoben ist . Nach Bestätigung der Unbedenklichkeit kann die Werkzeugmaschine anlaufen . Sofern eine Kollisionsgefahr besteht , kann diese zunächst beseitigt werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung können der erste und zweite Grenzwert des Anomaliescores fortlaufend angepasst werden . Hierzu kann die Information aus der vorstehend beschriebenen Interaktion mit dem Benutzer der Werkzeugmaschine genutzt werden . Wenn also der Benutzer die Harmlosigkeit der Anomalie bestätigt , kann der erste Grenzwert des Anomaliescores so verändert werden, dass die Werkzeugmaschine bei einer weiteren, gleichartigen Störung unmittelbar anläuft . Wenn der Benutzer die Störung beseitigt und dadurch die Erheblichkeit der Anomalie bestätigt , kann der zweite Grenzwert des Anomaliescores so verändert werden, dass die Werkzeugmaschine bei einer weiteren, gleichartigen Störung nicht anläuft , auch nicht nach Benutzereingrif f . Hierdurch kann die Sicherheit und der Bedienkomfort erhöht sein . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Sicher- heitseinrichtung weiterhin zumindest eine Triggereinrichtung enthalten, welche dazu eingerichtet ist , die Aufnahme und/oder Speicherung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes auszulösen . Eine solche Triggereinrichtung kann beispielsweise ein Türkontakt einer Einhausung , ein Not -Aus - - Schalter oder sonstiger Betriebsschalter oder eine Licht schranke oder ein Auslöseschalter sein . Hierdurch wird das zumindest eine erste Bild aufgenommen, sobald die Werkzeugmaschine steht . Alternativ kann die Aufnahme des ersten Bildes vom Benutzer getriggert werden . Die Aufnahme des zweiten Bildes kann durch das Einschalten der Maschine oder das Schließen der Tür oder die Freigabe der Lichtschranke getriggert werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, vor dem Vergleich eine Bildbearbeitung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes durchzuführen . Hierdurch kann die Qualität des Vergleiches und damit die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person im Arbeitsbereich erhöht werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, vor dem Vergleich eine Kontrastverbesserung und/oder einen Kantenf ilter und/oder einen Farbf ilter auf das erste Bild und/oder das zweite Bild anzuwenden . Hierdurch kann die Qualität des Vergleiches und damit die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person im Arbeitsbereich weiter erhöht werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, vor dem Vergleich eine Maskierung auf das erste Bild und/oder das zweite Bild anzuwenden . Hierdurch kann Rechenzeit eingespart werden, weil nicht der gesamte Bildinhalt verglichen werden muss , sondern nur diej enigen Bereiche , in welchen eine Kollision vorkommen kann oder wahrscheinlich ist .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes eine Dif ferenzbildung der Bilddaten durchzuführen . Bildteile , welche identisch im ersten Bild und im zweiten Bild vorhanden sind, verschwinden im Dif ferenzbild . Ein solcher Vergleich kann schnell und einfach durchgeführt werden und stellt zuverlässig die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Bild dar . Sofern keine Unterscheide bestehen, kann darauf geschlossen werden, dass keine Gegenstände oder Personen im Arbeitsbereich verblieben sind .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Pixelwertmodell anzuwenden . Hierdurch kann die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeits bereich mit größerer Genauigkeit erfolgen .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein künstliches neuronales Netz zu verwenden . Ein solches neuronales Netz ist lernfähig , so dass die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen kann, j e länger die Sicherheitseinrichtung in Betrieb ist .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung dazu eingerichtet sein, beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Residual Neural Network zu verwenden . Eine solche künstliche Intelligenz ist als Open- Source Software verfügbar und kann einfach in die vorgeschlagene Sicherheitseinrichtung integriert werden . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aus werteeinrichtung weiterhin eine Bibliothek mit einer Mehrzahl erster Bilder enthalten . Für den Vergleich mit dem zweiten Bild können sodann eines oder mehrere erste Bilder aus der Bibliothek ausgewählt werden . Hierdurch kann ein Sollzustand nach Abschluss der Einstell - , Reparatur- oder Wartungsarbeiten auch dann festgestellt werden, wenn die Werkzeugmaschine während der Arbeiten bewegt wurde und sich nicht mehr in der gleichen Position bef indet , wie am Anfang der Einstell - , Reparatur- oder Wartungsarbeiten . Fehlalarme der Sicherheitseinrichtung können dadurch vermieden werden .

