AT512731B1 - SYSTEM AND METHOD FOR SPEED AND / OR DISTANCE MEASUREMENT IN ROBOTIZED MANUFACTURING AND MANUFACTURING PROCESSES - Google Patents

SYSTEM AND METHOD FOR SPEED AND / OR DISTANCE MEASUREMENT IN ROBOTIZED MANUFACTURING AND MANUFACTURING PROCESSES Download PDF

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AT512731B1 ATA9308/2008A AT93082008A AT512731B1 AT 512731 B1 AT512731 B1 AT 512731B1 AT 93082008 A AT93082008 A AT 93082008A AT 512731 B1 AT512731 B1 AT 512731B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft System zur Geschwindigkeits- sowie Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei wenigstens ein Radarsensor (1) und eine Datenverarbeitungseinrichtung (2) vorgesehen sind, welche zusammenwirken und mit welchen unter Ausnutzung des Dopplereffektes Geschwindigkeit und Entfernung wenigstens eines Objektes (6), insbesondere eines bewegten Objektes, erfassbar und in für eine Steuer-/Regeleinrichtung (8) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (10) verwertbare Informationen umwandelbar sind und der Radarsensor (1) dabei sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz umfasst und-Sende- und Empfangseinrichtung in einem Gerät integriert sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein entsprechendes Verfahren, bei welchem mittels mehrerer Radarsensoren (1), wobei ein Sensor dabei sowohl eine Sende- als auch eine Empfangseinrichtung aufweist und/oder die Sendeeinrichtung elektromagnetische Wellen geeigneter Sendefrequenz beziehungsweise Wellenlänge generiert und sendet und die Empfangseinrichtung die an einem oder mehreren Objekten (6) reflektierten Wellen empfängt und registriert, eine radargesteuerte Geschwindigkeits- und Entfernungsmessung wenigstens eines Objektes (6) unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen außerhalb des sichtbaren Spektrums und Ausnutzung des Dopplereffektes durchgeführt wird und die ermittelten Daten in für eine Steuer-/Regeleinrichtung (8) wenigstens zweier Handhabungsvorrichtungen (10) verwertbare Informationen umgewandelt werden.The invention relates to a system for measuring speed and distance in robot-assisted production and manufacturing processes, wherein at least one radar sensor (1) and a data processing device (2) are provided, which cooperate and with which, utilizing the Doppler effect, speed and distance of at least one object (6). , in particular a moving object, can be detected and converted into information usable for a control device (8) of at least one handling device (10) and the radar sensor (1) comprises and transmits both a transmitting device and a receiving device for radar waves of suitable frequency - And receiving device are integrated in a device. Furthermore, the invention also relates to a corresponding method, in which by means of a plurality of radar sensors (1), wherein a sensor has both a transmitting and a receiving device and / or the transmitting device generates and transmits electromagnetic waves of suitable transmission frequency or wavelength and the receiving device the receiving and registering reflected waves on one or more objects (6), performing a radar-controlled speed and distance measurement of at least one object (6) using electromagnetic waves outside the visible spectrum and utilizing the Doppler effect, and determining the data obtained for a control / Control device (8) of at least two handling devices (10) usable information to be converted.

Description

österreichisches Patentamt AT 512 731 B1 2014-03-15Austrian Patent Office AT 512 731 B1 2014-03-15

Beschreibungdescription

SYSTEM UND VERFAHREN ZUR GESCHWINDIGKEITS- UND/ODER ENTFERNUNGSMESSUNG BEI ROBOTERGESTÜTZTEN PRODUKTIONS- UND FERTIGUNGSPROZESSENSYSTEM AND METHOD FOR SPEED AND / OR DISTANCE MEASUREMENT IN ROBOTIZED MANUFACTURING AND MANUFACTURING PROCESSES

[0001] Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Geschwindigkeits- und/oder Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei insbesondere die Geschwindigkeit und/oder Entfernung eines mittels eines Förder- oder Transportbandes bewegten Objektes relativ zu wenigstens einer Handhabungsvorrichtung und/oder einem Referenzpunkt, auch unabhängig von den jeweils vorherrschenden Lichtverhältnissen, bestimmbar ist.The invention relates to a system and a method for speed and / or distance measurement in robotic production and manufacturing processes, in particular the speed and / or distance of a moving means of a conveyor or conveyor belt object relative to at least one handling device and / or a reference point, regardless of the prevailing lighting conditions, can be determined.

