针对材料卷更换机上自动材料卷装载区域的危险区域保险装置

摘要

本发明涉及一种用于材料卷更换机上的材料卷输送区域(01)的危险区域保险装置，具有在所述区域的入口界线上的无接触地作用的保护装置，保护装置能够被停用以使已知的物体驶入和/或驶出，危险区域保险装置还具有评价单元，其中，保护装置被设计为光栅(03)，其具有多个相互平行延伸的光束(04)，其中，评价单元具有用于在任一物体驶入和/或驶出时探测光束(04)的中断顺序的机构且借助于所述顺序识别已知的、允许进入危险区域的物体且保护装置在此情况下被停用且危险区域保险装置额外还包括无接触地作用的第二保护装置，第二保护装置是持续激活的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的针对材料卷更换机上自动材料卷装载区域的危险区域保险装置。

背景技术

技术设备、如机床和工业机器人可能会造成靠近机器的移动部件的人员受伤。材料卷更换机上的危险位置特别是材料卷支撑臂的摆动区域、粘接架的摆动区域中在材料卷更换机后面的区域、装载区域以及材料卷更换机下方的坑道(如果存在)。因此，必须在机器上设置保护装置，其防止人员通过实施工作移动被机器的移动部件伤害。在过去，为此主要是使用机械的保护装置。因此，机床经常被完全封装，其中，通过保护门实现进入。工业机器人在由防护栏包围的区域中作业。

但机械保护装置具有缺点。针对保护装置本身以及针对可能的保护门的打开必须存在相应的空间，这提高了整个设备的空间需求。此外，不可能较快进入生产流程，因为打开保护门或保护栏需要相应的时间和控制耗费。机械保护装置还需要维护以及产生磨损。

DE102005048466A1中描述了一种印刷机材料卷更换机上的人员保护装置，其比如以材料卷更换机的装载侧上的挡接网的形式实施。该保护装置可以在剩余纸卷接近临界的、即有折断危险的直径尺寸时使装载侧总是成为受保护的空间。材料卷更换机上的人员可以以这种方式可靠地防止受到破碎的卷筒的碎屑的伤害。为此，保护装置在装载侧支承在用于输送新的材料卷筒的滑动平台上以及支承在卷筒架对面的固定点上。为了输送新的材料卷筒，滑动平台向卷筒架移动，这时保护装置张紧。因此，保护装置仅在达到剩余纸卷的临界状态时才被激活。在其它时间点上可以无阻碍地进入材料卷更换机的装载侧的区域。但为了在未激活机械保护装置时也指示可能危险的区域中的人员位于危险环境中，设置借助于光栅的附加区域保险装置。由于光栅输出的信号，向位于材料卷更换机的区域中的人员输出可见或可听的信号。

WO2005/080241A2公开了针对运行安全在材料卷筒移动幅度较大的情况下设置区域保险装置。为此建议在材料卷筒轴承的界线上安装围栏。为了向轴承输入或输出材料卷筒可以在区域保险装置中设置闸门。在闸门区域中设置优选无接触工作的区域保险装置，其可以比如通过光栅或超声波传感器实现。通过将此类传感器布置在不同高度上可以实现复杂的询问路径，从而比如可以使材料卷筒容易地穿过闸门，与此相反，在未经允许穿过传感器路径时触发警报和/或停止材料卷筒的移动，从而避免事故。

EP0849201A1涉及一种用于侧部探测状态以及定位库存带卷筒的方法，其中，通过直接相对的、传感器(比如镭射传感器或超声波传感器)形式的探测元件测量和评价材料卷厚度以及与材料卷更换机之间的各侧部间距。此外，探测元件为了定位库存带卷筒与用于驱动单元的可编程逻辑控制器连接。

EP1593630A2公开了一种用于提供卷成库存材料卷的材料带的设备，其具有用于支承和围绕纵轴转动库存材料卷的轴承。传感器用于探测转动期间库存材料卷的半径。与库存材料卷的纵轴平行设置多个探测半径的传感器。