In einem anderen Aspekt betrif ft die Erf indung ein Verfahren zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung zur Überwachung des Wiederanlaufens einer Werkzeugmaschine , enthaltend die folgenden Schritte : Erfassen eines ersten Bildes , welches zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Umgebung zeigt , zu einem ersten Aufnahmezeitpunkt mit zumindest einer Kamera ; zumindest temporäres Ablegen des ersten Bildes in zumindest einer Bilddatenspeichervorrichtung ; Erfassen eines zweiten Bildes , welches zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Umgebung zeigt , zu einem zweiten Aufnahmezeitpunkt mit der Kamera ; Auslesen des ersten Bildes aus der Bilddatenspeicher-vorrichtung und Vergleichen des ersten Bildes und des zweiten Bildes .

Hierzu wird mit zumindest einer Kamera zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich erfasst . Die Kamera erzeugt dabei einen die Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich repräsentierenden Datenstrom . Die Bilder können im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich auf genommen werden . In einigen Ausführungs - formen der Erf indung kann die Kamera ein Radarsystem und/oder ein LIDAR enthalten oder daraus bestehen, sodass eine dreidimensionale Punktwolke der Werkzeugmaschine und/oder des Arbeitsbereiches erfasst wird . Auch wenn nachfolgend von „ einer" Kamera die Rede ist , kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung auch zumindest einen Teil der Werkzeugmaschine und/oder deren Arbeitsbereich mit unterschiedlichen Brennweiten und/oder aus unterschiedlichen Betrachtungswinkeln und/oder in unterschiedlichen Spektral - bereichen erfasst werden . In einigen Ausführungsformen können fortlaufend Bilder erfasst werden . In diesem Fall können die Bilder nach einer vorgebbaren Zeitspanne gelöscht werden, wenn nicht eine längere Speicherung getriggert wird .

Die Bilder der Kamera werden zumindest temporär gespeichert . Hierzu steht eine Bilddatenspeichervorrichtung zur Verfügung , welche beispielsweise eine Festplatte oder einen Halbleiterspeicher enthält .

Sodann werden Bilder aus der Bilddatenspeicher-vorrichtung ausgelesen und ein Vergleich zwischen zumindest einem ersten Bild mit einem ersten Aufnahmezeitpunkt und zumindest einem zweiten Bild mit einem zweiten Aufnahmezeitpunkt durchgeführt . Dabei kann der erste Aufnahmezeitpunkt vor den War- tungs - , Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen und der zweite Aufnahmezeitpunkt kann nach den Wartungs - , Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine liegen . Durch den Vergleich der bzw . des ersten und zweiten Bildes kann festgestellt werden, ob sich Personen oder Gegenstände im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine bef inden . In diesem Fall kann der Befehl zum Wiederanläufen der Werkzeugmaschine von der Steuer- oder Regeleinrichtung ignoriert und der Bediener der Werkzeugmaschine auf den Fehlerzustand hingewiesen werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Aufnahme und/oder Speicherung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes mit einer Triggereinrichtung ausgelöst werden . Eine solche Triggereinrichtung kann beispielsweise ein Türkontakt einer Einhausung , ein Not -Aus - Schalter oder sonstiger Betriebsschalter oder eine Lichtschranke oder ein Auslöseschalter sein . Hierdurch wird das zumindest eine erste Bild aufgenommen, sobald die Werkzeugmaschine steht . Alternativ kann die Aufnahme des ersten Bildes vom Benutzer getriggert werden . Die Aufnahme des zweiten Bildes kann durch das Einschalten der Maschine oder das Schließen der Tür oder die Freigabe der Lichtschranke getriggert werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann vor dem Vergleich eine Bildbearbeitung des ersten Bildes und/oder des zweiten Bildes durchgeführt werden . Dies kann automatisiert mit einer Auswerteeinrichtung erfolgen . Eine solche Bildbearbeitung kann ausgewählt sein aus einer Kontrastverbesserung und/oder einer Kantenerkennung und/oder einem Farbf ilter , welche auf das erste Bild und/oder das zweite Bild angewendet werden . Hierdurch kann die Qualität des Vergleiches und damit die Wahrscheinlichkeit der Erkennung eines Gegenstandes oder einer Person im Arbeitsbereich weiter erhöht werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann vor dem Vergleich eine Maskierung auf das erste Bild und/oder das zwei te Bild angewendet werden . Hierdurch kann Rechenzeit eingespart werden, weil nicht der gesamte Bildinhalt verglichen werden muss , sondern nur diej enigen Bereiche , in welchen eine Kollision vorkommen kann oder wahrscheinlich ist . Eine solche Maskierung kann in einigen Ausführungsformen mittels einer statischen oder dynamischen Obj ekterkennung oder mittels eines CAD-Modells erfolgen .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes eine Dif ferenzbildung der Bilddaten durchgeführt werden . Bildteile , welche identisch im ersten Bild und im zweiten Bild vorhanden sind, verschwinden im Dif ferenzbild . Ein solcher Vergleich kann schnell und einfach durchgeführt werden und stellt zuverlässig die Unterschiede zwischen dem ersten und dem zweiten Bild dar . Sofern keine Unterscheide bestehen, kann darauf geschlossen werden, dass keine Gegenstände oder Personen im Arbeitsbereich verblieben sind .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Pixelwertmodell angewendet werden . Hierdurch kann die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein künstliches neuronales Netz verwendet werden . Ein solches neuronales Netz ist lernfähig , so dass die Erkennung oder die Abwesenheit von verbliebenen Gegenständen oder Personen im Arbeitsbereich mit größerer Genauigkeit erfolgen kann, j e länger die Sicherheitseinrichtung in Betrieb ist .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann beim Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes ein Residual Neural Network verwendet werden . Eine solche künstliche Intelligenz ist als Open- Source Software verfügbar und kann einfach in die vorgeschlagene Sicher- heitseinrichtung integriert werden .