[0002] Der Einsatz von Robotern im Automatisierungsbereich, beispielsweise in der Lackier-und/oder Scheißtechnik, oder von robotergestützter Automation zählt zu den am weitest verbreiteten Anwendungen bei modernen Robotersystemen. Auch zur Bewältigung immer komplexerer Automatisierungsaufgaben im Fertigungsbereich werden zunehmend Roboter eingesetzt, mit deren Hilfe im Zusammenwirken mit möglichst universellen Fertigungseinrichtungen zahlreiche auch unterschiedliche Produktvariationen herstellbar sind, wobei die eingesetzten Roboter und/oder Fertigungseinrichtungen über eine Vielzahl von Sensoren intelligent mit ihrer Umwelt kommunizieren und interagieren. Eine mögliche Anwendung stellt beispielsweise das Zuführen eines oder mehrerer auch unterschiedlicher Werkstücke über ein Förderband zu einer Arbeitsstation mit einem oder mehreren Robotern dar. Dabei spielt das Timing eine wesentliche Rolle, wobei im Wesentlichen Geschwindigkeit und/oder Entfernung vom jeweiligen Werkstück in Relation zur Arbeitsstation beziehungsweise dem jeweiligen Roboter zu Bestimmen und zu Berücksichtigen sind.The use of robots in the field of automation, for example in the painting and / or shit technique, or robotic automation is one of the most widespread applications in modern robot systems. To cope with increasingly complex automation tasks in the manufacturing sector, robots are increasingly being used, with the aid of which, in conjunction with the most universal production devices, numerous different product variations can be produced, wherein the robots and / or production devices used intelligently communicate and interact with their environment via a large number of sensors. One possible application is, for example, the feeding of one or more different workpieces via a conveyor belt to a workstation with one or more robots. Timing plays an essential role, with essentially speed and / or distance from the respective workpiece in relation to the workstation or The respective robot to determine and take into account.

[0003] Häufig wird das Werkstück oder Bauteil dem jeweiligen Handhabungsgerät, insbesondere einem mehrachsigen Industrieroboter, beispielsweise mittels Förderbändern in jeglicher Form zugeführt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Geschwindigkeit des Förderbandes und die des Roboters zueinander synchronisiert sind.Frequently, the workpiece or component of the respective handling device, in particular a multi-axis industrial robot, for example, fed by means of conveyor belts in any form. It is important to ensure that the speed of the conveyor belt and that of the robot are synchronized with each other.

[0004] Ein bekanntes Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung und/oder Synchronisation ist das sog. Conveyor Tracking, welches beispielsweise beim Lackieren, Lichtbogenschweißen, Aufnehmen (Picking) und anderen Anwendungen einsetzbar ist und bei welchem maßgeblich Tasträder sowie optische Überwachungs- und Detektionssysteme, insbesondere Laser- und Kamerasysteme aber auch Lichtschranken eingesetzt werden.A known method for speed measurement and / or synchronization is the so-called. Conveyor tracking, which is used for example in painting, arc welding, picking (picking) and other applications and in which significantly tactile and optical monitoring and detection systems, in particular laser and camera systems but also photoelectric sensors are used.

[0005] Beim Conveyor Tracking ist die Geschwindigkeit des jeweiligen Förderbandes, unabhängig vom transportierten Objekt, beispielsweise über ein Tastrad oder einen anderen mechanischen Fühler beziehungsweise Sensor erfass- oder messbar und kann an die Steuer-/Regeleinrichtung der jeweiligen Handhabungsvorrichtung, insbesondere des jeweiligen Roboters, weitergegeben werden. Dies erfolgt insbesondere über einen sog. Encoder. Der Encoder wandelt die elektrischen Impulse, welche vom Taktgeber beziehungsweise Impulsgeber zur Steuer-/Regeleinrichtung gesendet werden, in weiterverarbeitbare digitale oder analoge Werte um.When Conveyor Tracking the speed of the respective conveyor belt, regardless of the transported object, for example, via a Tastrad or another mechanical sensor or sensor detected or measurable and can be connected to the control / regulating device of the respective handling device, in particular the respective robot, be passed on. This is done in particular via a so-called encoder. The encoder converts the electrical impulses, which are sent from the clock or pulse generator to the control / regulating device, into reprocessable digital or analog values.

[0006] Derartige Geschwindigkeitsmessungen und Übertragungen sind hinlänglich bekannt und mittlerweile industrieller Standard.Such speed measurements and transmissions are well known and now industrial standard.

[0007] Darüber hinaus ist neben der Zuführgeschwindigkeit des jeweiligen Werkstückes beim jeweiligen Produktions- oder Fabrikationsprozess auch die jeweilige Entfernung zwischen Werkstück und Handhabungssystem von Bedeutung, welche beispielsweise mittels Laser unterschiedlicher Klassen und Wellenlängen bestimmbar ist. Über in die Steuer-/Regelung integrierbare Encoder werden diese Impulse in digitale oder analoge Werte und/oder für die jeweilige Steuer-/Regeleinrichtung verwertbare Informationen umgewandelt, welche dann, beispielsweise in Form von Anweisungen, an die jeweilige Robotersteuerung zur Umsetzung weitergegeben beziehungsweise weitergeleitet werden können. 1 /8 österreichisches pstentamt AT 512 731 B1 2014-03-15 [0008] Als eine mögliche Alternative zum Tastrad werden auch Lichtschranken als Impulsgeber verwendet. Dabei kann mittels zweier Lichtschranken, welche in einem bestimmten Abstand zueinander in Bewegungsrichtung am Förderband angebracht sind, die Laufgeschwindigkeit des jeweiligen Förderbandes erfasst beziehungsweise gemessen und weitergegeben werden.In addition, in addition to the feed rate of the respective workpiece in each production or fabrication process, the respective distance between the workpiece and handling system of importance, which can be determined for example by means of laser of different classes and wavelengths. Via encoders which can be integrated into the closed-loop control system, these pulses are converted into digital or analog values and / or information which can be utilized by the respective control / regulating device, which information is then passed on or forwarded to the respective robot controller, for example in the form of instructions can. 1/8 Austrian Patent Office AT 512 731 B1 2014-03-15 [0008] As a possible alternative to the feeler wheel, light barriers are also used as pulse generators. In this case, by means of two light barriers, which are mounted at a certain distance from each other in the direction of movement on the conveyor belt, the running speed of the respective conveyor belt detected or measured and passed on.

[0009] Ist beim jeweiligen Produktions- oder Fertigungsprozess auch die Entfernung zwischen Werkstück und Handhabungssystem beziehungsweise Roboter von Bedeutung, werden in aller Regel optische Systeme wie insbesondere Laser unterschiedlicher Klassen und Wellenlängen zur Entfernungsbestimmung eingesetzt. Über ebenfalls in die Steuer-/Regelung integrierbare Encoder werden auch diese Impulse in digitale oder analoge Werte und/oder für die jeweilige Steuer-/Regeleinrichtung verwertbare Informationen umgewandelt, welche dann, beispielsweise in Form von Anweisungen, an die jeweilige Robotersteuerung zur Umsetzung weitergegeben beziehungsweise weitergeleitet werden können.If the distance between the workpiece and handling system or robot is of importance in the particular production or manufacturing process, optical systems such as, in particular, lasers of different classes and wavelengths are used for distance determination. By means of encoders that can also be integrated into the open-loop / closed-loop control system, these pulses are also converted into digital or analog values and / or information that can be used for the respective control / regulating device, which then, for example in the form of instructions, is passed on to the respective robot controller for conversion or can be forwarded.

[0010] Als eine mögliche Alternative werden Lichtschranken als Impulsgeber verwendet. Dabei können zwei Lichtschranken, welche in einem bestimmten Abstand in Bewegungsrichtung am Förderband angebracht sind, die Geschwindigkeit des Förderbandes messen und weitergeben.As a possible alternative, photoelectric sensors are used as pulse generators. In this case, two light barriers, which are mounted at a certain distance in the direction of movement on the conveyor belt, measure the speed of the conveyor belt and pass.

[0011] Durch die Verwendung von Förder- oder Transportbändern ist die Position des Werkstückes im 2-dimensionalen Raum eindeutig definierbar. Damit wäre eine Geschwindigkeitsmessung zusammen mit einer Entfernungsmessung und der Kenntnis der Lage des Förderbandes und dessen Bewegungsrichtung relativ zum Handhabungsgerät ausreichend, um den Werkzeugmittelpunkt des Handhabungsgerätes mit der Geschwindigkeit des Werkstückes zu synchronisieren.By the use of conveyor or conveyor belts, the position of the workpiece in 2-dimensional space is clearly definable. Thus, a speed measurement together with a distance measurement and the knowledge of the position of the conveyor belt and its direction of movement relative to the handling device would be sufficient to synchronize the tool center of the handling device with the speed of the workpiece.

[0012] So wird beispielsweise in der US 6278 906 B1 ein System angegeben, welches auf die Verwendung und den Einsatz unterschiedlicher Sensoren in der robotergestützten Automation abstellt maßgeblich visuell abreitende beziehungsweise optische Sensoren sowie Methoden der digitalen Bildverarbeitung zum Einsatz bringt.Thus, for example, in US 6278 906 B1, a system is specified, which turns off the use and the use of different sensors in robot-based automation significantly visually walking or optical sensors and methods of digital image processing used.

[0013] Nachteilig bedingen herkömmliche Conveyor Tracking-Systeme demgemäß zusätzliche, in aller Regel zumeist auch wartungsaufwendige und/oder störanfällige mechanische sowie optische Komponenten und Aufbauten.Disadvantageously, conventional conveyor tracking systems accordingly require additional, as a rule, usually also maintenance-intensive and / or failure-prone mechanical and optical components and structures.

[0014] Insbesondere bei den eingesetzten optischen Komponenten können veränderliche beziehungsweise sich ändernde Lichtverhältnisse im Umfeld der jeweiligen Arbeitsstation und/oder Verunreinigungen der optischen Systeme nachteilig zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit und/oder Funktionstüchtigkeit derselben führen. Dies zu kompensieren werden mit vergleichsweise hohem Aufwand entsprechende Lichtquellen sowie Beleuchtungsanlagen installiert um für gleichbleibende und möglichst homogene Lichtverhältnisse zu sorgen.Particularly in the case of the optical components used, changing or changing light conditions in the environment of the respective workstation and / or contamination of the optical systems can disadvantageously lead to impairment of the measurement accuracy and / or functionality of the same. To compensate for this, corresponding light sources and lighting systems are installed with comparatively high expenditure in order to ensure uniform and as homogeneous a light as possible.

[0015] Zudem müssen zur Geschwindigkeits- und Entfernungsbestimmung in aller Regel zumindest zwei unterschiedliche Systeme oder Anordnungen eingesetzt, betrieben, gewartet und mit der jeweiligen Steuer-/Regeleinrichtung der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung verknüpft werden.In addition, for speed and distance determination usually at least two different systems or arrangements must be used, operated, maintained and linked to the respective control / regulating device of at least one handling device.

[0016] Eine effiziente Geschwindigkeits- sowie Entfernungsbestimmung mit gleichzeitig vergleichsweise geringem Aufwand ist auf diese Weise jedoch nicht ermöglicht.An efficient speed and distance determination with at the same time comparatively little effort is not possible in this way.