在前述文献中描述的、无接触地作用的设备用于在材料卷更换机上的自动材料卷装载区域中探测材料卷的状况或尺寸且不具有保护或保险功能。

DE3134815C2公开了一种无接触地作用的表面保护装置，比如用于保护或监控观察窗。该表面保护装置沿需保护的表面一侧具有在其整个长度上发出光束的光源。沿与之相对的一侧设置反射条带。光束主要反射在通过光源和反射条带撑开的平面上。在光源的两个端部分别设置一个光束探测器，其与评价电路连接。该表面保护装置可以被用于比如在危险区域中的通道保护装置，其中，在两个标杆之间形成光帘，在光帘被中断时触发信号。该危险区域保险装置的缺点在于，其仅能够负责简单的保护工作。

DE19938639B4公开了一种用于保护危险区域、特别是自动化工作的机器的危险区域的装置，其包括用于产生光学监控的虚拟屏障的第一机构以及用于产生在屏障被破坏时停下机器的切换信号的第二机构。第一机构具有摄像单元以及定义的目标，其影像由摄像单元录制且由比较单元(第二机构)与参考图像的特征值进行比较。定义的目标是具有一定结构的、对比度较高的样本，其包含用于确定当前位置的位置测标。通过根据该装置的一个实施例的点状的测标可以产生虚拟屏障，其形状大致与光栅相符。可替换的是，可以将大量点状的样本排成线状的样本。该装置仅具有保护功能。所录制的图像的评价以及与参考图像的比较是耗费的。

DE29602098U1涉及一种用于将卷绕在卷筒上的承印材料带引入材料卷轮转印刷机的印刷装置中的材料卷轮转印刷机的材料卷更换机。材料卷更换机周围的区域通过至少一个传感器、特别是光学传感器、比如摄像机监控，其连接在图像识别计算机上。在图像识别计算机中实施探测到的该区域实际图像与保存的设定图像或多个设定图像的序列的比较。在出现偏差时通过信号产生装置产生警报或警告信号。至少一个传感器还可以是踏垫、接触条带、光栅等等无接触地作用的保护装置，其被用作提供部分信息或用于控制或激活传感器。在该文献中公开的技术方案实现了对材料卷更换机区域的监控，由此通过识别已知的物体且在不触发警报或警告信号的情况下将其引入区域中实现了选择性的保护。不过，图像识别较容易被监控区域中的主观因素影响，比如设定图像中被识别为已知的物体与探测到的实际图像的偏差位置，这可能会导致故障或失灵。

DE10026305A1描述了一种用于监控具有至少一个无接触地作用的保护装置的保护区域的光电设备，其具有用于在将物体引入保护区域时产生物体确认信号的评价单元。无接触地作用的保护装置可以是光栅，其包括发射光束的发送单元、接收光束的接收单元和与接收单元连接的评价单元。为了实施除保护功能之外的附加功能，无接触地作用的保护装置与用于探测次级监控区域的图像探测单元耦接，该区域位于保护区域附近，但位于保护区域之外。这种所谓的静音功能允许短时间停用无接触地作用的保护装置，从而在不产生物体确认信号的情况下使得已知的物体进入保护区域。这种静音功能通过图像探测单元实现，其探测闯入次级监控区域中的物体，其中，实现了允许与不允许的物体之间的区分。可以对探测到的物体进行分类。该技术方案的缺点在于，已知的物体的识别不总是可靠地工作。此外，装配额外的图像探测单元导致更多的耗费以及财务上的负担。

DE102005030829A1公开了一种用于运行光栅的方法，其中，从顺序地中断具有保存的基准特性的光束产生切换信号。

DE102004038906A1建议除了光栅外还将物体上的标记传递到评价单元。

DE29500873U1中，探测光栅的光束的中断顺序，用以区分允许的物体或人员。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种针对材料卷更换机上自动材料卷装载区域的危险区域保险装置。

