ES2355643T3 - Dispositivo de seguridad para una máquina. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de seguridad para una máquina (10), en el que un primer componente de máquina (14) ejecuta un movimiento de trabajo (20) en contra de un segundo componente de máquina (16), teniendo el primer componente de máquina (14) un borde (22) extendido en sentido del movimiento que define un plano de movimiento (24), con un transmisor de luz (26), un receptor de luz (28) y una unidad de evaluación (32), estando al menos el receptor de luz (28) acoplado con el primer componente de máquina (14), de modo que en el movimiento de trabajo (20) del primer componente de máquina (14) marcha avanzado respecto del borde (22), pudiendo el transmisor de luz (26) generar un rayo luminoso (30) predominantemente paralelo al borde (22) y que ilumina el receptor de luz (28), presentando el receptor de luz (28) un sensor de imagen (62) con un sinnúmero de pixeles (64) para registrar una imagen de resolución espacial del rayo luminoso (30), y estando la unidad de evaluación (32) configurada con el propósito de generar una señal de salida (42) en función de la imagen de resolución espacial, presentando el transmisor de luz (26) para la generación de un rayo luminoso (30) una fuente de luz (48) con una radiación preponderantemente incoherente, y presentando el receptor de luz (28) una óptica de imágenes (66) con un punto focal (68) y un diafragma (70) dispuesto, aproximadamente, en el punto focal (68), caracterizado porque el diafragma (70) tiene un diámetro interior libre (d) menor que 1 mm, estando la unidad de evaluación (32) configurada para detectar curvas características de intensidad (94, 96) en la imagen de resolución espacial monótonamente ascendente o descendente a través de un sinnúmero de pixeles adyacentes, y detectar puntos de inflexión (100) en las curvas características de intensidad (94, 96) para determinar una posición de borde de objetos (76) que penetran el rayo luminoso (30).

Description

La presente invención se refiere a un dispositivo de seguridad para una máquina, en el que un primer componente de máquina ejecuta un movimiento de trabajo en contra de un segundo componente de máquina, teniendo el primer componente de máquina un borde extendido en sentido del movimiento que define un plano de 5 movimiento, con un transmisor de luz, un receptor de luz y una unidad de evaluación, estando al menos el receptor de luz acoplado con el primer componente de máquina, de modo que en el movimiento de trabajo del primer componente de máquina marcha avanzado respecto del borde, pudiendo el transmisor de luz generar un rayo luminoso predominantemente paralelo al borde y que ilumina el receptor de luz, presentando el receptor de luz un sensor de imagen con un sinnúmero de pixeles para registrar una imagen de resolución espacial del haz luminoso, y 10 estando la unidad de evaluación configurada con el propósito de generar una señal de salida en función de la imagen de resolución espacial, presentando el transmisor de luz para la generación de un rayo luminoso una fuente de luz con una radiación preponderantemente incoherente, y presentando el receptor de luz una óptica de imágenes con un punto focal y un diafragma dispuesto, aproximadamente, en el punto focal.

Un dispositivo de seguridad de este tipo se conoce por el documento DE 103 27 388 A1. 15

El dispositivo de seguridad conocido presenta una unidad de transmisión, un medio de proyección y una cámara, que todos juntos están fijados a una herramienta superior y, por lo tanto, acompañan a esta en su movimiento de trabajo. En este caso, la unidad transmisora se compone, preferentemente, de uno o más láseres. La cámara presenta una disposición plana con elementos fotosensibles, por ejemplo, elementos CCD o elementos CMOS. La unidad transmisora genera un haz de rayos luminosos de proyección paralelos al borde inferior de la 20 herramienta superior, definiendo los rayos luminosos de proyección una zona de protección que se conecta al borde inferior de la herramienta superior. Los rayos luminosos de proyección se reproducen sobre el medio de proyección, por lo cual se genera sobre el mismo un diagrama de proyección. Dicho diagrama de proyección es registrado por la cámara. La evaluación de la información de imagen generada mediante la cámara se realiza en una unidad de evaluación, concretamente según el método de comparación con imágenes referenciales. Si en dicha comparación 25 se determina una desviación del diagrama de proyección actual detectado por la cámara de una imagen de referencia, se detecta la intervención de un objeto en la zona de protección y se produce una señal de comprobación de objeto, hecho que determina la desactivación de la máquina. Por lo demás, mediante la evaluación de la información de imagen se ha previsto registrar la distancia al borde de la herramienta superior de un objeto introducido en la zona de protección. Sin embargo, la determinación de la posición de un objeto respecto del borde 30 no ha sido tematizada.

El documento DE 103 27 388 A1, si bien da a conocer un transmisor de luz de tipo genérico, no da explícitamente a conocer que dicho transmisor de luz presenta una fuente de luz mediante la que se genera una radiación preponderantemente incoherente. Por lo demás, el documento DE 103 27 388 A1 da a conocer el uso de una cámara, sin embargo, en este caso, no da a conocer explícitamente que dicha cámara presenta una óptica de 35 imágenes con un punto focal y un diafragma, en el que el diafragma está dispuesto, aproximadamente, en el punto focal.