[0017] Zwar ist aus der EP 1239299 A2 die Verwendung von Radarsensoren in der Fahrzeugtechnik bekannt geworden, welche unter Ausnutzung des Dopplereffektes in der Lage sind die relative Geschwindigkeit und den Abstand zweier Objekte zueinander zu bestimmen, jedoch sind dieser keinerlei Hinweise hinsichtlich einer Verwendung von Radarsensoren für die robotergestützte Automation bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen entnehmbar.Although it is known from EP 1239299 A2, the use of radar sensors in vehicle technology, which are using the Doppler effect in a position to determine the relative speed and the distance between two objects to each other, but these are no evidence with respect to a use of Radar sensors for robotic automation can be removed in robotic production and manufacturing processes.

[0018] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde eine Möglichkeit für eine effiziente Synchronisation und/oder Abstimmung der Bewegung eines Objektes, insbesondere eines Werkstückes, und einer Handhabungsvorrichtung anzugeben.The invention is therefore the object of a possibility for an efficient synchronization and / or coordination of the movement of an object, in particular a workpiece, and specify a handling device.

[0019] Diese Aufgabe wird durch ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen 2/8 österreichisches Patentamt AT 512 731 B1 2014-03-15 des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a system of the type mentioned with the features 2/8 Austrian Patent Office AT 512 731 B1 2014-03-15 of claim 1.

[0020] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sowie ein entsprechendes Verfahren sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention and a corresponding method are specified in further claims and the following description.

[0021] Demgemäß weist das System zur Geschwindigkeits- sowie Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wenigstens einen Radarsensor sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, welche mit dem jeweiligen Radarsensor zusammenwirkt und, insbesondere unter Ausnutzung des Dopplereffektes, Geschwindigkeit und/oder Entfernung wenigstens eines Objektes, insbesondere eines sich bewegenden Objektes erfassbar und/oder in für eine Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung verwertbare Informationen umwandelbar sind, wobei der Radarsensor dabei sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz umfasst und Sende- und Empfangseinrichtung in einem Gerät integriert sind.Accordingly, the system for speed and distance measurement in robotic production and manufacturing processes, at least one radar sensor and a data processing device which cooperates with the respective radar sensor and, in particular taking advantage of the Doppler effect, speed and / or distance of at least one object, In particular, a moving object can be detected and / or be converted into usable for a control / regulation device at least one handling device information, the radar sensor includes both a transmitting device and a receiving device for radar waves suitable frequency and transmitting and receiving device are integrated in one device ,

[0022] Vorteilhaft ist vorsehbar, dass Radarsensor und Datenverarbeitungseinrichtung jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken.Advantageously, it can be provided that radar sensor and data processing device in each case via a wireless or wired communication connection, in particular a LAN, WLAN or WAN, for example, the type Ethernet, Bluetooth, or other common bus type, such as CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or the like interaction.

[0023] In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das System wenigstens eine Schnittstelle, über welche die umgewandelten Informationen der Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere einem oder mehreren sechsachsigen Industrierobotern, zuleitbar beziehungsweise übermittelbar sind.In an advantageous embodiment, the system comprises at least one interface via which the converted information of the control / regulating device of at least one handling device, in particular one or more six-axis industrial robots, zulaugebar or can be transmitted.

[0024] Auch die vorgenannte Schnittstelle kann dabei der Art nach drahtgebunden oder drahtlos beispielsweise als Ethernet-, Bluetooth-, CAN-, CANOPEN-, Profibus-, Modbus-, aber auch USB-, RS-232- oder SCSI-Schnittstelle oder einer Kombination daraus ausgebildet sein.The aforementioned interface can be wired or wireless, for example, as Ethernet, Bluetooth, CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232 or SCSI interface or a Combination of it be formed.

[0025] Systemgemäß werden mittels des jeweiligen Radarsensors elektromagnetische Wellen außerhalb des sichtbaren Lichtes generiert.According to the system, electromagnetic waves are generated outside the visible light by means of the respective radar sensor.

[0026] Die zugehörigen Sendefrequenzen bewegen sich dabei beispielhaft im Bereich von 76-77 GHz, entsprechend einer Wellenlänge von etwa 4 mm. Auch eine Messung im Sendefrequenzbereich von beispielsweise 24 GHz ist vorteilhaft möglich.The associated transmission frequencies move thereby for example in the range of 76-77 GHz, corresponding to a wavelength of about 4 mm. A measurement in the transmission frequency range of for example 24 GHz is advantageously possible.

[0027] Die entsprechenden Radarsensoren umfassen dabei insbesondere sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz. Weiterbildend können Sende- und Empfangseinrichtung auch in einem Gerät integriert sein.The corresponding radar sensors comprise in particular both a transmitting device and a receiving device for radar waves suitable frequency. Further education transmitting and receiving device can also be integrated in a device.

[0028] Bei der jeweiligen Messung wird auf den Doppler - Effekt zurückgegriffen. Als Doppler -Effekt bezeichnet man die Veränderung der Frequenz der Wellen jeder Art, also auch Radar oder Ultraschallwellen, während sich die Quelle und Messkörper, vorliegend insbesondere das Werkstück, relativ zueinander bewegen, das heißt, beispielsweise die Quelle sich auf den Köper zu oder sich von diesem weg bewegt oder der Körper sich auf die Quelle zu oder von dieser weg bewegt. Durch diese Frequenzänderung können verschiedene Informationen an die Steu-er-/Regeleinrichtung der jeweiligen Handhabungsvorrichtung weitergegeben werden. Aus der Zeitdifferenz zwischen Senden der Welle und deren Empfang nach der Reflexion am jeweiligen Objekt oder Messkörper, insbesondere einem zu verarbeitenden Werkstück, kann die Entfernung des angestrahlten Objektes gemessen werden, ob sich das System auf den Betrachter zu oder weg bewegt und aus dem Verfolgen einzelner Messpunkte seine Geschwindigkeit und Richtung relativ zum Handhabungsgerätes und/oder einem vorbestimmbaren Referenzpunkt.In the respective measurement, the Doppler effect is used. Doppler effect is the change in the frequency of the waves of any kind, including radar or ultrasonic waves, while the source and measuring body, in this case in particular the workpiece, move relative to each other, that is, for example, the source on the body to or moving away from it or the body moving towards or away from the source. As a result of this frequency change, various information can be forwarded to the control / regulating device of the respective handling device. From the time difference between transmission of the wave and its reception after the reflection at the respective object or measuring body, in particular a workpiece to be processed, the distance of the illuminated object can be measured, whether the system moves to the viewer or away and from the pursuit of individual Measuring points its speed and direction relative to the handling device and / or a predeterminable reference point.

[0029] In einer weiteren Ausgestaltung umfasst wenigstens ein Radarsensor ein FMCW-(frequency modulated continous wave) Radar, ein „Modulated CW-Radar" oder ein FM-Radar, wobei die verschiedenen Radartypen auch kombiniert einsetzbar sind.In another embodiment, at least one radar sensor comprises a FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) radar, a "Modulated CW Radar". or an FM radar, whereby the different radar types can also be used in combination.

[0030] Diese Radare senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz. Dabei können zumindest zwei Betriebsarten unterschieden werden. Die Frequenz steigt entweder linear an, um bei 3/8 österreichisches pstentamt AT 512 731 B1 2014-03-15 einer bestimmten Frequenz abrupt auf den Anfangswert wieder abzufallen, oder sie steigt und fällt abwechselnd mit konstanter Änderungsgeschwindigkeit.These radars send with a constantly changing frequency. At least two operating modes can be distinguished. The frequency either increases linearly to drop abruptly to the initial value at a given frequency or rises and falls alternately at a constant rate of change.

[0031] Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass die Datenverarbeitungseinrichtung einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung umfasst.It can also be advantageously provided that the data processing device comprises a decoder or decoder or coder for signal or pulse or signal processing and / or information provision.

[0032] Mittels des Dekodierers ist demgemäß auch eine Bereitstellung von Daten/Informationen bereifend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchführbar.By means of the decoder is accordingly a provision of data / information frosting the tool speed and / or removal in the production process feasible.

[0033] Des Weiteren wird die gestellte Aufgabe durch ein entsprechendes Verfahren zur Ge-schwindigkeits- und/oder Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen gelöst, wobei insbesondere mittels eines vorgenannten Systems, eine radargesteuerte Geschwindigkeits- und Entfernungsmessung wenigstens eines Objektes, insbesondere eines mittels eines Transport- oder Förderband bewegten Objektes unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen außerhalb des sichtbaren Spektrums und/oder Ausnutzung des Dopplereffektes, durchzuführen und/oder in für eine Steuer-ZRegeleinrichtung wenigstens zweier Handhabungsvorrichtung verwertbare Informationen umzuwandeln.Furthermore, the object is achieved by a corresponding method for Ge-speed and / or distance measurement in robotic production and manufacturing processes, in particular by means of an aforementioned system, a radar-controlled speed and distance measurement of at least one object, in particular a means a moving or conveyor belt moving object using electromagnetic waves outside the visible spectrum and / or utilizing the Doppler effect to perform and / or convert into usable for a control ZRegeleinrichtung least two handling device information.

[0034] Vorteilhaft werden zur Geschwindigkeits- und/oder Entfernungsmessung mehrere Ra-darsensoren eingesetzt. Ein Sensor umfasst dabei sowohl eine Sende- als auch eine Empfangseinrichtung, wobei die Sendeeinrichtung elektromagnetische Wellen geeigneter Sendefrequenz beziehungsweise Wellenlänge generiert und sendet und die Empfangseinrichtung die einem oder mehreren Objekten, insbesondere Werkstücken, reflektierten Wellen, empfängt und registriert. Durch die Zeitverschiebung zwischen Senden und Empfang beziehungsweise durch die Laufzeitbestimmung der Welle, in Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit, lässt sich die Entfernung zum jeweiligen Objekt bestimmen. Unter Ausnutzung des Dopplereffektes und durch Bestimmung einer etwaigen Frequenzverschiebung lässt sich die Geschwindigkeit und Richtung des jeweiligen Objektes, insbesondere des jeweiligen Werkstückes bestimmen.Advantageously, several Ra-darsensoren be used for speed and / or distance measurement. In this case, a sensor comprises both a transmitting and a receiving device, wherein the transmitting device generates and transmits electromagnetic waves of suitable transmission frequency or wavelength, and the receiving device receives and registers the waves reflected by one or more objects, in particular workpieces. By the time shift between transmission and reception or by the propagation delay of the wave, with knowledge of the propagation speed, the distance to the respective object can be determined. Taking advantage of the Doppler effect and by determining a possible frequency shift, the speed and direction of the respective object, in particular the respective workpiece can be determined.

[0035] In Weiterbildung des Verfahrens werden die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens zweier Handhabungsvorrichtungen, insbesondere mehrachsige Industrieroboter, übermittelt und/oder zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen von Handhabungsvorrichtung und Objekt, insbesondere Werkstück, verwendet.In a further development of the method, the useful information for implementation via a corresponding communication link to the control / regulating device at least two handling devices, in particular multi-axis industrial robots, transmitted and / or used for synchronization and tuning of the movements of handling device and object, in particular workpiece ,

[0036] In einer weiteren Verfahrensausführung wird wenigstens ein Radarsensor in der Art eines FMCW- (frequency modulated continous wave) Radars, eines „Modulated CW-Radars" oder eines FM-Radars verwendet, wobei die verschiedenen Radartypen auch kombiniert ersetzbar sind.In another embodiment, at least one radar sensor is implemented in the form of a FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) radar, a "Modulated CW radar". or an FM radar, wherein the different radar types are also replaceable combined.

[0037] Diese Radare senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz. Dabei können zumindest zwei Betriebsarten unterschieden werden. Die Frequenz steigt entweder linear an, um bei einer bestimmten Frequenz abrupt auf den Anfangswert wieder abzufallen, oder sie steigt und fällt abwechselnd mit konstanter Änderungsgeschwindigkeit.These radars transmit with a constantly changing frequency. At least two operating modes can be distinguished. The frequency either increases linearly to abruptly decrease to the initial value at a certain frequency, or it increases and decreases alternately at a constant rate of change.

[0038] Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass verfahrensgemäß wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung eingesetzt wird, welche einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung aufweist.Advantageously, furthermore, it can be provided that, according to the method, at least one data processing device is used which has a decoder or decoder or coder for signal or pulse or signal processing and / or information provision.

[0039] Mittels des Dekodierers ist demgemäß auch eine Bereitstellung von Daten/Informationen bereifend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchführbar.By means of the decoder is accordingly a provision of data / information frosting the tool speed and / or removal in the production process feasible.

[0040] Vorteilhaft ist vorsehbar, dass Radarsensor und/oder Datenverarbeitungseinrichtung und/oder Steuer-/Regeleinrichtung wenigstens einer Handhabungsvorrichtung jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, 4/8 österreichisches pstentamt AT 512 731 B1 2014-03-15 wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken.Advantageously, it can be provided that radar sensor and / or data processing device and / or control / regulating device at least one handling device in each case via a wireless or wired communication connection, in particular a LAN, WLAN or WAN, for example, the type Ethernet, Bluetooth, or other common Bus type, such as CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or the like Interaction AT 512 731 B1 2014-03-15

[0041] Mit der vorliegenden Erfindung wird erreicht, dass die Anzahl der elektronischen und mechanischen Komponenten bei der Messung reduziert wird. Zudem sind Fehler sowie Störungen aufgrund von mechanischer Abnutzung des Taktgebers oder Defekt der Messfühler sich ändernde Lichtverhältnisse weitestgehend vermeidbar, wodurch eine effiziente Geschwindig-keits- und Entfernungsmessung sowie damit einhergehend eine effiziente Synchronisation sowie Abstimmung von Handhabungsvorrichtung und Förderband und/oder bewegtem Objekt ermöglicht ist.With the present invention is achieved that the number of electronic and mechanical components is reduced in the measurement. In addition, errors and disturbances due to mechanical wear of the clock or defect in the sensor changing light conditions are largely avoidable, whereby an efficient speed and distance measurement and, consequently, an efficient synchronization and coordination of handling device and conveyor belt and / or moving object is possible.

[0042] Die weitere Darlegung der Erfindung erfolgt anhand der einzigen Figur sowie des zugehörigen Ausführungsbeispieles.The further explanation of the invention is based on the single figure and the associated embodiment.

[0043] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind in der einzigen Figur sowie der zugehörigen Beschreibung entnehmbar.Further advantageous embodiments and developments of the invention can be removed in the single figure and the associated description.

[0044] In Fig. 1 ist ein beispielhaft ausgebildetes System zur Geschwindigkeits- sowie Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei wenigstens ein Radarsensor (1) sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung (2) vorgesehen sind, welche Datenverarbeitungseinrichtung (2) mit dem jeweiligen Radarsensor (1) zusammenwirkt und mit welchen, insbesondere unter Ausnutzung des Dopplereffektes, Geschwindigkeit und/oder Entfernung wenigstens eines sich mittels eines Transport- (4) oder Förderbandes bewegenden Objektes (6) erfassbar und/oder die erfassten Daten in für eine Steuer-/Regeleinrichtung (8) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (10), im hier gezeigten Beispiel ein sechsachsiger Industrieroboter, insbesondere ein Schweiß- und/oder Lackierroboter, verwertbare Informationen umwandelbar sind.In Fig. 1 is an exemplary trained system for speed and distance measurement in robotic production and manufacturing processes, wherein at least one radar sensor (1) and a data processing device (2) are provided, which data processing device (2) with the respective radar sensor ( 1) cooperates and with which, in particular taking advantage of the Doppler effect, speed and / or removal of at least one by means of a transport (4) or conveyor belt moving object (6) detectable and / or collected data in for a control device ( 8) at least one handling device (10), in the example shown here a six-axis industrial robot, in particular a welding and / or painting robot, usable information can be converted.

[0045] Das radarbasierte System sowie auf ihm ausführbare Verfahren ermöglicht vorteilhaft eine Bestimmung der Geschwindigkeit und/oder der Entfernung eines Objektes in Relation zu einem vorbestimmbaren Bezugspunkt, wobei zusätzliche wartungsintensive mechanische Bauteile oder externe Messfühlern wie Lichtschranken und dergleichen vermieden sind. 5/8The radar-based system as well as executable on him method advantageously allows determination of the speed and / or the distance of an object in relation to a predeterminable reference point, with additional maintenance-intensive mechanical components or external sensors such as light barriers and the like are avoided. 5.8

Claims (14)

österreichisches pstentamt AT 512 731 B1 2014-03-15 Patentansprüche 1. System zur Geschwindigkeits- sowie Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei wenigstens ein Sensor und eine Datenverarbeitungseinrichtung (2) vorgesehen sind, welche Datenverarbeitungseinrichtung (2) mit dem jeweiligen Sensor zusammenwirkt, wobei Geschwindigkeit und Entfernung wenigstens eines Objektes (6) erfassbar und in für eine Steuer-/Regeleinrichtung (8) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (10) verwertbare Informationen umwandelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (1) vorgesehen ist, welcher Radarsensor (1) dabei sowohl eine Sendeeinrichtung als auch eine Empfangseinrichtung für Radarwellen geeigneter Frequenz umfasst und Ende- und Empfangseinrichtung in einem Gerät integriert sind, wobei unter Ausnutzung des Dopplereffektes Geschwindigkeit und Entfernung wenigstens eines Objektes (6), insbesondere eines sich bewegenden Objektes, erfassbar sind.Austrian Patent Office AT 512 731 B1 2014-03-15 Claims 1. System for speed and distance measurement in robotic production and manufacturing processes, wherein at least one sensor and a data processing device (2) are provided, which data processing device (2) cooperates with the respective sensor wherein speed and distance of at least one object (6) can be detected and converted into information usable for a control device (8) of at least one handling device (10), characterized in that at least one radar sensor (1) is provided, which radar sensor ( 1) comprises both a transmitting device and a receiving device for radar waves suitable frequency and end and receiving device are integrated in a device, wherein taking advantage of the Doppler effect speed and distance of at least one object (6), in particular a moving object it is, detectable. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Radarsensor (1) und Datenverarbeitungseinrichtung (2) jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken.2. System according to claim 1, characterized in that the radar sensor (1) and data processing device (2) each have a wireless or wired communication connection, in particular a LAN, WLAN or WAN, for example, the type Ethernet, Bluetooth, or another common bus type, such as for example, CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or the like interaction. 3. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schnittstelle vorgesehen ist, über welche die umgewandelten Informationen der Steuer-/Regeleinrichtung (8) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (10), insbesondere einem oder mehreren mehrachsigen Industrierobotern, zuleitbar beziehungsweise übermittelbar sind.3. System according to one of the preceding claims, characterized in that at least one interface is provided, via which the converted information of the control / regulating device (8) at least one handling device (10), in particular one or more multi-axis industrial robots, zuleitbar or can be transmitted , 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet ist, insbesondere als Ethernet-, Bluetooth-, CAN-, CANOPEN-, Profibus-, Modbus-, aber auch USB-, RS-232-oder SCSI-Schnittstelle oder einer Kombination daraus.4. System according to claim 3, characterized in that the interface is wired or wireless, in particular as Ethernet, Bluetooth, CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232 or SCSI Interface or a combination thereof. 5. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des jeweiligen Radarsensors (1) elektromagnetische Wellen außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches generierbar sind, wobei insbesondere Sendefrequenzen im Bereich von 76-77 GHz, entsprechend einer Wellenlänge von etwa 4 mm, oder im Sendefrequenzbereich von etwa 24 GHz generierbar sind.5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of the respective radar sensor (1) electromagnetic waves can be generated outside the visible spectral range, in particular transmission frequencies in the range of 76-77 GHz, corresponding to a wavelength of about 4 mm, or im Transmission frequency range of about 24 GHz can be generated. 6. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (1) als FMCW- (frequency modulated continous wave) Radar, „Mo-dulated CW-Radar" oder als FM-Radar ausgebildet ist.6. System according to one of the preceding claims, characterized in that at least one radar sensor (1) as FMCW (frequency modulated continuous wave) radar, "Mo -dulated CW radar". or is designed as an FM radar. 7. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (2) einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung umfasst.7. System according to one of the preceding claims, characterized in that the data processing device (2) comprises a decoder or decoder or encoder for signal or pulse or signal processing and / or information provision. 8. Verfahren zur Geschwindigkeits- und/oder Entfernungsmessung bei robotergestützten Produktions- und Fertigungsprozessen, wobei mittels eines Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 mit mehreren Sensoren eine Geschwindigkeits- und Entfernungsmessung wenigstens eines Objektes (6) durchgeführt wird und die ermittelten Daten in für eine Steu-er-/Regeleinrichtung (8) wenigstens zweier Handhabungsvorrichtungen (10) verwertbare Informationen umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit mehreren Radarsensoren (1), wobei ein Sensor dabei sowohl eine Sende- als auch eine Empfangseinrichtung aufweist und/oder die Sendeeinrichtung elektromagnetische Wellen geeigneter Sendefrequenz beziehungsweise Wellenlänge generiert und sendet und die Empfangseinrichtung die an einem oder mehreren Objekten (6), insbesondere Werkstücken, reflektierten Wellen empfängt und registriert, eine radargesteuerte Geschwindigkeits- und Entfer- 6/8 österreichisches Patentamt AT 512 731 B1 2014-03-15 nungsmessung wenigstens eines Objektes (6), insbesondere eines mittels eines Transportoder Förderband (4) bewegten Objektes (6), unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen außerhalb des sichtbaren Spektrums und Ausnutzung des Dopplereffektes durchgeführt wird.8. A method for speed and / or distance measurement in robotic production and manufacturing processes, wherein by means of a system according to one of claims 1 to 7 with a plurality of sensors speed and distance measurement of at least one object (6) is performed and the data obtained in for a control / regulating device (8) of at least two handling devices (10) usable information to be converted, characterized in that with a plurality of radar sensors (1), wherein a sensor thereby has both a transmitting and a receiving device and / or the transmitting device generates and transmits electromagnetic waves of suitable transmission frequency or wavelength, and the receiving device receives and registers the waves reflected at one or more objects (6), in particular workpieces, a radar-controlled speed and distance control device. AT / S 512 731 B1 2014-03 -15 tion measurement of at least one object (6), in particular an object (6) moved by means of a transport or conveyor belt (4), using electromagnetic waves outside the visible spectrum and utilizing the Doppler effect is performed. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verwertbaren Informationen zur Umsetzung über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an die Steuer-/Regeleinrichtung (8) wenigstens zweier Handhabungsvorrichtungen (10), insbesondere mehrachsige Industrieroboter, übermittelt und zur Synchronisation sowie Abstimmung der Bewegungen von Handhabungsvorrichtung und Objekt, insbesondere Werkstück, verwendet werden.9. The method according to claim 8, characterized in that the usable information for implementation via a corresponding communication link to the control / regulating device (8) at least two handling devices (10), in particular multi-axis industrial robots, transmitted and for synchronization and tuning of the movements of handling device and object, in particular workpiece, are used. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zeitverschiebung zwischen Senden und Empfang beziehungsweise durch die Laufzeitbestimmung der Welle, in Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit, die Entfernung zum jeweiligen Objekt (6) bestimmt wird und/oder unter Ausnutzung des Dopplereffektes und durch Bestimmung einer etwaigen Frequenzverschiebung die Geschwindigkeit und Richtung des jeweiligen Objektes (6), insbesondere des jeweiligen Werkstückes, bestimmt wird.10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized in that the distance to the respective object (6) is determined by the time shift between transmission and reception or by the transit time of the wave, with knowledge of the propagation speed, and / or taking advantage of Doppler effect and by determining a possible frequency shift, the speed and direction of the respective object (6), in particular of the respective workpiece is determined. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Radarsensor (1) in der Art eines FMCW- (frequency modulated continous wave) Radars, eines „Modulated CW-Radars" oder eines FM-Radars verwendet wird wobei die verschiedenen Radartypen auch kombiniert eingesetzt werden.11. The method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that at least one radar sensor (1) in the manner of a FMCW (frequency modulated continous wave) radar, a "Modulated CW radar". or an FM radar is used, the different types of radar are also used in combination. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Datenverarbeitungseinrichtung (2) eingesetzt wird, welche einen Decoder beziehungsweise Dekodierer oder Kodierer zur Signal- beziehungsweise Impuls- oder Signalverarbeitung und/oder Informationsbereitstellung aufweist.12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that at least one data processing device (2) is used, which has a decoder or decoder or encoder for signal or pulse or signal processing and / or information provision. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Dekodierers auch eine Bereitstellung von Daten/Informationen betreffend die Werkzeuggeschwindigkeit und/oder Entfernung beim Produktionsprozess durchgeführt wird.13. The method according to claim 12, characterized in that by means of the decoder also a provision of data / information regarding the tool speed and / or removal in the production process is performed. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Radarsensor (1) und/oder Datenverarbeitungseinrichtung (2) und/oder Steuer/ Regeleinrichtung (2) wenigstens einer Handhabungsvorrichtung (10) jeweils über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere ein LAN, WLAN oder WAN, beispielsweise der Art Ethernet, Bluetooth, oder einen anderen gängigen Bustyp, wie beispielsweise CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, aber auch USB, RS-232, SCSI oder dergleichen Zusammenwirken. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 7/814. The method according to any one of claims 8 to 13, characterized in that radar sensor (1) and / or data processing device (2) and / or control / regulating device (2) at least one handling device (10) in each case via a wireless or wired communication link, in particular a LAN, WLAN or WAN, for example, the type Ethernet, Bluetooth, or any other common bus type, such as CAN, CANOPEN, Profibus, Modbus, but also USB, RS-232, SCSI or the like interaction. 1 sheet of drawings 7/8
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