Nachfolgend soll die Erf indung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erf indungsgedankens näher erläutert werden . Dabei zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Sicherheits einrichtung gemäß einem Aspekt der Erf indung .

Figur 2 zeigt ein Ablauf diagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem anderen Aspekt der Erf indung .

Figur 3 zeigt ein beispielhaftes erstes Bild . Figur 4 zeigt ein beispielhaf es zweites Bild .

Figur 3 zeigt beispielhaft das Ergebnis eines Vergleich des ersten und des zweiten Bildes .

Anhand der Figur 1 wird eine schematische Darstellung einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erf indung näher erläutert . Figur 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 2 , beispielsweise einen Industrieroboter . In anderen Aus führungsformen der Erf indung kann statt des Industrieroboters auch eine mehrachsige Dreh- und Fräsmaschine oder j ede andere automatisierte Werkzeugmaschine verwendet werden, welche mittels Aktoren und einer Steuer- oder Regeleinrichtung selbsttätig Bewegungen ausführt . Die Werkzeugmaschine 2 kann mit einer nicht dargestellten Einhausung versehen sein, welche mit zumindest einer Tür bzw . Öf fnung versehen ist , um Reparatur- , Wartungs - oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine 2 vorzunehmen . Alternativ kann die Werkzeugmaschine 2 bzw . deren Arbeitsbereich mit einer oder mehreren Lichtschranken begrenzt sein, welche bei Unterbrechung des Lichtstrahles die Werkzeugmaschine 2 anhalten, um eine Kollision mit Gegenständen oder Personen zu vermeiden .

Die Sicherheitseinrichtung 1 kann insbesondere das Problem lösen, dass es zu Kollisionen zwischen Personen oder Gegenständen und der Werkzeugmaschine 2 kommen kann, wenn nach der Durchführung von Wartungs - , Reparatur- oder Einstellarbeiten die Werkzeugmaschine 2 wieder in Betrieb genommen wird, während sich noch Personen oder Gegenstände im Arbeitsbereich bef inden . Hierdurch kann großer Schaden entstehen .

Die Sicherheitseinrichtung 1 enthält weiterhin zumindest eine Kamera . Die Kamera 4 kann eine an sich bekannte Digitalkamera sein, welche ein Bild der Werkzeugmaschine und/oder des die Werkzeugmaschine umgebenden Arbeitsbe- reiches erfasst . Hierzu kann die Kamera 4 einen Bildsensor aufweisen, auf welchen mittels eines Obj ektivs ein Bild abgebildet wird . Die Kamera 4 kann eine multifokale Kamera sein, welche eine Mehrzahl von Bildern mit unterschiedlichen Brennweiten auf nimmt . In einigen Ausführungsformen der Erf indung können nicht dargestellte weitere Kameras vorhanden sein, um Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln und/oder Abständen zu erfassen .

