專利名稱：具有涉及安全的區(qū)域的工業(yè)設(shè)備的制作方法
具有涉及安全的區(qū)域的工業(yè)設(shè)備
本發(fā)明涉及 一 種用于制造或者加工液態(tài)的、熾熱的或者熱的金屬的 工業(yè)設(shè)備，尤其是高爐設(shè)備或者軋機(jī)，在該設(shè)備里，在液態(tài)的或熾熱的 金屬的直接外界形成了涉及安全的區(qū)域，在該區(qū)域里至少局部地不允許 有人。
用于監(jiān)測空間區(qū)域的裝置例如由DE 101 63 534 Al、 DE 102 21 578 Al和DE 10 2004 047022 Al已經(jīng)得知。這里應(yīng)用了傳感器，它們提供 了有關(guān)所監(jiān)測范圍的三維信息。三維CMOS傳感器的原理基于激光器 和電子快門精確地同步?？扉T精確地隨激光脈沖的發(fā)射而打開。極短的 光脈沖照亮障礙物一只要存在一而且反射的光脈沖照到三維CMOS圖 像轉(zhuǎn)換器上。傳感器記錄下延遲時間，該時間被分析作為障礙物的距離 和形狀的尺度。作為發(fā)射器可以應(yīng)用發(fā)光二極管或者激光器。CMOS傳 感器的一個像素可以分別包括一個光電二極管和一個配屬的像素電容， 后者在時間窗口打開時通過光電二極管的照射而放電。
現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備必須這樣來設(shè)計(jì)和運(yùn)動，使得對人員的危險降到最 小。 一般因此將具有高危險傾向的某些設(shè)備區(qū)域進(jìn)行隔離，或者封閉住 進(jìn)入某些區(qū)域的通路。為此可以設(shè)有防護(hù)圍欄或者門。
為了隔離或者控制，在機(jī)器外界或者就在工業(yè)設(shè)備里的有危險區(qū)域 也已知有所謂開關(guān)墊或者也有光學(xué)系統(tǒng)，例如光柵。開關(guān)墊同樣也如同 具有進(jìn)入大門的柵欄那樣結(jié)構(gòu)費(fèi)用高，并且在極端的環(huán)境條件下無法使 用。
本發(fā)明的任務(wù)是在一種具有很強(qiáng)的熱輻射的工業(yè)設(shè)備中，即在用于 制造或者加工液態(tài)的、熾熱的或者熱的金屬的工業(yè)設(shè)備中以結(jié)構(gòu)上簡單 的方式確保和控制涉及安全的區(qū)域。
這個任務(wù)按照本發(fā)明針對開頭所述的工業(yè)設(shè)備通過一種用于上述 涉及安全的區(qū)域的監(jiān)測裝置來解決，該監(jiān)測裝置包括
-探測器單元，該探測器單元檢測由在場的人所發(fā)出的電磁輻射或 者由于在場的人而造成的電磁輻射的消隱，
-分析單元，該分析單元從探測器單元的輸出數(shù)據(jù)識別出是否有人 存在，-與分析單元相接的控制單元，該控制單元當(dāng)涉及安全的區(qū)域里存 在有人時自動地引入一種排除人的存在的行動。
本發(fā)明已經(jīng)認(rèn)識到基于輻射的用于涉及安全的區(qū)域的監(jiān)測裝置在 具有高的熱輻射和紅外輻射的工業(yè)設(shè)備中也能保證所要求的安全性。這 打破了技術(shù)偏見。專業(yè)人員迄今并沒有考慮將這樣的探測器單元用于高 爐設(shè)備或者軋機(jī)。而在那里一如既往地加大沖殳入機(jī)械式接近阻攔。本發(fā) 明的優(yōu)點(diǎn)在于，為保證足夠的人員安全性，無需花費(fèi)大的機(jī)械閉鎖裝置， 如在柵欄等等里的大量的電閉鎖的門。放棄或者減少這樣的防護(hù)柵欄和 /或門在設(shè)備維護(hù)時也具有重大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橛纱诉@些柵欄和門不會阻礙 接近設(shè)備。
探測器單元優(yōu)選基于下述探測器類型中的至少 一種 -運(yùn)動檢測器， -光柵，
-攝像機(jī)或者CCD照相機(jī)， -熱感照相機(jī)，
-由光發(fā)射器和半導(dǎo)體矩陣傳感器所組成的組合，尤其是用CMOS 工藝。
特別優(yōu)選的是，在探測器單元里使用上面所述探測器類型中的至少 兩種的組合，因而可以實(shí)現(xiàn)特別高的安全標(biāo)準(zhǔn)。
除此之外特別有利的是如果在探測器單元里應(yīng)用了具有不同的探 測器維度的探測器原理，例如一維傳感器或者行掃描儀，尤其是光柵， 和/或二維傳感器或者面掃描儀，尤其是光幕或者二維照相機(jī)，和/或三 維傳感器，其尤其包括光傳感器、半導(dǎo)體矩陣傳感器以及延遲時間確定 單元，其中上述半導(dǎo)體矩陣傳感器對于每像素具有用于對反射回的反射 器光進(jìn)行積分的一個電容和一個光電二極管。