该目的按照本发明通过权利要求1的特征实现。

可通过本发明实现的优点特别在于，提供针对材料卷更换机上的自动材料卷装载区域的基于无接触地作用的保护机制的改进的危险区域保险装置，其即使是在材料卷直径不同以及移走剩余套筒容器时也能够确保对受保护区域的持续保护。

危险区域保险装置具有无接触地作用的保护装置，其与评价单元连接。该保护装置被设计为光栅，其具有多个相互平行延伸的光束。评价单元探测任何物体驶入和/或驶出时光束中断的顺序且可以由此识别已知的物体且在预设的情况下停用保护装置。

本发明的优点特别在于，保护装置除了保护功能之外还具有静音功能，这节省了针对装配用于静音功能的附加设备的耗费。

所谓的静音功能允许暂时地停用安全装置的部件或整个安全装置。优选的是，无需操作安全装置就允许物体进入。

在优选的实施方式中，光束均匀地相互间隔且倾斜于水平线延伸，其中，光束在其它实施方式中还可以水平延伸且光栅的平面倾斜于竖直线延伸。

光栅的至少一个在已知的物体上方延伸的光束可以有利地被持续激活，用以在人员或未被允许的物体与已知的且允许进入的物体一起在停用保护装置时进入受保护区域时还能够识别人员或未被允许的物体进入到材料卷更换机上的受保护的自动材料卷装载区域中。

已知的且允许进入的物体可以比如是材料卷筒、剩余套筒容器或无人驾驶的运输工具。

独立于上述描述，危险区域保险装置可以额外具有至少两个用于静音的光电管、比如反射光电管，其与评价单元连接。在优选的实施方式中，安装特别是4个反射光电管作为静音组(分别两个设置在光栅之前以及之后)。由此可以借助于比如在侧部粘贴在物体、特别是剩余套筒容器上的反射条带识别物体、特别是剩余套筒容器且激活静音功能或停用保护装置。这特别是在送出相对于材料卷具有另一形状的剩余套筒容器时是必要的。如果比如在评价单元中仅将材料卷视作已知的物体(由于形状以及对光束的中断顺序的简单评价)，则可以通过剩余套筒容器上的反射条带实施静音功能。剩余套筒容器的送出经常通过无人驾驶的运输工具(AGV＝自动引导车辆)实现。无人驾驶的运输工具必须为了通过安全区域同样配有用于静音的反射条带或在评价单元中必须识别光栅的光束的相应的中断顺序，用以将AGV识别为已知的、允许进入安全区域的物体。

为了防止人员或物体不会随已知的物体在停用保护装置时进入受保护区域，危险区域保险装置可以具有持续激活的、无接触地作用的第二保护装置，其包括至少两个光束，光束在已知的物体上方较小间距处交叉且在其进一步延伸中紧靠着经过已知的物体。这两个光束因此仅与想象的切线平行间隔几毫米至几厘米延伸，该切线贴靠在已知的物体的上半部上。两个光束的下端由此明显地位于已知物体的上边缘的下方且可以根据所选择的偏角(Anstellwinkel)的不同位于已知的物体的轴平面(Achsebene)附近。

本发明的优点在于，可通过持续激活的、无接触作用的第二保护装置实现可靠的、持续的危险区域保护，即使已知的物体是具有较大的材料卷直径的材料卷。光束路线既不允许第二保护装置的光束无意地向上延伸也不允许无意地向下延伸(Unterlauf)。不过当人员在大幅度弯腰的状态下移动时允许光束向下延伸。但即使是最好的保护装置也仅能够在有限的程度上防止所有可能性或有意地躲避。本发明的目的不是要在任何情况下都能确保阻止恶意闯入。

本发明的另一个优点在于，保护装置可以直接固定在材料卷更换机上。因此，与需要在材料卷上方设置固定点的公知的技术方案不同，不需要额外的、位于材料卷更换机外部的固定点。