Die Kamera 4 muss nicht zwingend im sichtbaren Spektralbereich arbeiten . In einigen Ausführungsformen der Erf indung können auch Infrarotkameras und/oder UV-Kameras vorgesehen sein . Schließlich kann die Kamera 4 auch mit Radarstrahlen oder nach dem Lidar- Prinzip arbeiten, um auf diese Weise ein dreidimensionales Bild des Arbeitsbereiches der Werkzeugmaschine 2 anzufertigen .

Die Kamera 4 erzeugt einen digitalen Datenstrom, welcher die Bilder der Werkzeugmaschine 2 und den diese umgebenden Arbeitsbereich repräsentieren . Die Bilder können einer Aus werteeinrichtung 8 zugeführt werden und dort in einer Bilddatenspeichervorrichtung 81 abgelegt werden .

Weiterhin kann die Sicherheitseinrichtung 1 in einigen Ausführungsformen eine Triggereinrichtung 3 enthalten . Sofern die Werkzeugmaschine 2 von einer Einhausung umgeben ist , kann die Triggereinrichtung 3 einen Türkontaktschalter enthalten oder daraus bestehen . Sofern die Werkzeugmaschine 2 und deren Arbeitsbereich mit einer Lichtschranke umgeben ist , kann die Triggereinrichtung 3 auch eine solche Lichtschranke enthalten oder daraus bestehen . Darüber hinaus kann die Triggereinrichtung 3 mit einem Ein- /Aus - Schalter verbunden sein oder mit einem Not -Aus - Schalter . Schließlich kann die Triggereinrichtung 3 unabhängig von den übrigen Sicherheitseinrichtungen der Werkzeugmaschine 2 sein und beispielsweise zeitgesteuert arbeiten oder mittels eines separaten mechanischen oder elektronischen Schalters vom Bedienpersonal ausgelöst werden .

Wenn die Triggereinrichtung 3 auslöst , erfasst die Kamera 4 zumindest ein erstes Bild der Werkzeugmaschine 2 . Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn eine Einhausung geöf fnet , eine Lichtschranke unterbrochen oder die Werkzeugmaschine 2 anderweitig außer Betrieb gesetzt wird . Der Aufnahmezeit punkt des zumindest einen ersten Bildes kann in einigen Aus führungsformen der Zeitpunkt sein, in welchem die Wartungs - , Reparatur- oder Einstellarbeiten an der Werkzeugmaschine 2 beginnen . Das Bild wird sodann in der Bilddatenspeichervorrichtung 81 abgelegt .

Nach Beendigung der Arbeiten an der Werkzeugmaschine 2 wird die Erfassung zumindest eines zweiten Bildes mit der Kamera 4 getriggert . Die Bilderfassung kann vom Bedienpersonal ent weder manuell ausgelöst werden . Alternativ kann die Bilderfassung automatisch getriggert werden, wenn die Werkzeugmaschine 2 wieder eingeschaltet wird . Auch das zweite Bild wird der Auswerteeinrichtung 8 zugeführt . Eine Speicherung in der Bilddatenspeichervorrichtung 81 ist optional .

Die Auswerteeinrichtung 8 nimmt nun einen Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes vor . Ein solcher Vergleich kann beispielsweise durch eine Dif ferenzbildung erfolgen . Bildteile , welche identisch im ersten Bild und im zweiten Bild vorhanden sind, verschwinden im Dif ferenzbild . Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes durch die Anwendung eines Pixelwertmodels erfolgen . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Vergleich des ersten Bildes und des zweiten Bildes durch ein künstliches neuronales Netz erfol gen, beispielsweise ein Residual Neural Network . Hierdurch kann die Erkennungsgenauigkeit und der Bedienkomfort erhöht sein, weil einerseits die Qualität des Bildvergleiches er- höht ist und andererseits durch zusätzliches Anlernen des neuronalen Netzes im Betrieb stetig verbessert wird .

Ergibt der Vergleich, dass im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 4 keine Gegenstände und Personen vorhanden sind, sodass für die Werkzeugmaschine 2 im Betrieb keine Kollisionsgefahr besteht , läuft die Werkzeugmaschine 2 wieder an . Ergibt sich eine Kollisionsgefahr durch zurückgelassene Gegenstände im Arbeitsbereich, so wird das Wiederanläufen der Werkzeugmaschine 2 verhindert . In Zweifelsfällen kann die Auswerteeinrichtung 8 dazu eingerichtet sein, das Bedienpersonal auf mögliche Kollisionsgefahren hinzuweisen und eine Bestätigung der sicheren Betriebsaufnahme anzufordern .