按照 一 種特別優(yōu)選的實(shí)施方式，探測器單元設(shè)置用于由涉及安全的 區(qū)域產(chǎn)生圖像并且分析單元對圖像進(jìn)行處理。優(yōu)選在圖像處理時進(jìn)行目 標(biāo)識別或者模式識別，優(yōu)選基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因此可以將人與非人目標(biāo)區(qū) 分開來。
因此除了識別人員危險之外也可以了解到在設(shè)備里，例如車輛的或 者跌下來的零部件的其它意外的或者不尋常的運(yùn)動。
按照一種優(yōu)選的改進(jìn)方案，在工業(yè)設(shè)備里形成了另外至少 一個涉及
5安全的區(qū)域，該區(qū)域在其危險程度方面與之前提到的涉及安全的區(qū)域是 不同的，其中所述另外的涉及安全的區(qū)域可以由監(jiān)測裝置分別地對是否 存在有人進(jìn)行監(jiān)測。所述涉及安全的區(qū)域中的至少一個優(yōu)選具有介于 "最高危險，，和"沒有危險"之間的危險等級。
按照另一種優(yōu)選的改進(jìn)方案，控制單元與設(shè)備控制裝置相連，從而 在識別出人員危險時，可以由設(shè)備控制裝置自動地尤其是實(shí)時地、在線 和/或無需人為中間輸入，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備驅(qū)動器采取降低危險的干預(yù)措施。
特別有利的是干預(yù)措施的強(qiáng)度可以取決于已經(jīng)識別出存在不允許
的人的那個涉及安全的區(qū)域的危險程度來實(shí)現(xiàn)。由此可以有利地使設(shè)備 "平穩(wěn)"地停止，如果在中等危險程度的區(qū)域里探測到有人，對于軋機(jī) 而言其措施例如是首先使軋制速度或者通過速度降低，并且當(dāng)這個人進(jìn) 入到最高危險程度的區(qū)域里時，才使軋制速度或者通過速度降到零，也 就是說使設(shè)備停止。
對于鋼廠或者高爐來說，可以延遲和/或完全中斷出鋼作為對進(jìn)入人
員的反應(yīng)。
工業(yè)設(shè)備同樣也優(yōu)選地具有輸入裝置用于通過調(diào)度室的操作人員 來確定封鎖區(qū)域。對于操作人員來說因此可以靈活地，例如在中等危險 程度的區(qū)域之內(nèi)規(guī)定區(qū)域，即所謂封鎖區(qū)域，這個區(qū)域暫時具有較高的 或者最高的危險等級，例如因?yàn)樵谶@個區(qū)域里具有高的危險程度的機(jī)器 暫時地停止了。
以下根據(jù)附圖
對于按照本發(fā)明的工業(yè)設(shè)備的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。 唯一的附圖作為工業(yè)設(shè)備l簡略表示出了連鑄設(shè)備，它具有熱軋軋機(jī)。
本發(fā)明也可以應(yīng)用在一種冷軋軋機(jī)中，在那里鋼的溫度例如高于IO(TC。 液態(tài)金屬2，例如鐵，通過漏斗式結(jié)晶器3和轉(zhuǎn)向輥從垂直的進(jìn)給 方向轉(zhuǎn)變成水平的進(jìn)給方向。在水平面上，還是熾熱的鋼帶6當(dāng)它在感 應(yīng)爐7中加熱8之后，經(jīng)過多個軋機(jī)機(jī)座5 。
圍繞著工業(yè)設(shè)備1的連鑄區(qū)域和軋制區(qū)域形成多個涉及安全的區(qū)域 Bl、 B2、 B3，它們通過監(jiān)測裝置分別單獨(dú)地進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測的目的是 確定哪個過程在相應(yīng)的區(qū)域B1、 B2、 B3里發(fā)生以及尤其是在相應(yīng)的 區(qū)域B1、 B2、 B3里是否未經(jīng)許可進(jìn)入了人員，這個人在這個區(qū)域里可 能會進(jìn)到不允許的危險。涉及安全的區(qū)域包括安全的區(qū)域B3、不很危 險的區(qū)域B2和很危險的區(qū)域B1。監(jiān)測裝置，尤其用于涉及安全的區(qū)域B1和B2，包括具有多個不同 探測器的探測器單元。這些探測器是CCD照相機(jī)或者攝像機(jī)10，它產(chǎn) 生所監(jiān)測的區(qū)域的二維圖像(投影)；此外還是一種三維圖像傳感器， 它具有由光發(fā)射器和直接鄰接光發(fā)射器布置的半導(dǎo)體矩陣傳感器所組 成的組合12;此外還是一種運(yùn)動一企測器14和一種光柵16A、 16B 運(yùn)動 檢測器14例如基于所謂的熱電效應(yīng)。光柵可以用可見光或者不可見光 工作 作為三維傳感器例如采用一種按CMOS工藝的半導(dǎo)體矩陣傳感 器，正如它例如在DE 10 2004 047022 A1、DE 101 63 534 Al或者DE 102 21 578 Al中所描述的那樣。
通過這些不同探測器類型和探測器原理的共同作用，對于無線地或 者有線地接收所述探測器的輸出數(shù)據(jù)的分析單元22來說，特別可靠地 可以識別出涉及安全的區(qū)域B1和B2里是否存在人，并且例如區(qū)分出由 于來自連鑄區(qū)域或軋制區(qū)域的干擾輻射所產(chǎn)生的假象。為了進(jìn)一步確保 人員探測過程，在分析單元22里除此之外借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對于由探測 器單元所產(chǎn)生的圖像進(jìn)行目標(biāo)識別和模式識別。
不同的涉及安全的區(qū)域B1、 B2可以根據(jù)圖像按如下措施單獨(dú)地進(jìn) 行監(jiān)測對于每個區(qū)域都設(shè)有單獨(dú)的照相機(jī)或者單獨(dú)的矩陣探測器，也 就是說，不同的區(qū)域B1、 B2通過配屬的探測器的各自的檢測錐來規(guī)定 和確定。區(qū)域B1、 B2備選地可以由共同的探測器，優(yōu)選由三維傳感器， 共同監(jiān)測，其中可以在分析側(cè)借助由探測器所提供的位置數(shù)據(jù)來區(qū)分不 期望的人在區(qū)域B1里還是在B2里。
在從功能上后置于分析單元22的控制單元24中，如果探測到在危 及安全的區(qū)域B1或B2里有不期望的人，那就引入一種排除人的存在的 行動。這可能是首先例如在短時間里通過光或聲音信號，例如借助于 揚(yáng)聲器26警告這個人。在較高的升級等級中，控制單元24直接從功能 上作用于設(shè)備控制裝置30,該裝置30與分析單元22和控制單元24 — 起布置在工業(yè)設(shè)備l的調(diào)度室20里。如果在短時的聲音警告時間之后， 人員還是在危險區(qū)域B1或B2里，那就使軋機(jī)機(jī)組5停止或者降低通過 速度。這種過程不需要操作人員的干預(yù)。
尤其是在通過三維傳感器監(jiān)測這些涉及安全的區(qū)域B1、 B2時，特 別有利的是在調(diào)度室20里的操作人員可以通過輸入裝置40來規(guī)定封的封鎖區(qū)域V因此例如可以短期地被分級成區(qū)域B1的危險程度，也就 是說，如果有人進(jìn)入封鎖區(qū)域V,那么立即會引起最高的升級等級的行 動，例如使軋機(jī)立即停機(jī)。
按照一種方案，作為照相機(jī)應(yīng)用了一種熱感照相機(jī)，因此其優(yōu)點(diǎn)在 于不僅可以識別出在不期望區(qū)域里的人員，而且可以了解到在工業(yè)設(shè) 備中其它的不尋常的溫度變化情況，例如，如果在不期望的位置上流出 了液態(tài)的金屬或者高溫的鐵零件掉落下來。
權(quán)利要求
1. 用于制造或加工液態(tài)的、熾熱的或者熱的金屬(2，6)的工業(yè)設(shè)備(1)，尤其是高爐設(shè)備或者軋機(jī)，在該設(shè)備里，直接在液態(tài)或熾熱的金屬(2)外界形成涉及安全的區(qū)域(B1)，在該區(qū)域里至少有時不允許有人，其特征在于用于上述涉及安全的區(qū)域的監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置包括-探測器單元(10，12，14，16A，16B)，該探測器單元檢測由在場的人所發(fā)出的電磁輻射或者由于在場的人而造成的電磁輻射的消隱，-分析單元(22)，該分析單元從探測器單元(10，12，14，16A，16B)的輸出數(shù)據(jù)識別出是否有人存在，-與分析單元(22)相接的控制單元(24)，該控制單元當(dāng)涉及安全的區(qū)域(B1)里存在有人時自動地引入一種排除人的存在的行動。
2. 按權(quán)利要求1所述的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，探測器單元(10, 12, 14, 16A, 16B)基于以下探測器類型中的至少一種并優(yōu)選基于至少 兩種的組合-運(yùn)動檢測器(14),-光柵(16A， 16B),-攝像機(jī)(10 )或CCD照相機(jī)-熱感照相機(jī)，-由光發(fā)射器和半導(dǎo)體矩陣傳感器所組成的組合(12),尤其是按 CMOS工藝。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，探測器單元(10, 12, 14， 16A, 16B)基于以下探測器類型中的至少一種并優(yōu)選基于多種 的組合- 一維傳感器或者行掃描儀，尤其是光柵(16A, 16B)-二維傳感器或者面掃描儀，尤其是光幕或者二維照相機(jī)，-三維傳感器，尤其包括光發(fā)射器、半導(dǎo)體矩陣傳感器和延遲時間確定單元，其中上述半導(dǎo)體矩陣傳感器對于每像素具有用于對反射回的反射器光進(jìn)行積分的一個電容和一個光電二極管。