根据特别优选的实施方式，无接触地作用的保护装置和/或持续激活的、无接触地作用的第二保护装置针对每一光束包括一个发射器和一个接收器。不过还可以采用针对所有光束包括刚好一个发射器、一个接收器和多个偏转镜的保护装置的实施方式。

在有利的实施方式中，所述保护装置采用单向光栅，对于单向光栅来说，发射器和接收器相互面对地设置在相互分开的壳体中。

特别有利的是，针对所述保护装置采用反射光栅。在这些实施方式中，在反射器对面设置组合的发射和接收单元。发出的光束通过反射器投回接收单元。

此外有利的是，发射器、接收器、反射器或偏转镜的位置是可变的。以这种方式可以实现与不同的作为已知的且允许进入受保护区域的物体的匹配。在该关联下特别有利的是，使得危险区域保险装置配有用于探测已知的物体的尺寸的传感器。

特别是针对持续激活的、无接触地作用的第二保护装置的正常的工作方式必须确保光束不接触已知的物体，因为在第一保护装置停用时第二保护装置应该在已知的物体驶入和/或驶出期间保护危险区域。因此，当已知的物体穿过入口界线时不允许触发第二保护装置。通过与不同的物体的匹配确保了光束总是位于由已知的物体穿过的区域之外。

有利的是，在进一步改进的实施方式中传感器与调节装置连接。该调节装置被用于将发射器、接收器、反射器或偏转镜与已知的物体相匹配。通过使用此类调节装置确保了持久地根据探测到的已知的物体的尺寸重新定位发射器、接收器、反射器或偏转镜。当然还可以实施手动的定位。为此，可以设想，在材料卷更换机上安装相应的刻度尺，其使得手动定位更加容易。

有利的是，该危险区域保险装置针对材料卷直径为直至1524mm的材料卷设计。对于此类较大的材料卷来说，以常规保护装置不再能够实施足够的保护，因为矮小的人员在仅轻轻弯腰的情况下就已经能够从第二保护装置的光束下面通过。

危险区域保险装置还可以包括光电管，其设置在受保护的区域内用于将材料卷或无人驾驶的运输工具定位在起始位置中。

附图说明

下面借助于附图详细阐述本发明的实施例。其中，

图1示出了针对自动材料卷装载区域的危险区域保险装置的原理结构图；

图2示出了具有危险区域保险装置的材料卷更换机的透视图；

图3a示出了针对自动材料卷装载区域的危险区域保险装置的原理图；

图3b示出了修改后的危险区域保险装置的原理图；

图3c示出了用于针对自动材料卷装载区域的危险区域保险装置的无接触地作用的保护装置的光栅，该危险区域保险装置具有持续激活的、无接触地作用的第二保护装置；

图4示出了针对具有用于将材料卷定位在起始位置中的光电管的自动材料卷装载区域的危险区域保险装置的实施方式的前视图。

具体实施方式

图1示出了针对材料卷更换机02(参见图2)上自动材料卷装载区域01的危险区域保险装置。危险区域保险装置包括无接触地作用的第一保护装置，其设置在入口界线上。此外，如果两侧都可由人员自由进入，需保护的入口界线不仅位于材料卷输入侧，还位于材料卷输入侧的对面。第一保护装置包括两个光束04，其对可由材料卷05或剩余套筒容器穿过的区域进行保护，其中，第一保护装置可被停用来实现驶入和驶出。只要在下面仅讨论要驶入受保护的区域的材料卷05，其都以相同的方式涉及要驶入的剩余套筒容器或无人驾驶的运输工具以及在材料卷05或剩余套筒容器或无人驾驶的运输工具驶出时的反向的移动进程。

为了更换材料卷05可以停用第一保护装置。危险区域保险装置还具有持续激活的、无接触地作用的第二保护装置，用于持续对材料卷05的周围区域进行保护。第二保护装置包括光束07，其具有至最大材料卷直径(可加工的最大材料卷直径)50mm的间距。在材料卷直径较大时，如此实施的第二保护装置被证明为是不利的。

如图2和3a所示，存在较矮的人员可能随材料卷05一起走入材料卷装载装置的受保护的区域的危险且由此可能会通过移动的机器部件或移动的材料卷05受伤。

图3b示出了一种针对自动材料卷装载区域01的危险区域保险装置。危险区域保险装置又包括在入口界线上的无接触地作用的第一保护装置，其具有两个光束04，光束04对可由材料卷05或剩余套筒容器或无人驾驶的运输工具穿过的区域进行保护。为了持续地保护材料卷05周围区域采用持续激活的、无接触地作用的第二保护装置。第二保护装置包括两个光束07，其从位于材料卷05上方的点出发在侧部经过材料卷05引导直至地板附近。由图3b可见，如此实施的保护装置也不能提供足够的保护。由于光束07经过材料卷05几乎延伸至地板，存在光束07被比如在置入材料卷05时在材料卷旁随之走动的人员越过的危险。

图3c示出了一种针对自动材料卷装载区域01的危险区域保险装置。该危险区域保险装置与公知的技术方案不同具有用于在受保护的自动材料卷装载区域01的入口界线上的无接触地作用的保护装置的光栅03。该光栅03可以针对材料卷05或剩余套筒容器或无人驾驶的运输工具的驶入或驶出而停用。此外，设置用于持续地保护材料卷05的周围区域的持续激活的、无接触地作用的第二保护装置，其在下面还将进一步描述。在此要再次明确指出，需保护的入口界线不仅位于材料卷的输入侧也可能位于材料卷输入侧的对面。如果人员可从两侧自由进入，需在两侧安装保护装置。无接触地作用的保护装置结合评价单元通过光栅03保护每个需保护的入口界线。

在所示实施例中，光栅03通过多个相互平行延伸的光束04形成，其均匀地以优选40mm相互间隔且倾斜于水平线延伸。当然还可以选择另一种间距或不同的倾斜度。光束04还可以水平延伸且光栅的表面倾斜于竖直线设置，其中，倾斜度优选为15°。

为光栅03的光束04配设发射器和接收器，其定位在光束04的端点上。光栅03与未示出的评价单元连接。评价单元探测在材料卷05或剩余套筒容器或无人驾驶的运输工具驶入和/示出时中断光束04的顺序且在通过光栅03识别到允许进入受保护的区域的已知的物体时停用危险区域保险装置。

在评价单元中评价是否光栅03的各光束04依次被中断且再次恢复。中断多少单个的光束04或在哪一区域中断光束04无所谓。但不允许各光束04的中断之间的不连续。

与上述内容无关，危险区域保险装置还包括4个用于静音的光电管06、特别是反射光电管06，其中，两个反射光电管06成对地设置在光栅03之前和之后。其被用于在识别到已知的物体、特别是剩余套筒容器时停用光栅03(静音)，由于剩余套筒容器的形状使得光束的中断顺序的评价变得困难。此外，反射光电管06与未示出的评价单元连接。为了进行识别，剩余套筒容器配有反射条带，其对应于反射光电管06的设置定位在剩余套筒容器上。光栅03在识别到剩余套筒容器上的反射条带时静音(关闭)。在剩余套筒容器穿过危险区域保险装置驶过之后，第四反射光电管06不再接收到光束的反射，从而再次激活光栅03。

静音功能可以在无人驾驶的运输工具的情况下以两个反射光电管06实现，这是因为无人驾驶的运输工具不会完全穿过光栅行驶，而是仅一部分驶入材料卷更换机02中，用以卸下材料卷05。第一反射光电管06识别对应于反射光电管06的设置定位在运输工具上的反射条带且关闭光栅03。如果第二反射光电管06在无人驾驶的运输工具向回行驶时不再接收到光束，则再次激活光栅03。