Es sind Fälle denkbar , in welchen die Werkzeugmaschine 2 während der Einstell - , Reparatur- oder Wartungsarbeiten bewegt wird, sodass sich die Werkzeugmaschine 2 zum Auf nahmezeitpunkt des zweiten Bildes nicht mehr in derselben Position bef indet wie während der Aufnahme des ersten Bildes . In diesem Fall würde die geänderte Position der Werkzeugmaschine 2 als Abweichung erkannt und unter Umständen ein Wiedereinschalten der Werkzeugmaschine 2 verhindert . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Sicher- heitseinrichtung 1 daher eine Bibliothek 80 mit einer Mehrzahl erster Bilder enthalten, welche unterschiedliche Ruhepositionen der Werkzeugmaschine 2 darstellen . Durch Auswahl eines oder mehrerer erster Bilder aus der Bibliothek für den von der Auswerteeinrichtung 8 durchgeführten Bildvergleich können diese Fälle von solchen Fällen unterschieden werden, in welchen tatsächlich Gegenstände im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 2 verblieben sind . Hierdurch werden Fehlalarme verhindert oder zumindest reduziert .

Anhand der Figur 2 wird ein Ablauf diagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Sicherheitseinrichtung gemäß einem Aspekt der Erf indung näher erläutert . Im ersten Verfahrensschritt 51 erkennt oder erwartet die Sicherheitseinrichtung 1 eine menschliche Interaktion im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 2 . Dies kann beispielsweise durch Auslösen einer Lichtschranke , durch Öf fnen einer Einhausung oder durch Aus schalten der Werkzeugmaschine 2 erfolgen . Sodann kann durch das Bedienpersonal die erforderliche Wartungs - , Einstell oder Reparaturarbeit an der Werkzeugmaschine 2 vorgenommen werden .

Nach Abschluss der Arbeiten wird der Sicherheitseinrichtung im zweiten Verfahrensschritt 52 mitgeteilt , dass die Arbeiten beendet sind . Dies kann die Sicherheitseinrichtung entweder eigenständig detektieren, beispielsweise durch das Schließen der Tür einer Einhausung oder durch Quittieren des Arbeitsendes oder durch Einschalten der Maschine . Hierdurch wird die Aufnahme eines zweiten Bildes durch die Kamera 4 getriggert .

Im dritten Verfahrensschritt 53vergleicht die Auswerteeinrichtung 8 das zweite Bild nach Beendigung der Arbeiten mit dem im ersten Verfahrensschritt 51 auf genommenen ersten Bild vor Beginn der Arbeiten . Es wird somit das tatsächliche Aussehen der Werkzeugmaschine 2 und des diese umgebenden Arbeitsbereiches mit dem erwarteten Aussehen verglichen . Das Ergebnis des im dritten Verfahrensschritt 53 durchgeführten Bildvergleiches kann positiv oder negativ sein, d . h . entweder ist der Sollzustand und der Istzustand der Werkzeugmaschine 2 und des Arbeitsbereiches identisch oder innerhalb tolerabler Abweichungen . In diesem Fall wird das Verfahren mit dem sechsten Verfahrensschritt 56 fortgesetzt . Sofern Abweichungen zwischen Soll - und Istzustand oberhalb eines tolerablen Bereiches vorhanden sind, setzt das Verfahren mit dem vierten Verfahrensschritt 54 fort .

Im vierten Verfahrensschritt 54 wird das Bedienpersonal der Werkzeugmaschine 2 mit einem optischen oder akustischen Alarm darüber informiert , dass Abweichungen zwischen dem erwarteten Zustand und dem tatsächlichen Zustand der Werkzeugmaschine 2 und des Arbeitsbereiches bestehen . Alternativ oder zusätzlich können die veränderten Bereiche auf einem Bild visualisiert werden, sodass das Bedienpersonal die Fehlersuche in einer kürzeren Zeitspanne durchführen kann .