4. 按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的工業(yè)設(shè)備(1 )，其特征在于， 探測器單元(IO, 12)由涉及安全的區(qū)域(Bl )產(chǎn)生圖像；而且分析單 元(22)進(jìn)行圖像處理。
5. 按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的工業(yè)設(shè)備(1 ),其特征在于，所述圖像處理進(jìn)行目標(biāo)識別或模式識別，優(yōu)選基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而可以 將人與非人目標(biāo)區(qū)分開。
6. 按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的工業(yè)設(shè)備(1 ),其特征在于， 為了確保涉及安全的區(qū)域(B1),無需防護(hù)柵欄或者防護(hù)圍欄；或者為 保證足夠的或者規(guī)定的安全性，與不設(shè)監(jiān)測裝置相比，只需更少的防護(hù) 柵欄或者防護(hù)圍欄。
7. 按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的工業(yè)設(shè)備(1 )，其特征在于， 形成了另外至少一個涉及安全的區(qū)域(B2， B3)，其在危險程度方面與 首次提到的涉及安全的區(qū)域(Bl )不同；而且所述另外的涉及安全的區(qū) 域(B2, B3)能夠由監(jiān)測裝置分開地監(jiān)測是否存在有人。
8. 按權(quán)利要求7所述的工業(yè)設(shè)備(1 ),其特征在于，上述涉及安 全的區(qū)域中的至少一個(B2)具有介于"最高危險"和"沒有危險"之 間的危險等級。
9. 按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的工業(yè)設(shè)備(1 )，其特征在于， 控制單元(24)與設(shè)備控制裝置(30)連接，從而在識別出有危險的人 時可以由設(shè)備控制裝置(30)自動地，尤其是實(shí)時地，對設(shè)備驅(qū)動器采 取降低危險的干預(yù)措施。
10. 按權(quán)利要求8和9所述的工業(yè)設(shè)備(1 )，其特征在于，干預(yù)措 施的強(qiáng)度取決于已經(jīng)識別出不允許人存在的那個涉及安全的區(qū)域(B1 、 B2, B3)的危險程度來實(shí)施。
11. 按權(quán)利要求9或10所述的工業(yè)設(shè)備(1 ),其特征在于，對于機(jī)組(5 )。
12. 按權(quán)利要求9或IO所述的工業(yè)設(shè)備，其特征在于，對于鋼廠或 者高爐而言，上迷干預(yù)措施包括延遲和/或中斷出鋼。
13. 按權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的工業(yè)設(shè)備(1 ),其特征在 于輸入裝置(40)，用于通過調(diào)度室(20)的操作人員來規(guī)定封鎖區(qū)域(V)。
全文摘要
在用來制造或加工液態(tài)的，熾熱的或者熱的金屬(2，6)的工業(yè)設(shè)備(1)中，尤其是在高爐設(shè)備中或者軋機(jī)里，在液態(tài)的或者熾熱的金屬的直接外界形成涉及安全的部件(B1、B2)，在該區(qū)域里至少有時不允許有人。為了監(jiān)測這個區(qū)域設(shè)有探測器單元(10，12，14，16A，16B)，它檢測由到場的人所發(fā)出的電磁輻射或者由于在場的人而造成的電磁輻射的消隱。此外有分析單元(22)，它由探測器單元(10，12，14，16A，16B)的輸出數(shù)據(jù)識別出是否有人存在，還設(shè)有與分析單元(22)連接的單元(24)，其在涉及安全的區(qū)域(B1)里有人時自動地引入一種排除人的存在的行動。通過形成多個具有不同危險等級的涉及安全的區(qū)域(B1、B2，B2)，可以使工業(yè)設(shè)備(1)平緩地停止。
文檔編號C21B7/00GK101490283SQ200780027200
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者M·托馬西克 申請人:西門子公司