光栅03的两个最上面的光束04保持持续地激活，用以避免在通过光栅03停用危险区域保险装置时人员或物体随材料卷05或剩余套筒容器一起进入材料卷更换机02上的受保护的自动材料卷装载区域中。

持续激活的、无接触地作用的第二保护装置包括至少两个光束07，其垂直于材料卷05的纵向或者说轴向延伸且在材料卷05上方较小间距处交叉且在其进一步延伸中紧靠着经过材料卷05或剩余套筒容器。两个光束07的交叉点优选位于材料卷上边缘的上方仅几厘米、优选小于15cm、特别是小于8cm、优选小于5cm处且光束07在交叉点下方以几毫米、比如小于15mm、特别是小于8mm、优选小于5mm至几厘米的间距经过材料卷05。因此，光束07的上端点位于材料卷05上方，但位于材料卷路径外。下端点位于材料卷上边缘下方、优选位于大于材料卷直径1/2且相当于材料卷直径的大约2/3至3/4的高度上。

从图3c中可见，两个光束07的路线既不允许光束07无意地向上延伸也不允许光束07无意地向下延伸。不过，当人员在大幅度弯腰的状态下移动时可以使光束07向下延伸。

图4示出了针对自动材料卷装载区域01的危险区域保险装置的一个实施方式的前视图。在所示实施例中采用了反射光栅。持续激活的、无接触地作用的第二保护装置针对每个光束07包括一个组合的发射和接收单元08。光束07从对面的反射器09投射回到发射和接收单元08。这种光束引导还可以应用在光栅03的光束04中。在持续激活的第二保护装置和/或在光栅03中当然还可以采用单向光栅(Einweglichtschrank)，在这些单向光栅中发射器和接收器相互面对设置。在可替换的实施方式中，光栅03的所有光束04；07以及持续激活的第二保护装置分别具有刚好一个发射器和一个接收器。在这种情况下，为了引导光束04；07需要多个偏转镜。可以采用发出红外线或可见光的发光二极管或镭射二极管作为发射器以及采用光电晶体管作为接收器。

被证明有利的是，发射和接收单元08以及反射器09的位置可以变化。为此有利的是，使持续激活的第二保护装置配有用于探测材料卷直径的传感器(未示出)。该传感器又可以与调节装置(未示出)连接，该调节装置根据所探测到的材料卷直径实施发射和接收单元08以及反射器09的自动定位。以这种方式可以始终确保光束07的最佳导向。发射和接收单元08以及反射器09的位置当然还可以手动地进行校准。在这种情况下被证明有利的是，在材料卷更换机02上安装相应的刻度尺。

在人员或未被允许的物体与材料卷05或剩余套筒容器一起进入材料卷更换机02上的受保护的自动材料卷装载区域中的情况下，在停用光栅03时至少一个光束07的光路被人员或未被允许的物体中断。这种干扰被接收器探测到且转换成相应的调节信号，该信号引起材料卷更换机02的停机。此外，可以通过警报装置11发出可见和/或听觉上的信号形式的警报。

危险区域保险装置优选还包括4个用于静音的反射光电管06和一个光电管12，光电管设置在材料卷更换机02上的受保护的自动材料卷装载区域内用于将材料卷05定位在起始位置中且与未示出的评价单元连接。来自预存的装载装置中的材料卷05穿过危险区域保险装置和随后的光电管12的探测区域。评价单元识别光电管12的自由状态(Freiwerden)且停止材料卷驱动装置。材料卷05通过材料卷驱动装置向回驶向起始位置，直到光电管12的光束重新被中断。

在所有情况下都可以替代发送和接收单元和反射器由单独的发射器和接收器以及必要时镜子折射、产生和/或接收和/或折射光束。

附图标记列表

01自动材料卷装载区域、材料卷输送区域

02材料卷更换机

03光栅

04光束

05材料卷

06光电管、反射光电管

07光束

08发射和接收装置；发射器；接收器

09反射器；接收器、发射器

10-

11警报装置

12光电管