Por el documento DE 10 2004 020 024 A1 se conoce otro dispositivo de seguridad. Dicho dispositivo de seguridad posee un transmisor de luz que presenta como fuente de luz una óptica de transmisión y un LED o diodo láser. La óptica de transmisión expande la luz de la fuente de luz para formar un rayo luminoso. Dicho rayo luminoso 40 ilumina un receptor de luz con un sensor de imagen. Por lo tanto, el transmisor de luz y el receptor de luz forman una barrera fotoeléctrica que monitorea una zona de protección en el borde inferior avanzado de una herramienta superior de una prensa dobladora. Dicha barrera fotoeléctrica acompaña el movimiento de trabajo de la herramienta superior, para detectar la intervención peligrosa de un objeto en el recorrido de trabajo de la herramienta superior. En cuanto se detecta una intervención en la zona de protección, el dispositivo de seguridad conocido emite señales 45 que producen la desconexión de la prensa dobladora. Además de ello, el dispositivo de seguridad descrito en el documento DE 10 2004 020 024 A1 pretende estar en condiciones de determinar valores de medición referidos a diferentes zonas de una pieza de trabajo o herramienta. Dichos valores de medición se supone que son determinados mediante la silueta que genera la pieza de trabajo o la herramienta sobre los elementos sensibles a la luz (pixeles) del sensor de imagen. 50

Con el propósito de determinar los valores de medición, el documento DE 10 2004 020 024 A1 propone definir determinados pixeles del sensor de imagen como ventanas de medición que se desplazan hacia donde se encuentran reproducidas zonas de silueta de un contorno preferentemente rectilíneo. Dado el caso, las ventanas de medición se supone que acompañan el curso del proceso de doblado. No obstante, la documentación no describe el modo real en que son determinados los valores de medición. La definición de ventanas de medición especiales 55 permite suponer que el algoritmo previsto es complejo e calculatoriamente intensivo, de modo que en el margen de los tiempos de medición disponibles sólo es realizable dentro de zonas de imagen relativamente pequeñas, o sea, dentro de las ventanas de medición. No obstante, primero debe determinarse su posición y tamaño, lo que requiere un despliegue calculatorio adicional. Consecuentemente, la determinación de valores de medición referidos a distintas zonas de piezas de trabajo o herramientas trascurre con el procedimiento descrito no sin problemas. 60

El solicitante del documento DE 10 2004 020 024 A1, o sea la firma Sick AG, 79183 Waldkirch, Alemania ofrece, además, un dispositivo de seguridad del tipo indicado al comienzo bajo la denominación V4000. El dispositivo de seguridad V4000 está descrito en un manual de instrucciones de uso correspondiente de la firma Sick AG. Allí, sin embargo, no se encuentra indicación alguna de que el dispositivo de seguridad V4000 posee, realmente, la capacidad de determinar valores de medición referidos a diferentes zonas de pieza de trabajo o 5 herramienta. El sistema V4000 se utiliza "solamente" como dispositivo de seguridad para proteger una prensa dobladora o una máquina similar.

Con este antecedente, la presente invención tiene el objetivo de indicar un dispositivo de seguridad del tipo descrito al comienzo, en el que de manera sencilla, rápida y con gran precisión es posible determinar valores de medición referidos a la orientación, posición y/o tamaño de piezas de trabajo o herramientas. 10

Dicho objetivo es conseguido según un aspecto de la presente invención mediante el hecho de que el diafragma tiene un diámetro interior libre menor que 1 mm, estando la unidad de evaluación configurada para detectar curvas características de intensidad en la imagen de resolución espacial monótonamente ascendente o descendente a través de un sinnúmero de pixeles adyacentes, y detectar puntos de inflexión en las curvas características de intensidad para determinar una posición de borde de objetos que penetran en el rayo luminoso. 15

Se denomina coherencia la propiedad de la luz (u otras ondas) de mantener sobre un intervalo mayor espacial y/o temporal una relación de fase definida. Dos o más ondas se consideran, justamente, coherentes cuando pueden generar fenómenos de interferencia predominantemente invariables a lo largo del tiempo. La coherencia es particularmente marcada en la luz generada por láseres. Con otras palabras, los láseres son fuentes de luz que en términos de la presente invención producen una radiación preponderantemente coherente y, por consiguiente, 20 deben ser evitados. Contrariamente, las fuentes de luz no láser generan, por regla general, una radiación incoherente en términos de la presente invención.

Por consiguiente, de conformidad con la presente invención, en un dispositivo de seguridad del tipo indicado al comienzo se evita un láser como fuente de luz para el transmisor de luz. En el documento DE 10 2004 020 024 A1 esta idea ha sido tomada, en principio, en consideración como cosa aparte, indicando un LED como fuente de luz 25 para el transmisor de luz. Sin embargo, el documento DE 10 2004 020 024 se limita a la sola mención de un LED en el margen de una enumeración. En la realización práctica, el solicitante del documento DE 10 2004 020 024 A1 ha usado, contrariamente a la presente invención, un diodo láser que produce, ampliamente, una luz coherente. Prima facie, ello incluso aparece como plausible y corresponde a la opinión prevaleciente en este área de especialización, porque la luz de láser, gracias a su radiación coherente y característicamente muy concentrada promete una 30 reproducción nítida de zonas de piezas de trabajo o herramientas sobre el sensor de imagen y, consecuentemente, siluetas nítidas. Ello, por su parte, permite esperar que se pueda detectar y medir con gran precisión la posición de un borde de las zonas de piezas de trabajo o herramientas.

Sin embargo, las investigaciones del presente solicitante han mostrado que el uso de luz de láser coherente es más bien desventajoso para la medición de zonas de piezas de trabajo o herramientas en la silueta del rayo 35 luminoso, debido a que los fenómenos de interferencia de la luz de láser provocan sobre el sensor de imagen curvas características de señales muy difíciles de evaluar. Correspondientemente, la determinación de valores de medición es costosa y complicada.