Der Benutzer kann nun im siebten Verfahrensschritt 57 die Veränderungen akzeptieren und deren Harmlosigkeit quittieren . Sofern der Benutzer erkennt , dass die Veränderungen an der Werkzeugmaschine tatsächlich eine Kollisionsgefahr darstellen, beispielsweise , weil Werkzeuge im Arbeitsbereich vergessen wurden, kann der Benutzer im fünften Verfahrensschritt 55 diese ungewollten Veränderungen des Arbeitsbereiches beheben .

Nach dem fünften Verfahrensschritt 55 wird erneut der zweite Verfahrensschritt 52 durchgeführt , indem erneut ein zweites Bild der Werkzeugmaschine 2 und des Arbeitsbereiches erfasst wird . Dieser Istzustand wird im dritten Verfahrensschritt 53 erneut mit dem erwarteten Sollzustand verglichen . Die zweiten bis fünften Verfahrensschritte 52 , 53 , 54 und 55 laufen so lange ab , bis entweder keine oder nur eine untergeordnete Veränderung von Soll - und Istzustand erkannt wird . Dann fährt das Verfahren mit dem sechsten Verfahrens schritt 56 fort . Alternativ läuft die Schleife des zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrensschrittes so lange , bis der Benutzer im vierten Verfahrensschritt 54 die Harmlosigkeit der veränderten Bereiche quittiert .

Auf den sechsten Verfahrensschritt 56 bzw . den siebten Verfahrensschritt 57 folgt sodann der achte Verfahrens schritt 58 , in welchem die Werkzeugmaschine 2 wieder anläuft bzw . ein vorher unterbrochenes Programm weiter abarbeitet . Das Verfahren kann somit sicherstellen, dass Kollisionen der Werkzeugmaschine 2 mit Gegenständen in deren Arbeitsbereich auch dann vermieden werden, wenn diese Gegenstände bei ausgeschalteter Werkzeugmaschine 2 in den Arbeitsbereich verbracht und dort vergessen werden . Darüber hinaus können auch Personenschäden vermieden werden, welche dadurch ent stehen, dass die Werkzeugmaschine 2 während der Wartungs - , Einstell - oder Reparaturarbeiten ungewollt anläuft .

Das Verfahren wird nochmals anhand der Figuren 3 , 4 und 5 näher erläutert . Dabei zeigt Figur 3 beispielhaft ein erstes Bild 61 , welches mit der Kamera 4 aufgenommen wurde und die Werkzeugmaschine 2 unmittelbar nach dem Abschalten zeigt .

Figur 4 zeigt ein zweites Bild 62 , welches die Werkzeugmaschine 2 nach Beendigung der Wartungs - , Einstell - oder Reparaturarbeiten zeigt . In Figur 4 ist ein zylinderförmiger Gegenstand 7 zu sehen, welcher vom Bedienpersonal nach Beendigung der Arbeiten im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 2 vergessen wurde . Nach dem Stand der Technik könnte ein solcher Gegenstand 7 zu einer Kollision mit der Werkzeugmaschine 2 führen, weil die Werkzeugmaschine 2 nach schließen der Einhausung und dem Neustart davon ausgeht , dass sich keinerlei Gegenstände in ihrem Verfahrweg bef inden .

Figur 5 zeigt ein Dif ferenzbild 63 , welches von der Aus werteeinrichtung 8 durch Vergleich des ersten Bildes 61 und des zweiten Bildes 62 erzeugt wurde . Wie Figur 5 zeigt , werden die identisch in beiden Bildern vorhandenen Teile , somit insbesondere die Werkzeugmaschine 2 , ausgeblendet . Figur 5 zeigt somit nur noch den Gegenstand 7 , welcher im ersten Bild 61 noch nicht vorhanden war .

Bei einem völlig leeren Dif ferenzbild 63 würde die Sicher- heitseinrichtung 1 die Werkzeugmaschine 2 freigeben, sodass diese wieder in Betrieb gehen kann . Aufgrund der in Figur 5 gezeigten Abweichungen würde die Sicherheitseinrichtung j edoch in die Steuerung bzw . Regelung der Werkzeugmaschine 2 eingreifen und deren Wiederanläufen verhindern . Statt dem in Figur 5 gezeigten Dif ferenzbild 63 kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung auch ein Anomaliescore berechnet oder eine Heatmap angezeigt werden, welche den Grad der Abweichungen zwischen Soll - und Istzustand quantif izieren können .

Selbstverständlich ist die Erf indung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt . Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erf indung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „ erste" und „ zweite" Ausführungsformen def inieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Aus führungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen .