專利名稱：紅外安全系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及工業(yè)控制系統(tǒng)，更具體的涉及將電磁能投影到區(qū)域中以便確定在所述區(qū)域中人或者物體的侵入的系統(tǒng)和方法學(xué)，其中所述確定是基于電磁能中斷的檢測(cè)。
背景技術(shù)：
許多安全系統(tǒng)依據(jù)如下原則操作首先確定什么類型的物體在區(qū)域中，然后可能在確定后禁止一些裝置。例如，紅外安全領(lǐng)域的許多系統(tǒng)利用結(jié)合圖像再經(jīng)由象素光譜能量、密度和/或閾值來(lái)分析所述結(jié)合圖像的技術(shù)。其他技術(shù)包括測(cè)量熱性能；測(cè)量活動(dòng)表面(反射率、平滑度等)；和用于確定位置的技術(shù)。下面提供一些采用一個(gè)或多個(gè)上述技術(shù)的現(xiàn)有實(shí)施方案的簡(jiǎn)要描述和示例。
一個(gè)示例包括遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于患者位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其可以報(bào)告患者一天一天地調(diào)整以及個(gè)別處理期間行動(dòng)的變化。這種類型的系統(tǒng)特別包括(a)用于向患者實(shí)施輻射的輻射源；(b)附加給患者用于反射沖擊到其上的輻射的目標(biāo)；(c)兩個(gè)攝象機(jī)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，用于檢測(cè)反射輻射，并用于確定目標(biāo)在三維空間中的當(dāng)前位置；(d)用于存儲(chǔ)目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；(e)所述計(jì)算機(jī)同樣提供將目標(biāo)的當(dāng)前位置和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的位置進(jìn)行比較的服務(wù)；以及(f)只要當(dāng)前位置與存儲(chǔ)位置之間的差別超過(guò)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的容許偏差就顯示的顯示器。這種類型的系統(tǒng)采用用于確定人的位置的反射輻射。
另一個(gè)示例包括用于檢測(cè)人或其他運(yùn)動(dòng)實(shí)體在選取空間的存在和/或移動(dòng)的系統(tǒng)。檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)來(lái)自空間的反射光或者其他輻射來(lái)完成，當(dāng)已檢測(cè)輻射不同于已建立的背景時(shí)，高于或者低于，則通過(guò)超過(guò)預(yù)定閾值的數(shù)量來(lái)表示其存在。通過(guò)從與不同背景至少兩個(gè)不同角度觀察實(shí)體避免實(shí)體與背景的混合，例如通過(guò)使用兩個(gè)空間檢測(cè)器，當(dāng)接收到持續(xù)選擇在最后移動(dòng)指示后的時(shí)間周期的當(dāng)前指示時(shí)，背景中的變化自動(dòng)補(bǔ)償。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)背景更新為當(dāng)前級(jí)別。通過(guò)光輻射，光源構(gòu)造為充分照射整個(gè)空間，且通過(guò)提供帶通濾波器避免通過(guò)周圍輻射的檢測(cè)器的飽和度，所述帶通濾波器只以窄重疊波長(zhǎng)帶寬傳送輻射源和檢測(cè)器的輻射。這個(gè)類型的系統(tǒng)通過(guò)分析來(lái)自空間的反射輻射操作，其中檢測(cè)反射輻射種中的區(qū)別。
仍是在另一個(gè)示例中，系統(tǒng)包括具有兩個(gè)用于向檢測(cè)者觀察實(shí)況的攝像機(jī)的紅外檢測(cè)器。所述攝像機(jī)將實(shí)況集中在各自的象素陣列上。一個(gè)陣列用濾波器設(shè)計(jì)以感測(cè)0.8至1.4微米的光，而其他攝像機(jī)的陣列用濾波器設(shè)計(jì)以感測(cè)1.4微米至2.2微米。陣列相對(duì)于觀察的實(shí)況和象素傳輸動(dòng)力學(xué)進(jìn)行空間和時(shí)間的聯(lián)合設(shè)計(jì)。來(lái)自兩個(gè)陣列的象素光譜能區(qū)別加權(quán)并合并為一組象素。合并象素設(shè)置另一組象素閾值為具有一個(gè)二值——黑或者白。這些象素進(jìn)入視覺(jué)顯示，示出如果人在觀察實(shí)況的分段圖象。這種類型系統(tǒng)使用分析閾象素相關(guān)的光譜密度的處理技術(shù)。
另一個(gè)系統(tǒng)包括用于檢測(cè)諸如司機(jī)或兒童座位的物體的攝象機(jī)設(shè)備，所述司機(jī)和兒童座位位于車輛座位的上面或者前面。所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生任何在那個(gè)位置的物體的圖像，同樣包括例如紅外光源的電磁波源。能源操作上創(chuàng)建的圖像存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)中，而非操作能源創(chuàng)建的圖像存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)中。接著減去存儲(chǔ)圖像，且減法圖像中的任何物體都是通過(guò)圖像處理識(shí)別的。物體的位置也會(huì)確定并用于禁止或修改安全設(shè)備的操作，所述安全設(shè)備例如交通工具中的安全氣囊。這個(gè)類型的系統(tǒng)通過(guò)圖像的數(shù)字減法識(shí)別物體，所述圖像采自于源極照明前或后。
雖然上述系統(tǒng)提供多種應(yīng)用服務(wù)，但是這些系統(tǒng)經(jīng)歷來(lái)自物體的反射輻射必需首先由檢測(cè)器接收，然后處理以便于做出關(guān)于物體的確定或者識(shí)別。這些類型的分析可傾向于依靠物體反射、物體的速度、以及其他與物體變量相關(guān)的因素的差錯(cuò)。
發(fā)明概要下面介紹本發(fā)明的簡(jiǎn)要概要以便于提供對(duì)本發(fā)明的一些基本了解。這個(gè)概要并不是本發(fā)明廣義的綜述。只想既不標(biāo)識(shí)本發(fā)明關(guān)鍵或重要性元件也不描繪本發(fā)明的區(qū)域。唯一的目的是以簡(jiǎn)要的形式介紹本發(fā)明的一些概念，作為下面給出的更詳細(xì)的描述的序言。
本發(fā)明涉及將電磁能投影到一個(gè)區(qū)域(或者多個(gè)區(qū)域)中，以便于確定在所述區(qū)域的人或者物體的侵入的系統(tǒng)和方法學(xué)。所述確定基于檢測(cè)中斷是否發(fā)生在區(qū)域中，作為反對(duì)必定識(shí)別實(shí)際上什么進(jìn)入了所述區(qū)域。因而，可以以直接、可靠、經(jīng)濟(jì)且高堅(jiān)固方式做出侵入的指示，通過(guò)檢測(cè)能源缺少而不是努力分解或者計(jì)算圖像內(nèi)的項(xiàng)目。檢測(cè)后，使用輸出設(shè)備禁止在區(qū)域內(nèi)或者附近操作的設(shè)備，以便于保護(hù)已經(jīng)進(jìn)入所述區(qū)域的人或物體。同樣，發(fā)出或紀(jì)錄進(jìn)一步分析指示已經(jīng)發(fā)生侵入的通知。
在一個(gè)方面，一個(gè)或者多個(gè)投影器將電磁能(例如紅外光譜圖像)指引到設(shè)計(jì)為安全或者可靠地帶的區(qū)域或者區(qū)域中。一臺(tái)或者多臺(tái)攝象機(jī)或者數(shù)字檢測(cè)器記錄當(dāng)只有允許物體(或者沒(méi)有物體)在所述區(qū)域中的期間中、來(lái)自激勵(lì)區(qū)域的圖像。例如，設(shè)計(jì)作為安全地帶的空間可包含零或多個(gè)正常占有這樣的空間的物體。接著由處理器存儲(chǔ)來(lái)自空間內(nèi)允許項(xiàng)目(或者沒(méi)有項(xiàng)目)的空間的捕獲圖像。隨著時(shí)間的推移，處理器和檢測(cè)器以預(yù)定時(shí)間間隔捕獲來(lái)自空間的當(dāng)前圖像。
捕獲圖像后，處理器將當(dāng)前圖像與包含允許項(xiàng)目的預(yù)先存儲(chǔ)圖像進(jìn)行比較。如果發(fā)生了侵入，那么就封鎖或者屏蔽由檢測(cè)器接收的能源部分，以防止通過(guò)侵入裝置或人到達(dá)檢測(cè)器。因而，進(jìn)行圖像比較(例如圖像的數(shù)字減法)后，處理器檢測(cè)當(dāng)前圖像中的陰影(例如未激勵(lì)象素)，其中這樣的檢測(cè)可接著觸發(fā)進(jìn)一步動(dòng)作。例如，如果檢測(cè)到陰影或者能源阻塞，那么可以禁止危險(xiǎn)裝置或者觸發(fā)其他事件，例如發(fā)出聲音警告。其他方面包括用于檢測(cè)與存儲(chǔ)圖像不同的多攝象機(jī)的使用，其中通過(guò)任何可以觸發(fā)進(jìn)一步動(dòng)作的攝象機(jī)檢測(cè)所述不同。同樣，可以使用用于檢測(cè)其中的物體或人的區(qū)域的三維再現(xiàn)的多攝象機(jī)配置。
詳細(xì)給出確定本發(fā)明說(shuō)明性的方面的以下描述和附圖。這些方面是指示性的，但是可以使用本發(fā)明原則中的一些不同途徑，而且本發(fā)明意圖包括所有這些方面和它們的等效物。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，從本發(fā)明的下列詳細(xì)描述中本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和新的特征會(huì)變得顯而易見(jiàn)。
附圖概述

圖1是示意性框圖，說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的自動(dòng)安全系統(tǒng)。
圖2是示意圖，說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的示例檢測(cè)系統(tǒng)。
圖3是說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的空白地帶中投影圖像的圖。
圖4說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的障礙地帶中投影圖像。
圖5說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的區(qū)域的多個(gè)地帶和形狀。
圖6說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的檢測(cè)器的集成設(shè)計(jì)。
圖7說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的電測(cè)器的模塊化設(shè)計(jì)。
圖8說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的投影角度。
圖9說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的的檢測(cè)方法學(xué)。
圖10說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面、用于確定3D圖像的輪廓的可選擇的檢測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制器環(huán)境中、促進(jìn)空間區(qū)域內(nèi)的自動(dòng)侵入檢測(cè)的系統(tǒng)和方法學(xué)。提供一種自動(dòng)安全系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)投影器，用于將電磁能指引到與安全、警告或者可靠地帶相關(guān)的空間區(qū)域中。一臺(tái)或者多臺(tái)檢測(cè)器，用于檢測(cè)進(jìn)入所述空間的物體或人引起的電磁能在空間區(qū)域中的中斷。所述系統(tǒng)包括處理器和存儲(chǔ)組件，其中處理器通過(guò)將來(lái)自檢測(cè)器的當(dāng)前圖像與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)組件中的圖像進(jìn)行比較來(lái)確定中斷。依據(jù)所述檢測(cè)，處理器觸發(fā)基于所述比較的事件，所述事件借此包括這些方面，例如激活輸出、斷開(kāi)機(jī)器、發(fā)出聲音警告、發(fā)出報(bào)警、存儲(chǔ)與事件相關(guān)的數(shù)據(jù)、以及向本地或遠(yuǎn)程系統(tǒng)發(fā)送通知。處理器和相關(guān)投影器/檢測(cè)器可以投影/構(gòu)造二維圖像或者三維圖像，以便于確定中斷。
值得注意的是，如在這個(gè)應(yīng)用中使用的，例如“組件”、“模塊”、“系統(tǒng)”等的術(shù)語(yǔ)是想要參照計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)體，而不是硬件、硬件和軟件的組合、軟件、或者象用于工業(yè)控制的自動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行軟件。例如，一個(gè)組件可以是，但并不限制于，在處理器上運(yùn)行的過(guò)程、處理器、物體、可執(zhí)行的、執(zhí)行線程、程序和計(jì)算機(jī)。經(jīng)由說(shuō)明，服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用程序和服務(wù)器都可以是組件。一個(gè)或者多個(gè)組件可以駐留在執(zhí)行過(guò)程和/或線程中，而且組件可以定位在一臺(tái)計(jì)算機(jī)、和/或兩臺(tái)或者更多計(jì)算機(jī)(例如經(jīng)由計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)包和信號(hào))的分布式、工業(yè)控制器、和/或與此通信的模塊中。
先參考圖1，系統(tǒng)100說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的自動(dòng)安全系統(tǒng)。所述系統(tǒng)100包括一個(gè)或者多個(gè)投影器110，其將電磁能120(例如紅外光譜圖像)指引到指定為安全或者可靠地帶的范圍或區(qū)域130?？偟膩?lái)說(shuō)，選擇紅外輻射或者能源120是因?yàn)檫@個(gè)類型的輻射對(duì)人類眼睛是不可見(jiàn)的。然而應(yīng)當(dāng)理解的是，可能使用其他頻率例如可見(jiàn)頻率。一臺(tái)或者多臺(tái)攝象機(jī)或者數(shù)字檢測(cè)器140記錄當(dāng)區(qū)域中只有允許物體(或者沒(méi)有物體)時(shí)的期間內(nèi)、來(lái)自激勵(lì)區(qū)域130的圖像150。例如，區(qū)域130可以分配為包含零個(gè)或多個(gè)正常地占有區(qū)域的物體的安全地帶。接著處理器160存儲(chǔ)將來(lái)自區(qū)域130中允許項(xiàng)目(或者沒(méi)有項(xiàng)目)的空間的捕獲圖像150，所述處理器160具有相關(guān)存儲(chǔ)器組件和各自的處理器支持組件。隨著事件的推移，處理器160和檢測(cè)器140以預(yù)定時(shí)間間隔(例如10或20赫茲間隔)捕獲來(lái)自區(qū)域130的當(dāng)前圖像150。
在捕獲當(dāng)前圖像150后，處理器160將當(dāng)前圖像與預(yù)先存儲(chǔ)圖像進(jìn)行比較，所述預(yù)先存儲(chǔ)圖像包含允許項(xiàng)目。如果在區(qū)域130中發(fā)生侵入，則從由侵入設(shè)備或者人到達(dá)檢測(cè)器140中阻塞或者屏蔽由檢測(cè)器140接收到的能源部分。值得注意的是，來(lái)自任何方向的對(duì)180所示的區(qū)域130的侵入都會(huì)發(fā)生(例如上、下、左、右，來(lái)自角度等)。因而，在圖像比較后(例如圖像的數(shù)字減法)，處理器160檢測(cè)當(dāng)前圖像150中的陰影(例如沒(méi)有激勵(lì)或者變亮的象素)，其中這樣的檢測(cè)會(huì)接著觸發(fā)進(jìn)一步動(dòng)作。例如，如果檢測(cè)到陰影或者能源阻塞，那么會(huì)禁止危險(xiǎn)的設(shè)備，或者在170處理器160會(huì)觸發(fā)其他事件，例如發(fā)出聲音警告或發(fā)出通知(例如電子消息，電子郵件)。同樣注意的是，可以在處理器160中設(shè)立閾值，以做出侵入的確定(例如三個(gè)以上具有低返回能源的象素，激發(fā)事件)。
所述系統(tǒng)100可以在不同的應(yīng)用中使用，所述應(yīng)用被設(shè)計(jì)為促進(jìn)在工業(yè)環(huán)境中安全。在一個(gè)方面，系統(tǒng)100可以被作為應(yīng)用的目標(biāo)紅外安全攝象機(jī)使用，在所述應(yīng)用中，機(jī)器或設(shè)備可以在其生產(chǎn)周期的任何位置被停止。這個(gè)可以包括經(jīng)由事件170的機(jī)器停止，所述事件170可以觸發(fā)輸出設(shè)備，例如繼電器。系統(tǒng)100典型的不會(huì)在運(yùn)行終了時(shí)間或者應(yīng)用周期結(jié)束的安全設(shè)備。安全應(yīng)用(例如，當(dāng)檢測(cè)入侵時(shí)哪里的機(jī)器停止了)的示例包括機(jī)器人單元(焊接、裝配)、封裝機(jī)器、大型機(jī)器入口、例如在鑄造廠的熱存儲(chǔ)等等。這個(gè)系統(tǒng)100同樣可以應(yīng)用到下列工業(yè)示例自動(dòng)工業(yè)焊接機(jī)器人裝配電池傳輸線普通工業(yè)封裝存儲(chǔ)和檢索處理系統(tǒng)輸送系統(tǒng)鋼鐵工業(yè)熱存儲(chǔ)灰塵環(huán)境涉及機(jī)器/人的可靠性或者安全性的其他工業(yè)其他示例應(yīng)用包括用于檢測(cè)與存儲(chǔ)圖像的區(qū)別的多攝象機(jī)的使用，其中通過(guò)任何攝象機(jī)都可檢測(cè)出的區(qū)別會(huì)觸發(fā)進(jìn)一步動(dòng)作。同樣，多攝象機(jī)配置可用作檢測(cè)其中的物體或人的區(qū)域的三維再現(xiàn)。下面更詳細(xì)的描述這些應(yīng)用。
現(xiàn)在參考圖2，依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面說(shuō)明示例檢測(cè)系統(tǒng)200。系統(tǒng)200包括紅外安全攝象機(jī)210，其提供兩個(gè)驅(qū)動(dòng)安全繼電器230的PNP安全輸出220，所述繼電器230具有相關(guān)觸點(diǎn)240。通過(guò)移動(dòng)部件和存儲(chǔ)能源，紅外安全攝象機(jī)220可以設(shè)計(jì)為保護(hù)人和機(jī)器避免事故。紅外安全攝象機(jī)220可以是安全系統(tǒng)200的一部分，其中紅外安全攝象機(jī)具有現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備的功能，而諸如安全繼電器230和接觸器240的其他部分在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后被用作禁止設(shè)備。
在一個(gè)實(shí)施例中，紅外安全攝象機(jī)210包括一個(gè)紅外信號(hào)投影器、兩個(gè)紅外攝象機(jī)、安全處理器、用于處理器的軟件以及兩個(gè)安全輸出220。如果期望的話，投影器和各自的攝象機(jī)可以裝配在房屋中(例如各自的攝象機(jī)在投影器的任意側(cè))，而且處理器和安全輸出220可以構(gòu)造在相同的房屋中。投影器將圖案投影到表面，(十字形、條紋形、和其他圖案)，借此其不期望表面是平滑的。典型地，攝象機(jī)瞄準(zhǔn)象圖案投影的相同區(qū)域，借此各自的攝象機(jī)通常設(shè)置在稍微不同的角度。
下面說(shuō)明系統(tǒng)200的示例操作，雖然還提供其他操作。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)攝象機(jī)都具有機(jī)器安裝時(shí)獲得的存儲(chǔ)圖片。將以規(guī)則的時(shí)間間隔(例如10Hz)獲得的當(dāng)前圖片或者圖像與存儲(chǔ)圖片或者圖像進(jìn)行比較。當(dāng)一臺(tái)攝象機(jī)檢測(cè)到與存儲(chǔ)圖片不同時(shí)，其與活動(dòng)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行比較以轉(zhuǎn)換輸出230的狀態(tài)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，3D起伏一改變攝象機(jī)就結(jié)合當(dāng)前圖片并形成3D起伏，處理器確定危險(xiǎn)地帶(和激光掃描儀一樣)內(nèi)是否有更換發(fā)生，如果發(fā)生，則更換紅外安全攝象機(jī)210的輸出220的狀態(tài)。
下列方面說(shuō)明紅外安全攝象機(jī)210的不同特征圖案通過(guò)投影正軌圖案可以把這個(gè)看作檢測(cè)分辨率的形式，而不是獲得圖形并依靠象素的密度。如果物體例如胳膊、腿等進(jìn)入圖案投影的地帶，那么會(huì)在投影前的場(chǎng)所創(chuàng)建陰影(見(jiàn)下面的圖3和4)。接著攝象機(jī)檢測(cè)陰影或者遮斷。例如，如果表面的圖案是例如40mm(最小可檢測(cè)物體尺寸50mm)，這會(huì)被觀測(cè)作為遵照EN61496的肢狀物檢測(cè)。
光波通常投影圖案應(yīng)當(dāng)是不可見(jiàn)的、具有波長(zhǎng)在840nm到950nm之間的無(wú)危險(xiǎn)紅外光波。通常不需要編碼所述光源(投影器)。
光學(xué)投影器可以隨意的裝配具有設(shè)置聚焦調(diào)整的變焦透鏡。
軟件通過(guò)軟件，安全紅外攝象機(jī)210會(huì)以相似途徑編程，作為安全激光攝象機(jī)并可以包括下面更詳細(xì)說(shuō)明的警告地帶和安全地帶。
編程通過(guò)兩臺(tái)攝象機(jī)使用有線連接以顯現(xiàn)組合的生命圖片。通過(guò)這個(gè)圖片，安全地帶和警告地帶可獨(dú)立的編程。例如，這個(gè)可以與商業(yè)上利用的ABGM安全地帶安全性激光掃描儀相似的方式實(shí)現(xiàn)。
安裝紅外安全攝象機(jī)210可以設(shè)計(jì)為垂直地安裝在危險(xiǎn)區(qū)域上或者臨近，看上去低于危險(xiǎn)的角度或者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)?？蛇x擇的，由于一些應(yīng)用也可能水平地安裝攝象機(jī)。
轉(zhuǎn)到圖3，系統(tǒng)300說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在空白地帶投影圖像。系統(tǒng)300包括安全攝象機(jī)310，其具有相關(guān)攝象機(jī)320和投影器330。投影器330將圖像340投影到其中具有固定物體350的指定地帶。所述指引投影圖像340的地帶在起始安裝期間被認(rèn)為是空白地帶，從而暗示通常給出沒(méi)有物體或者人不在所述地帶。在此期間，各自的攝象機(jī)320捕獲圖像340的圖片(象素)。這些捕獲圖像在360和370會(huì)分別說(shuō)明。
圖4說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的在阻塞地帶投影圖像。在這個(gè)方面，物體410進(jìn)入指定地帶并在420堵塞來(lái)自被指引到投影圖像的電磁能。當(dāng)投影圖像420接著被安全攝象機(jī)430捕獲時(shí)，捕獲圖像同缺失元素一起在440和450分別示出。從而，當(dāng)圖像440和450進(jìn)行比較以獲取沒(méi)有侵入物體410的圖像時(shí)，可以確定物體已經(jīng)進(jìn)入了所述地帶，例如，通過(guò)侵入，各自圖像的減法便會(huì)指示一些預(yù)先照明象素現(xiàn)在變暗(例如光亮度數(shù)字值的降低)。作為上面注意的是，在檢測(cè)侵入后，會(huì)激發(fā)關(guān)閉相關(guān)機(jī)器或者引起其他動(dòng)作出現(xiàn)的事件。
圖5說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的區(qū)域500的不同地帶和形狀。在這個(gè)方面中，指定用于保護(hù)的區(qū)域會(huì)分段為一個(gè)或者多個(gè)具有不同尺寸和形狀(例如圓形、三角形、矩形、不規(guī)則形、立方體形等等)的地帶。例如，警告地帶510可以配置為區(qū)域500的外部周長(zhǎng)，如果其中檢測(cè)到物體，那么會(huì)給出警告或者一些其他指示而實(shí)際上并不禁止相關(guān)設(shè)備。如果物體進(jìn)入了安全地帶520，那么會(huì)出現(xiàn)更多直接動(dòng)作，例如實(shí)際的除去來(lái)自各自設(shè)備的電源。作為可以理解的是，一個(gè)或者多個(gè)地帶530會(huì)是具有改變結(jié)果或者物體進(jìn)入這個(gè)地帶的相關(guān)事件的度數(shù)的相似配置。
通常來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為工業(yè)使用。從而任務(wù)是檢測(cè)人進(jìn)出危險(xiǎn)區(qū)域500和停止機(jī)器在這個(gè)區(qū)域的危險(xiǎn)移動(dòng)。依據(jù)下列示例，當(dāng)人或者物體進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域500時(shí)觸發(fā)信號(hào)·如果在警告地帶510出現(xiàn)人或者物體，那么在響應(yīng)的信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換繼電器觸點(diǎn)。這個(gè)信號(hào)可以用作聲音和光學(xué)警告。警告用于指示在激活保護(hù)領(lǐng)域前，且在系統(tǒng)發(fā)布停止觸發(fā)機(jī)器終止的信號(hào)之前要離開(kāi)的危險(xiǎn)區(qū)域。
·如果安全地帶520出現(xiàn)人或者物體，那么系統(tǒng)轉(zhuǎn)換兩個(gè)獨(dú)立的繼電器觸點(diǎn)。這個(gè)信號(hào)導(dǎo)致立即切斷危險(xiǎn)機(jī)器運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)商業(yè)上使用的SCD(安全配置和診斷)基于窗口的軟件可以實(shí)現(xiàn)警告、安全或者的他地帶的配置。例如通過(guò)使用PC鼠標(biāo)可以輕易配置警告和安全地帶?？梢暂p易實(shí)現(xiàn)例如沿著期望地帶周邊單擊和拖動(dòng)點(diǎn)以形成地帶的輪廓的動(dòng)作。
圖6說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面集成設(shè)計(jì)用于檢測(cè)器和安全儀器的600。這個(gè)方面說(shuō)明上述安全系統(tǒng)的不同組件如何封裝為單數(shù)外殼。從而可以封裝一個(gè)或者多個(gè)下列組件，例如處理器610和相關(guān)電路、一個(gè)或者多個(gè)檢測(cè)器620、通常一個(gè)投影器630，但是可以采用其他，依據(jù)檢測(cè)侵入物體或者人，可以由處理器610觸發(fā)的相關(guān)輸出組件640。輸出組件可以包括不同方面，例如用于控制轉(zhuǎn)換的輸出控制，例如記錄事件的電子性能、或者其他性能，例如用于通知人們授權(quán)侵入出現(xiàn)的人的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)存取。作為可以理解的是，系統(tǒng)600可以以模塊化方式設(shè)計(jì)，借此適應(yīng)一個(gè)或者多個(gè)組件610-640并遠(yuǎn)離系統(tǒng)操作。
圖7說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的用于檢測(cè)器和安全系統(tǒng)700的模塊化設(shè)計(jì)。在這個(gè)方面，會(huì)適應(yīng)系統(tǒng)的一個(gè)或者多個(gè)各自的組件，以作為分開(kāi)的組件與其他進(jìn)行通信。雖然這個(gè)類型的系統(tǒng)會(huì)或者不會(huì)適應(yīng)作為安全系統(tǒng)，但是這樣的系統(tǒng)同樣能作為安全系統(tǒng)使用，其中監(jiān)控區(qū)域?yàn)椴槐匾肭终撸⒁罁?jù)指定區(qū)域的檢測(cè)入口產(chǎn)生警告和/或警報(bào)。系統(tǒng)700包括投影到區(qū)域720的投影器710。由一個(gè)或者多個(gè)檢測(cè)器730越過(guò)遠(yuǎn)程連接740向可編程邏輯控制器750接收來(lái)自區(qū)域720的輻射。
控制器750與控制設(shè)備770的輸出模塊760相關(guān)。從而控制器750經(jīng)由輸出模塊760可執(zhí)行圖像比較并激活或者釋放設(shè)備760。同樣，勝于控制設(shè)備，控制器會(huì)經(jīng)由不同檢測(cè)器730監(jiān)控一個(gè)或者多個(gè)區(qū)域720，借此，如果在各自區(qū)域中檢測(cè)到侵入，則控制器會(huì)記錄事件，向管理局發(fā)送例如電子消息、發(fā)送警告、并/或經(jīng)由無(wú)線機(jī)構(gòu)或更傳統(tǒng)的通信模態(tài)，例如越過(guò)因特網(wǎng)，向?qū)嶋H任何位置發(fā)送消息。
圖8說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的投影角度800。如上面注意的一樣，可以傳送和接收來(lái)自實(shí)質(zhì)上任何角度的電磁能。圖800敘述不同關(guān)系，例如提供給區(qū)域810的能源，所述能源來(lái)自820高于所述區(qū)域或者830低于所述區(qū)域。同樣，可以指引來(lái)自區(qū)域不同側(cè)且相異深度的能源，例如在840和850。同樣，可以接收來(lái)自多個(gè)不同角度的能源，例如860所示。同樣可以理解，可以檢測(cè)來(lái)自不同角度和方向的侵入。
圖9說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的檢測(cè)方法學(xué)900。為了簡(jiǎn)單解釋的目的，當(dāng)方法學(xué)示出并說(shuō)明作為一連串的動(dòng)作時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解和估計(jì)到的是，本發(fā)明并不限于這些動(dòng)作的目的，依據(jù)本發(fā)明，一些動(dòng)作會(huì)以不同目的和/或與其他來(lái)自這里所示和所描述的動(dòng)作并行發(fā)生。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解和估計(jì)到所述方法學(xué)會(huì)可選擇的描繪成一連串相互關(guān)聯(lián)的狀態(tài)或者事件，錄入在狀態(tài)圖中。況且，不是所有說(shuō)明動(dòng)作都需要實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的方法學(xué)。
進(jìn)行到910，圖案投影為在指定地帶或者區(qū)域的電磁能。如上面注意的一樣，所述圖案實(shí)質(zhì)上可以包括任何類型圖案，且能源可以在紅外光譜或者其他頻率中。在920，在知道區(qū)域中沒(méi)有不想要的物體期間，捕獲圖案的原始圖像。這個(gè)期間通常和系統(tǒng)的原始安裝相關(guān)。在930，操作期間，以規(guī)則的時(shí)間間隔(也可以是不定期的出現(xiàn))捕獲指定區(qū)域的圖像。在940，確定侵入是否發(fā)生。這是通過(guò)將捕獲的原始圖像與后來(lái)在930捕獲的圖像進(jìn)行比較并確定一些比較后的象素是否與原始獲取象素有相同光亮度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果在940檢測(cè)到改變，那么處理進(jìn)行到950并觸發(fā)例如激勵(lì)/解除激勵(lì)輸出、發(fā)出聲音警告、產(chǎn)生通知的事件。如果在940沒(méi)有檢測(cè)到改變，那么處理進(jìn)行返回930并繼續(xù)監(jiān)控后來(lái)進(jìn)入指定或者定義區(qū)域的侵入。如上面注意的一樣，三維再現(xiàn)可以用多檢測(cè)器創(chuàng)建以確定不同空間維數(shù)的侵入。
圖10說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面用于確定3D圖像輪廓的可選擇的檢測(cè)系統(tǒng)1000。在這個(gè)方面，在攝象機(jī)A1020和攝象機(jī)B1030之間示出位于1010的距離A，其中距離A定義為公知參數(shù)或者距離。低于位于攝象機(jī)A1020接收來(lái)自1050的投影C的輸入的1040的角度是公知角度b，所述角度b在1060，且低于設(shè)想借B1030接收的來(lái)自投影C1050的輸入。通過(guò)直接三角學(xué)，因此可能確定由攝象機(jī)A1020和B1030至投影C1050的距離。如果這個(gè)使用所有投影執(zhí)行，那么產(chǎn)生3D輪廓圖像。角度a1040和b1060分別源自由攝象機(jī)1020和1030創(chuàng)建的2D圖像。系統(tǒng)1000的一些方面包括1)角度測(cè)量3D圖片，由攝象機(jī)獲得的2或者高于2D圖片組成，基于角度測(cè)量建立。這可以通過(guò)確定由攝象機(jī)檢測(cè)的相同投影的角度不同來(lái)實(shí)現(xiàn)。3D圖片因此基于角度測(cè)量建立。
2)識(shí)別地帶除“其他地帶”之外，除安全地帶和警告地帶之外，物體還可能放置在預(yù)定地帶，編程在安全攝象機(jī)中，用于確定特定輪廓，如果輪廓符合預(yù)編程需求，則允許這個(gè)物體進(jìn)入安全地帶，而不會(huì)產(chǎn)生輸出來(lái)更換狀態(tài)。這個(gè)同作為光屏減弱形式類似。
3)輸入攝象機(jī)裝配可能裝備有一個(gè)或者多個(gè)輸入以激活期望功能。
4)配置存儲(chǔ)攝象機(jī)可裝備存儲(chǔ)用于減輕交換能力的編程配置的配置模塊。
5)參考投影投影器可裝配1或多個(gè)參考投影，作為同步化攝象機(jī)作為全部裝配的一部分，以便于允許角度測(cè)量。
6)輔助投影器可能使用自身包含的輔助投影器在攝象機(jī)的激活地帶裝備確定(例如移動(dòng))物體。這些發(fā)射可由攝象機(jī)裝配檢測(cè)的能源，其可用于追蹤這些物體的運(yùn)動(dòng)，以激活攝象機(jī)裝配的其他功能。
7)其他功能輸入和/或輔助投影器會(huì)觸發(fā)攝象機(jī)將預(yù)編程地帶(安全、警告、識(shí)別、其他)改變?yōu)槠渌A(yù)編程地帶，或者允許攝象機(jī)以“活動(dòng)”地帶工作，包括適合于由安全攝象機(jī)保護(hù)的機(jī)器實(shí)際狀態(tài)的地帶。
8)系統(tǒng)輸入安全攝象機(jī)裝配會(huì)裝備一個(gè)或者多個(gè)I/O點(diǎn)，以將一個(gè)或者多個(gè)安全攝象機(jī)裝配與其他形成功能鏈的每個(gè)相連接。
如上所述都是本發(fā)明的優(yōu)選方面。當(dāng)然并不可能描述所述本發(fā)明目的的組件或者方法學(xué)的每個(gè)可能的組合，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明可能有許多進(jìn)一步的組合和改變。因此，本發(fā)明意圖包含所有落入附加權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的這些改變、修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)安全系統(tǒng)，包括至少一個(gè)投影器，用于將電磁能指引到空間區(qū)域中；以及至少一個(gè)檢測(cè)器，其檢測(cè)在所述空間區(qū)域中的電磁能中斷。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一處理器和一存儲(chǔ)部件，所述處理器通過(guò)比較來(lái)自檢測(cè)器的當(dāng)前圖象與先前存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件中的圖象來(lái)確定中斷。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，所述處理器觸發(fā)一個(gè)基于所述比較的事件。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，所述事件包括激活輸出、解除激勵(lì)機(jī)器、發(fā)出聲音警告、發(fā)出報(bào)警、存儲(chǔ)與事件相關(guān)的數(shù)據(jù)、并向本地或者遠(yuǎn)程系統(tǒng)發(fā)送通知。
5.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，所述處理器構(gòu)造來(lái)自權(quán)利要求1中檢測(cè)器的二維圖象和三維圖象中的至少一個(gè)，以便于確定所述中斷。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述電磁能具有約840毫微米(nm)至約950nm的波長(zhǎng)。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述空間區(qū)域分配為包含零個(gè)或多個(gè)物體的安全地帶，所述物體通常占有所述區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述檢測(cè)器以預(yù)定的或非周期的間隔的監(jiān)控空間區(qū)域的入侵。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述中斷是通過(guò)從當(dāng)前圖像與存儲(chǔ)的圖像的像素強(qiáng)度的分析而確定的。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，所述中斷由與象素強(qiáng)度相關(guān)的閾值確定。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)第二檢測(cè)器用于檢測(cè)中斷，檢測(cè)器和第二檢測(cè)器調(diào)整為不同的角度。
12.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)安全輸出和用于控制設(shè)備的安全繼電器。
13.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述投影器將電磁能圖案指引到空間區(qū)域中。
14.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，所述投影器裝備有調(diào)整設(shè)置聚焦的變焦透鏡。
15.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括用于調(diào)整一個(gè)或多個(gè)具有相似或不同形狀的地帶的軟件。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，所述地帶配置為警告地帶、可靠地帶、或者安全地帶。
17.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括控制組件，其中至少一個(gè)經(jīng)由多個(gè)檢測(cè)器監(jiān)控一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，記錄事件，向管理局發(fā)送電子消息，發(fā)出報(bào)警，直接經(jīng)由無(wú)線電發(fā)送消息，并通過(guò)因特網(wǎng)通信。
18.一種自動(dòng)安全系統(tǒng)，包括用于定義安全區(qū)域的裝置；用于將紅外能圖像投影到安全區(qū)域的裝置；和用于檢測(cè)由安全區(qū)域接收的紅外能圖像中的阻斷的裝置。
19.一種提供自動(dòng)安全區(qū)域的方法，包括將能源圖案投影到定義區(qū)域中；捕獲能源圖案的原始圖像和定義區(qū)域；和通過(guò)檢測(cè)能源圖案中的陰影自動(dòng)確定定義區(qū)域中是否已經(jīng)發(fā)生侵入。
20.如權(quán)利要求19的方法，所述能源圖案位于紅外光譜中。
21.如權(quán)利要求19的方法，還包括以預(yù)定間隔監(jiān)控定義的區(qū)域。
22.如權(quán)利要求21的方法，還包括經(jīng)由控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控定義區(qū)域。
23.如權(quán)利要求19的方法，還包括比較原始圖像與后來(lái)捕獲的圖像，并確定比較后的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)象素是否與原始捕獲象素強(qiáng)度不同。
24.如權(quán)利要求19的方法，還包括觸發(fā)事件、激勵(lì)或解除激勵(lì)輸出、發(fā)出告警、和生成通知中的至少一個(gè)或多個(gè)。
25.一種自動(dòng)安全系統(tǒng)，包括投影器，用于將紅外能量投影到預(yù)定區(qū)域；至少兩個(gè)攝象機(jī)，用于接收來(lái)自預(yù)定區(qū)域的紅外能量；安全輸出，用于控制機(jī)器；和處理器，用于部分基于確定來(lái)自攝象機(jī)的紅外能量的中斷激活安全輸出。
26.一種自動(dòng)安全系統(tǒng)，包括至少一個(gè)投影器，用于將電磁能量指引到空間區(qū)域中；和至少兩個(gè)檢測(cè)器，其放置在相對(duì)于彼此的預(yù)定距離，所述檢測(cè)器相對(duì)于投影器以公知的角度放置，以便于確定物體的三維輪廓。
27.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，還包括用于角度測(cè)量的組件，其確定檢測(cè)器檢測(cè)的相似投影的角度的區(qū)別。
28.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，還包括識(shí)別地帶，其編程在檢測(cè)器中以確定物體的輪廓。
29.如權(quán)利要求28的系統(tǒng)，還包括用于確定輪廓是否符合預(yù)編程需求的組件，然后允許所述物體進(jìn)入安全地帶而不會(huì)引起向輸出以更換狀態(tài)。
30.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，所述檢測(cè)器包括一個(gè)或多個(gè)輸入以激活后來(lái)的功能。
31.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，所述檢測(cè)器裝備有配置模塊，所述配置模塊存儲(chǔ)用于解除與其他檢測(cè)器交換的可編程配置。
32.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，所述投影裝備有一個(gè)或多個(gè)參考投影，作為基礎(chǔ)使檢測(cè)器作為全部裝配的部分同步，以便于啟動(dòng)角度測(cè)量。
33.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，所述物體裝備有輔助投影器，其用于發(fā)射檢測(cè)器可以檢測(cè)的能源，并用于跟蹤物體的活動(dòng)以激活檢測(cè)器中的一個(gè)或多個(gè)功能。
34.如權(quán)利要求33的系統(tǒng)，所述功能包括觸發(fā)檢測(cè)器以將預(yù)編程地帶更換為其他預(yù)編程地帶，或者啟動(dòng)所述檢測(cè)器以作為“活動(dòng)”地帶工作，包括適應(yīng)于檢測(cè)器保護(hù)的機(jī)器實(shí)際狀態(tài)的地帶。
35.如權(quán)利要求26的系統(tǒng)，所述檢測(cè)器裝備有一個(gè)或多個(gè)I/O端口，以將一個(gè)或者多個(gè)安全攝象機(jī)裝配與其他形成功能鏈的每個(gè)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)安全系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)投影器，其用于將電磁能指引到與安全、警告或者可靠地帶相關(guān)的空間區(qū)域中。一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，監(jiān)測(cè)電磁能由可能進(jìn)入所述空間的物體或人而在空間區(qū)域的中斷。所述系統(tǒng)包括處理器和存儲(chǔ)組件，其中處理器通過(guò)比較來(lái)自檢測(cè)器的當(dāng)前圖像與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)組件中的圖像，來(lái)確定所述中斷。依據(jù)所述檢測(cè)，處理器觸發(fā)基于所述比較的事件，借此所述事件包括例如這樣的方面，例如激活輸出、解除激勵(lì)機(jī)器、發(fā)出聲音警告、發(fā)出報(bào)警、存儲(chǔ)與事件相關(guān)的數(shù)據(jù)、并向本地或遠(yuǎn)程系統(tǒng)發(fā)出通知。
文檔編號(hào)G08B13/181GK1755741SQ20051008378
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
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