Sorpresivamente, el uso de luz incoherente, hasta cierto punto difusa o "poco nítida" se ha demostrado como esencialmente más ventajosa, aún cuando las siluetas mismas son más bien menos nítidas que en el uso de una luz 40 de láser fuertemente concentrada. Sin embargo, dicha desventaja puede compensarse con ayuda de una óptica de imágenes en el lado de recepción y convertirse, incluso, en una ventaja. Dicha óptica de imágenes presenta un punto focal y un diafragma, estando el diafragma dispuesto, aproximadamente, en el punto focal.

La consecuencia de dicha óptica de imágenes es que al sensor de imagen le llegan, prácticamente, sólo aquellos rayos luminosos que inciden paralelos al eje óptico. Otros rayos luminosos prácticamente no llegan al 45 sensor de imagen. Adicionalmente, los rayos luminosos incidentes experimentan difracciones en los bordes del diafragma, es decir, son desviados de su dirección. Con ello es válido lo siguiente: Cuanto más pequeño es el diafragma, tanto más marcado es dicho efecto. Como resultado de la difracción, la silueta es reproducida distribuida sobre múltiples pixeles adyacentes del sensor de imagen. No obstante, gracias a la luz incoherente y a la limitación sobre los rayos paralelos ello se produce virtualmente sin fenómenos de interferencia. En otras palabras, el uso de 50 luz incoherente y el uso de la óptica de imágenes descrita resulta en una curva característica de intensidad sobre el sensor de imagen, que presenta una zona de transición "gris" relativamente ancha entre la silueta oscura de la zona de pieza de trabajo o herramienta y el rayo luminoso no obturado.

Según la presente invención, el diafragma tiene un diámetro interior libre menor que 1 mm. Estas aberturas de diafragma pequeñas producen fuertes efectos de difracción, con el resultado de que la gradiente de la curva 55 característica de intensidad en la zona de un borde claro-oscuro se torna relativamente llana. Cuanta más pequeña es la abertura de diafragma, tanto menor es la gradiente de la curva característica de intensidad. Una gradiente reducida tiene por consecuencia que la curva característica de intensidad es reproducida sobre un sinnúmero de pixeles adyacentes. Correspondientemente, para modelar matemáticamente la curva característica de intensidad

existen a disposición muchos puntos de interpolación. Además, en el margen de la presente invención una curva característica de intensidad llana tiene la ventaja adicional de que diferentes errores de píxeles tienen una influencia nula o insignificante sobre la precisión de la medición.

En la presente invención, para determinar la posición del borde de objetos que se introducen en el rayo luminoso, la unidad de evaluación está configurada para detectar curvas características de intensidad en la imagen 5 de resolución espacial monótonamente ascendente o descendente a través de un sinnúmero de pixeles adyacentes y detectar puntos de inflexión en las curvas características de intensidad. Por lo tanto, hay a disposición un algoritmo muy sencillo para medir zonas de piezas de trabajo o herramientas. La detección de curvas características de intensidad de este tipo puede realizarse en forma relativamente sencilla y rápida por medio de la comparación de los valores de intensidad o de los medios tonos en los pixeles adyacentes respectivos. Además, la curva característica 10 de intensidad detectada puede evaluarse muy rápidamente en un paso subsiguiente, para determinar con alta precisión la ubicación del borde claro-oscuro de una pieza de trabajo o herramienta.

La detección de puntos de inflexión en las curvas características de intensidad puede realizarse de manera relativamente sencilla y rápida, formando la primera y segunda derivación de la curva característica de intensidad. Además de ello, ha quedado demostrado que la posición de un punto de inflexión en una curva característica de 15 intensidad de este tipo es una buena representación de la posición verdadera del borde claro-oscuro. Consecuentemente, la posición de un borde claro-oscuro puede determinarse con alta precisión, determinando como valor de medición de la orientación del borde claro-oscuro el punto de inflexión en la curva característica de intensidad.

Prima facie, tal imagen poco nítida del borde claro-oscuro de suyo nítido pareciera ser desventajosa cuando 20 se quiere medir de modo lo más exacto posible la posición del borde claro-oscuro. Sin embargo, sorpresivamente se ha demostrado que la curva característica de intensidad "poco nítida" puede ser evaluada de manera relativamente sencilla y que la ubicación del borde puede ser determinada con mucha precisión, por que la curva característica de intensidad resultante puede ser modelada matemáticamente de manera relativamente sencilla. Por lo tanto, pese a la imagen poco nítida es posible una determinación muy precisa de la posición real del borde claro-oscuro. Una 25 manera de proceder preferente con dicho propósito se describe más adelante.

En total, el nuevo dispositivo de seguridad permite, consecuentemente, una determinación sorprendentemente sencilla y, además, muy precisa de valores de medición, representativos para la ubicación de un borde de una pieza de trabajo o herramienta dentro del alcance visual del receptor de luz. El algoritmo sencillo puede ser procesado muy rápidamente. Por lo tanto, el objetivo indicado anteriormente se ha conseguido 30 plenamente.

En una configuración preferente, la fuente de luz genera una radiación por medio de una repartición de intensidad espectral plana.

En dicha configuración, la fuente de luz genera una radiación luminosa "policromática" con un número virtualmente ilimitado de longitudes de onda. En un modelo de fabricación preferente se usa como fuente de luz un 35 así denominado LED de potencia, cuyo espectro principal está situado en longitudes de onda de 520 a 550 nm, aproximadamente, estando también, sin embargo, representadas longitudes de onda fuera de dicha zona espectral. Es particularmente preferente cuando la repartición de intensidad espectral de la fuente de luz es de forma gaussiana. Una fuente de luz de este tipo genera en la zona de los bordes claros-oscuros, en combinación con una óptica de reproducción, una curva de señales muy uniforme y ampliamente simétrica, monótonamente ascendente o 40 monótonamente descendente. Por lo tanto, la ubicación y la posición de un borde claro-oscuro pueden determinarse de manera particularmente sencilla por medio del uso de una fuente de luz de este tipo. En relación a esto, es particularmente preferente el uso de un LED de potencia con un rendimiento lumínico de 30 lm/W o mayor.

En otra configuración, el transmisor de luz presenta una lente colectora para concentrar la radiación de la fuente de luz. 45

En dicha configuración, la fuente de luz tiene un lóbulo de radiación con un primer ángulo de abertura al menos paralelo al plano del movimiento, y el rayo luminoso tiene un segundo ángulo de abertura (paralelo al plano del movimiento), siendo el segundo ángulo de abertura sustancialmente menor que el primer ángulo de abertura. En un modelo de fabricación preferente, la fuente de luz posee, por ejemplo, un lóbulo de radiación con un ángulo de abertura de 100 a 120º, aproximadamente, mientras que el ángulo de abertura del rayo luminoso es de un orden de 50 magnitud de 1º o menos, aproximadamente. O sea, la lente colectora concentra la radiación luminosa de la fuente de luz, mientras los sistemas conocidos según el estado actual de la técnica usan continuamente lentes en las que el rayo luminoso de la fuente de luz es expandido. La configuración preferente simplifica aún más la determinación de las posiciones de medición en bordes, por que la cantidad de luz existente es concentrada para iluminar el receptor de luz y, de este modo, se dispone para la evaluación de mayores diferencias claro-oscuro. 55

En otra configuración, el diafragma de la óptica de imágenes tiene en el receptor de luz un diámetro interior libre que es menor que 500 µm, aproximadamente, y aún más preferentemente menor que 150 µm. En un modelo de fabricación particularmente preferente se usa un diafragma con un diámetro interior de 75 µm.

Dicha configuración es ventajosa, por que dichas aberturas de diafragma particularmente pequeñas generan efectos de difracción particularmente importantes, por lo cual el gradiente de la curva característica de intensidad resulta particularmente plana en la zona de un borde claro-oscuro. Por lo tanto, la curva característica de intensidad es reproducida sobre un número particularmente grande de pixeles adyacentes, por lo cual se encuentran a disposición un número particularmente grande de puntos de interpolación y se consigue un resultado particularmente 5 bueno con una modelación matemática de la curva característica de intensidad.

En otra configuración, cuando es interrumpida una zona definida del rayo luminoso, la unidad de evaluación está configurada para generar una señal de desconexión a prueba de errores.

En dicha configuración, el dispositivo de seguridad es a prueba de errores en el sentido de las categorías 3 o 4 de la Norma Europea EN 954-1 o en el sentido de normas comparables como, por ejemplo, la IEC61508. En 10 modelos de fabricación preferentes, para realizar dicha seguridad a prueba de errores, la unidad de evaluación está configurada de manera redundante con una pluralidad de canales. Dicha configuración es ventajosa para el uso del dispositivo de seguridad para proteger una máquina, por que le facilitan al constructor de la máquina cumplir con las necesidades de seguridad correspondientes.

En una configuración preferente, la unidad de evaluación detecta las curvas características de intensidad 15 monótonamente ascendentes o monótonamente descendentes mediante una pluralidad de al menos cuatro pixeles adyacentes. Aún más preferente es una detección de curvas características de intensidad de este tipo por medio de 6 u 8 pixeles adyacentes. En un modelo de fabricación particularmente preferente, para la detección de curvas características de intensidad se evalúan, en cada caso, aproximadamente diez pixeles adyacentes.

En otra configuración, el transmisor de luz genera el rayo luminoso con una intensidad definida variable en el 20 tiempo.

En dicha configuración, el rayo luminoso del transmisor de luz es modulado en el tiempo. La modulación representa un componente de señal que puede ser evaluado del lado receptor para, por ejemplo, diferenciar el rayo luminoso de influencias luminosas extrañas. Dicha configuración permite, por lo tanto, una mayor seguridad funcional y seguridad al fallo del nuevo dispositivo de seguridad. 25

En otra configuración, el sensor de imagen tiene una curva característica de transductor que es, al menos aproximadamente, logarítmica.

La curva característica del transductor en términos de esta configuración describe la relación funcional de las señales de salida eléctricas del sensor de imagen (corrientes y/o tensiones eléctricas) como una función de la intensidad de radiación de la luz incidente. Un sensor de imagen con una curva característica del transductor 30 aproximadamente logarítmica es capaz de procesar mediante una medición de gran precisión grandes diferencias de intensidad de la luz incidente. Consecuentemente, un sensor de imagen de este tipo es particularmente ventajoso para un dispositivo de seguridad de la presente clase, en el que el sensor de imagen es iluminado directamente por un rayo luminoso y en el que son detectadas y medidas las siluetas de objetos que cubren, al menos en parte, el rayo luminoso. 35

Se entiende que las características nombradas anteriormente y las que se explicarán a continuación pueden ser aplicadas no sólo en la combinación indicada en cada caso, sino también en otras combinaciones o en forma individual, sin abandonar el margen de la presente invención.

En el dibujo se presentan modelos de fabricación de la invención y se explican en detalle mediante la descripción siguiente. Presentan: 40

La figura 1, una prensa dobladora con un modelo de fabricación del nuevo dispositivo de seguridad,

la figura 2, una representación simplificada de un modelo de fabricación preferente del nuevo dispositivo de seguridad,

la figura 3, una repartición de intensidad espectral de la fuente de luz del dispositivo de seguridad según la figura 2, a diferencia de la repartición de intensidad espectral de una fuente de luz de láser, 45

la figura 4, una representación simplificada de la imagen registrada por medio del sensor de imagen del dispositivo de seguridad de la figura 2, cuando la herramienta superior de la prensa dobladora de la figura 1 se encuentra al inicio del movimiento de trabajo,

la figura 5, una representación similar a la de la figura 4, encontrándose la herramienta superior en el punto de inversión inferior, 50

la figura 6, dos curvas características de intensidad que representan un borde claro-oscuro en el alcance visual del receptor de luz del dispositivo de seguridad de la figura 2,

la figura 7, tres curvas características de intensidad como resultado de la comparación con la figura 6 con una fuente de luz de láser, y

la figura 8, una representación simplificada de la curva característica logarítmica del transductor de un sensor de imagen preferente para el dispositivo de seguridad de la figura 2.

En la figura 1 se presenta una prensa dobladora 10 en la que se usa un dispositivo de seguridad 12 según un 5 modelo de fabricación de la presente invención para prevenir lesiones a personas operadoras en el proceso de trabajo de la prensa dobladora 10. La prensa dobladora 10 posee una herramienta superior 14 y una herramienta inferior 16. La herramienta inferior 16 presenta, característicamente, en perfil de sección transversal (figura 5) una cavidad, de modo que forma una matriz en la que la herramienta superior 14 puede penetrar para conformar la pieza de trabajo 18. El movimiento de trabajo de la herramienta superior 14 se indica en la figura 1 con la cifra referencial 10 20.

La herramienta superior 14 tiene un borde 22 avanzado (figura 4) que, debido al movimiento de trabajo 20, define un plano de movimiento 24. Cada intervención de un objeto en el plano de movimiento 24 como, por ejemplo, la intervención de la mano del operador, representa una situación de riesgo, particularmente cuando la herramienta superior 14 ya se ha aproximado cerca a la herramienta inferior 16. El dispositivo de seguridad 12 tiene el propósito 15 de detectar tales intervenciones en la zona del borde avanzado 22 para, en función de ello detener el movimiento de trabajo de la prensa dobladora 10.

No obstante, el presente dispositivo de seguridad no sólo puede ser usado para proteger prensas dobladoras como la que se presenta en la figura 1. El dispositivo de seguridad de conformidad con la presente invención también puede aplicarse en máquinas de estampado, máquinas de corte o cualquier otra máquina, preferentemente 20 estacionaria, en la que un primer componente de máquina realiza un movimiento contra un segundo componente de máquina. La invención tampoco está limitada a los casos de aplicación en los que se mueve solamente un componente de máquina. El dispositivo de seguridad de conformidad con la presente invención puede, igualmente, usarse en máquinas en las que se mueven varios componentes de máquina en forma relativa entre sí.

El dispositivo de seguridad 12 comprende un transmisor de luz 26 y un receptor de luz 28 que, en este caso, 25 se encuentran fijados en la prensa dobladora a la derecha e izquierda de la herramienta superior 14. El transmisor de luz 26 y el receptor de luz 28 están acoplados a la herramienta superior 14 de modo tal, que acompañan el movimiento de trabajo 20 de la herramienta superior 14. En este proceso, el transmisor de luz 26 genera un haz luminoso 30, paralelo al borde avanzado 22 de la herramienta superior 14 e ilumina el receptor de luz 28. Correspondientemente, el transmisor de luz 26 y el receptor de luz 28 forman, hasta cierto punto, una barrera 30 fotoeléctrica, que protege la zona espacial delante y alrededor del borde 22 de la herramienta superior 14.

El modelo de fabricación mostrado en la figura 1 en el que tanto el transmisor de luz 26 como también el receptor de luz 28 acompañan el movimiento de trabajo de la herramienta superior 14, es preferente desde el punto de vista actual. Sin embargo, el transmisor de luz 26 puede estar dispuesto rígido cuando, por ejemplo, genera una faja luminosa o un plano luminoso extendido paralelo al plano de movimiento 24. En principio, el receptor de luz 35 podría ser estacionario, en tanto sea capaz de registrar una imagen del haz de luz 30 en todos los puntos relevantes en el curso de un movimiento de trabajo de la herramienta superior 14. Sin embargo, ello con un sensor de imagen no es posible de realizar o sólo lo es de manera extremadamente cara con las tecnologías disponibles en la actualidad, por lo cual desde el punto de vista actual es preferente la variante acompañante.

Pertenece al dispositivo de seguridad 12, además, una unidad de evaluación, representada en la figura 1 con 40 la cifra referencial 32. La unidad de evaluación 32 puede estar dispuesta separada del transmisor de luz 26 y del receptor de luz 28. Alternativamente a ello, la unidad de evaluación 32 puede estar integrada parcial o totalmente en el transmisor de luz 26 y/o en el receptor de luz 28. En ambos casos, la unidad de evaluación 32 se utiliza para activar el transmisor de luz 26 (en caso de ser necesario) y evaluar las imágenes registradas con el receptor de luz 28 para, en función de ello, detener el movimiento de trabajo 20 de la herramienta superior 14. Además de ello, la 45 unidad de evaluación 32 permite en un modelo de fabricación de la invención medir la orientación y las dimensiones de diferentes zonas de piezas de trabajo o de herramientas, lo que a continuación se explica en detalle.

En los modelos de fabricación preferentes, la unidad de evaluación 32 está configurada redundante de una pluralidad de canales. Ello se presenta en la figura 1 mediante dos procesadores 34a, 34b, que pueden controlarse recíprocamente e intercambiar sus resultados del procesamiento. En modelos de fabricación particularmente 50 preferentes, los procesadores 34a, 34b son diversitarios, es decir, se trata de procesadores diferentes para reducir la probabilidad de un error simultáneo.

Cada uno de los procesadores 34a, 34b procesa un programa de evaluación y de control guardado en las respectivas áreas de memoria 36a, 36b.

Con la cifra referencial 38 de designa una unidad de interfaz con cuya ayuda los procesadores 34a, 34b 55 almacenan señales de entrada en entradas 40 y emiten señales de salida en salidas 42. En el modelo de fabricación preferente, los procesadores 34a, 34b generan, entre otros, una señal de salida a prueba de errores y, preferentemente, redundante, con cuya ayuda es detenido el movimiento de trabajo 20 de la herramienta superior 14

cuando se detecta una intervención peligrosa en la zona por debajo del borde avanzado 22. Además, en otras salidas pueden disponerse datos de medición representativos para la posición, ubicación y/o tamaño de una zona de pieza de trabajo o herramienta.

Característicamente, la prensa dobladora 10 tiene, además, en forma adicional a la unidad de evaluación 32, un control operacional que controla la secuencia operacional "normal". En principio, dicho control puede estar 5 combinado con la unidad de evaluación 32. Sin embargo, desde el punto de vista actual, es preferente cuando la unidad de evaluación 32 está realizada separada del control operacional (aquí no mostrado) de la prensa dobladora 10.

La figura 2 presenta la estructura fundamental del dispositivo de seguridad 12. El transmisor de luz 26 posee una fuente de luz 48 que, en un modelo de fabricación especialmente preferente, es un así denominado LED de 10 potencia con un rendimiento lumínico de 70 lm/W, aproximadamente. Sin embargo, fundamentalmente, podría tratarse también de una lámpara incandescente u otra fuente de luz que genere una radiación luminosa al menos predominantemente incoherente.

La fuente de luz 48 tiene, en este caso, un lóbulo de radiación 50 con un ángulo de abertura 52 de 100 a 120º, aproximadamente (en un plano paralelo al plano de movimiento 24). La fuente de luz 48 está instalada en una 15 carcasa 54, cerrada hacia el frente por medio de una lente 56. La lente 56 es una lente colectora (aquí como lente escalonada de Fresnel) que concentra la radiación luminosa de la fuente de luz 48 hasta que el rayo luminoso 30 saliente presente un ángulo de abertura 58 que, en el modelo de fabricación preferente, es de solamente 1º o menor.

En modelos de fabricación preferentes, la fuente de luz 48 genera un rayo luminoso 30 con una variación temporal definida que, en el receptor de luz 28 o bien en la unidad de evaluación 32, es evaluada como una 20 expectativa definida, para suprimir influencias de luz extrañas.

El receptor de luz 28 posee una segunda carcasa 60, en la que se encuentra dispuesto un sensor de imagen 62 con un sinnúmero pixeles 64. Se trata, preferentemente, de un sensor de imagen con una disposición de tipo matricial de pixeles, tal como se presenta en las figuras 4 y 5. En un modelo de fabricación preferente, el sensor de imagen 62 es un sensor de imagen CMOS con una curva característica logarítmica de transductor 102, como se 25 presenta en forma simplificada en la figura 8. Los sensores de imagen de este tipo son ofrecidos, por ejemplo, por el Institut für Mikroelektronik Stuttgart de Stuttgart, Alemania bajo la marca HDRC®.

El receptor de luz 28 posee, además, una óptica de imágenes 66 con un punto focal 68 sobre el que está dispuesto el diafragma de apertura 70. En un modelo de fabricación preferente, el diámetro interior libre d de la lente es de 70, aproximadamente 75 µm. Las aberturas de diafragma aún más pequeñas serían ventajosas para generar 30 sobre el sensor de imagen 62 curvas características de intensidad de bordes claros-oscuros todavía más homogéneas, debiendo, sin embargo, atravesar la lente una cierta cantidad mínima de luz. Fundamentalmente, cuando se acepta una degradación correspondiente de las curvas características de intensidad también se podrían usar aberturas de diafragma algo mayores. Un orden de magnitud entre 50 µm y 150 µm, aproximadamente, ha demostrado ser particularmente conveniente. El eje óptico de la óptica de imágenes 66 está designado en la figura 2 35 con la cifra referencial 72.

Con la cifra referencial 76 se designa un objeto que penetra el haz luminoso 30 y presenta un borde anterior 78. En la zona del borde anterior 78 resulta un borde claro-oscuro que produce una curva característica de intensidad correspondiente en la imagen registrada con ayuda del sensor de imagen 62. La zona de silueta generada por el objeto 76 se designa en la figura 2 con la cifra referencial 80 y, en este caso, se presenta sólo de 40 manera simplificada.

En la cifra referencial 76', el objeto 76 se presenta en una segunda posición, en la que la distancia al receptor de luz 28 es mayor que en la cifra referencial 76. Ello es significativo con respecto a las curvas características de intensidad resultantes en el sensor de imagen 62.

La figura 3 es una representación simplificada de la repartición de intensidad espectral 84 de la fuente de luz 45 48. En los modelos de fabricación preferentes, la repartición de intensidad 84 es, ampliamente, continua y, aproximadamente de tipo gaussiano. A comparación con ello, se presenta con la cifra referencial 88, en forma simplificada, una repartición de intensidad de una fuente de luz de láser.

En un modelo de fabricación preferente, la repartición de intensidad espectral de la fuente de luz 48 cubre un espectro de 520 a 550 nm, aproximadamente, siendo el máximo de 535 nm, aproximadamente. A comparación con 50 ello, el espectro 88 de la fuente de luz de láser cubre solamente una zona ubicada de forma virtualmente lineal a una longitud de onda de, por ejemplo, 535 nm. Sin embargo, la radiación luminosa de la fuente de luz 48 preferente cubre no solamente un intervalo espectral más amplio que una fuente de luz de láser, sino que los diferentes componentes del rayo tampoco presentan una relación de fase fija, para conseguir una luz lo más incoherente posible. 55

La figura 4 presenta un sensor de imagen 62 con la imagen del rayo luminoso 30, que en la silueta contiene el borde inferior 22 de la herramienta superior 14 y los objetos 76, 76'. En un modelo de fabricación preferente se

encuentra definida un área protegida 90 por debajo del borde 22. El área protegida 90 se compone de un sinnúmero de pixeles sobre los que se reproduce debajo del borde 22 la zona del rayo luminoso 30. En un modelo de fabricación preferente, el movimiento de trabajo de la herramienta superior 14 sólo es detenido cuando un objeto 76' penetra el área protegida 90, mientras que un objeto 76, que no penetra el área protegida 90 no produce una detención del movimiento de trabajo 20. El tamaño y posición del área protegida 90 pueden ser ajustados en forma 5 variable gracias al sinnúmero de pixeles 64 y, por ejemplo, pueden ser adaptados a la velocidad de trabajo de la herramienta superior 14 y al trayecto de marcha en inercia relacionado.

La figura 4 presenta una imagen del rayo luminoso 30, cuando la herramienta superior 14 todavía se encuentra, relativamente, muy arriba. Contrariamente, en la figura 5 se presenta una imagen después que la herramienta superior 14 ha penetrado la matriz 16 y doblada la pieza de trabajo 18. Correspondientemente, en la 10 silueta puede verse no sólo la herramienta superior 14, sino también la matriz 16 y la pieza de trabajo 18.

En la cifra referencial 92 se presentan flechas que indican un sentido de búsqueda preferente, a lo largo del que son explorados los pixeles 64 del sensor de imagen 62 respecto de curvas características de intensidad monótonamente ascendentes o monótonamente descendentes. Dos curvas características de intensidad de este tipo se presentan, a modo de ejemplo, en la figura 6 y están designadas con las cifras referenciales 94, 96. La 15 representación está normalizada de tal modo, que el borde claro-oscuro se encuentra en la ordenada 98. Con otras palabras, en la representación normalizada de la figura 6, un borde claro-oscuro nítido se encuentra en la línea perpendicular 98. La zona a la izquierda de la línea perpendicular 98 es la zona oscura, la zona a la derecha de la línea 98 es la zona clara con valores de intensidad respectivamente elevados. Sobre la abscisa se indican los pixeles del sensor de imagen 62 a lo largo del sentido de búsqueda 92. 20

La representación de la figura 6 presenta curvas características de intensidad calculados mediante una herramienta de simulación. Metrológicamente, se consiguen curvas que están interferidas por ruidos y otras perturbaciones de señales. En tal sentido, las curvas características de intensidad reales no son tan ideales como las que se presentan en la figura 6. Sin embargo, también en curvas características detectadas metrológicamente existe la curva característica fundamental. 25

Como puede verse en la representación de la figura 6, las curvas características de intensidad 94, 96 no son, por lejos, tan pronunciadas que lo que cabría suponer de un borde claro-oscuro nítido, lo que, más que nada, es debido a los efectos de difracción en la abertura de diafragma 70. Cuanto menor es el diámetro interior del diafragma 70, tanto más marcados son los efectos de difracción y tanto más planas son las curvas características de intensidad 94, 96. 30

Ambas curvas características de intensidad 94, 96 proceden de diferentes distancias entre el objeto 76 o 76' y el receptor de luz 28. Con otras palabras, se producen gradientes levemente diferentes de las curvas características de intensidad 94, 96, en función de cuán alejado del sensor de imagen 62 está el borde del objeto. Sin embargo, las diferencias son pequeñas (y son menores con una abertura de diafragma crecientemente más pequeña) y la forma fundamental de la curva es idéntica a las curvas características de intensidad 94, 96. Se trata en ambos casos de 35 curvas características monótonamente ascendentes en bordes oscuros-claros y de curvas características de intensidad monótonamente descendentes en bordes claros-oscuros. Gracias a los gradientes reducidos, las curvas características de intensidad 94, 96 son reproducidas sobre un sinnúmero de pixeles adyacentes. En el presente caso, la zona de transición de las curvas características de intensidad 94, 96 interesantes se extiende sobre, aproximadamente, diez a doce pixeles adyacentes que, en tal sentido, pueden ser evaluados como puntos de 40 interpolación de una función que modula las curvas características de intensidad 94, 96. Debido al comportamiento constante monótono y la restricción de los valores máximos (completamente oscuro, máxima claridad) cada una de dichas curvas características tiene un punto de inflexión 100, cuya posición es una medida muy exacta de la posición del borde del objeto (presuponiendo una calibración correspondiente de la óptica de imágenes 66 y del sensor de imagen 62). Consecuentemente, en modelos de fabricación preferentes del nuevo dispositivo de 45 seguridad se produce una búsqueda de curvas características de intensidad 94, 96 monótonamente constantes y, para determinar la posición de un borde de objeto 78, se identifican los puntos de inflexión 100 de dichas curvas características de intensidad. Ello puede realizarse de manera relativamente sencilla y rápida con ayuda de los procesadores 34, determinando una función que mejor se ajusta mediante los valores de intensidad de los pixeles adyacentes y, a continuación, determinando la primera y segunda derivación de dicha función que mejor se ajusta. 50

Cuando se detecta la posición de un sinnúmero de bordes de objeto de la pieza de trabajo 18, es posible determinar la posición, forma y tamaño de la pieza de trabajo 18. Por ejemplo, dicho procedimiento puede ser usado para determinar metrológicamente el ángulo de doblado de la pieza de trabajo 18 después del proceso de doblado. Además, es posible verificar si una herramienta superior 14 prevista ha sido sujetada a la prensa 10 o si está insertada una pieza de trabajo 18 cuyo espesor es demasiado grande o demasiado pequeño. Los valores de 55 medición de este tipo se usan, ventajosamente, para prevenir una operación defectuosa o peligrosa de la prensa 10.

Al efecto de una comparación, la figura 7 presenta curvas características de intensidad (también calculadas) normalizadas de un dispositivo de seguridad similar en el que, sin embargo, se ha adoptado una fuente de luz de láser en vez del LED de potencia preferente. Se presentan tres curvas características que resultan cuando un objeto

76 con un borde de objeto 78 es sostenido dentro del rayo luminoso 30 a tres distancias diferentes del receptor de luz 28.

Primeramente, se ve que las curvas características de intensidad presentan grandes fluctuaciones, atribuibles a efectos de difracción. En este caso, en la representación de la figura 7 se tomaron en cuenta solamente los efectos de difracción que se producen en la abertura del diafragma. No se tomaron en cuenta los efectos de difracción 5 superpuestos que pueden presentarse en el borde 78 mismo. En total, las curvas características resultantes por el uso de una fuente de luz coherente son aún más complicadas y, consecuentemente, más difíciles de evaluar. Además, puede verse que las curvas características de intensidad están fuertemente desplazadas en función de la distancia entre el objeto y el receptor de luz, lo que dificulta aún más la determinación de la posición exacta del borde de objeto 78. 10

En modelos de fabricación preferentes, el nuevo dispositivo de seguridad no está restringido a ventanas de medición especiales, es decir, la imagen del rayo luminoso 30 con la silueta de posibles objetos es evaluada, preferentemente, sobre toda el área para determinar la posición de bordes claros-oscuros.

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo de seguridad para una máquina (10), en el que un primer componente de máquina (14) ejecuta un movimiento de trabajo (20) en contra de un segundo componente de máquina (16), teniendo el primer componente de máquina (14) un borde (22) extendido en sentido del movimiento que define un plano de movimiento (24), con un transmisor de luz (26), un receptor de luz (28) y una unidad de evaluación (32), estando al menos el receptor de luz (28) acoplado con el primer componente de máquina (14), de modo que en el movimiento de trabajo 5 (20) del primer componente de máquina (14) marcha avanzado respecto del borde (22), pudiendo el transmisor de luz (26) generar un rayo luminoso (30) predominantemente paralelo al borde (22) y que ilumina el receptor de luz (28), presentando el receptor de luz (28) un sensor de imagen (62) con un sinnúmero de pixeles (64) para registrar una imagen de resolución espacial del rayo luminoso (30), y estando la unidad de evaluación (32) configurada con el propósito de generar una señal de salida (42) en función de la imagen de resolución espacial, presentando el 10 transmisor de luz (26) para la generación de un rayo luminoso (30) una fuente de luz (48) con una radiación preponderantemente incoherente, y presentando el receptor de luz (28) una óptica de imágenes (66) con un punto focal (68) y un diafragma (70) dispuesto, aproximadamente, en el punto focal (68), caracterizado porque el diafragma (70) tiene un diámetro interior libre (d) menor que 1 mm, estando la unidad de evaluación (32) configurada para detectar curvas características de intensidad (94, 96) en la imagen de resolución espacial monótonamente 15 ascendente o descendente a través de un sinnúmero de pixeles adyacentes, y detectar puntos de inflexión (100) en las curvas características de intensidad (94, 96) para determinar una posición de borde de objetos (76) que penetran el rayo luminoso (30).
2. 2. Dispositivo de seguridad según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de luz (48) genera una radiación por medio de una repartición de intensidad espectral (84) plana. 20
3. 3. Dispositivo de seguridad según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el transmisor de luz (26) presenta una lente colectora (56) para concentrar la radiación de la fuente de luz (48).
4. 4. Dispositivo de seguridad según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el diámetro interior (d) es menor que 500 µm, preferentemente, menor que 150 µm.
5. 5. Dispositivo de seguridad según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la unidad de evaluación 25 (32) está configurada para generar una señal de desconexión (42) a prueba de errores cuando es interrumpida una zona definida (90) del rayo de luz (30).
6. 6. Dispositivo de seguridad según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el transmisor de luz (26) genera el rayo luminoso (30) con una intensidad definida variable en el tiempo.
7. 7. Dispositivo de seguridad según un de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sensor de 30 imagen (62) posee una curva característica de transductor (102) que es, al menos aproximadamente, logarítmica.